Kable symetryczne i niesymetryczne

Chociaż większość kabli do przenoszenia sygnałów dźwiękowych, to kable porządnie ekranowane, to mimo wszystko na dłuższych połączeniach i tak sygnał zostanie wzbogacony o pewne zniekształcenia. Przesyłanie sygnału za pomocą połączeń symetrycznych (balanced) to sposób na zminimalizowanie zakłóceń dostających się do kabla. Specyficzne wykorzystanie fizycznych własności fali pozwala na stosowanie bardzo długich połączeń praktycznie bez utraty jakości dźwięku. W studiach radiowych lub telewizyjnych wykorzystuje się połączenia o długości nawet 100m i większych. Aby móc wykorzystać kable symetryczne, sprzęt z którym pracujemy (karta dźwiękowa, wzmacniacz itd.) musi obsługiwać połączenia symetryczne.

Zasada działania takich połączeń opiera się o wykorzystania zjawiska związanego z falami jakim jest znoszenie się fal odwrotnie spolaryzowanych. Wykorzystując kabel 2-żyłowy w połączeniach symetrycznych, jedną żyłą płynie niezmieniony sygnał, a w drugiej żyle płynie ten sam sygnał, ale odwrócony względem osi x.

Spróbuję przedstawić ideę połączeń symetrycznych na prostym schemacie:

1. W kablu symetrycznym (musi być dwużyłowy!) płynie sygnał oraz sygnał, który jest idealnym odwróceniem oryginalnego sygnału.

2. W połączeniach symetrycznych musi być spełniony jeszcze jeden warunek, mianowicie impedancja obydwu żył musi być taka sama. Do kabla mogą dostać się zakłócenia, ale przy spełnieniu powyższego założenia zakłócenia na obydwu przewodach będą identyczne (lub prawie identyczne):

3. Odwrócony sygnał z drugiej żyły źródła symetrycznego (np. mikrofonu) zostaje w wejściu różnicowym* wzmacniacza ponownie odwrotnie spolaryzowany. Dwukrotnie odwrócony sygnał daje nam oryginalne źródło dźwięku, natomiast wszelkie zakłócenia wprowadzone do kabla są wyzerowane:

Na końcu sygnały są sumowane i otrzymujemy pozbawiony zakłóceń sygnał końcowy o podwójnej amplitudzie. A więc połączenia symetryczne, to dodatkowy zysk w postaci podwojenia napięcia.

Sumowanie fal odbywa się tak jak sumowanie wektorów.

Wektory o identycznych parametrach, ale przeciwnych zwrotach, podobnie jak fale zerują się. Np. suma wektorów [0 ; 4] oraz [0 ; -4] da wektor zerowy [0 ; 0].

a + b = 0

 Podobnie fale sinusoidalne o przeciwnych znakach zerują się (znoszenie się zakłóceń).



Sumowanie identycznych wektorów da wektor o podwójnej długości.

Podobnie zsumowanie dwóch identycznych fal sinusoidalnych, da nam falę o podwójnej amplitudzie (podwojenie amplitudy na wejściu różnicowym wzmacniacza).

Złącza symetryczne

Najpopularniejszymi złączami wykorzystywanymi w kablach symetrycznych, to XLR (3 pinowe złącze najczęściej wykorzystywane w mikrofonach) oraz TRS (popularnie zwany dużym Jackiem [czyt. dżekiem], lub Jackiem stereo).

Połączenia symetryczne są stosowane w urządzeniach profesjonalnych. W sprzęcie tzw. konsumenckim gdzie połączenia są stosunkowo krótkie wykorzystuje się połączenia niesymetryczne (unbalanced), w których sygnał przesyłany jest jedną żyłą.

Najpopularniejszymi złączami wykorzystywanymi w połączeniach niesymetrycznych to Jack stereo (np. słuchawki), Jack mono (zwany też TS, np. kabel gitarowy), RCA (popularnie zwany Cinch).

Kiedy stosować połączenia symetryczne?

Zawsze gdy tylko mamy taką możliwość. Połączenia symetryczne zagwarantują nam minimalizację zakłóceń wprowadzanych do kabli nawet na dużych odległościach. Jedyny warunek to posiadanie urządzeń obsługujących ten typ połączeń. Jeżeli sprzęt wyposażony jest w złącza XLR to na 99% jest przystosowany do połączeń symetrycznych, jeżeli jest to Jack to może, ale nie musi. W przypadku RCA (chinch) jest to na 100% połączenie niesymetryczne.

Nie należy jednak dramatyzować. Dobre - ekranowane kable niesymetryczne mogą spokojnie być stosowane w połączeniach do ok 10 metrów. Spotkałem się nawet z 15-metrowym kablem niesymetrycznym stosowany w studiu nagrań! Wszystko zależy od jakości kabla (ekranowania) i umiejscowienia kabla (jak blisko i pod jakim kątem od kabli zasilających, monitorów CRT, nadajników radiowych i innych urządzeń promieniujących polem elektromagnetycznym).

Czy kabel symetryczny można podłączyć do wejścia niesymetrycznego (i odwrotnie)?

Tak. Połączenie kablem symetrycznym wejścia i wyjścia symetrycznego i niesymetrycznego, spowoduje desymetryzację sygnału. Będzie to w praktyce zwykłe połączenie niesymetryczne.

UWAGA! Połączenia symetryczny - niesymetryczny typu chinch - XLR, chinch - TRS, TS -TRS itd. wymagają odpowiednio przygotowanego kabla.

* Wejście różnicowe - wejście miksera, wzmacniacza itp. przystosowane do odbioru sygnału symetrycznego.

--

SŁOWNICZEK:

TS - rodzaj złącza, popularna angielska nazwa Jacka (dżeka) mono. Nazwa pochodzi od słów Tip i Sleeve czyli końcówki i rękawa składających się na wtyczkę Jack. Popularne zastosowanie - kabel gitarowy.

TRS - rodzaj złącza, popularna angielska nazwa Jacka (dżeka) stereo. Nazwa pochodzi od słów Tip Ring Sleeve, czyli czubek, pierścień i rękaw odnoszących się do poszczególnych części składowych wtyczki Jack. Popularne zastosowanie - słuchawki (wersja mini Jack), kable symetryczne w zastosowaniach profesjonalnych (chociaż częściej stosuje się złącza XLR).

XLR - rodzaj złącza, zwany też cannon. Najbardziej znane złącze do przenoszenia sygnałów symetrycznych, o charakterystycznej 3-pinowej konstrukcji. Na pinie nr 1 zawsze mamy masę, na 2 i 3 sygnał gorący i zimny. Popularne zastosowanie: mikrofony.

____________________________________________________________________

Wszelkie prawa zastrzeżone 
Copyright © Michał Pytko 2010