音响系统信号连接及信号传输方式
对于一个最基本的音响系统,设备间的连接和信号传输方式也是非常重要的基础工作,不正确的连接方式,往往会在后期造成一些不必要的麻烦,比如有噪声啦、容易受干扰啦等等。
专业音响设备间的信号连接分为信号线和音箱线,信号线是在设备间传输低电平音频信号的,音箱线则是在功率放大器和音箱之间传递高电平音频电信号的。
我们首先来介绍信号线。
信号线由接插件和线材组成,音响设备之间的信号连接和传输方式一般有两种,即平衡式 和非平衡式。平衡式连接和信号传输:采用三端连接方式,信号线由内部的两根芯线及屏蔽层组成,音频信号的传输由两根芯线负责,而屏蔽层只负责屏蔽干扰。用于平衡式传输的接插件有卡农 (XLR)插头和直径1/4英寸 (6.35mm)大三芯 (TRS) 插头两种。一般卡农公插头 (XLR-M)是用于信号输出的,卡农母插头(XLR-F)是用于信号输入的,而大三芯插头是可以作为信号输出或输出使用的。
标准的焊接方法是:
卡农插头的2脚连接信号正极,3脚连接信号负极,1脚连接屏蔽层。
大三芯插头的连接方式为,插头的尖部连接信号正极,插头的环部连接信号负极,插头的外壳连接屏蔽层。这种连接方式的特点是由于屏蔽层只负责屏蔽干扰而不负责信号传输,所以抗干扰的能力比较强,能够实现较远距离传输。目前,专业音响设备的内部电路信号接口基本上都是平衡式的接口, 一般为卡农或者大三芯插座。对于专业音响设备之间的连接尽可能全部采用平衡式连接,以防止莫名其妙的信号干扰。
非平衡式连接和信号传输:采用两端连接方式,信号线由内部的一根芯线及屏蔽层组成,音频信号的传输由芯线和屏蔽层负责,芯线连接信号正极,而屏蔽层连接信号负极。用于非平衡式传输的接插件有莲花 (RCA)插头和大二芯(PHONE JACK)插头两种。非平衡式连接由于屏蔽层也用于信号传输, 所以比较容易受到外界干扰,一般不适用于信号的远距离传输。
由于大部分用在扩声工程上的音源设备(如CD 机、 DVD 机及乐器等)本身输出端采用非平衡式输出,比如RCA莲花式输出插座或大二芯插座,所以非平衡式连接只适合在距离较近的情况下用于音源设备与调音台之间的连接。
如果音源设备距离调音台的距离比较远(超过10 m),那就需要采用DI-BOX (引导盒)把非平衡转换为平衡式后再进行远距离传输。
在设备连接方面还有一种比较特殊的连接方式,这就是经常在KTV场合出现的话筒与设备的连接方式, 一般话筒的接口都为卡农式平衡接口,而卡拉OK 前置放大器(前级)上的话筒输入口又多为大二芯非平衡式接口。这里就牵扯到平衡式转非平衡式连接的问题了,这种情况下,在卡农头那边仍然按照2接 +、3接-、1接屏蔽的方式焊接,而大二芯这头则把连接卡农头3脚的芯线和1脚的屏蔽层相互短接后焊接在大二芯插头的套上。
有些人在焊接这类线的时候,还喜欢把卡农头的外壳与屏蔽层连接,但是这样容易出现一个问题:如果这个房间的地线有问题(地线带电),地线上的电很容易通过屏蔽层传递到话筒外壳上,在人的嘴唇接触到话筒外壳的时候人的嘴唇有发麻的感觉,所以建议不要让屏蔽层和卡农头的外壳相连。
目前常见的信号线线材多数都是双芯带屏蔽的线材,这种线材用于非平衡式连接线制作时,有些人喜欢把内部的两根芯线并联起来连接信号正极,而用屏蔽层连接信号负极,这种方法存在一定的误区。因为一般的信号线屏蔽层的材质一般没有芯线的材质好,在传输信号时的损耗较大。正确的方法是用其中一条芯线连接信号正极而把另一条芯线与屏蔽层并联后连接信号负极,这样可以有效降低信号在传输中的损耗。
下面我们来说说音箱线的问题。
音箱线是连接功放和音箱的连接线,目前大部分的音箱输入接口都采用的SPEAKON NL4型四芯音箱插座。一般的内置分频的全频音箱或超低音音箱产品大部分使用四芯插座里的1+和1-两个接点。和这种接口相连的是SPEAKON NL4型四芯音箱插头,一般的音箱只需要把双芯音箱线与插头内的1+和1-接点相连即可,音箱线的另一端根据功放输出端的形式选择接插件。有些功放是采用SPEAKON NL4型音箱插座输出信号的,也是使用1+和1-接点;有些功放采用接线柱的形式,可以采用双芯香蕉插头连接或直接采用压线的方式。音箱的1+接点与功放输出的正极相连,而音箱的1-接点与功放输出的负极相连,音箱线的两端线头要用焊锡焊好。
了解了信号连接和传输方式之后,我们就可以开始连接设备了。调音台与功率放大器都属于专业设备,其接口都为平衡式连接,把调音台的主输出通道MAIN OUT和功放的IN PUT接口使用信号线连接起来即可,至于使用什么样的接插件,则根据设备上的信号插座来决定。
现在面临的问题是音源设备与调音台输入通道的连接, 一般的调音台输入通道都具有两种信号接口,即MICIN 话筒输入通道和LINE IN线路输入通道。那么什么音源设备进入MIC IN话筒输入通道,什么设备进入LINE IN线路输入通道呢?话筒能不能进入LINE IN线路输入通道,或者CD 机这类设备是否可以进入MIC IN话筒输入通道呢?
调音台的输入部分的电路结构是这样的,首先是MIC IN话筒输入接口,由于话筒输出的信号电平极其微弱,因此在话筒输入接口后面就有一个单独的话筒放大器电路,把话筒输入的信号先进行一级放大,然后到通过LINE IN线路输入接口,再到线路前置放大器。看了这个电路结构我们就明白了,如果把话筒不插入MIC IN 插座而直接插入LINE IN插座,那么由于缺少一级话筒放大器的放大,就会导致调音台前置线路放大电路对话筒信号的放大量不足,响是可以响,但是会 出现话筒声音小的现象。此时,如果开大调音台输入增益,那么在提升话筒电平的同时,也会增大前置放大器的噪音,所以把话筒插入LINE IN插座是不合适的。同时要注意,有个48V的开关,这是针对电容话筒供电的幻象电源 (PHANTOM) 开关。你如果在这一路上接入的是电容话筒,就要把这个开关按下去,这样,话筒才会有声音。有些调音台的幻象电源开关不是单路控制而是整体控制的,因此只要话筒用平衡式连接,接入到MIC IN接口,就不管是电容话筒还是动圈话筒,都可以正常使用。
那么,如果把CD机这类音源设备接入MIC IN插座可不可以呢?答案还是否定的。因为CD机这类设备本身输出的信号电平 就比较高,如果接入MIC IN插座,那么话筒放大器就会对输入的信号进行放大,让本身已经较强的信号变得更强了,这样就不利于电平的控制了。另外一点,这类设备的信号本身较强,有些时候很容易导致话筒放大器因为输入信号过高而产生比较严重的失真,所以CD机或者乐器这类设备是不可以接入MIC IN话筒输入插座的。
搞清楚这些以后,我们就要记住,各种话筒要进入MIC IN话筒输入通道,其他音源设备则进入LINE IN线路输入通道,不要搞错了。
有朋友要问了,有些无线话筒的接收机后面没有卡农输出口,只有直插口,那么这种情况应该接到什么输入口呢?其实这种接收机直接接入调音台的LINE IN线路输入口就可以啦,因为这种接收机内部电路中已经包括了话筒放大电路,输出的信号已经是高电平的线路信号了;还有一种无线话筒,接收机背后同时有卡农输出和直插输出口,有些还有IC/LINE切换开关。当你把输出模式开关拨到 MIC 时,接收机内部就跳开了自身的话筒放大器电路,此时应直接从卡农输出口连接到调音台的MIC IN话筒输入口。如果你把开关打到LINE 位置,就接通了接收机内部的话筒放大器电路,信号从直插输出口输出,那你就把它连接到调音台的LINE IN线路输入口;现在还有一些话筒俩种输出方式都有也没有切换开关,默认俩种方式都可以。
选择哪一种输出模式,主要看接收机内部的话筒放大器和调音台内部的话筒放大器的品质比较。如果调音台的话筒放大器品质较高,那就让接收机处于MIC 输出模式;如果调音台的话筒放大器品质较差而接收机内部的话筒放大器品质较高,那就让接收机处于LINE输出状态。
功放常用的元器件知识
玩音响是一个系统工程,DIY功放同样如此,除考虑成本外,还要考虑元器件的采购与选配,以及相关器件与各种板卡的装配,不是随便购买器件就可用的。
1、ZY~01型散热器
在专业音响领域,专业散热器大量使用,如下图所示为ZY~01型散热器的外观图。
其中图上为内侧页面,图下为外侧页面与页面宽度。该散热器分A、B两款,A款内部叶面高度为90mm,外部叶面高度为120mm, 叶面厚度为65mm。B款内部叶面高度为60mm,外部叶面高度为84mm, 叶面厚度为60mm。
以图所示的散热器为例,其底部可平放在机箱低部,功率管可固定在内侧的叶面上,上下的两个叶面都可安装功率管,功率管可对称安装,如下图所示。
散热器的长度可根据需要截取,比如15cm、30cm、80cm等等,可安装多对大功率管,如图所示。
好思路我们要学习,好器件我们要借鉴,若DIY功放,ZY~01型散热器是一个较好的选项,可能我们不必装配很多对功率管,2~4对大功率管即够,并且可把电压放大级部份电压放大管与电流放大级的中功率预推动管、大功率推动管及温度补偿管与热敏电阻都安装在ZY~01型散热器一起,如下图所示。
站在发烧的角度来看,虽然ZY~01型散热器不能满足部份高烧人士的需求, 但该散热器较实用,我们可以用该散热器直接当作后级功放的侧板用,这时散热器可外露以加强散热。该散热器也可内置在机箱内,左右声道各用一个,方便整体部局,如下图所示。
2、大功率功率管
多数音响发烧友对一些平价易购的器件视而不见,总喜欢购一些炒作的“管王”或“发烧器件”,但“管王”或“发烧器件”都是相对的,是在特定时期或在特定环境下为了某些利益被少数人称呼。在专业音响, 低价的原装小功率管2N5551、2N5401大量使用,发烧友确看不上它,情愿采用贵数十倍售价的小功率发烧管、金封管,不愿从电路上去挖掘潜能。如今发烧管众多,国内市场易购的大功率对管达数十种,但考虑到使用场所不同,优先考率如下5款:2SK1058、2SJ162;2SC5200、2SA1943;NJW0281、NJW0302;2SC3858、2SA1494;MJ15024、MJ15025。部份参数如下:2SK1058、2SJ162:100W、 7A、160V、TO-3P;2SC5200、2SA1943 :150W、 15A、230V、TO-3P;NJW0281、NJW0302:150 W、15A、260V、TO -3P;2SC3858 2SA1494:200W、17A、230V、MT -200;MJ15024、MJ150 25:250W、16A、250V、TO-3。
由于易购、平价的2SC5200、2SA1943;NJW0281、NJW0302;2SC3858 2SA1494;MJ15024、MJ15025被很多专业音响厂或HIFI音响 生产厂家大量使用。
如上图所示,这些大功率管售价低主要原因是国内这些厂家使用量大,功率管生产厂家特有的销售策略,使其盟主地位多年不被动摇。
3、氧化铝散热片
音响生产厂家多使用矽胶片与云母片作集成IC功放与大功率功放管的绝缘与传热, 如下图所示:
由于售价低,这两种绝缘片被大量使用,矽胶片方便裁剪,导热系数为1 w/m. kz左右,一些小功率集成IC功放大量使用,如TDA2030、LM1875 等等。云母片导热系数为1~2w/m.k,一些大功率对管大量使用,如 2SC5200、2SA1943 与 2SC3858 2SA1494 等等,云母片较脆,需凃导热硅脂配合使用。这几年国内已有厂家开发生产了氧化铝绝缘片,传热性能大幅提高,导热系数为25w/m.k左右,长期工作温度最高可达1480℃,如下图所示,一些高级音响生产厂家使用。
4、电容
A.滤波电容:
这几年国内部份电容器生产厂家为适应市场需求,开发了很多规格的音响用电容。如HS系列容量为4700μF、6800μF、10000μF,耐压 为50V、63V、80V、100V等多种规格的FOR audio电容,还可定制特殊规格的电容。通过材料设计、工艺突破、结合核心电解液添加剂,这些电容有如下特点:低损耗、低E.S.R 、低漏电、耐高纹波电流等特点,85℃带负载寿命5000小时;105℃带负载寿命4000小时。HS系列电容可让音响系统其音效声场清晰、低频更加厚实、中频自然顺滑、高频晶莹透彻更有鲜活感,具有挑战进口名牌电容的实力,主用于HIFI级功放、专业音响电源滤波,如下图所示为国产HS系列 10000UF 80V电容的外观图。
B.CBB电容:
国产金属化聚丙烯轴向电容器即CBB电容,用镀金属聚丙烯膜作为电解质、电极绕制而成,采用镀锡铜线环氧树脂灌封,容量在0.01μF~100μF,耐压在100V~630VDC,损耗角正切值在0.01%~0.08%,在音箱分频与胆机制作大量使用,如下图所示,国产电容具有较高的性价比。
部份采用铜膜或银膜的电容损耗角正切值小于0.005%,能够满足特定用户的需求。
5、变压器:
A.电源变压器
功放电源变压器几乎都是在国内加工生产,为国内专业音响厂订制的大功率变压器铁芯多选用进口整条0.23mm或0.27mm的直纹片或斜纹片卷制,230V输入范围可达到300V不饱合,230V~260V无震动、无牛叫、无噪音。采用无氧铜漆包线绕制线圈,采用无氧铜杆镀银线、或裸铜电子线作引线,外观多采用透明、白色、黑色、聚脂膜、高温黑纱布封装,如图15所示,这类订制的变压器同样可用于DIY HIFI功放。
B.音频变压器:
小功率音频变压器多用来隔离、滤波、声音处理等。
6、功放电压放大模块:
国外很多公司上世纪八十年代与九十年代推出了很多功放驱动模块,可简化电路设计,使生产功放简易很多,在发烧圈STK3048与STK6153较为“受宠”。国内外也有厂家开发出一些音响模块,如马兰士的HDMA电压反馈模块与电流反馈模块。时过景迁,很多模块已退出市场,比较看好的是国内的 LM4702、LME49810与LME49830 ,如下图所示。
特别是LME49810 、LME49830高耐压,最高可达正负100V供电,可输出较高的电压信号,若两路桥接,意味者业余条件下也有可能制作100~1000瓦的大功率功放。可看作LM4702是双声道设计、内部不包含电流放大级预 推动级,也可看LME49810 、LME49830是单声道设计、内部已包含电流放大级预推动级。
7、电子管:
国内库存还有很多国产电子管, 部份电子管用于制作前级或小功率功放, 本报有很 多电路可参考, 部份国产低价冷门管可开发用于音响领域,如图所示。
若较难购到功放推动模块,或者追求各性化的声音,也可采用前胆后石、胆石混合等方案,即用电子管作电压放大推动大功率晶体管制作的0DB功放,国内有少部份商品机采用此方案。
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