音频线、视频线、屏蔽线和同轴电缆的关系

音频线、视频线、屏蔽线与同轴电缆的关系

我们经常接触到的信号按频率分为音频（几十K以下）、视频（百兆以下）、和射频（就是无线电发射频率的简称），严格地讲，中波广播用的540K及以上频率都可称为射频，电视发射用的射频频率为50M以上。视频在生活中应用最多，影碟、电视、电脑显示器这些都要用，视频频率是从0到某一个值的范围，我们把它换为“带宽”，带宽与“分辨率”和“清晰度”相关，例如VCD机清晰度低，它的视频带宽只有5M；CRT显示器可以支持1280x1024的高清晰度（注意该清晰度与LCD显示器相比还差得远！），它的带宽可以达到上百兆。

音响设备之间连接的信号线，一般要求是：不能受噪音信号干扰，传输尽量无衰减，传输过程对信号不能产生大的频率失真和相位失真（也就是尽量保持信号不变形，这一点对彩色电视信号影响非常大，尤其是NTSC格式的彩色视频信号，少量的相位失真就会导致颜色异常！）。为此，传输不同的信号就要用到不同的信号线，下面分别从屏蔽线与同轴线说起。

对音频信号而言，频率只有几十KHz，那么几米长的传输线都可以等效为长度为“零”，导线的分布参数、特征阻抗都可以忽略，最主要的性能要求是屏蔽电磁干扰，防止在线路上感应到电磁噪声。在一条芯线的外围，连续用细铜线缠绕或套上金属编织网作为屏蔽层（屏蔽层与信号设备的地线相连），这种信号线就是“屏蔽线”，如下图所示：

屏蔽线并不要求芯线与屏蔽层是同轴关系，甚至圆的扁的都没关系，核心要点是芯线被屏蔽层完全“封闭”。市面上有些伪劣音频线并没有使用“屏蔽线”，其实就是两根线封装在一起，这种线对电磁干扰完全没有屏蔽作用，试验方法是：将信号输出设备（例如CD机）连接音频左或音频右的那一端悬空，接收信号的一端如功放机保持连接，这时音响功放机或电视机的AV输入口（注：AV输入口通常是一组三根线，一个视频和两个音频）的音频口由于插上这样一条悬空状态的线，就可能从该线引入了噪音，噪音明显的话，这条线就是伪劣产品。如果插上的是一条正规的信号线，并不会引入明显的噪音，就像没插时几乎无变化。

上述试验强调要把CD机那一端音频输出口悬空，只保留电视机这一端然后听噪音，还要注意电视机AV接口上的视频线不要拔，虽然我们只用听噪音的办法来试验，但是如果视频信号没了大多电视会自动静音，什么都听不到了！

上述试验中，为什么CD机上音频口插上后，不论是否播放影碟，电视里听到的噪音都很小（与CD端悬空状态对比）？这是因为CD机输出口的“内阻”也能抑制信号线上感应的噪音，如果CD机够好的话，音频线的真假，影响反而并不大！

上面讲过，视频信号比音频信号的频率范围（即带宽）要大很多，传输用的信号线长度在半米以上就可能对信号质量产生明显的影响。症状一般是三种：图像清晰度下降变模糊（高频衰减引起）；颜色异常（相位失真引起），噪点（干扰噪声引起），电磁干扰可以用屏蔽线的办法解决，但频率和相位失真就只能靠同轴电缆了。

同轴电缆结构与上述屏蔽线有些相似，里面芯线，外围是金属编织网（可以双层或叠加铝箔等），这更强调了同心结构，芯线是圆的，直径为r，芯线外围是同心的绝缘层，绝缘层外紧紧包围屏蔽层，屏蔽层的内径也就是绝缘层的外径为R，R与r之比决定了该同轴线的阻抗，常见的同轴线分为75欧和50欧两种。有线电视一般用75欧，这是当年为了更好地与电视接收天线匹配；无线电台等一般用50欧，该型号同轴线最适合传输大功率射频信号。

与屏蔽线相比，同轴电缆只要输入和输出两端都能与设备的阻抗能够匹配，就不会存在信号的反射以及反射引起的衰减和相位失真，频率衰减也可以做到足够小（频率衰减特性是同轴电缆的一个重要考核指标！），因此如果不计成本，同轴线代替普通屏蔽线传输音频信号也没有问题。反之，对于频率比音频高得多的视频和射频信号来说，用普通屏蔽线传输就会对信号质量产生严重的影响（除非线的长度非常短可以忽略不计）。

尽管有了同轴线，但对于越来越高的清晰度要求，同轴线的高频性能也往往不够用，例如，前几年所有的CRT 显示器和大多LCD显示器都配有VGA接口，这个VGA信号电缆里面用了三根同轴线分别传送红绿蓝信号，另外还有两根线传送行、场同步信号，这种VGA接口当工作在1920x1280的高分辨率时，图像清晰度与数字方式的DVI 接口相比有明显差距，如果VGA电缆（主要是内部的3根同轴电缆）质量差的话，图像质量损失就更大了。

上面提到的音频、视频信号都是“模拟信号”，也就是说信号电压是一种连续的波形信号，模拟信号是最简单、最原始、最通用的一种形式，它的弱点主要是抗干扰差和不适合计算机处理，所以目前广泛使用了数字信号传输。但数字信号传输时同样面临噪声干扰、衰减和失真这些问题，依然不能脱离屏蔽线、同轴线这些基本的传输线理论。当前数字系统内部互连，例如电脑主机与LCD显示器之间，更多的传输并不是使用同轴线而是双绞线，就是使用一对线的“差分”电压进行信号识别，当然为了达到更好的性能，可以同时启用很多“对”而不限于一对。这种传输方式最适合传输数字信号，也就是信号电压就分两种情况，不是代表“0”就是代表“1”，只要能分辨出来就行，不存在“失真度”的问题，当然如果识别错了，称之为“误码”，误码率是数字传输的一个重要指标，它不仅依靠传输线的质量来保证，更要靠数字调制和数字编码方案来保证。