Системы коммутации в аудиотехнике

Разъемы типа D-Sub  

    Полное  название этого многоконтактного разъема - "D-Subminiature". Чаще всего его можно  увидеть на компьютерах. В звуковом оборудовании он применяется для  передачи аналоговых сигналов микрофонного и линейного уровней, а также  для некоторых звуковых цифровых интерфейсов, например, TDIF. Кроме этого, разъем D-Subminiature используется в различных RS интерфейсах. Для передачи аналоговых сигналов в звуковой аппаратуре чаще всего применяются разъемы с двадцатью пятью и тридцатью семью контактами. При этом, первые используются в основном для восьмиканальной симметричной передачи звуковых сигналов линейного уровня. Примером могут служить восьмиканальные цифровые магнитофоны серии DA фирмы Tascam, на которых стоят по два разъема: один для восьми входов, а другой - для восьми выходов.

.

Разъемы Speakon  

    Это изобретение фирмы Neutrik используется для подключения акустических систем. Разъемы бывают трех видов: двухконтактные, четырехконтактные и восьмиконтактные. Чаще всего используются четырехконтактные  разъемы. При помощи них возможно подключение широкополосных и двухполосных акустических систем. Восьмиконтактный разъем чаще применяется для трех- и четырехполосных акустических систем. Разъем устроен так: в пластиковую гильзу с замком вставляется пластиковая цилиндрическая контактная колодка с двумя, четырьмя или восемью контактами. Провод прикрепляется к контактам при помощи зажимного винтика, для которого необходим шестигранный ключ. За контактной колодкой в гильзу вставляется пластиковый зажим для кабеля, после чего на нее накручивается пластиковая накидная гайка. 

2.Кабели

    При всем многообразии типов кабелей  все они имеют сходные конструкции. Если рассмотреть поперечное сечение  кабеля, то в его центре находятся  один или несколько проводов, покрытых слоем изоляции. Эти провода, вместе с прокладкой из природных текстильных  материалов, служащей для упрочнения конструкции и снижения микрофонного эффекта, помещены в зкранирующую оплетку. Все это покрывается одним  или несколькими слоями изоляции.

    Провода дешевых кабелей чаще всего делают из обычной меди. Провода более  дорогих кабелей делают из меди бескислородной (Oxygen-Free Copper, OFC), получаемой переплавкой  при сильно пониженном давлении. Еще  дороже стоят кабели, провода которых  делаются из серебра и золота. Такие  кабели используются там, где необходимо как можно точнее передать сигнал. Кроме того, для передачи звуковых сигналов используются не менее дорогие  карбоновые провода, сделанные из полимерного  углеродсодержащего волокна. Изоляцию большинства кабелей обычно делают из поливинилхлорида (полихлорвинила), пластизоля и полиуретана.

    Все кабели, применяемые в звуковом оборудовании для передачи аналоговых сигналов микрофонного и линейного уровней, а также  цифровых сигналов, должны быть экранированы. Это означает, что вокруг сигнальных проводов кабеля должна располагаться проводящая поверхность (экран), защищающая провода кабеля от воздействия электромагнитного излучения. Экран чаще всего используется как общий провод. В звуковых кабелях экран бывает трех типов: из фольги, проволочной сетки или проволочной спирали. При изготовлении экрана, производители кабелей стараются, чтобы он полностью закрывал собой сигнальные провода кабеля. Проще всего этого добиться, делая экран из металлической (чаще алюминиевой или медной) фольги. Этой фольгой обматывают сигнальные провода кабеля и под нее прокладывают оголенный провод для контакта с ней. Такой экран обеспечивает 100% покрытие сигнальных проводов. Однако экран из фольги имеет недостатки, главный из которых - механическая ненадежность, поэтому его применяют в кабелях, предназначенных для стационарного использования. Экранная сетчатая оплетка является самой механически надежной формой экрана. Но при этом она сложна в изготовлении, да и добиться 100% покрытия ею сигнальных проводов сложно. Обычно экранная сетчатая оплетка покрывает от 60 до 85% площади сигнальных проводов. Некоторые фирмы делают очень плотные сетчатые оплетки, покрывающих в кабеле до 96% площади проводов. Экранирующая спиральная проволочная оплетка имеет одно большое достоинство - она обеспечивает кабелю такую гибкость, которую невозможно достичь при экране из фольги или при сетчатой оплетке (гибкость кабелей имеет повышенное значение в концертных условиях). Правда, на этом практически все ее достоинства заканчиваются. Спиральная проволочная оплетка покрывает не более 80% площади сигнальных проводов и при оказании на нее физических воздействий быстро приходит в негодность (хотя и не так быстро, как экран из фольги). При этом резко уменьшается покрываемая ею площадь. Некоторые фирмы производят кабели с двойной экранировкой. Чаще всего это комбинация фольги с жиденькой сетчатой оплеткой, которая служит для ее упрочнения. Также делают двойную спиральную оплетку, которая надежнее, чем одинарная, и покрывает несколько большую площадь проводов.

Одиночные кабели  

    Для передачи звуковых аналоговых сигналов используются, в основном, три типа одиночных экранированных кабелей: одножильные, витые пары и квадропольные кабели. Все три типа выпускаются со всеми видами экранировки. Одножильные экранированные кабели применяются для несимметричной передачи аналоговых сигналов от музыкальных инструментов и приборов. Кроме этого, их используют для несимметричного подключения микрофонов. Главной особенностью этого типа кабелей является наличие у большинства из них дополнительного карбонопластикового экрана (помимо металлического). Карбонопластиковый экран предназначен для снижения "микрофонного эффекта" при физическом воздействии на кабель. Выглядит этот экран как черный изоляционный слой на основной изоляции сигнального провода. При распайке одножильного экранированного кабеля нужно следить, чтобы карбонопластиковый экран (поскольку он - проводящий) не касался оголенной части сигнального провода. Экранированные витые пары предназначены для симметричной передачи аналоговых сигналов микрофонного и линейного уровня. Кроме того, их используют для несимметричной передачи аналогового сигнала. Эти кабели представляют собой два скрученных, часто разноцветных, провода (которые и называются "витой парой") в экранной оплетке любого типа. Между проводами витой пары и экраном прокладывают натуральную текстильную прослойку (чаще всего - хлопковую) или надевают трубку из поливинилхлорида. По одному из проводов витой пары при симметричной коммутации проходит сигнал в фазе, а по второму - в противофазе. Экранированные квадропольные кабели предназначены для передачи аналогового сигнала микрофонного и линейного уровней там, где необходимо максимально защититься от помех. Например, при использовании квадропольного кабеля снижаются помехи от электросети примерно в 10 раз по сравнению с витой парой. Это достигается за счет двойной балансировки кабеля, в котором вместо витой пары находится "витая четверка" проводов. Для передачи цифровых сигналов применяются одиночные коаксиальные кабели и экранированные витые пары. Экран у этих кабелей чаще всего представляет собой одинарную или двойную сетчатую оплетку, или комбинацию из фольги и сетчатой оплетки. Основное отличие коаксиального кабеля от одножильного экранированного кабеля заключается в сохранении одинакового расстояния между центральным проводником и экранирующей оплеткой по всей длине кабеля, и наличии необходимого характеристического импеданса. В звуковой аппаратуре чаще всего применяются коаксиальные кабели с характеристическим импедансом 75 Ом. Они используются для некоторых звуковых цифровых интерфейсов, например SPDIF, и передачи синхронизационных сигналов, например wordclock.

Экранированные  витые пары для передачи цифрового  сигнала имеют характеристический импеданс 110 Ом. Их применяют в некоторых  цифровых звуковых интерфейсах, например, AES/EBU.

Кабели  для внутреннего  монтажа  

    Это - одиночные кабели малого внешнего диаметра (3-3,5 мм). Они экранированные, и бывают всех трех типов. Кроме диаметра, основной особенностью этих кабелей  является отсутствие текстильной прослойки  между сигнальными проводами  и экраном. Экран у кабелей  для внутреннего монтажа чаще всего делается из фольги. Используют эти кабели для постоянной стационарной коммутации.

Многоканальные  кабели  

    Их  еще называют "мультикорами", "мультикорными  кабелями", а также "змеями" вообще и "анакондами" в частности, "кишками", "шлангами" и т. д. Они применяются для многоканальной передачи аналоговых и цифровых сигналов, чаще всего на большие расстояния. Мультикорные кабели состоят из нескольких одиночных кабелей, заключенных  в одну мощную общую изоляционную оболочку. Кроме одиночных кабелей, в этой оболочке может находиться пластиковый или текстильный  шнур, придающий мультикорам механическую прочность.

    Комплексные кабели.  

    Думаю, уже из названия можно понять, что  они состоят из одиночных кабелей  разных типов. В звуковой аппаратуре чаще всего комплексные кабели применяются  для подключения ламповых микрофонов к блокам питания. Такие кабели состоят  их нескольких проводов питания и  экранированного квадропольного кабеля или витой пары в общем экране, и изоляции. 
 

3.Переходники 

    После кабелей и разъемов, переходники  являются самыми распространенными  коммутационными устройствами. Эти приспособления предназначены для соединения между собой приборов, имеющих разные типы входных и выходных разъемов. Использование таких переходников возможно только при соответствии входных и выходных параметров приборов, то есть входы и выходы должны иметь одинаковый номинальный уровень сигнала (например, линейный), передавать сигнал одним способом (симметричным или несимметричным) и подходить друг к другу по входным и выходным сопротивлениям (импедансам). При невыполнении этих условий, передача сигнала может быть некачественной. Так, при несовпадении номинальных уровней входных и выходных сигналов могут происходить искажения звука или увеличение уровня шума, а при несоответствии входных и выходных сопротивлений могут возникать потери сигнала. Эти устройства имеют небольшой, часто цилиндрический корпус, в торцах которого находятся разъемы разного типа. Самыми распространенными являются переходники с XLR на трехконтактный четвертьдюймовый джек и с RCA на двухконтактный четвертьдюймовый джек. Часто встречаются (в основном для использования с наушниками) переходники с трехконтактного миниджека на трехконтактный четвертьдюймовый джек. Существуют переходники и с другими комбинациями разъемов.Примеры переходников: Neutrik NA3FJ - переходник с гнездом XLR и гнездом трехконтактного джека; Neutrik NA3MJ - переходник со штекером XLR и гнездом трехконтактного джека.

    4.Устройства согласования

    Эти устройства предназначены для соединения приборов, которые по каким-либо причинам нельзя соединять напрямую при помощи кабелей и переходников. Причинами  невозможности прямого соединения приборов могут быть несовпадение номинальных  уровней, неподходящие входные и  выходные сопротивления, неодинаковый способ передачи сигнала или несовпадение характеристических импедансов. Все  устройства согласования можно разделить  на четыре группы: устройства согласования уровней, устройства согласования импедансов, устройства согласования способа передачи сигнала, устройства развязки.Кроме того, существуют устройства, в которых используется одновременно несколько способов согласования. Многие из таких устройств обеспечивают электрическую развязку с одновременным выполнением, например, преобразования импедансов или согласования уровней.

    Устройства  развязки необходимы для предотвращения прямой электрической связи между приборами. Их целесообразно использовать, например, если два соединяемых устройства имеют разные земляные шины. Самые простые устройства развязки выглядят как обыкновенные переходники, но с трансформатором внутри корпуса. Есть устройства развязки, которые, кроме трансформатора, имеют цепочки из конденсаторов и сопротивлений, служащие для подавления наводок.

    Устройства  согласования импедансов, еще называемые устройствами прямого включения (Direct Box), предназначены для согласования выходного импеданса источника звукового сигнала с входным сопротивлением приемника. Чаще всего такие устройства применяются для подключения источника сигнала с большим выходным импедансом к приемнику, имеющему относительно источника низкое входное сопротивление. Все тот же классический пример: подключение электрогитары с пассивными датчиками к линейному входу микшерного пульта. Выходное сопротивление пассивных датчиков составляет 5-25 кОм, в то время как сопротивление линейного входа обычного микшерного пульта составляет 10 кОм. Для коммутации цифровых сигналов существуют свои преобразователи импедансов - преобразователи характеристических импедансов. Они применяются для связи цифровых интерфейсов разных форматов (AES/EBU с SPDIF, и наоборот), для которых по всей коммутационной линии должен соблюдаться характеристический импеданс (110 Ом для AES/EBU и 75 Ом для SPDIF).

    Устройства  согласования уровней бывают как активными, так и пассивными, и, чаще всего, обладают входными и выходными разъемами разных типов. Эти устройства предназначены для соединения между собой приборов, имеющих разные номинальные входные и выходные уровни. Устройства согласования уровней (к тому же часто выполняющие функции устройств электрической развязки) находят применение, например, при подключении прибора с линейным выходом номинального уровня -10 дБв к прибору с входом, имеющим номинальный уровень +4 дБ. Также согласование уровней необходимо при подключении динамического микрофона к линейному входу.

    Устройства  согласования способов передачи звукового сигнала являются преобразователями симметричного сигнала в несимметричный или несимметричного сигнала в симметричный. Такие устройства можно разделить по способу работы на три группы. В первую группу входят устройства, в которых преобразование из симметрии в несимметрию или наоборот происходит посредством простого замыкания минусового контакта симметричного разъема на общий контакт. Вторая группа включает устройства, в которых преобразование происходит при помощи трансформатора. Они могут одновременно являться устройствами развязки, согласования уровней и импедансов. В третью группу входят активные устройства, в которых преобразование способов передачи звукового сигнала может происходить как при помощи трансформатора, так и электронным способом. Такие устройства, как правило, еще и согласовывают уровни.

5.Сплиттеры  

    Эти устройства предназначены для разделения звукового сигнала в целях  его распределения между несколькими  принимающими устройствами. Пожалуй, чаще всего они применяются в концертной деятельности, разделяя сигнал для  основного и мониторного микшеров. Существуют одноканальные и многоканальные сплиттеры. Практически все сплиттеры  имеют выходы с трансформаторной развязкой, то есть между их выходами и входом отсутствует гальваническая связь. В результате ликвидируется  влияние друг на друга приборов, подключенных к выходам сплиттера. Кроме того, на сплиттерах встречаются  кнопки Ground/Lift, при помощи которых  возможно отключение земляного контакта выходного разъема от общей земли  канала. Ниже представлено несколько  моделей сплиттеров.

    Устройство Horizon MS 1 представляет собой одноканальный микрофонный сплиттер. Он позволяет распределить сигнал от одного микрофона на два трансформаторно развязанных выхода на разъемах XLR. Переключатель Lift позволяет отключить земляной контакт первого выхода от земли входа.

    Horizon PB 8 является одноканальным микрофонным сплиттером. Устройство позволяет разделить сигнал, поданный на вход (разъем XLR), на восемь развязанных трансформаторами выходов (XLR). Кроме того, есть сквозной выход (XLR) для одновременного использования нескольких устройств.

    Horizon MS 4 представляет собой четырехканальный сплиттер высотой в один рэк. Каждый канал имеет вход, два развязанных выхода и сквозной выход, все на разъемах XLR. Входы каналов и сквозные выходы, равно как и переключатель Ground/Lift для "разрыва" земли, расположены на передней панели устройства, а выходы каналов находятся на задней панели.