O áudio balanceado possui o sinal em um condutor e o sinal invertido em outro condutor.
ERRADO .
O áudio balanceado possui dois condutores de sinal e um terceiro para o terra.
ERRADO .
Qualquer uma dessas coisas pode ser verdade, mas também não é o que torna o áudio balanceado . As redes telefônicas até recentemente eram inteiramente analógicas e tinham apenas dois fios por circuito. Não havia chão. No entanto, eles conseguiram manter uma conexão relativamente livre de ruído por longas distâncias. Apenas dois condutores são necessários para o áudio balanceado.
Um receptor de áudio balanceado ideal é um amplificador diferencial. Ele funciona medindo a diferença entre suas duas entradas e chamando essa diferença de sinal. "Ground" é totalmente irrelevante. Uma entrada não precisa ser uma cópia invertida da outra entrada. Como isso importaria se um amplificador diferencial estivesse apenas observando a diferença entre suas duas entradas? Como poderia saber que uma entrada é "o sinal invertido"?
Por que, então, não simplesmente conectar uma das entradas ao terra? Isso não significa que podemos transformar qualquer áudio desequilibrado em áudio balanceado apenas usando um amplificador diferencial na extremidade receptora?
simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab
Por acaso, não, não podemos fazer isso, e entender por que é entender o que realmente significa áudio balanceado. Não se trata de ter duas conexões de áudio de extremidade única, mas uma invertida. É sobre ter o sinal carregado em dois condutores com impedância igual .
Eis o porquê: o objetivo principal do uso de áudio balanceado é reduzir o ruído. Esse ruído é captado pela indutância e capacitância mútuas com outras coisas (freqüentemente: fiação da rede elétrica) perto do sinal de áudio. Se a indutância ou capacitância mútua para essa fonte de ruído for igual para nossos dois condutores, tensões e correntes iguais serão induzidas em cada condutor. Ou seja, a diferença deles não vai mudar . Assim, a fonte de ruído, da perspectiva do nosso amplificador diferencial, que apenas olha para essa diferença, não existe. Considerar:
simule este circuito
Qual é a saída aqui? Na medida em que U1 é um amplificador diferencial ideal, a saída é exatamente 0V DC. Parte do ruído (de V1) acopla nas entradas através de C1 e C2, mas, como C1 = C2 e R1 = R2, acopla-se a cada um igualmente e, portanto, não pode alterar a diferença entre os dois, portanto não pode afetar a saída do amplificador diferencial.
Mas o que acontece se R1 não é igual a R2? R1 e C1 agora formam um divisor de tensão diferente dos R2 e C2, resultando em tensões desiguais acopladas às entradas do amplificador. Agora não é a diferença, e V1, em certa medida, é encontrado na saída. O mesmo problema existe se os resistores forem iguais, mas os capacitores não.
Dirigir apenas uma das entradas não muda nada. Considerar:
simule este circuito
Ei, isso não é equilibrado! Mas é totalmente equilibrado. O ruído ainda vê impedâncias iguais a cada uma das entradas. O ruído ainda se junta igualmente em cada entrada, não alterando a diferença. Assim, ainda é rejeitado.
Há duas razões pelas quais sua conexão de áudio típica, como a encontrada em um iPod ou VCR, não é equilibrada. A primeira é a geometria do cabo. Geralmente, eles usam cabos coaxiais, com o terra como blindagem e um sinal de terra dentro dele. Como a forma dos condutores não é nem remotamente semelhante, eles não podem ter impedância igual ao seu ambiente. Nos termos dos exemplos anteriores, C1 e C2 não são iguais.
A segunda é como essas linhas são tipicamente direcionadas. Eles geralmente se parecem com isso:
simule este circuito
Se U1 fosse um buffer ideal, isso seria equilibrado. Mas não é: o U1 geralmente é um tipo de amplificador operacional com uma pequena impedância de saída. Embora seja pequeno, não é tão pequeno quanto a conexão direta com o terra vista pela outra metade do cabo. A impedância de saída do amplificador operacional provavelmente também varia significativamente com a frequência.
Uma solução muito barata e muito eficaz para esse problema é definir a impedância de saída com algo mais controlável, como um resistor. Podemos colocar um resistor da ordem de 100 ohms em série sem atenuar significativamente o sinal. Uma implementação prática é assim:
Isto é de um ótimo artigo de Rod Elliott (ESP) / Uwe Beis . R2 e R3 fazem a maior parte do balanceamento: esses resistores podem ser comprados ou aparados para ter resistências muito iguais. Como eles são significativamente maiores que a impedância de saída do amplificador operacional, a impedância de saída do amplificador operacional é relativamente insignificante.
R4 e C1 servem para tornar ainda mais insignificante o amplificador operacional em frequências mais altas. Os amplificadores operacionais reais têm impedância de saída crescente com frequência, o que serviria para desequilibrar o circuito em alta frequência. No entanto, a impedância de saída do amplificador operacional se torna menos significativa em frequências mais altas, pois R4 e C1 desviam as duas metades juntas.
Essa topologia não apresenta algumas desvantagens. Em primeiro lugar, como não pode acionar as duas linhas, ele tem metade da faixa dinâmica em comparação com um design que pode acionar as duas linhas. Em segundo lugar, ele aciona as duas linhas de sinal com uma tensão de modo comum metade da do sinal de entrada. O motorista deve, assim, direcionar a capacitância das duas linhas de sinal para os arredores, como a blindagem em cabos de áudio típicos. No entanto, para comprimentos de cabo moderados, isso é improvável.
A vantagem é a contagem reduzida de peças. Além disso, se este estiver em um conector TRS que é empurrado para uma entrada desbalanceada, nada de ruim pode acontecer, pois o anel, que normalmente é "sinal invertido", não está conectado a nenhum componente eletrônico ativo.
Mais importante, ele dissipa um mal-entendido comum sobre como o áudio balanceado funciona.