Vyvážený zvuk - Balanced audio

Vyvážený zvuk je metoda propojení audiozařízení pomocí vyvážených linek . Tento typ připojení je velmi důležitý při nahrávání a produkci zvuku, protože umožňuje použití dlouhých kabelů a zároveň snižuje náchylnost k vnějšímu šumu způsobenému elektromagnetickým rušením.

Vyvážená připojení obvykle používají stíněný kroucený párový kabel a třívodičové konektory. Konektory jsou obvykle třípólové konektory XLR nebo 1 / 4 palce (6,35 mm) TRS . Při použití tímto způsobem každý kabel nese jeden kanál, proto by stereo zvuk (například) vyžadoval dva z nich.

Aplikace

Mnoho mikrofonů pracuje na nízkých úrovních napětí a některé s vysokou výstupní impedancí (hi-Z), což činí dlouhé kabely mikrofonu obzvláště citlivé na elektromagnetické rušení . Propojení mikrofonu je proto běžnou aplikací pro vyvážené propojení, které ruší většinu tohoto indukovaného šumu. Pokud jsou výkonové zesilovače systému veřejného ozvučení umístěny v jakékoli vzdálenosti od mixážního pultu , je také normální použít vyvážené linky pro signálové cesty od směšovače k ​​těmto zesilovačům. Mnoho dalších komponent, jako jsou grafické ekvalizéry a efektové jednotky, má vyvážené vstupy a výstupy, které to umožňují. Při nahrávání a obecně u krátkých kabelových tras je nutný kompromis mezi redukcí šumu danou vyváženými linkami a náklady zavedené dalšími obvody, které vyžadují.

Redukce rušení

Vyvážené zvukové připojení využívá řadu technik ke snížení šumu.

Typický vyvážený kabel obsahuje dva identické vodiče, které jsou stočeny k sobě a poté omotány třetím vodičem (fólií nebo opletením), který funguje jako štít . Dva vodiče tvoří obvod, který může přenášet zvukový signál .

Termín vyvážený pochází ze způsobu připojení každého vodiče ke stejným impedancím u zdroje a zátěže . To znamená, že velká část elektromagnetického rušení způsobí stejné šumové napětí v každém vodiči. Protože zesilovač na přijímacím konci měří rozdíl napětí mezi dvěma signálními linkami, je šum, který je na obou vodičích identický, odmítnut. Tuto metodu lze implementovat pomocí diferenciálního zesilovače . Balun lze rovněž použít namísto aktivního diferenciálního zesilovače zařízení.

Kroucený pár je oblast smyčky mezi vodiči tak malá, jak je to možné, a je zajištěno, že magnetické pole, které prochází rovnoměrně přes přilehlé smyčky bude indukovat stejnou úroveň hluku na obou okruhů, které se zruší ven diferenciálního zesilovače. Pokud je zdroj hluku extrémně blízko kabelu, pak je možné, že bude na jednom z vedení indukován více než na druhém, a nebude také zrušen, ale ke zrušení přesto dojde v rozsahu šum, který je na obou linkách stejný.

Oddělený štít, který je běžně dodáván ve vyváženém zvukovém kabelu, také přináší výhodu potlačení šumu oproti nevyváženému dvouvodičovému uspořádání (jako se používá v typických domácích stereofonních zařízeních ), kde stínění musí také fungovat jako vodič zpětného signálu. Jakékoli šumové proudy indukované do vyváženého zvukového štítu proto nebudou přímo modulovány na signál, zatímco ve dvouvodičovém systému ano. Tím se také zabrání problémům se zemní smyčkou oddělením štítu/šasi od signálové země.

Diferenciální signalizace

Signály jsou často přenášeny vyváženým spojením pomocí diferenciálního režimu , což znamená, že vodiče přenášejí signály stejné velikosti, ale s opačnou polaritou (například v konektoru XLR pin 2 nese signál s normální polaritou a pin 3 nese invertovanou verzi stejného signálu). I přes všeobecnou víru toto uspořádání není nutné pro potlačení hluku. Dokud jsou impedance vyvážené, bude se šum rovnoměrně spojovat do obou vodičů (a bude odmítnut diferenciálním zesilovačem), bez ohledu na signál, který je na nich přítomen. Jednoduchý způsob řízení vyváženého vedení je vložit signál do „horkého“ vodiče přes známou impedanci zdroje a „studený“ vodič připojit k místní referenční hodnotě signálu signálu prostřednictvím identické impedance. Kvůli běžným mylným představám o diferenciální signalizaci se to často označuje jako kvazi-vyvážený nebo impedančně vyvážený výstup, ačkoli ve skutečnosti je plně vyvážený a ruší rušení ve společném režimu.

Řízení linky s plně diferenciálním výkonem má však několik drobných výhod:

  • Elektromagnetické pole kolem diferenciální linky je v ideálním případě nulové, což snižuje přeslechy do sousedních kabelů, užitečné pro telefonní páry.
  • Ačkoli úroveň signálu by nebyla změněna kvůli standardizaci nominální úrovně , maximální výkon z diferenciálních budičů je dvakrát větší, což poskytuje 6 dB navíc světlou výšku .
  • Zvýšení kapacity kabelu při dlouhých kabelových trasách snižuje úroveň signálu, při které jsou zeslabeny vysoké frekvence. Pokud každý vodič nese polovinu kolísání signálního napětí jako u plně diferenciálních výstupů, lze použít delší kabelové trasy bez ztráty vysokých frekvencí.
  • Hluk, který je v korelaci mezi dvěma zesilovači (například z nedokonalého odmítnutí napájení ), by byl zrušen.
  • Při vyšších frekvencích se výstupní impedance výstupního zesilovače může měnit, což má za následek malou nerovnováhu. Když jsou poháněny v diferenciálním režimu dvěma identickými zesilovači, bude tato změna impedance stejná pro obě linky, a tedy zrušena.
  • Diferenční ovladače také více odpouštějí nesprávně zapojené adaptéry nebo zařízení, které nevyrovnává signál zkratováním pinu 2.

Interně vyvážený zvukový design

Většina zvukových produktů (nahrávání, veřejná adresa atd.) Poskytuje diferenciálně vyvážené vstupy a výstupy, obvykle prostřednictvím telefonních konektorů XLR nebo TRS . Ve většině případů je však diferenciálně vyvážený vstupní signál interně převeden na signál s jedním koncem prostřednictvím transformátoru nebo elektronického zesilovače . Po interním zpracování je signál s jedním koncem převeden zpět na diferenciálně vyvážený signál a přiveden na výstup.

Byl navržen malý počet zvukových produktů se zcela diferenciálně vyváženou signálovou cestou od vstupu k výstupu; zvukový signál nikdy nevyváží. Této konstrukce je dosaženo poskytnutím identických (zrcadlených) vnitřních signálních cest pro „neinvertující“ i „invertující“ zvukové signály. V kritických aplikacích může 100% diferenciálně vyvážený obvod nabídnout lepší integritu signálu tím, že se vyhne dalším stupňům zesilovače nebo transformátorům potřebným pro nevyvážení front-end a rebalancování back-end. Plně vyvážené vnitřní obvody byly propagovány tak, aby poskytovaly o 3 dB lepší dynamický rozsah, i když ve srovnání s konstrukcemi s jedním koncem mají zvýšené náklady.

Konektory

Tři-pin XLR a čtvrt palce (¼" nebo 6,35 mm) TRS konektory jsou běžně používány pro vyvážené audio signály. Mnoho konektory jsou nyní navrženy tak, aby buď XLR nebo TRS. Zařízení určené pro dlouhodobé instalace v některých případech používá svorkovnice nebo konektory Euroblock .

  • Image

    Telefonní zástrčky TRS 2,5, 3,5 a 6,35 mm

  • Image

    Třípólové konektory XLR, zásuvka vlevo a zásuvka vpravo

  • Image

    Tříkolíkový hybridní konektor XLR plus 6,35 mm TRS.

U konektorů XLR se piny 1, 2 a 3 obvykle používají pro stínění (ideálně připojené k šasi) a dva signální vodiče. (Fráze „zem, živý, návrat“, odpovídající „X, L, R“, je často nabízena jako paměťová pomůcka, ačkoli druhý signální vodič není „návrat“ v případě diferenciální signalizace) Na telefonu TRS zástrčky, hrot je signální/neinvertující, prstenec je zpětný/invertující a pouzdro je uzemněno na podvozku.

Pokud je do takového konektoru zapojen stereofonní nebo jiný binaurální signál, bude jeden kanál (obvykle pravý) odečten od druhého (obvykle levého), takže místo normálního monofonního L bude ponechán neposlouchatelný signál L - R (vlevo minus vpravo) + R (vlevo plus vpravo). Obrácení polarity v jakémkoli jiném bodě vyváženého zvukového systému také povede k tomuto efektu v určitém okamžiku, kdy bude později smíchán s jiným kanálem.

Telefonní linky také nesou vyvážený zvuk, ačkoli toto je nyní obecně omezeno na místní smyčku . Říká se tomu proto, že dva vodiče tvoří vyváženou smyčku, kterou procházejí obě strany telefonního hovoru . Všimněte si, že telefonní linka je vyvážena pro AC (audio) signály, ale ve skutečnosti je nevyvážená u DC, protože jeden vodič je napájen z napájecí sběrnice výměny, typicky -50 voltů, a druhý uzemněn, oba přes induktory stejné hodnoty, které mají asi 400 ohmový odpor stejnosměrného proudu, aby se zabránilo zkratování požadovaného střídavého signálu při přenosu stejnosměrného proudu do telefonu a umožnění jednoduché detekce zapnutí/vypnutí háku.

Digitální audio připojení v profesionálním prostředí jsou také často vyvážená, obvykle podle standardu AES3 (AES/EBU). Používá konektory XLR a kroucený pár kabelů s impedancí 110 ohmů. Naproti tomu koaxiální rozhraní S/PDIF běžně k vidění na spotřebitelských zařízeních je nevyvážený signál.

Převaděče

Nevyvážené signály lze převést na vyvážené signály použitím balunu , často prostřednictvím DI jednotky (nazývané také „DI box“ nebo „přímý box“).

Pokud musí být vyvážený zvuk přiváděn do nevyváženého připojení, musí být známa elektronická konstrukce použitá pro vyvážený výstupní stupeň. Ve většině případů může být negativní výstup spojen se zemí, ale v určitých případech by měl být negativní výstup ponechán odpojený.

Viz také

Reference

  1. ^ "Jaký je rozdíl mezi vyváženými a nevyváženými?" . Blog Aviom . 2014-03-27 . Citováno 2017-09-24 .
  2. ^ a b c d Graham Blyth . „Problémy s vyvážením zvuku“ . Bílé knihy . Soundcraft. Archivovány od originálu dne 4. prosince 2010 . Citováno 2010-12-30 .
  3. ^ "Část 3: Zesilovače". Zařízení zvukového systému (třetí ed.). Ženeva: Mezinárodní elektrotechnická komise . 2000. s. 111. IEC 602689-3: 2001. Při potlačení šumu nebo rušení hraje roli pouze vyvážení impedance běžného režimu ovladače, linky a přijímače. Tato vlastnost potlačení šumu nebo rušení je nezávislá na přítomnosti požadovaného diferenciálního signálu.
  4. ^ Karki, James (2016) [2002]. „Texas Instruments Application Report SLOA054E: Fully-Differential Amplifiers“ (PDF) . Texas Instruments. Archivováno od originálu dne 5. listopadu 2020 . Citováno 10. června 2021 .
  5. ^ Macatee, Steve. „Uzemnění a stínění zvukových zařízení“ . www.rane.com . Archivovány od originálu na 2008-12-27 . Citováno 2019-04-04 .

externí odkazy