Was genau ist "ausgeglichenes" Audio und warum ist es nützlich? Ich habe gelesen, dass es bedeutet, dass es zwei Spannungen gibt, wobei eine die Umkehrung der anderen ist. Ein symmetrischer Audioempfänger betrachtet den Unterschied zwischen diesen und nennt dies das "Signal". Rauschen sollte beide Hälften des symmetrischen Signals gleichermaßen beeinflussen, daher sollte der Empfänger Rauschen nicht als Signal sehen, da es den Unterschied zwischen den beiden Hälften nicht verändert.
Das ergibt aber keinen Sinn. Ist ein unsymmetrisches Audiosignal nicht auch ein Unterschied: der Unterschied zwischen Masse und Signalspannung? Warum können wir ein unsymmetrisches Audiosignal nicht einfach in einen symmetrischen Audioempfänger einspeisen und als symmetrisch bezeichnen?
Und wie ändert eine zweite, invertierte Spannung überhaupt etwas? Wenn wir dies nicht tun würden, würde das Rauschen dann nicht beide Hälften gleichermaßen beeinträchtigen und dennoch vom Empfänger zurückgewiesen werden?
Antworten:
FALSCH .
FALSCH .
Beides mag zutreffen, aber es ist auch nicht das, was ausgeglichenes Audio ausmacht . Telefonnetze waren bis vor kurzem völlig analog und hatten nur zwei Drähte pro Stromkreis. Es gab keinen Boden. Es gelang ihnen jedoch, über sehr lange Strecken eine relativ rauschfreie Verbindung aufrechtzuerhalten. Für symmetrisches Audio sind nur zwei Leiter erforderlich.
Ein idealer symmetrischer Audioempfänger ist ein Differenzverstärker. Es misst die Differenz zwischen seinen beiden Eingängen und nennt diese Differenz das Signal. "Ground" ist völlig irrelevant. Ein Eingang muss keine invertierte Kopie des anderen Eingangs sein. Wie könnte es von Bedeutung sein, wenn ein Differenzverstärker nur den Unterschied zwischen seinen beiden Eingängen betrachtet? Wie konnte es wissen, dass ein Eingang "das invertierte Signal" ist?
Warum verbinden Sie dann nicht einfach einen der Eingänge mit Masse? Würde das nicht bedeuten, dass wir unsymmetrisches Audio nur mit einem Differenzverstärker auf der Empfangsseite in symmetrisches Audio umwandeln können?
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Nein, das können wir nicht. Zu verstehen, warum, bedeutet zu verstehen, was ausgewogenes Audio wirklich bedeutet. Es geht nicht um zwei Single-Ended-Audioverbindungen, sondern um eine invertierte. Es geht darum, dass das Signal auf zwei Leitern mit gleicher Impedanz übertragen wird .
Hier ist der Grund: Das Hauptziel bei der Verwendung von symmetrischem Audio ist die Reduzierung des Rauschens. Dieses Rauschen wird durch gegenseitige Induktivität und Kapazität mit anderen Materialien (häufig: Netzkabel) in der Nähe des Audiosignals aufgenommen. Wenn die Gegeninduktivität oder Kapazität zu dieser Rauschquelle für unsere beiden Leiter gleich ist, werden an jedem Leiter gleiche Spannungen und Ströme induziert. Das heißt, ihr Unterschied wird sich nicht ändern . Somit existiert die Rauschquelle aus der Sicht unseres Differenzverstärkers, die nur diesen Unterschied betrachtet, nicht. Erwägen:
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Was ist die Ausgabe hier? Soweit U1 ein idealer Differenzverstärker ist, beträgt der Ausgang genau 0V DC. Ein Teil des Rauschens (von V1) wird über C1 und C2 in die Eingänge eingekoppelt, aber da C1 = C2 und R1 = R2, wird es in beide gleich eingekoppelt und kann somit den Unterschied zwischen den beiden nicht ändern, also nicht beeinflussen den Ausgang des Differenzverstärkers.
Aber was passiert, wenn R1 nicht gleich R2 ist? R1 und C1 bilden jetzt einen anderen Spannungsteiler als R2 und C2, was zu ungleichen Spannungen führt, die in die Eingänge des Verstärkers eingekoppelt werden. Jetzt gibt es einen Unterschied und V1 wird in gewissem Maße in der Ausgabe gefunden. Das gleiche Problem besteht, wenn die Widerstände gleich sind, die Kondensatoren jedoch nicht.
Wenn Sie nur einen der Eingänge ansteuern, ändert sich nichts. Erwägen:
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Hey, das ist nicht ausgeglichen! Aber es ist total ausgeglichen. Das Rauschen sieht immer noch gleiche Impedanzen für jeden der Eingänge. Das Rauschen wird immer noch gleichmäßig in jeden Eingang eingekoppelt, wodurch die Differenz nicht verändert wird. Daher wird es immer noch abgelehnt.
Es gibt zwei Gründe, warum eine typische Audioverbindung wie bei einem iPod oder einem Videorecorder nicht ausgeglichen ist. Das erste ist die Kabelgeometrie. In der Regel werden Koaxialkabel verwendet, deren Abschirmung die Erdung ist und in denen sich ein auf die Erdung bezogenes Signal befindet. Da die Form der Leiter nicht einmal annähernd gleich ist, können sie möglicherweise nicht die gleiche Impedanz für ihre Umgebung haben. In Bezug auf die vorherigen Beispiele sind C1 und C2 nicht gleich.
Die zweite ist, wie diese Leitungen typischerweise angesteuert werden. Sie sehen normalerweise so aus:
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Wenn U1 ein idealer Puffer wäre, wäre dies ausgeglichen. Aber es ist nicht so: U1 ist normalerweise eine Art Operationsverstärker mit einer kleinen Ausgangsimpedanz. Obwohl es klein ist, ist es nicht annähernd so klein wie die direkte Erdverbindung, die von der anderen Hälfte des Kabels gesehen wird. Die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers variiert wahrscheinlich auch erheblich mit der Frequenz.
Eine sehr kostengünstige und sehr effektive Lösung für dieses Problem besteht darin, die Ausgangsimpedanz mit etwas besser steuerbarem wie einem Widerstand einzustellen. Wir können einen Widerstand in der Größenordnung von 100 Ohm in Reihe schalten, ohne das Signal wesentlich zu dämpfen. Eine praktische Implementierung sieht folgendermaßen aus:
Dies ist ein großartiger Artikel von Rod Elliott (ESP) / Uwe Beis . R2 und R3 machen den größten Teil des Abgleichs: Diese Widerstände können gekauft oder getrimmt werden, um sehr gleiche Widerstände zu haben. Da sie erheblich größer als die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers sind, ist die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers relativ unbedeutend.
R4 und C1 dienen dazu, den Operationsverstärker bei höheren Frequenzen weiter unwesentlich zu machen. Echte Operationsverstärker haben eine mit der Frequenz zunehmende Ausgangsimpedanz, die dazu dienen würde, die Schaltung bei hohen Frequenzen aus dem Gleichgewicht zu bringen. Die Ausgangsimpedanz des Operationsverstärkers nimmt jedoch bei höheren Frequenzen ab, wenn R4 und C1 die beiden Hälften gemeinsam überbrücken.
Diese Topologie ist nicht ohne einige Nachteile. Erstens hat es, da es nicht beide Leitungen ansteuern kann, den halben Dynamikbereich im Vergleich zu einem Design, das beide Leitungen ansteuern kann. Zum anderen werden die beiden Signalleitungen mit einer Gleichtaktspannung angesteuert, die der Hälfte des Eingangssignals entspricht. Der Treiber muss daher die Kapazität der beiden Signalleitungen an ihre Umgebung anpassen, wie die Abschirmung in typischen Audiokabeln. Bei moderaten Kabellängen ist dies jedoch unwahrscheinlich.
Der Vorteil ist eine reduzierte Teilezahl. Auch wenn dies an einem TRS-Anschluss liegt, der in einen unsymmetrischen Eingang gesteckt wird, kann nichts Schlimmes passieren, da der Ring, der normalerweise ein "invertiertes Signal" ist, nicht mit einer aktiven Elektronik verbunden ist.
Noch wichtiger ist, dass ein allgemeines Missverständnis darüber, wie ausgeglichenes Audio funktioniert, beseitigt wird.
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Trotz der bereits hier gegebenen Antworten ist die Geschichte noch nicht vollständig.
Ein vollständig ausgeglichenes Audiosignal ist angeschlossen
und jeder Teil muss separat betrachtet werden.
Einige der bisher beschriebenen Schaltungen funktionieren unter bestimmten Umständen miteinander, aber die meisten bestehen den einen oder anderen Test nicht.
Symmetrisches Kabel.
Ein symmetrisches Kabel hat zwei Leiter ("Beine") mit gleicher Impedanz und gleicher Exposition gegenüber äußeren Feldern, was normalerweise durch Verdrillen der beiden Leiter erreicht wird. Gelegentlich ist jedes Bein für sich ein Paar, so dass 4 Leiter in Stern-Vierfach-Konfiguration verschachtelt und fest verdrillt sind.
Die gleiche Exposition gegenüber externen Feldern bedeutet, dass jede elektrostatische Kopplung von einer Störquelle in das Kabel an jedem Zweig die gleiche Spannung erzeugt und jede magnetische Kopplung den gleichen Strom in jeden Zweig einspeist.
Eine Erdungsverbindung ist für ein symmetrisches Signal nicht erforderlich, obwohl ein Bildschirm Störungen durch externe Signale sowie Störstrahlungen auf andere Signale reduzieren kann. Wenn ein Schirm vorhanden ist, wird er oft nur an einem Ende angeschlossen, um Erdschleifen zu beseitigen. Auf der Systemebene besteht im Allgemeinen an jedem Ende des Signals eine Erdungsverbindung zum Gerät, die jedoch auf 2, 50 oder mehrere hundert symmetrische Signale aufgeteilt werden kann.
Symmetrischer Empfänger.
Der symmetrische Empfänger ist nicht nur ein Differenzverstärker. Außerdem muss die Erdungsimpedanz von jedem Bein gleich bleiben.
Der Differenzverstärker sorgt dafür, dass sich an beiden Zweigen ankommende Störspannungen gegenseitig aufheben (dh Gleichtaktverstärkung = 0). Dies schließt nicht nur jegliche Störung, sondern auch jegliche Differenz zwischen den "Masse" -Potentialen an jedem Ende ein.
Die gleichen Impedanzen an jedem Zweig stellen sicher, dass alle an beiden Zweigen eingespeisten Störströme an jedem Zweig die gleiche Spannung entwickeln , die dann vom Differenzverstärker zurückgewiesen werden kann. Ein einfacher Differenzverstärker wird diesen Test nicht bestehen.
Ausgeglichener Fahrer.
Der ausgewogene Fahrer hat drei Aufgaben:
1) "Balanced" -Ausgänge, die ein Bein antreiben, aber durch Antreiben von 0 V auf das andere betrügen, bestehen den ersten Test nicht: Die Gleichtakt-Ausgangsspannung ist die Hälfte des ursprünglichen Signals; Dadurch werden alle anderen auf benachbarten Paaren übertragenen Signale gestört! Nicht etwas, was Sie in einem 50-Paar-Kabel der Länge von Broadcasting House wollen! (und das ist mir ein Begriff ...) Ein guter symmetrischer Ausgang minimiert Störungen mit anderen Signalen und bewahrt die Integrität des eigenen Signals.
Wenn die anderen Paare gut symmetrierte Signale sind, ist die Interferenz möglicherweise nicht so schwerwiegend, wie es der Gleichtakt sein sollte, aber der springende Punkt ist, die Signalverschlechterung so weit wie möglich zu reduzieren.
Diese sogenannten "ausgewogenen" Treiber haben Anwendungen in High-End-Audio- oder kleinen Aufnahmestudios. Sie sind also in der Nähe, aber seien Sie gewarnt.
2) Die gleiche Impedanz gegen Erde an jedem Zweig ist wichtig, wie bei Empfängern, um induzierte Gleichtaktströme in Gleichtaktspannung umzuwandeln.
3) Das Übertragen einer Störspannung auf einen Zweig auf den anderen erzeugt eine Gleichtaktspannung aus einer anderen Differenzspannung (dh eine Störung, die einen Zweig mehr als den anderen beeinflusst), wodurch die Unterdrückung am Empfänger verbessert wird. Ein einfacher Differentialtreiber wird diesen Test nicht bestehen. Es hat auch das Merkmal, dass, wenn ein Zweig mit Masse kurzgeschlossen wird, sich die Amplitude auf dem anderen Zweig verdoppelt, wodurch die Differenzspannung (das Nutzsignal) nicht beeinflusst wird. Ein Differentialtreiber * wird diesen Test wirklich nicht bestehen ...
Bei richtig ausgeglichenen Audiosignalen ist es für Rundfunkingenieure bekannt, ein Gleichtaktsignal in ein ausgeglichenes Signal und dessen Komplement in ein zweites zu injizieren. Auf diese Weise entsteht ein dritter "Phantomkreis", der keines seiner Opfer stört ...
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Das Problem ist, wie Sie sagen, dass in einem symmetrischen Signal der tatsächliche Signalwert die Differenz zwischen zwei entgegengesetzt angesteuerten Signalen ist. Bei einem Single-Ended-Signal gibt es immer noch einen Unterschied, aber der Unterschied bezieht sich auf die Masse, die auch für alle anderen Arten von Signalen als Referenz dient.
Wenn Sie ein vollständig potentialfreies Gerät hatten, wie einen Lautsprecher mit einem in die Box eingebauten batteriebetriebenen Verstärker, gibt es keinen Unterschied zwischen einem symmetrischen und einem unsymmetrischen Signal. Beide liefern zwei Drähte, und das gewünschte Signal ist der Unterschied zwischen ihnen.
Es gibt jedoch selten Empfangsgeräte, die wirklich mit einer beliebigen Spannung schweben können. Das Problem ist, dass es bei einem bodenbezogenen Signal praktisch so gut wie unmöglich ist, beide Leitungen gleich zu behandeln. Externes Rauschen koppelt nicht dasselbe auf eine Signalleitung wie auf eine Leitung, die von Teilen des Systems als Erdung verwendet wird. Dies liegt zum Teil daran, dass Masse als Referenz für die meisten Signale verwendet wird und sich daher per Definition nicht ändert.
Selbst im Beispiel des schwimmenden batteriebetriebenen Lautsprecherverstärkers müsste darauf geachtet werden, die beiden Eingangsleitungen nicht unterschiedlich zu behandeln. Das ist schwieriger als es scheint. Wenn Sie beispielsweise eine der Leitungen mit Ihrer lokalen Erdung verbinden und diese mit dem Gehäuse oder der Erdungsebene Ihres Stromkreises verbunden ist, werden externe Störungen leichter in dieses Signal eingekoppelt, da sie nach außen eine höhere Kapazität aufweisen. Da der Verstärker dies als Referenz verwendet, kann er das Rauschen auf der Masseleitung nicht sehen, aber die ungleiche Aufnahme des Rauschens durch die beiden Leitungen wird als Differenzsignal angezeigt, das erkannt und verstärkt wird.
Insgesamt geht es also nicht nur darum, das Signal als Unterschied zwischen zwei Zeilen zu codieren. Wie Sie sagen, ist das sowieso immer der Fall. Es geht darum, das System so einzurichten, dass diese beiden Leitungen gleich behandelt werden können und dadurch das gleiche Rauschen von der Außenwelt aufgenommen wird. Indem das Signal dann gleich, aber mit entgegengesetzter Polarität auf beiden Leitungen codiert wird, kann der Empfänger die Differenz aufnehmen, wodurch theoretisch jedes von beiden Leitungen gleichermaßen aufgenommene Rauschen ausgeglichen wird.
Ein "ausgeglichenes" Audiosignal besteht daher aus drei Leitungen. Die zwei Signalleitungen mit gleicher Impedanz, gleicher Behandlung im Kabel und entgegengesetzter Ansteuerung des Signals und eine separate Masseleitung, die die 0-Referenz für alles ist. Bei einem hochwertigen symmetrischen Audiokabel sind die beiden Signalleitungen paarweise verdrillt und von einer mit Masse verbundenen Abschirmung umgeben. Die Abschirmung blockiert den kapazitiven Aufnehmer von außen und durch Verdrillen der beiden Signalleitungen wird eine Kopplung nach außen erreicht, die über relativ kurze Entfernungen gleich ist.
Als Antwort auf einige der Kommentare hinzugefügt:
Erstens vermittelt es den falschen Eindruck, dass eine der Differentialleitungen "heiß" und die andere "kalt" ist. Beide tragen gleichermaßen ein Signal, nur dass diese Signale voneinander invertiert sind. Heiß und Kalt sind daher schlechte Namen, die entweder ein Missverständnis aufweisen oder andere dazu führen können.
Zweitens haben die Signalleitungen und die Masse NICHT die gleiche Impedanz. Das ist das Problem. Aufgrund des Impedanzungleichgewichts nimmt eine Leitung mehr externes Rauschen auf als die andere. Genau dies wird unterstrichen, indem dies als "ausgeglichen" bezeichnet wird, was als "differentiell" bezeichnet wird. Mit dem 3-Leitungssystem können Sie beide Signalleitungen gleich und mit einer angemessenen Impedanz für ein Signal haben, während Sie immer noch eine Erdreferenz haben.
Sie müssen davon ausgehen, dass Rauschen in jedes Signal eingekoppelt wird . Ausgeglichenes Audio hat eine gute Störfestigkeit aufgrund zweier Eigenschaften: Beide Signalleitungen werden gleich behandelt, sodass beide dasselbe Rauschen aufnehmen und die Signale entgegengesetzt sind. Wenn der Empfänger die Differenz erfasst, wird das Rauschen aufgehoben und nur das Signal bleibt übrig. In einem Single-Ended-System sind beide Leitungen NICHT gleich, so dass eine Störung anders als die andere aufnimmt. Der Unterschied zwischen Masse und Signalleitung wird dann diesen Unterschied in der Rauschaufnahme einschließen.
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Ich werde Bilder aus diesem Tutorial verwenden
Die symmetrischen Audiokabel übertragen dasselbe Signal mit einem Unterschied von 180 Grad.
Wenn Rauschen in das Kabel eingeführt wird, wird es sowohl dem ursprünglichen als auch dem invertierten Signal gleichermaßen zugeführt, da beide die gleiche Impedanz haben. Der Empfänger invertiert dann eines der Signale und das Ergebnis sind zwei gleichphasige Signale, die das Originalaudio enthalten, und zwei Rauschsignale mit einem Unterschied von 180 Grad. Wenn diese Signale summiert werden, ist das Ergebnis das reine Audiosignal, bei dem das Rauschen entfernt (aufgehoben) ist.
Wenn Sie ein unsymmetrisches Kabel zum Übertragen des Signals verwenden, überträgt ein Kabel das Signal und das andere Kabel die Masse selbst, sodass Sie nicht den gleichen Vorgang wie bei den symmetrischen Signalen ausführen können, um das Rauschen zu beseitigen.
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Symmetrisches Audio bezieht sich auf die Übertragung von Audiodaten als elektrisches Signal über eine symmetrische Leitung. Normalerweise ist das elektrische Signal ein analoges, aber es gibt einige Standards für die digitale Audioübertragung über eine symmetrische Leitung (z. B. AES-EBU ).
Im Wesentlichen ja. Genau genommen wird davon ausgegangen, dass die Differenz proportional zum ursprünglichen Signal ist.
Sehr ähnlich, ja.
Im Wesentlichen ja.
Ja tut es. Es ist sehr effektiv und weit verbreitet.
Nicht alle Audiosignale werden in Bezug auf Masse übertragen, aber in Fällen, in denen dies der Fall ist, lautet die Antwort "Ja".
Sie könnten, aber es wäre nicht ausgeglichen.
Ihr Kabel mit dem "unsymmetrischen" Audiosignal verfügt über einen oder zwei Leiter:
Hier sind die beiden häufigsten Möglichkeiten und ihre Ergebnisse:
Ihr symmetrischer Audio-Sender und -Empfänger hat dagegen jeweils drei Leiter:
Wenn Sie das Signal Ihrer "unsymmetrischen" Leitung an den Hot-Pin Ihres Empfängers anschließen, ist der Effekt genauso wie in Fall 1. oder 2. oben, und die Amplitude Ihres Signals kann abhängig von der Schaltung des Empfängers beeinflusst werden. Wenn Sie es stattdessen mit dem kalten Stift verbinden, dann wird der Effekt genauso wie für Fall 1. oder 2. oben, plus das Signal der Amplitude kann betroffen auf die Empfängerschaltung abhängig sein und Sie werden die Phase des Signals invertieren.
Es ist ziemlich wichtig, dass diese zweite Spannung von einem oder mehreren Leitern mit so geringen Abmessungen und Impedanz und Position zu dem einen oder den mehreren Leitern geleitet wird, die die nicht invertierte Spannung führen. Aus diesem Grund verwenden die meisten symmetrischen Audiokabel ein verdrilltes Adernpaar , häufig mit etwas Verpackungsmaterial (Baumwollfaden; feine Kunststoffschläuche usw.), um ein Trennen des Paars zu verhindern. Hier ist eine Illustration aus Canford :
Einige symmetrische Audiokabel wie StarQuad verwenden ein Paar Twisted-Pair- Kabel : zwei Adern für heiß und zwei für kalt.
Indem ein Pfad für das Kaltsignal erstellt wird, dessen Impedanz, Abmessungen und Position dem Pfad für das Warnsignal sehr nahe kommen, wird der Unterschied zwischen dem im Warnsignal induzierten Rauschen und dem im Kaltsignal induzierten Rauschen minimiert und ein sehr hohes Ergebnis erzielt Zurückweisung dieses Geräusches.
Nein; oder zumindest nicht im gleichen Maße.
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Sie brauchen weder einen Bildschirm noch ein drittes Kabel, um Audio-Balance zu haben - ich dachte, ich würde nur meine Meinung einbringen und dem zustimmen, was Phil meiner Meinung nach ablehnt. Was ich unten gezeichnet habe, ist, wie ich eine ausgeglichene Situation wahrnehme (Szenario 3):
Ein weiterer Vorteil von Szenario 3 besteht darin, dass externe Störgeräuschquellen auf der Leitung "ausgeglichen" werden, da der Differenzialtreiber eine Impedanz "projiziert", die auf beiden Leitungen weitgehend identisch ist, dh an jedem Punkt des Kabels projizieren beide Drähte die gleiche Impedanz gegen Erde lokal oder andernfalls.
Verdrehen und Screenen ist meiner Meinung nach überflüssig, hilft aber, wie wir wissen, sehr !!
Ich sage nicht, dass Szenario 3 Ausgangsleitungen gegenphasig angesteuert hat, aber da der Treiber über alle Schaltkreise verfügt, um einen ausgeglichenen "neutralen" Ausgang zu erzeugen, ist es aus Signal- / Rauschsicht sinnvoll, beide Leitungen anzusteuern gegenphasig.
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