圖1 – 非平衡式和平衡式音頻接口。

增加電纜長度不利于傳輸模擬和數(shù)字信號(hào)，所以大型房間系統(tǒng)必須使用平衡式接口。一根電纜中包含多根電線或絞線。一根針對(duì)非平衡式接口設(shè)計(jì)的電纜中包含兩條絞線，其中一條絞線為屏蔽線。一根針對(duì)平衡式接口設(shè)計(jì)的電纜中包含三根絞線，其中有一條對(duì)絞線對(duì)和一條屏蔽線(stp)。電纜本身基于這個(gè)原因，可能會(huì)稱為非平衡式或平衡式電纜。本文章的討論范圍僅限于平衡式接口和電纜。

平衡式模擬和數(shù)字接口要求使用的電纜不一樣嗎?我要先做些基礎(chǔ)知識(shí)說明。

模擬音頻

模擬接口輸送的信號(hào)是隨著時(shí)間變化的電壓，而且這個(gè)接口(包括電纜)必須保持電壓形狀不變(圖2)。假設(shè)輸入和輸出電路的設(shè)計(jì)很好，此時(shí)電纜是信號(hào)衰減的一個(gè)原因。電纜有電子屬性，而電容通常為影響信號(hào)質(zhì)量的主要原因。電纜電容的屬性會(huì)隨著頻率升高削減信號(hào)，從而導(dǎo)致信號(hào)的高頻內(nèi)容丟失。無論是家用產(chǎn)品還是專業(yè)產(chǎn)品，它們的音頻接口設(shè)計(jì)都是為了讓電纜電容效應(yīng)產(chǎn)生于可聽頻率范圍之外，雖然這聽很讓人震驚。

如果你使用的電纜質(zhì)量高而且長度合理，那么音頻應(yīng)該不受影響。但是，這不等于沒有電纜效應(yīng)，我們也沒有公認(rèn)的人類聽力高頻上限。這個(gè)原因刺激了人們對(duì)“特殊”電纜的需求，意圖保持模擬信號(hào)的保真度。

圖 2 – 模擬音頻波形形狀復(fù)雜，且必須為接口所保持不變。

數(shù)字音頻

數(shù)字信號(hào)由數(shù)據(jù)包組成，這些數(shù)據(jù)包通過電纜傳播，在負(fù)載處(輸入)恢復(fù)。aes3數(shù)字格式包括兩個(gè)音頻數(shù)據(jù)通道，這些數(shù)據(jù)通過stp電纜單向傳輸。如果使用的是平衡式模擬接口，電纜屏蔽僅作為屏蔽使用，且不是音源和負(fù)載之間傳輸信號(hào)的必要條件。

模擬信號(hào)在不同時(shí)刻的數(shù)值可能不同，而數(shù)字信號(hào)只有兩種狀態(tài)。一“比特”(bit)等于零或者等于一。目標(biāo)是在數(shù)字輸入時(shí)保持這種差異。電纜電容依然存在，并且會(huì)因?yàn)樗纳嵛迦氡忍貍鬏敹淖冃盘?hào)(圖3)。

圖3 – 一種數(shù)字波形。信息由轉(zhuǎn)換所攜帶，所以波形輕微的四舍五入并不會(huì)影響數(shù)據(jù)的完整。

模擬和數(shù)字信號(hào)之間的一個(gè)主要區(qū)別在于帶寬，或頻率范圍。模擬音頻波形包含約20khz的有用信息。數(shù)字信號(hào)帶寬能夠很好地?cái)U(kuò)展到mhz區(qū)域(兆或百萬赫茲)。這點(diǎn)是必需的能力，因?yàn)閿?shù)據(jù)只有兩種狀態(tài)，所以需要大量比特來攜帶傳輸原始模擬波形中的信息。

電纜電容引起的高頻丟失通常讓數(shù)字波形的銳邊變得圓滑。在一般情況下，這種修改不會(huì)影響信號(hào)所攜帶的信息，因?yàn)榱慊蛞粚?shí)際上由轉(zhuǎn)換或者零交點(diǎn)所決定。也就是說，數(shù)字信號(hào)比模擬信號(hào)更不容易遭受電線的“侵蝕”，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)不是音頻，而是數(shù)據(jù)。這是數(shù)字音頻優(yōu)于模擬音頻的重要特征。

關(guān)鍵點(diǎn)在于，電纜本身不分模擬或數(shù)字，電纜只是具有會(huì)改變流經(jīng)信號(hào)的形狀的阻抗特性而已。無論是模擬還是數(shù)字波形，隨著電纜長度增加，都受電纜電容影響。但在短線距中，這兩種接口類型可以忽略不計(jì)電纜的影響。

數(shù)字音頻具有“要么完整要么損壞”(all-or-nothing)的自然屬性，這點(diǎn)可以通過眼圖(eye pattern)測試進(jìn)行觀察(圖4)。眼圖是一種包含了數(shù)千比特的特殊分析儀。噪音和抖動(dòng)會(huì)讓“眼睛”變小，但是只要“眼睛”大于aes 3的最小值，信號(hào)的完整性就不受影響。

圖 4 – 經(jīng)過平滑處理的數(shù)字脈沖看起來像眼睛。如果這個(gè)眼睛塌得太厲害，數(shù)據(jù)完整性則遭破壞。

由于電纜電容起累積作用，那么在一定長度下，高頻丟失對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的完整性都會(huì)造成影響。

音頻行業(yè)中的數(shù)字音頻格式，如aes3和spdif實(shí)際上曾是針對(duì)模擬接口電纜而設(shè)計(jì)的。約定俗成的25英尺(762厘米)話筒電纜可以傳輸數(shù)字音頻而不損害其質(zhì)量，而數(shù)字信號(hào)并不需要特定的電纜(圖5).如果音響系統(tǒng)中既有模擬設(shè)備，也有aes3數(shù)字設(shè)備，那么每種設(shè)備都可以使用同樣的電纜，只要模擬輸出路由至模擬輸入，且數(shù)字輸出路由至數(shù)字輸入即可。簡單就是勝任，這也是研發(fā)者在發(fā)明專業(yè)級(jí)和家用級(jí)數(shù)字音頻接口和格式時(shí)牢記于心的理念。

好笑的是，線距過長對(duì)于數(shù)字信號(hào)的損害比模擬信號(hào)要嚴(yán)重。我們放松限制地說，兩種信號(hào)的電纜都能使用1000英尺(300米)電纜。模擬信號(hào)會(huì)丟失部分高頻，根據(jù)具體節(jié)目音頻材料的不同，音質(zhì)可能會(huì)變得稍微“模糊”一些。而數(shù)字音頻如果不能區(qū)別一和零，就可能出現(xiàn)噼啪聲，甚至完全中斷。我們?cè)趯?duì)比數(shù)字電視和模擬電視的時(shí)候都有這樣的經(jīng)歷。衰減的模擬信號(hào)還是“看得過眼”的，不過衰減的數(shù)字信號(hào)卻會(huì)出現(xiàn)卡頓、噪點(diǎn)和其它問題?！皵?shù)字的”，無論是音頻還是視頻，都是這種要么完整要么損壞的狀態(tài)。

圖 5 – 一款25英尺的模擬級(jí)話筒電纜(上)，它和一款數(shù)字級(jí)別的stp(下)在眼圖測試中的表現(xiàn)一樣好。

線纜可以多長?

無論是模擬音頻還是數(shù)字音頻，對(duì)于線纜最大長度都沒有什么“硬性限制”。保守地說，1000英尺(300米)的適用長度是我們放松標(biāo)準(zhǔn)限制舉的例子。但是，我可以保證，在這樣的長度下還是可以傳輸模擬信號(hào)的，只是說可能會(huì)丟失一些可聽見的高頻。而在300米的線距下，數(shù)字音頻就沒那么容易保留好恢復(fù)成連續(xù)波形的信息了。我不是擁護(hù)模擬排斥數(shù)字，因?yàn)槟悴粫?huì)有使用300米線距的需求，但相對(duì)于“沒有聲音”我總是更愿意選擇“模糊的聲音”的。

重點(diǎn)在于，在線距短的情況下，無論是模擬布線還是數(shù)字布線，你一般都不用擔(dān)心受影響。在100英尺(30米)線距內(nèi)，我都不太考慮電纜電容削減信號(hào)的問題，不過一旦丟失信號(hào)，就更可能影響模擬信號(hào)。線距越接近專業(yè)數(shù)字音頻默認(rèn)的“100米限制”，電纜屬性就越發(fā)地成為影響信號(hào)的重要因素，而專門為數(shù)字音頻設(shè)計(jì)的電纜可以提高音頻的完整性。同樣的電纜可以減輕模擬接口丟失高頻的問題。一般而言，短線距不用考慮影響，長線距就要考慮所有問題了。

數(shù)字級(jí)音頻電纜

數(shù)字級(jí)專業(yè)音頻電纜是低電容屏蔽雙絞線(stp)，能呈現(xiàn)其針對(duì)的射頻范圍的特定阻抗特征。這種電纜的標(biāo)準(zhǔn)為110歐姆——和接口的輸入輸出阻抗的數(shù)值一樣。阻抗匹配能減弱在音源和負(fù)載之間的、可能造成數(shù)據(jù)崩潰的反射。電纜越長，維持這種電阻匹配就越重要，你的線距越接近數(shù)字格式的推薦限制，這種重要性就越突出。

數(shù)字音頻在推薦工作距離內(nèi)完全不受“電纜效應(yīng)”的影響，這時(shí)購買更昂貴的電纜并不能獲得更好的音質(zhì)。有趣的是，類別電纜(如5類纜和6類纜)的電容都很低且阻抗為100歐姆，而且它們是aes3數(shù)字音頻的理想選擇(圖6)。低成本的5類纜可以為“數(shù)字”stp電纜提供類似的表現(xiàn)水平，但也可能造成接線、卷線和運(yùn)輸線纜的噩夢(mèng)。但是，對(duì)于固定安裝而言，5類纜是一種低成本且便利的數(shù)字信號(hào)傳輸方式，也非常適合平衡式模擬接口。

圖 6 – 數(shù)字stp 和cat5，兩者均為300英尺，輕松通過眼圖測試。

轉(zhuǎn)換到數(shù)字音頻的其中一個(gè)原因是，信號(hào)傳輸公式中不考慮電纜。雖說電纜并不是完全不影響傳輸，但是數(shù)字音頻的“要么完整要么損壞”的二進(jìn)制特性意味著，信號(hào)損失不再是模糊的了，不會(huì)出現(xiàn)有些電纜聲音聽起來“更溫暖”或“更干凈”的情況。也就是說，電纜在產(chǎn)生嚴(yán)重影響前的影響都可以忽略不計(jì)，而且一旦產(chǎn)生影響，你也能知道。

數(shù)字stp電纜

屏蔽雙絞線“數(shù)字”電纜的設(shè)計(jì)目的在于提高雙絞線和屏蔽線之間的對(duì)稱性，讓平衡式輸入和輸出更好地發(fā)揮作用。stp電纜并不特別昂貴，而且越接近100米限制線距，它的好處就越明顯。由于優(yōu)質(zhì)編織屏蔽數(shù)字電纜和優(yōu)質(zhì)編織屏蔽模擬電纜的價(jià)格相近，所以我在便攜式系統(tǒng)中都使用了數(shù)字電纜來連接模擬接口和數(shù)字接口。

帶箔片屏蔽的數(shù)字stp電纜的價(jià)格大約是編織屏蔽數(shù)字stp的一半，但是遠(yuǎn)貴于模擬箔片屏蔽stp。數(shù)十年來，低成本的箔片屏蔽stp已經(jīng)成為固定音響應(yīng)用場景的支柱，它很適合模擬接口，在短距離中甚至適合數(shù)字接口。箔片stp成本低，所以它還沒被淘汰。所以，原本是模擬系統(tǒng)的大型房間在翻新為數(shù)字系統(tǒng)時(shí)，最好把其中的布線連同模擬設(shè)備一起替換掉(圖7)。

圖 7 –固定安裝級(jí)別的箔片stp沒有通過眼圖測試。它不能用于長距離的數(shù)字音頻傳輸。

總結(jié)

模擬和數(shù)字信號(hào)最好采用平衡式接口。

距離限制對(duì)模擬信號(hào)衰減的影響是漸進(jìn)的，卻是數(shù)字信號(hào)降級(jí)的分水嶺。

電纜本身不是“數(shù)字”的，電纜設(shè)計(jì)擁有非常高的對(duì)稱性、低電容和特定rf阻抗時(shí)，就成為了數(shù)字級(jí)電纜。

長線距傾向于選擇數(shù)字級(jí)stp，以為數(shù)字級(jí)stp具有更好的對(duì)稱性、更低的電容，并且其價(jià)格與優(yōu)質(zhì)模擬電纜相近。

無論對(duì)于便攜式系統(tǒng)還是固定安裝模擬系統(tǒng)，市面上都存在大量的廉價(jià)箔片stp。它的高電容特性讓它無法勝任長線距的數(shù)字音頻應(yīng)用。

音頻從業(yè)人員要知道自己應(yīng)該考慮的對(duì)象以及考慮的時(shí)機(jī)。無論是模擬接口還是數(shù)字接口，音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用的線纜越短越好。但是，線距越接近限制值，就越應(yīng)該使用數(shù)字級(jí)編織電纜或箔片stp。