Hola, hemos encontrado la solución a lo que buscas, continúa leyendo y la verás un poco más abajo.
Solución:
El audio balanceado tiene la señal en un conductor y la señal invertida en otro conductor.
INCORRECTO.
El audio balanceado tiene dos conductores de señal y un tercero a tierra.
INCORRECTO.
Cualquiera de estas cosas puede ser true, pero tampoco es lo que hace que el audio sea equilibrado. Las redes telefónicas hasta hace relativamente poco tiempo eran completamente analógicas y solo tenían dos cables por circuito. No había terreno. Sin embargo, lograron mantener una conexión relativamente libre de ruido en distancias muy largas. Solo se requieren dos conductores para audio balanceado.
Un receptor de audio balanceado ideal es un amplificador diferencial. Funciona midiendo el diferencia entre sus dos entradas, y llamar a esa diferencia la señal. “Ground” es totalmente irrelevante. No es necesario que una entrada sea una copia invertida de la otra entrada. ¿Qué importancia tendría si un amplificador diferencial solo observa la diferencia entre sus dos entradas? ¿Cómo podría saber que una entrada es “la señal invertida”?
Entonces, ¿por qué no simplemente conectar una de las entradas a tierra? ¿No significaría esto que podemos convertir cualquier audio no balanceado en audio balanceado simplemente usando un amplificador diferencial en el extremo receptor?
simular este circuito: esquema creado con CircuitLab
Da la casualidad de que no, no podemos hacer eso, y entender por qué es entender lo que realmente significa el audio equilibrado. No se trata de tener dos conexiones de audio de un solo extremo, sino con una invertida. Se trata de que la señal se transmita por dos conductores con igual impedancia.
He aquí por qué: el objetivo principal al usar audio balanceado es reducir el ruido. Este ruido es captado por inductancia y capacitancia mutuas con otras cosas (frecuentemente: cableado de red) cerca de la señal de audio. Si la inductancia o capacitancia mutua a esta fuente de ruido es igual para nuestros dos conductores, entonces se inducirán voltajes y corrientes iguales en cada conductor. Es decir, su diferencia no cambiará. Por lo tanto, la fuente de ruido, desde la perspectiva de nuestro amplificador diferencial que solo mira esta diferencia, no existe. Considerar:
simular este circuito
¿Cuál es la salida aquí? En la medida en que U1 sea un amplificador diferencial ideal, la salida es exactamente 0 V CC. Parte del ruido (de V1) se acopla a las entradas a través de C1 y C2, pero debido a que C1 = C2 y R1 = R2, se acopla a cada uno por igual y, por lo tanto, no puede cambiar la diferencia entre los dos, por lo que no puede afectar la salida del amplificador diferencial.
Pero, ¿qué pasa si R1 no es igual a R2? R1 y C1 ahora forman un divisor de voltaje diferente al de R2 y C2, lo que resulta en desigual voltajes acoplados a las entradas del amplificador. Ahora ahi es una diferencia, y V1, hasta cierto punto, se encuentra en la salida. El mismo problema existe si las resistencias son iguales pero los condensadores no.
Conducir solo una de las entradas no cambia nada. Considerar:
simular este circuito
¡Oye, eso no está equilibrado! Pero está totalmente equilibrado. El ruido todavía ve impedancias iguales en cada una de las entradas. El ruido aún se acopla por igual en cada entrada, por lo que no cambia la diferencia. Por lo tanto, todavía se rechaza.
Hay dos razones por las que su conexión de audio típica, como la que se encuentra en un iPod o una videograbadora, no está balanceada. El primero es la geometría del cable. Por lo general, estos utilizan cables coaxiales, con la tierra como blindaje y una señal con referencia a tierra en su interior. Debido a que la forma de los conductores no es ni remotamente similar, no es posible que tengan la misma impedancia a su entorno. En términos de los ejemplos anteriores, C1 y C2 no son iguales.
El segundo es cómo se manejan normalmente estas líneas. Por lo general, se ven así:
simular este circuito
Si U1 fuera un búfer ideal, estaría equilibrado. Pero no lo es: U1 suele ser una especie de amplificador operacional con una pequeña impedancia de salida. Aunque es pequeño, no es tan pequeño como la conexión directa a tierra vista por la otra mitad del cable. La impedancia de salida del amplificador operacional probablemente también varía significativamente con la frecuencia.
Una solución muy económica y muy eficaz para este problema es establecer la impedancia de salida con algo más controlable, como una resistencia. Podemos poner una resistencia del orden de 100 ohmios en serie sin atenuar significativamente la señal. Una implementación práctica se ve así:
Esto es de un gran artículo de Rod Elliott (ESP) / Uwe Beis. R2 y R3 hacen la mayor parte del equilibrio: estas resistencias se pueden comprar o recortar para tener resistencias muy iguales. Dado que son significativamente más grandes que la impedancia de salida del amplificador operacional, la impedancia de salida del amplificador operacional es relativamente insignificante.
R4 y C1 sirven para hacer aún más insignificante el amplificador operacional a frecuencias más altas. Los amplificadores operacionales reales tienen una impedancia de salida creciente con la frecuencia, lo que serviría para desequilibrar el circuito a alta frecuencia. Sin embargo, la impedancia de salida del amplificador operacional se vuelve menos significativa a frecuencias más altas a medida que R4 y C1 derivan las dos mitades juntas.
Esta topología no está exenta de algunas desventajas. En primer lugar, dado que no puede conducir ambas líneas, tiene la mitad del rango dinámico en comparación con un diseño que puede conducir ambas líneas. En segundo lugar, impulsa las dos líneas de señal con un voltaje de modo común que es la mitad del de la señal de entrada. Por lo tanto, el controlador debe conducir la capacitancia de las dos líneas de señal a su entorno, como el blindaje en los cables de audio típicos. Sin embargo, para longitudes de cable moderadas, esto es poco probable que sea un problema.
La ventaja es un recuento reducido de piezas. Además, si está en un conector TRS que se introduce en una entrada no balanceada, no puede pasar nada malo, ya que el anillo, que normalmente es una “señal invertida”, no está conectado a ningún sistema electrónico activo.
Más importante aún, disipa un malentendido común sobre cómo funciona el audio equilibrado.
A pesar de las respuestas que ya están aquí, la historia aún no está completa.
Se conecta una señal de audio completamente balanceada
- de un conductor equilibrado,
- a través de un cable balanceado,
- a un receptor balanceado,
y cada parte debe considerarse por separado.
Algunos de los circuitos descritos hasta ahora funcionarán entre sí en algunas circunstancias, pero la mayoría fallará en una prueba u otra.
Cable equilibrado.
Un cable balanceado tiene dos conductores (“patas”) de igual impedancia y con la misma exposición a los campos externos, generalmente se logra retorciendo los dos conductores juntos. De vez en cuando, cada pata es en sí misma un par, por lo que hay 4 conductores entrelazados y fuertemente trenzados en configuración estrella-cuádruple.
La exposición igual a campos externos significa que cualquier acoplamiento electrostático de una fuente de interferencia en el cable generará el mismo voltaje en cada pata, y cualquier acoplamiento magnético inyectará la misma corriente en cada pata.
Una conexión a tierra no es necesaria para una señal balanceada, aunque una pantalla puede reducir la interferencia de señales externas así como la interferencia radiada a otras señales. Si hay una pantalla, a menudo se conecta en un extremo solo para eliminar los bucles de tierra. A nivel del sistema, generalmente habrá una conexión a tierra para el equipo en cada extremo de la señal, aunque puede compartirse entre 2, 50 o varios cientos de señales balanceadas.
Receptor equilibrado.
El receptor balanceado no es simplemente un amplificador diferencial. También debe mantener la misma impedancia a tierra desde cada pata.
El amplificador diferencial asegura que cualquier voltaje de interferencia que llegue a ambos tramos se cancele entre sí (es decir, ganancia en modo común = 0). Esto incluye no solo cualquier interferencia, sino también cualquier diferencia entre los potenciales de “tierra” en cada extremo.
Las impedancias iguales en cada pata garantizan que cualquier interferencia corrientes inyectado en ambas piernas desarrollará el mismo Voltaje en cada pata, que luego puede ser rechazada por el amplificador diferencial. Un simple amplificador diferencial fallará en esta prueba.
Conductor equilibrado.
El conductor equilibrado tiene tres tareas:
- Generar ambos “true”y salidas invertidas a la misma amplitud.
- Tener la misma impedancia a tierra en cada salida.
- Transfiera cualquier voltaje que interfiera en una pierna a la otra pierna
1) Las salidas “balanceadas” que conducen una pierna pero hacen trampa al conducir 0 V en la otra fallarán la primera prueba: el voltaje de salida del modo común es la mitad de la señal original; esto irradiará interferencia a cualquier otra señal transmitida por pares adyacentes. ¡No es algo que desee en un cable de 50 pares de la longitud de Broadcasting House! (y eso me data …) Una buena salida balanceada minimizará la interferencia con otras señales, además de preservar la integridad de su propia señal.
Si los otros pares son bien señales balanceadas, la interferencia puede no ser grave, ya que debería ser de modo común, pero el objetivo es reducir la degradación de la señal en la medida de lo posible.
Estos controladores denominados “equilibrados” tienen aplicaciones en audio de consumo de alta gama o en pequeños estudios de grabación, por lo que están cerca, pero … tenga cuidado.
2) La misma impedancia a tierra en cada pata es importante, como en los receptores, para convertir las corrientes inducidas de modo común en voltaje de modo común.
3) La transferencia de una tensión de interferencia de una pata a la otra crea una tensión de modo común a partir de lo que de otro modo sería una tensión diferencial (es decir, interferencia que afecta a una pata más que a la otra) mejorando su rechazo en el receptor. Un controlador diferencial simple fallará esta prueba. También tiene la característica de que si una pata está en cortocircuito a tierra, la amplitud de la otra pata se duplica, por lo que la tensión diferencial (la señal deseada) no se ve afectada. Un controlador diferencial *De Verdad fallar esta prueba …
Con señales de audio correctamente balanceadas, los ingenieros de transmisión han sabido inyectar una señal de modo común en una señal balanceada y su complemento en una segunda; creando así un tercer “circuito fantasma” que no interfiere con ninguna de sus víctimas …
El problema es, como usted dice, que en una señal balanceada, el valor real de la señal es la diferencia entre dos señales impulsadas de manera opuesta. En una señal de un solo extremo, todavía hay una diferencia, pero la diferencia es con respecto a tierra, que también es la referencia para todo tipo de otras señales.
Si tuviera un dispositivo completamente flotante, como un altavoz con un amplificador a batería integrado en la caja, entonces no hay diferencia entre un balance y una señal de un solo extremo. Ambos proporcionan dos cables y la señal que desea es la diferencia entre ellos.
Sin embargo, rara vez tenemos dispositivos receptores que realmente puedan flotar a un voltaje arbitrario. El problema es que con una señal con referencia a tierra, es prácticamente imposible en un sentido práctico tratar ambas líneas por igual. El ruido externo no se acoplará de la misma manera a una línea de señal que a una línea utilizada como tierra por partes del sistema. Esto se debe en parte a que la tierra se utiliza como referencia para la mayoría de las señales, por lo que por definición no cambia.
Incluso en el ejemplo del amplificador de altavoz que funciona con batería flotante, se debe tener cuidado de no tratar las dos líneas de entrada de manera diferente. Esto es más difícil de lo que parece. Por ejemplo, si ata una de las líneas a su tierra local, y está conectada al chasis o al plano de tierra de su circuito, entonces el ruido externo se acoplará a esa señal más fácilmente ya que presenta una capacitancia más alta hacia el exterior. Dado que el amplificador usa eso como referencia, no puede ver el ruido en la línea de tierra, pero la captación desigual del ruido por las dos líneas se mostrará como una señal diferencial, que será detectada y amplificada.
Entonces, en general, no se trata solo de codificar la señal como una diferencia entre dos líneas. Como usted dice, ese es siempre el caso de todos modos. Se trata de configurar el sistema para que esas dos líneas puedan tratarse por igual y, por lo tanto, captar el mismo ruido del mundo exterior. Luego, codificando la señal por igual pero con polaridad opuesta en ambas líneas, el receptor puede tomar la diferencia, lo que en teoría cancela cualquier ruido captado igualmente por las dos líneas.
Por tanto, una señal de audio “equilibrada” Tres líneas. Las dos líneas de señal con igual impedancia, igual tratamiento en el cable y conducidas de manera opuesta a la señal, y una línea de tierra separada que es la referencia 0 para todo. En un cable de audio balanceado de alta calidad, las dos líneas de señal son un par trenzado rodeado por un blindaje conectado a tierra. El escudo bloquea la captación capacitiva desde el exterior y, al girar las dos líneas de señal entre sí, tendrán un acoplamiento hacia el exterior que, en promedio, será igual en distancias relativamente cortas.
Agregado en respuesta a algunos de los comentarios:
En primer lugar, da la impresión errónea de llamar a una de las líneas diferenciales “caliente” y a la otra “fría”. Ambos llevan una señal por igual, solo que esas señales se invierten entre sí. Por lo tanto, el frío y el calor son malos nombres que exhiben un concepto erróneo o pueden llevar a otros a hacerlo.
En segundo lugar, no, las líneas de señal y la tierra NO tienen la misma impedancia. Ese es el problema. Debido al desequilibrio en la impedancia, una línea captará más ruido externo que la otra. Es exactamente esto lo que se enfatiza al llamar a esto “equilibrado” en oposición a “diferencial”. Con el sistema de 3 líneas, puede tener ambas líneas de señal iguales y con una impedancia razonable para una señal sin dejar de tener una referencia de tierra.
Tienes que asumir el ruido voluntad acoplarse a cualquier señal. El audio balanceado tiene buena inmunidad al ruido debido a dos características: ambas líneas de señal se tratan por igual, por lo que ambas captan el mismo ruido y las señales son opuestas. Cuando los receptores toman la diferencia, el ruido se cancela y solo queda la señal. En un sistema de un solo extremo, ambas líneas NO son iguales, por lo que una capta el ruido de manera diferente a la otra. La diferencia entre tierra y la línea de señal incluirá esta diferencia en la captación de ruido.
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