Co sprawia, że ​​„zrównoważony” sygnał audio?

22

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?

Phil Frost
źródło
Tylko myśl, a nie odpowiedź: Przypuszczam, że nie chodzi tylko o dodanie odwróconego kształtu fali: Na przykład, każdy kształt z asymetrycznymi dodatnimi i ujemnymi częściami cyklu, taki jak wyjście z triakiem, nie byłby pożyczyć prosty V + | (-V) | leczenie, jak sądzę.
Anindo Ghosh

Odpowiedzi:

19

Zrównoważony dźwięk ma sygnał na jednym przewodzie, a odwrócony sygnał na drugim przewodzie.

ŹLE .

Zbalansowane audio ma dwa przewody sygnałowe, a trzeci do masy.

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?

schematyczny

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:

schematyczny

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:

schematyczny

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:

schematyczny

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:

zrównoważony sterownik linii audio

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.

Phil Frost
źródło
Śledzę większość tego, ale dlaczego mówicie, że prądy przez C1 i C2 są równe, gdy R1 / R2 są nierówne. Jak to może być?
dext0rb
@ dext0rb rzeczywiście, to złe wyjaśnienie. Lepiej z edycjami?
Phil Frost
Tak, to wszystko
wyjaśnia
Dokładnie, ale powodem, dla którego nie zgodziłem się z tym innym pytaniem, było to, że operacja poprosiła o różnicowe wyniki. +1
Andy alias
Dziękujemy za kolejny świetny artykuł na często źle rozumiany temat. +1
JYelton
6

Pomimo odpowiedzi już tutaj, historia nie jest jeszcze ukończona.

Podłączony jest w pełni zbalansowany sygnał audio

  • od zrównoważonego kierowcy
  • poprzez kabel zrównoważony,
  • do zbalansowanego odbiornika,

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. Generuj zarówno „prawdziwe”, jak i odwrócone wyjścia przy tej samej amplitudzie.
  2. Mają taką samą impedancję do uziemienia na każdym wyjściu
  3. Przenieś wszelkie zakłócające napięcie z jednej nogi na drugą nogę

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 ...

Brian Drummond
źródło
Jeśli nie odetniesz ekranu, nadal możesz poprowadzić tylko jeden z przewodów sygnałowych i nie mieć prądów w trybie wspólnym, ponieważ ekran może przenosić prąd powrotny. Podobnie jak linia zasilająca anteny, pola elektryczne będą całkowicie zawarte w osłonie. Oczywiście ludzie lubią łamać kable, zamiast naprawiać sprzęt w celu rozwiązania szumu, i być może będziesz musiał użyć dławika, aby zachęcić prąd powrotny do korzystania z tarczy zamiast z innego połączenia uziemienia, ale w każdym razie - jest to możliwe.
Phil Frost
ITYM ... „brak prądów w trybie wspólnym, przy braku interferujących pól magnetycznych”
Brian Drummond,
W rzeczy samej. Prądy z zakłócających pól magnetycznych, jeśli są obecne, krążą całkowicie w osłonie (pod warunkiem, że nie jest odcięta), co, jeśli sprzęt jest odpowiednio zaprojektowany, nie ma znaczenia dla sygnału. Chodzi o to, że: tarcze działają lepiej, jeśli nie są przecięte, a tarcza może zapewniać dodatkową izolację, ale nie jest wymagane połączenie „zrównoważone”.
Phil Frost
Uzgodnione, tarcze działają lepiej, jeśli nie są cięte. Jeśli jednak zakończą pętlę uziemienia, może to powodować problemy - nie w samym zrównoważonym połączeniu - ale w sprzęcie na obu końcach. Cięcie tarczy to jedna odpowiedź: czy jest najlepsza, czy inna (winda naziemna gdzie indziej) to kolejny temat ...
Brian Drummond
Cóż, istnieje trzecie rozwiązanie: projektowanie sprzętu tak, aby był niewrażliwy na prądy uziemiające, chociaż przyznam, że przerwanie pętli uziemienia jest zwykle łatwiejsze niż polowanie i wyrządzenie krzywdy ludziom, którzy zaprojektowali zepsuty sprzęt.
Phil Frost
5

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.

Olin Lathrop
źródło
Dlaczego linia „zimna” musi być odwrócona? Jeśli jest po prostu podłączony do uziemienia, ale przez tę samą impedancję, co linia „gorąca”, to czy sygnał nadal nie stanowi różnicy między „gorącą” a „zimną” i czy nadal nie otrzymujemy odrzucenia trybu wspólnego zgodnie z oczekiwaniami?
Phil Frost
1
Spot on! Trzecia linia „referencyjna” jest dokładnie tym, o co w tym wszystkim chodzi!
Anindo Ghosh
1
@MattYoung, dlaczego nie? Jeśli zimno wynosi 0 V, a gorąco 1 V, wydaje mi się to różnicą 1 V. Nie inaczej niż jeśli zimno wynosi -0,5 V, a gorąco 0,5 V.
Phil Frost
2
@Phil: Istnieje różnica między różnicą a różnicą dwóch różnic!
RedGrittyBrick
1
@OlinLathrop Nadal nie rozumiem, dlaczego sygnały muszą być przeciwne, aby szum został anulowany. Wystarczy, aby sygnały miały jednakową impedancję. To właśnie próbuję zilustrować, zadając to pytanie.
Phil Frost
3

Użyję zdjęć z tego samouczka

Zbalansowane przewody audio przesyłają ten sam sygnał, ale z różnicą 180 stopni między nimi.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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).

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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.

alexan_e
źródło
„więc nie można wykonać tego samego procesu, co w przypadku zrównoważonych sygnałów, aby usunąć szum”. Dlaczego nie? Czy szum widzi kabel i zdaje sobie sprawę, „och, czekaj, ten jest oznaczony jako GND, więc nie zamierzam wpływać na ten w równym stopniu?” Czy hałas widzi, że odwróciłeś linię zimną? Jakoś nie sądzę, że hałas jest taki mądry.
Phil Frost
@ PhilFrost Sam sygnał nie ma znaczenia, potrzebuje punktu odniesienia (w tym przypadku jest to ziemia), więc jak dokładnie można odwrócić punkt odniesienia? W relacji do czego?
alexan_e
Mierzenie różnicy między dwiema rzeczami jest równoważne odwracaniu jednej rzeczy i dodawaniu jej do drugiej. Dlaczego nie zmierzyć różnicy między uziemieniem a sygnałem dźwiękowym single-ended? W jaki sposób wytwarzanie zimnego sygnału, który jest sygnałem odwróconym, cokolwiek zmienia?
Phil Frost
@ Filip Mogę się mylić, ale sądzę z tych komentarzy, że brakuje ci pomysłu, że hałas wpływa na wszystkie przewodniki (o danej impedancji) równomiernie, dodając do każdego zysk netto (lub stratę) w jednakowy sposób. Kiedy jeden z sygnałów jest odwrócony , eliminuje prawie identyczny szum po drugiej stronie. Wyobraź sobie więc + 1 V dla „gorącego” i -1 V dla „zimnego” reprezentującego pożądany sygnał. Kiedy „zimno” jest odwrócone, wynikiem jest wartość + 2 V. Jeśli skok hałasu doda +0,05 V do obu sygnałów, wówczas masz +1.05 na „gorącym” i -0,95 na „zimnym”. 1,05 plus odwrócony -0,95 wynosi ponownie 2 V, a szum jest usuwany.
JYelton
@Jelton problem polega na tym, że to nie „odwracanie” usuwa szum: patrzy na różnicę między dwoma połączeniami o równej impedancji . Analogowe sieci telefoniczne mają tylko dwa przewody i nie ma uziemienia, więc nie można „odwrócić” jednego z nich. Możesz tylko spojrzeć na różnicę.
Phil Frost
2

Czym dokładnie jest „zrównoważony” dźwięk i dlaczego jest użyteczny?

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 ).

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”.

Zasadniczo tak. Ściśle mówiąc, zakłada się, że różnica jest proporcjonalna do oryginalnego sygnału.

Hałas powinien w równym stopniu wpływać na obie połowy zbalansowanego sygnału,

Bardzo prawie tak samo.

więc odbiornik nie powinien postrzegać szumu jako sygnału, ponieważ nie zmienia różnicy między dwiema połówkami.

Zasadniczo tak.

Ale to nie ma sensu.

Tak. Jest bardzo skuteczny i szeroko stosowany.

Czy niesymetryczny sygnał audio nie jest również różnicą: różnica między masą a napięciem sygnału?

Nie wszystkie sygnały audio są przesyłane w odniesieniu do ziemi, ale w przypadkach, w których są, odpowiedź brzmi „tak”.

Dlaczego nie możemy po prostu wprowadzić niezrównoważonego sygnału audio do zbalansowanego odbiornika audio i nazwać go zbalansowanym?

Mógłbyś, ale to nie byłoby zrównoważone.

Twój kabel przenoszący „niesymetryczny” sygnał audio miałby w użyciu jeden lub dwa przewodniki:

  • Sygnał : zdecydowanie (plus wszelkie szumy). Zwykle przenoszony przez rdzeń przewodzący;
  • Powrót : opcjonalnie (plus każdy hałas). Zwykle przenoszony przez przewodzącą osłonę mającą inną impedancję i inne wymiary niż rdzeń przewodzący; zwykle podłączony do (uziemionej) obudowy urządzenia na jednym lub obu końcach.

Oto dwie najczęstsze możliwości i ich wyniki:

  1. (Uziemiona) tarcza służy do „powrotu” (tzn. Odniesienia). Różnica w impedancji i wymiarach dwóch przewodników oznacza, że ​​zakłócenia nie będą miały na nich równego wpływu, więc różnica między nimi będzie obejmować pewien szum.
  2. Nie ma ścieżki powrotnej o niskiej rezystancji (np. W przypadku jednożyłowego kabla ekranowanego z odciętym ekranem na jednym końcu, aby zapobiec powstawaniu pętli uziemienia). Wszelkie zakłócenia indukowane w przewodzie sygnałowym będą zatem utrzymywać się.

Z kolei zrównoważony nadajnik i odbiornik audio mają trzy przewodniki:

  • Hot : tzn. Sygnał (plus wszelkie szumy). Zazwyczaj podłączony przez jeden rdzeń ekranowanego kabla dwużyłowego.
  • Zimno : tzn. Sygnał odwrócony (plus wszelkie szumy). Zazwyczaj połączony przez drugi rdzeń ekranowanego kabla dwużyłowego.
  • Tarcza : zwykle uziemiona w pewnym punkcie systemu jako całości. Zazwyczaj łączy go ekranowany ekranowany kabel dwużyłowy.

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.

A jak zrobienie drugiego, odwróconego napięcia w ogóle cokolwiek zmienia?

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 :

Rozłożony rysunek kabla audio Canford Helical Screened Twin

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.

Gdybyśmy tego nie zrobili, czy hałas nie wpływałby w równym stopniu na obie połowy i nadal byłby odrzucany przez odbiornik?

Nie; a przynajmniej nie w takim samym stopniu.

sampablokuper
źródło
Tworzenie ścieżki powrotnej o jednakowej impedancji to jedno. Wymaganie „zimna”, aby mieć przeciwne napięcie w stosunku do ziemi jako „gorącej”, jest kolejną. Który to jest?
Phil Frost
IIUC, oba! Pierwsza ściśle mówiąc, a druga z konwencji. Poproś inżyniera dźwięku w studiu nagraniowym lub miejscu nagrań na żywo o wyważenie poziomu liniowego, a on zazwyczaj oferuje męskiego XLR (lub ich parę stereo itp.) Z zimną fazą gorący i oba o bardzo małej impedancji. Ponieważ jednak twój komentarz sugeruje, że możesz nie być tak bardzo zainteresowany konwencjami, być może zainteresuje Cię ta odpowiedź SuperUser na temat używania skrętki Cat5 (tj. Nieekranowanej) do audio.
sampablokuper
1

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):

wprowadź opis zdjęcia tutaj

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.

Andy aka
źródło