Los sistemas de audio profesionales generalmente se construyen con tecnología de transmisión simétrica, mientras que Hi-Fi-Los sistemas están cableados asimétricamente. ¿Qué es, cuál es la diferencia, por qué hay dos sistemas diferentes y qué pasa cuando los combinas?
Primero algo de electrónica básica:
La corriente siempre fluye en círculo, por eso se le llama circuito eléctrico. Así que si tienes una eléctrica Signal Si desea transferir datos de A a B, necesita dos líneas: una línea de avance y otra de retorno. Esto se aplica incluso a la corriente alterna. Aunque la dirección del flujo de corriente cambia constantemente, la corriente que fluye en una de las dos líneas debe fluir de regreso en la otra en todo momento.
La información puede estar contenida en el flujo de diferentes maneras. En el caso más simple, puede estar contenido en la corriente o en el voltaje. También hay casos más complicados, p. B. la información en un Frecuencia de carga ser modulado. Esto es por ej. Este es el caso, por ejemplo, de la televisión por cable. Eso no debería interesarnos aquí. El caso más común con las señales de audio es que la información está en el voltaje.
Si desea transmitir un voltaje, haga que la fuente sea de baja impedancia y el destino de alta impedancia. De esta manera la señal llega con la menor pérdida. (Por cierto, es exactamente lo contrario en el caso de la transmisión de electricidad). Por ejemplo, la resistencia de salida de un dispositivo de alta fidelidad suele estar muy por debajo de los 100 ohmios, mientras que la resistencia de entrada es de 10 kOhm o más.
La resistencia de entrada se encuentra entre el conductor de ida y el conductor de retorno. Las resistencias de cable y enchufe que siempre están presentes se conectan en serie y, mientras sean muy pequeñas en comparación con los 10 kOhm, prácticamente no juegan ningún papel. Al menos esa es la teoría.
Con la transmisión simétrica, cada conductor de salida tiene su propio conductor de retorno, por lo que los dos cables siempre aparecen en pares y, a menudo, incluso están trenzados. Esto asegura que cualquier interferencia de señales de radio o campos magnéticos tenga prácticamente el mismo efecto en ambos cables. La señal útil se obtiene en el receptor determinando la diferencia de voltaje entre las dos líneas, y con esta resta se elimina nuevamente una señal de interferencia, que está presente en ambas líneas de la misma manera. Por lo tanto, la transmisión simétrica es bastante inmune a las interferencias.
Entonces, para la transmisión simétrica, necesitamos dos cables por señal y un restador en el receptor para determinar la diferencia de voltaje entre ellos.
En el caso de transmisión asimétrica, en cambio, se intenta ahorrar. Si desea transmitir varias señales al mismo tiempo, puede utilizar una línea de retorno común para todas las señales y así ahorrar cables. Si conecta esta línea de retorno al potencial de referencia interno (la llamada tierra de la señal) en cada dispositivo, entonces puede ahorrar en el restador, porque la señal útil ya está en el correcto. nivel está relacionado.
Sin embargo, hay un problema con esto. Este sistema ahora requiere que los potenciales de referencia internos sean los mismos en cada dispositivo. Cualquier diferencia aparecería en el receptor como si estuviera superpuesta a la señal útil e indistinguible de ella. Con un sistema conectado asimétricamente, debe asegurarse de que no haya diferencias significativas en el nivel de las conexiones a tierra de la señal de todos los dispositivos involucrados. La conexión a tierra debe ser de la menor impedancia posible, mientras que las líneas de alimentación individuales no son tan sensibles a este respecto. Lograr esto puede ser más difícil de lo que piensas.
Quizás se podría pensar que la igualdad de los potenciales se puede establecer simplemente conectando las tierras de la señal entre sí con un cable. Pero cada cable tiene uno Resistencia, ya que no hay superconductores a temperatura ambiente (todavía). Los enchufes tienen resistencia de contacto, especialmente los baratos, y esto aumenta con el tiempo debido a la corrosión. E incluso si nada de eso fuera el caso, todavía existe la inductancia de línea que causa una impedancia. En una palabra, cuanto más larga es la línea, menos posibilidades hay de lograr la igualdad a nivel del suelo.
Por lo tanto, la transmisión desequilibrada es principalmente una opción cuando las longitudes de los cables son cortas y cuando se busca la solución más rentable. Estos son exactamente los requisitos que uno encuentra en la tecnología de alta fidelidad. Allí se ha guardado hasta el último décimo de centavo y los dispositivos involucrados suelen estar en el mismo lugar.
Se aplican diferentes reglas en la ingeniería de audio profesional. Allí se trata de sistemas más grandes y más extensos, donde no hay esperanza desde el principio de que pueda garantizar niveles de suelo equilibrados. Por lo tanto, la transmisión simétrica se usa donde no se requiere. El ejemplo extremo de esto es la tecnología telefónica analógica, que ha estado funcionando de forma simétrica durante años. Se trata de distancias de muchos kilómetros. No tendría ninguna posibilidad con la tecnología asimétrica. La interferencia causada por los diferentes niveles del suelo sería muchas veces mayor que la señal útil.
Hace 50 años, un sistema de alta fidelidad consistía en un tocadiscos y un Radio con Amplificador pasado, a menudo integrado en el mismo cofre y enchufado en el mismo tomacorriente. En tal caso, hay poco que temer con el cableado asimétrico. Hoy en día, sin embargo, los sistemas de alta fidelidad suelen ser más extensos. Habrá televisores, DVD-Los reproductores, las computadoras y los decodificadores se amontonan y el cableado puede correr por toda la casa. Debido a que la línea de antena también está desequilibrada, el cableado a tierra en realidad se extiende más allá del sistema de antena. Además, Z. B. en las computadoras, la tierra de la señal está conectada al conductor de protección. Esto significa que la tierra de protección también tiene un efecto sobre el nivel de referencia. En un sistema de masas tan ampliamente ramificado, casi siempre hay algunas corrientes vagabundas que fluyen, p. B. las que se generan por el efecto de inducción. En un sistema desequilibrado, es muy difícil mantener estas corrientes de interferencia fuera de la señal útil.
En el sistema balanceado ideal, el cableado de tierra está separado del cableado de señal. De esta manera, las corrientes que fluyen en el cableado de tierra son irrelevantes. La conexión balanceada entre dos dispositivos consta de tres cables: suministro, retorno y tierra. La conexión a tierra se realiza como blindaje apagado para proteger las líneas de señal internas de las señales de radio radiadas. Básicamente, el blindaje del cable puede verse como una continuación de la carcasa metálica del dispositivo. Por esta razón, el conductor de tierra (blindaje) en el cable también se conecta a la tierra de la carcasa de los dispositivos conectados, usando la ruta más corta posible, para que la interferencia de HF no pueda ni siquiera entrar.
Si no fuera por el blindaje de las señales de RF, entonces el blindaje y la conexión a tierra serían completamente innecesarios. No juega ningún papel en la transmisión de la señal en sí. Por esta razón, también es incorrecto conectar el hilo de tierra del cable a la señal de tierra del dispositivo con conexiones balanceadas. La señal de tierra solo juega un papel como punto de referencia dentro de un dispositivo, no se requiere externamente. Cada conexión con el exterior ofrece solo una puerta de enlace para señales de interferencia. Sin embargo, dentro del dispositivo, la tierra de la señal está conectada a la tierra del chasis en un solo punto. Esto tiene su razón en la (des-)Empfindlichkeit a señales de radio intercaladas.
Es particularmente interesante ahora si desea conectar dispositivos simétricos con dispositivos asimétricos, o si desea cambiar a dispositivos simétricos mientras conecta dispositivos asimétricos para evitar problemas de conexión a tierra (por ejemplo, bucles de conexión a tierra). Aquí es donde a menudo ataca el diablo de los detalles, porque los diferentes tipos de masa no están claramente diferenciados. Debido a una conexión a tierra desafortunada, puede perder la ventaja completa de la tecnología simétrica. Así que tienes que usar el cerebro aquí. La técnica simétrica incluso tiene mala reputación entre algunos, precisamente porque es fácil cometer tales errores. Por cierto, estos errores también los cometen con placer los fabricantes de dispositivos, que en realidad deberían saberlo mejor. Entonces puedes encontrar z. B. Muchos dispositivos donde la tierra en un conector para señales balanceadas no está conectada a la tierra del chasis sino a la tierra de la señal, al contrario de lo que escribí anteriormente.
Entonces, ¿cómo combinar lo simétrico con lo asimétrico si alguna vez es necesario?
La forma más fácil de hacer esto es con transformadores. Las cuatro combinaciones Unsym->Unsym, Unsym->Sym, Sym->Unsym, Sym->Sym se pueden resolver con un transformador (incluso el mismo transformador). No necesita su propia fuente de alimentación y puede manejar varios cientos Volt Diferencia de voltaje entre los dos lados. Eso sería ideal si no hubiera algunas desventajas también: un transformador tiene una distorsión armónica creciente a bajas frecuencias, y contrarrestarla es inevitablemente costoso. En una palabra: los buenos transformadores cuestan mucho dinero. Además, tienen un peso considerable y Volumen, al menos en comparación con otros componentes electrónicos (por ejemplo, transistores). ¿Quién, sin embargo, 250 euros por un RCA- piensa que el cable es una ganga y no necesita inmutarse ante el precio de un buen transformador.
Desafortunadamente, la calidad de un transformador no siempre puede reconocerse a partir de los datos publicados. Es particularmente interesante cómo el factor de distorsión se comporta a bajas frecuencias. Una indicación del factor de distorsión a 1kHz dice poco. El transformador también debe estar bien blindado, p. B. por una tapa de mu-metal.
Los transformadores normalmente se ofrecen como un componente para la instalación en dispositivos. Por supuesto, esto es bastante poco interesante para el usuario normal. Los diseños que se pueden enlazar en una conexión de cable son más adecuados. Algunos ejemplos son el Monacor FGA-40 o el mucho mejor y más caro Lundahl LL6810-phmphm. Ambos tienen el conector Cinch que es habitual en los equipos de alta fidelidad, por lo que se pueden utilizar en particular para la conexión Unsym->Unsym, es decir, para separar los bucles de tierra. El modelo Monacor es Estéreo, Lundahl mono, por lo que necesita dos de estos últimos para estéreo.
Si no desea utilizar un transformador por una buena razón u otra, lamentablemente las posibilidades se abren en varios casos, por lo que debe estudiar el problema un poco más de cerca.
Las dificultades tienen que ver con el hecho de que existen diferentes formas de realizar técnicamente una entrada o salida simétrica. Dependiendo de cuál de estas variantes esté presente en el caso específico, la conexión entre los dispositivos simétricos y asimétricos debe ser diferente. Por lo tanto, es necesario conocer algunos de los detalles técnicos de los dispositivos involucrados; simplemente especificar simétrico/asimétrico no es suficiente. Así que tengo que profundizar un poco más para describirlo correctamente.
En primer lugar a los conectores utilizados
El conector utilizado en el campo profesional para señales simétricas es el XLR-Enchufar. La asignación estándar de pines es 1: tierra/protección de la carcasa 2: caliente (más) 3: frío (menos). También se utiliza el conector jack estéreo de 6,35 mm, aunque aquí solo se utiliza para una señal mono. Aquí está el pinout Tip: Hot Ring: Cold Sleeve: Ground.
Desafortunadamente, especialmente con XLR, hay una serie de dispositivos que usan diferentes asignaciones. Esa es la primera causa de los problemas. A menudo se abrirá Pin 1 no es la tierra de la vivienda, sino la tierra de la señal, que ya he criticado anteriormente. Este problema también se aplica al conector jack. Además, XLR a veces cambia caliente y frío.
Los términos caliente y frío deben entenderse de la siguiente manera: Caliente es la señal "normal", es decir, el plomo, por así decirlo. El frío es por tanto la línea de retorno. También se utilizan las designaciones + (más) y - (menos), pero eso es un poco confuso, porque estamos tratando con voltajes alternos que pueden ser positivos en comparación con tierra o entre sí y negativos nuevamente un poco más tarde. Por lo tanto, me ceñiré a los términos frío y calor.
En primer lugar, asumimos que las conexiones de los dispositivos están correctamente cableadas. Los problemas que surgen cuando los fabricantes han cometido errores se discutirán más adelante.
Una conexión Sym–>Sym es muy simple. Simplemente conecte caliente a caliente, frío a frío y el blindaje del cable en ambos extremos al pin 1 (en XLR). Los hilos para caliente y frío deben estar trenzados juntos en el cable. Un cable configurado de esta manera proporciona los mejores resultados. Las conexiones a tierra de la carcasa de ambos dispositivos están conectadas entre sí a través del blindaje del cable para que las corrientes de interferencia fluyan a través de la carcasa y no penetren en el interior del dispositivo. Esta conexión se aplica a todas las variantes de circuitos simétricos de entrada y salida en los dispositivos involucrados.
Si uno de los dispositivos (o incluso ambos) comete el error de conectar la tierra de la señal al pin 1 en lugar de la tierra de la carcasa, las corrientes de interferencia pueden penetrar en el dispositivo y hacerse perceptibles en la señal útil. En este caso, puede ser necesario desconectar el blindaje en un extremo del cable, o un interruptor de toma de tierra posiblemente existente (con esto se puede separar la conexión entre la conexión del conductor de protección del dispositivo y la señal de tierra en el dispositivo. Esto permite eliminar el bucle de zumbido a eliminar, sin embargo, se acepta que aumenta la sensibilidad a las interferencias de radio). Sin embargo, esto puede hacer que la conexión sea más susceptible a la interferencia de RF. Otro truco es conectar solo la pantalla del cable a la carcasa del conector de metal, pero no al pin 1. Con un poco de suerte, la carcasa de metal del conector del dispositivo está conectada a la carcasa del dispositivo, lo que significa que tienes la conexión al suelo vivienda nuevo. Tal vez incluso pueda corregir el cableado incorrecto en el dispositivo, pero, por supuesto, debe observar las condiciones de garantía.
Se vuelve aún más complicado con las conexiones entre dispositivos balanceados y no balanceados. Para esto tengo que explicar las variantes de circuito individuales. Primero las entradas:
1. Entrada balanceada de transformador
Un transformador se utiliza internamente. El transformador y el transmisor son en realidad la misma cosa; en inglés, por ej. B. Sólo hay una palabra para ello: Transformador. Aquí caliente y frío están conectados al devanado primario del transformador.
Si desea conectar una salida no balanceada a esta entrada, simplemente conecte la tierra no balanceada al fríoAnschluss y la señal con el conector caliente. El pin 1 permanece sin usar.
Es posible una variante más elegante (mejor blindaje HF) cuando se usa un cable triaxial un poco más caro: aquí puede conectar el blindaje exterior al pin 1 en la entrada. En el lado de salida no balanceada, permanece desconectado. El escudo interior conecta tierra desequilibrada a frío.
Los enchufes adaptadores disponibles comercialmente entre cinch y XLR están cableados incorrectamente para este propósito porque conectan la tierra desequilibrada a la tierra de la carcasa en el dispositivo simétrico y al frío. Esto crea una conexión a tierra que puede conducir a bucles de tierra. Sería mejor si los fabricantes de tales adaptador instalaría al menos un interruptor de elevación de tierra, con el cual se puede interrumpir la conexión a tierra del chasis.
2. Entrada con amplificador diferencial
Esta variante más barata y por lo tanto más común utiliza un amplificador diferencial electrónico. Hay algunas variantes de circuitos que no necesitan interesarnos aquí porque las diferencias no tienen influencia en el cableado. Este amplificador diferencial "calcula" la diferencia de voltaje entre caliente y frío, lo que elimina una señal de interferencia que se produce en caliente y frío al mismo tiempo. La característica decisiva del amplificador diferencial para esto es el rechazo de modo común. Un alto rechazo de modo común significa una alta insensibilidad a las señales de interferencia.
Lo mismo se aplica a la conexión de una salida no balanceada a esta entrada que a la entrada balanceada por transformador. Aquí la diferencia entre los niveles de tierra de ambos dispositivos es compensada por el rechazo de modo común del amplificador diferencial. Los valores de distorsión de un amplificador diferencial también pueden ser mejores que los de un transformador, especialmente a bajas frecuencias.
Con esta entrada, la diferencia entre los potenciales de tierra de ambos dispositivos puede ser solo de unos pocos voltios, mientras que con entradas balanceadas por transformador, la diferencia puede ser de cientos de voltios sin causar ningún problema. En la gran mayoría de los casos, sin embargo, se trata de diferencias de menos de un voltio, por lo que un amplificador diferencial es una opción.
Ahora para los circuitos de salida.
1. Salida balanceada por transformador
Se construye un transformador en analógico a la entrada. En este caso, Caliente y Frío están conectados al devanado secundario del transformador.
Si se va a usar para controlar una entrada no balanceada, vuelva a conectar Cold a la tierra no balanceada y Hot a la entrada de señal. La conexión de blindaje (pin 1) permanece desconectada, a menos que utilice un cable triaxial, como se describe anteriormente para las entradas balanceadas por transformador. Alternativamente, también puede usar un solo par de cables blindados, con caliente y frío conectados al par de cables. La pantalla solo está conectada al pin 1 en el lado de salida.
Aquí, también, los adaptadores comerciales vuelven a causar problemas.
2. Salida totalmente balanceada
Eso es básicamente dos salidas, una que lleva la señal inversa de la otra. La señal normal está en Caliente y la señal invertida está en Frío. Entonces la diferencia es el doble de la señal normal.
Para una conexión puramente balanceada, este tipo de salida es realmente la mejor. Desafortunadamente, este tipo de salida no se puede conectar correctamente a una entrada no balanceada. Solo queda conectar la tierra del chasis de la salida a la tierra de la entrada no balanceada. La salida de frío permanece desconectada. Esto no es del todo satisfactorio porque la tierra del chasis no es una buena señal de referencia para una señal desequilibrada.
Irónicamente, aquí hay una ventaja si el fabricante coloca por error la señal de tierra en el pin 1.
Los adaptadores comerciales que conectan la conexión fría al blindaje son incluso peligrosos aquí porque cortocircuitan la salida fría, lo que puede dañarla si no es a prueba de cortocircuitos.
3. Salida balanceada de acoplamiento cruzado
Este circuito trata de emular un poco mejor el comportamiento de un transformador. Puede conectar una salida a tierra aquí, luego la otra salida simplemente produce el doble de voltaje. Esto evita el problema del daño descrito con la salida completamente balanceada.
La conexión a una entrada no balanceada aquí va de frío a tierra y de caliente a la entrada de señal. El pin 1 vuelve a estar desconectado, excepto cuando se utiliza un cable triaxial o un cable de par blindado.
4. Salida balanceada de impedancia
Aquí está solo la salida en frío con el mismo impedancia terminado como la resistencia de salida de la salida caliente. Entonces, en realidad no hay señal en la conexión fría. Cuando se conecta a una entrada balanceada, la impedancia adaptada significa que el ruido afecta el calor y el frío por igual, por lo que se cancelan correctamente en el receptor.
Una conexión a entradas no balanceadas es nuevamente insatisfactoria aquí. La única opción es conectar la tierra del chasis en el pin 1 a la tierra desequilibrada, con todas las desventajas que esto tiene. En comparación con una salida totalmente simétrica, aquí al menos no se pueden producir daños si el frío y el blindaje están conectados entre sí.
5. Salida compensada en masa
Aquí se termina de nuevo la conexión fría, como con la salida simétrica de impedancia. Aquí tampoco hay señal en la salida fría. Sin embargo, el voltaje en el pin frío se usa para corregir el voltaje de salida en el pin caliente. En otras palabras, la conexión fría actúa como una línea sensora, que se utiliza para determinar el nivel de referencia en el receptor para que reciba la señal adecuada.
Cuando se conecta a una entrada balanceada, el comportamiento es el mismo que con la salida de impedancia balanceada. Cuando se conecta a una entrada no balanceada, conecta Cold a la tierra no balanceada y Hot a la señal, como con la salida balanceada por transformador.
Entonces puede ver que no hay una variante de cableado que se pueda usar por igual para todos los circuitos de salida balanceados si desea conectar una entrada no balanceada. Este desafortunado estado de cosas probablemente ha contribuido en gran medida a que la tecnología simétrica no haya podido hasta ahora extenderse de manera apreciable en el sector de la alta fidelidad. Algunas empresas que se atreven a dar el paso pagan por ello con un mayor esfuerzo de atención al cliente.