Professionella ljudsystem är vanligtvis byggda med symmetrisk överföringsteknik, medan HiFi-System är asymmetriskt kopplade. Vad är det, vad är skillnaden, varför finns det två olika system och vad händer när man kombinerar dem?
Först lite grundläggande elektronik:
Ström flyter alltid i en cirkel, varför den kallas en elektrisk krets. Så om du har en elektrisk Signal Om du vill överföra data från A till B behöver du två rader: en framåt- och en returlinje. Detta gäller även växelström. Även om riktningen för strömflödet ändras konstant, måste strömmen som flyter i en av de två ledningarna hela tiden flyta tillbaka i den andra.
Informationen kan finnas i strömmen på olika sätt. I det enklaste fallet kan det finnas i strömmen eller i spänningen. Det finns också mer komplicerade fall, t.ex. B. informationen om en bärvågsfrekvens vara modulerad. Detta är t.ex. Så är det till exempel med TV-kabeln. Det borde inte intressera oss här. Det vanligaste fallet med ljudsignaler är att informationen finns i spänningen.
Om du vill överföra en spänning gör du källan till lågimpedans och destinationen högimpedans. På så sätt kommer signalen fram med minsta förlust. (För övrigt är det precis tvärtom när det gäller elöverföring.) Till exempel är utgångsresistansen för en hi-fi-enhet vanligtvis långt under 100 ohm, medan ingångsresistansen är 10 kOhm eller mer.
Ingångsresistansen ligger mellan framledaren och returledaren. Eventuella kabel- och stickmotstånd som alltid finns är seriekopplade, och så länge de är väldigt små jämfört med 10kOhm spelar de praktiskt taget ingen roll. Det är åtminstone teorin.
Med symmetrisk transmission har varje utgående ledare sin egen returledare, så de två ledningarna uppträder alltid i par och är ofta till och med tvinnade ihop. Detta säkerställer att eventuella störningar från radiosignaler eller magnetfält har praktiskt taget samma effekt på båda ledningarna. Den användbara signalen erhålls i mottagaren genom att bestämma spänningsskillnaden mellan de två ledningarna, och med denna subtraktion elimineras en störsignal, som finns på båda ledningarna på samma sätt, igen. Den symmetriska transmissionen är därför ganska immun mot störningar.
Så för symmetrisk överföring behöver vi två ledningar per signal och en subtraktor i mottagaren för att bestämma spänningsskillnaden mellan dem.
Vid asymmetrisk transmission försöker man däremot spara. Om du vill sända flera signaler samtidigt kan du använda en gemensam returledning för alla signaler och på så sätt spara ledningar. Om du ansluter denna returledning till den interna referenspotentialen (den så kallade signaljorden) i varje enhet, kan du spara på subtraktorn, eftersom den användbara signalen redan finns på den högra nivå är besläktad.
Det finns dock ett problem med detta. Detta system kräver nu att de interna referenspotentialerna är desamma i varje enhet. Varje skillnad skulle uppträda i mottagaren som om den var överlagrad på den användbara signalen och omöjlig att skilja från den. Med ett asymmetriskt anslutet system måste du se till att det inte finns några signifikanta skillnader i nivån på signaljorden för alla inblandade enheter. Jordanslutningen måste vara så lågimpedans som möjligt, medan de enskilda matningsledningarna inte är lika känsliga i detta avseende. Att uppnå detta kan vara svårare än du tror.
Man skulle kanske kunna tro att potentialernas likhet kan fastställas helt enkelt genom att koppla signaljordarna med varandra med en kabel. Men varje kabel har en Resistenseftersom det inte finns några supraledare i rumstemperatur (ännu). Pluggar har kontaktmotstånd, speciellt de billiga, och detta ökar med tiden på grund av korrosion. Och även om inget av det skulle vara fallet, finns det fortfarande linjeinduktansen som orsakar en impedans. Med ett ord, ju längre linjen är, desto mindre chans har man att uppnå jämlikhet på marknivå.
Obalanserad transmission är därför i första hand ett alternativ när kabellängderna är korta och när du letar efter den mest kostnadseffektiva lösningen. Det är precis de krav som man hittar inom hi-fi-tekniken. Där har man sparat var sista tiondel av öre och de inblandade enheterna finns oftast på samma plats.
Olika regler gäller inom professionell ljudteknik. Där har man att göra med större och mer omfattande system, där det från början inte finns något hopp om att man kan säkerställa balanserade marknivåer. Så symmetrisk transmission används där det inte krävs. Det extrema exemplet på detta är den analoga telefontekniken, som har fungerat symmetriskt i flera år. Det handlar om avstånd på många kilometer. Du skulle inte ha en chans med asymmetrisk teknik. Störningarna som orsakas av olika marknivåer skulle vara många gånger högre än den användbara signalen.
För 50 år sedan bestod ett hi-fi-system av en skivspelare och en radio med Förstärkare passerade, ofta inbyggd i samma kista och ansluten till samma uttag. I ett sådant fall är det lite att frukta med asymmetriska kablar. Nuförtiden är dock hi-fi-systemen ofta mer omfattande. Det kommer att finnas tv-apparater, dvd-Spelare, datorer och set-top-boxar som är ihopproppade och kablar kan löpa i hela hemmet. Eftersom antennledningen också är obalanserad sträcker sig jordledningarna faktiskt utanför antennsystemet. Dessutom har z. B. i datorer är signaljorden ansluten till skyddsledaren. Detta innebär att skyddsjorden även påverkar referensnivån. I ett så vitt förgrenat masssystem flyter nästan alltid några lösdrivna strömmar omkring, t.ex. B. de som genereras av induktionseffekten. I ett obalanserat system är det mycket svårt att hålla dessa störströmmar borta från den användbara signalen.
I det idealiska balanserade systemet är jordledningarna skild från signalledningarna. På så sätt är strömmar som flyter i jordledningarna irrelevanta. Den balanserade anslutningen mellan två enheter består av tre ledningar: matning, retur och jord. Jordanslutningen utförs som avskärmning av för att skydda de interna signallinjerna från utstrålade radiosignaler. I grund och botten kan kabelns skärmning ses som en fortsättning på enhetens metallhölje. Av denna anledning är jordledaren (skärmen) i kabeln också ansluten till husjorden för de anslutna enheterna, på kortast möjliga väg, så att HF-störningar inte ens kan komma in.
Om det inte var för avskärmning av RF-signaler, så skulle skärmen och jordanslutningen vara helt onödiga. Det spelar ingen roll i själva signalöverföringen. Av denna anledning är det också fel att ansluta jordledningen i kabeln till enhetens signaljord med balanserade anslutningar. Signaljorden spelar bara en roll som referenspunkt inom en enhet, den krävs inte externt. Varje anslutning till utsidan erbjuder endast en gateway för störningssignaler. Inuti enheten är dock signaljorden ansluten till chassits jord vid en enda punkt. Detta har sin anledning i (o-)känslighet till insprängda radiosignaler.
Det är särskilt intressant nu om du vill ansluta symmetriska med asymmetriska enheter, eller om du vill byta till symmetriska under tiden när du ansluter asymmetriska enheter för att undvika jordproblem (t.ex. jordslingor). Det är här detaljdjävulen ofta slår till, eftersom de olika masstyperna inte är tydligt åtskilda. På grund av en olycklig jordanslutning kan du förlora den fullständiga fördelen med den symmetriska tekniken. Så du måste använda hjärnor här. Den symmetriska tekniken har till och med dåligt rykte hos vissa, just för att det är lätt att göra sådana misstag. Sådana misstag görs för övrigt också med glädje av enhetstillverkare, som faktiskt borde veta bättre. Så du kan hitta z. B. Många enheter där jord på en kontakt för balanserade signaler inte är ansluten till chassitjord utan till signaljord, tvärtemot vad jag skrev ovan.
Så hur kombinerar man symmetriskt med asymmetriskt om det någonsin skulle bli nödvändigt?
Det enklaste sättet att göra detta är med transformatorer. Alla fyra kombinationerna Unsym->Unsym, Unsym->Sym, Sym->Unsym, Sym->Sym kan lösas med en transformator (även samma transformator). Han behöver ingen egen strömförsörjning och han klarar flera hundra Volt Spänningsskillnad mellan de två sidorna. Det skulle vara idealiskt om det inte fanns några nackdelar också: en transformator har ökande harmonisk distorsion vid låga frekvenser, och det är oundvikligen dyrt att motverka det. Med ett ord: Bra transformatorer kostar mycket pengar. Dessutom har de en avsevärd vikt och Volumen, åtminstone jämfört med andra elektroniska komponenter (t.ex. transistorer). Som dock 250 euro för en cinch- Tycker att kabeln är ett fynd och inte behöver rycka till till priset av en bra transformator.
Tyvärr kan kvaliteten på en transformator inte alltid kännas igen från publicerade data. Det är särskilt intressant hur snedvridningsfaktor beter sig vid låga frekvenser. En indikation på distorsionsfaktorn vid 1kHz säger lite. Transformatorn bör också vara väl avskärmad, t.ex. B. av en mu-metallhatt.
Transformatorer erbjuds normalt som en komponent för installation i enheter. Detta är naturligtvis ganska ointressant för den normala användaren. Konstruktioner som kan kopplas in i en kabelanslutning är mer lämpliga. Exempel är Monacor FGA-40, eller den mycket bättre och dyrare Lundahl LL6810-phmphm. Båda har den cinchplugg som är vanlig i hi-fi, så att de kan användas speciellt för anslutningen Unsym->Unsym, dvs för att separera jordslingor. Monacor-modellen är Stereo, Lundahl mono, så du behöver två av de senare för stereo.
Om man av en eller annan anledning inte vill använda en transformator så fläktar möjligheterna tyvärr ut i ett antal fall så att man måste studera problemet lite närmare.
Svårigheterna har att göra med att det finns olika sätt att tekniskt realisera en symmetrisk input eller output. Beroende på vilken av dessa varianter som finns i det specifika fallet måste kopplingen mellan de symmetriska och asymmetriska enheterna vara olika. Det är därför nödvändigt att känna till några av de tekniska detaljerna för de inblandade enheterna, det räcker inte att bara specificera symmetrisk/osymmetrisk. Så jag måste gå lite djupare för att beskriva det korrekt.
Först till kontakterna som används
Kontakten som används inom det professionella området för symmetriska signaler är XLR-Plugg. Standard stifttilldelningen är 1:hus jord/skärm 2:varm(plus) 3:kall(minus). 6,35 mm stereojackkontakt används också, även om den bara används här för en monosignal. Här är pinout-tipset: Hot Ring:Cold Sleeve:Ground.
Tyvärr, speciellt med XLR, finns det ett antal enheter som använder olika uppdrag. Det är den första orsaken till problem. Kommer ofta att öppna nål 1 är inte bostadsmarken, utan signaljorden, som jag redan har kritiserat ovan. Detta problem gäller även jackkontakten. Dessutom byter XLR ibland varmt och kallt.
Termerna varmt och kallt ska förstås på följande sätt: Varmt är den "normala" signalen, d.v.s. ledningen så att säga. Kyla är därför returlinjen. Beteckningarna + (plus) och - (minus) används också, men det är lite förvirrande, eftersom vi har att göra med växelspänningar som kan vara positiva jämfört med jord eller varandra och negativa igen lite senare. Jag kommer därför att hålla mig till termerna varmt och kallt.
Först och främst antar vi att anslutningarna till enheterna är korrekt anslutna. Problemen som uppstår när tillverkarna har gjort fel kommer att diskuteras senare.
En Sym–>Sym-anslutning är mycket enkel. Du ansluter helt enkelt varmt till varmt, kallt till kallt och kabelskärmen i båda ändar till stift 1 (på XLR). Ledningarna för Varmt och Kallt ska tvinnas ihop i kabeln. En kabel konfigurerad på detta sätt ger det bästa resultatet. Båda enheternas husjordar är anslutna till varandra via kabelskärmen så att störströmmar flyter genom huset och inte tränger in i enhetens inre. Denna anslutning gäller alla varianter av symmetriska in- och utgångskretsar i de inblandade enheterna.
Om en av enheterna (eller till och med båda) gör misstaget att ansluta signaljorden till stift 1 istället för husets jord, kan störströmmar penetrera enheten och bli märkbara i den användbara signalen. I detta fall kan det bli nödvändigt att koppla bort skärmen i ena änden av kabeln, eller en eventuellt befintlig marklyftsbrytare (med denna kan kopplingen mellan enhetens skyddsledaranslutning och signaljorden i enheten separeras. Detta gör det möjligt att eliminera brumslingan som ska tas bort. Man accepterar dock att känsligheten för radiostörningar ökar). Detta kan dock göra anslutningen mer känslig för RF-störningar. Ett annat knep är att bara ansluta kabelskärmen till metallkontakthuset, men inte till stift 1. Med lite tur kopplas apparatuttagets metallhölje till apparathuset, vilket gör att du har anslutningen till bostadsområde igen. Kanske kan du till och med rätta till fel ledningar i enheten, men självklart måste du följa garantivillkoren.
Det blir ännu mer komplicerat med kopplingar mellan balanserade och obalanserade enheter. För detta måste jag förklara de enskilda kretsvarianterna. Först ingångarna:
1. Transformator balanserad ingång
En transformator används internt. Transformator och sändare är faktiskt samma sak; på engelska t.ex. B. Det finns bara ett ord för det: Transformator. Här kopplas Varmt och Kallt till transformatorns primärlindning.
Om du vill ansluta en obalanserad utgång till denna ingång, anslut helt enkelt den obalanserade jordningen till kylanAnslutning och signalen med den heta kontakten. Pin 1 förblir oanvänd.
En elegantare variant (bättre HF-skärmning) är möjlig vid användning av en något dyrare triaxialkabel: Här kan du koppla den yttre skärmningen till stift 1 vid ingången. På den obalanserade utgångssidan förblir den oansluten. Den inre skärmen förbinder obalanserad jord med kyla.
Kommersiellt tillgängliga adapterpluggar mellan cinch och XLR är felaktigt anslutna för detta ändamål eftersom de ansluter den obalanserade jordningen till husets jord på den symmetriska enheten och till kyla. Detta skapar en jordförbindelse som kan leda till jordslingor. Det vore bättre om tillverkarna av sådana adapter skulle installera minst en marklyftsbrytare med vilken anslutningen till chassits jord kan avbrytas.
2. Ingång med differentialförstärkare
Denna billigare och därför vanligare variant använder en elektronisk differentialförstärkare. Det finns några kretsvarianter som inte behöver intressera oss här eftersom skillnaderna inte har någon inverkan på kabeldragningen. Denna differentialförstärkare "beräknar" spänningsskillnaden mellan varmt och kallt, vilket eliminerar en störsignal som uppstår på varmt och kallt samtidigt. Det avgörande kännetecknet för differentialförstärkaren för detta är common-mode-förkastningen. En hög common-mode avvisning innebär en hög okänslighet för störningssignaler.
Detsamma gäller för att ansluta en obalanserad utgång till denna ingång som för den transformatorbalanserade ingången. Här kompenseras skillnaden mellan marknivåerna för båda enheterna av differentialförstärkarens common mode-avvisning. Distorsionsvärdena för en differentialförstärkare kan också vara bättre än för en transformator, speciellt vid låga frekvenser.
Med denna ingång kan skillnaden mellan jordpotentialerna för båda enheterna bara vara några få volt, medan med transformatorbalanserade ingångar kan skillnaden vara hundratals volt utan att orsaka några problem. I de allra flesta fall har man dock att göra med skillnader på mindre än en volt, så en differentialförstärkare är ett alternativ.
Nu till utgångskretsarna.
1. Transformator balanserad utgång
En transformator är inbyggd analogt med ingången. I det här fallet är Hot och Cold anslutna till transformatorns sekundärlindning.
Om detta ska användas för att driva en obalanserad ingång, anslut sedan Cold till den obalanserade jorden och Hot till signalingången. Skärmanslutningen (stift 1) förblir oansluten, såvida du inte använder en triaxialkabel, enligt beskrivningen ovan för transformatorbalanserade ingångar. Alternativt kan du också använda ett enda skärmat ledningspar, med varmt och kallt anslutna till ledningsparet. Skärmen är endast ansluten till stift 1 på utgångssidan.
Även här orsakar kommersiella adaptrar problem igen.
2. Fullt balanserad utgång
Det är i princip två utgångar, den ena bär den andras inversa signal. Den normala signalen är på varm och den inverterade signalen är på kall. Så skillnaden är två gånger den normala signalen.
För en rent balanserad anslutning är den här typen av utgång faktiskt den bästa. Tyvärr kan denna typ av utgång inte korrekt kopplas till en obalanserad ingång. Det återstår bara att ansluta utgångens chassijord till den obalanserade ingångens jord. Den kalla utgången förblir oansluten. Detta är inte helt tillfredsställande eftersom chassijord inte är en bra signalreferens för en obalanserad signal.
Ironiskt nog finns det en fördel här om tillverkaren av misstag satte signalen på stift 1.
Kommersiella adaptrar som kopplar kallanslutningen till skärmen är till och med farliga här eftersom de kortsluter kallutgången, vilket kan skada den om den inte är kortslutningssäker.
3. Korskopplad balanserad utgång
Denna krets försöker efterlikna beteendet hos en transformator lite bättre. Du kan ansluta en utgång till jord här, då producerar den andra utgången helt enkelt dubbelt så mycket spänning. Detta undviker problemet med skador som beskrivs med den fullt balanserade utgången.
Anslutningen till en obalanserad ingång går här från kall till jord och från varm till signalingången. Stift 1 är återigen oanslutet, förutom när du använder triaxialkabel eller skärmad partråd.
4. Impedansbalanserad utgång
Här är bara den kalla utgången med samma impedans avslutas som utgångsresistansen för den heta utgången. Så det finns faktiskt ingen signal vid kallanslutningen. När den är ansluten till en balanserad ingång betyder den matchade impedansen att brus påverkar det varma och kalla lika, så att de korrekt tar ut vid mottagaren.
En anslutning till obalanserade ingångar är återigen otillfredsställande här. Det enda alternativet är att ansluta chassijorden vid stift 1 till den obalanserade jorden, med alla de nackdelar som detta har. Jämfört med en helt symmetrisk utgång kan åtminstone inga skador uppstå här om kyla och skärm kopplas samman.
5. Masskompenserad uteffekt
Här avslutas återigen kallanslutningen, som med den impedanssymmetriska utgången. Inte heller här finns det någon signal vid kallutgången. Spänningen vid det kalla stiftet används dock för att korrigera utspänningen vid det heta stiftet. Den kalla anslutningen fungerar med andra ord som en sensorledning, som används för att bestämma referensnivån vid mottagaren så att den får rätt signal för den.
När den är ansluten till en balanserad ingång är beteendet detsamma som med den impedansbalanserade utgången. Vid anslutning till en obalanserad ingång ansluter man Cold till den obalanserade jorden och Hot till signalen, som med den transformatorbalanserade utgången.
Så man kan se att det inte finns någon kabelvariant som kan användas lika för alla balanserade utgångskretsar om man vill koppla in en obalanserad ingång. Detta olyckliga tillstånd har sannolikt bidragit mycket till att symmetrisk teknik hittills inte har kunnat spridas nämnvärt i hifi-sektorn. Vissa företag som vågar ta steget betalar för det med en högre insats för kundsupport.