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[分享] 网络转接盒的那些问题点

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发表于 2022-11-18 08:32:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
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网络线转四个XLR  的产品在这几年很火
可是由于网络线RJ45连接器的特点

加以各厂家设计的特点不同
有很多使用细节的风险是消费者需要知道的
下面我们就全盘娓娓道来!

DMX 允许使用的根据
ANSI E1.11-2008 (R2018)
娱乐技术—USITT DMX512-A 控制照明设备和配件的异步串行数字数据传输标准
Entertainment Technology—USITT DMX512-A Asynchronous SerialDigital Data Transmission Standard for Controlling Lighting EquipmentandAccessories

在这个标准当中对于使用网络连接器是属于”禁止但有例外”
7.1.2 允许使用备用连接器 (NCC DMX512-A)
只有在物理上不可能安装 5 针卡农连接器时,才允许使用备用连接器

2) 备用连接器不应是任何类型的 IEC 60603-7 8 位模块化连接器(RJ45),除非条款 7.3 中允许。
3) 如果满足本标准的所有其他要求,除设备手册中的声明外,备用连接器应标记为 NCC DMX512-A(不兼容连接器)。如果这样的标记在连接器上物理上是不可能的,则应在设备的其他地方做一个适当的标记。
备用连接器上的针脚编号应与标准 5 针 XLR 连接器的编号相匹配。
4) 制造商应为备用连接器中包含的所有 DMX512 端口提供与标准 5 针 XLR 连接器适当连接的适配器。
5) 应继续为每个 DMX512 端口声明增强功能(如果适用)和接地/隔离声明。


我们可以理解准确标示这是为了确保”备用连接器不被”误用” 而且能适应既有的DMX规范”
7.3 IEC 60603-7 8 位模块化连接器8-position modular connectors

IEC 60603-7 8 位模块化连接器(通常称为 RJ45 型连接器– 插头/插孔)和相关冲压接线端子的使用应仅限于作为固定安装的一部分的连接,并且通常无法访问,除非有资格,授权用户,也不用于定期连接和断开连接。外部(用户可访问)IEC 60603-7 8 位模块化连接器仅允许用于接线和数据分发产品,并且仅当永久安装在受控访问区域时才允许。

注意:如果需要进入的人有钥匙(或锁组合),则通常无法进入或受控进入区域的示例包括带锁的电气室或控制室。

表 4 - 使用 IEC 60603-7 8 位模块化连接器的 DMX512 设备的连接表


Pin (Wire) #
Wire Color
DMX512 Function
1
white / orange
data 1+
2
orange
data 1-
3
white / green
data 2+ (optional)
6
green
data 2- (optional)
4
blue
Not assigned
5
white / blue
Not assigned
7
white / brown
Data Link Common (Common Reference) for Data 1 (0 v)
8
brown
Data Link Common (Common Reference) for Data 2 (0 v)

drain


注 1:引脚编号和颜色符合 ANSI/TIA/EIA-568 方案 T568B。

注 2:即使针脚 3 和针脚 6 未接线,针脚 8 也应作为信号公共端接线,以便导线 7 和 8 处于相同电位。

警告:意外连接到可能遇到的非 DMX512 设备(例如,配线架中的以太网集线器)可能会导致设备损坏。在电信应用(例如电话振铃)中,引脚 4 和 5 可能承载超出 EIA-485 范围的电压。在其他应用中,引脚 4 和 7 可能承载超出 EIA-485 范围的电压(例如,某些分布式 DMX512 缓冲产品需要低压直流电源的制造商可能会为此目的使用这些电线)。由于这些不同的用途,与系统不同的错误插入可能会导致严重的损坏。

请注意!!
在这边我们可以看到标准是利用两组网络线对做为传输之用
但是由于考虑到北美大多数网络线是非屏蔽,因此引用了7-8 线对作为接地使用
而屏蔽金属外壳
这是一个本质安全的考虑
从另外一方面也证明了 DMX-512(RS-485) 线缆对于屏蔽的依赖性较低
此外由于害怕RJ45 插座被误接加以配插可靠性、抗摇晃能力低于XLR
所以被要求只能安装在”带锁的电气室或控制室。”

因此稍后推出了更细化的指导标准
ANSI E1.27-2 – 2009 (R2019)
娱乐科技—与 ANSI E1.11 (DMX512-A) 和 USITT DMX512/1990 产品一起使用的永久安装控制电缆的推荐做法
Entertainment Technology—Recommended Practice for Permanently Installed Control Cables for Use with ANSI E1.11 (DMX512-A) and USITT DMX512/1990 Products

4 电缆类型Cable types
在永久性安装中,DMX512-A 电缆可以是两种基本电缆类型之一:
指定用于 EIA-485/EIA-485-A 或 EIA-422 的电缆,以及指定为 EIA/TIA568 5 类或更高级别的电缆。
使用两种电缆类型的系统的注意事项在第 6 章中详细说明。
DMX512 -A 定义了使用双向通信的增强功能类型。
使用 EF 协议的系统应在整个系统中使用特性一致的电缆。

4.1 EIA-485 cable

4.1 EIA-485 电缆
电缆应为专为 EIA-485/EIA-485-A 或 EIA-422 应用设计的类型。
根据 4.1.1 到 4.1.3 中描述的电缆特性确定的,某些设计用于除了EIA-485 之外的数字数据应用的电缆可能是可接受的。
电缆制造商应针对  4.1.1 至 4.1.3 中所描述的所有完整特性供应电缆。

4.1.1 结构Construction
电缆应由一对或多对双绞线组成,单对配屏蔽或多对成缆配上整体屏蔽,或两者兼而有之。
包含单独屏蔽线对的电缆应使各自的屏蔽层相互绝缘。首选带有整体式加屏蔽地线(integral drain wire)的电缆。任何类型的带有整体加屏蔽地线的电缆都优于那些没有整体加屏蔽地线的电缆。

4.1.2 阻抗Impedance
用于数据传输的每对导体的特性阻抗应在 100 到 120 奥姆的范围内。由于 EIA-485 系统是 120 奥姆的特性阻抗,因此首选 120 奥姆。

4.1.3 电容Capacitance
屏蔽内导体之间的电容不应超过 65 pF/m (19.8 pF/ft)。
任何导体和屏蔽之间的电容不应超过 115 pF/m (35 pF/ft)。

4.2双绞线类Category cable
如第1条和第3条所述,电缆类别的参考包括ISO/IEC标准所定义的双绞线类同等级电缆。双绞线类电缆类别至少应满足EIA/TIA-568第5类的要求。允许电缆类别满足高于第5类的要求。
注:当在DMX512传输速度下使用时,这些电缆的标称阻抗将是115奥姆,这使得第4.1条中描述的以相同数据速率运行的电缆的阻抗不匹配程度很小。

5.1.1允许使用RJ-45配线架Allowable use of RJ-45 Patch Bays
RJ-45配线架应符合E1.11的所有适用要求,
使用符合E1.11-2004第7.3条的RJ-45连接器配线架并不排除(not relieve)系统规范或安装人员对所有其他用户连接点使用5针卡侬的要求。配线架通常位于有门禁设备的室内,以提供无缓冲without buffering交叉连接ability to cross-connect大量数据链路的能力,
不应用于便携式设备的直接连接。

6安装Installation
电缆的安装应提供一对或两对点对点的连接,并在数据链路上为每个设备之间提供公共连接。当单根电缆结构中存在多个 DMX512-A 或 DMX512/1990信号时,
应使用允许结构之间电气隔离的电缆类型。
因为这种电缆内部结构之间的串扰crosstalk可能导致不希望的系统操作。
使用单个线对屏蔽的电缆或不同线对具有不同绞距的电缆
将最大限度地减少结构空间内的串扰。
虽然导管提供了电缆的机械保护,并且适当接地的金属导管可以提供一些屏蔽,但在DMX512数据传输速率下,不应依赖它进行任何有效屏蔽。
非金属导管不提供任何屏蔽。

6.1电缆准备Cable Preparation
在准备电缆终端过程中所暴露的屏蔽Shields和屏蔽线drain wires应与接地绝缘,以防意外接触。具有线对单独屏蔽的屏蔽层应彼此绝缘,以防意外接触。



在这些条文中我们可以看到:
1.鼓励使用有屏蔽的EIA-485线缆
2.低电容规范明确
3.特性阻抗规范明确
4.使用网络线仍在尽量避免将接地直接接触外壳
5.使用网络线仍应在受保护的空间内转换为DMX 卡农线


灯光应用小结:
但是现在我们看到的网络线转四个卡农算是DMX标准的非标准变形版
利用了线对的传输特性但可能存在风险

主要风险在于当RJ45是 STP 形式时会
将接地暴露在外
如果灯具上的XLR 未依照DMX-512 标准
对地存在高阻抗且有漏电情况下
在拔插时可能对于手握STP 网络线的人存在感电风险







音频允许使用的根据

AES03-4-2009-r2019-f 数字输入输出接口-两通道串行传输格式第4部分物理与电气特性

C.1.3电缆Cable
互连电缆的额定阻抗为110Ω,使用频率为100 kHz至最大帧速率的128倍。
电缆应为以下类型之一:
•屏蔽(screened)电缆
•非屏蔽(unscreened)双绞线(UTP)结构布线(5类或以上,见ISO/IEC 11801)。见注5。
•屏蔽(screened)双绞线(STP)结构布线(见ISO/IEC 11801)。
在任何单一接口连接中,应使用相同类型的电缆,包括接插线。
注1:对于电缆的特性阻抗以及驱动和端接阻抗,保持更紧密的公差可以增加电缆长度,以实现可靠传输和更高的数据速率。
注2:驱动阻抗、端接阻抗和电缆本身的平衡公差越小,可降低电磁敏感性和发射。
注3:在较高频率下使用损耗较低的电缆可以提高传输的可靠性,以获得更大的距离和更高的数据速率。
注4:接口设计时应注意在5类电缆内的双绞线上提供足够的平衡。使用传统接线的RJ45连接器,目前的做法倾向于对AES3信号使用插脚4和5(例如,将它们与同一电缆上的ATM信号分离)。插脚3和6是首选的第二对。对于完全保护,接口可能必须承受指定的电源电压以支持网络设备,强烈建议在AES3接口上使用变压器和阻塞电容器(blocking capacitors)。
注5:UTP电缆在48 kHz的帧速率下可提供高达400米的整体无均衡(unequalised)传输,或800米的均衡传输(equalized)。(见AES预印本3783)


这是AES3 的标准
允许了UTP无屏蔽的网线使用
其原因是数字信号的电平够高可以较好的抵抗干扰

AES72-2019 AES标准 关于音频连接的-RJ45型连接器和四对双绞线电缆音频互连标准

AES standard on interconnections - Application of RJ45-type connectors and quad twisted pair cable for audio interconnections.

0简介
RJ45-8P8C连接器和四芯双绞线电缆已在整个数据通信(数据通信)行业中广泛用于以太网连接,这种大量使用已大大降低了成本,从而使硬件在其他应用中具有吸引力。,因此必须将多个信号从一个位置连接到另一个位置,因此,一些制造商已经开发出使用这种硬件连接4个平衡模拟音频信号或4个平衡AES3连接的方案。不幸的是,不同制造商的设备通常不兼容。可用的变体并指定标示方案,以便用户可以选择兼容的设备ipment或采取步骤缓解问题。

1范围
本标准记录了仿真和数字专业音频应用中常用的8P8C(RJ45)引脚输出,包括信道/链接顺序,信号极性和幻象电源兼容性。符合此标准将确定相互兼容的设备,使用户能够避免在使用多家制造商的设备时出现问题。

4.2类型描述符分配Type descriptor assignment
*共指定了 1E 1O 1M 2O 3E 3M 4E 5E 6E类型
其中对于线对脚位+- 有所颠倒
这也意味着当我们在使用这类转接盒时各品牌混用的问题

4.3电缆屏蔽Cable shielding
使用平衡链路连接时,即使没有电缆屏蔽,QTP电缆的高扭曲精度和紧密的导体间距也将导致较低的EMI干扰。有屏蔽CAT电缆可能会在静电干扰抑制方面有所改善,但在电磁干扰抑制方面却几乎没有改善。由于大多数低频EMI问题都是磁性的,因此屏蔽电缆通常不会带来任何好处。
如果使用屏蔽电缆,则应使用符合IEC 60603-7-1

连接器当使用屏蔽固定连接器时,屏蔽应以可实践的最低射频连接到机箱。
屏蔽连接器和电缆应在需要幻象电源的应用中使用,因为返回电流的唯一路径是通过电缆屏蔽层。为了减少产生设备间机箱的接地电流,建议实施麦克风线路的QTP方案时,将其连接到具有公共接地的单个麦克风前置放大器组。


其中 4.3电缆屏蔽Cable shielding 一段对于线缆的屏蔽与对绞贡献度做出详细的解释
我们必须要强调:
使用无屏蔽线缆在LINE OUT 问题不大但是对于 MIC IN LEVEL 就是一个大问题




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图片用以说明市场上类似商品
使用网络线充当MULTI-CABLE的共同问题


屏蔽的质量决定了一些事
以网络线传输麦克风这样的传输看似可行但是我们必须指出几个问题点:
1.时至今日市场上的S/FTP 线缆在屏蔽层大多改为镁铝合金丝
具有较高的电阻换言之不适合幻象电源使用
2.线对UTP型(没有线对单独屏蔽形式)对于屏蔽的阻抗存在不稳定
由于网络线有屏蔽的分为F/UTP S/UTP SF/UTP S/FTP
但是当中的前三者跟常见的麦克风线线对外有屏蔽不是一回事
线对在路径上移动位移
线对与屏蔽层之间的阻抗存在剧烈变化
*即使是CAT6以上有+架的都有类似问题
这就容易在路径上产生失真尤其是在低电平的麦克风传输上
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S/UTP 线缆对地阻抗失真说明



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网线的各种屏蔽方式
图片来自于https://ivshub.com

承上所述在这样的环境里面,网线的结构决定了很多事
如果希望最小串音并保持特性阻抗那基本上只能选SFTP(线对铝箔+编织屏蔽)
而高质量的SFTP 通常是实心偏硬的
这又与使用场景需要的柔软可靠背道而驰….


音频应用小结:
从上述文字当中我们可以读出
1.转接的两端最好仅对应到单一个设备,以免产生设备机箱间的接地电流
2.一般网络线 “线对对地的阻抗不一”
对于音频来说常见的网络线转换盒与线材适合传输 LINE OUT 等级与AES3



你真的需要这个产品?
从上面的特性阻抗来看
我们可以发现这个连接方案的可行性
-会更多在网络线的结构决定!
说到这类产品我建议把它定位在”过渡” “救急型产品”!
下面进一步理性分析:

从价值上来说
这仅是一种四通道多芯缆的代用品
好处在于:
1.可以使用网络线作为延长或调整长度
2.减少使用线缆的品种,部份四通道使用网络线取代
缺点在于:
1.网络线的屏蔽质量左右了最终的传输质量以及使用场合
2.基本上不适合模拟音频尤其是MIC IN

从价格上来说
仅盒子成对的价格大约就等于一条50米到70米的MULTI-CABLE
再加上可靠的网络线  大约要150米的应用才会”两平”
但4CH 通常不太容易需要这么长的距离
因此商品没有非常普及

江湖救急啥都好
只是在演出现场 “能解决问题多付出一些也没问题!”
使得这样的产品有着一定的生存空间


那在各种情境的使用风险有哪些?

有风险的外壳接地-体积越大越难管

在我们惯用的连接器当中
自由端的XLR 的外壳是不接地的(但机器上有)
6.35 外壳有接地但是仅限较短距离使用也常把乐手电得哇哇叫

而RJ45 或是RJ45的卡农外壳
(*NEUTRIK®  注册商标为ETHERCON®
SREXACT® 注册商标为RJ45COM®)
却扎实的与STP水晶头短路
此时插座如果具有金属壳并安装在金属壳上
这代表整个盒体都接地
但这是理想的! 因为可以透过外壳起到RF屏蔽
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可是如果用户在:
  • 灯具漏电状况下
  • 且灯具DMX信号接地与机壳接地短路
  • 但是电源接地没有接通


(按标准应该是DMX 信号地 对 机壳+保护接地是高电阻绝缘状态)
  • 或是TRUSS  有漏电而盒体安装于TRUSS上


就有可能在拔除网络接头的瞬间感电!!
***在此要强调***
基于TN-S 供电系统
请将带有金属机壳的设备
做好保护接地的电源线连接



这个开关合适吗?
从CATBOX 开始就有些厂商试着在盒子上加开关,我们从该公司的数据看到这一段文字 :
"常问问题:小开关有什么用?
CAT Box 带有一个底盘接地升降开关,可将接地与盒子断开。如果您遇到金属机身接地到其他东西的问题,这很有帮助。"

图片来自于SoundTools 影片截图
用以报导/说明开关使用型态



这个部份其实跟AES48 有些冲突
"接地与盒子断开"这意味着:座子是塑料外壳绝缘的
屏蔽层是直接进入到内部再透过开关决定是否跟外壳短路
此时 RF干扰已经引入到盒体内部

而当接地与盒子断开此时意味着:
将外壳的RF屏蔽路径断开
=壳体屏蔽失效

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有些厂家则是设计为对于XLR的PIN1 做跳空
这可以在一定程度上避免接地环路的发生
但是这并非最优良的位置(最优良位置应该是在接收端设备上开路)
因此建议将其视为一个”应急选项看待”

至于外壳的悬浮对策:
还是要避免直接放置于可能接通导电的金属物上
或是透过绝缘材料的包覆支撑来达到效果



图片来自于SoundTools 公开资料
用以报导/说明多单元并接使用型态问题

任意延长真的合理吗?
而有些公司在盒子上设计了两个RJ45插座
看似合理可以弹性使用
但是在实务上却不合理:
原因如下:
1.在模拟音频上输出可以分接 而输入不行
2.额外接线悬空且没有终端就不合理

请注意!
长距离悬空的接线在广播电台周边就是一个天线
因此对于这样的延长分接并不推荐



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图片用以说明内通使用型态



有些公司还推荐可以将网线作为内通连接使用
这边需要提醒:
1.内通线缆需要有一定粗细因为需要携带一定电流供给腰包
2.屏蔽层也参与了电流的传递
内通脚位定义来自于网络公开图片


现在一些低阶网线主要导体仅有26AWG 而且可能不是使用无氧铜制作
加以铝镁合金的屏蔽层
这些都直接导致了可用性大幅降低






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图片用以说明上下行共享的问题


另外也有些公司宣称可以充当 DJ台上下行的信号
这个使用模式看似合理却非常要不得
因为上行信号与下行信号在线缆内部长距离平行
加以铜线的延迟差
将表现为串音-会导致一定程度的抵销


为甚么RJ45连接器相对不可靠?
RJ45 是一个仰赖簧片接触的连接器
而不是插针互相裹包的结构
实际接触的点是前头圆角
塑料件公差 或 连接器上有异物堆积
都可能会导致插针抬起而接触不良
插针镀金与圆滑处理都是很重要的
各品牌插头核心存在质量落差
加上压着钳质量落差巨大
因此接触不良的情况会比XLR来得严重
RJ45连接器的可靠性周期
大约350-400次配插是很好的接触性能区间
超出这个范围之后的电阻特性将开始恶化。

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图片来自于
ACTA Virtual Public Meeting July 26, 2012
ANSI/TIA-1096-A Non-Compliance Issues (Focus on RJ45) + Other Related Non-Compliance Issues



结  论:
网线质量最终决定了转换盒所能应对的场合
有条件选用S/FTP网线通道串音以及屏蔽层电阻会较低
较适合 模拟音频/麦克风讯号 以及其他各种用途
数字信号MX-512 AES3 能支持使用UTP线缆
内通线路(PL)需要选择S/FTP  或S/UTP网线
并且使用无氧铜较大导体直径的线缆
3071700047 S/FTP



结束语:
上面分析了网络线的质量与连接状态变动因子
您应该了解到这个产品使用上的一些罩门
中间搭配好线还是很必要的

但是!在这个数位年代,我想提醒您思考:
一条网线能传48X48CH 为何要降级只传4通道?
一条网线能跑MA-NET 为何要只跑4组DMX?
如何将大量数字信号接口推进到:
离入口最近/并快速衔接出口而且稳定可靠
是我们最需要思考的一件事

创意固然好! 但是正确与可靠需要被检视!!
多次转接的接触电阻与风险都是我们要注意的,
粗糙的代用绝非首选!



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