Czym dokładnie jest „zrównoważony” dźwięk i dlaczego jest użyteczny? Czytałem, że oznacza to, że istnieją dwa napięcia, z których jedno jest odwrotnością drugiego. Zbalansowany odbiornik audio analizuje różnicę między nimi i nazywa to „sygnałem”. Hałas powinien wpływać równo na obie połowy sygnału zbalansowanego, więc odbiornik nie powinien postrzegać szumu jako sygnału, ponieważ nie zmienia to różnicy między dwiema połówkami.
Ale to nie ma sensu. Czy niesymetryczny sygnał audio nie jest również różnicą: różnica między masą a napięciem sygnału? Dlaczego nie możemy po prostu wprowadzić niezrównoważonego sygnału audio do zbalansowanego odbiornika audio i nazwać go zbalansowanym?
A jak zrobienie drugiego, odwróconego napięcia w ogóle cokolwiek zmienia? Gdybyśmy tego nie zrobili, czy hałas nie wpływałby w równym stopniu na obie połowy i nadal byłby odrzucany przez odbiornik?
Odpowiedzi:
ŹLE .
ŹLE .
Każda z tych rzeczy może być prawdą, ale żadna z nich nie zapewnia zbalansowanego dźwięku . Do niedawna sieci telefoniczne były całkowicie analogowe i miały tylko dwa przewody na obwód. Nie było ziemi. Udało im się jednak utrzymać stosunkowo wolne od szumów połączenie na bardzo duże odległości. Tylko dwa przewodniki są wymagane do zbalansowanego dźwięku.
Idealnie zbalansowanym odbiornikiem audio jest wzmacniacz różnicowy. Działa poprzez pomiar różnicy między dwoma wejściami i wywołanie tej różnicy sygnału. „Ziemia” jest całkowicie nieistotna. Jedno wejście nie musi być odwróconą kopią drugiego wejścia. Jak to może mieć znaczenie, jeśli wzmacniacz różnicowy patrzy tylko na różnicę między dwoma wejściami? Skąd może wiedzieć, że jedno wejście jest „sygnałem odwróconym”?
Dlaczego więc nie po prostu podłączyć jednego z wejść do uziemienia? Czy nie oznacza to, że możemy przekształcić niezbalansowane audio w zbalansowane, używając tylko wzmacniacza różnicowego po stronie odbiorczej?
symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab
Tak się składa, że nie, nie możemy tego zrobić i zrozumieć, dlaczego rozumieć, co tak naprawdę oznacza zrównoważony dźwięk. Nie chodzi tu o dwa pojedyncze złącza audio, ale z jednym odwróconym. Chodzi o to, aby sygnał był przenoszony na dwóch przewodach za pomocą jednakowej impedancji .
Oto dlaczego: głównym celem korzystania ze zbalansowanego dźwięku jest redukcja szumów. Ten hałas jest wychwytywany przez wzajemną indukcyjność i pojemność z innymi urządzeniami (często: okablowaniem sieciowym) w pobliżu sygnału audio. Jeśli wzajemna indukcyjność lub pojemność tego źródła szumu jest równa dla naszych dwóch przewodników, wówczas na każdym przewodzie zostaną indukowane równe napięcia i prądy. Oznacza to, że ich różnica się nie zmieni . Zatem źródło szumu, z perspektywy naszego wzmacniacza różnicowego, który patrzy tylko na tę różnicę, nie istnieje. Rozważać:
zasymuluj ten obwód
Jaka jest tutaj wydajność? W zakresie, w jakim U1 jest idealnym wzmacniaczem różnicowym, moc wyjściowa wynosi dokładnie 0 V DC. Część szumu (z V1) sprzęga się z wejściami poprzez C1 i C2, ale ponieważ C1 = C2, a R1 = R2, łączy się z nimi równomiernie, a zatem nie może zmienić różnicy między nimi, więc nie może wpływa na moc wyjściową wzmacniacza różnicowego.
Ale co się stanie, jeśli R1 nie będzie równe R2? R1 i C1 tworzą teraz inny dzielnik napięcia niż R2 i C2, co powoduje nierówne napięcia sprzężone z wejściami wzmacniacza. Teraz jest różnica, a V1, do pewnego stopnia, znajduje się w danych wyjściowych. Ten sam problem występuje, jeśli rezystory są równe, ale kondensatory nie.
Jazda tylko jednym z wejść nic nie zmienia. Rozważać:
zasymuluj ten obwód
Hej, to nie jest zrównoważone!Ale jest całkowicie zrównoważony. Hałas wciąż widzi jednakowe impedancje dla każdego z wejść. Hałas wciąż łączy się równo z każdym wejściem, nie zmieniając różnicy. Dlatego nadal jest odrzucany.
Istnieją dwa powody, dla których typowe połączenie audio, takie jak na iPodzie lub magnetowidzie, nie jest zrównoważone. Pierwszą jest geometria kabla. Zwykle używają one kabli koncentrycznych, z uziemieniem jako ekranem, a wewnątrz znajduje się sygnał odniesienia do ziemi. Ponieważ kształt przewodników nie jest nawet trochę podobny, nie mogą one mieć jednakowej impedancji względem otoczenia. Pod względem poprzednich przykładów C1 i C2 nie są sobie równe.
Drugim jest sposób, w jaki linie te są zwykle napędzane. Zwykle wyglądają mniej więcej tak:
zasymuluj ten obwód
Gdyby U1 był idealnym buforem, byłoby to zrównoważone. Ale tak nie jest: U1 to zazwyczaj jakiś wzmacniacz operacyjny o małej impedancji wyjściowej. Choć jest mały, nie jest tak mały, jak bezpośrednie połączenie z ziemią widoczne przez drugą połowę kabla. Impedancja wyjściowa wzmacniacza operacyjnego prawdopodobnie zmienia się znacznie wraz z częstotliwością.
Bardzo tanim i bardzo skutecznym rozwiązaniem tego problemu jest ustawienie impedancji wyjściowej za pomocą czegoś bardziej kontrolowanego, takiego jak rezystor. Możemy umieścić rezystor rzędu 100 omów szeregowo bez znaczącego tłumienia sygnału. Praktyczne wdrożenie wygląda następująco:
To jest świetny artykuł Rod Elliott (ESP) / Uwe Beis . R2 i R3 wykonują większość równoważenia: rezystory te można kupić lub przyciąć, aby uzyskać bardzo równe rezystancje. Ponieważ są one znacznie większe niż impedancja wyjściowa wzmacniacza operacyjnego, impedancja wyjściowa wzmacniacza operacyjnego jest stosunkowo nieznaczna.
R4 i C1 służą do dalszego uczynienia wzmacniacza operacyjnego nieistotnym przy wyższych częstotliwościach. Prawdziwe wzmacniacze operacyjne mają rosnącą impedancję wyjściową wraz z częstotliwością, co służyłoby do niezrównoważenia obwodu przy wysokiej częstotliwości. Impedancja wyjściowa wzmacniacza operacyjnego staje się jednak mniej istotna przy wyższych częstotliwościach, gdy R4 i C1 blokują obie połówki razem.
Ta topologia nie jest pozbawiona kilku wad. Po pierwsze, ponieważ nie może prowadzić obu linii, ma połowę zakresu dynamicznego w porównaniu do konstrukcji, która może obsługiwać obie linie. Po drugie, napędza dwie linie sygnałowe napięciem wspólnym w trybie równym połowie napięcia sygnału wejściowego. Sterownik musi zatem doprowadzić pojemność dwóch linii sygnałowych do swojego otoczenia, podobnie jak ekran w typowych kablach audio. Jednak w przypadku umiarkowanych długości kabli jest to mało prawdopodobny problem.
Zaletą jest mniejsza liczba części. Ponadto, jeśli znajduje się on na złączu TRS, które wpychane jest do niezrównoważonego wejścia, nic złego się nie stanie, ponieważ pierścień, który zwykle jest „sygnałem odwróconym”, nie jest podłączony do żadnej aktywnej elektroniki.
Co ważniejsze, rozwiewa to powszechne nieporozumienie na temat działania zbalansowanego dźwięku.
źródło
Pomimo odpowiedzi już tutaj, historia nie jest jeszcze ukończona.
Podłączony jest w pełni zbalansowany sygnał audio
i każdą część należy rozpatrywać osobno.
Niektóre z opisanych do tej pory obwodów będą działać ze sobą w pewnych okolicznościach, ale większość z nich nie przejdzie jednego lub drugiego testu.
Kabel zrównoważony.
Kabel zbalansowany ma dwa przewodniki („nogi”) o jednakowej impedancji i jednakowej ekspozycji na pola zewnętrzne, zwykle osiągane przez skręcenie razem dwóch przewodów. Czasami każda noga jest parą, więc 4 przewody są przeplecione i ciasno skręcone w konfiguracji gwiazdy-kwadratu.
Równe narażenie na pola zewnętrzne oznacza, że każde sprzężenie elektrostatyczne ze źródła zakłóceń w kablu wytworzy takie samo napięcie na każdej odnodze, a każde sprzężenie magnetyczne wstrzykuje ten sam prąd do każdej odnogi.
Podłączenie uziemienia nie jest konieczne dla zbalansowanego sygnału, chociaż ekran może redukować zakłócenia z sygnałów zewnętrznych, a także zakłócenia promieniowane do innych sygnałów. Jeśli ekran jest obecny, często jest podłączony tylko na jednym końcu, aby wyeliminować pętle uziemienia. Na poziomie systemu na ogół na każdym końcu sygnału będzie połączenie uziemiające ze sprzętem, chociaż może być ono dzielone między 2, 50 lub kilkaset zrównoważonych sygnałów.
Zrównoważony odbiornik.
Zbalansowany odbiornik to nie tylko wzmacniacz różnicowy. Musi również utrzymywać taką samą impedancję na ziemię z każdej nogi.
Wzmacniacz różnicowy zapewnia, że wszelkie zakłócające napięcia docierające na obie nogi znoszą się nawzajem (tj. Wzmocnienie w trybie wspólnym = 0). Obejmuje to nie tylko wszelkie zakłócenia, ale także wszelkie różnice między potencjałami „uziemienia” na każdym końcu.
Równe impedancje na każdej nodze zapewniają, że wszelkie prądy zakłócające wtryskiwane na obie nogi wytwarzają takie samo napięcie na każdej nodze, które następnie może zostać odrzucone przez wzmacniacz różnicowy. Prosty wzmacniacz różnicowy zawiedzie ten test.
Zrównoważony kierowca.
Zrównoważony kierowca ma trzy zadania:
1) Wyjścia „zbalansowane”, które napędzają jedną nogę, ale oszukują, napędzając 0 V na drugiej, nie przejdą pierwszego testu: napięcie wyjściowe w trybie wspólnym wynosi połowę pierwotnego sygnału; spowoduje to zakłócenie wszelkich innych sygnałów przenoszonych na sąsiednich parach! Nie jest to coś, czego potrzebujesz w 50-parowym kablu o długości Broadcasting House! (i to mnie datuje ...) Dobre zbalansowane wyjście minimalizuje zakłócenia z innymi sygnałami, a także zachowuje integralność własnego sygnału.
Jeśli pozostałe pary są dobrze zbalansowanymi sygnałami, interferencja może nie być poważna, ponieważ powinien być trybem wspólnym, ale chodzi o to, aby w jak największym stopniu zmniejszyć degradację sygnału.
Te tak zwane „zbalansowane” sterowniki mają zastosowanie w wysokiej klasy konsumenckich urządzeniach audio lub w małych studiach nagraniowych, więc są w pobliżu, ale ... ostrzegaj.
2) Ta sama impedancja uziemienia na każdej nodze jest ważna, jak w odbiornikach, do konwersji prądów indukowanych w trybie wspólnym na napięcie w trybie wspólnym.
3) Przeniesienie napięcia zakłócającego z jednej nogi na drugą powoduje wytworzenie napięcia w trybie wspólnym z tego, co w innym przypadku byłoby napięciem różnicowym (tj. Interferencja oddziaływująca bardziej na jedną nogę bardziej niż na drugą), poprawiając jego odrzucenie w odbiorniku. Prosty sterownik różnicowy nie przejdzie tego testu. Ma również tę właściwość, że jeśli jedna noga jest zwarta do masy, amplituda na drugiej nodze podwaja się, a zatem napięcie różnicowe (pożądany sygnał) pozostaje nienaruszone. Sterownik różnicowy * naprawdę zawiedzie ten test ...
Przy prawidłowo zbalansowanych sygnałach audio inżynierowie rozgłoszeniowi wstrzykują sygnał wspólnego trybu do jednego zbalansowanego sygnału, a jego dopełnienie do drugiego; tworząc w ten sposób trzeci „obwód fantomowy”, który nie przeszkadza żadnej ze swoich ofiar ...
źródło
Problem polega na tym, jak mówisz, że w zbalansowanym sygnale rzeczywista wartość sygnału jest różnicą między dwoma sygnałami napędzanymi przeciwnie. W pojedynczym sygnale nadal występuje różnica, ale różnica dotyczy uziemienia, które jest również odniesieniem dla wszystkich innych sygnałów.
Jeśli masz całkowicie pływające urządzenie, takie jak głośnik z wbudowanym wzmacniaczem zasilanym bateryjnie, nie ma różnicy między sygnałem balansowym a sygnałem single-ended. Oba zapewniają dwa przewody, a pożądany sygnał jest różnicą między nimi.
Jednak rzadko mamy urządzenia odbiorcze, które mogą naprawdę unosić się na dowolnym napięciu. Problem polega na tym, że przy uziemionym sygnale praktycznie niemożliwe jest równe traktowanie obu linii. Hałas zewnętrzny nie będzie wiązał się z linią sygnałową, podobnie jak linia używana jako uziemienie przez części systemu. Dzieje się tak częściowo dlatego, że uziemienie jest używane jako odniesienie dla większości sygnałów, więc z definicji nie ulega zmianie.
Nawet w przykładzie pływającego wzmacniacza głośnikowego zasilanego bateryjnie należy zachować ostrożność, aby nie traktować dwóch linii wejściowych inaczej. To trudniejsze niż się wydaje. Na przykład, jeśli przywiążesz jedną z linii do lokalnego uziemienia, a to jest podłączone do ramy montażowej lub płaszczyzny uziemienia obwodu, wówczas szum zewnętrzny będzie łatwiej łączyć się z tym sygnałem, ponieważ ma on większą pojemność na zewnątrz. Ponieważ wzmacniacz wykorzystuje to jako odniesienie, nie widzi szumu na linii uziemienia, ale nierówny odbiór szumu przez dwie linie pojawi się jako sygnał różnicowy, który zostanie wykryty i wzmocniony.
Ogólnie rzecz biorąc, nie chodzi tylko o kodowanie sygnału jako różnicy między dwiema liniami. Tak jak mówisz, zawsze tak jest. Chodzi o skonfigurowanie systemu, aby te dwie linie mogły być traktowane jednakowo, a tym samym odbierać równy hałas ze świata zewnętrznego. Następnie kodując sygnał jednakowo, ale z przeciwną polaryzacją na obu liniach, odbiornik może przyjąć różnicę, która teoretycznie eliminuje wszelkie szumy wychwytywane jednakowo przez dwie linie.
„Zbalansowany” sygnał audio to zatem trzy linie. Dwie linie sygnałowe o jednakowej impedancji, jednakowym obciążeniu w kablu i napędzane przeciwnie z sygnałem oraz oddzielna linia uziemienia, która jest zerowym punktem odniesienia dla wszystkiego. W wysokiej jakości zbalansowanym kablu audio dwie linie sygnałowe to skręcona para otoczona ekranem podłączonym do uziemienia. Tarcza blokuje pojemnościowy odbiór z zewnątrz, a poprzez skręcenie dwóch linii sygnałowych wokół siebie, będą one sprzężone z zewnętrzem, które średnio będą równe na stosunkowo krótkich odległościach.
Dodano w odpowiedzi na niektóre komentarze:
Po pierwsze, robi złe wrażenie, nazywając jedną z linii różnicowych „gorącą”, a drugą „zimną”. Oba mają jednakowy sygnał, tyle że sygnały te są od siebie odwrócone. Gorące i zimne są zatem złymi nazwiskami, które albo wykazują błędne przekonanie, albo mogą prowadzić do innych.
Po drugie, nie, linie sygnałowe i masa NIE mają tej samej impedancji. To jest problem. Z powodu braku równowagi impedancji, jedna linia odbiera więcej szumu zewnętrznego niż druga. Właśnie to podkreśla się, nazywając to „zrównoważonym” w odniesieniu do „różnicowego”. Dzięki systemowi 3-liniowemu można uzyskać, że obie linie sygnałowe są równe i mają odpowiednią impedancję dla sygnału, przy jednoczesnym zachowaniu odniesienia do masy.
Musisz założyć, że hałas połączy się z dowolnym sygnałem. Zrównoważony dźwięk ma dobrą odporność na szum z powodu dwóch cech: obie linie sygnałowe są traktowane jednakowo, więc oba wychwytują ten sam szum, a sygnały są przeciwne. Gdy odbiorniki przyjmą różnicę, szum zostanie anulowany i pozostanie tylko sygnał. W systemie single-ended obie linie NIE są równe, więc jeden odbiera hałas inaczej niż drugi. Różnica między masą a linią sygnałową będzie wówczas obejmować tę różnicę w odbieraniu hałasu.
źródło
Użyję zdjęć z tego samouczka
Zbalansowane przewody audio przesyłają ten sam sygnał, ale z różnicą 180 stopni między nimi.
Po wprowadzeniu szumu do kabla, jest on wprowadzany zarówno do pierwotnego, jak i do odwróconego sygnału, ponieważ mają one tę samą impedancję. Odbiornik następnie odwraca jeden z sygnałów, w wyniku czego powstają dwa sygnały w fazie, które zawierają oryginalny dźwięk i dwa sygnały szumu z różnicą między nimi o 180 stopni. Po zsumowaniu tych sygnałów powstaje czysty sygnał audio z usuniętym szumem (anulowanym).
W przypadku korzystania z pojedynczego przewodu do przesyłania sygnału, jeden przewód przesyła sygnał, a drugi sam uziemienie, więc nie można wykonać tego samego procesu, co w przypadku zrównoważonych sygnałów w celu usunięcia szumu.
źródło
Zrównoważony dźwięk odnosi się do transmisji danych audio jako sygnału elektrycznego przez linię zrównoważoną. Zwykle sygnał elektryczny jest analogowy, ale istnieją pewne standardy cyfrowej transmisji audio przez linię zrównoważoną (np. AES-EBU ).
Zasadniczo tak. Ściśle mówiąc, zakłada się, że różnica jest proporcjonalna do oryginalnego sygnału.
Bardzo prawie tak samo.
Zasadniczo tak.
Tak. Jest bardzo skuteczny i szeroko stosowany.
Nie wszystkie sygnały audio są przesyłane w odniesieniu do ziemi, ale w przypadkach, w których są, odpowiedź brzmi „tak”.
Mógłbyś, ale to nie byłoby zrównoważone.
Twój kabel przenoszący „niesymetryczny” sygnał audio miałby w użyciu jeden lub dwa przewodniki:
Oto dwie najczęstsze możliwości i ich wyniki:
Z kolei zrównoważony nadajnik i odbiornik audio mają trzy przewodniki:
Jeśli podłączysz sygnał linii „niezrównoważonej” do gorącego pinu odbiornika, efekt będzie taki sam jak w przypadku 1. lub 2. powyżej, a amplituda sygnału może ulec zmianie w zależności od obwodów odbiornika. Jeśli podłączysz go zamiast do zimnego pinu, efekt będzie taki sam jak w przypadku 1. lub 2. powyżej, a amplituda twojego sygnału może ulec zmianie w zależności od obwodów odbiornika i odwrócisz fazę sygnału.
Bardzo ważne jest, aby to drugie napięcie było przewodzone przez jeden lub więcej przewodników o zbliżonych wymiarach i impedancji oraz położeniu do jednego lub większej liczby przewodów przewodzących napięcie nieodwrócone. Właśnie dlatego większość zbalansowanych kabli audio używa skręconej pary przewodów, często z pewnym materiałem opakowaniowym (nici bawełniane; cienkie plastikowe rurki itp.), Aby zapobiec rozdzieleniu się pary. Oto ilustracja z Canford :
Niektóre zbalansowane kable audio, takie jak StarQuad , wykorzystują parę skręconych par : dwa rdzenie na gorąco, dwa na zimno.
Tworząc ścieżkę dla zimnego sygnału, który ma bardzo prawie równą impedancję oraz wymiary i położenie jako ścieżkę dla gorącego sygnału, minimalizuje różnicę między szumem indukowanym w gorącym sygnale i szumem indukowanym w zimnym sygnale, dając bardzo wysoką odrzucenie tego hałasu.
Nie; a przynajmniej nie w takim samym stopniu.
źródło
Nie potrzebujesz ekranu ani trzeciego przewodu, aby zachować równowagę audio - pomyślałem, że po prostu wrzucę swoją opinię i zgodzę się z tym, co moim zdaniem sprzeciwia się Phil. Narysowałem poniżej, w jaki sposób postrzegam sytuację zrównoważoną (scenariusz 3):
Kolejną zaletą scenariusza 3 jest to, że zewnętrzne źródła zakłóceń stają się „zbalansowane” na linii, ponieważ przetwornik różnicowy „projektuje” impedancję, która jest w dużej mierze identyczna na obu liniach, tj. W dowolnym punkcie kabla oba przewody mają taką samą impedancję na uziemienie lokalne lub w przeciwnym wypadku.
Przekręcanie i badanie przesiewowe jest zbędne do pytania, które, jak sądzę, ale bardzo pomaga, jak wiemy !!
Nie twierdzę, że scenariusz 3 ma linie wyjściowe napędzane w fazie przeciwfazowej, ale biorąc pod uwagę, że sterownik ma wszystkie obwody do stworzenia zbalansowanego wyjścia „neutralnego”, wówczas sensowne jest, z punktu widzenia sygnału / szumu, kierowanie obydwoma liniami antyfaza.
źródło