探讨麦克风线缆高频衰减成因及解决方法

5267860

下面两张图是平时测试的两款各100米麦克风线缆频率响应图。图1为麦克线缆RCEYJP2 2×37/0.10，图2为麦克风线缆RCEVJP 2×37/0.10，从图1和图2 频率响应图上看到，两款线随着频率升高电压开始下降。在《为什么我们要了解频率响应》（◄点击打开此文章）中讲到，频率响应图是了解音频信号与声音关系非常好的指标，本期一起探讨麦克风线缆高频衰减成因及解决方法。
+ A: ]8 x1 O8 K9 G+ D
* p0 j/ x2 b+ Z( \$ |8 ?. [ 图 1  RCEYJP2 2×37/0.10
6 {  v) j2 X6 M, Q+ \. q
  o" [7 f  |9 T& Z+ Y3 t$ L; S0 a
图 2  RCEVJP 2×37/0.10



8 c3 }  H+ h$ G0 b2 U0 q, @) V两款麦克风线缆在各个频点的响应有较大差别，对传统AM（中波，短波）广播电台播出关心的频点5khz、10khz，对于调频FM广播频率关心的频点15khz、20khz，广电和录音以及现场关心的频点50KHz进行对比，如表1所示。RCEYJP2 2×37/0.10和RCEVJP 2×37/0.10在20KHz内衰减不超过0.5dBu，并且RCEYJP2 2×37/0.10衰减比RCEVJP 2×37/0.10小一个数量级。
) Z3 |. @6 d- n6 @) P
6 I6 P, B* U4 Q2 }" O  X% a0 Q) \
表1


. M. v( z6 i5 D3 R5 N
) N9 G$ a) {$ i7 Y8 t: e' w另外从表中还能发现，电压衰减随着信号频率升高而增大。这是因为常规模拟音频信号是由不同频率交流电信号组成如图3所示，《分享回顾电阻和阻抗知识》（◄点击打开此文章）中讲到对交流电引起的阻碍作用叫做阻抗，通常由电阻、感抗、容抗组成。
) |7 j6 C. X/ E% b$ [& O6 }
3 G5 R1 Y4 k4 u0 M
2 C5 p2 P9 o. D/ e9 l, j' e
图 3



) b' a/ N9 Z$ a! D/ H( q0 ?电阻公式


. U+ d/ ~2 v; z" i1 n# k
2 z4 u$ T" m. ?% [+ v. F- h% l
5 l2 {- n% m8 s3 w9 v! |其中， R为电阻（Ω），ρ为铜丝电阻率（Ω·mm2/m），L为长度（m），S为导体截面积（mm2）
  y- m8 _: H2 s( G! n  J2 ~


两款线的ρ、L、S相同，计算可得两者的直流电阻一样。但是两者的高频衰减却相差一个数量级，所以认为相同截面积的RVV/RVVP与专业音频线缆衰减一样，并且选择线缆时只关注电阻是不正确的。模拟音频信号是交流电信号！导线上电压电流不再是简单的符合欧姆定律的比例关系，电感与电容对电流的阻碍作用都受频率影响。


% a) j( [" k' j: Q  L
$ H" t& O5 f, p% B# K  K5 J2 }电感感抗公式



$ t* Z2 X+ G, ^% k# q+ ?+ V' b0 a其中， X L 为感抗（Ω），f为交变电流的频率（Hz），L为电感（H）。感抗与流过电感的交变电流的频率成正比。电感对信号的影响主要是趋肤效应和趋肤深度，感兴趣的可以自行学习，根据趋肤深度公式计算，电感对两款麦克风线缆传输信号的影响可以忽略不计。
2 Z8 w6 {8 A- P& D  y
3 H+ R' |( T* E0 c# i5 x. u
8 B3 F) U% M) e& y
电容容抗公式
$ m  `8 q9 C! I; R
1 Z  z6 q; K) E7 `( e


其中， X C 为容抗（Ω），f为交变电流的频率（Hz），C为电容（F）。容抗与交变电流频率成反比。另外电容与容抗也成反比。RCEYJP2 2×37/0.10实测芯与芯电容值54pF/m，RCEVJP 2×37/0.10实测芯与芯电容值130pF/m，所以RCEYJP2 2×37/0.10的容抗基本是RCEVJP 2×37/0.10的三倍。从表1中RCEYJP2 2×37/0.10衰减明显更小，那各个专业线缆厂商所提倡的低电容线缆是怎么回事，电容越低容抗越大，不是对电流阻碍越大吗？其实不然，这里的电容指的是芯与芯之间的分布电容，由于两根导体之间存在着绝缘胶皮层，可以视作两个导体之间充满了绝缘介质，因此具备了分布电容的典型特征。
" X* Y& P0 s# q2 h4 V' k; c
7 g; y! p+ l1 H3 L6 k0 `

1 r; S5 D& Z1 V# U按照以上的分析，可以给出线缆内部导体的传输特性等效电路图如（图4）当有交变电流流过，电路上有直流电阻R1，串联电感L1和分布电容C1。分布电容随着频率的升高而减小，导致高频信号在流经其中一根导体（干扰信号线）时，更容易通过分布电容路径流入另一根导体（被干扰信号线），干扰信号线的信号出现频率成分缺失，被干扰线则混入多余的频率成分，两路信号都会出现信号畸变，即原始信号传输导体上出现信号失真、而临近的导体上出现被串扰干扰现象。由此可以理解两款麦克风线缆的高频信号衰减主要因素是分布电容的影响。


' L, B" r" J7 w5 M8 Q% |9 P8 I+ y
2 d1 b& ~$ z! H3 Z* M5 w5 D2 S; |2 O# e图 4

; ?1 H& v8 E0 {/ ^
# H# V, g, C4 y
' x+ }6 n" r: j9 v6 Y结合麦克风实际应用中，一般是平衡电路如图（5）所示，两根芯线分别传输热端、冷端信号，在接收器有差分放大电路。利用差分放大电路放大差模信号，抑制共模信号的特点，可以消除传输过程中受到的各种电磁干扰。

( Y0 b. v9 T; A
" ?" X, O) Y0 s& o0 X! @+ O
图 5

) ~) v$ p7 N2 G3 m
( o9 `( m0 p/ {$ d3 C9 F8 f. \& ]5 a
由于分布电容引入的干扰信号属于共模信号，会被抑制，举例如图（6）所示，假设干扰信号电平幅度为1V，在20KHz通过分布电容传到被干扰导体的电平为0.2V，则最后干扰信号变成了0.8V，被干扰导体上有了0.2V的干扰信号。经过差分放大电路，由于共模抑制，原信号还会被衰减0.2V，最后只剩0.6V。也就是说分布电容造成原信号0.2V衰减，最后在接收端原信号有0.4V的衰减！




5 |0 q$ N* r. D0 f0 V图 6

8 k! T9 r2 o, Y+ {8 R1 s2 L+ F
. ~. z7 P0 ]5 U  }1 I! p8 S  Z8 P+ X
综上所述，麦克风线缆高频的衰减是由于分布电容以及平衡电路的影响，由于平衡电路有其优点，所以尽量减小分布电容是各个专业音频线缆制造商的共同目标，成丰“主流线”低衰减麦克风线缆，采用PE绝缘减小电容，超高覆盖率镀锡铜丝编织屏蔽，非常适合广电和录音等高要求使用场景。

过来学习学习

非常好的资料，学习了，感谢！