电气优秀论文：浅谈音频电缆

时间：2021-08-31

　　不管是音乐制作设备还是声音回放设备，音频电缆一直是一个重要的部分，但是相当多的人并不重视它。这或短或长的线，有粗有细的芯，以及各种各样的接头，担负着音频数据的传输工作，而如果一套好的音乐回放设备，没有搭配一条合适的音频电缆，就不能达到最好的回放效果，有时甚至会“惨不忍听”。本文介绍了音频电缆及其相关问题，目的只有一个——使声音信号达到最佳传输效果。

　　数字音频电缆

　　一般来讲，因为许多数字音频电缆使用与模拟音频相同的接插件（如卡农口XLR，莲花口RCA等），不少人就用模拟电缆临时代替数字电缆。虽然也能凑合，但必须认识到这样做是非常错误的。

　　模拟电缆和数字电缆有完全不同的阻抗要求，模拟电缆因为长度不同，在电缆各点上，阻抗在30到90欧姆之间变化，阻抗波动并不会影响模拟音频的音质。而这对于数字音频就很可怕，数字音频信号是频率很高（大约3MHz）的脉冲波，为了精确地传输信号，电缆必须与发送和接收设备匹配，整根电缆的阻抗必须保持一致。例如AES/EBU电缆必须从一端到另一端显示恒定的110欧姆阻抗，这也是AES/EBU电缆要比外表差不多的麦克风电缆昂贵许多的原因。

　　如果用模拟电缆临时代替数字电缆会怎样呢？首先由于阻抗不匹配，电缆中将产生驻波反射，“污染”信号，使脉冲波的轮廓模糊。污染同样来自电缆的分布电容，它能降低电缆的高频响应，影响脉冲的上升时间。脉冲波形高、低电压的转换定义出信号的0和1，如果受到了不正确的阻抗和电容影响，脉冲信号被污染，接收端对信号的解读就会出现误差，出现时间上的前后偏移（叫做抖晃，Jitter），从而降低了音频的质量，甚至会出现错码。

　　制作电脑音乐离不开音频电缆，它们没有麦克风、合成器、调音台、监听音箱等设备那样具有引人注目的外形，经常是一团乱麻一样铺得满地。一般用户对设备比较经心，对电缆比较马虎，接通就行了，不大注意质量。如果所有设备的水平普遍低下，电缆的不足还显不出来；如果工作室里的设备都很高级，劣质电缆就成了音质的“瓶颈”，大家将跟着它降级。这时对电缆投资更换就非常必要。

　　模拟音频电缆

　　模拟音频电缆大致可以分为3类：麦克风电缆，吉他/线路电缆和音箱电缆。通常情况下，音频电缆的中心部分是导体，是音频信号的载体。导体外部覆盖着不导电的塑料或橡胶，再外面是由导体构成的屏蔽层，它一方面隔绝外界的干扰，另一方面构成信号的地线（回路）。最外面一层外皮可以保护内部各层，使电缆经久耐用。音频电缆一般使用铜线作导体，因为它造价低，导电性好，比较柔韧。但是暴露在空气中的铜容易被氧化而变成不良导体氧化铜，影响电流的传导。

　　模拟音频电缆使用典型的几种接插形式，麦克风通常使用卡农口（XLR），线路连接使用大三芯（1/4英寸）或莲花口（RCA），音箱电缆的接头经常是裸铜线，有时也用香蕉插头或其它插头。插头插座结合时，富有延展性的镀金层可以填充连接中的缝隙，保持最良好的连接。

　　电缆的屏蔽要求

　　许多种类的干扰会影响电缆内音频信号的传送，因此电缆需要有良好的屏蔽性能。常见的一类干扰来自无线电信号，英文为Radio-Frequency Interference，简称RFI。电缆如果捡拾到无线电台发射的信号，经过放大电路时就可能被检波放大，混在音频信号之中造成干扰。屏蔽不好的电缆犹如一根天线，很容易被无处不在的电波干扰。RFI是一种电磁波，同属于电磁波干扰源的还有电动机线圈、荧光灯、霓虹灯等。另一类常见的干扰叫静电（Electrostatic）干扰，来自电火花、静电放电等。

　　电缆中间的屏蔽层能够保护中心的导体免受上述几类干扰，但是屏蔽层对某些类型的电磁波无效，只能用平衡传送的方法来抵消它们（使两条导线捡拾同样的干扰，通过变压器让两个干扰信号的方向相反，达到互相抵消的目的）。屏蔽线主要用于麦克风、吉他、线路电缆，因为这些信号源的电平都比较低，必须加以扩大，在扩大信号的同时，混进去的干扰信号同样会被放大，造成严重的后果。

　　音箱电缆传递高电平信号，相比之下干扰信号微不足道，所以不需要屏蔽，但是音箱电缆有它自己的要求。比如导线的电阻对于麦克风电缆不很重要，但音箱线要通过大电流，阻抗的问题就很突出，原则上是越短越粗越好。需要注意的是，有的音箱线端也装有大二芯或卡农插头，同麦克风线一样，有时甚至外表也差不多。但它们所用的电缆完全不同，一定不要混淆或用错。

　　电阻、容抗、感抗

　　阻抗包括电阻、容抗、感抗，以欧姆为单位。电阻很好理解，各种材料的导电性不同，同一种材料也因为线径和长度的不同而具有不同的电阻。例如500英尺16号线规的铜线电阻为4欧姆，线规号每增加或减小3号，电阻就加倍或减半。500英尺13号线规的铜线电阻为2欧姆，19号线规的电阻为8欧姆，以此类推。这么小的'电阻变化对于音箱的影响相当大。音箱的阻抗一般在2至8欧，如果我们用一个4欧阻抗的音箱，电缆阻抗也是4欧，加起来就变成8欧，而且只有一半功率送到音箱，另外一半完全消耗在电缆中！

　　许多高质量的音箱电缆使用足够的线径（12到18AWG）和中等长度（少于100英尺），细算起来，即使使用18号线，电阻仍有1.3欧姆，线路上将有一些功率损失。在麦克风电缆中，容抗比电阻更成问题。中间隔着绝缘体的两个金属物体可以形成电容器，音频电缆的屏蔽层和内部导体正好就是这样的关系，因此整条电缆就形成一个大电容，以它的容抗阻挡交流电流的流动。

　　根据电容的性质，频率上升会使容抗减小，然而这一电容与电缆的电阻联合，将形成低通滤波器，电缆越长截止频率点就越向下移，衰减越大。这是通常建议不用过长电缆的重要理由。导线的另一个属性是感抗。音频信号在导线中流通时产生随电压变化的磁场，物理学称为“自感”。这一磁场对信号的通过产生阻力，它随频率的降低而变小，与电阻、容抗交互作用将产生复杂的结果。

　　在线路电平的电路中，由于电流弱，自感产生的磁场也不强；然而大电流信号（如扬声器信号）的磁场就强大得多。使用高质量的音箱电缆可以减少自感磁场，改善音质。

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