Передача сигналов в аудиосистеме: на что обратить внимание
Введение: Профессиональная аудиосистема состоит из множества устройств различного назначения. После проектирования системы звукоусиления согласно требованиям и выбора необходимого оборудования, эти отдельные устройства необходимо соединить в соответствии с проектом, чтобы сформировать законченную систему, способную реализовать поставленные задачи. Для стационарных систем оборудование устанавливается в стойки, а все кабели системы прокладываются и закрепляются в соответствии с определёнными стандартами и нормами. Для мобильных систем, таких как концерты, уличные выступления и другие временные установки, необходимо обеспечить надёжное временное крепление оборудования и кабелей для гарантии безопасности.
Соединение и установка аудиосистемы затрагивают множество инженерных вопросов, включая проектирование и строительство комнаты управления звуком, прокладку кабельных трасс системы звукоусиления, электроснабжение системы и т.д. Здесь мы обсудим некоторые вопросы передачи сигналов в аудиосистеме, на которые следует обратить внимание.
1. Согласование импедансов
Входной порт сигнала является нагрузкой для выходного порта сигнала. В каком диапазоне должно быть их согласование импедансов для выполнения требований? Обычно это зависит от проектных требований устройства — источника сигнала. Чтобы состояние передачи аудиоэлектрического сигнала было оптимальным, входной импеданс интерфейса должен соответствовать требованиям выходного интерфейса источника сигнала к своей нагрузке. В противном случае это повлияет на рабочий режим аудиооборудования, вызовет искажение выходного сигнала, а в тяжёлых случаях может даже повредить источник сигнала.
Теоретически, когда выходное сопротивление равно сопротивлению нагрузки, эффективность передачи сигнала максимальна. Если же выходное сопротивление больше сопротивления нагрузки, большая часть сигнальной энергии будет теряться в выходной цепи источника сигнала, что явно не способствует передаче сигнала. Поэтому аудиооборудование обычно проектируется так, чтобы входное сопротивление было больше выходного.
При обычном соединении аудиооборудования, пока сопротивление нагрузки больше выходного сопротивления источника сигнала, оборудование будет работать нормально. Однако входное сопротивление аудиооборудования не должно быть слишком высоким или слишком низким: слишком высокое снижает помехозащищённость кабеля, слишком низкое ухудшает характеристики АЧХ.
2. Уровень передачи сигнала
Цель соединения аудиосистемы — передача сигнала. Оптимальное состояние передачи аудиосигнала требует, чтобы уровень сигнала на выходе источника был больше или равен чувствительности входного интерфейса. В противном случае ухудшится соотношение сигнал/шум. Линейные входные/выходные цепи профессионального аудиооборудования обычно имеют коэффициент усиления 0 дБ, то есть оборудование не усиливает и не ослабляет входной или выходной сигнал, сохраняя его уровень неизменным в процессе передачи. Это делается в основном для обеспечения численной определённости при регулировке блоков управления уровнем.
При соединении системы необходимо обращать внимание на согласование выходного и входного уровней. В противном случае может возникнуть ограничение (клиппинг) или недостаточный уровень возбуждения, что приведёт к ухудшению соотношения сигнал/шум во всей системе. Обычно соединение между аудиоустройствами (микшерный пульт, процессоры, усилитель мощности) осуществляется на линейном уровне. Существует два стандарта линейного уровня: +4 дБu (1.228 В) и 0 дБu (0.775 В). Желательно, чтобы линейный уровень используемых в системе устройств был единым — это упростит настройку и использование. Кроме того, некоторые устройства обработки звука, особенно процессоры эффектов, для совместимости с электроинструментами и профессиональными аудиосистемами имеют переключатель уровня интерфейса, обычно расположенный на задней панели устройства. Он может иметь положения +4 дБu, -10 дБu, -20 дБu. При использовании в системе звукоусиления его следует установить в положение +4 дБu.
3. Способы соединения слаботочных сигналов
Входные/выходные разъёмы профессионального аудиооборудования бывают несимметричными (unbalanced), трансформаторно-симметричными (transformer balanced), дифференциально-симметричными (differential balanced). Симметричные порты могут соединяться напрямую с симметричными, несимметричные — с несимметричными. В случаях, требующих более высокого качества, между симметричными и несимметричными портами необходимо использовать специальные преобразователи. Преобразователи обычно бывают трёх типов: пассивные трансформаторные, полувольтовые и активные на дифференциальных усилителях.
В случаях, не требующих высокого качества, несимметричные порты можно соединять напрямую с симметричными. Схема соединения следующая: горячий контакт (Hot) симметричного порта соединяется с сигнальным контактом несимметричного порта, холодный контакт (Cold) симметричного порта соединяется с землёй несимметричного порта, а земля (Ground) симметричного порта соединяется с экраном сигнального кабеля.
За исключением передачи мощности между усилителем и громкоговорителем, для повышения помехоустойчивости системы и обеспечения хорошего соотношения сигнал/шум, соединение сигналов в профессиональных аудиосистемах следует по возможности выполнять симметричным способом. Профессиональное аудиооборудование обычно также имеет симметричные входы/выходы.
Симметричная передача сигнала использует трёхпроводную схему. Соединение выполняется двухжильным экранированным кабелем, где экран служит заземляющим проводом, а две жилы соединяют горячий (Hot, опорный положительный) и холодный (Cold, опорный отрицательный) сигнальные контакты. Поскольку сигнальные токи, протекающие по двум жилам кабеля, равны по величине и противоположны по направлению, наведённые внешние электромагнитные помехи на входе будут вычитаться и компенсироваться.
Соединение и установка аудиосистемы затрагивают множество инженерных вопросов, включая проектирование и строительство комнаты управления звуком, прокладку кабельных трасс системы звукоусиления, электроснабжение системы и т.д. Здесь мы обсудим некоторые вопросы передачи сигналов в аудиосистеме, на которые следует обратить внимание.
1. Согласование импедансов
Входной порт сигнала является нагрузкой для выходного порта сигнала. В каком диапазоне должно быть их согласование импедансов для выполнения требований? Обычно это зависит от проектных требований устройства — источника сигнала. Чтобы состояние передачи аудиоэлектрического сигнала было оптимальным, входной импеданс интерфейса должен соответствовать требованиям выходного интерфейса источника сигнала к своей нагрузке. В противном случае это повлияет на рабочий режим аудиооборудования, вызовет искажение выходного сигнала, а в тяжёлых случаях может даже повредить источник сигнала.
Теоретически, когда выходное сопротивление равно сопротивлению нагрузки, эффективность передачи сигнала максимальна. Если же выходное сопротивление больше сопротивления нагрузки, большая часть сигнальной энергии будет теряться в выходной цепи источника сигнала, что явно не способствует передаче сигнала. Поэтому аудиооборудование обычно проектируется так, чтобы входное сопротивление было больше выходного.
При обычном соединении аудиооборудования, пока сопротивление нагрузки больше выходного сопротивления источника сигнала, оборудование будет работать нормально. Однако входное сопротивление аудиооборудования не должно быть слишком высоким или слишком низким: слишком высокое снижает помехозащищённость кабеля, слишком низкое ухудшает характеристики АЧХ.
2. Уровень передачи сигнала
Цель соединения аудиосистемы — передача сигнала. Оптимальное состояние передачи аудиосигнала требует, чтобы уровень сигнала на выходе источника был больше или равен чувствительности входного интерфейса. В противном случае ухудшится соотношение сигнал/шум. Линейные входные/выходные цепи профессионального аудиооборудования обычно имеют коэффициент усиления 0 дБ, то есть оборудование не усиливает и не ослабляет входной или выходной сигнал, сохраняя его уровень неизменным в процессе передачи. Это делается в основном для обеспечения численной определённости при регулировке блоков управления уровнем.
При соединении системы необходимо обращать внимание на согласование выходного и входного уровней. В противном случае может возникнуть ограничение (клиппинг) или недостаточный уровень возбуждения, что приведёт к ухудшению соотношения сигнал/шум во всей системе. Обычно соединение между аудиоустройствами (микшерный пульт, процессоры, усилитель мощности) осуществляется на линейном уровне. Существует два стандарта линейного уровня: +4 дБu (1.228 В) и 0 дБu (0.775 В). Желательно, чтобы линейный уровень используемых в системе устройств был единым — это упростит настройку и использование. Кроме того, некоторые устройства обработки звука, особенно процессоры эффектов, для совместимости с электроинструментами и профессиональными аудиосистемами имеют переключатель уровня интерфейса, обычно расположенный на задней панели устройства. Он может иметь положения +4 дБu, -10 дБu, -20 дБu. При использовании в системе звукоусиления его следует установить в положение +4 дБu.
3. Способы соединения слаботочных сигналов
Входные/выходные разъёмы профессионального аудиооборудования бывают несимметричными (unbalanced), трансформаторно-симметричными (transformer balanced), дифференциально-симметричными (differential balanced). Симметричные порты могут соединяться напрямую с симметричными, несимметричные — с несимметричными. В случаях, требующих более высокого качества, между симметричными и несимметричными портами необходимо использовать специальные преобразователи. Преобразователи обычно бывают трёх типов: пассивные трансформаторные, полувольтовые и активные на дифференциальных усилителях.
В случаях, не требующих высокого качества, несимметричные порты можно соединять напрямую с симметричными. Схема соединения следующая: горячий контакт (Hot) симметричного порта соединяется с сигнальным контактом несимметричного порта, холодный контакт (Cold) симметричного порта соединяется с землёй несимметричного порта, а земля (Ground) симметричного порта соединяется с экраном сигнального кабеля.
За исключением передачи мощности между усилителем и громкоговорителем, для повышения помехоустойчивости системы и обеспечения хорошего соотношения сигнал/шум, соединение сигналов в профессиональных аудиосистемах следует по возможности выполнять симметричным способом. Профессиональное аудиооборудование обычно также имеет симметричные входы/выходы.
Симметричная передача сигнала использует трёхпроводную схему. Соединение выполняется двухжильным экранированным кабелем, где экран служит заземляющим проводом, а две жилы соединяют горячий (Hot, опорный положительный) и холодный (Cold, опорный отрицательный) сигнальные контакты. Поскольку сигнальные токи, протекающие по двум жилам кабеля, равны по величине и противоположны по направлению, наведённые внешние электромагнитные помехи на входе будут вычитаться и компенсироваться.