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转 烧友说同轴线

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发表于 2014-12-6 11:54:01 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 青竹戴雨 于 2014-12-6 12:22 编辑

在发烧领域,我觉得往往是用巨大的代价换回在工业领域很简单的标准就能解决的问题。比如:
JITTER问题,在纯数字传输协议中是不存在或者说是可忽略不计的,而在古老的CD格式下,需要用上精密的转盘+复杂的电路+昂贵的物料等,就象在信息时代用一个电话能解决的问题,在发烧界还是采用玄奘和尚徒步千里的方式送口信。
说到数字传输,很多高人说换同轴线有时候感觉比换信号线、喇叭线感觉都要强烈,然后写出一篇文章,说某万元级咸菜换上后脱胎换骨……
窃以为铜材几个N,还是镀金镀银,手指粗还是水蛇粗,都是次要的,最重要的是讲科学。
同轴的科学在哪里呢?
1、屏蔽
2、阻抗
屏蔽比较简单,几块钱的大厂出来的闭路电视线都有铜网和双层铝箔了,差不多了,不要说几百块一米的线,要是连这个都做不好,跳海吧。
阻抗对于线材也是比较简单的,大厂出来的,做到75欧,即使是74,或者76,都没什么大碍。线材要是阻抗也做不好,那也可以填海了。
关键在哪里?我认为
1、插头!1万一米的线,插头的结构、表面处理、阻抗不对的话,还不如一个制作规范的鸡线。现在的问题是,莲花头是为传输音频模拟信号而生的,制定标准的时候没有阻抗的概念,生来善于传输数字信号的头叫BNC头,但是这个在工业设备中使用比较多,CD、解码上几乎不多见。现在要放下BNC头不用,要用莲花头来传输数字信号,是多大的弯路啊。别看莲花头外型长的差不多,插上都能响,但是专门用于数字传输的头和模拟传输的头内在是有很大差别的,主要在于绝缘介质。也就是隔绝正负极的那圈塑料!数字传输对与这个塑料的阻抗是有要求的,那就是75欧,而模拟则没有这个要求!有很多同轴线,几千几百,却接了音频用的模拟头,我很难想象效果。有些“高手”口吐莲花,却连高频阻抗的概念都不清楚,做的线除了观赏性,其实用性如何??
2、焊接。数字高频器材对焊接很敏感,两块金属焊起来,在直流情况下电阻基本为0,但是上个MHZ、GHZ的频率,其阻抗就天差地别,很难想象手工能做到什么精密程度。是一坨焊锡还是2坨焊锡?哈哈所以在数字传输领域的很多接头都是压接的。
3、所以我认为:2个标准的75欧专用于数字信号的RCA头+合格的75欧线+良好的装配,才是王道。比那些线材顶级,接头用途不对,施工随意的线要好的多。至少是标准的多。



(1)严格来说,BNC插头座分两种,75欧、50欧,真正的数码同轴线也是这两种阻抗。一般来说,以使用75欧为多。RCA头大体上我所知,除了级小数的指明是作同轴线专用的,不论名牌与否一般都约为120欧以上。线材也一样,同轴专用线也是75欧、50欧这两种阻抗。那些专用的音响线材也不是这种阻抗,更是百花齐放。真正按规范化来做同轴线,用音响线做应是不妥当的。由于家用的同轴线较短,信号也足够,所以,在线的两头阻抗不匹配的情况下,驻波比例也不太明显,听感不是要求极高的话,由于掩蔽效应,还可以。

(2)虽然插头只是一种连接方式,对于高频来说,连通接头与线材的阻抗匹配是很重要的。我以前做传输工程时,曾便用过一种德国造昂贵的专用头,损耗也只能做到1.1db,现在的BNC头插入损耗一般都能控制在1.5db左右,而RCA头能做到2db就已经是级之良品了.在高频电路上,接点的阻抗不匹配,产生最大的危害是驻波.较容易想像的是;在极湿的听音环境下播放音乐,反射严重,导致一片混响.

(3)因 BNC 是高频头,一定要符合 75 欧或 50 欧的交流阻抗值才不会引起高频损耗,而数码讯号本身就是高频讯号,高频讯号对交流阻抗值非常敏感,到一定的阻抗上限频宽就会因阻抗大幅急升而自行滚降伸延不上,如果插头交流阻抗值不对引起高频损耗,导致资料流失,就会触发 JITTER 失真。RCA 头的出生就是为音频而设,音频属於低频讯号,所以比较上要求没那么严格。

(4)BNC 信息损失少,传真度高,rca和bnc输出对比一下就知了

(5)BNC双层屏蔽接头可以传输微波段的电磁波,频率比数字音频信号高得多得多。我们实验室很多仪器用这个。不过如果微波传输导线泄漏的话,后果就是致命的。

(6)在一条线上一边接rca头一边接BNC头和两边BNC,两边RCA比哪个效果好?能不能把这3种效果排排顺序?

答:终端电压反射系数(反射波电压与入射波电压之比)Γ1=(Z1-Z0)/(Z1+Z0),其中三者均为复数值,且Z1是终端负载阻抗,Z0是传输线特征阻抗。显然,如果Z1与Z0不等,则在终端上将发生反射;当入射波电压幅度一定时,终端电压反射系数Γ1的模值越大,则反射电压的幅度越高。
假设数字信号线、DAC输入插座和转盘输出插座的特征阻抗都是标准的75欧:当使用75欧的BNC时,终端反射在理论上为零;而使用的单个RCA的特征阻抗为非75欧时,则在此终端将会有反射发生;如果两端使用的RCA的特征阻抗都为非75欧时,则在两个终端都会有反射发生,换句话说就是信号将来回反射。(当信号发生反射时,不仅会有波之间的叠加,而且对输入输出端电路的状态也可能会有一些影响。)
以上是仅仅着眼于导行波的最简单的理论分析。同时我个人认为,仅仅就传输线(此处为数字信号线)对信号传输的有利程度而言,由前推论,2BNC>(1BNC+1RCA)>2RCA。当然实际情况并非这么简单。行文不当和错误之处也请大家不吝斧正。

(7)BNC一般是用于专业领域,也是最牢靠的,因为是锁定的.而且据说BNC损耗最小.,示波器用的也是BNC




BNC接头,是一种用于同轴电缆的连接器,全称是Bayonet Nut Connector(刺刀螺母连接器,这个名称形象地描述了这种接头外形),又称为British Naval Connector(英国海军连接器,可能是英国海军最早使用这种接头)或Bayonet Neill Conselman(Neill Conselman刺刀,这种接头是一个名叫Neill Conselman的人发明的)。

BNC接头可没有被淘汰,因为同轴电缆是一种屏蔽电缆,有传送距离长、信号稳定的优点。目前它还被大量用于通信系统中,如网络设备中的E1接口就是用两根BNC接头的同轴电缆来连接的,在高档的监视器、音响设备中也经常用来传送音频、视频信号。

被淘汰只不过是10Base-2以太网,这种网络使用50欧的RG-58A/U同轴电缆的,速率为10Mb的,总线型网络,维护不便。所以现在组建这种网络的BNC接口网卡也被淘汰了。







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 楼主| 发表于 2014-12-6 12:23:34 | 只看该作者
本帖最后由 青竹戴雨 于 2014-12-6 12:25 编辑

关于接头的阻抗问题,楼主说错了。 BNC和RCA都不什么75欧的,那是指线的阻抗。BNC和RCA只是接头而已,说什么焊接影响阻抗也是无根据的,BNC和RCA的插座都是焊接在PCB上的!

至于BNC优于RCA不是焊接和压接的差距,也不是插头的阻抗问题。而是如何完美地终止屏蔽的问题。

RCA发明的较早,那时还没考虑到EMC问题。它终止屏蔽的方式是在插头内用焊接或压接屏蔽层来完成,而RCA的插头外壳与线的屏蔽层之间存在的间隙,这个间隙对音频信号没什么,但对高频信号来说,就有可能是致命的,如果线路中经过多过这样的RCA插头,就可能会造成干扰的侵入和信号的泄漏。RCA的屏蔽终止方法一般被戏称为猪尾巴。

BNC终止屏蔽层的方式是使外壳360°连接屏蔽层,所以在接头处是不会出现屏蔽的间隙的,所以它的屏蔽是完整的![s:97] [s:14] [s:30] 所以BNC在高频上优于RCA。

实际上RCA也不没救了,你可以把信号靠近外壳处的屏蔽层与外壳用焊锡焊上一圈,照样可以实现360°完美地终止屏蔽。

SPDIF严格的写法是S/PDIF,是“SONY/PHILIPS Digital Interface Format”的缩写,它是由SONY与PHILIPS公司在上世纪80年代制订的一种数字音频信号传输标准,可以传输LPCM流和Dolby Digital、DTS这类数字音频信号。其标准的输出电平是0.5Vpp(发送器负载75Ω),输入和输出阻抗为75Ω(0.7-3MHz频宽)。常用的SPDIF接口有光纤、RCA和BNC。我们常见的同轴线接口是RCA插头作同轴输出,但是用RCA作同轴输出是个错误的做法,正确的做法是用BNC作同轴输出。因为BNC头的阻抗是75Ω,刚好适合S/PDIF的格式标准,但由于历史的原因,在一般的家用机上大多用的是RCA作同轴输出。SPDIF最初应用于CD、数字TAPE播放器上的数字音频传送接口,后来逐渐应用到其它各类家用电子消费产品上。通过SPDIF接口传输数字声音信号已经成为了新一代家用电子消费产品上。通过SPDIF接口传输数字声音信号已经成为了新一代家用数字音响电器普遍拥有的特点。

     SPDIF使用双相标记编码(Bi-phase Mark Coding;BMC)法,属调相(Phase-Modulation)式传输的一种,逻辑0以跨越一次准位0来表示,逻辑1以跨越两次准位0来表示。SPDIF仅用一条线路就可进行数字音源传输,同时传递音源信息与时钟信息。但因为它实行Bi-phase Mark双向标记的编码传输,由于传递距离的远近与噪声干扰等,送抵接收端并将数据与时钟恢复还原时,因时序的偏误以至相位振幅的取样偏差,容易造成时钟信号的微失真,此微失真也称之为Jitter(抖跳、时基误差)。这时已有偏差的数据和时钟再进行DAC转换,转换成模拟音频信号,虽然音频信号不致完全走样,但确实已非忠实呈现。为了解决这样的问题,高品质外置DAC的解决方式是在SPDIF接收端设置数据缓冲存储器(Buffer),待整体接收后再重新以接收端产生的精确时钟来处理数据,称为:Re-Clock(时基重整)。

     就传输介质而言,SPDIF从传输介质上来分为光纤和同轴两种,属不平衡传输方式。其实它们传输的信号是相同的,只不过是传输载体不同,接口和连接线外观也有差异。

     一种是光纤(Optical Digital Output)SPDIF输出,一般简称为光纤,也叫Toslink。它是在机器内部把SPDIF数字信号光纤发射模块转变为光信号,并通过光纤线送到外部数字设备的光信号输入口,后者再把光信号转变成电的信号去作进一步的处理。Toslink是日本东芝(TOSHIBA)公司较早开发并设定的技术标准,它是以Toshiba link命名的,在器材的后面背板光纤输出口旁边印有“OPTICAL”作标识,现在几乎所有的数字影音设备都具备这种格式的接口。
     另一种是同轴电缆(Coaxial Digital Output)SPDIF输出,常称为同轴输出。在器材的背板上的同轴座边印有“coaxial”作标识。同轴是最早的数字传输规格,标准阻抗为75Ω,输出电压峰-峰值0.5V。不过早期BNC头不普及,所以厂商以单端的RCA头代替。

两种常见的家用SPDIF光纤、同轴输出接口连接器。

    光纤的完整名称叫做光导纤维,英文名是OPTIC FIBER,也有叫OPTICAL FIBFER的。光纤是以光脉冲的形式来传输信号,它是用纯石英玻璃或有机透明材料以特别的工艺拉成细丝,作为光的传输介质。它由纤维芯、包层和保护套组成。从理论上来说,光纤用来传输数字脉冲信号是最好的,它的信号衰减小、不受电磁波干扰,同时光纤不会辐射电磁波,一般说来传输频宽也较宽。是一个极好的数据传输的媒介。但是由于它需要光纤发射和接收端口,问题往往就是出在这里,光纤发射口和接收口的光电转换需要用光电二极管(或其它光电转换器件),由于光纤端面与光电二极管不可能做到非常紧密的对接(或称吻合、耦合),就存在光在媒介界面的反射和散逸,从而产生数字抖动(Jitter)类的失真,又因它有两个端口(发射口和接收口),所以这种失真还会是叠加的。再加上在光电转换过程中存在着光电二极管的非线性及响应等方面的失真,同时光纤本身的外径、同心圆的不均匀度、端面加工方式(有球型抛光与平面抛光二种方式,以前者为佳),都会对光脉冲信号传输产生影响。所以它在几种数字音频SPDIF传送线缆中性能是最差的。但是,光纤连接可以实现发送设备与接收设备间的电气隔离,阻止噪音通过地线传输,有利于降低设备间的电磁干扰。目前Toslink光纤被大量应用在普通的中低档CD、LD、MD、DVD机及组合音响上,甚至在某此笔记本型电脑也有。我们熟悉的XSAT410机背面的SPDIF也是这种。Toslink使用的光纤线,其接头分两种类型,一般家用的设备都是用标准的接头,标准光纤线及光纤线端头。而便携式的器材如便携式CD、MD、笔记本型电脑等的Toslink,则是用与3.5㎜耳机接头差不多大小的迷你光纤接头(Mini-Toslink)。由于光纤有上述的种种缺陷,因此使用这类光纤接口传输SPDIF,音质虽然较为透明,但数码味较浓,缺乏生气,听感显得缺乏一点韵味。
     光纤接头的形状具有插入的方向性,请注意光纤接头上卡榫和两侧切角必须与器材上的光纤插座方向吻合,方可插上,否则,接头有可能被卡在插座里难以拔出。如强行把接头拔出,将导致插头损坏而影响讯号传导的质量。

     同轴电缆是欧洲家电最喜欢用的,这可以从欧洲厂商生产的家用机上看的出来,凡是有数字输出的都有同轴输出。从技术指标看,数字同轴传输的时基误差非常小,比光纤的数字抖动小一个数量级。因此这一传输方式对音质有较好的表现。但是使用时请注意传输线材的阻抗匹配,数字同轴接口采用阻抗为75Ω的同轴电缆为传输媒介,其优点是阻抗恒定,传输频带较宽。使用75Ω特性阻抗的同轴电缆,可保证阻抗恒定,确保信号传输正确。优质的同轴电缆传输频宽可达几百兆赫,也就是说在传输的线材搭配上,应该是以适用于传输高频率数字讯号的75欧姆同轴线材作为标准,也就是一般常说的“数字线”。

     数字同轴线可用我们常用的卫星天线的高频馈线,两端装上RCA或BNC头自制。

如果作用普通的AV RCA连接线代替专用的数字同轴线,作为SPDIF同轴传输线,当然也能工作,但是由于普通的AV RCA连接线的特征阻抗并不均匀,传输带宽不足,会使得听感稍微显的干涩。

普通的RCA音频连接接头已有很长的历史了,应不少于50年!那些旧款的焊接型RCA连接接头一般特性阻抗为23Ω,而且在与精确75Ω同轴电缆连
接时,表现出很差的反射损耗值。实际上,这类RCA连接接头不适合用于在6MHz的广播视频频率、宽频RGB视频监视器线路以及数字音频数字流等方面。

佳耐美的新型75Ω型的RCA视频压紧型连接插头,可与75Ω阻抗匹配,对200MHz频率范围内的模拟和数字讯号的传输,有良好的表现。

我们的3件式连接接头设计,可为各种尺寸的75Ω同轴电缆提供稳定和非常可靠的连接。这种独特的不需要焊接的结构,节省了超过80%的连接时间。

现在使用高品质的佳耐美压紧式RCA连接接头来连接一条视频电缆,可以快速、简单和方便的完成,仅需要: (a) 剥开同轴电缆,(b) 在同轴电缆芯线上压紧中央针,(c) 将带锁扣的中央针放入RCAP系列连接接头并锁定,(d) 推上尾管并压紧。这样就完成了全部工作。

RCAP系列的连接接头使用了与佳耐美75Ω的压紧式BNC型连接接头相同的中央针和尾管。因此,完全相同的连接BNC连接接头用的工具-压紧钳、压紧模和剥线器,也适用于RACP系列连接接头的安装。

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 楼主| 发表于 2014-12-6 12:23:59 | 只看该作者
数字接口介绍

音响器材所用的数字接口包括:数字同轴接口SPDIF、光纤接口TOSHIBA Link、及AES/EBU接口格式,AES/EBU一般采用平衡方式进行连接,以下我对这几种接口优缺点进行介绍。

(一)     光纤接口
优点:光纤连接可以实现电气隔离,阻止数字噪音通过地线传输,有利于提高DAC的信噪比,因此这类光纤接口音质虽然较为透明。
缺点:由于光纤连接的信号要经过发射器和接收器的两次转换,会产生严重影响音质的时基抖动误差(Jitter),产生的时基抖动误差大概是同轴连接的20倍,这就是为什么采用光纤接口数码味较浓,缺乏生气,显得缺乏韵味的原因,所以一般情况下不会选择光纤接口作为传输。
(二)     同轴接口
优点:阻抗恒定,传输频带较宽,优质的同轴电缆频宽可达几百兆赫。基抖动误差(Jitter)小,同轴传输的时基误差在这三种接口中是最小的。
缺点:因为其峰值电压只有0.5V,所以传送距离较短,,即使连接线使用高质量75欧姆同轴电缆,传输距离也不会超过10米。
(三)     平衡接口
优点:具有可靠性能强的,传送距离较远。
缺点:工作频带较窄,时基抖动误差(Jitter)大约为同轴线的10倍左右。

数字接口的选择

如果是短距离传输,最好的选择本来应该是同轴接口了,因为它的时基抖动误差最小。同轴数字传输线标准接头采用仪器上常见的BNC头,其阻抗是75Ω,与75Ω的同轴电缆配合,可保证阻抗恒定,确保信号传输正确。但是,目前市面上许多数字影音设备都使用RCA的数字接头来代替BNC线,这种做法对于正确还原是极其不利的。因为RCA头接口一般是用来传输频带较窄的音频信号,对数兆赫的数字信号则难以应付;何况本身没有稳定的阻抗特性,随着使用情况的不同其阻抗亦有所不同,对声音的影响就可想而知了。
所以如果转盘和解码器上面都采用BNC接口方式的话建议用同轴线进行传输,要不就要优先考虑平衡接口了,光纤一般是最后一个考虑的。

同轴接口和平衡接口使用的注意事项

(一)     同轴线(非平衡数码线)
音响器材所用的同轴线要求的阻抗特征一般是75欧,不能用一般的信号线代替的,阻抗不匹配会严重的影响音质。
还有同轴线的阻抗特征不是静态的阻抗,只有用专业设备才能测量到,所以如果你用万用表测量的时候显示肯定是0。它的阻抗特征公式如下:

Z=〔60/√εr〕×Ln( D/d )

εr:介质材料的介电常数
D:同轴线的外径
d:铜芯内径

(二)     平衡数码线
平衡数码线的特征阻抗为110欧,同样的要严格要求它的阻抗,普通的平衡信号线是不能拿来替代的,不匹配的阻抗会影响音质,平衡数码线的阻抗特征公式:

Z=〔120/√εr〕×Ln( D/d )

εr:介质材料的介电常数
D:线的外径
d:铜芯内径

介绍几种常见音频信号的类型及其传输阻抗

1. 非平衡模拟音频(UnBalance Audio)
  - 传输介质:单根带屏蔽的同轴电缆
  - 传输阻抗:高低阻
  - 常用接头:直型(TRS)接头、莲花(RCA)接头
  - 接线标准:插针=同轴信号线,外壳公共地=屏蔽网线(下图所示)

2 平衡式模拟音频(Analog Balance Audio)
  - 传输介质:带屏蔽的双绞电缆
  - 传输阻抗:600Ω或高低阻
  - 常用接头:直型(TRS)接头、卡龙(XLR)接头
  - 接线标准:直插:插针=信号+,中环=信号-,外壳公共地=屏蔽网线卡龙:2脚=信号+,3脚=信号-,1脚公共地=屏蔽网线

3. 非平衡数字音频(Digital Unbalance Audio)
  - 传输介质:单根带屏蔽的同轴电缆或光纤
  - 传输阻抗:75Ω
  - 常用接头:BNC接头
  - 接线标准:插针=同轴信号线,外壳数字地=屏蔽网线

4. 平衡式数字音频(Digital Balance Audio)
  - 传输介质:带屏蔽的双绞电缆
  - 传输阻抗:110Ω
  - 常用接头:卡龙(XLR)接头


这点不能同意阿憨兄,同轴接头也是有特征阻抗的,同轴接头就是一小段同轴线。

不过SP/DIF的0.7-3MHz信号在短线传输时对接头和线的特征阻抗还不算太敏感。倒是不同线的线间的网络特征在比较高的收发阻抗下会导致信号脉冲前沿的一些变化,在进入DAC进行re-clock时会有一点不同,导致jitter也会有一点不同。   
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发表于 2014-12-6 19:02:38 | 只看该作者
本帖最后由 胡敏强 于 2014-12-6 19:06 编辑

阻抗是一个概念,不是某类线和头决定的,是由某信号源和接收其输入的某种匹配状态,接驳头和线材的结构只是配合其工作的状态与不同使用场合的需要。比如喇叭的阻抗,不是哪类喇叭线和接线头子决定的,是功率输出端与喇叭的交流匹配状态。
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发表于 2014-12-6 19:20:05 | 只看该作者
同轴只有3mhz的带宽,太垃圾了。
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发表于 2014-12-6 19:28:41 | 只看该作者
那要看是何用途的同轴,CATV同轴电缆传输带宽可达1GHz。
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