Сбалансированный звук - Balanced audio

Сбалансированный звук это метод соединения звукового оборудования с использованием сбалансированные линии. Этот тип подключения очень важен в запись звука и производство, потому что это позволяет использовать длинные кабели при одновременном снижении восприимчивости к внешнему шуму, вызванному электромагнитными помехами.

Для симметричных соединений обычно используется экранированная витая пара и трехжильные соединители. Разъемы обычно трехконтактные. XLR или же 1⁄4 дюйм (6,35 мм) Телефон TRS разъемы. При таком использовании каждый кабель передает один канал, поэтому для стереозвука (например) потребуется два из них.[1]

Приложения

Многие микрофоны работают с низким уровнем напряжения, а некоторые с высоким. выходное сопротивление (hi-Z), что делает длинные микрофонные кабели особенно чувствительными к электромагнитная интерференция. Таким образом, микрофонные межсоединения - это обычное применение для сбалансированного межсоединения, которое подавляет большую часть этого наведенного шума. Если усилители мощности из система громкой связи расположены на любом расстоянии от микшерный пульт, также нормально использовать симметричные линии для прохождения сигналов от микшера до этих усилителей. Многие другие компоненты, такие как графические эквалайзеры и блоки эффектов, имеют сбалансированные входы и выходы, позволяющие это сделать. При записи и при коротких кабельных трассах в целом необходим компромисс между снижением шума, обеспечиваемым симметричными линиями, и стоимостью, вносимой дополнительными схема они требуют.

Уменьшение помех

В сбалансированных аудиоподключениях используется ряд методов для снижения шума.

Типичный симметричный кабель содержит два идентичных провода, которые скручены вместе, а затем обернуты третьим проводником (фольгой или оплеткой), который действует как щит. Два провода образуют цепь, по которой звуковой сигнал - один провод синфазен с источником сигнала; другой провод имеет обратную полярность. Синфазный провод называется не инвертирующий, положительный, или же горячей, а противофазный провод называется инвертирование, инвертированный по фазе, противофазный, отрицательный или же холодный. Горячие и холодные соединения часто отображаются как In + и In- («в плюсе» и «в минусе»). принципиальные схемы.[2]

Период, термин сбалансированный исходит из способа подключения каждого провода к одинаковому сопротивление в источник и нагрузка. Это означает, что большая часть электромагнитных помех вызывает одинаковое напряжение шума в каждом проводе. Поскольку усилитель на приемном конце измеряет разница При изменении напряжения между двумя сигнальными линиями шум, идентичный на обоих проводах, подавляется. Шум, полученный во второй перевернутой линии, применяется к первому прямому сигналу и нейтрализует его, когда два сигнала вычитаются.

Эта рекомбинация дифференциального сигнала может быть реализована с помощью дифференциальный усилитель. А балун также может использоваться вместо активного дифференциального усилителя.

Провода также скручены вместе, чтобы уменьшить помехи от электромагнитная индукция. А витая пара делает площадь петли между проводниками как можно меньшей и гарантирует, что магнитное поле, которое одинаково проходит через соседние петли, будет индуцировать одинаковый уровень шума в обеих линиях, который компенсируется дифференциальным усилителем. Если источник шума расположен очень близко к кабелю, то возможно, что он будет наведен на одной из линий больше, чем на другой, и он также не будет отменен, но подавление все равно будет происходить в пределах шум, равный на обеих линиях.

Отдельный экран сбалансированного аудиосоединения также дает подавление шума преимущество перед несбалансированной двухпроводной схемой (например, используемой в типичных домашние стереосистемы ), где экран также должен действовать как провод возврата сигнала. Следовательно, любые шумовые токи, наведенные в сбалансированный звуковой экран, не будут напрямую модулироваться на сигнал, тогда как в двухпроводной системе они будут. Это также предотвращает контур заземления проблемы, отделив экран / шасси от заземления сигнала.

Дифференциальная сигнализация

Сигналы часто передаются по симметричным соединениям с использованием дифференциальный режим, то есть по проводам передаются сигналы противоположного полярность друг к другу (например, в Разъем XLR, контакт 2 передает сигнал с нормальной полярностью, а контакт 3 передает инвертированную версию того же сигнала). Несмотря на распространенное мнение, такое расположение не является необходимым для подавления шума. Пока импедансы сбалансированы, шум будет равномерно передаваться на два провода (и подавляться дифференциальным усилителем) независимо от сигнала, который на них присутствует.[3][4] Простой метод управления симметричной линией - это подача сигнала в «горячий» провод через известный сопротивление источника, И соединить «холодный» провод к локальной ссылке на первом сигнале через идентичный импеданс. Из-за распространенных заблуждений о дифференциальной передаче сигналов, это часто называют квазисбалансированный или же сбалансированный по сопротивлению выход, хотя на самом деле он полностью сбалансирован и не допускает синфазных помех.

Однако есть некоторые незначительные преимущества вождения линии с полностью дифференциальным выходом:

  • Электромагнитное поле вокруг дифференциальной линии в идеале равно нулю, что снижает перекрестные помехи в соседние кабели, полезные для телефонных пар.
  • Хотя уровень сигнала не изменится из-за номинальный уровень стандартизации, максимальная мощность дифференциальных драйверов вдвое больше, что дает дополнительные 6 дБ высота над головой.[3]
  • Увеличение емкости кабеля на длинных участках кабеля снижает уровень сигнала, при котором ослабляются высокие частоты. Если каждый провод несет половину размаха напряжения сигнала, как в полностью дифференциальных выходах, то можно использовать более длинные кабели без потери высоких частот.
  • Шум, который коррелирует между двумя усилителями (от несовершенного отказ источника питания, например), будут отменены.
  • На более высоких частотах выходной импеданс выходного усилителя может измениться, что приведет к небольшому дисбалансу. При управлении в дифференциальном режиме от двух идентичных усилителей это изменение импеданса будет одинаковым для обеих линий и, таким образом, компенсируется.[3]
  • Дифференциальные драйверы также более снисходительны к неправильно подключенным адаптерам или оборудованию, которое разбалансирует сигнал, закорачивая контакт 2.[3]

Внутренне сбалансированный звуковой дизайн

Большинство аудиопродуктов (запись, голосовая связь и т. Д.) Имеют дифференциальные симметричные входы и выходы, обычно через XLR или же Телефонные разъемы TRS. Однако в большинстве случаев дифференциальный сбалансированный входной сигнал внутренне преобразуется в несимметричный сигнал через трансформатор или электронный усилитель мощности. После внутренней обработки несимметричный сигнал преобразуется обратно в дифференциальный сбалансированный сигнал и подается на выход.

Небольшое количество аудиопродуктов было разработано с полностью дифференциальным симметричным трактом прохождения сигнала от входа к выходу; звуковой сигнал никогда не разбалансируется. Эта конструкция достигается за счет обеспечения идентичных (зеркальных) внутренних сигнальных трактов как для «неинвертирующих», так и для «инвертирующих» аудиосигналов. В критических приложениях 100% дифференциал сбалансированная схема дизайн может предложить лучшее целостность сигнала избегая дополнительных каскадов усилителя или трансформаторы требуется для предварительной балансировки и внутренней балансировки. Полностью сбалансированная внутренняя схема была продвинута как обеспечивающая лучший динамический диапазон на 3 дБ, хотя и с более высокой стоимостью по сравнению с несимметричными схемами.

Разъемы

Трехконтактный Разъемы XLR и четверть дюйма (¼ дюйма или 6,35 мм) Телефонные разъемы TRS обычно используются для симметричных аудиосигналов. Многие разъемы теперь предназначены для подключения телефонных штекеров XLR или TRS. В оборудовании, рассчитанном на длительную установку, иногда используются клеммные колодки или же Евроблок разъемы.

  • Штекеры TRS 2,5, 3,5 и 6,35 мм

  • Трехконтактные разъемы XLR, розетка слева и вилка справа

  • Трехконтактный XLR плюс 6,35 мм TRS телефонный гибридный разъем.

В разъемах XLR контакты 1, 2 и 3 обычно используются для экрана (заземленный или же шасси ), неинвертирующий сигнал и инвертирующий сигнал соответственно. (Фраза «земля, под напряжением, возврат», соответствующая «X, L, R», часто предлагается как вспомогательное средство для запоминания, хотя инвертирующий сигнал - это не просто «возврат»). На телефонных вилках TRS наконечник является не переворачивается, кольцо переворачивается, а втулка заземлена.

Если стереофонический или другой бинауральный сигнал подключается к такому разъему, один канал (обычно правый) будет вычитаться из другого (обычно левого), оставляя неслышимый сигнал L - R (левый минус правый) вместо нормального однотонный L + R (левый плюс правый). Обращение вспять полярность в любой другой точке сбалансированной аудиосистемы также приведет к этому эффекту в какой-то момент, когда он позже будет смешан с другим каналом.

Телефонные линии также переносят сбалансированный звук, хотя сейчас это обычно ограничивается местная петля. Это называется так, потому что два провода образуют сбалансированную петлю, через которую обе стороны телефонный разговор путешествовать. Обратите внимание, что телефонная линия сбалансирована для сигналов переменного тока (аудио), но на самом деле несимметрична по постоянному току, поскольку один провод питается от шины питания коммутатора, обычно -50 вольт, а другой - заземлен, оба через индукторы равного номинала, которые имеют около 400 Ом сопротивление постоянному току, чтобы избежать короткого замыкания полезного сигнала переменного тока при передаче питания постоянного тока на телефон и обеспечить простое обнаружение трубки.

Цифровое аудио соединения в профессиональной среде также часто сбалансированы, обычно следуя AES3 (AES / EBU) стандарт. Здесь используются разъемы XLR и витая пара с сопротивлением 110 Ом. Напротив, коаксиальный S / PDIF Интерфейс, обычно встречающийся на потребительском оборудовании, представляет собой несимметричный сигнал.

Конвертеры

Несимметричные сигналы можно преобразовать в сбалансированные сигналы с помощью балун, часто через Блок DI (также называемый «блок DI» или «прямой блок»).

Если симметричный аудиосигнал должен подаваться на несимметричное соединение, необходимо знать электронную схему, используемую для симметричного выходного каскада. В большинстве случаев отрицательный выход можно подключить к земле, но в некоторых случаях отрицательный выход следует оставить отключенным.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "В чем разница между сбалансированным и несбалансированным?". Блог Aviom. 2014-03-27. Получено 2017-09-24.
  2. ^ Сел, Дуглас (2010). Малосигнальный аудио дизайн. Тейлор и Фрэнсис США. п. 344. ISBN  978-0240521770.
  3. ^ а б c d Грэм Блит. «Проблемы с балансировкой звука». Белые бумаги. Soundcraft. В архиве из оригинала от 4 декабря 2010 г.. Получено 2010-12-30.
  4. ^ «Часть 3: Усилители». Оборудование звуковой системы (Третье изд.). Женева: Международная электротехническая комиссия. 2000. с. 111. IEC 602689-3: 2001. Только синфазный баланс импеданса драйвера, линии и приемника играет роль в подавлении шума или помех. Это свойство подавления шума или помех не зависит от наличия полезного дифференциального сигнала.
  5. ^ Макати, Стив. «Заземление и экранирование аудиоустройств». www.rane.com. Архивировано из оригинал на 2008-12-27. Получено 2019-04-04.

внешняя ссылка