https://vk.com/@studioday_official-kak-rabotaet-balansnyi-signal-v-audio-apparature
Пост с форума SOS: Не могли бы вы объяснить, зачем в аудио аппаратуре используются балансные сигналы, и как они работают? Сигналы со сбалансированным сопротивлением - это то же самое? Если нет, то какие преимущества или недостатки они имеют?
Отвечает технический редактор SOS Хью Робджонс: Сбалансированная аудиосистема (это вся система «выход-вход», а не только кабель) в основном используется для минимизации нежелательных внешних помех, проникающих в аудиоцепь, но она также имеет преимущество - в ней нет заземления, под которым я подразумеваю, что аудиосигналы, проходящие через него, не связаны с заземлением системы, это и помогает избежать проблем с шумом контура заземления.
Балансный интерфейс состоит из двух сигнальных проводов и, как правило, общего (заземленного) экрана, хотя последнее технически не обязательно. Балансный входной ресивер, будь он в форме трансформатора или активной электроники, работает «дифференциально». Это просто означает, что напряжение сигнала на одной входной «ноге» вычитается из напряжения на другой. Если напряжения сигналов одинаковы на обеих «ногах» (то, что мы называем «синфазным сигналом»), они компенсируют друг друга, так что синфазный сигнал отклоняется. И наоборот, разница в напряжении между двумя «ногами» спокойно будет проходить. Для того, чтобы интерфейс работал должным образом, нужный аудио сигнал должен быть отправлен в виде дифференциального сигнала, а нежелательные помехи должны быть синфазными.
Во многих объяснениях балансного подключения ошибочно утверждается, что он должен использовать симметричные и инвертированные аудиосигналы на двух проводах.
Чтобы действовать как синфазный сигнал, внешние помехи должны генерировать одинаковые напряжения на обоих соединительных проводах, а для этого две линии должны иметь точно одинаковые импедансы относительно земли. Вот что делает интерфейс «сбалансированным»: важен баланс импеданса. Во многих объяснениях сбалансированного интерфейса ошибочно утверждается, что на двух проводах должны быть симметричные и инвертированные аудиосигналы, но на самом деле полезный сигнал просто должен быть представлен дифференциально (разные сигналы на каждом проводе), и есть несколько одинаково допустимых способов достижения этого.
Возможно, наиболее распространенным подходом является разделение напряжения входного сигнала (V) для отправки половины по одному проводу и половины по другому, но с обратной полярностью последнего: классический симметрично-инвертированный формат. Математически это V/2 на одном проводе и -V/2 на другом. При вычитании на дифференциальном приемнике (балансный вход) выходной сигнал равен: V/2‑(‑V/2). Упрощая это уравнение, вы получаете (V+V)/2 = 2V/2 = V. Другими словами, вы получаете именно то, что вложили! Однако любые помехи будут отображаться как +U на обоих проводах, а поскольку +U‑U = 0, помехи вообще не появляются на выходе. Ура!
Другой подход, известный как формат «сбалансированного импеданса», отправляет весь входной сигнал на один провод и ничего на другой (по сути, он просто заземлен). Для этого метода у нас есть V на одном проводе и ноль на другом, поэтому приемник получает (V-0) = V. Опять же, вы получаете именно то, что ввели, и помехи по-прежнему отбрасываются (поскольку U-U= 0).
Итак, если оба подхода дают один и тот же результат, зачем нужны два формата? Импеданс-балансные выходы дешевле в реализации и обладают полезным преимуществом полной совместимости как с балансными, так и с небалансными выходами, поэтому они популярны в полупрофессиональном оборудовании. Однако в профессиональных приложениях симметрично-инвертированный формат сигнала предлагает другие преимущества.
С другой стороны, выход со сбалансированным импедансом имеет только одну активную линию, в то время как другая просто заземлена, как правило, через резистор, значение которого выбирается в соответствии с номинальным выходным импедансом активного драйвера. Однако импеданс выходного драйвера может меняться в зависимости от частоты, особенно на радиочастотах, и это может привести к неполной балансировке импедансов источника двух линий, в результате чего помехи могут не так эффективно подавляться. Конечно, большинство сбалансированных по импедансу выходов тщательно оптимизированы, чтобы свести к минимуму эту потенциальную проблему, но существует риск, что они будут несколько менее эффективны в подавлении помех, чем симметричные и инвертированные выходы.
Перевод и локализация: Studio Day