Profesjonalne systemy audio są zwykle budowane w technologii symetrycznej transmisji, podczas gdy HIFI-Systemy są okablowane asymetrycznie. Co to jest, jaka jest różnica, dlaczego istnieją dwa różne systemy i co się dzieje, gdy je połączysz?
Na początek podstawowa elektronika:
Prąd zawsze płynie po okręgu, dlatego nazywa się go obwodem elektrycznym. Więc jeśli masz elektryka Signal Jeśli chcesz przesłać dane z punktu A do punktu B, potrzebujesz dwóch linii: linii do przodu i linii powrotu. Dotyczy to nawet prądu przemiennego. Chociaż kierunek przepływu prądu stale się zmienia, prąd płynący w jednej z dwóch linii musi zawsze płynąć z powrotem w drugiej.
Informacje mogą być zawarte w strumieniu na różne sposoby. W najprostszym przypadku może być zawarty w prądzie lub w napięciu. Zdarzają się też bardziej skomplikowane przypadki, np. B. informacje o a częstotliwość nośna być modulowany. to jest np. Tak jest na przykład z kablem telewizyjnym. To nie powinno nas tutaj interesować. Najczęstszym przypadkiem w przypadku sygnałów audio jest informacja zawarta w napięciu.
Jeśli chcesz przesłać napięcie, ustaw źródło na niską impedancję, a miejsce docelowe na wysoką impedancję. W ten sposób sygnał dociera z najmniejszą stratą. (Nawiasem mówiąc, w przypadku przesyłu energii elektrycznej jest dokładnie odwrotnie.) Na przykład rezystancja wyjściowa urządzenia hi-fi jest zwykle znacznie poniżej 100 omów, podczas gdy rezystancja wejściowa wynosi 10 kOhm lub więcej.
Rezystancja wejściowa leży między przewodem do przodu a przewodem powrotnym. Wszelkie rezystancje kabli i wtyczek, które są zawsze obecne, są połączone szeregowo i dopóki są bardzo małe w porównaniu do 10 kOhm, nie odgrywają praktycznie żadnej roli. Przynajmniej taka jest teoria.
W przypadku transmisji symetrycznej każdy wychodzący przewód ma swój własny przewód powrotny, więc dwa przewody zawsze występują parami, a często są nawet skręcone ze sobą. Gwarantuje to, że wszelkie zakłócenia pochodzące od sygnałów radiowych lub pól magnetycznych mają praktycznie taki sam wpływ na oba przewody. Sygnał użyteczny uzyskuje się w odbiorniku wyznaczając różnicę napięć między dwiema liniami, a przy tym odejmowaniu ponownie eliminowany jest sygnał zakłócający, który występuje na obu liniach w ten sam sposób. Symetryczna transmisja jest zatem dość odporna na zakłócenia.
Tak więc do symetrycznej transmisji potrzebujemy dwóch przewodów na sygnał i subtraktora w odbiorniku, aby określić różnicę napięć między nimi.
Z kolei w przypadku transmisji asymetrycznej próbuje się oszczędzać. Jeśli chcesz przesyłać kilka sygnałów jednocześnie, możesz użyć wspólnej linii powrotnej dla wszystkich sygnałów, oszczędzając w ten sposób przewody. Jeśli w każdym urządzeniu podłączysz ten przewód powrotny do wewnętrznego potencjału odniesienia (tzw. poziom jest powiązane.
Jednak jest z tym problem. Ten system wymaga teraz, aby wewnętrzne potencjały odniesienia były takie same w każdym urządzeniu. Jakakolwiek różnica pojawiłaby się w odbiorniku tak, jakby była nałożona na użyteczny sygnał i nie do odróżnienia od niego. W systemie podłączonym asymetrycznie należy upewnić się, że nie ma znaczących różnic w poziomie mas sygnału wszystkich zaangażowanych urządzeń. Połączenie z masą musi mieć możliwie niską impedancję, podczas gdy poszczególne linie zasilające nie są pod tym względem tak wrażliwe. Osiągnięcie tego może być trudniejsze niż myślisz.
Można by pomyśleć, że równość potencjałów można uzyskać po prostu łącząc masy sygnałowe ze sobą kablem. Ale każdy kabel ma jeden Odporność, ponieważ nie ma (jeszcze) nadprzewodników o temperaturze pokojowej. Wtyczki mają rezystancję styku, zwłaszcza te tanie, a ta z czasem wzrasta z powodu korozji. A nawet jeśli nic z tego nie miało miejsca, nadal istnieje indukcyjność linii, która powoduje impedancję. Jednym słowem, im dłuższa linia, tym mniejsze szanse na osiągnięcie równości z poziomu gruntu.
Transmisja niesymetryczna jest więc przede wszystkim opcją, gdy kable są krótkie i gdy szukasz najbardziej ekonomicznego rozwiązania. To są dokładnie wymagania stawiane technologii hi-fi. Zaoszczędzono tam każdą dziesiątą dziesiątą centa, a zaangażowane urządzenia znajdują się zwykle w tym samym miejscu.
W profesjonalnej inżynierii dźwięku obowiązują inne zasady. Tam masz do czynienia z większymi i bardziej rozbudowanymi systemami, w których od samego początku nie ma nadziei, że uda się zapewnić zrównoważone poziomy gruntu. Tak więc transmisja symetryczna jest stosowana tam, gdzie nie jest wymagana. Skrajnym tego przykładem jest technologia telefonii analogowej, która od lat działa symetrycznie. Chodzi o odległości wielu kilometrów. Nie miałbyś szans z technologią asymetryczną. Zakłócenia spowodowane różnymi poziomami gruntu byłyby wielokrotnie większe niż użyteczny sygnał.
50 lat temu system hi-fi składał się z gramofonu i radio mit Wzmacniacz przeszedł, często wbudowany w tę samą skrzynię i podłączony do tego samego gniazdka. W takim przypadku okablowanie asymetryczne nie ma się czego obawiać. Jednak obecnie systemy hi-fi są często bardziej rozbudowane. Będą telewizory, płyta DVD- Odtwarzacze, komputery i dekodery stłoczone razem, a okablowanie może biec w całym domu. Ponieważ linia anteny jest również niezrównoważona, okablowanie uziemiające faktycznie rozciąga się poza system antenowy. Ponadto Z. B. w komputerach uziemienie sygnału jest połączone z przewodem ochronnym. Oznacza to, że uziemienie ochronne ma również wpływ na poziom odniesienia. W tak szeroko rozgałęzionym układzie mas prawie zawsze krążą jakieś prądy wędrowne, np. B. te, które są generowane przez efekt indukcji. W niezrównoważonym systemie bardzo trudno jest utrzymać te prądy zakłócające poza użytecznym sygnałem.
W idealnie zbalansowanym systemie okablowanie uziemiające jest oddzielone od okablowania sygnałowego. W ten sposób prądy płynące w przewodach uziemiających są nieistotne. Zbalansowane połączenie między dwoma urządzeniami składa się z trzech przewodów: zasilania, powrotu i masy. Połączenie uziemiające jest wykonywane jako zastawianie wyłączone, aby chronić wewnętrzne linie sygnałowe przed emitowanymi sygnałami radiowymi. Zasadniczo ekranowanie kabla można traktować jako kontynuację metalowej obudowy urządzenia. Z tego powodu przewód uziemiający (ekran) w kablu jest również połączony z masą obudowy podłączonych urządzeń możliwie najkrótszą drogą, dzięki czemu zakłócenia HF nie mogą nawet dostać się do środka.
Gdyby nie ekranowanie sygnałów RF, to ekran i połączenie z masą byłyby zupełnie niepotrzebne. Nie odgrywa żadnej roli w samej transmisji sygnału. Z tego powodu niewłaściwe jest również podłączanie przewodu uziemiającego w kablu do masy sygnałowej urządzenia z połączeniami zbalansowanymi. Uziemienie sygnału pełni tylko rolę punktu odniesienia w urządzeniu, nie jest wymagane zewnętrznie. Każde połączenie na zewnątrz oferuje tylko jedną bramkę dla sygnałów zakłócających. Jednak wewnątrz urządzenia uziemienie sygnału jest połączone z masą obudowy w jednym punkcie. Ma to swoje uzasadnienie w (nie-)wrażliwość na przeplatane sygnały radiowe.
Jest to szczególnie interesujące teraz, jeśli chcesz połączyć urządzenia symetryczne z urządzeniami asymetrycznymi lub jeśli chcesz w międzyczasie przełączyć się na połączenie symetryczne podczas podłączania urządzeń asymetrycznych, aby uniknąć problemów z masą (np. pętli uziemienia). W tym miejscu często uderza diabeł szczegółów, ponieważ różne rodzaje mas nie są wyraźnie zróżnicowane. Z powodu niefortunnego połączenia z masą możesz całkowicie utracić przewagę technologii symetrycznej. Więc tutaj trzeba użyć rozumu. U niektórych technika symetryczna ma nawet złą reputację, właśnie dlatego, że łatwo popełnić takie błędy. Nawiasem mówiąc, takie błędy z przyjemnością popełniają również producenci urządzeń, którzy właściwie powinni wiedzieć lepiej. Więc możesz znaleźć Z. B. Wiele urządzeń, w których masa na złączu sygnałów zbalansowanych nie jest połączona z masą obudowy, ale z masą sygnału, w przeciwieństwie do tego, co napisałem powyżej.
Jak więc połączyć symetryczność z asymetrią, jeśli kiedykolwiek okaże się to konieczne?
Najłatwiej to zrobić za pomocą transformatorów. Wszystkie cztery kombinacje Unsym->Unsym, Unsym->Sym, Sym->Unsym, Sym->Sym można rozwiązać za pomocą transformatora (nawet tego samego transformatora). Nie potrzebuje własnego zasilania i potrafi obsłużyć kilkaset Wolt Różnica napięcia między dwiema stronami. Byłoby idealnie, gdyby nie było też kilku wad: transformator ma coraz większe zniekształcenia harmoniczne przy niskich częstotliwościach, a przeciwdziałanie temu jest nieuchronnie kosztowne. Jednym słowem: Dobre transformatory kosztują dużo pieniędzy. Ponadto mają znaczną wagę i Volumen, przynajmniej w porównaniu z innymi elementami elektronicznymi (np. tranzystorami). Kto jednak 250 euro za Cinch- uważa, że kabel to okazja i nie musi rezygnować z ceny dobrego transformatora.
Niestety jakość transformatora nie zawsze może być rozpoznana na podstawie opublikowanych danych. Szczególnie interesujące jest to, w jaki sposób współczynnik zniekształceń zachowuje się przy niskich częstotliwościach. Wskazanie współczynnika zniekształceń przy 1 kHz mówi niewiele. Transformator powinien być również dobrze ekranowany, np. B. za pomocą mu-metalowej nasadki.
Transformatory standardowo oferowane są jako element do montażu w urządzeniach. Jest to oczywiście mało interesujące dla zwykłego użytkownika. Bardziej odpowiednie są projekty, które można zapętlić w połączeniu kablowym. Przykładami są Monacor FGA-40, czy znacznie lepszy i droższy Lundahl LL6810-phmphm. Obydwa mają typową w hi-fi wtyczkę cinch, dzięki czemu można je wykorzystać w szczególności do połączenia Unsym->Unsym, czyli do odseparowania pętli masy. Model Monacor jest Stereofoniczny, Lundahl mono, więc potrzebujesz dwóch tych ostatnich do stereo.
Jeśli nie chcesz używać transformatora z tego czy innego ważnego powodu, możliwości niestety rozkładają się na kilka przypadków, więc musisz dokładniej przestudiować problem.
Trudności wiążą się z faktem, że istnieją różne sposoby technicznej realizacji symetrycznego wejścia lub wyjścia. W zależności od tego, który z tych wariantów występuje w konkretnym przypadku, połączenie między urządzeniami symetrycznymi i asymetrycznymi musi być różne. Dlatego konieczna jest znajomość niektórych szczegółów technicznych urządzeń, których to dotyczy; samo określenie symetryczny/niesymetryczny nie wystarczy. Muszę więc wejść trochę głębiej, aby poprawnie to opisać.
Najpierw do zastosowanych złączy
Złącze używane w dziedzinie profesjonalnej do sygnałów symetrycznych to XLR-Wtyczka. Standardowe przyporządkowanie pinów to 1:masa/ekran obudowy 2:gorący(plus) 3:zimny(minus). Stosowany jest również wtyk jack stereo 6,35 mm, chociaż tutaj jest on używany tylko do sygnału mono. Oto pinout Wskazówka: Hot Ring: Cold Sleeve: Ground.
Niestety, zwłaszcza w przypadku XLR, istnieje wiele urządzeń, które używają różnych przypisań. To jest pierwsza przyczyna problemów. Często się otworzy Pin 1 to nie masa obudowy, a masa sygnałowa, którą już wcześniej skrytykowałem. Ten problem dotyczy również wtyczki jack. Ponadto XLR czasami zamienia się gorącym i zimnym.
Terminy „gorący” i „zimny” należy rozumieć w następujący sposób: „gorący” to „normalny” sygnał, czyli, że tak powiem, ołów. Zimno jest zatem linią powrotną. Oznaczenia + (plus) i - (minus) są również używane, ale jest to trochę mylące, ponieważ mamy do czynienia z napięciami przemiennymi, które mogą być dodatnie w stosunku do masy lub siebie nawzajem i ponownie ujemne nieco później. Dlatego pozostanę przy terminach gorących i zimnych.
Przede wszystkim zakładamy, że połączenia urządzeń są prawidłowo okablowane. Problemy, które pojawiają się, gdy producenci popełnili błędy, zostaną omówione później.
Połączenie Sym–>Sym jest bardzo proste. Po prostu podłączasz gorący do gorącego, zimny do zimnego i ekran kabla na obu końcach do styku 1 (na XLR). Przewody gorącego i zimnego powinny być skręcone razem w kablu. Kabel skonfigurowany w ten sposób zapewnia najlepsze rezultaty. Masy obudów obu urządzeń są połączone ze sobą za pomocą ekranu kabla, dzięki czemu prądy zakłócające płyną przez obudowę i nie przedostają się do wnętrza urządzenia. To połączenie dotyczy wszystkich wariantów symetrycznych obwodów wejściowych i wyjściowych w danych urządzeniach.
Jeśli jedno z urządzeń (a nawet oba) popełni błąd, podłączając masę sygnału do pinu 1 zamiast do masy obudowy, prądy zakłócające mogą przeniknąć do urządzenia i stać się zauważalne w sygnale użytecznym. W takim przypadku może być konieczne odłączenie ekranu na jednym końcu kabla lub ewentualnie istniejącego wyłącznika uziemienia (dzięki temu można rozdzielić połączenie między złączem przewodu ochronnego urządzenia a masą sygnałową w urządzeniu. To umożliwia wyeliminowanie pętli przydźwięku, która ma zostać usunięta.Jednak przyjmuje się, że zwiększa się czułość na zakłócenia radiowe). Może to jednak sprawić, że połączenie będzie bardziej podatne na zakłócenia radiowe. Inną sztuczką jest podłączenie ekranu kabla tylko do metalowej obudowy złącza, a nie do pinu 1. Przy odrobinie szczęścia metalowa obudowa gniazda urządzenia jest połączona z obudową urządzenia, co oznacza, że masz połączenie z ponownie ziemia mieszkaniowa. Być może uda się nawet poprawić błędne okablowanie w urządzeniu, ale oczywiście trzeba przestrzegać warunków gwarancji.
Sprawa staje się jeszcze bardziej skomplikowana w przypadku połączeń między urządzeniami zbalansowanymi i niezbalansowanymi. W tym celu muszę wyjaśnić poszczególne warianty obwodu. Najpierw wejścia:
1. Zbalansowane wejście transformatorowe
Transformator jest używany wewnętrznie. Transformator i nadajnik to właściwie to samo; w języku angielskim np. B. Jest na to tylko jedno słowo: Transformator. Tutaj Hot i Cold są podłączone do uzwojenia pierwotnego transformatora.
Jeśli chcesz podłączyć niezbalansowane wyjście do tego wejścia, po prostu podłącz niezbalansowaną masę do zimnegoPołączenie i sygnał z gorącym złączem. Pin 1 pozostaje nieużywany.
Bardziej elegancki wariant (lepsze ekranowanie HF) jest możliwy przy użyciu nieco droższego kabla trójosiowego: Tutaj możesz podłączyć zewnętrzny ekran do styku 1 na wejściu. Po niezbalansowanej stronie wyjściowej pozostaje niepodłączony. Wewnętrzny ekran łączy niesymetryczne uziemienie z zimnem.
Dostępne w handlu wtyczki przejściowe między cinch a XLR są w tym celu nieprawidłowo okablowane, ponieważ łączą asymetryczną masę z masą obudowy na symetrycznym urządzeniu i z zimnym. Tworzy to połączenie uziemiające, które może prowadzić do pętli uziemienia. Byłoby lepiej, gdyby producenci takich Zasilacz zainstalowałby co najmniej jeden przełącznik uziemienia, za pomocą którego można przerwać połączenie z masą podwozia.
2. Wejście ze wzmacniaczem różnicowym
Ten tańszy, a przez to bardziej powszechny wariant wykorzystuje elektroniczny wzmacniacz różnicowy. Istnieje kilka wariantów obwodów, które nie muszą nas tutaj interesować, ponieważ różnice nie mają wpływu na okablowanie. Ten wzmacniacz różnicowy „oblicza” różnicę napięć między gorącym a zimnym, co eliminuje sygnał interferencyjny występujący jednocześnie na gorącym i zimnym. Decydującą cechą wzmacniacza różnicowego jest tutaj tłumienie sygnału wspólnego. Wysokie tłumienie w trybie wspólnym oznacza wysoką niewrażliwość na sygnały zakłócające.
To samo dotyczy podłączenia wyjścia niezbalansowanego do tego wejścia jak do wejścia zbalansowanego transformatorowo. Tutaj różnica między poziomami uziemienia obu urządzeń jest kompensowana przez tłumienie trybu wspólnego wzmacniacza różnicowego. Wartości zniekształceń wzmacniacza różnicowego mogą być również lepsze niż w przypadku transformatora, zwłaszcza przy niskich częstotliwościach.
Przy takim wejściu różnica potencjałów uziemienia obu urządzeń może wynosić tylko kilka woltów, podczas gdy przy wejściach zbalansowanych transformatorowo różnica może wynosić setki woltów bez żadnych problemów. Jednak w zdecydowanej większości przypadków mamy do czynienia z różnicami mniejszymi niż jeden wolt, więc wzmacniacz różnicowy jest opcją.
Teraz obwody wyjściowe.
1. Zbalansowane wyjście transformatorowe
Transformator jest wbudowany analogowo do wejścia. W tym przypadku gorące i zimne są podłączone do uzwojenia wtórnego transformatora.
Jeśli ma to być użyte do wysterowania wejścia niezbalansowanego, należy ponownie podłączyć przewód zimny do masy niezbalansowanej, a przewód gorący do wejścia sygnału. Połączenie ekranu (pin 1) pozostaje niepodłączone, chyba że użyjesz kabla trójosiowego, jak opisano powyżej dla wejść zbalansowanych transformatorowo. Alternatywnie można również użyć pojedynczej pary ekranowanych przewodów, przy czym przewód gorący i zimny jest podłączony do pary przewodów. Ekran jest podłączony tylko do pinu 1 po stronie wyjściowej.
Tutaj również komercyjne adaptery ponownie powodują problemy.
2. W pełni zbalansowane wyjście
To w zasadzie dwa wyjścia, z których jedno przenosi odwrotny sygnał drugiego. Normalny sygnał to Hot, a odwrócony sygnał to Cold. Więc różnica jest dwa razy większa od normalnego sygnału.
W przypadku czysto zbalansowanego połączenia ten typ wyjścia jest właściwie najlepszy. Niestety tego typu wyjścia nie da się poprawnie podłączyć do wejścia niezbalansowanego. Pozostaje tylko połączyć masę obudowy wyjścia z masą wejścia niezbalansowanego. Zimne wyjście pozostaje niepodłączone. Nie jest to całkowicie zadowalające, ponieważ uziemienie obudowy nie jest dobrym punktem odniesienia dla sygnału niezbalansowanego.
Jak na ironię, jest tu zaleta, jeśli producent przez pomyłkę umieścił masę sygnału na pinie 1.
Handlowe adaptery, które łączą zimne połączenie z ekranem, są tutaj nawet niebezpieczne, ponieważ zwierają zimne wyjście, co może je uszkodzić, jeśli nie jest odporne na zwarcie.
3. Zbalansowane wyjście sprzężone krzyżowo
Ten obwód próbuje nieco lepiej naśladować zachowanie transformatora. Możesz tutaj podłączyć jedno wyjście do masy, wtedy drugie wyjście po prostu wytwarza dwa razy większe napięcie. Pozwala to uniknąć problemu uszkodzeń opisanego przy w pełni zbalansowanym wyjściu.
Podłączenie do wejścia niezbalansowanego prowadzi tutaj od zimnego do masy, a od gorącego do wejścia sygnałowego. Styk 1 jest ponownie niepodłączony, z wyjątkiem sytuacji, gdy używany jest kabel trójosiowy lub ekranowana para przewodów.
4. Zbalansowane wyjście impedancyjne
Oto tylko zimne wyjście z tym samym impedancja zakończony jak rezystancja wyjściowa gorącego wyjścia. Więc w rzeczywistości nie ma sygnału na zimnym połączeniu. Po podłączeniu do wejścia zbalansowanego dopasowana impedancja oznacza, że szum wpływa jednakowo na ciepło i zimno, więc prawidłowo znoszą się w odbiorniku.
Podłączenie do wejść niezbalansowanych znów jest tutaj niezadowalające. Jedyną opcją jest podłączenie uziemienia podwozia na styku 1 do niesymetrycznego uziemienia, ze wszystkimi jego wadami. W porównaniu z wyjściem w pełni symetrycznym, tutaj przynajmniej nie może dojść do uszkodzenia, jeśli zimno i ekran są ze sobą połączone.
5. Wyjście z kompensacją masy
Tutaj zimne połączenie jest ponownie zakończone, podobnie jak w przypadku wyjścia symetrycznego impedancyjnie. Tutaj również nie ma sygnału na zimnym wyjściu. Jednak napięcie na zimnym styku służy do korygowania napięcia wyjściowego na gorącym bolcu. Innymi słowy, zimne połączenie działa jak linia czujnika, która służy do określenia poziomu odniesienia w odbiorniku, aby otrzymał odpowiedni dla niego sygnał.
Po podłączeniu do wejścia zbalansowanego zachowanie jest takie samo jak w przypadku wyjścia zbalansowanego impedancyjnie. Podłączając do wejścia niesymetrycznego, podłączasz zimno do niezbalansowanej masy, a ciepło do sygnału, tak jak w przypadku wyjścia zbalansowanego transformatorowo.
Widać więc, że nie ma wariantu okablowania, który można zastosować jednakowo dla wszystkich zbalansowanych obwodów wyjściowych, jeśli chcemy podłączyć wejście niezbalansowane. Ten niefortunny stan rzeczy prawdopodobnie w dużym stopniu przyczynił się do tego, że technologia symetryczna nie była jak dotąd w stanie rozpowszechnić się znacząco w sektorze hi-fi. Niektóre firmy, które odważą się zrobić krok, płacą za to większym wysiłkiem w zakresie obsługi klienta.