Professionele audiosystemen worden meestal gebouwd met symmetrische transmissietechnologie HiFi-Systemen zijn asymmetrisch bedraad. Wat is het, wat is het verschil, waarom zijn er twee verschillende systemen en wat gebeurt er als je ze combineert?
Eerst wat basiselektronica:
Stroom stroomt altijd in een cirkel, daarom wordt het een elektrisch circuit genoemd. Dus als je elektrisch bent Signaal Als u gegevens van A naar B wilt overbrengen, hebt u twee lijnen nodig: een voorwaartse en een retourlijn. Dit geldt zelfs voor wisselstroom. Hoewel de stroomrichting constant verandert, moet de stroom die in een van de twee lijnen vloeit, altijd terugvloeien in de andere.
De informatie kan op verschillende manieren in de stream worden opgenomen. In het eenvoudigste geval kan het in de stroom of in de spanning zitten. Er zijn ook meer gecompliceerde gevallen, b.v. B. de informatie over a draaggolf frequentie worden gemoduleerd. Dit is b.v. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de tv-kabel. Dat zou ons hier niet moeten interesseren. Het meest voorkomende geval bij audiosignalen is dat de informatie in de spanning zit.
Als je een spanning wilt doorgeven, maak je de bron laagohmig en de bestemming hoogohmig. Zo komt het signaal met het minste verlies aan. (Overigens is het precies het tegenovergestelde in het geval van elektriciteitstransmissie.) Zo is de uitgangsweerstand van een hifi-apparaat meestal ruim onder de 100 Ohm, terwijl de ingangsweerstand 10 kOhm of meer is.
De ingangsweerstand ligt tussen de voorwaartse geleider en de retourgeleider. Eventuele kabel- en stekkerweerstanden die altijd aanwezig zijn, worden in serie geschakeld en spelen, zolang ze maar heel klein zijn ten opzichte van de 10kOhm, praktisch geen rol. Dat is tenminste de theorie.
Bij symmetrische transmissie heeft elke uitgaande geleider zijn eigen retourgeleider, zodat de twee draden altijd in paren verschijnen en vaak zelfs in elkaar gedraaid zijn. Dit zorgt ervoor dat eventuele interferentie van radiosignalen of magnetische velden praktisch hetzelfde effect heeft op beide draden. Het bruikbare signaal wordt in de ontvanger verkregen door het spanningsverschil tussen de twee lijnen te bepalen, en met deze aftrekking wordt een stoorsignaal, dat op beide lijnen op dezelfde manier aanwezig is, weer geëlimineerd. De symmetrische transmissie is daardoor vrij ongevoelig voor interferentie.
Dus voor symmetrische transmissie hebben we twee draden per signaal nodig en een aftrekker in de ontvanger om het spanningsverschil daartussen te bepalen.
Bij asymmetrische transmissie daarentegen probeert men te sparen. Als u meerdere signalen tegelijkertijd wilt verzenden, kunt u een gemeenschappelijke retourleiding voor alle signalen gebruiken en zo kabels besparen. Sluit je deze retourleiding aan op de interne referentiepotentiaal (de zogenaamde signaalaarde) in elk apparaat, dan kun je besparen op de aftrekker, want het bruikbare signaal zit al op de goede peil is gerelateerd.
Hierbij doet zich echter een probleem voor. Dit systeem vereist nu dat de interne referentiepotentialen in elk apparaat hetzelfde zijn. Elk verschil zou in de ontvanger verschijnen alsof het bovenop het bruikbare signaal was gelegd en er niet van te onderscheiden was. Bij een asymmetrisch aangesloten systeem moet u ervoor zorgen dat er geen significante verschillen zijn in het niveau van de signaalaarding van alle betrokken apparaten. De aardverbinding moet zo laagohmig mogelijk zijn, terwijl de afzonderlijke voedingsleidingen hiervoor niet zo gevoelig zijn. Dit bereiken kan moeilijker zijn dan je denkt.
Men zou misschien kunnen denken dat de gelijkheid van de potentialen eenvoudig tot stand kan worden gebracht door de signaalmassa's met een kabel met elkaar te verbinden. Maar elke kabel heeft er een Weerstand, aangezien er (nog) geen supergeleiders op kamertemperatuur zijn. Stekkers hebben contactweerstand, vooral de goedkope, en dit neemt na verloop van tijd toe door corrosie. En zelfs als dat allemaal niet het geval zou zijn, is er nog steeds de lijninductantie die een impedantie veroorzaakt. Kortom, hoe langer de lijn, hoe kleiner de kans dat men gelijkheid op grondniveau bereikt.
Ongebalanceerde transmissie is daarom vooral een optie wanneer de kabellengtes kort zijn en wanneer u op zoek bent naar de meest kosteneffectieve oplossing. Dit zijn precies de eisen die men in de hifi-technologie aantreft. Elke laatste tiende cent is daar bespaard en de betrokken apparaten staan meestal op dezelfde plek.
In de professionele audiotechniek gelden andere regels. Daar heb je te maken met grotere en uitgebreidere systemen, waarbij er bij voorbaat geen hoop is dat je voor een evenwichtig maaiveld kunt zorgen. Dus symmetrische transmissie wordt gebruikt waar het niet nodig is. Het extreme voorbeeld hiervan is de analoge telefoontechniek, die al jaren symmetrisch werkt. Het gaat om afstanden van vele kilometers. Met asymmetrische technologie maak je geen schijn van kans. De interferentie veroorzaakt door verschillende grondniveaus zou vele malen hoger zijn dan het bruikbare signaal.
50 jaar geleden bestond een hifi-installatie uit een platenspeler en een Radio met Versterker doorgegeven, vaak ingebouwd in dezelfde kist en aangesloten op hetzelfde stopcontact. In zo'n geval is er weinig te vrezen met asymmetrische bekabeling. Tegenwoordig zijn hifi-installaties echter vaak uitgebreider. Er zullen tv-toestellen zijn, DVD-Spelers, computers en settopboxen die op elkaar gepropt zijn en bedrading kunnen door het hele huis lopen. Omdat de antennelijn ook ongebalanceerd is, reikt de aardingsbedrading eigenlijk verder dan het antennesysteem. Bovendien z. B. bij computers is de signaalaarde verbonden met de beschermende geleider. Dit betekent dat de aardleiding ook invloed heeft op het referentieniveau. In zo'n wijdvertakt massasysteem vloeien bijna altijd enkele zwervende stromingen rond, b.v. B. die worden gegenereerd door het inductie-effect. In een ongebalanceerd systeem is het erg moeilijk om deze stoorstromen uit het bruikbare signaal te houden.
In het ideale gebalanceerde systeem is de aardingsbedrading gescheiden van de signaalbedrading. Op deze manier zijn stromen die in de aardingsbedrading vloeien niet relevant. De gebalanceerde verbinding tussen twee apparaten bestaat uit drie draden: toevoer, retour en aarde. De aardverbinding wordt uitgevoerd als afscherming uit om de interne signaallijnen te beschermen tegen uitgestraalde radiosignalen. In principe kan de afscherming van de kabel worden gezien als een voortzetting van de metalen behuizing van het apparaat. Om deze reden is de aardgeleider (afscherming) in de kabel ook via de kortst mogelijke route verbonden met de behuizingsaarde van de aangesloten apparaten, zodat HF-storingen niet eens naar binnen kunnen komen.
Zonder de afscherming van RF-signalen zouden de afscherming en de aardverbinding helemaal niet nodig zijn. Het speelt geen rol in de signaaloverdracht zelf. Om deze reden is het ook verkeerd om de aardedraad in de kabel met gebalanceerde verbindingen aan te sluiten op de signaalaarde van het apparaat. De signaalaarde speelt alleen een rol als referentiepunt binnen een apparaat, het is extern niet vereist. Elke verbinding naar buiten biedt slechts één gateway voor stoorsignalen. Binnenin het apparaat is de signaalaarde echter op één punt verbonden met de chassisaarde. Dit heeft zijn reden in de (on-)Empfindlichkeit tot verspreide radiosignalen.
Het is nu vooral interessant als u symmetrische met asymmetrische apparaten wilt verbinden, of als u bij het aansluiten van asymmetrische apparaten tussentijds wilt overschakelen naar symmetrisch om aardingsproblemen (bijvoorbeeld aardlussen) te voorkomen. Hier slaat de detailduivel vaak toe, omdat de verschillende massasoorten niet duidelijk onderscheiden zijn. Door een ongelukkige massaverbinding kunt u het volledige voordeel van de symmetrische technologie verliezen. Dus je moet hier hersens gebruiken. De symmetrische techniek heeft bij sommigen zelfs een slechte reputatie, juist omdat het gemakkelijk is om dergelijke fouten te maken. Dergelijke fouten worden overigens ook met plezier gemaakt door toestelfabrikanten, die eigenlijk beter zouden moeten weten. Dus je kunt z vinden. B. Veel apparaten waarbij de aarde op een connector voor gebalanceerde signalen niet is aangesloten op de chassisaarde maar op de signaalaarde, in tegenstelling tot wat ik hierboven schreef.
Dus hoe combineer je symmetrisch met asymmetrisch als het ooit nodig wordt?
De eenvoudigste manier om dit te doen is met transformatoren. Alle vier de combinaties Unsym->Unsym, Unsym->Sym, Sym->Unsym, Sym->Sym kunnen worden opgelost met een transformator (zelfs dezelfde transformator). Hij heeft geen eigen stroomvoorziening nodig en kan er enkele honderden aan Voltage machine Spanningsverschil tussen de twee kanten. Dat zou ideaal zijn als er niet ook een paar nadelen waren: een transformator heeft toenemende harmonische vervorming bij lage frequenties, en het tegengaan ervan is onvermijdelijk duur. Kortom: goede transformatoren kosten veel geld. Bovendien hebben ze een aanzienlijk gewicht en Volumen, althans in vergelijking met andere elektronische componenten (bijvoorbeeld transistors). Wie echter 250 euro voor een cinch- denkt dat de kabel een koopje is en niet hoeft terug te deinzen voor de prijs van een goede transformator.
Helaas is de kwaliteit van een transformator niet altijd te herkennen aan de gepubliceerde gegevens. Het is bijzonder interessant hoe de vervormingsfactor gedraagt zich bij lage frequenties. Een indicatie van de vervormingsfactor bij 1kHz zegt weinig. De transformator moet ook goed afgeschermd zijn, b.v. B. door een mu-metalen dop.
Transformatoren worden normaal gesproken aangeboden als component voor inbouw in apparaten. Dit is natuurlijk nogal oninteressant voor de normale gebruiker. Ontwerpen die in een kabelverbinding kunnen worden doorgelust, zijn geschikter. Voorbeelden zijn de Monacor FGA-40, of de veel betere en duurdere Lundahl LL6810-phmphm. Beide hebben de in hifi gebruikelijke cinch-stekker, zodat ze met name voor de verbinding Unsym->Unsym kunnen worden gebruikt, d.w.z. voor het scheiden van aardlussen. Het Monacor-model is Stereo, Lundahl mono, dus van de laatste heb je er twee nodig voor stereo.
Als je om de een of andere goede reden geen transformator wilt gebruiken, waaieren de mogelijkheden helaas uit in een aantal gevallen, zodat je het probleem wat beter moet bestuderen.
De moeilijkheden hebben te maken met het feit dat er verschillende manieren zijn om een symmetrische input of output technisch te realiseren. Afhankelijk van welke van deze varianten in het specifieke geval aanwezig is, moet de verbinding tussen de symmetrische en asymmetrische apparaten verschillend zijn. Het is daarom noodzakelijk om enkele technische details van de betrokken apparaten te kennen; simpelweg specificeren symmetrisch/asymmetrisch is niet voldoende. Dus ik moet een beetje dieper gaan om het correct te beschrijven.
Eerst naar de gebruikte connectoren
De connector die in het professionele veld wordt gebruikt voor symmetrische signalen is de XLR-Plug. De standaard pinbezetting is 1:behuizing aarde/afscherming 2:heet(plus) 3:koud(minus). De 6,35 mm stereo jackplug wordt ook gebruikt, al wordt die hier alleen gebruikt voor een monosignaal. Hier is de pinout Tip:Hot Ring:Cold Sleeve:Ground.
Helaas zijn er, vooral bij XLR, een aantal apparaten die verschillende toewijzingen gebruiken. Dat is de eerste oorzaak van problemen. Gaat vaak open pin 1 is niet de behuizingsaarde, maar de signaalaarde, die ik hierboven al heb bekritiseerd. Dit probleem geldt ook voor de jackplug. Daarnaast wisselt XLR soms warm en koud af.
De termen warm en koud moeten als volgt worden begrepen: Heet is het "normale" signaal, dus als het ware het leidende signaal. Koud is dus de retourleiding. De aanduidingen + (plus) en - (min) worden ook gebruikt, maar dat is wat verwarrend, omdat we te maken hebben met wisselspanningen die ten opzichte van aarde of elkaar positief kunnen zijn en even later weer negatief. Ik zal me daarom houden aan de termen warm en koud.
Allereerst gaan we ervan uit dat de aansluitingen van de apparaten correct zijn aangesloten. De problemen die ontstaan wanneer de fabrikanten fouten hebben gemaakt, komen later aan de orde.
Een Sym–>Sym verbinding is heel eenvoudig. U sluit gewoon warm op warm, koud op koud en de kabelafscherming aan beide uiteinden aan op pin 1 (op XLR). De draden voor warm en koud moeten in elkaar gedraaid zijn in de kabel. Een op deze manier geconfigureerde kabel geeft de beste resultaten. De behuizingsmassa's van beide apparaten zijn via de kabelafscherming met elkaar verbonden, zodat stoorstromen door de behuizing stromen en niet in het inwendige van het apparaat doordringen. Deze verbinding is van toepassing op alle varianten van symmetrische in- en uitgangscircuits in de betrokken apparaten.
Als een van de apparaten (of zelfs beide) de fout maakt om de signaalaarde op pin 1 aan te sluiten in plaats van op de behuizingsaarde, kunnen stoorstromen het apparaat binnendringen en merkbaar worden in het bruikbare signaal. In dit geval kan het nodig zijn om de afscherming aan een uiteinde van de kabel los te koppelen, of een eventueel bestaande aardingsliftschakelaar (hiermee kan de verbinding tussen de randaarde-aansluiting van het apparaat en de signaalaarde in het apparaat worden gescheiden. Dit maakt het mogelijk om de bromlus te verwijderen (men accepteert echter dat de gevoeligheid voor radiostoring toeneemt). Dit kan de verbinding echter gevoeliger maken voor RF-interferentie. Een andere truc is om alleen de kabelafscherming aan te sluiten op de metalen connectorbehuizing, maar niet op pin 1. Met een beetje geluk wordt de metalen behuizing van de apparaatbus aangesloten op de apparaatbehuizing, waardoor je de verbinding hebt met de woningbouw weer. Misschien kun je zelfs de verkeerde bedrading in het apparaat corrigeren, maar dan moet je natuurlijk wel de garantievoorwaarden in acht nemen.
Het wordt nog gecompliceerder met verbindingen tussen gebalanceerde en ongebalanceerde apparaten. Hiervoor moet ik de afzonderlijke circuitvarianten toelichten. Eerst de ingangen:
1. Transformator gebalanceerde ingang
Intern wordt een transformator gebruikt. Transformator en zender zijn eigenlijk hetzelfde; in het Engels b.v. B. Er is maar één woord voor: Transformer. Hier zijn Heet en Koud verbonden met de primaire wikkeling van de transformator.
Als je een ongebalanceerde uitgang op deze ingang wilt aansluiten, sluit je gewoon de ongebalanceerde massa aan op de koudeAansluiting en het signaal met de hete connector. Pin 1 blijft ongebruikt.
Een elegantere variant (betere HF-afscherming) is mogelijk bij gebruik van een iets duurdere triaxiale kabel: Hier sluit je de buitenste afscherming aan op pin 1 aan de ingang. Aan de ongebalanceerde uitgangszijde blijft deze onaangesloten. Het binnenste schild verbindt ongebalanceerde grond met kou.
In de handel verkrijgbare adapterstekkers tussen cinch en XLR zijn hiervoor verkeerd bedraad, omdat ze de ongebalanceerde aarde met de behuizingsaarde van het symmetrische apparaat verbinden en koud. Hierdoor ontstaat een aardverbinding die kan leiden tot aardlussen. Het zou beter zijn als de fabrikanten van dergelijke Adapter minimaal één grondliftschakelaar zou installeren, waarmee de verbinding met de chassismassa kan worden onderbroken.
2. Ingang met verschilversterker
Deze goedkopere en daardoor vaker voorkomende variant maakt gebruik van een elektronische verschilversterker. Er zijn enkele schakelingsvarianten die ons hier niet hoeven te interesseren omdat de verschillen geen invloed hebben op de bedrading. Deze verschilversterker "berekent" het spanningsverschil tussen warm en koud, waardoor een stoorsignaal dat tegelijkertijd op warm en koud ontstaat, wordt geëlimineerd. Het doorslaggevende kenmerk van de verschilversterker hiervoor is de common-mode onderdrukking. Een hoge common-mode onderdrukking betekent een hoge ongevoeligheid voor stoorsignalen.
Voor het aansluiten van een ongebalanceerde uitgang op deze ingang geldt hetzelfde als voor de trafo-gebalanceerde ingang. Hier wordt het verschil tussen de grondniveaus van beide apparaten gecompenseerd door de common mode-onderdrukking van de verschilversterker. Ook de vervormingswaarden van een verschilversterker kunnen beter zijn dan die van een transformator, vooral bij lage frequenties.
Bij deze ingang mag het verschil tussen de aardpotentialen van beide apparaten maar een paar volt zijn, terwijl bij transformator-gebalanceerde ingangen het verschil honderden volt kan zijn zonder problemen te veroorzaken. In verreweg de meeste gevallen heb je echter te maken met verschillen van minder dan één volt, zodat een verschilversterker een optie is.
Nu voor de uitgangscircuits.
1. Transformator gebalanceerde uitgang
Analoog aan de ingang is een transformator ingebouwd. In dit geval zijn warm en koud verbonden met de secundaire wikkeling van de transformator.
Als dit moet worden gebruikt om een ongebalanceerde ingang aan te sturen, sluit dan opnieuw Cold aan op de ongebalanceerde aarde en Hot op de signaalingang. De afgeschermde aansluiting (pin 1) blijft onaangesloten, tenzij u een triaxiale kabel gebruikt, zoals hierboven beschreven voor trafo-gebalanceerde ingangen. Als alternatief kunt u ook een enkelvoudig afgeschermd aderpaar gebruiken, waarbij warm en koud op het aderpaar worden aangesloten. Het scherm is alleen aangesloten op pin 1 aan de uitgangszijde.
Ook hier zorgen commerciële adapters weer voor problemen.
2. Volledig gebalanceerde output
Dat zijn eigenlijk twee uitgangen, de ene draagt het omgekeerde signaal van de andere. Het normale signaal staat op Heet en het omgekeerde signaal staat op Koud. Het verschil is dus tweemaal het normale signaal.
Voor een puur gebalanceerde verbinding is dit type output eigenlijk het beste. Helaas kan dit type uitgang niet correct worden aangesloten op een ongebalanceerde ingang. Het blijft alleen om de chassisaarde van de uitgang te verbinden met de grond van de ongebalanceerde ingang. De koude uitgang blijft onaangesloten. Dit is niet helemaal bevredigend omdat chassisaarding geen goede signaalreferentie is voor een ongebalanceerd signaal.
Ironisch genoeg is hier een voordeel als de fabrikant per ongeluk de signaalaarde op pin 1 heeft geplaatst.
Commerciële adapters die de koude aansluiting met de afscherming verbinden, zijn hier zelfs gevaarlijk omdat ze de koude uitgang kortsluiten, die deze kan beschadigen als deze niet kortsluitvast is.
3. Cross-gekoppelde gebalanceerde output
Deze schakeling probeert het gedrag van een transformator iets beter na te bootsen. Je kunt hier één uitgang aan massa koppelen, dan levert de andere uitgang gewoon twee keer zoveel spanning. Dit vermijdt het probleem van schade beschreven met de volledig gebalanceerde output.
De aansluiting op een ongebalanceerde ingang gaat hier van koud naar massa en van warm naar de signaalingang. Pin 1 is weer niet aangesloten, behalve bij gebruik van een triaxiale kabel of afgeschermde kabelparen.
4. Impedantie gebalanceerde uitgang
Hier is alleen de koude uitvoer met hetzelfde impedantie beëindigd zoals de uitgangsweerstand van de hete uitgang. Er is dus eigenlijk geen signaal op de koude verbinding. Bij aansluiting op een gebalanceerde ingang betekent de aangepaste impedantie dat ruis het warme en koude gelijkmatig beïnvloedt, zodat ze correct worden opgeheven bij de ontvanger.
Een aansluiting op ongebalanceerde ingangen is ook hier niet bevredigend. De enige optie is om de chassismassa op pin 1 te verbinden met de ongebalanceerde massa, met alle nadelen van dien. In vergelijking met een volledig symmetrische uitgang kan hier in ieder geval geen schade optreden als koude en afscherming met elkaar worden verbonden.
5. Massagecompenseerde uitvoer
Hier wordt de koude verbinding weer afgesloten, net als bij de impedantiesymmetrische uitgang. Ook hier is er geen signaal op de koude uitgang. De spanning op de koude pin wordt echter gebruikt om de uitgangsspanning op de hot pin te corrigeren. Met andere woorden, de koude verbinding werkt als een sensorlijn, die wordt gebruikt om het referentieniveau bij de ontvanger te bepalen, zodat deze het juiste signaal daarvoor ontvangt.
Bij aansluiting op een gebalanceerde ingang is het gedrag hetzelfde als bij de impedantie-gebalanceerde uitgang. Bij aansluiting op een ongebalanceerde ingang sluit je Cold aan op de ongebalanceerde aarde en Hot op het signaal, net als bij de trafo-gebalanceerde uitgang.
Je ziet dus dat er geen bekabelingsvariant is die voor alle gebalanceerde uitgangscircuits gelijk gebruikt kan worden als je een ongebalanceerde ingang wilt aansluiten. Deze ongelukkige gang van zaken heeft er waarschijnlijk voor een groot deel toe bijgedragen dat de symmetrische technologie zich tot nu toe niet noemenswaardig heeft kunnen verspreiden in de hifi-sector. Sommige bedrijven die de stap durven te zetten, betalen ervoor met een grotere inspanning voor klantenondersteuning.