Bei symmetrischem Audio liegt das Signal auf einem Leiter und das invertierte Signal auf einem anderen Leiter.
FALSCH .
Symmetrisches Audio hat zwei Signalleiter und einen dritten für Masse.
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.