Прості складні кабелі важливі вимоги та основні правила
При розробці структури сучасних мультимедійних комплексів інсталятори нерідко припускають поширену і досить небезпечну помилку - проводи, кабелі і роз'єми отримують як би «на здачу», на залишок грошей у бюджеті роботи, а потім рвуть на собі волосся, оскільки дешеві та неякісні кабелі здатні звести нанівець переваги чудової та дуже дорогої апаратури.
Які ж вимоги пред'являються до кабелів, щоб їх можна було вважати добрими?
В ідеалі кабелі, що з'єднують різні типи обладнання, повинні поводитися як перемички. Це означає, що вхід приймального пристрою повинен працювати так, ніби він приєднаний безпосередньо до пристрою, що передає. Ідеальний кабель повинен працювати як ідеальна лінія передачі, не впливаючи на сигнал. На жаль, практично так не буває майже ніколи. Електричні характеристики з'єднувальних кабелів неідеальні, тому вони завжди більшою чи меншою мірою впливають на сигнали, що передаються по кабелям, послаблюючи і спотворюючи їх.
Якщо говорити про коаксіальні кабелі, то для них критична лінійна нерівномірність хвильового опору та наявність розподілених паразитних ємностей C та індуктивностей L, які несприятливо впливають на якість сигналу.
Загальне правило полягає в тому, що чим довше використовувані кабелі, тим більше несприятливий вплив вони надають сигнал.
Емпіричні правила запобігання проблемам з кабелем
Довжина та якість кабелю:
Вирішення проблем, пов'язаних з кабелем:
Якщо потрібно передавати сигнал на великі відстані:
Як ми бачили раніше, довжини кабелю вносять обмеження у всіх форматах. Далі йдутьможливі вирішення даної проблеми, які мають на увазі використання якісних кабелів та роз'ємів:
- Використовуйте лінійні підсилювачі для підвищення відношення сигнал/шум;
- Балансний сигнал може бути передано на більшу відстань, ніж небалансний;
- Для передачі сигналів великі відстані використовуйте оптоволоконные лінії зв'язку;
- Для передачі сигналів на максимальні відстані використовуйте радіо або супутниковий канал зв'язку.
Лінійні підсилювачі
Лінійні підсилювачі дозволяють вирішити такі проблеми, що виникають під час використання довгих кабелів:
- Згасання загального рівня сигналу;
- Згасання високочастотної частини спектра сигналів через паразитну реактивність кабелів;
- Неузгодженість хвильового опору кабелю з хвильовими опорами передавача та приймача сигналів.
Лінійні підсилювачі різняться за своїми функціями залежно від сфери їх застосування:
При передачі сигналу на великі відстані з використанням лінійного посилення часто виникають проблеми із заземленням, наприклад, через перешкоди від мережі змінного струму та утворення паразитних контурів заземлення, що виникають через наявність різниці потенціалів між точками заземлення. Щоб вирішити ці проблеми, часто буває необхідно використовувати ізольований провід заземлення та балансну схему посилення.
Передача сигналу по кручений парі
Для передачі сигналу підходить майже будь-який тип крученої пари або двопровідного кабелю, проте багато залежить від якості кабелю. Низькоякісні дроти кручений пари, які мають високу ємність або надмірно екрановані,обмежують ефективний діапазон системи. Для крученої пари нехарактерні проблеми із заземленням.
Сучасні прилади, що використовують кручені пари, добре працюють також із сигналами s-Video (YC), компонентним (YUV) і VGA/XGA, забезпечуючи їх передачу на відстані до 300 м.
Передача сигналу по оптоволокну
Для передачі сигналів на відстані понад 1 км рекомендується використовувати оптоволоконні лінії зв'язку. Вони електричні сигнали перетворюються на промені світла і передаються по оптоволокну. Промінь світла зазвичай інфрачервоний. Оптоволоконна система включає оптичний передавач і оптичний приймач.
Передача сигналу по радіоканалу
Передавачі та приймачі сигналу НВЧ або супутникові системи приймання-передачі даних можуть розширити діапазон передачі на багато кілометрів, але це зовсім інша технологія, і тому методи тут не розглядаються.
Проблеми, пов'язані з передачею аудіосигналів
Основні труднощі, що виникають під час передачі аудіо:
- Аудіокабелі з високою прохідною ємністю можуть спричинити самозбудження підсилювачів;
- На аудіокабелі можуть впливати електричні шуми та перешкоди, що знижує якість сигналу та погіршує відношення сигнал/шум;
- Розузгодження хвильового опору кабелю та апаратури викликають зменшення рівня та погіршення якості сигналу.
- Якість роботи пари "підсилювач-акустична система" може деградувати через зниження високого коефіцієнта демпфування підсилювача за рахунок опору кабелю.
Всі ці проблеми більш менш вирішувані.
Високоємні аудіокабелі:
Аудіокабелі з високою прохідною ємністю можуть спричинити погіршення сигналу та нестабільність каскадів вихідного підсилювача. Щоб уникнути цихпроблем, у каскадах вихідного підсилювача необхідно використовувати стабільні мікросхеми посилення, з відповідними вихідними резисторами, що розв'язують підсилювач від несприятливого впливу кабелю.
Вплив шуму:
Електричний шум може накопичуватись у довгих проводах, викликаючи тим самим погіршення якості аудіосигналу. Проблема стає серйознішою під час передачі сигналів малої потужності, наприклад, з мікрофона.
Існують два способи вирішення цієї проблеми:
- Перший спосіб полягає у використанні кабелів гарної якості з відповідним екрануванням. Екранування значно знижує накопичення шуму. Такий метод застосовується для сигналів лінійного рівня на відстанях до 20-50 метрів з використанням кабелів, що не прилягають до джерел електричного шуму (див. вище).
- Інший спосіб, що зазвичай використовується в широкомовних системах, полягає у застосуванні системи збалансованих проводів. У типовій системі використовується трипровідна конструкція – два дроти для сигналів протилежної полярності та третій, заземлюючий та/або екрануючий провід. Таким методом на виході досягається дуже чистий сигнал, хоча така система і коштує дорожче через складнішу електронну схему. При використанні балансової схеми відстань впевненої передачі сигналу лінійного рівня може бути ефективно збільшено до 100-300 метрів, знову ж таки з використанням кабелів, що не прилягають до джерел електричного шуму (див. вище).
Згасання та погіршення сигналу через хвильовий опір кабелю:
Кабелі вносять певний опір ланцюг проходження сигналу. Іноді резистивна частина цього складового хвильового опору дуже велика, що створює дільник напруги з опором навантаження. Ув результаті маємо погіршення рівня сигналу. Схема активного посилення компенсує зміни рівня сигналу, в ній сигнал посилюється на приймачі, або, що краще, на передавачі, може бути точно відрегульований користувачем за допомогою внутрішнього або зовнішнього управління. У деяких випадках певні смуги пропускання в межах спектру аудіосигналу послаблюються через кабельну ємність. Це зазвичай впливає на високочастотний діапазон. Щоб подолати цю проблему, у ланцюг сигналу повинен бути включений смужковий підсилювач або еквалайзер.
Деградація якості виходу підсилювача через опір кабелю:
В акустичній системі з підсилювачем кабелі, що ведуть до підсилювача, якщо вони мають недостатнє переріз, створюють з опором динаміка дільник напруги, зменшуючи рівень сигналу. Цю проблему можна вирішити за допомогою регулятора гучності підсилювача. Набагато серйозніша проблема полягає у зниженні коефіцієнта демпфування підсилювача через опір кабелю. В результаті маємо погіршення якості та звук «як із бочки». Використання проводів з великою провідністю та низькою ємністю допомагає подолати цю проблему.
Висновок
Кабелі та передача сигналів на великі відстані можуть бути серйозною проблемою, але розуміння фізичної природи таких проблем, точне визначення своїх завдань та використання прийомів, описаних вище, допоможуть подолати труднощі навіть для систем, що працюють на великих відстанях.