光纖通過光信號(hào)的全反射原理，結(jié)合電光與光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻的高保真、抗干擾傳輸，其核心流程可分為信號(hào)轉(zhuǎn)換、光傳輸、信號(hào)接收三個(gè)階段，具體如下：

一、信號(hào)轉(zhuǎn)換：將音頻信號(hào)加載到光波上

音頻電信號(hào)生成

音頻設(shè)備(如CD播放機(jī)、電腦)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將其編碼為數(shù)字信號(hào)(如PCM格式)。這一過程確保音頻信息以二進(jìn)制數(shù)據(jù)形式存在，便于后續(xù)調(diào)制。

電光調(diào)制

數(shù)字信號(hào)被送入光發(fā)射器(如激光二極管或發(fā)光二極管)，通過調(diào)制技術(shù)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。調(diào)制方式包括：

強(qiáng)度調(diào)制(IM)：直接改變光波的強(qiáng)度(如亮滅變化)來承載數(shù)字信息(“1”為高強(qiáng)度，“0”為低強(qiáng)度)。

相位調(diào)制(PM)：通過改變光波的相位差來編碼信息(較少用于音頻傳輸)。

例如，TOSLINK接口(常見于音響設(shè)備)使用紅外光(波長約650nm)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，支持傳輸無壓縮的24bit/96kHz PCM音頻或多聲道環(huán)繞聲(如Dolby Digital)。

二、光傳輸：光信號(hào)在光纖中的低損耗傳播

光纖結(jié)構(gòu)支撐全反射

光纖由高折射率纖芯(如石英玻璃或塑料)和低折射率包層構(gòu)成。當(dāng)光波從纖芯射向包層時(shí)，若入射角大于臨界角，光會(huì)完全反射回纖芯，形成鋸齒形傳播路徑。這一原理確保光信號(hào)在光纖中以極低損耗(約0.2dB/km)傳輸，且不受外部電磁干擾。

多模與單模光纖的差異

多模光纖：纖芯直徑較大(50-62.5μm)，允許光以多種模式(路徑)傳播，適用于短距離傳輸(如家庭影院中的TOSLINK線，長度通常<50米)。

單模光纖：纖芯直徑極小(8-10μm)，僅允許單一模式傳播，支持長距離(如數(shù)十公里)和高帶寬傳輸，但成本較高，多用于專業(yè)音頻工程或廣播系統(tǒng)。

光信號(hào)的抗干擾特性

由于光波不攜帶電荷，光纖傳輸完全避免電磁干擾(如無線電信號(hào)、電源噪聲)，且無電磁輻射泄漏，確保音頻信號(hào)的純凈性。

三、信號(hào)接收：將光信號(hào)還原為音頻

光電檢測(cè)

光信號(hào)到達(dá)接收端后，由光電二極管(如PIN二極管或雪崩二極管)將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。檢測(cè)過程需匹配發(fā)射端的光波長(如850nm、1310nm或1550nm)以優(yōu)化靈敏度。

信號(hào)解調(diào)與放大

轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)可能較弱，需通過低噪聲放大器(LNA)增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，再通過解調(diào)電路還原為原始數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。例如，TOSLINK接收端會(huì)解析S/PDIF協(xié)議(Sony/Philips Digital Interconnect Format)，提取PCM或多聲道音頻信息。

數(shù)模轉(zhuǎn)換與輸出

數(shù)字音頻信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)還原為模擬信號(hào)，最終通過揚(yáng)聲器或耳機(jī)播放。高端音頻系統(tǒng)可能采用獨(dú)立DAC芯片(如ESS Sabre系列)以提升音質(zhì)。

四、光纖音頻傳輸?shù)牡湫蛻?yīng)用場(chǎng)景

家庭影院系統(tǒng)

DVD/Blu-ray播放機(jī)、游戲機(jī)(如PS5)通過TOSLINK接口將多聲道音頻(如Dolby Atmos)傳輸至功放或Soundbar，避免模擬信號(hào)的干擾和失真。

專業(yè)音頻工程

錄音棚、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)使用單模光纖傳輸高分辨率音頻(如DSD格式)，確保信號(hào)在長距離(如舞臺(tái)到控制室)傳輸中的保真度。

廣播與電視系統(tǒng)

電視臺(tái)采用SDH(同步數(shù)字體系)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸音頻信號(hào)，支持多路節(jié)目同步傳輸，且抗干擾能力強(qiáng)，適合戶外直播等場(chǎng)景。

汽車音頻系統(tǒng)

高端汽車音響使用光纖連接車載主機(jī)與功放，減少電磁干擾(如發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲)對(duì)音頻質(zhì)量的影響。

審核編輯 黃宇