Balansert lyd - Balanced audio

Balansert lyd er en metode for å koble sammen lydutstyr ved hjelp av balanserte linjer . Denne typen tilkobling er svært viktig for lydopptak og produksjon fordi den tillater bruk av lange kabler samtidig som den reduserer følsomheten for ekstern støy forårsaket av elektromagnetisk interferens.

Balanserte tilkoblinger bruker vanligvis skjermet tvunnet kabel og tre-leder kontakter. Konnektorene er vanligvis jordet XLR eller Anmeldelse for 1. / 4 tomme (6,35 mm) TRS telefonkontakter. Når den brukes på denne måten, bærer hver kabel en kanal, derfor vil stereolyd (for eksempel) kreve to av dem.

applikasjoner

Mange mikrofoner opererer på lave spenningsnivåer og noen med høy utgangsimpedans (hi-Z), noe som gjør lange mikrofonkabler spesielt utsatt for elektromagnetisk interferens . Mikrofonforbindelser er derfor en vanlig applikasjon for en balansert samtrafikk, som avbryter det meste av denne induserte støyen. Hvis effektforsterkerne til et høytaleringssystem er plassert i hvilken som helst avstand fra miksekonsollen , er det også normalt å bruke balanserte linjer for signalveiene fra mikseren til disse forsterkerne. Mange andre komponenter, for eksempel grafiske equalizers og effekter, har balanserte innganger og utganger for å tillate dette. Ved innspilling og for korte kabelløp generelt, er det nødvendig med et kompromiss mellom støyreduksjonen gitt av balanserte linjer og kostnaden som innføres av de ekstra kretsene de trenger.

Interferensreduksjon

Balanserte lydforbindelser bruker en rekke teknikker for å redusere støy.

En typisk balansert kabel inneholder to identiske ledninger, som er vridd sammen og deretter pakket inn med en tredje leder (folie eller flette) som fungerer som et skjold . De to ledningene danner en krets som kan bære et lydsignal .

Begrepet balansert kommer fra metoden for å koble hver ledning til identiske impedanser ved kilde og belastning . Dette betyr at mye av den elektromagnetiske forstyrrelsen vil forårsake lik støyspenning i hver ledning. Siden forsterkeren i mottakerenden måler differansen i spenning mellom de to signallinjene, blir støy som er identisk på begge ledninger avvist. Denne metoden kan implementeres med en differensialforsterker . En balun kan også brukes i stedet for en aktiv differensialforsterker.

Et vridd par gjør sløyfeområdet mellom lederne så lite som mulig, og sikrer at et magnetfelt som passerer likt gjennom tilstøtende sløyfer vil indusere like mye støy på begge linjene, som blir avbrutt av differensialforsterkeren. Hvis støykilden er ekstremt nær kabelen, er det mulig at den vil bli indusert på en av linjene mer enn den andre, og den vil ikke bli kansellert også, men avbrytelse vil fortsatt forekomme i omfanget av støy som er lik på begge linjene.

Det separate skjoldet som vanligvis leveres i en balansert lydkabel gir også en fordel for støyavvisning fremfor et ubalansert to-lederarrangement (for eksempel brukt i typiske hjemmestereoer ) der skjermen også må fungere som signalreturledning. Derfor vil ikke alle støystrømmer indusert til et balansert lydskjerm moduleres direkte på signalet, mens de i et toledersystem vil være det. Dette forhindrer også jordsløyfeproblemer , ved å skille skjoldet/chassiset fra signaljord.

Differensial signalering

Signaler overføres ofte over balanserte tilkoblinger ved hjelp av differensialmodus , noe som betyr at ledningene bærer signaler som er like store, men med motsatt polaritet til hverandre (for eksempel i en XLR -kontakt bærer pin 2 signalet med normal polaritet og pin 3 bærer en omvendt versjon av det samme signalet). Til tross for populær tro, er dette arrangementet ikke nødvendig for støyavvisning. Så lenge impedansene er balansert, vil støy koble seg like inn i de to ledningene (og bli avvist av en differensialforsterker), uavhengig av signalet som er tilstede på dem. En enkel metode for å drive en balansert linje er å injisere signalet i den "varme" ledningen gjennom en kjent kildeimpedans , og koble den "kalde" ledningen til signalets lokale bakkereferanse gjennom en identisk impedans. På grunn av vanlige misforståelser om differensial signalering, blir dette ofte referert til som en kvasi-balansert eller impedans-balansert utgang, selv om den faktisk er fullstendig balansert og vil avvise vanlig modus interferens.

Imidlertid er det noen mindre fordeler ved å kjøre linjen med full differensialutgang:

• Det elektromagnetiske feltet rundt en differensiallinje er ideelt sett null, noe som reduserer krysstale til tilstøtende kabler, nyttig for telefonpar.
• Selv om signalnivået ikke ville bli endret på grunn av nominell nivåstandardisering , er maksimal utgang fra differensialdriverne dobbelt så mye, noe som gir 6 dB ekstra takhøyde .
• Økende kabelkapasitans over lange kabelbaner reduserer signalnivået som høye frekvenser dempes. Hvis hver ledning bærer halve signalspenningssvingningen som ved full differensialutganger, kan lengre kabelgjennomføringer brukes uten tap av høye frekvenser.
• Støy som er korrelert mellom de to forsterkere ( for eksempel fra ufullkommen avvisning av strømforsyning ), vil bli avbrutt.
• Ved høyere frekvenser kan utgangsimpedansen til utgangsforsterkeren endres, noe som resulterer i en liten ubalanse. Når den drives i differensialmodus av to identiske forsterkere, vil denne impedansendringen være den samme for begge linjene, og dermed avbrutt.
• Differensialdrivere er også mer tilgivende for feil kablede adaptere eller utstyr som ubalanser signalet ved å kortslutte pinne 2.

Internt balansert lyddesign

De fleste lydprodukter (opptak, offentlig adresse, etc.) gir differensialbalanserte innganger og utganger, vanligvis via XLR- eller TRS -telefonkontakter . I de fleste tilfeller konverteres imidlertid et differensielt balansert inngangssignal internt til et signal med én ende via transformator eller elektronisk forsterker . Etter intern behandling konverteres signalet med én ende tilbake til et differensielt balansert signal og mates til en utgang.

Et lite antall lydprodukter er designet med en helt differensial balansert signalbane fra inngang til utgang; lydsignalet blir aldri i ubalanse. Denne utformingen oppnås ved å tilveiebringe identiske (speilede) interne signalbaner for både "ikke-inverterende" og "inverterende" lydsignaler. I kritiske applikasjoner kan en 100% differensiell balansert kretsdesign tilby bedre signalintegritet ved å unngå de ekstra forsterkerstadiene eller transformatorene som kreves for front-end-ubalansering og back-end-balansering. Fullt balansert intern krets har blitt fremmet for å gi 3 dB bedre dynamisk område, men til økte kostnader i forhold til design med en ende.

Koblinger

Tre-pins XLR-kontakter og kvart-tommers (¼ "eller 6,35 mm) TRS-telefonkontakter brukes ofte for balanserte lydsignaler. Mange kontakter er nå designet for å ta enten XLR- eller TRS-telefonplugger. Utstyr beregnet for langvarig installasjon bruker noen ganger klemmelister eller Euroblock -kontakter.

• 

  2,5, 3,5 og 6,35 mm TRS -telefonplugger

• 

  Tre-pinners XLR-kontakter, hunn til venstre og hann til høyre

• 

  Tre-pins XLR pluss 6,35 mm TRS telefonhybridkontakt.

Med XLR -kontakter brukes pinner 1, 2 og 3 vanligvis for henholdsvis skjoldet (ideelt koblet til kabinettet) og de to signaltrådene. (Uttrykket "jord, strøm, retur", som tilsvarer "X, L, R", tilbys ofte som et minnehjelpemiddel, selv om den andre signalkabelen ikke er en "retur" ved differensial signalering) På TRS -telefon plugger, spissen er signal/ikke-inverterende, ringen er retur/invertert, og ermet er chassiset bakken.

Hvis et stereofonisk eller annet binauralt signal er plugget inn i en slik kontakt, blir den ene kanalen (vanligvis den høyre) trukket fra den andre (vanligvis den venstre), og det etterlater et uløst L - R (venstre minus høyre) signal i stedet for normalt monofonisk L + R (venstre pluss høyre). Omvendt polaritet på et annet tidspunkt i et balansert lydsystem vil også resultere i denne effekten på et tidspunkt når den senere blandes med den andre kanalen.

Telefonlinjer har også balansert lyd, selv om dette vanligvis nå er begrenset til lokalnettet . Det kalles dette fordi de to ledningene danner en balansert sløyfe som begge sider av telefonsamtalen beveger seg gjennom. Vær oppmerksom på at telefonlinjen er balansert for AC (lyd) -signaler, men faktisk er ubalansert ved likestrøm, ettersom en ledning mates fra vekselstrømbussen, vanligvis -50 volt, og den andre jordet, begge via induktorer med lik verdi som har omtrent 400 ohm likestrømsmotstand, for å unngå kortslutning av ønsket AC-signal mens du sender likestrøm til telefonen og muliggjør enkel av/på-krokdeteksjon.

Digitale lydtilkoblinger i profesjonelle miljøer er også ofte balansert, vanligvis etter AES3 -standarden (AES/EBU). Denne bruker XLR-kontakter og tvunnet kabel med 110 ohm impedans. Derimot er det koaksiale S/PDIF -grensesnittet som vanligvis sees på forbrukerutstyr, et ubalansert signal.

Omformere

Ubalanserte signaler kan konverteres til balanserte signaler ved bruk av en balun , ofte gjennom en DI -enhet (også kalt en "DI -boks" eller "direkte boks").

Hvis balansert lyd må mates inn i en ubalansert forbindelse, må den elektroniske konstruksjonen som brukes for det balanserte utgangstrinnet være kjent. I de fleste tilfeller kan den negative produksjonen knyttes til bakken, men i visse tilfeller bør den negative utgangen stå frakoblet.

Se også

• Differensialpar
• AES3
• Fantomkraft

Referanser

Eksterne linker

• UK Sound and Lighting Community - Artikkel om balanserte linjer
• Ray Rayburn: "Balansert til ubalansert; hvordan du gjør det riktig"
• Aviom Blog - Forskjellen mellom balansert og ubalansert lyd