Балансные выходы на звуковой карте что это
Обновлено: 07.07.2024
Преамбула : Господа маркетологи навязывают покупателям очередную "новинку": балансный наушниковый выход! Это круто, это модно, это громко это - вещь! Всем стоит однозначно выкинуть на помойку то, что у вас уже есть, купить нечто новодельное с балансным выходом и заодно новые наушники, с так же балансным разьемом\кабелем, дабы наслаждаться уже очередной невообразимой крутизной. Обратной совместимости нет, т.е обычным смертным с обычными наушниками "путь к олимпу" заказан, слышать вы сможете только один канал, более того, абсолютно реален риск повредить модное [дорогое] устройство (т.к второй выход при подключении небалансных наушников с джеком о трех пинах будет перегружать один из выходных усилителей).
Что это такое вообще? Надо ли мне оно?
Попробую дать ответ.
Балансное (а точнее, мостовое) подключение нагрузки (а именно этот случай мы рассматриваем применительно к теме плееров\наушников) вещь очень давно используемая в автомобильном аудио. Просто потому, что мощности автоаудиофилы хотят много, а вот напряжение у штатного аккумулятора жестко ограничено и оставляет всего 12в. При стандартном импедансе нагрузки в 4Ома, даже если мы подключим динамик прямо к клемам аккумулятора на нем выделится всего 36ватт! А вот в реальном случае усиления с однополярным питанием, размах сигнала на нагрузке не может быть больше половины питания, и мощность строго не более 9Вт.
Выход для роста мощности в условиях ограничения питания напрашивается простейший: вместо включения нагрузки между выходом усилителя и землей, добавляем еще один канал усиления, инвертирующий полезный сигнал, и включаем нагрузку между выходами этих каналов.
В простейшем виде это выглядит вот так:
Верхний усилитель у нас присутствует в стандартной небалансной схеме всегда, а снизу у нас дополнительный, второй, инвертирующий сигнал усилитель.
Если второй усилитель у нас в точности такой же как первый (имеет тот же коэффициент усиления сигнала), то уровень выходного напряжения между их выходами (то есть, приложенный к нагрузке) будет выше вдвое, а полезная мощность в нагрузке выше аж вчетверо! И все это при неизменной системе питания, из трат у нас - только стоимость дополнительного канала усиления (читай - одного на канал ОУ) и трех резисторов.
Раньще в нагрузку шел только верхний сигнал, а теперь - разность между верхним и нижним:
Очевидно, что в случае такой схемотехники оба контакта для подключения нагрузки у нас "горячие", т.е земли (относительно которой у нас приложено выходные напряжения) на выходном разьеме нет , следовательно для подключения нагрузки (наушников) необходимо использовать по 2 раздельных проводника для каждого излучателя (или 4 в общей сложности). Ну и, соответственно, 4 пиновое выходное гнездо и 4х пиновый коннектор. Так называемый, TRRS :
Обычно балансная распиновка разьема, начиная от кончика выглядит так:
Очевидно, что если воткнуть "балансные наушники" в небалансный выход то один из каналов (правый) будет работать обычным образом, а вот левый будет включен между левым и правым каналами и будет играть "не пойми что".
Если же, наоборот, воткнуть в балансный выход устройства наушники обычные, с 3 пиновым джеком, то 2 выхода инверсных усилительных каналов окажутся нагружены друг на друга, что в итоге может привести к поломке плеера и искаженному звучанию, разумеется.
В итоге, в чем плюсы этого решения, так ли уж оно нам необходимо?
Читаем выводы!
1. Балансная (мостовая) схема позволяет нам снять в 4 раза большую мощность при той же величине питающего выходной усилитель напряжения. Решается это, ценой добавления "лишнего" каскада на каждый канал, что, во-первых, удорожает конструкцию, а во-вторых, приводит к увеличению потребляемой мощности. Что может быть решающим для автономного устройства, коим плеер является.
В текущих условиях обилия на рынке "нормальных" по мощности устройств, особенно с двуполярной системой питания, сей факт делает такое решение совершенно непринципиально необходимым. А нестандартность интерфейса для подключения наушников к таким каскадам - еще и неудобным на практике.
2. Отсутствие общего земляного контакта в разьеме (точнее, его замена на два независимых контакта и два раздельных проводника к наушникам) потенциально может улучшить такой параметр, как переходное затухание между каналами, но по факту это может проявится лишь для простых ушных кабелей, где для обоих каналов используется один земляной проводник. Для нормальных hi-fi комплектных кабелей, где проводники симметричные и их 4, по паре для каждого излучателя, влияние мизерно, если ощутимо вообще. Формально, сводится к возможным взаимным наводкам в точке припаивания земли у гнезда миниджек на плате.
В чем разница и чем радуют Hi-End-плееры?
Стандарт TRS является одним из старейших и проверенных временем, поскольку впервые применялся еще на заре проектирования телефонных коммутаторов в XIX веке. Изначально TRS-разъем имел упрощенную TS-конструкцию (отсутствовал дополнительный канал-кольцо). Суть же самой аббревиатуры заключается в следующем:
Конструкция TRS-штекера полностью оправдывает его составные части: остроконечная гильза с пластиковыми перегородками-изоляцией, разделяющими каналы. Общепринятым стандартом TRS-штекера и, соответственно, порта, является традиционный стерео-джек, предусматривающий три контакта: левый и правый каналы + земля.
Существует три типоразмера аудиоразъемов TRS:
- 6,3 мм джек (1/4 дюйма). Используется в профессиональном музыкальном оборудовании: от микшеров и звуковых карт, до микрофонов и музыкальных электроинструментов.
- 3,5 мм джек. Универсальный аудиовыход, который используется в потребительской электронике и портативной технике любого уровня.
- 2,5 мм джек. Стандарт, который постепенно уходит в прошлое. Сфера применения: портативная техника, тюнеры, порты подключения чашек наушников со съемными шнурами.
Как слушается: Подключение посредством TRS является самым простым: под любой размер порта и штекера несложно подобрать соответствующий переходник, но главным врагом дешевизны остается физика. От TRS не ждите «сверхзвука» и лавр «эталонного винила».
Балансный выход
В сфере профессионального аудио оборудования одним из эталонных вариантов подключения является балансный. Внешне он мало чем отличается от широкопрофильного TRS, а вот алгоритм его работы позволяет добиться заметно лучшего качества звучания.
При балансном подключении (симметричном) сигнал проходит по трем проводникам: два информационных канала (прямой и реверсный) и земля. Таким образом, электрический импеданс между проводниками уравновешен, поскольку подается в противофазе. Как результат: значительное увеличение мощности полезного сигнала и минимизация помех.
Коаксиальный цифровой выход S/PDIF. Разъем RCA и TOSLINK
Главная особенность коаксиального цифрового выхода заключается в отсутствии необходимости преобразовывать звук из цифрового в аналоговый, что и позволяет сохранить исходное качество сигнала с минимально возможным уровнем потерь.
Как слушается: Оптика требует тонкого подхода и любит дорогие аксессуары. Приготовьтесь повозиться с подбором оригинального качественного кабеля, но результат оправдает себя с лихвой. Вариант с цифровым подключением исключает лишний виток преобразований, что также положительно сказывается на качестве звука.
Astell&Kern AK380: TRS-джек, оптический 3,5 мм, балансный выход (4-пиновый 2,5 мм, требует подключения усилителя);
Astell&Kern AK240: TRS-джек, оптический 3,5 мм, балансный выход (4-пиновый 2,5 мм, требует подключения усилителя);
Astell&Kern AK120 II: TRS-джек, оптический 3,5 мм, балансный выход (4-пиновый 2,5 мм, требует подключения усилителя);
Astell&Kern AK100 II: TRS-джек, оптический 3,5 мм, балансный выход (4-пиновый 2,5 мм, требует подключения усилителя);
Astell&Kern AK Jr: TRS-джек.
Colorfly C4 Pro: TRS-джек 3,5 и TRS-джек 6,3 мм (работают синхронно); S/PDIF.
Colorfly C10: TRS-джек, балансный выход (3,5 мм джек);
Colorfly C3: TRS-джек.
HiFiMAN HM-901s: TRS-джек, балансный выход (3,5 мм джек);
HiFiMAN HM-901: TRS-джек/балансный выход (4-пиновый порт, комплектуется переходником; предусмотрен переключатель);
HiFiMAN HM-802: TRS-джек/балансный выход (4-пиновый порт, комплектуется переходником; предусмотрен переключатель);
HiFiMAN HM-700: TRS-джек/балансный выход (4-пиновый порт, комплектуется переходником; предусмотрен переключатель);
HiFiMAN HM-650: TRS-джек, балансный выход (3,5 мм джек);
HiFiMAN HM-603: TRS-джек, балансный выход (3,5 мм джек);
HiFiMAN HM-601 Slim: TRS-джек, балансный выход (3,5 мм джек).
О портах, штекерах и типе передачи сигнала можно говорить бесконечно долго. Единственно верным же советчиком могут стать ваши собственные уши. Любая из представленных в рамках этого материала моделей звучит на порядок лучше смартфона и бюджетной флешки с поддержкой MP3. Это и есть Hi-End.
(2 голосов, общий рейтинг: 5.00 из 5)
Прошли времена, когда компьютеры попадали на прилавки магазинов «глухонемыми»: сегодня в любой материнской плате есть встроенная звуковая карта. Казалось бы, необходимости в отдельном устройстве теперь нет, однако ассортимент звуковых карт хоть и слегка уменьшился, но пропадать с полок магазинов они не торопятся.
Зачем нужна звуковая карта
При выборе материнской платы покупатели обычно не обращают внимания на характеристики встроенной звуковой карты. Производители это понимают, поэтому на встроенные звуковые карты идут дешевые низкопроизводительные чипы, что не лучшим образом сказывается на качестве звука.
Кроме того, встроенные звуковые карты имеют только стандартный стереовыход и полноценно подключить к ней акустическую систему объемного звука 5.1 (или 7.1) не получится. Проблемы возникнут и во многих играх — встроенные звуковые карты обычно не поддерживают используемую в играх технологию объемного звука EAX.
Еще один немаловажный довод против встроенных звуковых карт: они увеличивают нагрузку на процессор, занимая его распаковкой сжатых аудиофайлов, например, mp3. А отдельные звуковые карты обычно имеют свой процессор, и они распаковывают аудиофайл самостоятельно.
Характеристики звуковых карт
Расположение карт бывает внешним или внутренним. Внутренние (дискретные) карты устанавливаются внутрь компьютера в свободный слот расширения PCI или PCI-E.
Внешние карты имеют свой корпус и располагаются снаружи компьютера, соединяясь с ним по интерфейсному кабелю USB или USB Type C.
Внешние звуковые карты чаще всего используются с мобильными компьютерами — ноутбуками и планшетами. Впрочем, профессиональные внешние карты часто используются на десктопных компьютерах — корпус внешней карты не имеет ограничений по размеру и способен вместить большое количество разъемов и элементов настройки.
Интерфейс подключения определяет, каким образом звуковая карта будет подсоединена к компьютеру. PCI и PCI-E — интерфейсы подключения внутренних звуковых карт. При этом карта с интерфейсом PCI может быть установлена в слот PCI-E, а наоборот — нет. USB и USB Type C —интерфейсы подключения внешних звуковых карт. Здесь с совместимостью получше — внешнюю звуковую карту можно подключить с помощью переходника к любому разъему USB — как USB к USB Type C, так и наоборот.
Формат звуковой карты соответствует количеству каналов воспроизведения. Большинство звуковых карт обеспечивают воспроизведение только стереозвука — формат 2.0, два канала воспроизведения. Для подключения и полноценного использования систем объемного звука 5.1 (6 каналов) и 7.1 (8 каналов) понадобятся звуковые карты с соответствующим форматом.
Разрядность ЦАП и максимальная частота ЦАП. Эти параметры определяют, насколько восстановленный из цифровой записи сигнал будет соответствовать аналоговому оригиналу. Чем они выше, тем воспроизводимый сигнал ближе к оригинальному. Однако это имеет смысл только в том случае, если разрядность и частота записи не ниже разрядности и максимальной частоты ЦАП. Треки audio CD имеют разрядность 16 при частоте записи 44,1 кГц и будут абсолютно одинаково звучать, проходя как через 16-битный ЦАП с максимальной частотой дискретизации 48 кГц, так и через 32-битный с частотой 384 кГц.
В то же время, отличить 16-битный звук от 24-битного при отсутствии фонового шума могут многие люди с хорошим слухом. Поэтому, если вы собираетесь использовать звуковую карту для прослушивания качественного аудио (DVD и Blu-ray), следует выбирать модель с разрядностью ЦАП не менее 24.
С максимальной частотой ЦАП сложнее. Согласно теореме Котельникова, для передачи сигнала любой частоты достаточно частоты дискретизации, вдвое большей частоты самого сигнала. С учетом того, что самая высокая частота, различимая на слух — 20 кГц, частоты дискретизации в 40 кГц должно быть достаточно для качественной оцифровки любого звука. Частота дискретизации audio CD: 44.1 кГц, и максимальная частота дискретизации mp-3 файлов: 48 кГц, выбраны, как раз исходя из этого критерия.
Теоретически, частоты дискретизации в 48 кГц должно быть достаточно, но практически иногда возникает надобность в большей частоте: реальный аудиосигнал не полностью отвечает требованиям теоремы Котельникова и при определенных условиях сигнал может искажаться. Поэтому у ценителей чистого звука популярны записи с частотой дискретизации 96 кГц. Частота дискретизации выше 96 кГц особого смысла не имеет.
Отношение сигнал/шум показывает уровень шума, добавляемого в сигнал самой звуковой картой. Чем выше этот показатель, тем более чистым остается звук. Для прослушивания музыки нежелательно, чтобы этот показатель был ниже 75 дБ. Hi-Fi аппаратура обеспечивает минимум 90 дБ, а высококачественные Hi-End устройства способны обеспечить отношение сигнал/шум в 110–120 дБ и выше. Уделите этому параметру особое внимание, если вам важно качество звука — отношение сигнал/шум намного заметнее влияет на него, чем высокие характеристики ЦАП, порой имеющие больше маркетинговое значение.
Профессиональный адаптер используется для передачи балансного сигнала, обеспечивающего высокий уровень защиты от помех за счет дублирования сигнала по двум проводам, причем по второму аудиосигнал передается в противофазе. В колонках аудиосигнал в противофазе вычитается из основного, при этом наведенная помеха (поскольку она идет в одной фазе на обоих сигналах) пропадает, а полезный сигнал усиливается.
Обычно балансный сигнал передается через разъем XLR или универсальный.
Поддержка ASIO позволяет приложению-источнику аудиосигнала передавать его напрямую в драйвер звуковой карты, минуя различные мультимедийные библиотеки операционной системы. Поддержка звуковой картой ASIO крайне желательна при записи аудио с высокой частотой дискретизации.
Фантомное питание микрофона используется при подключении конденсаторных студийных микрофонов — считается, что такой микрофон обеспечивает наилучшую запись голоса. Для подключения обычных динамических микрофонов фантомное питание следует отключать, иначе микрофон может выйти из строя.
Высокоомный инструментальный вход (Hi-Z) предназначен для прямого подключения электронных музыкальных инструментов c высоким сопротивлением звукоснимателя, например, электрогитар, электровиолончелей, скрипок. При подключении таких инструментов к обычному линейному входу амплитудно-частотная характеристика сигнала может исказиться.
В некоторых картах может быть встроенный усилитель для наушников — он пригодится при использовании качественных высокоомных наушников. Без усилителя звук в таких наушниках может оказаться слишком тихим.
Поддержка ASIO, фантомное питание микрофона, высокая частота и разрядность АЦП, наличие инструментального входа — отличительные особенности музыкальных звуковых карт, способных производить высококачественную запись звука.
Варианты выбора
Для срочного и простого решения проблемы отсутствия звука можно порекомендовать простые звуковые карты, подключающиеся по USB. Они недороги, просты в установке, но ждать от них выдающегося звука не стоит.
Если вы желаете подключить к компьютеру многоканальную акустическую систему и насладиться всем богатством объемного звука, приобретайте звуковую карту формата 4.0, 5.1 или 7.1 — в зависимости от акустической системы.
Если вас не устраивает качество стереозвука домашнего или офисного компьютера и вы желаете довести его до приемлемого стандарта с минимальными затратами, ориентируйтесь на звуковые карты с разрядностью ЦАП от 24 и низким уровнем шума.
Если вы любите слушать музыку через наушники, обратите внимание на наличие встроенного усилителя для наушников.
Если вы желаете использовать компьютер для высококачественной студийной записи, вам потребуется профессиональная звуковая карта с соответствующим набором характеристик.
МЫ РАБОТАЕМ:
Я видел много онлайн объяснений о сбалансированных аудио схемах — что это такое, как они работают и почему они желательны. Большинство из них довольно точные, но некоторые вводят в заблуждение. Итак, давайте начнем с тонкостей сбалансированных связей.
Что такое балансный аудиосигнал?
В домашнем аудио, существует два типа подключения для аудиосигналов: небалансный, также известный как несимметричный и балансный. Небалансное соединение выполняется с использованием двух проводников: сигнала и возврата. Аудиосигнал передается по одному проводнику и привязывается ко второму, соединенному с землей, а часто и с экраном. Несбалансированные кабели обычно заканчиваются разъемами RCA.
Балансное соединение имеет два сигнальных провода и один заземляющий провод, который также может быть подключен к экрану. Исходный аудиосигнал, называемый неинвертированным или горячим сигналом, передается по одному сигнальному проводнику, в то время как второй сигнальный проводник переносит тот же исходный аудиосигнал в инвертированном или сдвинутом по фазе 180. Инвертированный сигнал также часто называют холодным сигналом. Балансные кабели обычно заканчиваются разъемами XLR (male и female).
Основными преимуществами балансных соединений перед небалансными являются:
Балансные соединения подавляют синфазный шум — шум, который коррелирует между горячим и холодным (например , из-за шума источника питания), исключается (см. Пояснение ниже). Коррелированный шум — это шум, который одинаков, связан по фазе и равен по амплитуде. Однако некоррелированный шум (например, шипение от теплового шума) не будет устранен балансным соединением.
Проблемы контура заземления часто смягчаются как синфазным отклонением, так и отдельным проводником заземления балансного соединения, отделяющим заземление корпуса от заземления сигнала.
Электрические помехи, улавливаемые экраном, не попадают в путь прохождения сигнала.
Балансное соединение обеспечивает запас мощности на 6 дБ, что увеличивает отношение сигнал / шум. Это применимо, если симметричный кабель подключен к дифференциальному усилителю / буферу или трансформатору. Обратите внимание, что дифференциальный усилитель будет только усиливать разницу между горячим и холодным сигналом и отклонять любой сигнал, равный по амплитуде между горячим и холодным (см. Диаграмму ниже).
Еще одно преимущество балансных соединений на типичном Hi-Fi устройстве, которое редко упоминается, — это сам разъем. Разъем XLR часто блокируется, в то время как большинство разъемов RCA — нет. Даже если бы балансное соединение не звучало лучше, я бы все равно выбрал его только для XLR — нравится чувство безопасности, которое я чувствую, когда слышу щелчок разъема, заблокированного в гнезде.
Компоненты, которые вы подключаете, должны быть совместимы с этими типами подключения. Большинство компонентов домашнего аудио имеют несимметричные разъемы RCA.
Полезны ли балансные соединения в домашней системе?
В профессиональной среде, такой как студия, театр или концертная площадка, где 100-метровая длина сигнального кабеля является нормой, сбалансированный путь часто единственный. Высоки шансы, что любой кабель такой длины будет воспринимать слышимые уровни шума, которые сбалансированная топология может компенсировать.
Но есть ли разница между стереосистемой электроники с симметричными входами и выходами, все из которой соединены симметричными межблочниками, и системой только с односторонними соединениями? Ответ будет зависеть от того, насколько электромагнитно шумит ваша среда и насколько длинны соединительные кабели. Например, в моей настройке я хотел разместить усилитель мощности между моими динамиками и моим предусилителем рядом с креслом, чтобы я мог вручную регулировать громкость предусилителя. В типичной конфигурации с компонентами, соединенными межблочниками небольшой длины, я сомневаюсь, что вы услышите большую разницу между балансным и односторонним подключением, если сами компоненты не имели полностью сбалансированной топологии.
Полностью балансная электроника
Электронные компоненты с полностью симметричными цепями были тенденцией в высококачественном аудио уже не менее 20 лет. Чтобы проиллюстрировать, как это работает, представьте себе балансный сигнал, содержащий две пиковые синусоидальные волны 2 В, смещенные по фазе на 180. Представьте, что обе синусоидальные волны выводятся компонентом источника, таким как ЦАП, через контакт 2 (горячий) и контакт 3 (холодный) разъема XLR через симметричное соединение на балансный вход предварительного усилителя. В полностью балансном предусилителе обе синусоиды каждого канала будут обрабатываться одинаково от входа до выхода, каждая синусоида проходит через свой собственный сегмент регулятора громкости: в двухканальном предусилителе всего четыре сегмента.
Если мы доведем этот полностью балансный пример до логического конца, обе синусоиды каждого канала будут затем передаваться в балансный усилитель мощности, в котором каждому тракту будет выделен отдельный путь сигнала, пока сигнал не достигнет клемм динамика. Там усиленная версия горячего сигнала будет подключена к положительной клемме динамика, а усиленная версия холодного сигнала будет подключена к отрицательной клемме. Если бы каждая усиленная синусоида была, скажем, пиком 30 В (по отношению к земле), на каждом терминале громкоговорителя громкоговоритель видел бы пик 60 В виде гребней одной волны и впадин другой.
Что произойдет, если сигнал встретится с шумом где-то на его пути? Если шум коррелируется, а регулятор громкости и каждый буфер и каскад усилителя все идеально согласованы между горячим и холодным сигналами, с идеально согласованными входным и выходным импедансами, то не будет иметь значения, каков уровень шума. Мы могли бы иметь 100 В (относительно земли) шума на каждом терминале динамика и все равно ничего не слышать, потому что все это было бы устранено. В любой данный момент напряжение, вызванное шумом, будет одинаковым на обеих клеммах громкоговорителя — отсутствие разности напряжений означает отсутствие сигнала, а отсутствие сигнала означает отсутствие звука. Конечно, абсолютно идеальное совпадение между горячим и холодным сигналами невозможно.
Есть некоторые недостатки полностью симметричных конструкций. Первое и наиболее очевидное — это стоимость, так как требуется вдвое больше электронных компонентов. Второй — это определенный тип шума. Hiss, слышимый через динамики, обычно происходит из-за некоррелированного теплового шума в пассивных или активных компонентах. Поскольку этот тип шума является случайным, его фаза и амплитуда в горячем и холодном сигналах не будут идентичны, и поэтому не будут отменены. Фактически, поскольку полностью балансные конструкции имеют больше электронных компонентов, чем небалансные, они могут, по крайней мере в теории, генерировать больше шипения, чем их небалансные аналоги.
Так стоит ли все усложнение и затраты на полностью балансные компоненты работу? Мнения различаются, в зависимости от способности дизайнера предложить высококачественный источник питания с тихой схемой заземления. Но, вообще говоря, я бы сказал, нет, оно того не стоит. Однако, если дизайнер не настолько компетентен, балансная работа может иметь значение.
Теперь, когда вы поняли немного больше о балансных и несимметричных соединениях и электронике, а также об их преимуществах и недостатках, вы можете помнить об этом в следующий раз, когда будете покупать оборудование Hi-Fi. Подумайте о своей конкретной ситуации, расположении комнаты и оборудования, а также о важности или отсутствии балансной стереосистемы.
Читайте также: