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专业音频设备布线连接(模拟和数字)的基础知识

2021-09-016370

就在不久前,我工业园区内的一个邻居来到我的店里跟我打招呼,当时我正在对线缆做预防性维护。

我坐在长凳上,周围围绕着成堆的麦克风和扬声器线缆,这时候他问我为什么要在这些“愚蠢的线缆” 上浪费这么多时间。我答道,如果没有这些“愚蠢的线缆”,我其它的所有设备都会变得毫无用处。一个音频系统的品质很大程度上取决于其线缆质量,连接水平,和网络设置。幸运的是,如今我们有各种各样的(无论是模拟的还是数字的)方案可供选择,而且其技术仍然在不断的进步。

图片由Emilian Robert Vicol提供

数字音频传输技术(又称digital snakes and networks)在过去的几年中几乎席卷了整个专业音频领域。其中一个推动因素是:数字调音台/控制台的使用率激增。事实上在过去的几年中,几乎所有的音频设备制造商都推出了通过Cat-5/ 6网络数据线缆,同轴线缆或者是光纤来传输音频数据/信号的方案。虽然数字网络确实拥有很大的优势和灵活性,但是它并没有完全取代模拟传输 - 而且按照我的观点来看,在可预见的未来数字网络传输都不可能完全的取代模拟传输。

其中一个原因是个人的喜好,而另一个原因则是,完全更换到数字传输的方式必须要对大量的线缆进行更换。还有一个非常重要的因素是在数字音频传输系统中,我们需要在线缆(或者是光纤)的两端分别进行模数和数模转换,这样做无疑会增加布线的成本。这点对于那些仅仅拥有很少的声音通道的小型音频系统来说,尤其的致命。随着技术上的不断进步以及价格的下降,我相信即使是在那些非常小的演出中,数字音频传输的使用也将会变得更加普遍。当然,成本和技术只是一方面,个人的喜好仍然是非常重要的因素。

接下来就让我们来看看音频系统中所使用的各种线缆,连接器/接头还有音频传输设备。

传输

在一个信号链中,通常来说,第一根线缆会是(没什么存在感的)XLR线缆。XLR线缆的两端都使用了3芯连接器。通过XLR线缆我们可以将低阻的抗麦克风还有direct box连接到调音台,将线路电平信号传输给各种其他设备。

XLR线缆依据平衡原理进行音频传输的,使用了两条绝缘导线。这两条导线被缠绕在一起,并包裹在护罩内,外面再由线缆的外层护套保护。两跟信号导线承载了相同的信号,但是他们的极性是彼此相反的。接收到信号的设备会将这两个信号相减,这样不但可以加强原始信号,还可以消除在信号传输过程中所产生的噪声。

图中从左到右依次为:XLR(母头接口),1/4英寸TRS, 1/4英寸信号线, 1/4英寸扬声器线,加厚的1/4英寸扬声器加强线,4针的Speakon,19针的Socapex公头接口,还有19针的Socapex母头接口。您可以使用彩色的热收缩材料来对线缆进行区分,以便快速的定位信号传输线缆和扬声器线缆。

将线缆内部的导线相互缠绕在一起的目的是:这样做可以将外部噪声均匀地(或者说尽可能相等地)引入两条导线,改善共模抑制比。某些线缆会使用四根内导线(每两根为一组),这种线缆可以更好地抵御外部的电磁干扰,比如由变压器和荧光灯镇流器所带来的干扰。

包裹内部导线的屏蔽层可以使用螺旋缠绕,也可以使用编织缠绕。与螺旋缠绕的屏蔽层相比,编织缠绕的屏蔽层能够提供更大的表面积覆盖率和更好的抗射频干扰(RFI)能力。

TRS线缆与XLR线缆的结构相似,在它的两端都使用了3芯的1/4英寸插头。TRS指的是Tip,Ring和Sleeve,他们代表的是在连接器上三个通道的位置。

TRS线缆通常被用作设备之间的互连线缆,对于那些因为设备空间有限而无法放下XLR连接器的设备来说,TRS接口是非常受欢迎的替代方案。

许多的调音台都设有能够将外部处理填补到信号通道或者信号组中的插入式接口(插孔)。通常使用的是1/4英寸TRS格式的插孔,和一种被称为“输入线缆”的特殊的Y型线缆,线缆的尾端搭配TRS插头,Y的头部两端各搭配一个2芯的1/4英寸插头,用于外部处理器的输入和输出。通常TRS的Tip是用于发送至外部单元,Ring用于返回,Sleeve用作屏蔽或者common。

常用的1/4英寸信号线缆虽然看起来与TRS线缆十分类似,但是其实他们是两种完全不同的线缆。信号线缆通常只有一条导线用来传输数据,这条导线由螺旋式缠绕或者是编织式缠绕的屏蔽层所包裹。信号线缆用于传输高阻抗的信号,通常是将吉他和键盘的信号传送到舞台放大器或者是DI。信号线缆的外部编织物既作为导体使用又作为屏蔽层使用,有助于防止RFI和其他的噪声到达线缆内部的导体。

信号线缆配合吉他或者其他高阻抗的输入信号使用时,线缆的电容会与高输出阻抗耦合,从而产生低通滤波效应。这种低通滤波效应会根据线缆长度而产生变化。线缆越长,低通滤波效应就会越高,所以1/4英寸信号线缆的长度通常都不会超过25英尺。

1/4英寸扬声器线缆看起来与TRS线缆还有信号线缆也是差不多的。虽然在1/4英寸扬声器线缆的两端同样会使用1/4英寸的连接器,但是它却是一种完全不同的线缆。它的作用是将大量的输出电流从放大器传输到扬声器,而信号线缆通常只需要传输毫安级别的电流。扬声器线缆通常由两条大口径内绝缘导线构成,外面包裹着保护层,通常用于连接舞台放大器和扬声器,或者用于将小型的PA扬声器连接到有源调音台。

在这里要提醒您,信号线缆不能当作扬声器线缆使用,反之也不行。因为信号线缆并不是为处理大电流而设计的,而扬声器线缆没有用于隔绝外部干扰的屏蔽层。

比例放大

在专业音频领域中最流行的扬声器连接器是由Neutrik推出的Speakon连接器。Speakon连接器有2针,4针和8针的不同规格,可以为您提供多种连接选择。扬声器线缆的直径(规格)取决于多个因素,其中最主要的因素是:负载的阻抗和线缆的长度。简单地说,线缆的长度越长,导体的直径/规格就应越大。音频领域中常见尺寸规格是12-和14-,有些制造商也会提供规格为13-的多芯线缆。

有些制造商推出了一种18芯的线缆,线缆使用的是19针连接器,被称为Socapex,最早用于照明和灯光领域。这种线缆最初是由Amphenol生产的,但是随后Veam和Kupo等公司也开始生产兼容的线缆产品。照明/灯光领域的工作人员能够使用这种线缆连接六个电源回路,而它在音频领域内的使用方式则不同,我们可以仅仅使用一根这种线缆连接九个扬声器回路。

50英尺长,6通道的snakes连接线缆,一端为舞台盒,另一端为多接口。

提到多回路线缆,snakes连接线应该是信号传输的最好方案。这种线缆的一端或者两端会使用多个连接器连接至不同的通道,也可以在某一端(通常是在舞台端)使用一个舞台盒,能够接入不同通道的XLR线缆。 Snakes连接线缆上还可以集成多针的连接器,能够让系统的连接工作变得更快更容易。为了减轻线缆的尺寸和重量,很多的Snakes连接线缆都不会使用编织缠绕或者螺旋缠绕的屏蔽层,而是在每对通道的导线外层使用金属箔来作为屏蔽层。

除了连接舞台和FOH混音台这种常见的应用场景,在较小的舞台上使用Snakes连接线缆是一种非常受欢迎的方式,这样可以在布线的同时保持舞台的整洁有序。Snakes连接线缆的另一个用途是:将信号从舞台的一侧传送到另一侧的PA系统。

很多Snakes连接线缆都能够对信号进行双向传输。“发送”是用来将麦克风的信号输入到调音台,而“返回”则是将调音台的输出连接到放大器机架或者是有源扬声器。对于较大的音频系统来说,我们可以使用单独的Snakes连接线缆作为线路电平输出,这样能够将串扰(来自于相邻的Snakes连接线缆通道的干扰)保持在最小。

Splitter snakes连接线缆在其发送端提供了多个输出,因此可以将相同的输入传输到多个控制台(也就是说可以另外使用单独的监听或者广播控制台)。但是有些分流器是无源的,它们只是将线缆做成了“Y”字形。

还有一种更好的方法是:使用隔离变压器将每个控制台与那些潜在的噪声以及(设备接入不同电源时所造成的)嗡嗡声隔离开来。在分体式Snakes系统中,通常来说我们会将一个分流器连接到输入端,这样控制台就可以将幻象电源传递给麦克风和DI。

还有一个版本被称为“power snake”,它是将几个扬声器线缆与信号通道结合在一起,适用于各个设备之间距离较短的小型音频系统,通常限制在100英尺左右。最近开始流行的一种多回路版本是在一条线缆中既包括信号线缆,又包括电源线缆。这种版本的线缆非常适合同时将音频和交流电源传输到有源扬声器。

网络的世界

虽然模拟线缆仍然大行其道,但是数字系统已经开始承担起越来越多的音频传输任务。数字系统与许多模拟系统相比,在信号传输上拥有许多无可匹敌的优势,例如,通过看似细小的线缆,就能进行多个音频通道的信号传输。与体积较大而且笨重的Snakes连接线缆相比,数字传输网络在线缆体积和重量上的优势意味着我们能够用更少的人手完成舞台布置。

数字线缆也更不容易受到RFI和串扰的影响。网络,我们现在称之为数字传输系统,几乎可以在线路经过的任何位置提供音频信号,并且可以轻松的连接多轨录音系统,个人监听装置和转播车。

数字传输系统所使用的线缆有三种:光纤,同轴线缆还有Cat-5/6标准的以太网线。同轴线缆能够提供坚固的解决方案,有些制造商会使用同轴线缆在舞台箱、调音台和录音设备之间进行信号传输。光纤能够将信号传输到很远的距离,而且由于在光纤中信号是以光的形式进行传播的,因此信号不会受到任何的外部电磁干扰和RFI的影响。Cat-5/6标准的以太网线缆是最受欢迎的数字传输线缆,能够应用在很多不同的系统当中,可以在长达330英尺(100米)的距离内进行音频的传输。如果使用一些配件,这个距离还可以被延长。

以太网线具有RJ45 8针连接器,对于家用电脑来说,它已经足够结实了。但是对于舞台演出来说,它的坚固性还是不够。因此,在舞台上我们最好使用更加坚固耐用的Ethercon连接器,而不是RJ45。在Ethercon连接器的塑料接头周围环绕着一圈金属管,能够提供额外的保护和更好的锁定性能。

以太网线缆有很多不同的类型。有些线缆使用了实心导线,能够提供最佳的传输性能,而有些线缆则使用了相互缠绕的导线来提供更大的灵活性。有些线缆没有屏蔽层,但是在嘈杂的环境中,最好还是使用带有屏蔽层的线缆。

常见的RJ45接头(左)和Ethercon接头。

以太网线缆也有着各种不同的接线方式。 “标准”的接线方式是将引脚1连接至引脚1,引脚2连接至引脚2,以此类推。而使用“Crossed over”接线方式的线缆则是将引脚1连接至引脚3,引脚2连接至引脚6,引脚3连接至引脚1,引脚6连接至引脚2。所以在您选择以太网线缆之前,请根据制造商的建议来决定到底应该使用哪种线缆对设备进行连接。

综上所述,数字传输的缺点是需要进行数模转换,此外,制造商们会使用不同的且不能相互兼容的协议。然而,随着越来越多的设备开始支持多协议,特别是在过去几年中Audinate Dante协议开始流行起来,这种情况会很快的得到改善。而且,制造商们也逐渐开始接受AVB(音频/视频/桥接)标准了。最重要的是,对来自各个制造商的各种设备进行连接会变得越来越轻松。



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