「バランスのとれた」オーディオ信号を作るのは何ですか？

正確に「バランスのとれた」オーディオとは何ですか、なぜそれが便利なのですか？私はそれが2つの電圧があり、一方が他方の逆であることを意味することを読みました。バランスの取れたオーディオレシーバーは、これらの違いを見て、それを「信号」と呼びます。ノイズはバランス信号の両方の半分に等しく影響するはずです。したがって、レシーバはノイズを信号と見なすべきではありません。2つの半分の差が変わらないからです。

しかし、これは意味がありません。不均衡なオーディオ信号も違いではありません：グランドと信号電圧の違いですか？なぜバランスの取れていないオーディオ信号をバランスの取れたオーディオレシーバーに送り、バランスのとれた電話と呼べないのですか

また、2番目の反転電圧を加えると、どのように変化しますか？これを行わなかった場合、ノイズは依然として両方の半分に等しく影響し、受信機によって拒否されませんか？

バランスの取れたオーディオでは、ある導体に信号があり、別の導体に反転信号があります。

間違っています。

バランスの取れたオーディオには2本の信号線があり、3本目はグランド用です。

間違っています。

これらのいずれかが当てはまる場合もありますが、どちらもバランスの取れたオーディオを作るものではありません。電話ネットワークはごく最近まで完全にアナログであり、回路ごとに2本のワイヤしかありませんでした。地面はありませんでした。しかし、彼らは非常に長い距離にわたって比較的ノイズのない接続を維持することに成功しました。バランスの取れたオーディオには、2本の導線のみが必要です。

理想的なバランス型オーディオレシーバーは、差動アンプです。2つの入力間の差を測定し、その差を信号と呼びます。「地面」はまったく無関係です。1つの入力は、他の入力の反転コピーである必要はありません。差動アンプがその2つの入力の差だけを見ている場合、どのように問題になりますか？1つの入力が「反転信号」であることをどのようにして知ることができますか？

では、入力の1つを単に接地しないのはなぜですか？これは、受信側で差動アンプを使用するだけで、不平衡オーディオを平衡オーディオにできるということではないでしょうか？

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

それが起こると、いや、私たちはそれをすることはできません。そして、なぜバランスの取れたオーディオが本当に意味するのかを理解することが理由です。2つのシングルエンドのオーディオ接続ではなく、1つを反転させることです。等しいインピーダンスの 2本の導体で信号を伝送することです。

その理由は次のとおりです。バランスの取れたオーディオを使用する主な目的は、ノイズを減らすことです。このノイズは、オーディオ信号の近くにある他のものとの相互インダクタンスとキャパシタンス（多くの場合、電源配線）によって拾われます。このノイズ源に対する相互インダクタンスまたは静電容量が2つの導体で等しい場合、各導体に等しい電圧と電流が誘導されます。つまり、違いは変わらないでしょう。したがって、この差だけを見る差動増幅器の観点から見ると、ノイズ源は存在しません。考慮してください：

^{この回路をシミュレートする}

ここでの出力は何ですか？U1が理想的な差動増幅器である限り、出力は正確に0V DCです。ノイズの一部（V1から）はC1およびC2を介して入力に結合しますが、C1 = C2およびR1 = R2であるため、それぞれに等しく結合し、2つの差を変更することはできません。差動アンプの出力に影響します。

しかし、R1がR2と等しくない場合はどうなりますか？R1とC1は、R2とC2とは異なる分圧器を形成するようになり、結果として、不均等な電圧がアンプの入力に結合します。現在は違いがあり、出力にV1がある程度見られます。抵抗が等しいが、コンデンサが等しくない場合、同じ問題が存在します。

入力の1つだけを駆動しても何も変わりません。考慮してください：

^{この回路をシミュレートする}

ちょっとそれはバランスが取れていません！しかし、それは完全にバランスが取れています。ノイズは依然として各入力に対して等しいインピーダンスに見えます。ノイズは依然として各入力に等しく結合するため、差は変わりません。したがって、まだ拒否されています。

iPodやVCRで見られるような典型的なオーディオ接続のバランスが取れていない2つの理由があります。1つ目はケーブルの形状です。通常、これらは同軸ケーブルを使用し、シールドをグランドとし、その内部にグランド基準信号があります。導体の形状は遠隔地でも似ていないため、周囲と同等のインピーダンスを持つことはできません。前の例では、C1とC2は等しくありません。

2番目は、これらのラインが通常どのように駆動されるかです。通常、次のようになります。

^{この回路をシミュレートする}

U1が理想的なバッファーである場合、これはバランスが取れています。しかし、そうではありません。U1は通常、出力インピーダンスが小さいオペアンプの一種です。それは小さいですが、ケーブルの他の半分から見たグランドへの直接接続ほど小さくはありません。オペアンプの出力インピーダンスも、周波数によって大幅に変化する可能性があります。

この問題に対する非常に安価で非常に効果的な解決策は、抵抗など、より制御可能なもので出力インピーダンスを設定することです。信号を大幅に減衰させることなく、100オーム程度の抵抗を直列に配置できます。実際の実装は次のようになります。

これは、Rod Elliott（ESP）/ Uwe Beisによる素晴らしい記事からです。R2とR3は、ほとんどのバランス調整を行います。これらの抵抗は、購入または調整して、抵抗を非常に等しくすることができます。オペアンプの出力インピーダンスよりも大幅に大きいため、オペアンプの出力インピーダンスは比較的重要ではありません。

R4とC1は、より高い周波数でオペアンプをさらに重要でないものにするのに役立ちます。実際のオペアンプは、周波数とともに出力インピーダンスが増加します。これは、高周波で回路の不平衡を保つのに役立ちます。ただし、R4とC1が2つの半分を一緒にシャントするため、オペアンプの出力インピーダンスはより高い周波数ではそれほど重要ではなくなります。

このトポロジには、いくつかの欠点があります。まず、両方のラインを駆動できないため、両方のラインを駆動できる設計に比べてダイナミックレンジが半分です。次に、2つの信号線を入力信号の半分のコモンモード電圧で駆動します。したがって、ドライバーは、通常のオーディオケーブルのシールドのように、2つの信号線の容量を周囲に駆動する必要があります。ただし、中程度のケーブル長の場合、これは問題になることはほとんどありません。

利点は、部品点数の削減です。また、これが不平衡入力に押し込まれたTRSコネクタ上にある場合、通常「反転信号」であるリングはアクティブな電子機器に接続されていないため、悪いことは起こりません。

さらに重要なことは、バランスの取れたオーディオがどのように機能するかについての一般的な誤解を払拭します。

ここですでに答えは出ていますが、話はまだ完全ではありません。

完全にバランスの取れたオーディオ信号が接続されています

• バランスの取れたドライバーから
• 平衡ケーブルを介して、
• バランスの取れた受信機に

また、各部分を個別に検討する必要があります。

これまでに説明した回路のいくつかは、状況によっては相互に機能しますが、ほとんどの場合、何らかのテストに失敗します。

平衡ケーブル。

平衡ケーブルには、インピーダンスが等しく、外部場に等しくさらされる2本の導体（「脚」）があり、通常は2本の導体を撚り合わせて実現します。時々、各レッグ自体がペアであるため、スタークワッド構成では4本の導体が交互に挿入され、しっかりとねじれています。

外部フィールドへの均等な露出は、干渉源からケーブルへの静電結合が各脚に同じ電圧を生成し、磁気結合が各脚に同じ電流を注入することを意味します。

スクリーンは外部信号からの干渉や他の信号への放射干渉を減らすことができますが、バランスの取れた信号には接地接続は必要ありません。スクリーンが存在する場合、多くの場合、グランドループを排除するために一端で接続されます。システムレベルでは、通常、信号の両端で機器への接地接続がありますが、2、50、または数百の平衡信号間で共有される場合があります。

バランスの取れた受信機。

バランス型レシーバーは単なる差動アンプではありません。また、各レッグからグランドまで同じインピーダンスを維持する必要があります。

差動アンプは、両方のレッグに到達する干渉電圧が互いに打ち消し合うようにします（つまり、コモンモードゲイン= 0）。これには、干渉だけでなく、両端の「接地」電位の差も含まれます。

各脚のインピーダンスが等しいため、両方の脚に干渉電流が注入されると、同じ電圧が発生します。各レッグにし、差動アンプによって拒否されます。単純な差動アンプはこのテストに失敗します。

バランスの取れたドライバー。

バランスの取れたドライバーには3つのタスクがあります。

1. 同じ振幅で「真の」出力と反転出力の両方を生成します。
2. 各出力でグランドと同じインピーダンスを持っている
3. 一方のレッグの干渉電圧を他方のレッグに転送します

1）片方の脚を駆動するが、もう一方の0Vを駆動することでチートする「バランス」出力は、最初のテストに失敗します。コモンモード出力電圧は元の信号の半分です。これにより、隣接ペアで伝送される他の信号に干渉が放射されます！ブロードキャスティングハウスの長さの50ペアケーブルには何も必要ありません！（そしてそれは私を...）良いバランスのとれた出力は、他の信号との干渉を最小限にし、それ自体の信号の完全性を保持します。

他のペアがバランスのとれた良好な信号である場合、コモンモードでなければならないため、干渉は深刻ではないかもしれませんが、全体のポイントは信号の劣化を可能な限り減らすことです。

これらのいわゆる「バランスのとれた」ドライバーは、ハイエンドの民生用オーディオや小規模のレコーディングスタジオで使用されるため、周囲に存在しますが、警告があります。

2）コモンモード誘導電流をコモンモード電圧に変換するために、レシーバーと同様に、各レッグのグランドに対する同じインピーダンスが重要です。

3）一方のレッグの干渉電圧をもう一方のレッグに転送すると、差動電圧となるコモンモード電圧が生成され（つまり、一方のレッグがもう一方のレッグに大きく影響する）、レシーバでの除去が改善されます。単純な差動ドライバーはこのテストに失敗します。また、一方の脚が接地された場合、もう一方の脚の振幅が2倍になるため、差動電圧（必要な信号）は影響を受けません。差動ドライバーは* このテストに本当に失敗します...

正しくバランスの取れたオーディオ信号では、放送技師は、1つのバランスの取れた信号にコモンモード信号を注入し、もう1つのバランスの取れた信号を補完することが知られています。したがって、被害者のいずれにも干渉しない3番目の「ファントム回路」を作成します...

問題は、あなたが言うように、バランスの取れた信号では、実際の信号値は反対に駆動される2つの信号の差であるということです。シングルエンド信号にはまだ違いがありますが、違いはグランドに関するものであり、これは他のあらゆる種類の信号の基準でもあります。

バッテリー駆動のアンプを内蔵したスピーカーのような完全にフローティングなデバイスがあれば、バランス信号とシングルエンド信号に違いはありません。どちらも2本のワイヤを提供し、必要な信号はそれらの差です。

ただし、任意の電圧で真にフロートできる受信デバイスがあることはめったにありません。問題は、グランド基準信号では、両方のラインを同等に扱うことは実際的な意味でほとんど不可能です。外部ノイズは、システムの一部がグランドとして使用するラインであるため、同じものを信号ラインに結合しません。これは、大部分の信号の基準としてグランドが使用されるためです。定義により変更ないためです。

フローティングバッテリで動作するスピーカーアンプの例でも、2つの入力ラインを別々に扱わないように注意する必要があります。これは、表示されるよりも困難です。たとえば、回線の1つをローカルアースに接続し、それをシャーシまたは回路のグランドプレーンに接続すると、外部ノイズが外部に高い静電容量を示すため、外部ノイズがその信号に結合しやすくなります。アンプはそれを基準として使用するため、グランドラインのノイズを見ることができませんが、2本のラインによるノイズの不均等なピックアップは、検出および増幅される差動信号として現れます。

したがって、全体的には、2つのラインの差として信号をエンコードするだけではありません。あなたが言うように、とにかくいつもそうです。これらの2本のラインを同等に扱うことができるようにシステムをセットアップし、それによって外界から等しいノイズを拾うことです。両方のラインで反対の極性で信号を均等にエンコードすることにより、レシーバーは差を取ることができ、理論的には2本のラインで均等に拾われたノイズをキャンセルします。

したがって、「バランスのとれた」オーディオ信号は3行です。インピーダンスが等しく、ケーブル内の処理量が等しく、信号で反対に駆動される2本の信号線と、すべての基準が0である個別の接地線。高品質のバランスオーディオケーブルでは、2本の信号線は、グラウンドに接続されたシールドに囲まれたツイストペアです。シールドは外部からの容量性ピックアップをブロックし、2本の信号線を互いの周りにねじることにより、外部へのカップリングを持ち、比較的短い距離で平均化されます。

いくつかのコメントに応えて追加されました：

まず、一方の差動ラインを「ホット」、もう一方を「コールド」と呼ぶ間違った印象を与えます。両方が等しく信号を運んでいますが、それらの信号は互いに反転しています。したがって、ホットとコールドは、誤解を示すか、他の人を導く間違った名前です。

第二に、いいえ、信号線とグランドのインピーダンスは同じではありません。それが問題です。インピーダンスの不均衡のため、1本の線は他の線よりも多くの外部ノイズを拾います。この「バランスのとれた」を「差別的」と呼んで強調しているのはまさにこれです。3ラインシステムでは、両方の信号ラインを等しく、信号に対して適切なインピーダンスに保ちながら、接地基準を維持できます。

ノイズがあらゆる信号に結合すると想定する必要があります。バランスの取れたオーディオには、2つの特性があるため、優れたノイズ耐性があります。両方の信号ラインが等しく扱われるため、両方が同じノイズを拾い、信号が反対になります。レシーバーが差を取ると、ノイズはキャンセルされ、信号のみが残ります。シングルエンドシステムでは、両方のラインが等しくないため、一方が他方と異なるノイズを拾います。グランドと信号ラインの違いには、このノイズピックアップの違いが含まれます。

このチュートリアルの画像を使用します

バランスの取れたオーディオワイヤは、同じ信号を転送しますが、それらの間には180度の差があります。

ケーブルにノイズが導入されると、元の信号と反転信号の両方が同じインピーダンスを持つため、両方の信号に等しく導入されます。次に、レシーバーは信号の1つを反転します。結果は、元のオーディオを含む2つの同相信号と、180度の差がある2つのノイズ信号です。これらの信号を合計すると、結果はノイズが除去された（キャンセルされた）純粋なオーディオ信号になります。

シングルエンドワイヤを使用して信号を転送する場合、一方のワイヤは信号を転送し、もう一方はグランド自体を転送するため、ノイズを除去するために平衡信号と同じプロセスに従うことはできません。

正確に「バランスのとれた」オーディオとは何ですか、なぜそれが便利なのですか？

バランスオーディオは、バランスラインを介した電気信号としてのオーディオデータの送信を指します。通常、電気信号はアナログ信号ですが、平衡ラインを介したデジタルオーディオ伝送にはいくつかの規格があります（AES-EBUなど）。

私はそれが2つの電圧があり、一方が他方の逆であることを意味することを読みました。バランスの取れたオーディオレシーバーは、これらの違いを見て、それを「信号」と呼びます。

基本的にははい。厳密に言えば、差は元の信号に比例すると仮定しています。

ノイズは、バランス信号の両方の半分に等しく影響するはずです。

ほぼ同様に、はい。

そのため、受信機はノイズを信号と見なすべきではありません。2つの半分の差が変わらないからです。

基本的にははい。

しかし、これは意味がありません。

はい、そうです。非常に効果的で広く使用されています。

不均衡なオーディオ信号も違いではありません：グランドと信号電圧の違いですか？

すべてのオーディオ信号がグランドを基準にして送信されるわけではありませんが、送信される場合、答えは「はい」です。

なぜバランスの取れていないオーディオ信号をバランスの取れたオーディオレシーバーに送り、バランスのとれた電話と呼べないのですか？

可能ですが、バランスが取れていません。

「不平衡」オーディオ信号を伝送するケーブルには、1本または2本の導体が使用されます。

• 信号：間違いなく（すべてのノイズ）。通常、導電性コアを介して運ばれます。
• 戻り値：オプションで（任意のノイズ）。通常、異なるインピーダンスと異なる寸法の導電性シールドを介して導電性コアを介して運ばれます。通常、一端または両端で（接地された）機器のシャーシに接続されます。

最も一般的な2つの可能性とその結果を次に示します。

1. （接地された）シールドは、「リターン」（つまり、参照）を実行するために使用されます。2つの導体のインピーダンスと寸法の違いは、干渉がそれらに等しく影響を与えないことを意味するため、それらの違いにはノイズが含まれます。
2. 低抵抗のリターンパスはありません（たとえば、シングルコアシールドケーブルの場合、グランドループを防止するために一端がシールドカットされています）。したがって、信号導体に誘導されるノイズは持続します。

対照的に、バランスの取れたオーディオトランスミッターとレシーバーには、それぞれ3つの導体があります。

• ホット：すなわち、信号（およびノイズ）。通常、シールドツインコアケーブルの1つのコアで接続されます。
• コールド：反転信号（およびノイズ）。通常、シールドツインコアケーブルの他のコアによって接続されます。
• シールド：通常、システム全体のある時点で接地されます。通常、シールドツインコアケーブルのシールドで接続されます。

「不平衡」ラインの信号をレシーバーのホットピンに接続すると、上記のケース1または2と同様に、レシーバーの回路に応じて信号の振幅が影響を受ける可能性があります。あなたは冷たいピンに代わりにそれを接続した場合、効果は念の1または2以上の場合と同様になり、プラスあなたの信号の振幅があり、受信機の回路によって影響を受けることと、あなたの信号の位相を反転します。

また、2番目の反転電圧を加えると、どのように変化しますか？

この2番目の電圧が、非反転電圧を運ぶ1つまたは複数の導体に寸法とインピーダンスおよび位置が近い1つまたは複数の導体によって伝導されることは非常に重要です。そのため、ほとんどのバランスの取れたオーディオケーブルは、ツイストペアの導体を使用し、多くの場合、いくつかの梱包材（綿糸、ファインプラスチックチューブなど）を使用して、ペアの分離を防ぎます。Canfordのイラストを次に示します。

StarQuadのような一部のバランス型オーディオケーブルは、ツイストペアのペアを使用します。2つのコアはホット用、2つのコアはコールド用です。

ホットシグナルのパスと非常にほぼ等しいインピーダンスと寸法および位置を持つコールドシグナルのパスを作成することにより、ホットシグナルで誘導されるノイズとコールドシグナルで誘導されるノイズの差を最小化し、非常に高いそのノイズの除去。

これを行わなかった場合、ノイズは依然として両方の半分に等しく影響し、受信機によって拒否されませんか？

いいえ。または少なくとも、同じ程度のことではありません。

オーディオバランスをとるためにスクリーンや3本目のワイヤーは必要ありません。Philが反対していると思う意見に同意し、同意するだけだと思いました。以下に描いたのは、バランスの取れた状況をどのように知覚するかです（シナリオ3）：-

シナリオ3のもう1つの利点は、差動ドライバが両方のラインでほぼ同一のインピーダンスを「投影」するため、外部干渉ノイズ源がライン上で「平衡」になることです。もしくはそうでないか。

ツイストとスクリーニングは、私が信じる質問には不必要ですが、私たちが知っているように多くを助けます!!

シナリオ3には逆相で駆動される出力ラインがあるとは言いませんが、ドライバーがバランスのとれた「ニュートラル」出力を作成するためのすべての回路を備えている場合、信号/ノイズの観点から、両方のラインを駆動することは理にかなっています逆位相。