音頻接口是元件從鏈路上游元件獲得信號的途徑。音頻接口包括源（輸出）回路、電纜以及負載（輸入）回路幾個部分。它有家用版本（2線非平衡式）以及專業(yè)版本（3線平衡式），兩種版本的主要區(qū)別在于對各種電磁干擾（圖1）的耐受力。那么數(shù)字音頻接口是否需要使用數(shù)字音頻電纜呢？

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，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。一根針對非平衡式接口設計的電纜中包含兩條絞線，其中一條絞線為屏蔽線。一根針對平衡式接口設計的電纜中包含三根絞線，其中有一條對絞線對和一條屏蔽線（STP）。電纜本身基于這個原因，可能會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,先做些基礎知識說明。

平衡式模擬和數(shù)字接口要求使用的電纜不一樣嗎？

模擬音頻

模擬接口輸送的信號是隨著時間變化的電壓，而且這個接口（包括電纜）必須保持電壓形狀不變（圖2）。假設輸入和輸出電路的設計很好，此時電纜是信號衰減的一個原因。電纜有電子屬性，而電容通常為影響信號質(zhì)量的主要原因。電纜電容的屬性會隨著頻率升高削減信號，從而導致信號的高頻內(nèi)容丟失。無論是家用產(chǎn)品還是專業(yè)產(chǎn)品，它們的音頻接口設計都是為了讓電纜電容效應產(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，那么音頻應該不受影響。但是，這不等于沒有電纜效應，我們也沒有公認的人類聽力高頻上限。這個原因刺激了人們對“特殊”電纜的需求，意圖保持模擬信號的保真度。

圖 2 – 模擬音頻波形形狀復雜，且必須為接口所保持不變

數(shù)字音頻

數(shù)字信號由數(shù)據(jù)包組成，這些數(shù)據(jù)包通過電纜傳播，在負載處（輸入）恢復。AES3數(shù)字格式包括兩個音頻數(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，且不是音源和負載之間傳輸信號的必要條件。

模擬信號在不同時刻的數(shù)值可能不同，而數(shù)字信號只有兩種狀態(tài)。一“比特”（bit）等于零或者等于一。目標是在數(shù)字輸入時保持這種差異。電纜電容依然存在，并且會因為四舍五入比特傳輸而改變信號（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影響數(shù)據(jù)的完整

模擬和數(shù)字信號之間的一個主要區(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)字信號帶寬能夠很好地擴展到MHz區(qū)域（兆或百萬赫茲）。這點是必需的能力，因為數(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，這種修改不會影響信號所攜帶的信息，因為零或一實際上由轉(zhuǎn)換或者零交點所決定。也就是說，數(shù)字信號比模擬信號更不容易遭受電線的“侵蝕”，因為數(shù)字信號不是音頻，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。

關鍵點在于，電纜本身不分模擬或數(shù)字，電纜只是具有會改變流經(jīng)信號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，這點可以通過眼圖（eye pattern）測試進行觀察（圖4）。眼圖是一種包含了數(shù)千比特的特殊分析儀。噪音和抖動會讓“眼睛”變小，但是只要“眼睛”大于AES 3的最小值，信號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，高頻丟失對模擬信號和數(shù)字信號的完整性都會造成影響。

音頻行業(yè)中的數(shù)字音頻格式，如AES3和SPDIF實際上曾是針對模擬接口電纜而設計的。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)字信號并不需要特定的電纜（圖5）.

如果音響系統(tǒng)中既有模擬設備，也有AES3數(shù)字設備，那么每種設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)級和家用級數(shù)字音頻接口和格式時牢記于心的理念。

好笑的是，線距過長對于數(shù)字信號的損害比模擬信號要嚴重。我們放松限制地說，兩種信號的電纜都能使用1000英尺（300米）電纜。模擬信號會丟失部分高頻，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。

我們在對比數(shù)字電視和模擬電視的時候都有這樣的經(jīng)歷。衰減的模擬信號還是“看得過眼”的，不過衰減的數(shù)字信號卻會出現(xiàn)卡頓、噪點和其它問題。“數(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英尺的模擬級話筒電纜（上），它和一款數(shù)字級別的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準限制舉的例子。但是，我可以保證，在這樣的長度下還是可以傳輸模擬信號的，只是說可能會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成連續(xù)波形的信息了。我不是擁護模擬排斥數(shù)字，因為你不會有使用300米線距的需求，但相對于“沒有聲音”我總是更愿意選擇“模糊的聲音”的。

重點在于，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的問題，不過一旦丟失信號，就更可能影響模擬信號。線距越接近專業(yè)數(shù)字音頻默認的“100米限制”，電纜屬性就越發(fā)地成為影響信號的重要因素，而專門為數(shù)字音頻設計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)字級音頻電纜

數(shù)字級專業(yè)音頻電纜是低電容屏蔽雙絞線（STP），能呈現(xiàn)其針對的射頻范圍的特定阻抗特征。這種電纜的標準為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”的影響，這時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、卷線和運輸線纜的噩夢。但是，對于固定安裝而言，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)字音頻的其中一個原因是，信號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”的二進制特性意味著，信號損失不再是模糊的了，不會出現(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)生嚴重影響前的影響都可以忽略不計，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”電纜的設計目的在于提高雙絞線和屏蔽線之間的對稱性，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電纜的價格大約是編織屏蔽數(shù)字STP的一半，但是遠貴于模擬箔片屏蔽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，最好把其中的布線連同模擬設備一起替換掉（圖7）。

圖 7 –固定安裝級別的箔片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

模擬和數(shù)字信號最好采用平衡式接口。

距離限制對模擬信號衰減的影響是漸進的，卻是數(shù)字信號降級的分水嶺。

電纜本身不是“數(shù)字”的，電纜設計擁有非常高的對稱性、低電容和特定RF阻抗時，就成為了數(shù)字級電纜。

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

無論對于便攜式系統(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)字音頻應用。

音頻從業(yè)人員要知道自己應該考慮的對象以及考慮的時機。無論是模擬接口還是數(shù)字接口，音響系統(tǒng)設計時使用的線纜越短越好。但是，線距越接近限制值，就越應該使用數(shù)字級編織電纜或箔片STP。