Как не ошибиться при выборе аудио-коммутации

Предлагаем вашему вниманию руководство, посвященное коммутационным кабелям и разъёмам.

В комплекте оборудования для студии звукозаписи всегда присутствует умопомрачительное количество самых разных коммутационных кабелей. Именно поэтому, чтобы оптимизировать общую производительность системы, очень важно разбираться в их видах и сопутствующих технических параметрах. Очень часто при  покупке этих компонентов, играющих важнейшую роль при определении конечного качества комплектов для живого звука или студии, используется "остаточный принцип" как в плане потраченных денег, так и в плане времени, которое выделяется на их выбор. В данном обзоре мы попытаемся убедить вас, что провода заслуживают намного больше внимания! 

Кабель... шнур... провод... проводник... что все это обозначает?

* "Кабелем" называется гибкий изолирующий рукав, внутри которого проложено несколько отдельных проводников. 

* "Шнур" — общепринятое в быту название для гибкого кабеля. 

* "Коммутационный кабель" — полностью собранный кабель вместе с разъемами. 

* "Провод" — одиночный проводник для передачи электрического сигнала; обычно провода покрываются слоем изоляции (например, пластиковой). 

Коммутационный кабель проводит электрический сигнал (или, в случае оптоволоконного кабеля, свет) с минимальными потерями от одного соединительного разъёма к другому. Нетрудно догадаться, что для разных электрических сигналов (сигнал может отличаться по уровню, по полосе частот, быть рассчитанным на то или иное входное/выходное сопротивление и т. д.) требуются разные кабели и разные разъемы.

Прежде чем мы познакомимся с различными типами коммутационных кабелей, давайте обратимся к их техническим параметрам.

За исключением мультиплексных решений (об этом чуть позже) кабель предназначен для передачи одного или нескольких сигналов от одного устройства до другого. Для этого требуется как минимум один электрический проводник, плюс второй проводник — так называемая "земля". Для передачи стереосигнала необходим еще один проводник, однако земля остается общей. Таким образом, количество сигналов, передаваемых по кабелю, равняется количеству проводников, проложенных внутри кабеля, минус один ("земляной").

В кабелях для передачи низкоуровневого сигнала земля также является первой линией защиты от разнообразных электромагнитных помех (шумов, фона, гула и т.д.). Эта задача решается за счет выполнения земляного провода в виде оболочки, внутрь которой укладываются сигнальные провода. Таким образом, помехам намного сложнее "добраться" до полезного сигнала. Обычно такой земляной провод ("экран") электрически подключается к корпусу прибора или основной линии заземления (или к тому и другому одновременно). В результате электромагнитные помехи мгновенно "засасываются" гигантским электрическим конденсатором под названием Земля и в итоге просто не достигают проводников, несущих полезный сигнал. Конструкция экранов (и экранированных кабелей) бывает разной:

Витой экран

Витой, или спиральный, экран навивается вокруг сигнальных проводников по всей длине кабеля.

Преимущества:	Кабель с витым экраном стоит недорого, гибкий, легко разрезается и паяется (при самостоятельном изготовлении коммутационного кабеля).
Недостатки:	Качество экранирования зависит от плотности витков, поэтому крутой изгиб такого провода может снизить его эффективность — витки экрана в месте изгиба отходят друг от друга. Такие кабели также плохо переносят скручивание.

Плетеный экран

Плетеный экран плотно охватывает сигнальные проводники со всех сторон, обеспечивая превосходный уровень защиты от помех. Такие кабели также очень прочны.

Преимущества:	Кабели с плетеным экраном ("оплеткой") могут быть практически любой толщины и обеспечивают отличное экранирование в сочетании с достаточной гибкостью.
Недостатки:	Трудно разрезаются, требуют больше времени для припаивания разъемов. В сравнении с витым экраном такие кабели стоят существенно дороже.

Экран из фольги с дренажным проводом

Сигнальные провода обернуты слоем фольги, который по всей длине соприкасается с неизолированным проводом — "дренажным проводом" (земля). Сверху кабель изолируется.

Преимущества:	Идеальный вариант для постоянных инсталляций, то есть в случаях, где к гибкости кабеля не предъявляется повышенных требований. Отлично экранирует помехи, легко разрезается.
Недостатки:	Очень плохо гнется, при достаточно малом радиусе закругления кабель легко повреждается.

Многоэкранный кабель

Если возникают серьезные проблемы с взаимопроникновением сигналов на разных проводах, следует экранировать каждый провод (или каждую пару проводов) внутри кабеля отдельно. Такие "многоэкранные" кабели содержат индивидуальную оплетку из фольги и дренажный провод для каждого проводника. Обратите внимание, несмотря на наличие отдельных экранов для каждого из проводников, "земля" все равно остается общей, и дренажные провода электрически соединяются между собой на передатчике и приемнике сигнала.

Преимущества:	Отличное экранирование с минимальным уровнем взаимопроникновения.
Недостатки:	Очень дорогой. Очень плохо гнется.

Электропроводящий пластик

Экран выполнен из проводящего электричество пластика (с углеродным волокном) — относительно новое решение. Как и в случае экрана из фольги, по всей длине кабеля прокладывается дренажный провод.

Преимущества:	Очень гибкий, не боится скручивания, легко разрезается.
Недостатки:	Экранирующие свойства хуже, чем у фольги или плетенки.

Оптоволокно

Оптическое волокно вытягивается из стекла или особого пластика и используется для передачи света за счет такого физического явления, как полное внутреннее отражение. Если не принимать в расчет экзотические дисплеи и осветительные системы, оптоволокно используется исключительно для передачи цифрового сигнала.

Преимущества:	Оптоволокно обеспечивает идеальную электрическую изоляцию между устройствами, что увеличивает безопасность. Для таких кабелей не нужен земляной провод — для передачи сигнала (или даже нескольких сигналов, если провод мультиплексный) достаточно одного оптического проводника. Поскольку потери сигнала близки к нулю, можно использовать оптический кабель практически любой длины.
Недостатки:	Изготовить оптический кабель самостоятельно без специальных инструментов (весьма дорогостоящих) практически невозможно. В связи с этим единственное разумное решение для студии — использование готовых кабелей фиксированной длины. Гибкость у оптических кабелей низкая.

Емкость и сопротивление

Если говорить о соединительных аудиокабелях, под "сопротивлением" прежде всего, понимается импеданс, то есть сопротивление по переменному току. Данная величина существенно сложнее "школьного" электрического сопротивления, поскольку емкость и индуктивность зависят от частоты тока, проходящего через проводник. Это означает, что импеданс изменяется в зависимости от частоты, в отличие от обычного электрического сопротивления, которое всегда постоянно. Комбинированный эффект индуктивности и емкости также называется "реактивным сопротивлением".

Разъемы "джек" иногда по старинке называют "телефонными" разъемами, поскольку они очень долгое время использовались для соединения линий в телефонных коммутаторах. Такие разъемы могут быть двухконтактными (шарик и рукав) или трехконтактными (шарик, кольцо и рукав, по-английски Tip-Ring-Sleeve или, сокращенно, TRS). Разъемы TRS применяются для симметричной передачи одного аудиоканала (см. далее раздел, посвященный микрофонным кабелям), для несимметричной передачи двух аудиоканалов (стерео) или для подключения в разрыв, при котором один и тот же разъем используется одновременно как вход и выход (например, при подключении компрессора к микшерному пульту). Двухконтактные разъемы ("моноджеки") используются для подключения музыкальных инструментов и других звуковых устройств, таких как педали эффектов, микшерные консоли, активные акустические системы, усилители и т. д. Существуют 3.5 мм и 2.5 мм разновидности разъема "джек", чаще всего они применяются для подключения наушников или для передачи звука с приборов, отличающихся компактными размерами.

Разъемы RCA повсеместно используются в составе Hi-Fi-оборудования и домашних музыкальных центрах, а также в студийных аудиоприборах. Разъемы RCA чаще используются в оборудовании, предназначенном для постоянных инсталляций. В ситуациях, где приходится часто подключать и отключать кабели, лучше использовать разъемы "джек". Разъемы RCA отличаются более надежным электрическим соединением между контактами; джеки в этом плане более капризны — со временем их приходится чистить или шевелить в разъемах для того, чтобы устранить посторонние шумы или скачки громкости сигнала.

Изначально данные разъемы предназначались для работы с микрофонами, однако сейчас их очень часто используют для симметричной передачи аудиосигнала линейного (+4 dBu) уровня между профессиональными аудиоприборами. Разъемы XLR выпускаются в двух вариантах — "папа" и "мама". Они вставляются в гнезда "противоположного пола" на подключаемом устройстве. Таким образом, подключить кабель "не туда" становится попросту невозможно. Для тех, кто сомневается "кто есть кто" — у разъема "папа" видны три штыря, а у разъема "мама" — три отверстия. 

Данный термин прежде всего используется для обозначения уровня сигнала, который передается по кабелю. В данном случае — это уровень, характерный для электрогитар, педалей эффектов и гитарных усилителей. Он существенно (более чем на -20 dBu) ниже линейного уровня. Инструментальные кабели обычно гибкие, экранированные (экран чаще витой), одножильные, оборудованы 6.3 мм моноджеками. Однако в некоторых ситуациях простой витой экран не справляется с высоким уровнем помех. В этом случае требуется вторая "линия защиты", в особенности при передаче сигнала электрогитары с высокими уровнями громкости и чувствительности. Поэтому в некоторых разновидностях гитарных кабелей для лучшего экранирования вместо витого экрана стоит плетенка вместе с электропроводным пластиком. Думаете, это излишняя предосторожность? Ошибаетесь, особенно если гитарный усилитель работает на пределе своих возможностей! Даже при такой надежной защите всегда следует ограничивать длину кабелей. Это связано с емкостными проблемами, мы уже обсуждали их в предыдущем разделе.

Электрический сигнал, снимаемый микрофоном, очень слабый. И чтобы избавиться от проблем с помехами, необходимо использовать дополнительные средства, такие как симметричное подключение. В этом случае требуются 2 проводника и экран, поэтому чаще всего для микрофонных кабелей используются разъемы XLR.

Иногда требуется подключить устройство с симметричным выходом (например, микрофон) к несимметричному входу (например, на разъеме "моноджек"). Для этого вам потребуется адаптерный кабель XLR/моноджек, в котором "холодный" сигнальный провод будет замкнут на массу (землю). Обратите внимание, при использовании таких адаптеров все преимущества, обеспечиваемые симметричной схемой передачи сигналов, прежде всего низкий уровень помех, теряются. Также в этом случае нельзя использовать фантомное питание для микрофона.

Для преобразования несимметричного сигнала в симметричный необходимо использовать устройство, называемое распределительной коробкой ("директ-бокс"). Почему? Дело в том, что симметричные входы обычно характеризуются низким сопротивлением (импедансом). При прямом подключении, например, электрогитары мы нарушаем "правило 10". Директ-боксы обладают высоким сопротивлением и преобразуют гитарный сигнал в симметричный, т. е. подобный сигналу с микрофона. 

Основная задача спикерного (колоночного) кабеля — с минимальными потерями уровня и качества передать сигнал от усилителя к акустической системе. То есть они должны обладать как можно более низким электрическим сопротивлением. Для того чтобы достичь этого, в дорогих кабелях используются проводники из чистого металла (например, из бескислородной меди). Однако в случае, если с деньгами у вас туго, подойдет и мощный силовой провод! Длина кабеля должна быть как можно меньшей, и при подключении АС к усилителям все кабели должны быть одной и той же длины. Экранирование спикерным кабелям не требуется.

Наиболее распространенный в наше время разъем для подключения пассивной АС к усилителю — разъем Speakon. Такие разъемы повсеместно используются в составе мощных профессиональных систем. В продаже можно найти готовые спикерные кабели с разъемами Speakon, причем самой разной длины.

Иногда спикерные кабели подключаются 6.3 мм джеками или с помощью разъемов XLR. Альтернативный способ подключения пассивных АС к усилителю — использование специальных зажимов для зачищенных концов провода. Разъемы при этом вообще не требуются. Обратите внимание на то, что на зажимах всегда указана полярность. Обычно для маркировки используются красный и черный цвета. Следите за полярностью, чтобы избежать проблем с фазировкой. 

В наше время все больше и больше студийных приборов и музыкальных инструментов оборудуются цифровыми интерфейсами в дополнение к традиционным аналоговым разъемам. Наиболее распространенными являются стандарты AES-EBU, S/PDIF и Toslink. Рассмотрим их немного подробнее.

Система AES/EBU (Audio Engineering Society/European Broadcast Union) использует дифференциальную (симметричную) последовательную передачу данных, содержащих звуковую и служебную информацию. Термин "последовательная передача" означает, что данные передаются по каналу последовательно, один бит за другим. В интерфейсах данного типа для передачи цифровых значений используется достаточно высокое напряжение (3 — 10 В). Кабели, предназначенные для передачи сигналов протокола AES/EBU, который считается профессиональным аудиостандартом, оборудуются разъемами XLR. Протокол предусматривает возможность обмена данными со скоростью почти 3 мегабит в секунду, поэтому для передачи данных на большое расстояние необходимо использовать специальные кабели. Многие инженеры допускают серьезную ошибку, применяя для интерфейса AES/EBU микрофонные кабели (очевидно, ориентируясь на привычные разъемы XLR). Микрофонные кабели использовать в данной ситуации нельзя, поскольку за счет мощного экранирования они обладают высокой емкостью и с увеличением расстояния качество сигнала резко падает. Используйте только специализированные кабели AES/EBU.

Система S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format) использует для передачи данных несимметричный низковольтный (0.5 — 1 В) последовательный сигнал, немного отличающийся по формату служебной информации от протокола AES/EBU. Для интерфейса S/PDIF используются разъемы RCA, поскольку изначально данный формат создавался в качестве бытового. Он также может передавать данные со скоростью до 3 мегабит/с, поэтому очень требователен к правильному выбору кабеля. Старайтесь не использовать стандартные аудиокабели для S/PDIF подключения, за исключением самых коротких расстояний. Специализированный кабель S/PDIF сейчас можно приобрести практически в любом радиомагазине.

Как AES/EBU, так и S/PDIF являются асинхронными, или "самосинхронизирующимися" протоколами. Это означает, что синхронизирующий сигнал, необходимый для согласования передачи и приема данных на разных концах кабеля, встроен в сам поток данных. Ранние протоколы цифровой передачи, такие как SDIF-2, требовали отдельного физического соединения для передачи синхронизирующего мастер-сигнала. Для чего необходима сихронизация? Принимающее устройство должно "увидеть" поток данных от передатчика и жестко к нему "привязаться", в противном случае мы не сможем обеспечить надежную передачу данных. Такие проблемы, как щелчки, шорох и шум в цифровом подключении обычно связаны именно с проблемами синхронизации устройств (намного чаще, чем, скажем, с неправильными пользовательскими настройками) или с так называемым "джиттером", когда при передаче начинает "плавать" синхронизирующий сигнал. Источником проблем с джиттером практически всегда является неправильно подобранный кабель.

Протокол Toslink (Toshiba Optical Link), по сути, представляет собой тот же самый протокол S/PDIF, в который добавлен светодиод с переменной яркостью. Свет идет по оптоволоконному кабелю, а затем попадает на оптический датчик, снова восстанавливающий исходный код S/PDIF. Хотя протокол Toslink полностью защищен от электромагнитных помех и проблем с земляными петлями, его нельзя назвать на сто процентов удачным. Дешевые оптоволоконные кабели могут вызвать серьезные проблемы с джиттером, и нормальная передача обеспечивается только на короткое расстояние. Если вам необходимо передавать сигнал на большие расстояния (чем, собственно, и славится волоконная оптика), следует применять только дорогие и высококачественные кабели. 

В наше время интерфейс USB стал привычным для множества электронных устройств, и многие производители встраивают порты USB в свои музыкальные инструменты для прямого обмена аудиоданными с компьютером. Даже гитарные эффекты таких компаний, как Boss и Line 6 в наше время оборудуются этим удобным интерфейсом.

USB-кабели и разъемы изготовляются согласно строгим производственным стандартам. Главное — убедиться, что используется USB 2.0-совместимый кабель, поскольку он рассчитан на более широкую полосу пропускания и на, соответственно, более высокие скорости передачи. Не забывайте о том, что максимальная длина USB-кабеля не должна превышать 5 метров.

Протокол FireWire также можно использовать для передачи аудиоданных и, как и в случае с USB, кабели и разъемы изготовляются в соответствии со строгими техническими требованиями. Так что можете не волноваться, что приобрели "плохой" FireWire-кабель. Единственная разница — если вы часто подключаете и отключаете устройства, выбирайте кабель с более прочными разъемами. Протокол FireWire отличается от USB в том, что в нем реализован механизм одноранговой (peer-to-peer) сети, то есть сети, в которой все узлы являются равноправными. Другими словами, FireWire-устройства могут "общаться" друг с другом без привлечения компьютера.

Помимо стереофонического (двухканального) формата данных, существует несколько разновидностей многоканальных цифровых интерфейсов. Вместе с многоканальным цифровым магнитофоном Alesis ADAT на свет появился 8-канальный протокол обмена звуковыми данными ADAT Lightpipe. Данная технология — пример мультиплексной передачи, когда сигналы для нескольких аудиоканалов передаются по одному проводу (в данном случае — оптическому). Кодирование и декодирование сигнала происходит на передающем и приемном устройстве. Для мультиплексной передачи звука можно использовать любое цифровое соединение: USB, FireWire, оптическое и т. д. Хотя изначально протокол ADAT Lightpipe передавал только 8 каналов звука с частотой сэмплирования 48 кГц, протокол SMUX, более современная версия ADAT, может обеспечивать передачу 4 каналов с частотой 96 кГц или 2 каналов с частотой 192 кГц. 

Для обычной стереофонической передачи данных прекрасно подходят и протокол S/PDIF, и протокол Toslink. Однако при высоком уровне электромагнитных помех протокол Toslink предпочтительнее, поскольку абсолютно нечувствителен к помехам и земляным петлям. Интерфейс AES/EBU обычно устанавливается только на устройствах класса Hi-End, поскольку он стоит существенно дороже. Благодаря высокому уровню несущего напряжения и симметричной схеме подключения он характеризуется намного более надежной передачей аудиоданных.

MIDI-кабели обычно изготовляются из двужильного кабеля с витым экраном, на каждый конец устанавливается 5-контактный разъем DIN. Из 5 контактов используются только три. Формат DIN был выбран благодаря высокой надежности соединения и низкой цене. Хотя к таким кабелям не предъявляют повышенных требований, как к кабелям USB или FireWire, большинство кабелей стандартной длины не испытывают сложностей с передачей данных. Задержки MIDI-синхронизации или MIDI-ошибки практически никогда не возникают из-за кабелей (кто бы что бы вам не говорил). Однако для надежной передачи данных MIDI-кабель не должен быть длиннее 15 метров. Кабели MIDI созданы для передачи управляющей информации на частоте 31.25 кГц. По этой причине никогда не заменяйте их аудиокабелями.

Многие современные музыкальные приборы используют для передачи управляющих сигналов сетевые кабели и другие атрибуты, заимствованные у систем связи. Например, популярный гитарный процессор Line 6 Pod использует разъем RJ-45 (модемный разъем) и кабель CAT-5 для связи с педальным контроллером.

Однако имейте в виду, что даже если ваш прибор оборудован сетевым разъемом, это совсем не означает, что у него есть собственный IP-адрес (хотя у некоторых приборов есть и такое), и такие приборы совсем не обязательно могут свободно подключаться друг к другу. Выбор интерфейса сетевого формата в этом случае обусловлен исключительно удобством подключения. 

Контакты разъемов могут изготовляться из различных материалов — золота, хрома, меди, серебра и т. д. Ценовой диапазон широкий, однако, как правило, самые лучшие электрические контакты делаются из более мягких металлов, таких как золото. Это происходит потому, что у таких металлов выше способность стираться, и при каждом подключении/отключении контакты очищают сами себя. 

При использовании большого числа коммутационных кабелей в составе одного звукового комплекта цветовая кодировка может, без преувеличения, удлинить вам жизнь. Если ее нет, вы будете тратить массу времени на то, чтобы понять, "куда и что подключено". 

Помните, что более толстые кабели стоят дороже, весят больше и хуже гнутся, однако во всем остальном они гораздо лучше тонких. 

Если ваши кабели не находятся в статичном положении, например, микрофонный кабель, гитарный кабель, особенно на живом концерте, будет хорошо, если за разъемом установлена предотвращающая излом кабеля обжимная пружина или аналогичное приспособление. При самостоятельном изготовлении коммутационных кабелей используйте термоусадку для изоляции контактов.