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话筒线高频衰减效应实测对比5 {) T% G. c, y9 s) u, w
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在专业音响系统的构建中,用户或投资人对于音响设备的挑选都会非常谨慎,但是音频线材作为系统中信号传输的载体,却是相对容易被轻视的环节。本文通过电路原理和线材实测对比来说明,话筒线的线间电容是如何影响音频信号传输质量的。同时也通过计算和实测来说明,音频信号传输中,设备的阻抗是如何影响传输的质量,这是另一个常常被忽略或者误解的问题。
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电路原理与电路模型4 y( Z: G. s3 @1 r8 m
所有电子信号传输都是使用一对导线通过电磁波的传播方式进行的,其中导线起到一个作为相关电场和磁场的约束作用。沿着导线传输路径的某些特定位置,在导线之间的空间中存在着电场,我们可以求得在特定时刻、特定位置上导线之间的电位差。同样,导线表面存在着磁场,我们可以求得特定时刻、特定位置的导体中感应电流的大小。当我们讨论音频设备之间传输模拟音频信号的线缆时,电路的尺寸大小通常远小于信号波长,因而简化的集总电路元件分析将适用于这种电路。模拟音频信号线的集总电路模型如下:
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图1:模拟音频信号传输线缆的集总参数电路模型9 ]8 o+ P+ s% O( |* O
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图中,R表示所有导线的总串联电阻,可以通过万能表测量获得,L表示所有导线的总串联电感,C表示的是总并联电容,其中包括了可能存在的屏蔽效应。这个电路模型忽略了与电容并联的分流电导作用,这是由于在现实系统中的音频线缆长度中,分流电导很小,可以忽略不计。在给定的输出设备内阻和负载阻抗的条件下,通过常规电路分析法即可计算出频率衰减特性。这时线缆的高频-3 dB衰减频率可以通过下式计算:
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$ Y: l4 L' M% \其中,R为电路总电阻,C为电路总的等效电容。+ z7 ^+ e+ a1 L1 r, I7 L
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模型验证:在AP515测试仪中,将输出端阻抗设置为为100Ω,输入端阻抗设置为200 kΩ,用一条长度为0.5m的信号线连接输入和输出。在卡侬公头的2脚和3脚之间并联入一个33nF的电容,这个电容量接近于常见话筒线在距离达到400米后的线间电容的中间值,用于模拟长距离传输时的可能存在的线间电容。在如此短的线材中,我们可以忽略线材本身的电阻和电感。传输电路的模型可简化为:
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: V% r {% I! }* V1 z+ f图2:超短距离模拟音频信号传输线缆的集总参数电路模型$ r3 U6 ?5 c+ C
! R; i2 i9 P; [& Y5 q3 H1 J 该电路的总电阻为" f" {) O# A1 v* s7 `* A
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# ^. e. a3 n9 y% X {) t5 ]' h 需要说明的是,电路模型中的电阻(R)与设备参数中的阻抗(Z)是不同的概念。实测中,测试设备的阻抗值略大于电阻值,可以直接用于电阻值的计算。读者应注意区别概念,避免由此造成的混淆。
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由上述公式可以计算得到分频频率为:! `, h: Z4 _7 f1 X+ K8 V
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& z$ ]: l3 o4 Q" P 我们按照此设置,用AP515测试仪来测试该传输电路的频率响应图。为了显示线间电容对高频信号的影响,我们将测试的频率范围设置为20 Hz -80 kHz。+ X1 H! u! N5 G- O
$ A* F( v/ D4 {# S5 ^$ | 实测结果如下图。; _+ t/ ~6 s3 u: o; e3 z: O2 F$ C `
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, ?; C4 @. J# w; R) W图3:0.5m信号线,在卡侬头2脚(热端)和3脚(冷端)并联一个33nF电容的幅频响应。Zout=100Ω,Zin=200 kΩ
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通过频率响应图我们可以看出实际的-3dB衰减频率为48.9 kHz,与上式的计算结果48.28 kHz基本符合。同时我们看到在通常所说的音频上限频率20 kHz处,衰减约为-0.7dB。绝大多数时候,这种高频的衰减可以接受,然而灵敏的音响师耳朵可能会对这样的衰减有所察觉。 |
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