电波教你玩音频:平衡传输与幻象电源的小基情,内附3.5转XLR公正确接法!

我们经常使用的电容麦克风或者是主动DI盒(direct boxes)需要我们在调音台或者声卡的话放(麦克风放大器)模块上开启48V,这个48V就是我们常说的幻象电源,为什么叫幻象电源呢?我们来看看平衡信号传输线的原理就自然懂了。

平衡传输线这个说法其实是电信领域独有的说法,他是从线路结构上来说的;一根地线+两根信号线,在结构上是对称的。


平衡传输线与非平衡传输线

还有另外一个词叫差分信号(Differential signaling),他是从信号的角度来描述的;主要想表达两个信号之间的关系是互为相反。


差分信号


这种传输音频信号的方法早期是用于电话传输的,因为电话信号的电平很低,非常容易受到干扰,最后得到的信号信噪比就很低,这个时候人们想到利用差分的方式来进行传输:


差分信号原理

Differential signaling,Differential可以翻译为差异、差别、差动,反正你高兴怎么翻都可以;顾名思义,这种传递信号的方法,是对比两条线信号的差异,比如说第一条线的电压为0V,另外一条线的电压为+5V,输出电压就是-5V,中间是个减法。我们可以列一个表方便理解:


差分算法A-B

如果两条线紧挨在一起,在同样的空间路径中传输(现实中都是双绞结构),他们感应到的干扰信号也是相同的,在接收的时候直接减去就行了,留下来都是干净的信号。

为什么有用的音频信号不会被相减呢?因为我们在传输的时候,两条线的信号是互为相反的,也就是,A线路的音频信号是正电压的时候,B线路的信号就是负电压。刚才说到,这个接收器只对比两条线的差异值。


平衡传输原理


其实差分信号的使用是非常广泛的,比如说你天天用的USB线,网线,显卡的PCI-E接口,都是差分信号。

以前的差分信号传输都由变压器来实现,现在都是用运算放大器。


变压器实现非平衡转平衡输出


变压器实现非平衡转平衡输出

PS:当你想平衡转非平衡时候,如果是运放输出的设备,只需要取任意一路信号与地就行。需要注意的是多通道系统中,必须保证信号的相位一致。换句话说就是要么都取信号+,要么都取信号-,不需要将另外一条信号对地短路,这可能会烧输出运放。

运放输出设备平衡转非平衡

那么48V是怎么一回事呢?我们看看平衡传输线的结构:


平衡传输线结构

有两条信号线,一条地线,因为传输的是差分信号,接收端只对比两条信号线的差异,我想要通过这条平衡传输线实现供电和信号传输的功能,是不是可以在地线和两条信号之间加入一个48V不就行了?也就是说线路A对地有+48V,线路B对地也是+48V,音频信号就叠加在这个电压之上波动,这个48V连同信号进入接受端,48V会被被剪掉,留下来的就算纯正的音频信号了。


幻象电源原理

PS:你的手机或者电脑接调音台会被烧的一种原因也清楚了,很多人会使用3.5转XLR的那种线来连接调音台,像这样:


万恶之源

他的内部结构是这样的:


大部分3.5转XLR公

一旦不小心打开调音台的48V供电,3脚输出的48V会直接对地短路,这种情况下调音台话放应该会保护,如果没有保护,2脚输出的48V会灌回你的电脑或者手机,一般的手机电脑不会设计这么高电压的保护电路,当场就死翘翘了。

正确的方法:

1、使用DI盒或者隔离变压器进行转换:


变压器非平衡转平衡

这种方法不会导致48V倒灌烧东西,同时音质最好。


2、使用特制转换线:

这个方法是我原创的,我自己也没试过,但是相信这个方法的效果应该不错,也不会导致48V反灌烧设备,同时成本最低。

制作方法:

1、看你调音台、话放的说明书,找到输入阻抗这一行。

比如说我的调音台是这个:

Waves eMotion LV1

配套接口箱是这个:

SoundStudio STG-2412

说明书这样写的:

查输入阻抗

已知输入阻抗是2kΩ

2、进行计算,算出电容量,其实我们是做一个单阶RC高通滤波器,对信号做一个15Hz左右的低切,知道了输入阻抗,也知道频率,求电容量。公式在下面:


RC高通滤波器计算公式


计算电容大小

3、焊接电路


正确3.5mm 转 XLR公方法

4、进行测试,大功告成!

这个方法的好处就是可以通过换不同的电容来获得不同的音色风格,同时成本低,结构简单大家都可以做,觉得麻烦的朋友可以找我代做哦,工时费100元,线材插头零件另算,反正比隔离器便宜,花钱买时间嘛。

最后总结一下:

平衡传输线是利用两根信号线传递两个互为相反的信号,配合差动接收端,进行噪音抑制

幻象电源的作用是利用平衡信号传输线给设备进行供电,错误的使用方法可能会导致设备损坏,值得一提的是,所有符合标准的的XLR平衡输出设备,都可以放心大胆的开48V,如果烧了找厂家赔就是,这是质量问题

我们下次再见啦!

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