Введение
Метод соединения аудиооборудования
Сбалансированное аудио – это метод соединения аудиооборудования с использованием сбалансированных интерфейсов. Этот тип соединения особенно важен в звукозаписи и производстве, поскольку позволяет использовать длинные кабели, минимизируя восприимчивость к внешним шумам, вызванным электромагнитными помехами. Сбалансированный интерфейс обеспечивает подавление наведенных шумов, которые проявляются как синфазные напряжения на приемнике и могут быть отфильтрованы дифференциальным устройством. Для сбалансированных соединений обычно применяют экранированный кабель с витой парой и трехпроводниковые разъемы. Наиболее распространены трехконтактные разъемы XLR и TRS. При таком подключении каждый кабель передает один канал, поэтому для стереозвука (например) потребуется два кабеля. Распространено заблуждение, что сбалансированное аудио требует от источника сигнала подачи сигналов одинаковой амплитуды, но противоположной полярности на два проводника сбалансированной линии. Однако многие сбалансированные устройства активно управляют только одним проводником линии, поддерживая при этом импеданс, равный импедансу неактивного проводника. Этот баланс импедансов позволяет сбалансированному линейному приемнику (входной каскад следующего устройства) подавлять синфазные сигналы, наведенные на оба проводника электромагнитной связью.
Balanced audio is a method of interconnecting audio equipment using balanced interfaces. This type of connection is very important in sound recording and production because it allows the use of long cables while reducing susceptibility to external noise caused by electromagnetic interference. The balanced interface guarantees that induced noise appears as common mode voltages at the receiver which can be rejected by a differential device. Balanced connections typically use shielded twisted pair cable and three conductor connectors. The connectors are usually three pin XLR or TRS phone connectors. When used in this manner, each cable carries one channel, therefore stereo audio (for example) would require two of them. A common misconception is that balanced audio requires the signal source to deliver equal waveforms of opposite polarity to the two signal conductors of the balanced line. However, many balanced devices actively drive only one side of the line, but do so at an impedance that is equal to the impedance of the non driven side of the line. This impedance balance permits the balanced line receiver (input stage of the next device) to reject common mode signals introduced to the two conductors by electromagnetic coupling.
Приложения
Многие микрофоны работают при низких уровнях напряжения, а некоторые – с высоким выходным импедансом (Hi-Z), что делает длинные микрофонные кабели особенно уязвимыми к электромагнитным помехам. Поэтому сбалансированное соединение широко используется для подключения микрофонов, поскольку оно позволяет приемнику подавлять большую часть наведенного шума. Если усилители мощности системы оповещения расположены на значительном расстоянии от микшерного пульта, для передачи сигнала от пульта к этим усилителям также обычно применяются сбалансированные линии. Многие другие компоненты, такие как графические эквалайзеры и эффекты, имеют сбалансированные входы и выходы для обеспечения такой возможности. При записи и для коротких кабельных соединений в целом необходимо искать компромисс между снижением шума, обеспечиваемым сбалансированными линиями, и стоимостью, обусловленной дополнительной схемотехникой. Некоторые устройства, как правило, с трансформаторным выходом, обеспечивают сбалансированный выход, "плавающий" относительно земли, с высоким импедансом к земле с каждой стороны выхода. Чаще устройства выдают сигнал на одну или обе стороны сбалансированного интерфейса, привязанного к земле. Если одна сторона не нагружена, принимаются меры для обеспечения равенства импеданса к земле и импеданса нагруженной стороны.
Сокращение воздействия
Сбалансированные аудиосоединения используют ряд методов для снижения шума. Типичный балансированный кабель содержит два идентичных провода, скрученных вместе и обернутых третьим проводником (фольгой или оплеткой), выполняющим функцию экрана. Эти два провода образуют цепь, способную передавать аудиосигнал. Термин "сбалансированный" происходит от метода балансировки импеданса каждого провода в цепи: линия и все цепи, непосредственно к ней подключенные (например, драйвер и приемник), должны иметь идентичные импедансы относительно некоторой опорной точки. Это означает, что большая часть электромагнитных помех будет индуцировать одинаковое шумовое напряжение в каждом проводе. Поскольку дифференциальное устройство на принимающей стороне реагирует только на разницу напряжений между двумя сигнальными линиями, шум, идентичный на обеих линиях, подавляется. Этот метод может быть реализован с помощью дифференциального усилителя, а вместо активной входной ступени можно использовать трансформатор. Скрученная пара минимизирует площадь петли между проводниками и обеспечивает, чтобы магнитное поле, проходящее равномерно через соседние петли, индуцировало одинаковый уровень шума на обеих линиях, который затем подавляется дифференциальным устройством в приемнике. Если источник шума находится очень близко к кабелю, возможно, что он будет индуцировать больший шум на одной из линий, чем на другой, и тогда подавление будет неполным, но подавление все равно произойдет в той степени, в которой шум одинаков на обеих линиях. Отдельный экран, обычно используемый в сбалансированном аудиокабеле, также обеспечивает преимущество в подавлении шума по сравнению с несбалансированной двухпроводной конфигурацией (например, используемой в типичных домашних стереосистемах), где экран также выполняет функцию провода возврата сигнала. Следовательно, любые шумовые токи, индуцированные в экран сбалансированного аудиокабеля, не будут напрямую модулировать сигнал, в то время как в двухпроводной системе они будут. Это также предотвращает проблемы с контуром заземления, разделяя экран/шасси от сигнальной земли.
Коннекторы
Три-контактные XLR-коннекторы и телефонные разъемы TRS диаметром 6,35 мм (1/4 дюйма) обычно используются для сбалансированных аудиоинтерфейсов. Многие разъемы теперь рассчитаны на работу как с XLR, так и с TRS-штекерами. Оборудование, предназначенное для стационарной установки, иногда использует клеммные колодки или разъемы Euroblock. Некоторые сбалансированные подключения для наушников также используют коннектор Pentaconn 4,4 мм TRRRS. В XLR-коннекторах контакты 1, 2 и 3 обычно используются для экрана (в идеале подключенного к шасси) и двух сигнальных проводов соответственно. (Фраза "земля, фаза, возврат", соответствующая "X, L, R", часто предлагается как мнемоническое правило, хотя второй сигнальный провод не является "возвратом" в случае дифференциальной передачи сигнала). На TRS-штекерах наконечник отвечает за сигнал/неинвертирующий канал, кольцо – за возврат/инвертирующий канал, а гильза – за заземление шасси. Если стереофонический или другой бинауральный сигнал подключен к такому разъему, один канал (обычно правый) будет вычтен из другого (обычно левого), в результате чего получится неслышимый сигнал L – R (левый минус правый) вместо нормального монофонического сигнала L + R (левый плюс правый). Изменение полярности в любой другой точке сбалансированной аудиосистемы также приведет к этому эффекту при последующем сведении с другим каналом. Телефонные линии также передают звук по сбалансированной схеме, хотя в настоящее время это в основном ограничивается локальной петлей. Это связано с тем, что два провода образуют сбалансированную петлю, по которой проходят обе стороны телефонного разговора. Поскольку для работы телефонов требуется постоянный ток и для простого определения состояния "трубка снята/положена", была разработана дополнительная схема, в которой один сигнальный провод питается от шины питания АТС, обычно -50 вольт, а другой заземлен, оба через индукторы одинакового номинала с сопротивлением постоянному току около 400 Ом, чтобы избежать короткого замыкания полезного сигнала переменного тока и поддерживать баланс импеданса. Цифровые аудиосоединения в профессиональных условиях также часто сбалансированы, обычно в соответствии со стандартом AES3 (AES/EBU). Для этого используются XLR-коннекторы и кабель с витой парой с импедансом 110 Ом. В отличие от них, коаксиальный интерфейс S/PDIF, обычно используемый в потребительском оборудовании, является несбалансированным.
Конверторы
Сбалансированные и несбалансированные схемы могут быть соединены с помощью балуна, часто через DI-бокс (также называемый "DI box" или "директ-боксом"). В крайнем случае, сбалансированную аудиолинию можно подключить к несбалансированному входу и наоборот, при условии, что известна электронная схема, используемая в выходной стадии. При подключении сбалансированного выхода к несбалансированному входу, отрицательный выход можно заземлить, но в некоторых случаях отрицательный выход следует оставить отключенным.