Сбалансированные и несбалансированные аудиосоединения
Получение наилучшего звука от ваших наушников может быть балансирующим действием, но должно ли это быть?
Типичный источник наушников (усилитель, DAP и т. д.) поддерживает несбалансированный подключение наушников. Подумайте о круглом ¼-дюймовом разъеме для наушников на вашей стереосистеме или о разъеме 3,5 мм на вашем (не i) телефоне. Однако производители все чаще включают отдельные сбалансированный подключения наушников на своих устройствах.
Балансные соединения, которые когда-то были прерогативой ультрасовременного или профессионального оборудования, недавно нашли свое применение в недорогих потребительских товарах. Однако идея не нова. Фактически, Блокхед Балансный усилитель для наушников был представлен еще в 1999 году.
Если соединение или устройство специально не помечены как «симметричный выход», можно с уверенностью предположить, что оно поддерживает только несимметричное подключение наушников.
Чтобы запутать ситуацию, некоторые усилители будут иметь выходы, помеченные сбалансированный и несимметричныйскорее, чем сбалансированный и несбалансированный. Так что же такое однотактный и чем он отличается от небалансного? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сделать небольшой экскурс в теорию усиления.
Однотактный или дифференциальный? Несбалансированный или сбалансированный?
Все усилители следуют одной из двух основных схемных структур, связанных с тем, как они обрабатывают сигналы и землю: несимметричный или дифференциальный.
Одна базовая структура схемы усилителя называется несимметричный. В однотактном усилителе сигнал всегда остается целым и целиком обрабатывается усилительными устройствами (лампами или транзисторами). В структуре схемы такого типа у нас обычно есть два важных источника опорного напряжения: сам сигнал и земля.
Другая базовая усиливающая структура называется дифференциал (или тяни-Толкай). Дифференциальный усилитель состоит из пар устройств, каждая половина пары которых усиливает противоположные фазы сигнала. Дифференциальное усиление может обеспечить более высокую мощность и большую эффективность, чем несимметричное усиление (при тех же частях).
Дифференциальный усилитель заботится только о разнице между фазами, поэтому нелинейности, пульсации источника питания и помехи имеют тенденцию устраняться после рекомбинации фаз. Фазы (положительная и отрицательная или горячая и холодная) являются двумя важными опорными напряжениями для дифференциального усиления.
Все соединения несимметричные или балансные, а все усилители либо однотактные, либо дифференциальные.
В то время как однотактные усилители, как правило, имеют несбалансированные соединения, а балансные выходы, как правило, управляются дифференциальными усилителями, это не высеченные из камня правила. Эта диаграмма включает лишь несколько наиболее известных усилителей, но мы надеемся, что она иллюстрирует используемые таксономии.
Матрица, иллюстрирующая разнообразие усилителей и вариантов подключения.
Наше обсуждение несбалансированных и сбалансированных соединений относится к аналоговым проводным соединениям, а не к цифровым. Это означает, что подключения USB, SPDIF, Bluetooth и т. д. не относятся к этой статье.
Соединения на уровне линии
Возможны несбалансированные и балансные соединения между устройствами (например, источник или ЦАП к усилителю, включая входы и выходы), а также между источником или усилителем и наушниками (только выход). Эти связи на самом деле не одинаковы.
Соединение между устройствами считается линейный уровень подключение и является относительно стандартизированным между потребительскими устройствами, в отличие от выходного подключения к наушникам.
Линейные входы на усилителе для наушников Bryston BHA-1 от av2day.com.
Небалансные соединения линейного уровня обычно реализуются с разъемами RCA для аудио, в то время как балансные соединения линейного уровня обычно используют двойные 3-контактные разъемы XLR как для входа, так и для выхода. В обоих случаях для каждого аудиоканала (левого и правого) обычно используется одно гнездо.
«В этих межкорпусных соединениях линейного уровня сбалансированный интерфейс может обеспечить существенное улучшение производительности. Сбалансированные интерфейсы линейного уровня подавляют фон и шум, обеспечивая при этом более высокий уровень напряжения. Более высокие уровни сигнала могут улучшить SNR (отношение сигнал/шум) аудиосистемы». – Сравнительные медиасистемы
Столкнетесь ли вы с этими подключениями, зависит от сложности вашей личной настройки и от того, находятся ли источник, ЦАП и усилитель в одном интегрированном устройстве или подключены через внешние кабели. Конечно, сбалансированные линейные соединения обычно появляются только на более высоких передачах.
Промышленность хотела бы приравнять сбалансированные соединения к дорогим, высококачественным и безупречным, однако это не обязательно так. В этой статье мы обсудим технологию балансных и небалансных подключений, а также то, дает ли она заметное улучшение или даже разницу в качестве звука.
Балансные усилители или источники
Как объяснялось ранее, термин «симметричный усилитель» является неправильным. Балансные и несбалансированные типы взаимосвязей между устройствами; эти термины не относятся к конкретным архитектурам усилителей. Обычно, когда вы видите фразу «балансный усилитель», это относится к дифференциал усилитель без общих оснований и сбалансированных выходов.
«Настоящий сбалансированный усилитель будет сбалансирован от входа до выхода. Операционный усилитель разветвители часто используются для преобразования входа и выхода из несимметричного в балансный. В этом методе есть плюсы и минусы. Это дешевле в производстве, но это не настоящая сбалансированная схема, и она может звучать не так хорошо, как если бы вся цепь была сбалансирована». – Луна Аудио
Двойные монофонические наушники iFi xCan усилитель с симметричными входными и выходными соединениями от iFi Аудио.
По-настоящему сбалансированный и дифференциальный путь прохождения сигнала от источника к нагрузке требует вдвое большей схемы и, следовательно, более дорог в производстве, но может дать заметное улучшение звука. Это иногда называют «двойным моно», чтобы указать, что каждый канал полностью изолирован от другого.
“. Рекламируется, что полностью балансная внутренняя схема обеспечивает лучший динамический диапазон на 3 дБ, хотя и стоит дороже, чем несимметричные конструкции». – Википедия
Несбалансированные соединения
Проще говоря, для передачи аудиосигнала на один драйвер наушников требуется пара проводов для создания петли. Этот цикл соединяет аудио источник и нагрузка (драйвер наушников). Для пары наушников к каждому каналу подключено два провода: слева “Л” и справа ‘Р’. Каждая пара проводов обеспечивает опорное напряжение; это разница между этими ссылками, которая управляет нашими наушниками. Точно так же это работает для соединений на линейном уровне между компонентами.
Несимметричные соединения получили свое название от относительного сопротивления относительно земли двух соединений в каждом канале: горячий или положительный «+» и земля или отрицательный ‘-‘. Поскольку импеданс относительно земли различается, мы называем соединение несимметричным.
В несбалансированных наушниках заземляющие соединения для обеих сторон часто связаны вместе, поэтому возможно, что кабель наушников может состоять только из 3 проводов: L, R и общего заземления. Тем не менее, большинство наушников приличного качества имеют отдельный провод от каждой отрицательной клеммы драйвера наушников по всей длине кабеля. Эти отдельные заземления соединяются на штекерном разъеме.
Вездесущий стандартный несбалансированный разъем для наушников TRS размером 3,5 мм (⅛ дюйма) и 6,35 мм (¼ дюйма).
Самый распространенный тип разъема для наушников — небалансный и имеет три контакта для L+, R+ и общий —. Это известно как ТРС (наконечник, кольцо, гильза).
Недостатки несбалансированных соединений
Возможным негативным побочным эффектом несбалансированного подключения (линейный уровень или наушники) является вероятность нежелательного шум, вмешательство или гул познакомить с сигналом. Поскольку заземление связано, своенравные токи от утечек трансформатора источника питания или блуждающие емкость может стать частью звукового сигнала.
Эти токи могут вызвать нежелательный шум или другие помехи в несбалансированных соединениях. Кроме того, виновата общая земля между несбалансированными каналами. перекрестные помехи. Перекрёстные помехи — это, по сути, нежелательная утечка сигнала (или связь) между аудиоканалами. Хотя перекрестные помехи являются одним из основных измерений звука, имейте в виду, что они редко вызывают слышимый проблемы с современным оборудованием.
Эти недостатки привели к тому, что для профессионального звукового оборудования потребовался другой метод подключения, чтобы избежать нежелательного шума или ухудшения качества звука. Так родились сбалансированные соединения.
Балансные соединения
А сбалансированный соединение имеет два фазы сигнала на канал. Каждая фаза имеет равные импеданс относительно земли, отсюда и название сбалансированный. Преимущество сбалансированных соединений перед несбалансированными заключается в следующем. подавление синфазного шума.
Он называется «синфазным» шумом, потому что направление шумовых токов, возникающих одновременно на положительной и отрицательной сторонах, одинаково; перепад напряжения шума не появляется на двух сторонах. Синфазный шум может генерировать радиочастотные помехи (RFI) в кабелях.
Поскольку любые помехи в равной степени отпечатываются на одинаковом импедансе двух фаз, эта синфазная помеха компенсируется. Это может быть особенно полезно в профессиональных установках, где требуются очень длинные кабели передачи (например, микрофоны) с низким уровнем шума.
Сбалансированные кабели объясняют изображение из Аск.Аудио.
«Снова используются два провода, но на этот раз вместо одного, несущего (изменяющийся) сигнал, окруженного другим, несущим (постоянную) землю (землю), оба провода несут переменный сигнал, за исключением того, что один несет «зеркальное изображение» ( 180 градусов не по фазе). Оба провода идентичны, обычно скручены вместе, и заземление между блоками отсутствует. Провод, по которому передается фактический сигнал, обычно обозначается как «+» или «неинвертированный», а провод, по которому передается сигнал с инвертированной фазой, обычно обозначается как «-» или «инвертированный». – Стив Хоффман Музыкальные форумы
Усилитель для наушников Schitt Jotunheim с несимметричным и 4-контактным сбалансированным выходом для наушников XLR от Дерьмо.
Математический взгляд на сигнал и шум
С математической точки зрения мы можем посмотреть, как шум удаляется из сбалансированного соединения.
Сигнал: С
Шум: Н
Проводники: С1 и С2
НесбалансированныйСбалансированный C1 = S и C2 = 0C1 = S/2 и C2 = -S/2
- При несимметричном соединении каждый сигнал проходит по одному проводнику.
- Для симметричного соединения каждый проводник содержит половину сигнала, не совпадающего по фазе.
Когда к каждому проводнику добавляется шум, приведенные выше уравнения приобретают вид:
НесбалансированныйСбалансированный C1 = S + N и C2 = 0C1 = S/2 + N и C2 = -S/2 + N
C1 – C2 = (S/2 + N) – (-S/2 + N) =
2С/2 + Н – Н = С
- При несимметричном подключении шум непропорционально добавляется к сигнальному проводнику с высоким импедансом, что приводит к чистому вкладу шума на выходе.
- Для симметричного соединения шум добавляется к обеим фазам в равной степени и нейтрализуется, оставляя только сигнал.
При несбалансированных соединениях любые помехи или шумы, вносимые в кабель, улавливаются сигнальным проводником с относительно высоким импедансом и добавляются к выходному сигналу. При симметричном подключении любые помехи или шумы одинаково улавливаются, но подавляются на выходе.
Недостатки сбалансированных соединений
На первый взгляд балансные соединения имеют много преимуществ по сравнению с небалансными, поэтому аудиофилы должны выбирать именно балансные! К сожалению, все не так просто, как кажется. Хотя в некоторых приложениях сбалансированное соединение на самом деле лучше, оно не лишено недостатков.
В то время как симметричные соединения уменьшают шум и помехи, обычные дифференциальные подходы к балансным выходам также могут повлиять на качество звука, поскольку исходный вывод импеданс эффективно удваивается. Случайный выходной шум также удвоится, потому что есть два усилителя, а не один.
« коэффициент демпфирования ухудшится в 2 раза, потому что оба усилителя вносят свой вклад в импеданс источника балансного усилителя (выходной импеданс удваивается). Искажения обычно увеличиваются, потому что каждый усилитель должен управлять половиной импеданса, который был бы увиден несбалансированным усилителем». – Сравнительные медиасистемы
Сбалансированные дифференциальные соединения и схемы по самой своей природе более сложны, чем несимметричные несимметричные. Это может дополнительно ввести слышимые дефекты. Хотя на бумаге эффекты дополнительной схемы обычно считаются неслышимыми, возможно, что звук может ухудшиться из-за того, как реализована схема.
Двухканальный усилитель для наушников Phasemation EPA007 с комбинированным несимметричным и двойным балансным выходом на наушники с 3-контактным разъемом XLR от Head-Fi.
«…сбалансированный по напряжению интерфейс бесполезен при управлении наушниками. Правда в том, что обычный несимметричный привод для наушников технически превосходит балансный». – Сравнительные медиасистемы
Качество реализации симметричной схемы имеет первостепенное значение, иначе теоретические преимущества могут не перевесить потенциальные проблемы помех или шума при несимметричном соединении.
«Сбалансированный звук отлично подходит для профессионального использования с длинными кабелями и опасными электрическими средами. Но, как правило, это больше ответственность, чем актив в домашнем аудиооборудовании. При прочих равных балансные каскады обычно имеют более высокий общий уровень шума и искажений, чем их несбалансированные аналоги. Драйверы наушников каким-то волшебным образом не работают лучше, когда они управляются сбалансированным источником». – НвАвГай
Сбалансированные соединения более мощные и быстрые
При обсуждении преимуществ сбалансированных подключений часто возникает несколько вещей. Сбалансированный обеспечивает большую мощность и более быстрый отклик. Хотя это правда, дает ли это какие-либо реальные преимущества?
«…симметричный выход может обеспечить в 4 раза большую мощность для данного напряжения питания… Балансный выход не дает никаких реальных преимуществ при питании от переменного тока. усилитель звука.” – Сравнительные медиасистемы
Хотя значительное улучшение мощности кажется преимуществом, важно учитывать, что большая мощность не означает улучшение качества звука. Если усилитель может легко управлять наушниками, избыток мощности не обязательно дает какие-либо звуковые преимущества.
Сбалансированные сторонники, такие как Headphone.com заявляют что «сбалансированный привод обеспечивает заметное улучшение качества звука благодаря удвоению напряжения усилителя. скорость нарастания…». Скорость нарастания говорит о скорости усилителя. Он определяется как максимальная скорость, с которой усилитель может реагировать на резкое изменение входного уровня.
Опять же, важно учитывать, что «достаточно мощный’ и ‘достаточно быстро’ являются реальными понятиями. Вполне возможно спроектировать компоненты далеко за пределами слышимых уровней. Если что-то не слышно, дальнейшее усиление не дает улучшения. NwAvGuy идет дальше сказать,
«… существует миф, что более высокая скорость нарастания очень желательна, и некоторые сайты DIY и участники форумов разбрасываются впечатляющими цифрами скорости нарастания. Но усилителю для наушников требуется скорость нарастания всего около 1 В/мкс, чтобы справиться с любым реалистичным сигналом, который он когда-либо увидит».
Кабели и разъемы для наушников
Важно уметь распознавать несбалансированный или сбалансированный кабель и разъем для наушников. Сбалансированный кабель можно использовать с несимметричным источником с соответствующим адаптером. Однако попытка использовать несбалансированный кабель с симметричным источником *обычно* невозможна и, скорее всего, повредит источник. Заметное исключение подробно описано ниже.
Кабели для наушников поставляются с различными разъемами, и непосвященным может быть трудно отличить балансные и небалансные кабели. Для целей этого обсуждения мы сосредоточимся на конце кабеля, который подключается к источнику, а не к наушникам (поскольку разъем чашки наушников не определяет несбалансированность или сбалансированность; все драйверы наушников по своей природе сбалансированы).
Типы несбалансированных разъемов для наушников
Разъемы TS (моно), TRS (стерео) и TRRS от Кабельный цыпленок.
Преобразовать небалансный кабель наушников в балансный с помощью переходника невозможно, так как нет возможности развязать эти земли. Тем не менее, замена вилки балансным разъемом возможна.
«Например, если вы используете кабель-адаптер от гнезда наушников ¼ дюйма или ⅛ дюйма к симметричному 4-контактному разъему XLR и подключаете его к симметричному усилителю, вы, по сути, замыкаете на землю 2 ножки цепи, делая усилитель несимметричным. . Это также может потенциально повредить ваш сбалансированный усилитель в зависимости от конструкции». – Луна Аудио
Соединение Pentaconn 4,4 мм представляет собой особый случай, так как в отличие от балансного соединения 2,5 мм или 4-контактного разъема XLR, оно содержит 5 проводников, а не 4. Дополнительный проводник является общей землей, что позволяет преобразовать балансный выход 4,4 мм в одноконтурный разъем.
- Pentaconn L- (первое кольцо от наконечника) и R- (третье кольцо от наконечника) не должны соединяться.
- Заземление Pentaconn (втулка) на землю SE TRS (втулка).
- Pentaconn L+ (наконечник) до SE TRS L+ (наконечник).
- Pentaconn R+ (второе кольцо от кончика) до SE TRS R+ (кольцо).
И наоборот, балансный кабель для наушников можно легко преобразовать для использования с небалансным выходом. Для этого просто требуется совместимый адаптер, который соединяет две отрицательные линии вместе и имеет разъем для подключения к источнику.
Довольно часто можно найти 3,5-мм разъемы TRRS на несбалансированных кабелях для наушников. Эти кабели обычно содержат микрофонный провод. Четвертый полюс используется не для сбалансированного соединения, а как канал для микрофона или иногда как видеосоединение для устройств Apple.
односторонний ТРРС разъемы различного назначения от разных производителей из Кабельный цыпленок. Это объясняет, почему в течение многих лет для устройств Android и Apple продавались разные кабели из-за разных схем проводки.
Балансные наушники и небалансные наушники — это одно и то же, разница только в разъеме на конце кабеля. Чтобы преобразовать несбалансированные наушники в балансные, просто подключите кабель с другим разъемом.
Типы балансных разъемов для наушников
Традиционно 4-контактный XLR разъемы использовались для соединения балансных наушников кабели и усилитель для наушников. Несмотря на то, что они подходят для профессионального аудио, где ценятся большие размеры и прочная конструкция, разъемы XLR создают тяжелые и неуклюжие разъемы для домашних наушников. Для портативных устройств они откровенно смешны.
4-контактный разъем XLR и два (слева и справа) 3-контактный разъем XLR балансного подключения наушников от Аудиофильский обзор.
Некоторые производители придерживаются подхода «чем больше, тем лучше» и фактически используют двойные 3-контактные разъемы XLR между балансными наушниками и усилителем. По одному на каждый левый и правый канал (так же, как это делается с балансными межсоединениями линейного уровня).
Усилитель для наушников Cayin iHA-6 с низко- и высокоимпедансным 1/4-дюймовым несимметричным выходом, двумя сбалансированными 3-контактным XLR и 4-контактным балансным XLR-выходами для наушников от Каин.
2,5 мм ТРРС соединения быстро становятся нормой для портативных сбалансированных наушников. Меньший размер не только идеален для крошечных устройств, но и предотвращает случайное вставление несимметричного штекера 3,5 мм и обеспечивает 4 дискретных полюса, необходимых для сбалансированной работы.
Хотя это и не кабель для наушников, следует отметить, что потенциальная проблема с фоном может возникнуть при подключении портативного источника к непортативному устройству с реальным заземлением. Например, ЦАП или DAP с батарейным питанием, подключенные к домашнему усилителю для наушников. Хотя это не проблема с несимметричными соединениями, использование 4-полюсного балансного соединения (например, 2,5-мм TRRS) может привести к нежелательному шуму из-за различий между опорными точками заземления.
«Существует новое соединение, которое, как мы надеемся, будет принято большим количеством производителей. Он называется 4,4-мм TRRS. Эта вилка имеет 5 контактов для симметричного подключения, а 5-й контакт устраняет проблему с заземлением. Sony продвигает эту связь, и некоторые компании, такие как Sennheiser, начинают ее внедрять. Мы внедрили его в наши аудиокабели и будем использовать в будущих усилителях для наушников». – Луна Аудио
Как вы могли догадаться, отсутствие стандартизации, безусловно, является фактором балансных разъемов, что приводит к множеству адаптеров и путанице. Существует семь различных типов балансных разъемов для наушников и еще один специально для наушников. электростатический наушники:
- 4-контактный XLR (стандартный стандартный усилитель для непортативных наушников)
- Двойной 3-контактный (стандартный) XLR
- Мини 4-контактный XLR
- TRRS 3,5 мм (используется на балансном соединении чашки на Oppo PM-3, Hifiman HM-901 и Geek Out v2)
- TRRS 2,5 мм (используется Astell and Kern, Onkyo, HiFiMan и Little Bear)
- Миниатюрный 4-контактный разъем Kobicon Auto-IRIS (относительно редко, но встречается в балансных усилителях для наушников Ray Samuels RSA и Centrance)
- 5-контактный 4,4-мм Pentaconn (используется Sony)
- 5-контактный разъем для электростатических наушников
Примеры балансного подключения из Аудиоблог своими руками:
Заключение
Как мы видели, не существует простого и четкого ответа на вопрос, является ли несбалансированное или сбалансированное соединение более важным, чем другое. Дает ли сбалансированное соединение преимущество, зависит от схем внутри устройства и от того, что обеспечивает наилучший путь прохождения сигнала с наименьшим ухудшением качества. Таким образом, источник, а не наушники, является критическим компонентом.
По правде говоря, хорошо спроектированный несимметричный усилитель с несбалансированными соединениями способен обеспечить действительно превосходное качество звука. Конечно, он может быть лучше плохо реализованного сбалансированного дизайна. Верно и обратное.
Обычно единственное, что отличает сами наушники от несбалансированных или балансных, — это штекер разъема на кабеле. Поскольку многие наушники имеют кабели с разъемами, заменяемыми пользователем, существует множество доступных вариантов.
Даже если кабель прикреплен к чашке наушников, разъем кабеля часто можно заменить балансным разъемом, и в этот момент можно использовать простой адаптер для переключения между балансными и несимметричными источниками. Именно это и было сделано с моими собственными наушниками Beyerdynamic T1.
Адаптеры для замены 4-контактного балансного разъема XLR моего Beyerdynamic T1 между балансным разъемом TRRS 2,5 мм и несимметричным разъемом TRS стандартного разъема 3,5 мм.
Сбалансированный имеет явные преимущества в профессиональных звуковых приложениях и шумных средах, но для нас, энтузиастов наушников, он действительно сводится к отдельному компоненту (или компонентам) в аудиоцепочке. Не меньше случаев, когда правильно реализованные простые несбалансированные решения (а не сбалансированные) окажутся явным победителем.
Слишком легко попасть впросак “апгрейд”, где гоняться за каждой правкой и разрекламированными потенциальными улучшениями — это норма. Тот факт, что вы читали заявление производителя или слышали от гуру аудиофилов в Интернете, что сбалансированный звук «всегда превосходит», еще не делает это фактом во всех (или, возможно, даже в большинстве) случаях.
Если ваш источник имеет как несбалансированные, так и балансные выходы, ничто не сравнится с тем, чтобы попробовать их оба самостоятельно. Слушать. Идите с тем, что звучит лучше для вас. Это «правильный» ответ на вопрос, какая связь лучше.
