(以下圖文內容皆取材自 Belden 的技術文章)
Wavelength
波長 , 波的長度 . 下圖是一個波的圖形 , 箭頭代表波的長度 . 它可以是一條琴弦在鋼琴裡的振動 .
如果是一個 middle A , 代表在一秒鐘內產生了 440 次的這個波形 . ( 好吧 , 436 次 , 對音樂純粹主義的你來說 .
)
圖形代表了在這個空間 , 空氣一秒鐘內被壓縮或擴張了 440 次 ; 也可以說在聽到琴聲時 ,
你的耳鼓已產生了每秒 440 次的振動 . 這時如果有一個裝置 , 可以把聲能轉變成電能 ( 麥克風 ) , 那這個圖形也可以代表電流從麥克風順著電線而下 ,
來來回回的行進著 . 在這當中 , 電流是我們感到興趣的 .
任何信號的波長 (以 m 為單位 , 如果願意也可以轉換成 feet 來計量 ) , 可以用一個很大的數字 ( 3 億 ) 除以感到興趣的頻率來獲得 .
在任何帶有一定頻率範圍 ( 例如 20Hz ~ 20kHz 的 audio ) 的系統中 , 通常都以最高的頻率數字帶入這個公式 . 如果你能每小時跑 150 哩 , 那麼每小時 65 哩也沒什麼大不了的了. 同樣的道理 , 如果你的 cable 能處理 20 kHz , 那麼任何低於 20 kHz 的頻率在這條 cable 的傳輸就更輕鬆了.
OK , 所以 audio 的波長是 9 英哩 . 那又怎麼樣 ? 這裡有一個簡單的規則 :
當任何一個信號在任何 cable 當中 , 至少要四分之一波長以上時 , cable 的阻抗 (
impedence ) 才開始變得重要起來 .
意味著 , 以 audio 的例子來看 , 9 英哩的四分之一是 2 又 1/4 英哩 , 一條 cable 載有 20kHz (或以下) 信號 , 阻抗得要在這條 cable 至少 2 英哩長時 , 才值得我們注意 . 所以了, 喇叭線的阻抗多少 ? 不重要. 麥克風線的阻抗多少 ? 不重要 . 只要它們少於 2 英哩長 .
另一個會影響波長的是電介質 . 所以在上述例子中 , 實際波長距離應該要再乘上 Vp . 假設我們的 cable 是較次級的 PVC , Vp 約為 50% , 那麼剛才的關鍵波長距離將為 2 又 1/4 miles 乘以 50% , 變成 1 又 1/8 miles . 還是蠻長的啦 .
其他頻率會是怎樣 ? 下表顯示不同信號的關鍵 (波長) 距離 , 適度的 PVC Vp 已考慮在內 .
| Frequency | Wavelength (meters) | Wavelength (ft.) | Quarter-wavelength | Common cable velocity | Distance where impedance is important |
| 20 kHz | 15,000 | 49,200 | 12,300 | 50% | 6,150 ft. |
| 100 kHz | 3,000 | 9,840 | 2,460 | 50% | 1,230 ft. |
| 1 MHz | 300 | 984 | 246 | 66% | 162 ft. |
| 4 MHz | 75 | 246 | 61.5 | 66% | 40.6 ft. |
| 25 MHz | 12 | 39.36 | 9.84 | 78% | 6.89 feet |
| 135 MHz | 2.2 | 7.29 | 1.82 | 83% | 22 inches |
| 750 MHz | 0.4 | 1.3 | 0.328 | 83% | 3.27 inches |
可以看到隨著頻率愈來愈高 , 波長愈來愈短 , 阻抗變得愈關鍵 . 當頻率來到非常高時 , 任何與信號傳輸關聯的因素對阻抗都變得很關鍵敏感 , 包括線本身、接頭、接線座、配線、到甚至電路板 .
上表數字不是隨機亂選的 , 它們是許多傳播標準中最高的關鍵頻率 .
| Frequency | Standard | Application | |
| 20 kHz | none | Analog audio | |
| 4 MHz | NTSC | Analog video | |
| 25 MHz | AES/EBU | Digital audio (192 kHz sampling) | |
| 135 MHz | SMPTE 259M | SDI serial digital video | |
| 750 MHz | SMPTE 292M | HD video uncompressed | |
所以你可以看到 , 在某些特定高頻的應用中 , cable 阻抗變得重要 , 甚至是關鍵 . 那麼如果你的 cable ( 或者接頭 connector ) 沒有正確的阻抗匹配時 , 會有什麼情況發生 ? 你會得到 "return loss" .
Return Loss
傳播工程師對 return loss 很熟悉 , 知道這是電壓駐波比
Voltage-Standing-Wave-Ratio (VSWR) , 有時稱 SWR . 在一個高頻的系統中 , 搭載信號的 cable 阻抗錯誤時 ,
信號會反射 , "回" 到源頭 . 這有時候被誤解為自然衰減 , 或 cable 的 resistive loss . 然後會讓你覺得好像 cable 很長 ,
其實一點也不. 在數位系統中, 足以產生 bit errors , 如果阻抗問題夠嚴重 , 甚至會導致信號傳輸失敗 .
Skin Effect
當頻率逐漸變高時 , 信號傾向往導體的 "皮膚" 移動 . 這也是為什麼電阻在阻抗的重要影響因子中,
頻率越高越顯得不重要了. ( 參考前文 "impendence" .) 銅導體的 skin depth 計算公式很簡單 ,
它顯示深度 ( D 以 inch ) 由頻率 ( F 以 Hz ) 而定 . 下表是不同導體在不同頻率時的集膚效應深度 , 也決定了導體使用程度的百分比 .
| Frequency | Skin Depth | AWG | Diameter | Percentage of conductor used |
| 20 kHz | .0184 in. | 24 | .024 in. | 100% |
| 20 kHz | .0184 in. | 22 | .031 in. | 100% |
| 20 kHz | .0184 in. | 12 | .093 in. | 75% |
| 20 kHz | .0184 in. | 10 | .115 in | 68% |
| 4.2 MHz | .0127 in. | 20 | 68.60% | |
| 25 MHz | .00527 in. | 24 | .024 in. | 4.39% |
| 135 MHz | .00225 in. | 20 | 12.50% | |
| 750 MHz | .000953 in. | 20 | 5.29% |
百分比的數字代表傳輸有使用到的部份 .
Fire Ratings 防火等級
The National Fire Protection Agency (NFPA) 是一個非營利志願組織 ,
提出了 National Electrical Code (NEC) . 這本書訂定了建築安全標準的建議值 . 其中包括了纜線的易燃測試標準
.
NEC Code 是志願的 . 意味著州、鎮、市可以 , 也可以不採用這套標準 . 某些城市例如 Las Vegas 和 Chicago, 有著比這更嚴格的標準 .
NEC Book 列出許多不同的 cable 等級 . 以 Audio / Video 用 , 最常見的有 :
1. Unrated
2. CM
3. CMR
4. CMP
Unrated cable , 不需埋設 , 使用時可以看得見的 , 例如麥克風線 . 1999 NEC 規定 , 必須帶有等級的 ( rated ) cable , 才能被 "埋設" . 如果你的檢驗者依這個解釋 , 那麼你甚至不能將 unrated cable "埋設" 至導管裡 .
CM , 或 "commercial" 商業級 cable , 可以不用放在管子裡 , 埋進牆壁中 .
這是最通用的等級 .
CMR , CM 的升級版 . 這等級的 cable 可以不用導管直接垂直應用在樓板間
.
CMP , CM 的高階版 . 可以應用在最挑剔的防火環境 , 如天花板、高架地板 .
這些區域經常都有空調的回風系統 . 任何東西燃燒產生煙霧 , 都會餵進系統中 , 造成建築物內所有其他區域也一團混亂 . 所以這等級的 cable
是為避免變成助燃物 , 與限制煙霧產生而設計的 .
你可能必須知道 , NEC 等級與 cable 的性能表現無關 . CMP 級的 speaker cable
與 CMP 級的 high-definition video cable 唯一相同的地方是他們的防火等級 .
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