Обходные пути и уловки для проводов и кабелей

Иногда условия неблагоприятны, времени мало, или проблемы возникают неожиданно. Иногда можно найти временное (или постоянное) решение, которое может выходить за рамки стандартной практики или здравого смысла, но всё же работает. Знание теории и физики оборудования и сигналов означает знание того, когда допустимо схитрить.

Провода и кабели

Работая над модернизацией аудиосистемы в церкви, мы заменяли две старые пассивные колонки на активные в тех же местах. Они находились далеко от стойки с оборудованием, где располагался системный микшер, и первоначальный путь прокладки кабеля был неизвестен. Поскольку это было традиционное здание, колонки располагались на стенах большого открытого пространства с очень высоким потолком. Было мало подходящих путей для прокладки новых кабелей, и все они проходили через бетонные блоки, дверные проемы и всё остальное, что мы не могли увидеть в стенах.

В конце концов, я понял, что кабель уже проложен — оригинальный двухжильный акустический кабель! Я знал, что это подойдёт для балансного аудио линейного уровня, особенно если у колонок были качественные балансные входы. Припаять XLR-разъемы к акустическому кабелю сечением 14 AWG было немного необычно, но в итоге все заработало отлично, как и ожидалось.

Необычно? Да. Но не неправильно. Хотя большинство акустических кабелей имеют два проводника и не имеют экрана, хороший балансный вход может самостоятельно подавлять наведенные шумы. Экран не нужен. Для наилучшего подавления шума два аудиопроводника должны быть скручены вместе, что не очень хорошо для акустического кабеля, но линейный аудиосигнал уже был значительно выше большинства потенциальных шумов. Я бы не стал пробовать это с микрофонным входом и не стал бы делать это регулярной практикой, но в данном случае это сэкономило много пота и ругани!

Аналогично, кабель CATegory на самом деле хорошо подходит для аналогового балансного аудио. Даже без общего экрана четыре пары скручены, а импеданс и сечение пары соответствуют аудио. Помню, как много лет назад я посещал крупную FM-радиостанцию, которую только что модернизировали. Вся проводка между помещениями была выполнена из кабеля CAT и АЦП-преобразователей — никакого экранированного аудиокабеля вообще не было.

Если нет времени на покупку дополнительного аудиокабеля, можно проложить кабель CAT5 или CAT6. Но важно отметить, что использование кабеля CAT для передачи звука предполагает, что сигнал правильно сбалансирован, либо оборудованием на каждом конце, либо с помощью пары «балунов» (которые используют трансформаторы). Передача несбалансированного аудиосигнала почти наверняка приведет к шуму и, возможно, к индуктивной связи между парами проводников.

Кабель CAT довольно распространен в зданиях и удобен для многих целей, поэтому может обеспечить готовый к использованию сигнальный тракт (при условии, что вы сможете найти IT-комнату на другом конце). Большинство типов последовательных данных, включая DMX, отлично работают по кабелю CAT, и он отлично подходит для индикации состояния камер, замыкания контактов GPI/O, низковольтного постоянного тока для освещения или реле… всякий раз, когда требуется несколько дополнительных проводников. Конечно, существует HDBaseT и продукты, предназначенные для передачи других сложных сигналов по кабелю CAT (с реалистичными ограничениями по длине и другим параметрам).

Однопарный или многопарный аудиокабель также подходит для многих из тех же целей. Я питал удаленное оборудование и освещал множество источников постоянного тока для «эфирного» освещения с помощью однопарного аудиокабеля, например, Belden 9451. Очевидно, что акустический кабель может делать то же самое, но с ним сложнее работать. То же самое можно сказать и об обычном двухпроводном «сетевом кабеле», используемом для бытовой техники и ламп.

Раз уж зашла речь о проводах типа «слипкорд», в чем разница между проводом 14 калибра для акустических систем и электрическим проводом 14 калибра, например, удлинителем переменного тока? Никакой, кроме способа их изготовления и продажи. С электрической точки зрения, они взаимозаменяемы для целей аудиосистем. А как насчет передачи переменного тока по кабелю для акустических систем? С электрической точки зрения, это нормально, если используется провод соответствующего сечения для требуемого тока. Но в среде, где предполагается, что акустический провод передает аудиосигнал, это вызывает серьезные опасения по поводу безопасности. Я думаю, это также нарушает множество правил техники безопасности.

Интересно, что видео- или радиочастотный коаксиальный кабель не так уж полезен для других применений. Функционально это два проводника, и он подходит для низковольтного постоянного тока, замыкания контактов и тому подобного, но плохо подходит для аудио, потому что это не витая пара. Для несимметричного аудио или однонаправленной передачи данных… подходит для коротких расстояний.

Можно ли использовать 50-омный коаксиальный кабель вместо 75-омного или наоборот? Конечно, это будет работать до определённого момента, но импеданс кабеля имеет значение на частотах видео- и радиочастотных сигналов, поэтому производительность, скорее всего, пострадает. Кроме того, соединения на частотах 50 и 75 Ом вызовут «скачки» импеданса (разрывы), которые могут привести к негативным отражениям сигнала. Без соответствующего измерительного оборудования невозможно определить, насколько сильно может быть скомпрометирован сигнал и, следовательно, насколько серьёзными могут быть проблемы. Для коротких расстояний или для экстренной замены, вероятно, всё будет в порядке, но не рекомендуется для качественной установки.

Я даже обнаружил, что иногда можно заменить одномодовый кабель многомодовым или наоборот на коротких участках. Это во многом зависит от трансиверов, длины волны и типа разъёмов, но ничего не повредится, если попробовать. Если это поможет преодолеть проблемный участок, отлично. Замените на правильный тип позже!

Наконец, многие кабели имеют «маркировку» для различных типов сигналов, например, CAT6A для 10-гигабитного Ethernet или коаксиальный кабель «12G» для видео 4K SDI. Маркировка указывает на возможности кабеля при более высоких скоростях передачи, но не ограничивает его использование при более низких скоростях! Например, коаксиальный кабель 12G вполне подходит для любого видео SDI (хотя для аналогового видео он может быть недостаточно надежным).

Обходные пути для видеосигналов

Хорошо известно, что видеосоединения по коаксиальному кабелю должны иметь сопротивление 75 Ом на конечном звене. Это связано с тем, что видеокабель (как аналоговый, так и SDI) ведет себя как линия передачи, где сочетание импеданса источника и оконечного сопротивления обеспечивает правильный уровень напряжения. Это критически важно для аналогового видео, поскольку сигнал по проводу — это собственно видеосигнал, а не его цифровая копия. Таким образом, соединение без оконечного сопротивления создает вдвое большее напряжение, вызывая искажения на приемнике, в то время как соединение с двойным сопротивлением приводит к снижению ожидаемого уровня сигнала вдвое.

То же самое верно и для SDI в отношении напряжения на проводе, но это напряжение представляет собой цифровые данные, которые затем декодируются в видеосигнал. Действительно важно, может ли принимающее устройство точно восстановить эти биты данных. Правильный уровень сигнала на приемнике важен, но приемные схемы часто допускают некоторые отклонения.

По моему опыту, ни соединение SDI без оконечного сопротивления, ни соединение с двойным сопротивлением в большинстве случаев не являются уникальными проблемами. Без осциллографа невозможно определить степень искажения сигнала, но если он работает, значит, работает. Или, точнее, он работает с конкретной комбинацией кабеля, разъема и входной цепи, которые влияют на восстановление цифрового битового потока.

В итоге, иногда можно обойтись «разделением» сигнала SDI на два приемника. Это вызовет разрыв импеданса и возможное двойное согласование, но если оба принимающих устройства восстанавливают сигнал, это работоспособно. Опять же, это не способ создания готовых систем, а лишь временное решение.

Что касается другой темы, при работе с синхронизированным оборудованием следует отметить, что любой аналоговый композитный видеосигнал обычно можно использовать вместо сигнала с черными импульсами в качестве синхронизирующего сигнала. Например, камера с композитным выходом может быть «генератором синхронизации» для синхронизированной системы, если это необходимо. В качестве подтверждения, при подключении или отключении опорного сигнала от устройства обычно возникает кратковременный сбой изображения, пока устройство снова синхронизируется.

Ещё одно замечание по поводу синхронизации: если распределительный усилитель выйдет из строя, использование пассивных сквозных петель должно быть допустимо. В самих петлях нет ничего плохого, если каждая петля не является терминирующей. Даже двойная терминация может быть допустима для синхронизации, поскольку абсолютный уровень аналогового видеосигнала не имеет значения, если принимающие цепи могут обнаруживать синхронизирующие импульсы.

Блоки питания

Проблема всех людей — дешевые блоки питания, которые чаще всего выходят из строя в самый неподходящий момент! Поскольку импульсные блоки питания в значительной степени заменили линейные и стали товаром массового производства, их качество непредсказуемо. К счастью, одновольтные блоки питания часто взаимозаменяемы.

Блок питания должен соответствовать напряжению, требуемому устройством, обычно это 5 или 12 В постоянного тока, и обеспечивать как минимум такой же ток (в амперах), какой требуется устройству. Если блок питания рассчитан на больший ток, это нормально; он будет обеспечивать только то, что необходимо. Если вы не можете найти требуемый ток на устройстве или в руководстве, его можно рассчитать по указанной мощности (ток = ватты/вольты) или использовать старый блок питания в качестве ориентира. Для справки, небольшие преобразователи напряжения обычно потребляют менее 10 Вт.

Конечно, штекер должен совпадать или быть очень близок по центральному контакту и внешним размерам, а полярность штекера должна совпадать — обычно центральный контакт положительный. При необходимости вполне допустимо отрезать штекер от неисправного кабеля питания (оставьте достаточно длинный) и соединить его с новым кабелем, но для определения положительного и отрицательного полюсов необходим мультиметр. Проверьте напряжение, подаваемое на новый кабель, чтобы определить полярность проводов. Используйте функцию омметра, чтобы проверить, какой провод отвечает за центральный контакт на старом кабеле. Если мультиметра нет, попробуйте соединить провода приблизительно и посмотрите, работает ли устройство. Если нет, переверните соединение и попробуйте снова. Это не рекомендуется, так как некоторые устройства могут быть повреждены, но многие выдерживают кратковременное изменение полярности.

Также обратите внимание, что блоки питания для переменного тока могут выглядеть точно так же, как и для постоянного тока, поэтому внимательно читайте маркировку. В некоторых случаях питаемое устройство может фактически требовать переменного тока вместо постоянного, а некоторые редкие устройства могут работать как с переменным, так и с постоянным. Но такие случаи редки для аудиовизуального и вещательного оборудования.

Для устройств, работающих только от батарей (если батарей нет), подходящий блок питания можно подключить к клеммам батареи с помощью зажимов. В этом случае, даже если штекер не подходит по размеру, можно использовать зажимные провода для подключения блока питания к разъему питания устройства. В худшем случае, откройте устройство и подключитесь напрямую к клеммам на печатной плате.

Сразу после публикации этой статьи я подключал видеопанель для видеоконференций и обнаружил, что блок питания отсутствует. После поисков в офисе другого блока питания на 12 В (с подходящим по размеру штекером и достаточной мощностью) я уже собирался сдаться, но потом решил в последний раз заглянуть в свою машину. Много лет я возил с собой аккумуляторный блок Micro-Start XP-1 для запуска двигателя автомобиля. Это удивительное устройство, и оказалось, что эта модель также имеет выходные разъемы для 5 В (USB), 12 В и 19 В, а также кабель постоянного тока и набор коаксиальных адаптеров питания! Он обеспечил работу видеопанели в течение 30 минут во время тестирования и почти не разрядился. К сожалению, у XP-1 Gen 2 нет выходов на 12 и 19 В, но старые модели все еще можно найти в интернете.

В стиле МакГайвера

Несколько лет назад я был в поездке в Панаме и присутствовал на презентации в зале с низкотехнологичным аудиовизуальным оборудованием. Старый беспроводной микрофон постоянно отключался. Во время перерыва я заглянул внутрь и обнаружил, что у приемника нет антенны. Ага. Сейчас уже не помню, вставил ли я в антенный разъем скрепку или кусок вешалки, но это помогло. Плохая антенна лучше, чем её отсутствие!

Если разъем BNC сломался, можно зачистить коаксиальный кабель и использовать оголенные провода; закрепите все это изолентой так, чтобы экранирующая оплетка касалась внешнего кольца разъема BNC. Также можно подключить оголенные провода к разъему XLR (возможно, их нужно будет загнуть на конце для хорошего контакта). То же самое относится и к подключению проводов к гнезду D-sub.

Клеммы типа «крокодил» можно использовать для соединения концов оборванных кабелей или для подключения провода к клемме или контактной точке. У меня много тестовых проводов и перемычек с зажимами EZ-Hook, которые более компактны (хотя их сложно использовать с контактами XLR). У меня также есть несколько удобных адаптеров XLR с пружинными клеммами и несколько разветвителей D-sub (рис. 2).

Многие могут не знать, что Ethernet до 100 Мбит/с использует только контакты 1-2 и 3-6 разъема RJ45 (оранжевая и зеленая пары в проводке T568B). Если у вас есть разъемы, но нет кабеля CAT, можно использовать два отрезка однопарного аудиокабеля 24ga для создания патч-кабеля. Или неиспользуемые пары в кабеле CAT могут передавать другой сигнал (это фактически делается в цифровых кабельных жгутах на основе AES50). Однако, если требуется скорость 1 Гбит/с или выше, то необходимы все четыре пары.

В худшем случае, если есть критически важный блок питания, работающий только по PoE, но нет источника питания PoE, теоретически возможно открыть его и подключить постоянный ток к цепям после преобразования PoE. Конечно, для этого потребуются определённые навыки, знание схемотехники, возможно, чертежей и смелость. Но если без этого блока всё равно всё сорвётся, возможно, стоит попробовать.

С другой стороны…

Читатели могут заметить, что упомянутые выше обходные пути, как правило, в основном связаны с пассивными и аналоговыми технологиями. К сожалению, чем сложнее технология, тем меньше обходных путей возможно. Чем можно заменить сломанный кабель HDMI? Другим кабелем HDMI. Разберите его, чтобы понять почему!

Какие интерфейсы на задней панели компьютера или другого оборудования могут допускать аварийное решение? HDMI… USB… DisplayPort… Thunderbolt? Thunderbolt особенно проблематичен, поскольку использует разъемы USB-C (или mini-DisplayPort), но кабели должны содержать специальную схему. Если на нем нет значка Thunderbolt, он, вероятно, не будет работать.

Если цифровой кабель микшера выйдет из строя, вам не останется ничего, кроме запасного (или аналогового) кабеля. То же самое произойдет, если выйдет из строя сеть Dante. На самом деле, если выйдет из строя сетевой коммутатор в центре любой технологии передачи данных «по IP», потребуется другой коммутатор. И это, вероятно, не может быть какой-нибудь дешевый коммутатор, лежащий в шкафу, если только его использование не является очень простым. В этой области поиск обходных путей больше связан с переосмыслением конкретного потока сигнала или заменой целой технологии другой. Если вы не можете использовать HDMI, можно ли использовать DisplayPort в качестве дополнительного? А как насчет VGA? Если встроенный порт Ethernet не работает, как насчет Ethernet через адаптер или док-станцию?

Возможно, вы сможете передать файлы с устройства A на устройство B, подключив оба устройства как общие папки на другом компьютере. Однажды мне понадобилось обновить прошивку на устройстве, а интернета не было. Мне удалось загрузить прошивку на телефон через сотовую связь и передать файл на устройство через USB. Честно говоря, я не думал, что это сработает!

Если это поможет, обычно можно напрямую соединить два Ethernet-устройства, образовав небольшую сеть. Раньше для этого мог потребоваться «кроссоверный» Ethernet-кабель, но современное оборудование автоматически определяет соединения. Затем вам нужно будет вручную ввести IP-адреса, поскольку DHCP-сервера не будет. Это может быть полезно для подключения компьютера и другого устройства для настройки или для подключения компьютера к точке доступа Wi-Fi.

С другой стороны, иногда на помощь приходят простые решения. Если USB-аудиоинтерфейс выходит из строя, на компьютере всё ещё может быть встроенный аналоговый аудиоинтерфейс. Аналоговый звук — это действительно один из самых универсальных типов сигналов; многие устройства, работающие только с цифровым видео, всё ещё включают аналоговый звук. В сложных ситуациях нужно мыслить нестандартно и знать, что возможно.