Laboratorium sprzętu audio

XLR w sprzęcie audio

XLR - temat TABU dla niewtajemniczonych w arkana sztuki budowania dźwięku w studio, nagłaśniania koncertów lub chociażby tylko okazjonalnego użytkowania profesjonalnego sprzętu audio - budzi szereg niezdrowych emocji i jest dość często nadużywany w celach zupełnie nie mających nic wspólnego z "prawdą o symetrii torów fonicznych".

Jak to jest z tymi XLR'ami? - Ano tak, że najogólniej rzecz ujmując jest to rodzaj symetrycznego powiązania sygnałowego (dwie żyły A i B nieuziemione we wspólnym uziemionym ekranie) różnych elementów toru fonii w urządzeniach elektroakustycznych. Na przykład - mikrofon o impedancji wyjściowej  200Ω (przy 1kHz) i skutecznym napięciu fonicznym (średnim) o wartości 5mV obciąża wejście wzmacniacza w stosunku co najmniej 1:10, a zatem - wzmacniacz mikrofonowy powinien mieć impedancję wejściową ≈ 2kΩ ale przy tej wartości, choć poziom szumów będzie teoretycznie niewielki, to jednak ze względu na małą wartość impedancji - pożądane wzmocnienie napięciowe (poziom > 30dB) będzie trudne do osiągnięcia przy zachowaniu dużego odstępu sygnału od szumu i zakłóceń... W takim przypadku należałoby zastosować transformator symetryzujący, którego wyjście z uzwojenia wtórnego stanowi linię żył AB nie połączonych z "masą" (nie uziemionych) - obciążającą symetryczny podwójny wzmacniacz napięciowy... Jeden wzmacniacz odpowiada za wzmocnienie dodatniej, a drugi (identyczny), za wzmocnienie ujemnej połówki przebiegu napięcia fonicznego. Po odpowiednim wzmocnieniu - przebiegi wyjściowe są sumowane w następnym stopniu lub bez sumowania - na końcu (w symetrycznym wzmacniaczu mocy) docierają do obciążenia jakim są np. głośniki. Tak właśnie wygląda tor w pełni symetryczny. Cechą szczególną toru symetrycznego jest jego wysoka odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Istota tej odporności wynika z faktu, iż całkowite wzmocnienie mocy sygnału fonicznego jest czterokrotnie wyższe od wzmocnienia układu w torze niesymetrycznym, przy czym - poziomy szumów/zakłóceń nie będą "rosły" (w torze symetrycznym) w równym stopniu, co wynika z istoty układu, w którym dwa identyczne wzmacniacze wzmacniają dodatnie i ujemne półokresy amplitudy napięcia fonicznego... W typowym układzie niesymetrycznym - dynamika napięcia fonicznego osiąga maksymalnie poziom < 110dB. W układach symetrycznych > 130dB, co w logiczny sposób przekłada się na stosunek sygnału do szumów i zakłóceń, których moc nie może rosnąć na równi z mocą sygnału użytecznego...

W powszechnie dostępnych urządzeniach audio - wejścia/wyjścia XLR to "klasyczna ściema" nazywana tajemniczo torem zbalansowanym, który jednak nie ma nic wspólnego z torem symetrycznym skoro w kolejnych stopniach wzmocnienia sygnały foniczne (jako zsumowane) - nie są "transportowane liniami AB" - nie połączonymi z masą i nie pracują już w układzie symetrycznym. Ktoś bardzo sprytny wpadł na dość banalny pomysł wykorzystania gniazd Cannon (nazywanych aktualnie XLR) aby upodobnić sprzęt powszechnego użytku do profesjonalnego. Przed wieloma laty tory symetryczne (XLR) zaczęły być stosowane w mikrofonowych liniach przesyłowych o długościach nawet > 20m i chociażby z tego powodu - połączenie musiało być symetryczne aby napięcia foniczne wytworzone w mikrofonach były wolne od zakłóceń z obcych źródeł (np. tyrystorowe układy regulacji oświetlenia sceny). Pamiętajmy, że poziomy sygnałów mikrofonowych są setki razy niższe od poziomów ze źródeł typu CD... Wynika z tego oczywista zależność: im niższy jest poziom sygnału źródła tym większe będą poziomy szumów/zakłóceń, które wraz z użytecznym napięciem fonicznym będą wzmacniane niemal w tym samym stopniu. Przeciętny odtwarzacz CD wytwarza przebiegi o amplitudzie > 1,5V i przy takich wartościach - połączenie ze wzmacniaczem już nie musi być symetryczne ponieważ stosunek sygnał/zakłócenia jest lepszy niż 90dB (nie należy mylić z dynamiką). Jeżeli odtwarzacz znajduje się w odległości nie większej jak 2m od wzmacniacza, połączenie może być zrealizowane za pomocą typowego przewodu jednożyłowego w ekranie (Cu) dla jednego kanału stereo (RCA). Naturalnie przewód powinien być dobrej jakości... Poziomy zakłóceń w domowej instalacji elektrycznej będą zawsze dużo niższe niż w rozbudowanych instalacjach sceny koncertowej. Zatem - stosowanie torów XLR w domowym sprzęcie audio - mija się z celem. Nadto - wysokie poziomy dynamiki sygnałów fonicznych będą tylko zaledwie w części wykorzystane ponieważ głośniki (wąskie gardła audio) nie będą z reguły w stanie odtworzyć pierwotnych sygnałów z dynamiką > 90dB.

Balansowanie (wyrównywanie) jako takie - ma tylko jedno uzasadnienie - zrównanie impedancji wejściowej wzmacniacza z impedancją źródła sygnału aby skuteczna wartość napięcia fonicznego na wejściu równała się czułości wzmacniacza. Praktyka dowodzi jednak, że korzystniej jest gdy źródło ma niską impedancję wyjściową i duży poziom sygnału, a wzmacniacz ma impedancję wejściową np. dziesięciokrotnie wyższą przy czułości nie większej niż ½ średniej wartości sygnału na wejściu dla pożądanego poziomu dynamiki. Przebieg charakterystyki częstotliwościowej dla torów "niezbalansowanych" jest bardziej korzystny niż dla zbalansowanych (nie mylić z torami symetrycznymi) dlatego, że mniej elementów w torze będzie zawsze miało mniejszy wpływ na stosunki amplitudowo-fazowe sygnałów dźwiękowych.

Udawanie, że domowy sprzęt audio w jakimś stopniu odwzorowuje sprzęt profesjonalny (studyjny) jest chwytem uatrakcyjniającym produkt. XLR w zwyczajnym domowym sprzęcie audio ≠ klasycznemu układowi symetrycznemu konsolety mikserskiej w studio! Są oczywiście urządzenia domowe audio zbudowane w oparciu o w pełni symetryczne tory fonii ale ich cena - przekracza nasze przeciętne wyobrażenie i zrozumienie...