I sistemi audio professionali sono solitamente costruiti con tecnologia di trasmissione simmetrica, mentre HiFi-I sistemi sono cablati in modo asimmetrico. Che cos'è, qual è la differenza, perché ci sono due sistemi diversi e cosa succede quando li combini?
Prima un po' di elettronica di base:
La corrente scorre sempre in un cerchio, motivo per cui si chiama circuito elettrico. Quindi, se hai un elettrico Signal Se vuoi trasferire i dati da A a B, hai bisogno di due linee: una di andata e una di ritorno. Questo vale anche per la corrente alternata. Sebbene la direzione del flusso di corrente cambi costantemente, la corrente che scorre in una delle due linee deve sempre rifluire nell'altra.
Le informazioni possono essere contenute nel flusso in diversi modi. Nel caso più semplice può essere contenuto nella corrente o nella tensione. Ci sono anche casi più complicati, ad es. B. le informazioni su a Tragerfrequenz essere modulato. Questo è ad es. Questo è il caso, ad esempio, del cavo TV. Questo non dovrebbe interessarci qui. Il caso più comune con i segnali audio è che l'informazione è nella tensione.
Se vuoi trasmettere una tensione, rendi la sorgente a bassa impedenza e la destinazione ad alta impedenza. In questo modo il segnale arriva con la minima perdita. (A proposito, è esattamente l'opposto nel caso della trasmissione di elettricità.) Ad esempio, la resistenza di uscita di un dispositivo hi-fi è solitamente ben al di sotto di 100 ohm, mentre la resistenza di ingresso è di 10 kOhm o più.
La resistenza di ingresso si trova tra il conduttore di andata e il conduttore di ritorno. Eventuali resistenze di cavo e spina sempre presenti sono collegate in serie, e fintanto che sono molto piccole rispetto ai 10kOhm, non giocano praticamente alcun ruolo. Almeno questa è la teoria.
Con la trasmissione simmetrica ogni conduttore di andata ha il proprio conduttore di ritorno, quindi i due fili appaiono sempre a coppie e spesso sono anche attorcigliati tra loro. Ciò garantisce che qualsiasi interferenza da segnali radio o campi magnetici abbia praticamente lo stesso effetto su entrambi i fili. Il segnale utile si ottiene nel ricevitore determinando la differenza di tensione tra le due linee, e con questa sottrazione si elimina nuovamente un segnale di interferenza, che è presente su entrambe le linee allo stesso modo. La trasmissione simmetrica è quindi abbastanza immune da interferenze.
Quindi per la trasmissione simmetrica abbiamo bisogno di due fili per segnale e un sottrattore nel ricevitore per determinare la differenza di tensione tra di loro.
Nel caso di trasmissione asimmetrica, invece, si cerca di risparmiare. Se si desidera trasmettere più segnali contemporaneamente, è possibile utilizzare una linea di ritorno comune per tutti i segnali e risparmiare così cavi. Se colleghi questa linea di ritorno al potenziale di riferimento interno (la cosiddetta terra del segnale) in ogni dispositivo, allora puoi risparmiare sul sottrattore, perché il segnale utile è già su quello giusto livello è collegato.
Tuttavia, c'è un problema con questo. Questo sistema ora richiede che i potenziali di riferimento interni siano gli stessi in ogni dispositivo. Qualsiasi differenza apparirebbe nel ricevitore come se fosse sovrapposta al segnale utile e indistinguibile da esso. Con un sistema collegato in modo asimmetrico, è necessario assicurarsi che non vi siano differenze significative nel livello delle masse di segnale di tutti i dispositivi coinvolti. Il collegamento a terra deve essere il più possibile a bassa impedenza, mentre le singole linee di alimentazione non sono così sensibili a questo riguardo. Raggiungere questo può essere più difficile di quanto pensi.
Si potrebbe forse pensare che l'uguaglianza dei potenziali possa essere stabilita semplicemente collegando tra loro con un cavo le masse dei segnali. Ma ogni cavo ne ha uno resistenza, poiché non esistono (ancora) superconduttori a temperatura ambiente. Le spine hanno una resistenza di contatto, soprattutto quelle economiche, e questa aumenta nel tempo a causa della corrosione. E anche se non fosse così, c'è ancora l'induttanza di linea che causa un'impedenza. In una parola, più lunga è la linea, minori sono le possibilità di raggiungere l'uguaglianza a livello del suolo.
La trasmissione sbilanciata è quindi principalmente un'opzione quando le lunghezze dei cavi sono brevi e quando si cerca la soluzione più economica. Questi sono esattamente i requisiti che si trovano nella tecnologia hi-fi. Lì è stato risparmiato fino all'ultimo decimo di centesimo e i dispositivi coinvolti si trovano solitamente nello stesso posto.
Regole diverse si applicano nell'ingegneria audio professionale. Qui si ha a che fare con sistemi più grandi ed estesi, dove non c'è alcuna speranza fin dall'inizio di poter garantire livelli di terreno equilibrati. Quindi la trasmissione simmetrica viene utilizzata dove non è richiesta. L'esempio estremo di ciò è la tecnologia telefonica analogica, che da anni funziona in modo simmetrico. Si tratta di distanze di molti chilometri. Non avresti alcuna possibilità con la tecnologia asimmetrica. L'interferenza causata da diversi livelli del suolo sarebbe molte volte superiore al segnale utile.
50 anni fa, un impianto hi-fi consisteva in un giradischi e un radio con Amplificatore passato, spesso integrato nella stessa cassa e collegato alla stessa presa. In tal caso, c'è poco da temere con un cablaggio asimmetrico. Al giorno d'oggi, tuttavia, gli impianti hi-fi sono spesso più estesi. Ci saranno televisori, DVD-Riproduttori, computer e set-top box stipati insieme e il cablaggio può correre in tutta la casa. Poiché anche la linea dell'antenna è sbilanciata, il cablaggio di terra si estende effettivamente oltre il sistema dell'antenna. Inoltre z. B. nei computer, la massa del segnale è collegata al conduttore di protezione. Ciò significa che la messa a terra di protezione influisce anche sul livello di riferimento. In un sistema di massa così ampiamente ramificato ci sono quasi sempre alcune correnti vaganti che scorrono intorno, ad es. B. quelli generati dall'effetto di induzione. In un sistema non bilanciato, è molto difficile mantenere queste correnti di disturbo fuori dal segnale utile.
Nel sistema bilanciato ideale, il cablaggio di terra è separato dal cablaggio del segnale. In questo modo le correnti che scorrono nel cablaggio di terra sono irrilevanti. Il collegamento bilanciato tra due dispositivi è costituito da tre fili: alimentazione, ritorno e terra. Il collegamento a terra viene eseguito come schermatura spento per proteggere le linee di segnale interne dai segnali radio irradiati. In sostanza, la schermatura del cavo può essere vista come una continuazione dell'involucro metallico del dispositivo. Per questo motivo, il conduttore di terra (schermo) nel cavo è collegato anche alla terra dell'alloggiamento dei dispositivi collegati, utilizzando il percorso più breve possibile, in modo che le interferenze HF non possano nemmeno penetrare all'interno.
Se non fosse per la schermatura dei segnali RF, la schermatura e la connessione a terra sarebbero del tutto superflue. Non svolge alcun ruolo nella trasmissione del segnale stesso. Per questo motivo è anche sbagliato collegare il filo di terra nel cavo alla massa del segnale del dispositivo con collegamenti bilanciati. La massa del segnale svolge solo un ruolo come punto di riferimento all'interno di un dispositivo, non è richiesta esternamente. Ogni collegamento con l'esterno offre un solo gateway per i segnali di interferenza. All'interno del dispositivo, tuttavia, la terra del segnale è collegata alla terra del telaio in un unico punto. Questo ha la sua ragione nel (non-)Empfindlichkeit a segnali radio intervallati.
È particolarmente interessante ora se si desidera collegare dispositivi simmetrici con dispositivi asimmetrici o se si desidera passare a dispositivi simmetrici nel frattempo quando si collegano dispositivi asimmetrici per evitare problemi di messa a terra (ad es. loop di terra). È qui che spesso colpisce il diavolo dei dettagli, perché i diversi tipi di massa non sono chiaramente differenziati. A causa di uno sfortunato collegamento a terra si può perdere l'intero vantaggio della tecnologia simmetrica. Quindi devi usare il cervello qui. La tecnica simmetrica ha anche una cattiva reputazione presso alcuni, proprio perché è facile commettere errori del genere. Per inciso, tali errori vengono commessi con piacere anche dai produttori di dispositivi, che in realtà dovrebbero saperlo meglio. Quindi puoi trovare z. B. Molti dispositivi in cui la massa su un connettore per segnali bilanciati non è collegata alla massa del telaio ma alla massa del segnale, contrariamente a quanto ho scritto sopra.
Quindi, come combini il simmetrico con l'asimmetrico se mai diventa necessario?
Il modo più semplice per farlo è con i trasformatori. Tutte e quattro le combinazioni Unsym->Unsym, Unsym->Sym, Sym->Unsym, Sym->Sym possono essere risolte con un trasformatore (anche lo stesso trasformatore). Non ha bisogno del proprio alimentatore e può gestirne diverse centinaia Volt Differenza di tensione tra i due lati. Sarebbe l'ideale se non ci fossero anche alcuni aspetti negativi: un trasformatore ha una distorsione armonica crescente alle basse frequenze e contrastarla è inevitabilmente costoso. In una parola: i buoni trasformatori costano un sacco di soldi. Inoltre, hanno un peso considerevole e Volume, almeno rispetto ad altri componenti elettronici (es. transistor). Chi, invece, 250 euro per a Cinch- pensa che il cavo sia un affare e non ha bisogno di sussultare al prezzo di un buon trasformatore.
Purtroppo, la qualità di un trasformatore non è sempre riconoscibile dai dati pubblicati. È particolarmente interessante come il fattore di distorsione si comporta alle basse frequenze. Un'indicazione del fattore di distorsione a 1kHz dice poco. Anche il trasformatore dovrebbe essere ben schermato, ad es. B. da un cappuccio mu-metal.
I trasformatori sono normalmente offerti come componenti per l'installazione nei dispositivi. Questo è ovviamente piuttosto poco interessante per l'utente normale. I design che possono essere inseriti in una connessione via cavo sono più adatti. Esempi sono il Monacor FGA-40, o il molto migliore e più costoso Lundahl LL6810-phmphm. Entrambi hanno la spina RCA tipica dell'hi-fi, in modo che possano essere utilizzati in particolare per il collegamento Unsym->Unsym, ovvero per separare i loop di massa. Il modello Monacor è Stereo, Lundahl mono, quindi ne servono due per lo stereo.
Se non si desidera utilizzare un trasformatore per una buona ragione o per l'altra, le possibilità sfortunatamente si esauriscono in una serie di casi, quindi è necessario studiare il problema un po' più da vicino.
Le difficoltà hanno a che fare con il fatto che ci sono modi diversi di realizzare tecnicamente un input o output simmetrico. A seconda di quale di queste varianti è presente nel caso specifico, il collegamento tra i dispositivi simmetrici e asimmetrici deve essere diverso. È quindi necessario conoscere alcuni dettagli tecnici dei dispositivi coinvolti, non è sufficiente specificare semplicemente simmetrico/asimmetrico. Quindi devo andare un po' più a fondo per descriverlo correttamente.
Innanzitutto ai connettori utilizzati
Il connettore utilizzato in ambito professionale per segnali simmetrici è il XLR-Tappo. L'assegnazione dei pin standard è 1: terra/schermo dell'alloggiamento 2: caldo (più) 3: freddo (meno). Viene utilizzata anche la spina jack stereo da 6,35 mm, anche se qui viene utilizzata solo per un segnale mono. Ecco il pinout Suggerimento: Hot Ring: Cold Sleeve: Ground.
Sfortunatamente, specialmente con XLR, ci sono un certo numero di dispositivi che utilizzano assegnazioni diverse. Questa è la prima causa di problemi. Spesso si aprirà Pin 1 non è la massa dell'alloggiamento, ma la massa del segnale, che ho già criticato sopra. Questo problema riguarda anche la presa jack. Inoltre, XLR a volte scambia caldo e freddo.
I termini caldo e freddo vanno intesi come segue: Caldo è il segnale "normale", cioè il piombo, per così dire. Il freddo è quindi la linea di ritorno. Vengono utilizzate anche le denominazioni + (più) e - (meno), ma questo crea un po' di confusione, perché abbiamo a che fare con tensioni alternate che possono essere positive rispetto alla terra o tra loro e negative di nuovo un po' più tardi. Mi atterrò quindi ai termini caldo e freddo.
Assumiamo innanzitutto che i collegamenti dei dispositivi siano cablati correttamente. I problemi che sorgono quando i produttori hanno commesso errori saranno discussi in seguito.
Una connessione Sym–>Sym è molto semplice. Basta collegare il caldo al caldo, il freddo al freddo e la schermatura del cavo su entrambe le estremità al pin 1 (su XLR). I fili per Caldo e Freddo devono essere attorcigliati insieme nel cavo. Un cavo configurato in questo modo fornisce i migliori risultati. Le masse dell'alloggiamento di entrambi i dispositivi sono collegate tra loro tramite la schermatura del cavo in modo che le correnti di disturbo fluiscano attraverso l'alloggiamento e non penetrino all'interno del dispositivo. Questa connessione vale per tutte le varianti di circuiti di ingresso e uscita simmetrici nei dispositivi coinvolti.
Se uno dei dispositivi (o anche entrambi) commette l'errore di collegare la massa del segnale al pin 1 anziché alla massa dell'alloggiamento, le correnti di disturbo possono penetrare nel dispositivo e diventare evidenti nel segnale utile. In questo caso potrebbe essere necessario scollegare la schermatura a un'estremità del cavo o un interruttore di messa a terra eventualmente esistente (in questo modo è possibile separare il collegamento tra il collegamento del conduttore di protezione del dispositivo e la massa del segnale nel dispositivo. Questo consente di eliminare il loop di ronzio da rimuovere, ma si accetta che la sensibilità alle interferenze radio aumenti). Tuttavia, ciò può rendere la connessione più suscettibile alle interferenze RF. Un altro accorgimento consiste nel collegare la schermatura del cavo solo all'alloggiamento metallico del connettore, ma non al pin 1. Con un po' di fortuna, l'alloggiamento metallico della presa del dispositivo è collegato all'alloggiamento del dispositivo, il che significa che si dispone della connessione al terreno abitativo di nuovo. Forse puoi anche correggere il cablaggio errato nel dispositivo, ma ovviamente devi osservare le condizioni di garanzia.
Diventa ancora più complicato con le connessioni tra dispositivi bilanciati e sbilanciati. Per questo devo spiegare le singole varianti del circuito. Prima gli input:
1. Ingresso bilanciato trasformatore
Un trasformatore è utilizzato internamente. Trasformatore e trasmettitore sono in realtà la stessa cosa; in inglese ad es. B. C'è solo una parola per questo: trasformatore. Qui Caldo e Freddo sono collegati all'avvolgimento primario del trasformatore.
Se si desidera collegare un'uscita sbilanciata a questo ingresso, collegare semplicemente la massa sbilanciata al freddoCollegamento e il segnale con il connettore caldo. Il pin 1 rimane inutilizzato.
Una variante più elegante (migliore schermatura HF) è possibile quando si utilizza un cavo triassiale leggermente più costoso: qui è possibile collegare la schermatura esterna al pin 1 all'ingresso. Sul lato di uscita sbilanciato, rimane scollegato. Lo schermo interno collega il terreno non bilanciato al freddo.
Gli adattatori disponibili in commercio tra cinch e XLR sono cablati in modo errato per questo scopo perché collegano la terra non bilanciata alla terra dell'alloggiamento sul dispositivo simmetrico e al freddo. Questo crea una connessione di terra che può portare a loop di terra. Sarebbe meglio se i produttori di tale adattatore installerebbe almeno un interruttore ground lift, con il quale è possibile interrompere il collegamento alla massa del telaio.
2. Ingresso con amplificatore differenziale
Questa variante più economica e quindi più comune utilizza un amplificatore differenziale elettronico. Ci sono alcune varianti di circuito che non devono interessarci qui perché le differenze non hanno alcuna influenza sul cablaggio. Questo amplificatore differenziale "calcola" la differenza di tensione tra caldo e freddo, eliminando un segnale di interferenza che si verifica contemporaneamente su caldo e freddo. La caratteristica decisiva dell'amplificatore differenziale per questo è la reiezione di modo comune. Un'elevata reiezione di modo comune significa un'elevata insensibilità ai segnali di interferenza.
Lo stesso vale per il collegamento di un'uscita sbilanciata a questo ingresso come per l'ingresso bilanciato con trasformatore. Qui la differenza tra i livelli di terra di entrambi i dispositivi è compensata dalla reiezione di modo comune dell'amplificatore differenziale. I valori di distorsione di un amplificatore differenziale possono anche essere migliori di quelli di un trasformatore, soprattutto alle basse frequenze.
Con questo ingresso, la differenza tra i potenziali di terra di entrambi i dispositivi può essere solo di pochi volt, mentre con ingressi bilanciati da trasformatore la differenza può essere di centinaia di volt senza causare alcun problema. Nella stragrande maggioranza dei casi, tuttavia, si tratta di differenze inferiori a un volt, quindi un amplificatore differenziale è un'opzione.
Ora per i circuiti di uscita.
1. Uscita bilanciata del trasformatore
Un trasformatore è integrato in analogico all'ingresso. In questo caso, Caldo e Freddo sono collegati all'avvolgimento secondario del trasformatore.
Se questo deve essere utilizzato per pilotare un ingresso sbilanciato, collegare nuovamente Cold alla terra sbilanciata e Hot all'ingresso del segnale. La connessione dello schermo (pin 1) rimane scollegata, a meno che non si utilizzi un cavo triassiale, come descritto sopra per gli ingressi bilanciati da trasformatore. In alternativa, è possibile utilizzare anche un'unica coppia di fili schermati, con il caldo e il freddo collegati alla coppia di fili. Lo schermo è collegato solo al pin 1 sul lato di uscita.
Anche in questo caso gli adattatori commerciali causano di nuovo problemi.
2. Uscita completamente bilanciata
Sono fondamentalmente due uscite, una che trasporta il segnale inverso dell'altra. Il segnale normale è su Hot e il segnale invertito è su Cold. Quindi la differenza è il doppio del segnale normale.
Per una connessione puramente bilanciata, questo tipo di uscita è effettivamente il migliore. Purtroppo questo tipo di uscita non può essere collegata correttamente ad un ingresso sbilanciato. Resta solo da collegare la massa del telaio dell'uscita alla terra dell'ingresso sbilanciato. L'uscita fredda rimane scollegata. Questo non è del tutto soddisfacente perché la massa del telaio non è un buon segnale di riferimento per un segnale sbilanciato.
Ironia della sorte, qui c'è un vantaggio se il produttore mette erroneamente la massa del segnale sul pin 1.
Gli adattatori commerciali che collegano la connessione fredda allo schermo sono anche pericolosi qui perché cortocircuitano l'uscita fredda, che può danneggiarla se non è a prova di cortocircuito.
3. Uscita bilanciata ad accoppiamento incrociato
Questo circuito cerca di emulare un po' meglio il comportamento di un trasformatore. Puoi collegare un'uscita a terra qui, quindi l'altra uscita produce semplicemente il doppio della tensione. Ciò evita il problema del danno descritto con l'uscita completamente bilanciata.
La connessione a un ingresso sbilanciato qui va da freddo a terra e da caldo all'ingresso del segnale. Il pin 1 è nuovamente scollegato, tranne quando si utilizza un cavo triassiale o un doppino schermato.
4. Uscita a impedenza bilanciata
Ecco solo l'uscita a freddo con lo stesso impedenza terminato come la resistenza di uscita dell'uscita calda. Quindi in realtà non c'è segnale sulla connessione a freddo. Quando è collegato a un ingresso bilanciato, l'impedenza abbinata significa che il rumore influenza ugualmente il caldo e il freddo, quindi si annullano correttamente al ricevitore.
Anche in questo caso un collegamento a ingressi non bilanciati è insoddisfacente. L'unica possibilità è quella di collegare la massa dello chassis al pin 1 alla massa sbilanciata, con tutti gli svantaggi che ciò comporta. Rispetto a un'uscita completamente simmetrica, almeno qui non possono verificarsi danni se il freddo e lo schermo sono collegati tra loro.
5. Uscita compensata in massa
Qui la connessione fredda viene nuovamente terminata, come con l'uscita simmetrica dell'impedenza. Anche in questo caso non c'è segnale all'uscita fredda. Tuttavia, la tensione sul pin freddo viene utilizzata per correggere la tensione di uscita sul pin caldo. In altre parole, la connessione a freddo agisce come una linea del sensore, che viene utilizzata per determinare il livello di riferimento al ricevitore in modo che riceva il segnale giusto per esso.
Quando è collegato a un ingresso bilanciato, il comportamento è lo stesso dell'uscita con impedenza bilanciata. Quando ci si collega a un ingresso sbilanciato, si collega Cold alla terra sbilanciata e Hot al segnale, come con l'uscita bilanciata del trasformatore.
Quindi puoi vedere che non esiste una variante di cablaggio che possa essere utilizzata allo stesso modo per tutti i circuiti di uscita bilanciati se desideri collegare un ingresso non bilanciato. Questo deplorevole stato di cose ha probabilmente contribuito non poco al fatto che la tecnologia simmetrica non sia riuscita finora a diffondersi in modo apprezzabile nel settore dell'hi-fi. Alcune aziende che osano fare il passo lo pagano con uno sforzo maggiore per l'assistenza clienti.