Что такое балансное подключение наушников и зачем это нужно?

Коаксиальный цифровой выход S/PDIF. Разъем RCA и TOSLINK

По мере развития индустрии звукозаписи, перед инженерами по-прежнему стоял вопрос по возможным способам минимизации акустических искажений и помех. Так был найден коаксиальный способ передачи данных S/PDIF. S – компания Sony, P – компания Philips, принявшие участие при разработке данного стандарта; DIF – digital interface (в переводе с англ. «цифровой интерфейс»).

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.

Самым популярным цифровым выходом принято считать RCA – «тюльпан», созданный еще в 40-х годах прошлого века. Еще одним вариантом реализации S/PDIF считается оптический кабель и порт формата TOSLINK, преобразующий электрический сигнал в оптический. Затем оптический луч передается по экранированной оболочке кабеля. Особенность оптической передачи сигнала заключается в том, что он не поддается никаким электромагнитным помехам. При поступлении к источнику воспроизведения, оптический сигнал вновь преобразуется в электрический.

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.

Плееры Astell&Kern:

Чем старше в классе модель от корейского производителя, тем лучше он звучит. Для Astell&Kern это аксиома. От простенькой модели Astell&Kern AK Jr с единственным джеком, до симбиоза оптики и TRS с дополнительным балансным входом в моделях AK240 и AK380.

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.

Плееры Colorfly:

«Made in China» – это вердикт качеству каким мы привыкли его воспринимать при виде данной надписи. Когда речь заходит о Hi-End, китайские инженеры не могут позволить себе «сделать плохо». Плееры от Colorfly отличаются стильным дизайном и наличием хорошего арсенала портов (особенно в модели Colorfly C4 Pro).

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.

Плееры HiFiMAN:

Широкий ассортимент моделей от американского производителя HiFiMAN позволяет подобрать плеер по вкусу даже в том случае, если вы руководствуетесь исключительно его внешним видом. Оригинальное решение производителя – наличие переключателя с обычного на балансный порт TRS 3,5 мм.

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.

iPhones.ru

В чем разница и чем радуют Hi-End-плееры? Мечты о том, что когда нибудь инженерная мысль сольется воедино и на мир сойдет единый универсальный порт, который будет лишен недостатков, будет подходить под любые цели в любой отрасли, так и остаются мечтами. Оптический, коаксиальный, джек, S/PDIF… От этого разнообразия голова идет кругом. Сегодня мы разберемся с основными…

Принцип действия[править | править код]

Небалансный (несимметричный, линейный) сигнал передаётся по двум проводникам: один проводник — информационный, другой — земля. Это обязательное и достаточное условие для протекания электрического тока по замкнутой цепи. Данный способ передачи сигналов отличается исключительной простотой реализации, однако не способен противостоять помехам на физическом уровне (в качестве одного из немногих практических решений применяют экранирование таких линий).

Балансный сигнал использует для передачи три проводника: два информационных (прямой и инверсный) и одну землю. Электрический импеданс информационных проводников по отношению к земле сбалансирован (то есть равен), что нашло отражение в названии. Сигналы по двум информационным проводникам балансной линии передаются в противофазе с равной амплитудой относительно земли.

Приёмник балансного сигнала вычитает из прямого сигнала инверсный, в результате помехи, синфазно наведённые на такую линию, вычитаются, а полезный сигнал увеличивается по амплитуде в два раза. Существенное отличие балансной линии от обычной дифференциальной пары — в обязательном наличии земляного проводника и соблюдении равных импедансов пар «плюс—земля» и «минус—земля», что, во-первых, сохраняет равные амплитуды прямого и инверсного сигнала на всём протяжении линии и на входе приёмника, во-вторых, позволяет применять дополнительные методы контроля и исправлений искажений сигнала.

Полная симметрия

А теперь предлагаю заглянуть внутрь балансного устройства. В качестве испытуемого возьмем уже знакомый нам Schiit Audio Jotunheim, который является полностью балансным предварительным усилителем, балансным усилителем мощности и имеет дополнительные модули в виде балансных ЦАПа и фонокорректора. Таким образом, мы можем наблюдать все возможные варианты балансного тракта.

Начнем с простого. Подключение к балансному усилителю происходит при помощи трехконтактных входов и выходов на разъемах XLR. Схема балансного соединения подразумевает наличие трех сигнальных проводников: «плюс», «минус» и «земля» (расположена посередине). Фактически мы видим удвоенную небалансную схемотехнику.

Как видите — у левого и правого каналов в балансном включении мало общего, а при небалансном они были бы связаны «земляным» проводом

В небалансной схеме полезный сигнал проходит между «плюсом» и «землей», а в балансном появляется еще одна сигнальная линия между «минусом» и «землей» —зеркальное отражение «плюсового» сигнала. Таким образом, удваивается амплитуда сигнала. Однако главный положительный эффект возникает благодаря тому, что различного рода помехи, проникающие в звуковой тракт извне, являются однополярными. Поэтому когда помеха приходит на «плюсовое» плечо в фазе, то в «минусовом» плече она оказывается в противофазе, и в итоге мы получаем взаимное погашение.

Вся суть балансной схемотехники: ведем параллельно положительные и отрицательные ветви сигнала и полностью устраняем все помехи при сложении сигналов на выходе

С точки зрения схемотехники один канал в балансном усилителе по сути своей представляет два обычных небалансных канала. Вместо одного транзистора или операционного усилителя, работающего между «плюсом» и «землей», используются симметричные пары транзисторов или операционных усилителей, один из которых работает в «плюсовом», другой в «минусовом» плече, а земля является средней точкой между ними. Условно говоря, мы можем взять один стереофонический усилитель и сделать из него монофонический балансный, усиливая «минусовое» плечо, скажем, левым каналом и «плюсовое» правым.

В цифровой балансной схеме используются два ЦАПа, оба канала одного заняты левым, а другого — правым каналом

Соответственно, заглянув внутрь балансного устройства, мы увидим два звуковых тракта с симметричным расположением элементов. Важный момент: в балансной схеме каждый канал имеет свою «землю», которая не связана с «землей» другого канала, в то время как в небалансной схеме «земля» общая и очень часто усиление обоих каналов происходит в одной микросхеме или одной лампе.

Как сделать балансные наушники из обычных

Существует 2 факта о балансных наушниках:

Обычные наушники, которые можно купить в любом маркете аудиоаппаратуры, можно легко превратить в балансовые. Даже если производитель заявил, что выпущенные им наушники не являются балансными, они становятся такими при присоединении хорошего кабеля другого изготовителя. Это относится к внутриканальным наушникам либо оснащенным Y-образным подключением провода – здесь канальные динамики не стянуты «минусовым» проводом.
Аудиовыход балансного усилителя и аналогичный кабель обладают 4-мя контактами. Каналы не сочленены общими проводами. Массу примеров можно найти среди обзоров оборудования High-End, китайского Hi-Fi.

Плеер с балансным выходом требует подключения наушников аналогичного типа, с которыми в комплекте обычно идут 2 кабеля. При подключении к нему простейших наушников звук может обернуться монофоническим, однако если некачественно сделана распайка. Производители пока не нашли универсальный вариант распиновки балансового выхода, поэтому, например, к плееру могут не подойти балансные наушники. Кроме этого, выход плеера может рассчитываться на «джек» в 2,5 мм, а наушники могут иметь «jack» в 3,5 мм.

При подключении Hi-Fi-оборудования и студийной аппаратуры используется симметричная передача аудиосигнала и интерфейс, защищенный от помех. Такое подключение требует использования кабелей trs или xlr, оснащенными по 3 токопроводящих кабеля для каждого канала. Для балансного подключения применяется по 2 провода на каждый канал.

разъёмы «джек» (TRS, TRRS)

Балансовые кабели для наушников оснащены 4-мя контактами каждый. Это позволяет присоединять один наушник к выходу балансного усилителя независимо от другого наушника. При индивидуальном подключении наушников правого и левого каналов оборудование становится балансным, однако необходимо использовать специальный кабель. На вход усилителя можно подавать балансный и несимметричный сигнал.

Для балансового подключения наушников необходимы:

наушники с раздельным подключением каналов;
провод балансный, оборудованный специальными разъемами;
усилитель балансовый;
если усилитель оснащен специальными входами, можно добавить балансный источник.

Во время аудиозаписи через микрофон не обойтись без наушников – они позволяют контролировать весь процесс. Подавляющее большинство звуковых карт оснащено специальным разъемом или несколькими разъемами для наушников. Подключение к аудиоинтерфейсу не составляет труда – следует состыковать наушники с оборудованием через гнездо формата jack 6,3. Если в наушниках нет такого штекера, можно использовать переходник.

Тестовые стенды

Для того чтобы проверить все наблюдения и теоретические выкладки на практике я отправился в шоурум Schiit Audio, где есть возможность послушать балансные устройства различного класса как с наушниками, так и с акустикой. Последнее было необходимым условием для выяснения, какой же способ подключения наушников дает звучание, наиболее близкое к тому, что мы слышим при прослушивании стереосистемы. Из имеющегося набора аппаратуры я выбрал усилитель Schiit Audio Jotunheim со встроеным ЦАПом и связку из ЦАПа Schiit Audio Yggdrasil и усилителя Schiit Audio Ragnarok, работающую как с наушниками, так и с акустикой Sonus Faber Olympica III. В роли проигрывателя и источника контента выступил мой ноутбук с Windows 10 и приложением Foobar2000.

В рамках одного производителя выстроить балансный тракт проще всего Наушники ОРРО РМ-1 подключались фирменными кабелями — балансным и небалансным. Внешне они идентичны и отличаются только разъемом подключения к усилителю: привычный трехконтактный jack у небалансного и четырехконтактный XLR у балансного кабеля.

Из чего состоит микрофонный кабель

Для защиты рожденного в микрофоне слабого низковольтного сигнала звука нужно, чтобы он передавался по специальному кабелю и подключался только через XLR разъём. Всё это в комплексе даёт возможность передачи чёткого аудиосигнала без искажения.

Микрофонный кабель состоит из трёх основных компонентов:

Медных токопроводящих проводников — жил, по которым будет проходить трансформированный в электрический импульс звук. Медь в данном случае является оптимальным проводником как в соотношении токопроводимости и цены, так и в отношении сопротивления и пластичности. Ещё одним из преимуществ меди используемой для кабелей такого типа является возможность её лёгкой пайки, как единственного способа соединения жилы и элементов разъёмов. Нужно помнить, что чем ниже его сопротивление и длина тем меньше будет потерь слабого импульса, идущего от микрофона к устройству приёма, это может быть микшер или предварительный усилитель. Проводники имеют многожильную конструкцию, так как именно она менее склонна к переломам вовремя изгибов.
Экрана. От его плотности и качества оплётки напрямую зависит защита от помех и прохождения сигнала по жилам без внешнего искажения. Экран может быть выполнен из лужёной меди и нелуженой.
Изоляции каждой жилы. Выполняется она из пластичного материала, обладающего диэлектрическими свойствами, чтобы медные токопроводящие жилы не касались друг друга и не влияли электрически. Чаще всего это ПВХ изоляция так как она обладает высокой стойкостью к изгибам, температурам и обладает отличными изолирующими свойствами.

Трёхконтактный разъём типа XLR. Данный стандартный разъём применяется для соединения микрофонов. Два контактных элемента несут в себе аудиоинформацию, а третий подключается к корпусу, который при оптимальной установке заземляется.

Конструктивная реализация в аппаратуре[править | править код]

Большинство профессиональной аудиоаппаратуры (звукозаписывающей, системы громкой оповестительной связи и т. д.) имеют отдельные балансные и небалансные входные разъёмы, обычно XLR или TRS. Тем не менее, в большинстве случаев сигнал с отдельного балансного входа преобразовывается внутри прибора в небалансный сигнал с помощью трансформатора или электронного усилителя. После обработки сигнала прибором, небалансный сигнал преобразовывается обратно в балансный и подаётся на выход. Однако, некоторое количество техники проектируется для работы с балансным сигналом без дополнительных преобразований. Это достигается при использовании зависимых трактов для обеих цепей сигнала (положительной и отрицательной). Такая схема используется для достижения максимального качества звука чтобы избежать лишних преобразований сигнала, неизбежно влияющих на его качество. Полностью балансная внутренняя схема позволяет расширить динамический диапазон на 3 дБ по напряжению.

В чем разница между балансным и небалансным кабелем?

Прежде чем мы начнем детальное изучение различий двух видов кабеля, стоит понять, что находится внутри каждого из них.

Небалансные кабели

Если снять с небалансного кабеля прорезиненную внешнюю защиту, то перед глазами предстанет экранирующая оплетка, в английском языке именуемая «Braided Shield». Экранирующая оплетка представляет собой сетку из тонких медных проволок, обернутую вокруг небольшого основного сигнального провода. Такая оплетка бывает разных видов: однослойная, двухслойная и французская. Каждый из видов экранирования оказывает различный эффект на поступающий шум, устраняя его сильнее или слабее.

Во время ремонтных работ поврежденного небалансного кабеля достаточно аккуратно размотать экранирование и отвести его в сторону, чтобы по окончанию ремонта замотать сигнальный провод обратно.

Балансные кабели

Под прорезиненной защитой балансного (линейного) кабеля скрывается куда больше внутренностей в отличие от небалансных проводов.

В зависимости от качества кабеля, внутри могут находиться или экранирующая оплетка (как у небалансных кабелей) или дополнительный слой защиты из фольги. Получается, что внутри кабеля находятся два проводника и земля.

Аккуратно размотав экранировку кабеля, перед нами предстают два сигнальных провода — Плюс (за рубежом именутся «Positive» или иногда «Hot») и Минус («Negative»). При этом не стоит думать, что два провода дают стереосигнал, как это происходит у RCA-кабелей. Плюс и Минус — это два небалансных провода (внутри все та же медная оплетка и сигнальный кабель), объединенных между собой и связанных с землей.

Оба вида — балансный и небалансный кабель — имеют экранирование, что позволяет им останавливать поступающий извне шум, появляющийся от взаимодействия с сигнальным или сигнальными проводами. Именно шум является той ложкой дегтя в бочке меда отличного аудиосигнала, к которому каждый из нас стремится.

Существует два вида шумов, возникающих во время работы с аудиосигналом и звукозаписи — радиочастотные помехи (Radio Frequency Interference или сокращенно RFI) и электромагнитные помехи (Electromagnetic Interference или EMI). Если доносящийся из динамиков шум состоит из высоких частот, то это радиочастотные помехи. Если из динамиков идет низкочастотный гул — перед нами электромагнитные помехи.

Типы устройство XLR разъёмов

Для начала рассмотрим, что собой представляет стандартный XLR разъём по чему он имеет такое название.

Аббревиатура расшифровывается следующим образом:

Первая буква «Х» — это серия разъема, основанная компанией Cannon Electric в штате Калифорния, а если быть, точнее то в Лос-Анджелесе Джеймсом Каноном. Кстати, среди профессионалов в разговорном лексиконе сам разъем иногда так и называют Канон.
Вторая буква «L» — означает что он оснащён защёлкивающим соединяющим механизмом, именно благодаря такой фиксации данный разъём благополучно используется не только при установке на панели устройств и аппаратуры, но и при соединении двух отдельных кусков кабеля.
Третья буква «R» — это обозначения материала, изолирующего контакты внутри разъёма. Так как пластиковые изолирующие материалы имели проблемы с окислением медных контактных штырей, то разработчиками было принято решения заменить их на прорезиненные, которые одновременно при подключении двух элементов разъёмного соединения умело очищают их от этого вредного налёта. Однако если применяется контактные штырьки с позолоченным или же луженым покрытием, то пластиковый твёрдый изолятор не менее эффективен. То есть, если в конце указана буква «P» то это означает что используется пластик как основной тип изолятора.

Иногда можно встретить XLR разъём, который имеет от трёх до пяти контактных штырьков, но всё же именно трёхконтактные имеют самую большую область применения и распространены среди любителей качественной музыки.

Когда нужен балансный, а когда небалансный кабель?

Для работы с гитарами, подключения инструментов в линию и соединения аудиовоспроизводящих устройств между собой вполне подойдут небалансные кабели, чья длина не превышает 6 метров. Сигналы, передающиеся от музыкальных инструментов и динамиков, довольно мощны, при этом чем короче дистанция передачи сигнала, тем меньше вероятность возникновения внешних помех на выходе. Тем не менее не стоит играть рядом с радиовышками и радиоточками, а также не стоит класть удлинители и прочие источники электропитания на сигнальные кабели.

Чем длиннее кабель, тем больше вероятность возникновения помех. Длинные кабели часто используются для подключения микрофонов, чей сигнал довольно слаб и неустойчив к внешним раздражителям. Именно поэтому стоит отдать предпочтение балансному кабелю при подключении микрофонов.

На вышеприведенных изображениях балансный кабель имеет два слоя экранирования. Не стоит думать, что этот кабель более эффективен в вопросах борьбы с шумами и попросту лучше небалансного. Во-первых, все зависит от конкретных задач, а значит решать, какой кабель купить — балансный или небалансный — нужно с учетом требований к предстоящей работе. Во-вторых, дороже и навороченнее — не значит лучше.

Разъем TRS – «джек»

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:

T = tip – в переводе с английского «кончик»;
R = ring – в переводе с английского «кольцо»;
S = sleeve – в переводе с английского «гильза»;

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.

С появлением смартфонов, TRS претерпел незначительные изменения, получив дополнительное кольцо, отвечающее за микрофонную гарнитуру (формат TRRS). Дальше всех пошла компания Sony, представившая серию смартфонов Xperia Z, гарнитура которых имеет пятиконтактный джек (TRRRS) на два кольца которого запитаны два микрофона: один для записи речи, другой – для шумоподавления.

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».

Сравнение с небалансным подключением

В сравнении с небалансным подключением балансное имеет два основных преимущества, обусловленные его техническими особенностями.

Первое преимущество — возможность передавать аналоговый сигнал без существенных искажений на значительно бо́льшие расстояния. Это, прежде всего, обусловлено в два раза большей разностью потенциалов между прямым и инверсным сигналом балансной линии в сравнении с разностью потенциалов между землёй и единственным сигналом небалансной линии. Если небалансное подключение позволяет получать чистый аналоговый сигнал без существенных искажений на расстояниях, на практике не превышающих 15—20 м, то при балансном подключении фактическая длина аналоговой линии может достигать 200 м и более.

Вторая особенность, тесно связанная с первой — лучшая в сравнении с небалансным подключением помехоустойчивость, которая достигается рядом факторов:

передача полезной информации дифференциальным (противофазным) сигналом позволяет подавлять синфазные помехи, вызванные внешними наводками;
наличие третьего проводника (земли) позволяет контролировать разницу между прямым и инверсным сигналом, детектировать помехи, возникающие в одной из двух информационных линий и различными способами снижать их влияние на полезный сигнал, например, за счёт усреднения прямого и инверсного принимаемых сигналов;
бо́льшая разность потенциалов между прямым и инверсным дифференциальными проводниками в сравнении с разностью потенциалов между землёй и единственным сигналом небалансной линии позволяет получать более устойчивый к затуханию аналоговый сигнал с бо́льшим соотношением сигнал-шум.

Эти и другие особенности балансного подключения обусловили его применение в профессиональной аудиоаппаратуре. Применение балансного и небалансного подключений обычно разделяется следующим образом: небалансное подключение при межблочных соединениях в пределах одной стойки аудиоаппаратуры, а балансное соединение — для передачи на большие расстояния, например, от звукорежиссёрского пульта к усилителям мониторных громкоговорителей. Актуальность использования балансных линий очевидна в концертном оборудовании, специфика которого подразумевает достаточно длинные аудиолинии, проложенные в агрессивной, полной помех среде.

К недостаткам балансного подключения можно отнести использование дополнительного проводника и более сложную реализации принимающей и передающей аппаратуры.