正確匹配:數字音頻接口需要「數字」音頻線纜嗎?

音頻接口可以將信號從一個組件傳送到下一個組件。一個音頻接口，一般會由源（輸出）電路，電纜和負載（輸入）電路幾個部分組成。

音頻接口一般會分為有消費者版本（2線，非平衡）和專業版本（3線，平衡），主要區別在於其各種形式的抗電磁幹擾的穩健性（圖1）。 那麼，數字音頻接口是否需要數字級音頻線纜呢？

由於增加電纜長度會對模擬和數字音頻信號產生不利影響，因此大型系統需要使用平衡接口。一根電纜通常包含多根電線或導線; 不平衡音頻接口通常會設計兩個導體，其中一個是屏蔽線。而平衡接口一般會設計三個導體，由雙絞線和屏蔽線（通常稱為「屏蔽雙絞線」或簡稱STP）組成。

因此，電纜本身就可以稱為不平衡或平衡。 於是我將這篇文章限制在對平衡接口和電纜的討論中。 平衡的模擬和數字接口需要不同的電纜嗎？ 首先讓我們先來聊一些基礎話題。

模擬音頻接口

模擬接口接口將信號轉換為時變電壓來傳遞，其形狀必須由包括電纜的接口保留（圖2）。 假設輸入和輸出電路設計良好，那麼電纜就會成為信號衰減的來源。

電纜具有電學性質，其中電容往往是影響信號質量的關鍵因素。 電纜電容具有隨著頻率增加而使信號短路的特性，這會導致信號的高頻內容丟失。

雖然這聽起來很具破壞性，但消費者和專業產品的音頻接口都旨在將電纜電容的影響推到可聽頻率範圍之外。

圖1 - 不平衡和平衡的音頻接口

如果使用合適的電纜並保持合適的長度，理論上音頻不會受到任何影響。 但是電纜效應卻不可能徹底消失，並且，對於「人類聽覺的最高閾值」這一點，目前還沒有確切統一的說法。因此，這也催生了「需要特殊電纜來保持模擬信號的保真度」這種玄學言論的出現。

數字音頻接口

數位訊號由沿著電纜流傳輸並在負載（輸入）處恢復的數據包組成。 AES3數字格式包括兩個通過STP電纜單向傳輸的音頻數據通道。 與平衡模擬接口一樣，電纜屏蔽僅用作屏蔽，不需要在信號源和負載之間傳遞信號。

雖然模擬信號在任何特定時刻都可以呈現唯一值，但數位訊號卻只有兩種狀態。 「位」可以是0，也可以是1。 而數字音頻目標就是在數字輸入處保持這種區別。 而電纜電容仍然存在，並且可以通過捨入位之間的轉換來重新對信號進行塑形（圖3）。

圖2 - 模擬音頻波形具有複雜的形狀，必須由音頻接口來進行保留。

模擬和數位訊號之間的主要區別是帶寬或頻率範圍。 模擬音頻波形包含大約20 kHz的有用信息。 而數位訊號帶寬可以很好地擴展到MHz（兆或數百萬Hz）的區域。 這是非常必要的，因為數據只有兩種狀態，因此必須流動許多位才能傳輸來自原始模擬波形的複雜信息。

由於電纜電容引起的高頻損耗會使數字波形的尖銳邊緣變圓。但是在正常情況下，這種捨入對信號所攜帶的信息沒有影響，因為零或一實際上是由轉換或過零確定的。 這意味著數位訊號的線路遠比模擬信號「不易損壞」，因為它不是音頻，而是數據。 這是數字音頻相對於模擬的主要優勢。

圖3 - 數字波形。 信息由轉換承載，因此波形的微小捨入不會降低數據完整性。

外帶線纜則不同，它不是模擬或數字的，它只是一種具有阻抗特性的電纜，可以重塑沿其傳播的信號。 隨著電纜長度的增加，模擬和數字波形都受到電纜電容的影響。 但是這兩種接口類型在短距離內基本都不會出現太大問題的。

額外注意事項

數字音頻的全有或全無的特性可以通過眼圖測試來說明（圖4）。 這是一個特殊的分析儀，它覆蓋了數字音頻的數千位。 噪聲和抖動的影響會減小「眼睛」的大小，但只要它大於AES3的最小值，信號完整性就會得到保留。 由於電纜電容是累積的，因此在某種程度上高頻滾降會影響模擬和數位訊號的完整性。

特定於音頻行業的數字音頻格式，例如AES3和SPDIF，實際上是被設計的時候，是打算用於與模擬接口的。

「老舊的25英尺麥克風電纜」可以傳輸數字音頻而不會降級，因此數位訊號不需要特殊的電纜（圖5）。

如果聲音系統需要混合使用模擬和AES3數字設備，只要將模擬輸出路由到模擬輸入，將數字輸出路由到數字輸入，就可以為每個設備使用相同的電纜。

簡單為佳，這是開拓者們在發明專業和消費者數字音頻接口和格式時的想法。

圖4 - 圓形數字脈衝看起來像眼睛。 如果眼睛癱瘓太多，數據完整性就會丟失。

具有諷刺意味的是，數位訊號的長度過長對模擬信號的影響可能更大。 讓我們擴展兩者的規則，並考慮1000英尺（300米）的電纜線路。

模擬信號會出現一些高頻損耗，這取決於節目素材，可能會導致發出稍微「混亂」的聲音。

而如果失去1和0之間的區別，那麼數位訊號可能會徹底暴走或停止。

在比較數位電視和模擬電視時，我們都經歷過這一點。 降級的模擬信號仍然是「可觀看的」，而降級的數位訊號會產生鎖定，斑點和其他類型的混亂問題。 「數字」，無論是音頻還是視頻，幾乎都是一個全有或全無的原則。

圖5 - 25英尺的模擬級麥克風電纜（頂部）在眼睛測試中的表現與數字級STP（底部）相同。

多長？

對於模擬或數字音頻，電纜的長度沒有「硬性的限制」。 可以肯定地說，不論是數字還是模擬，伸展1000英尺是沒有問題的。 但我可以向你保證，模擬信號仍然可以在那個距離上工作，儘管有一些可能會聽到一些高頻損耗。

在該長度，數位訊號不太可能包含可以恢復到連續波形的信息。 我並沒有推薦是模擬音頻好還是數字音頻好的意思，因為首先，你就不應該把線纜弄到1000英尺。不過，我隨時都會將「泥濘的音頻」這個說法修改為「無音頻」。

而外帶線纜，對於短距離來說，你通常可以逃避有關布線的各種難題。 在不到100英尺（30米）的情況下，我不用擔心電纜電容會破壞任何一種信號類型，但任何損耗都可能對模擬信號產生更大影響。

隨著接近專業數字音頻的軟「100米限制」，電纜的屬性成為一個更重要的因素，專門為數字音頻設計的電纜可以提高接口的完整性。 相同的電纜可以減輕模擬接口中的一些高頻損耗。 基本上，對於短距離來說沒什麼關係，對於長距離來說，一切都開始變得更加重要。

特殊因素

數字級專業音頻電纜是低電容STP，在其設計的射頻範圍內，它會呈現特定阻抗。 這通常為110歐姆——與接口中的輸入和輸出阻抗相同。 阻抗匹配減輕了可能破壞數據的源和負載之間的反射。 保持這種阻抗匹配的重要性也會隨著電纜長度而增加，並且當您接近數字格式的建議距離限制時，會變得更加重要。

數字音頻在其推薦的工作距離內使用時，對「電纜效應」非常不敏感，購買更昂貴的電纜也不會產生更好的聲音。 但是具有諷刺意味的是，類別電纜（例如，Cat-5和Cat-6）具有非常低的電容和100歐姆的阻抗，並且是可用於AES3數字音頻的出色電纜（圖6）。

雖然低成本Cat-5可能提供與數字級STP電纜類似的性能水平，但它在布線、卷繞和運輸方面可能會非常非常麻煩。

但對於固定安裝，它是一種成本又低使用又便捷的數位訊號傳輸方式，也適用於平衡模擬接口。

向數字音頻過渡的原因之一是在信號傳輸方面，數字傳輸可以將電纜從等式中脫離出來。

雖然它沒有完全實現這一點，但數字音頻的二進位「全有或全無」性質意味著，損失的影響不再是灰色地帶，也不會有那種有些電纜聽起來比其他電纜「更溫暖」或「更清潔」的情況出現。這意味著電纜根本不重要，等到它真的重要了的時候，你也會非常明顯地意識到這一點。

圖6 - 數字STP和CAT5，均為300英尺，通過眼睛測試，顏色鮮豔。

同時，屏蔽雙絞線數字級電纜旨在改善雙絞線和屏蔽層之間的對稱性，使平衡輸入和輸出更好地完成工作。當電纜長度接近100米限制時，它並不昂貴並且變得越來越有幫助。由於良好的編織屏蔽數字電纜價格與良好的編織屏蔽模擬電纜相似，因此我在可攜式系統中更喜歡使用數字電纜，通用於模擬和數字接口。

數字級STP電纜可提供箔屏蔽，價格約為編織屏蔽數字級STP的一半，但成本遠高於模擬箔屏蔽STP。廉價的鋁箔屏蔽STP幾十年來一直是安裝聲音的主要支柱，它適用於模擬接口，甚至是短距離的數字接口。因為鋁箔STP價格便宜，所以它不會消失，這對於帶有數字系統改裝的模擬系統的大房間來說是一個問題，因此建議更換線路或者模擬設備（圖7）。

以下是關於此主題的內容總結：

- 平衡接口是模擬和數位訊號的首選。

- 此距離限制是模擬信號衰減的梯度下行，也是數位訊號衰減的下降。

- 雖然電纜本身不是「數字」，但當電纜設計為具有非常高的對稱性、低電容和特定的RF阻抗時，電纜就會變成數字級。

- 對於長電纜，數字級STP是首選，因為它具有更好的對稱性，更低的電容，並且價格與良好的模擬電纜相似。

- 箔片STP在市場上以及可攜式和固定安裝模擬系統中都非常常用。兒高電容使其不適合長距離電纜中的數字音頻。

圖7 - 安裝級箔片STP未通過眼睛測試。 它不應該長時間用於數字音頻。

作為音頻從業者的一個重要部分是知道什麼東西在什麼時候是重要的。對於模擬和數字接口，使用儘可能短的電纜運行來設計音響系統始終是一個好習慣。但越接近極限，對數字級編織或箔片STP的投資就會變得越來越合理。