怎樣制作系統(tǒng)中的音頻線材
各種接插件和線纜是制作設(shè)備間傳輸信號和溝通信息的連接工具，它在整個制作過程中占據(jù)著非常重要的位置。數(shù)字方式的制作相比于模擬方式而言，其制作設(shè)備和工作方式雖然有了較大改變，然而構(gòu)成信號通路的部件仍沿用模擬方式得到，并且使用率極高。很多時候這些不起眼的部件就是形成信號惡化的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;。對于大多數(shù)人而言，他們更注重外圍設(shè)備的品質(zhì)和性能匹配，通常會將大量的金錢投資在硬件和軟件設(shè)施上，而對于線材就壓縮了開支。那么信號在這個廉價的通路中傳輸，就不可避免的出現(xiàn)音質(zhì)惡化、信號失真，甚至于數(shù)字信號丟失等結(jié)果，即使再高端的設(shè)備也無法發(fā)揮出預(yù)期的效果。信號從輸入端就已經(jīng)變質(zhì)，其輸出結(jié)果也可想而知。因此，構(gòu)成系統(tǒng)連接的接插件、傳輸線纜與外圍設(shè)備同等重要，怎樣在設(shè)備之間合理使用各種連接線纜、怎樣發(fā)揮設(shè)備最佳性能等都是我們需要考慮的實(shí)際問題。本文將重點(diǎn)介紹接插件和線纜所蘊(yùn)含的知識，使我們從根本上重視該問題。（本文節(jié)選自我的新書《數(shù)字音樂制作從入門到精通》清華大學(xué)出版社 ）
1. 音頻線纜的分類
音頻線纜分為“數(shù)字音頻線纜”和“模擬音頻線纜”兩類，它們之間最大的區(qū)別就是阻抗特征。模擬線纜會因長度的不同在自身導(dǎo)體上形成30Ω--90 Ω的阻抗波動，這種波動不會影響模擬音頻的音質(zhì)。但對于數(shù)字音頻設(shè)備就是完全相反的狀況了，因為數(shù)字音頻信號是高頻率的脈沖數(shù)據(jù)流，為了實(shí)現(xiàn)信號精確傳輸，線纜阻抗必須與發(fā)送和接收設(shè)備相匹配，這意味著線纜的阻抗必須保持恒定的特征。
1) 數(shù)字音頻線纜
不少類型的數(shù)字音頻線纜使用了與模擬音頻線纜相同的接插件，比如 XLR卡儂頭或是RCA蓮花頭等。那么就有不少人就采用模擬線纜作為數(shù)字線纜的替代品，這是非常錯誤的做法。它們之間并不是簡單地從外觀上來定義的，“阻抗要求”才是真正區(qū)分的依據(jù)。
模擬線纜替代數(shù)字電纜會發(fā)生阻抗不匹配的情況，線纜中產(chǎn)生的駐波反射會使信號脈沖波的輪廓模糊。同時，來自于線纜的分布電容會降低線纜的高頻響應(yīng)，繼而影響到脈沖的上升時間。此時，受到不良影響的脈沖波會繼續(xù)將高、低電壓轉(zhuǎn)換定義為數(shù)字信號，即 0和1。由此我們在接收端對信號的解讀就會出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)抖晃Jitter（時間上的前后偏移）從而降低了音頻質(zhì)量，嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)錯碼。
我們經(jīng)常會看到，一些音樂工作現(xiàn)場通常將線纜雜亂無章的隨便連接，沒有形成一種有序的排列。這在一定程度上反映出一種心態(tài)，并沒有將線纜和硬件設(shè)備形成統(tǒng)一的認(rèn)識。或許線纜的外形不如硬件設(shè)備那樣引人注目，然而任何設(shè)備都離不開線纜，這是事實(shí)。使用廉價線纜以及不注重連接質(zhì)量都會導(dǎo)致所有硬件設(shè)備的表現(xiàn)水平普遍下降，這種情況在高端設(shè)備上尤其明顯，此時這些不經(jīng)意的舉動就會成為阻礙音質(zhì)的“瓶頸”。因此，在線纜方面增加必要的投資以及有序連接降低相互的干擾是非常有必要的。
2) 模擬音頻電纜
模擬音頻電纜通�？梢苑譃閭髀暺骶�纜、樂器/線路線纜以及音箱線纜三類，它們統(tǒng)稱為模擬音頻線纜。一般情況下，音頻線纜由導(dǎo)體、屏蔽層兩部分構(gòu)成。線纜的中心部分就是導(dǎo)體，用以承載音頻信號。導(dǎo)體外部包裹著絕緣塑料或橡膠，再外層是金屬網(wǎng)狀的屏蔽層，它起到兩方面作用：一是隔絕外界干擾，二是構(gòu)成信號回路（地線）。在線纜的最外面包裹著線體的保護(hù)層，其作用是使線纜耐用。圖1為常見音頻線纜結(jié)構(gòu)圖
圖1 常見音頻線纜結(jié)構(gòu)
2. 影響音頻線纜的因素
在實(shí)際使用環(huán)境下，線纜本身的質(zhì)量、阻抗和電阻指標(biāo)、信號電平等因素都會對聲音產(chǎn)生影響，其具體體現(xiàn)在如下方面：
1) 線纜的屏蔽性能： 線纜質(zhì)量決定了其屏蔽性能。很多情況下，外界干擾會影響到線纜內(nèi)部音頻信號的傳送質(zhì)量，因此電纜需要有良好的屏蔽性能。常見的干擾源分為無線電信號（Radio-Frequency Interference簡稱 RFI）以及靜電（Electrostatic）兩種。屏蔽性能不好的線纜很容易受到外界電波干擾。如果線體拾取到到干擾信號，經(jīng)過導(dǎo)體送入放大電路時就會被檢波放大，混在音頻信號中形成噪音。相類似的干擾源還有很多，如電動機(jī)線圈、熒光燈電火花、靜電放電等。線纜的屏蔽層能夠有效保護(hù)導(dǎo)體免受上述幾類干擾，但是屏蔽層對于某些類型的電磁波無效，通常只能采用平衡傳送的方法來抵消它們（使兩條線體拾取同樣的干擾信號，通過變壓器使兩個干擾信號反向，達(dá)到互相抵消的目的）。
2) 信號電平對線纜的影響：屏蔽線主要用于傳送低電平信號，如傳聲器、吉他或線性信號。由于該類信號源的電平較低，必須經(jīng)過加一個放大的過程。在放大信號的同時，混進(jìn)去的干擾信號也會被放大，形成噪聲。而音箱線纜傳遞的是高電平信號，相比之下干擾信號就顯得微不足道，因此不需要屏蔽。但是音箱線纜對于阻抗的問題卻很突出，原則上連接線越短越好，線體越粗越好。需要注意的是，有的音箱線纜端也使用大二芯或卡農(nóng)插頭，外觀與屏蔽線相似，使用時要從線體結(jié)構(gòu)去判斷線纜的類型，不要混淆或用錯。
3) 阻抗和電阻對線纜的影響：阻抗是指在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用。阻抗由電阻、容抗、感抗三者組成，其單位為歐姆Ω。而電阻是指在直流電中，導(dǎo)體對電流的阻礙作用。電阻的大小跟導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)體直徑以及長度有關(guān)。在實(shí)際使用中，阻抗和電阻可以對各類線纜產(chǎn)生不同影響。首先，在音箱線纜中，電阻變化可以導(dǎo)致功率上的損失，因此許多高質(zhì)量的音箱線纜在線體直徑和長度進(jìn)行控制，力求將線路功率損失降到最低。第二，在傳聲器線纜中，容抗會帶來比電阻更多的問題。因為音頻線纜的屏蔽層和內(nèi)部導(dǎo)體正好形成了一個電容關(guān)系，從另一方面來看，整條線纜就就相當(dāng)于一個大電容，它的容抗會阻擋交流電的流動。根據(jù)電容的性質(zhì)，頻率上升會使容抗減小，然而由線纜構(gòu)成的電容器與線體本身的電阻相結(jié)合，就形成了一個低通濾波器，線纜越長，截止頻率點(diǎn)衰減越大，這就是我們建議不要使用過長線纜的重要原因。第三，在線路電平的電路中，需要注意導(dǎo)體的感抗屬性。音頻信號在導(dǎo)體中流動時會產(chǎn)生隨電壓變化的磁場，物理學(xué)稱為“自感”。該磁場對信號的流動將產(chǎn)生阻力。由于線路電平的電流較弱，自感所產(chǎn)生的磁場也不強(qiáng)；然而類似于傳聲器信號的大電流信號，所產(chǎn)生的磁場就強(qiáng)大得多。因此，使用高質(zhì)量的音箱線纜可以減少自感磁場，改善音質(zhì)。
3 音頻線纜的接口類型
音頻線纜按照接口類型也被分為數(shù)字和模擬兩類，由于很多數(shù)字音頻線纜使用的是模擬接插件，如卡儂頭（XLR）、蓮花頭（RCA）等等，因此單從外觀上區(qū)分容易產(chǎn)生混淆。其有效的區(qū)分方法就是從阻抗參數(shù)上加以分辨。另外在使用上不要錯用，這決定了音頻系統(tǒng)的整體工作性能指標(biāo)
1) 數(shù)字音頻接口類型：
λ AES/EBU：由Audio Engineering Society（音頻工程師協(xié)會）和European Broadcast Union（歐洲廣播聯(lián)盟）一同開發(fā)的數(shù)字音頻傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)，簡稱AES/EBU或IEC-958標(biāo)準(zhǔn)，它是傳輸和接收數(shù)字音頻信號的數(shù)字設(shè)備接口協(xié)議，其輸入和輸出阻抗為110Ω，這種格式使用一條三針卡儂線單向傳輸兩路信號。
λ S/PDIF：該接口的英文全稱為Sony/Philips Digital Interface（索尼/飛利浦?jǐn)?shù)字接口格式）是 SONY公司與PHILIPS公司聯(lián)合制定的一種數(shù)字音頻輸出接口格式。這種格式可以使用BNC同軸輸出或RCA蓮花線傳輸數(shù)字信號，其輸入和輸出阻抗為75Ω。由于數(shù)字信號不會因受到干擾而降低音頻質(zhì)量，因此該接口被廣泛應(yīng)用于專業(yè)及家用電器設(shè)備上。用于改善信號音質(zhì)，提供給更純正的聽覺效果。
λ ADAT：由美國Alesis公司開發(fā)的一種數(shù)字音頻編碼格式，最早用于該公司的ADAT八軌錄音機(jī)，因此被稱為ADAT編碼。它使用一根Optical（單模光纖）單向傳輸傳輸8軌信號，且ADAT系統(tǒng)間數(shù)字信號傳輸遵循Alesis公司制定的“ADAT Lightpipe”光纖數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)在，該接口標(biāo)準(zhǔn)被音頻廠商用來作為調(diào)音臺、合成器以及效果器等音頻設(shè)備用于傳輸數(shù)字音頻的標(biāo)準(zhǔn)。
λ 東芝的Toslink格式，也被稱之為S/PDIF光學(xué)格式，其本質(zhì)是通過光纖傳送的兩路S/PDIF信號。
λ TDIF：由日本Tascam公司開發(fā)的一種多聲道數(shù)字音頻編碼格式，使用DB25針插口以及類似于計算機(jī)串行線的線纜雙向傳輸八個聲道的數(shù)字信號，其線纜使用長度不能超過5公尺。
λ MADI：多通道數(shù)字音頻接口（Multi-channel Audio Digital Interface）簡稱MADI。是由音頻工程協(xié)會(AES)標(biāo)準(zhǔn)AES-10和AES-10id描述的一個接口標(biāo)準(zhǔn)，可用Optical（SC多模光纖）單向長距離傳輸56/64路信號，也可用用BNC線纜單向傳輸56/64路信號，但傳輸距離上不如使用多模光纖。
以上敘述可以給我們提供一個基本信息，即：數(shù)字線纜的線材與接插頭都有一定的專用特性和阻抗要求，這是使用中應(yīng)該注意的問題。而模擬線纜相對來說就比較容易區(qū)別，唯一需要注意的就是一定要區(qū)分開“平衡信號”與“非平衡信號”之間的差別。平衡信號指的是利用相位抵消原理降低信號傳輸過程中所受的干擾。它需要并列三根導(dǎo)線，分別是接地、熱端和冷端來實(shí)現(xiàn)信號傳輸。非平衡傳輸只有兩個信號端子，即熱端與接地端。如圖2所示
圖2 模擬音頻接口連接圖
2) 模擬音頻接口類型：
λ 3.5mm立體聲接頭：又叫做小三芯接口，這是目前消費(fèi)類聲卡或板載聲卡主流配置的接口。為了適應(yīng)不同設(shè)備需求，這類接口目有2.5mm、3.5mm和6.22mm接頭，三個尺寸規(guī)格。2.5mm接頭主要應(yīng)用在手機(jī)類數(shù)字產(chǎn)品上；3.5mm是常見的接口類型，主要應(yīng)用在PC及家用設(shè)備上；6.22mm接頭是提高了接觸面及耐用度的模擬接頭，主要應(yīng)用監(jiān)聽或?qū)I(yè)音頻設(shè)備上。如圖3所示
圖3 小三芯接口
λ RCA接頭：這就是常說的蓮花頭，也是目前最普遍的音頻連接方式，它是利用RCA線纜傳輸模擬信號的，每一根 RCA線纜傳輸一個聲道信號，因此立體聲信號就需要使用一對線纜。左聲道用藍(lán)色或白色標(biāo)注，右聲道用紅色標(biāo)注。如果用于多聲道系統(tǒng)，就要根據(jù)實(shí)際的聲道數(shù)量配以相同數(shù)量的線纜。圖4所示
圖4 RCA蓮花頭
λ XLR接頭：俗稱卡儂頭，具備三針插頭和鎖定裝置組成。這使得XLR連接相當(dāng)牢靠，XLR接口通常在麥克風(fēng)、音頻卡等設(shè)備上常見�？▋z插頭和插座有公母之分，其外部特征為：接點(diǎn)為插針的是公插或公座，接點(diǎn)為插孔的是母插或母座。按照國際通用慣例，公插頭或插座是信號的輸出端；母插頭或插座是信號的輸入端。圖5所示
圖5 XLR卡儂頭
λ TRS大三芯接頭：大三芯接頭采用直徑為6.35毫米的插頭，結(jié)構(gòu)為熱端、冷端、接地三部分，主要用于平衡信號或不平衡的立體聲信號。優(yōu)點(diǎn)是耐磨損，適合反復(fù)插拔，主要出現(xiàn)在高端模擬音響器材或?qū)I(yè)音頻設(shè)備上。圖6所示
圖6 TRS大三芯接頭
λ TS大二芯接頭：大二芯接頭也是采用直徑為6.35毫米的插頭，結(jié)構(gòu)為熱端、接地兩部分，主要用于非平衡信號單聲道信號。圖7所示
圖7 TS大二芯接頭
λ 蝴蝶夾：這是有源音箱中常用的模擬信號傳輸接頭，采用紅黑兩種顏色標(biāo)注，每根線纜傳輸一個聲道信號，雙聲道需要兩根線纜傳輸。這類接線口有蝴蝶夾形和接線柱形兩種，其接觸面大，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性也較高。圖8所示
圖8 蝴蝶夾接頭
個人認(rèn)為接插件和線纜是制作系統(tǒng)中的核心部件，配置時根據(jù)其他設(shè)備標(biāo)稱參數(shù)統(tǒng)籌考慮；如果是新購置的設(shè)備，那么請在設(shè)備全部確定下來之后再統(tǒng)一配置。有興趣的朋友還可以將你現(xiàn)有的線纜和接插件檢查一下，如果做到和硬件設(shè)備匹配，那么你系統(tǒng)的音質(zhì)會有改觀。
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