Balanserte innganger på ubalansert elektronikk - bare en gimmick?

Har balanserte inganger på forsterkere som ikke er fullbalanserte fra inngang til utgang egentlig noen hensikt?
Balanserte innganger på ubalansert utstyr ble vel presset fram av markedet for noen år siden, da det ble vanskelig å selge forsterkere i litt dyrere prisklasse uten slike innganger. Jeg mener at enkelte high-end produsenter (bl.andre Conrad Johnson) strittet imot i det lengste da de var av den oppfatning at det ikke hadde noe for seg med balanserte innganger på ubalansert elektronikk.

Kjør debatt

mvh
larkuz

Du kan vel like gjerne stille problemstillingen på hodet: Er det noe poeng med "fullbalansert elektronikk" i komponenter med balansert signaloverføring?

Poenget med balansert signaloverføring er å holde jordstrømmer ute av signalet og å kansellere eventuell støy som stråles inn underveis. Det behøver ikke være et pluss- og minus-signal, men poenget er at de to signallederne har balansert impedans og at innstrålt støy får lik amplitude og motsatt fase på de to signallederne. Da forsvinner den igjen når mottakeren tar differansen av de to signalverdiene og bruker denne som "signal" for videre behandling. Hvis de to signalverdiene i stedet går i hvert sitt forsterkerkretsløp blir den eventuelle støyen med gjennom hele kretsen heller enn å kanselleres på inngangen. Det skaper risiko for intermodulasjonsforvrengning på vei gjennom kretsen, i tillegg til den støyen som ble strålt inn i overføringen. Kanselleringen kan eventuelt gjøres i neste boks eller i høyttaleren, men da vil den minste asymmetri i de to "fullbalanserte" signalveiene gjøre at kanselleringen blir ufullstendig. Det er mye mer som kan gå galt på den måten.

Ok. Takker for greit og oppklarende svar, Asbjørn. Hvordan foregår konverteringen fra balansert signaloverførsel til ubalansert signalbehandling i forsterkeren?

mvh
larkuz

Hensikten som jeg kan se er hvis kablene befinner seg i et miljø der de plukker opp mye støy på veien inn i forsterkeren, alternativt ved lange kabelstrekk. Så er det altså en del som stiller spørsmålstegn ved verdien av balansert elektronikk hele veien gjennom en komponent og ikke bare en omformer på utgangen. Å begi seg inn på en rent teknisk diskusjon angående det er utenfor min tekniske kompetanse, men det ville nå være rart om alle high end produsentene som sverger til dette prinsippet kun gjør dette som en ren gimmick for å tilfredsstille forventningene hos en kjøpermasse og ikke ut fra rent lydmessige fordeler.

Det er ikke noe å debattere etter min mening. Balansert overføring forutsetter ikke balanserte forsterkerkonstruksjoner for å gi støykansellering og dedikert jordutjevning for kabelstrekket. Har man XLR vil det med andre ord alltid være fordelaktig å få jord i en egen leder og støykansellering, selv om forsterkerkonstruksjonen er ubalansert.

At enkelte produsenter velger bort XLR uavhengig av pris er enten basert på overbevisningen om at det lille ekstra som skal til for balanseringen er til større lydmessig degradering enn jordutjevning via signalet og innstrålt støy, eller basert på det at de rett og slett mener ubalansert er godt nok. Disse tingene gir det mer mening å diskutere.

Alle fordeler med balansert signaltransmisjon realiseres i mottakerendens undertrykking av common mode, og signalet behøver ikke å være differensielt for å få det til men det må være en balansert kildeimpedans som Asbjørn nevner. Proffesjonelt utstyr hvor balansert signaloverføring benyttes i stor utstrekning, bruker svært skjelden differensiell forsterking utover inngangstrinnet og evt utgangstrinnet - internt er det siom regel «ubalansert». En «enkelt» ting som volumregulering er for eksemel svært krevende å gjøre på en god måte med fult differensiell forsterking, kommersielt tilgjengelige volum-potmetre i tradisjonelle koblinger duger ikke da toleransene og sporingen er alt for dårlig.

Se bl.a. :
Balanced Line Technology
http://sound.westhost.com/balance.htm
http://sound.westhost.com/articles/balanced-2.htm

mvh
KJ

larkuz skrev:

Ok. Takker for greit og oppklarende svar, Asbjørn. Hvordan foregår konverteringen fra balansert signaloverførsel til ubalansert signalbehandling i forsterkeren?

Klikk for å utvide...

For eksempel sånn: http://www.hifisentralen.no/forumet...-forskjeller-mellom-kabler-2.html#post1387141
Eller slik: http://www.hifisentralen.no/forumet...-forskjeller-mellom-kabler-3.html#post1387506

Eller med trafoer, eller et halvt dusin andre kretsløsninger.

Er det noen lyd-degraderende fallgruver prodsentene kan gå i når det gjelder konvertering fra balansert til ubalansert?

mvh
larkuz

Mange, både i avsender og mottaker. Se de to innleggene jeg nettopp linket til. Lettvinte løsninger kan gi mer støy fra opamper og termisk støy fra motstander, mens trafoer har tvilsom linearitet og begrensninger i både bass og diskant.

Har ikke noe teknisk å komme med,så her blir det synsing
Foretrekker balansert kabel melllom Oppo 105 og McIntosh C220.Sistnevnte er vel ikke ''ekte balansert''.
Prøvde å sammenligne med RCA av samme merke.(Blue Jeans Cable)
BJC (både XLR og RCA) var forøverig minst like gode som Black Magic A1mk2 og Audioquest King Cobra (RCA)
BJC RCA til effekttrinn....

Ketil skrev:

..., men det ville nå være rart om alle high end produsentene som sverger til dette prinsippet kun gjør dette som en ren gimmick for å tilfredsstille forventningene hos en kjøpermasse og ikke ut fra rent lydmessige fordeler.

Klikk for å utvide...

Det er ikke så rart. Mye av det handler om produktdifferensiering, noe av det handler om at produsenten ønsker å heve seg over konkurrentene, noen produsenter ønsker å uttrykke at de excellerer i produktdesign. Blant mange «audiofile» har «fullbalansert» blitt en proxy for «god kvalitet». Det er egentlig en tåkelegging av hva det handler om.

Fullbalansert i betydningen av en gjennomgående differensiell konstruksjon er i mange tilfeller mer enn «dobbelt» så vanskelig å gjøre på en god måte enn en tilsvarende konstruksjon med «konvertering» på inn og utgangen. Kravene til symetri i signalbehandlingen er ganske høye for å oppnå evt fordeler ved differensiell forsterking. Fordelene ved differensiell forsterking er dessuten ganske beskjedne - undertrykking av forvrenging av lik orden (2. 4. 6. 8. etc) og potensielt 6 dB mer headroom og/eller 3dB bedre SN. Jeg nevnte volumregulering hvor kommersielt tilgjengelig volumpotmeter og tradisjonelle kretsløsninger rett og slett ikke duger.

Et område hvor balansert/differensiell inngang kan ha tildels betydelige fordeler er f.eks. i MC-inngangen på en RIAA (flytende signalkilde ift jord og svært lavt signalnivå) ... men hvor mange balanserte RIAA-trinn er kommersielt tilgjengelige? hvor mange av dem er «fullbalansert»? hva er årsaken til det?

mvh
KJ

Et annet er balanserte brokoblede effektforsterkere hvor den ene siden drar og den andre siden skyver på høyttaleren. Dobler spenningssvinget som er tilgjengelig over høyttalerelementet, men passer best for høyttalere med høy impedans.

Det trenger ikke å være rakettforskning å lage noe sånt. En LM4780 chipamp til en snau hundrelapp inneholder to LM3886 forsterkerkretser, og hvis man har balansert signal inn er det enkelt å mate den ene halvparten med pluss, den andre med minus, koble høyttaleren mellom de to utgangene, og la kanselleringen av støy og likeordens forvrengningskomponenter skje over høyttalerelementet. Hvis man er for lat til å bygge et inngangstrinn, liksom. Se beskrivelsen av "BR100" i seksjon 5 her: http://www.ti.com/lit/an/snaa021a/snaa021a.pdf. I kretsdiagrammet er den vist med single ended signal og en invertert forsterkerkanal, men det blir enda enklere (og formodentlig bedre) med balansert signal inn. Stort enklere hundrewatts effektforsterker får man ikke.

Mange bra svar her, men en liten detalj som ikke har blitt nevnt er at støy som kommer inn med samme fase på hot and cold kan opptre i form av en varierende DC på utgangen. Denne DC blir i prinsippet undertrykket/ignorert men hvis den opptrer for asymmetrisk i det den kommer inn på en differentiell ADC, så kan man risikere at denne går i metning i gitte situasjoner.

Asbjørn skrev:

Det behøver ikke være et pluss- og minus-signal, men poenget er at de to signallederne har balansert impedans og at innstrålt støy får lik amplitude og motsatt fase på de to signallederne. Da forsvinner den igjen når mottakeren tar differansen av de to signalverdiene og bruker denne som "signal" for videre behandling.

Klikk for å utvide...

Er det ikke slik at signalet i hver leder har lik amplitude og motsatt fase, og at støyen på hver leder har lik amplitude og samme fase?
Når så mottakeren tar spenningsforskjellen mellom lederene og bruker denne som signal for videre behandling, så forsvinner støyen fordi der ikke er spenningsforskjell mellom støysignalene i de to lederene.

mvh
larkuz

Støyen får lik amplitude og samme fase i begge ledere hvis det er lik inngangsimpedans på hver side. Da forsvinner den innstrålte støyen når mottakeren tar differansen mellom de to lederne. Men det har ingen ting å si om de to signallederne har amplitude +V og -V, eller +2V og 0, eller +3V og +V, eller noe annet. Det er differansen mellom de to som er det egentlige signalet.

Man kan faktisk mate inn et ubalansert signal på en balansert inngang og få brukbar støykansellering, hvis man bruker en pseudobalansert kabel med skjermen jordet i avsenderenden.

Etter min erfaring...er "fake" balanserte "bokser" helt ok, plugg-kvalitet + kabling gjør opp for simple "opamp-balanse-kretser".
Full-balansert er jo å foretrekke, om man har lommebok til det.

Men IKKE til RIAA / PU-inngang! PGA de lave signal-nivåene, blir faktisk egenstøyen i elektronikken høyere ved balansert inngang.
(man taper min. 3dB til 6dB peak S/N (signal/støyforhold))
(Dessuten må all kabling fra PU, gjennom arm, og selve arm-kabel være balansert om det skal fungere noenlunde)
Trafo på inngangen er egentlig beste løsning ved balansert-forsøk...

^ det er en vesentlig forskjell her mellom innstrålt støy og kilde støy fra avsenderen. Instrålt støy er iht beskrivelsen til Asbjørn.

Støyen fra avsenderenden er litt annerledes og avhenger av hvordan tingene er gjort i avsenderen. Normal-antakelsen er et det grovt regnet er omlag like mye støy i begge fasene og at denne er ukorrelert, slik at 1+1=sqrt(2) dvs den summerer ikke perfekt og i stedet for en summering «til» 6 dB så får vi en summering «til» 3 dB. Dersom utgangstrinnet i avsenderen «konverterer» signalet fra ubalansert til balansert, så er det et spørsmål om det største støybidraget er før eller etter konverteringen. Dersom det største støybidraget er før konverteringen så er støyen fra avsenderenden i større grad korrelert mellom fasene og 1+1 er nærmere 2 enn sqrt(2), dvs nærmere 6 dB enn 3 dB.

mvh
KJ

Cobra2 skrev:

Etter min erfaring...er "fake" balanserte "bokser" helt ok, plugg-kvalitet + kabling gjør opp for simple "opamp-balanse-kretser".
Full-balansert er jo å foretrekke, om man har lommebok til det.

Men IKKE til RIAA / PU-inngang! PGA de lave signal-nivåene, blir faktisk egenstøyen i elektronikken høyere ved balansert inngang.
(man taper min. 3dB til 6dB peak S/N (signal/støyforhold))
(Dessuten må all kabling fra PU, gjennom arm, og selve arm-kabel være balansert om det skal fungere noenlunde)
Trafo på inngangen er egentlig beste løsning ved balansert-forsøk...

Klikk for å utvide...

Jeg forstår ikke helt hva «fakebalansert» eller «simple "opamp-balanse-kretser"» er.

Jeg vil heller har en god implemntering av «konvertering» fra og til balansert på inn og utgang, enn tallentløs «fullbalansert».

Med hensyn til MC-innganger så er det fult mulig å designe en balansert/differnesiell inngang som har en lavere egenstøy enn «typiske» PUer. Det er på ingen måte gratis eller enkelt men det er mulig. En lavimpedant lavutgang MC-PU f.eks. Ortofon med «typisk» 6 ohm kildemotstand og 500µV ut har et best case SN på ca 84 dB. Jeg leker med kretsløsninger for differensielle MC-innganger som teoretisk kan se ut til å redusere SN fra en slik PU med omlag 1,5 dB.

mvh
KJ

Økonomi-utgave
BTL Bridge Board XLR to Balanced Board DIY Kit | eBay

Skal ikke krangle om S/N'er eller dB'er...du har sikkert pløyd gjennom noe av dette:
http://www.douglas-self.com/ampins/ampins.htm

Cobra2 skrev:

Etter min erfaring...er "fake" balanserte "bokser" helt ok, plugg-kvalitet + kabling gjør opp for simple "opamp-balanse-kretser".
Full-balansert er jo å foretrekke, om man har lommebok til det.

Klikk for å utvide...

Tja, men det er ikke spesielt vanskelig å lage et balansert inngangstrinn som har bedre signal/støy-forhold enn et ubalansert heller. Doug Self har en del alternative løsninger i bøkene sine, og jeg beskrev et par av dem her: http://www.hifisentralen.no/forumet...-forskjeller-mellom-kabler-3.html#post1387506

Det er ikke spesielt vanskelig å se hvordan man kan ta den løsningen enda lenger ut, selv om det vil koste noen kroner. Den kostnaden er likevel bagatellmessig sammenlignet med prisen på "gode" hifikabler. Personlig har jeg trafoer på preamputgangene, forresten, ikke på forsterkerinngangene.

Der ville jeg heller gått motsatt: trafo på innganger og aktivt på utganger....mest for lav impedans / mindre kabel-påvirkning, og rimeligere med god inngangs-trafo enn utgang...
flisespikking/egne/sære meninger?

Du har et poeng der. For min del ble det valget ganske lett: Preampen har trafobalanserte utganger som opsjon. Effektforsterkerne har ikke trafobalanserte innganger som opsjon. Riktignok er de forsterkerne hjemmebyggede, men de elektronisk balanserte inngangene er allerede en del av det ferdigkjøpte kretskortet. Jeg ville ha et galvanisk skille et sted i den overføringen for å blokkere mot unødvendig store DC offsets, og da ble det sånn. Noen av effektforsterkerne er DC-koblede.

.... dette blir for spesielt interesserte ... trur eg ...

Cobra2 skrev:

Økonomi-utgave
BTL Bridge Board XLR to Balanced Board DIY Kit | eBay

Skal ikke krangle om S/N'er eller dB'er...du har sikkert pløyd gjennom noe av dette:
The Amplifier Institute.

Klikk for å utvide...

Jo jeg har lest en del av «superobjektivisten» Douglas Self. Han er ofte ganske «konvensjonell» i tilnærmingen. Det er i og for seg ingen ting i veien med det, det er meget gode grunner til at konvensjonelle løsninger har blitt konvensjonelle, men det er ikke alltid like «kreativt». Med konvensjonelle løsninger på inngangstrinn så ender man opp med utstrakt parallellkobling for presse støybidraget langt ned.

Dersom «hoderegningen» min mot formodning er nogen lunde på plass så trengs det f.eks. ca 8 stk AD797 i parallell for å nærme seg samme støybidrag som en motstand på 6 ohm, ref. SN til en MC-PU med 500µV og 6 ohm i spolemotstand. Dersom dette skal gjøres med en differensiell inngang så trengs det fire (?) ganger så mange ... dvs 32 stk ... det er før vi begynner å regne på støybidraget fra tilbakekoblingen med høvelige motstander og høvelig forsterking. Med 32 stk AD797 i ett inngangstrinn så begynner det å bli dyrt og omfattende.

Med litt mindre konvensjonelle løsninger ala Marshall Leach sin common base forsterker «MC-headamp» (se linker under) så behøver det ikke å bli like omfattende og dyrt, men man får også noen nye og «ukonvensjonelle» utfordringer.

Dr. Leach's Amplifier and Speaker Projects
Moving Coil Cartridge Head Amps

Douglas Self har også vist en common base forsterker med differensiell inngang, dog tiltenkt til bruk i «bussen» på miksere og liknende. Denne kan tunes til å gi ganske eksepsjonell støy-ytelse uten utstrakt parallellkobling. Utfordringen er dog 1) enten må komponentene matches innenfor svært snevre toleranser for å unngå unødig DC på inngangen, eller 2) så må det brukes store kondensatorer på inngangen til DC-blokkering (typisk omkring 10mF i et MC-inngangstrinn for MCer med 6 ohm kilderesistans).

mvh
KJ

Mange fine betraktninger her!

Men ingen nevnte at signalet går igjennom dobbelt så mange komponenter på en fullbalansert konstruksjon. Lenger signalvei; dårligere lyd. Og hva med å bruke dobbelt så dyre komponenter i en singel konstruksjon, det er da stor mulighet for enda bedre lyd. Jeg mener balansert er til tider en "motesak" og for å kunne forsvare prisen på sykt dyre High end apparater! Uansett er det bedre signalfrakt ved balansert, spesielt over lange kabler. (Annen volt og impedans som gir mindre tap), men frikerne kjøper skinnsykt dyre og korte kabler uansett!
Er ikke teknisk kyndig til å begi meg inn på nærmere diskusjon av det som er påstått her. Men om støyen over + og minus skal kansellere hverandre ut i en balansert konstruksjon, er man avhengig at de to delene jobber i absolutt fase. Dette er nødvendigvis ikke tilfelle, og en kan da faktisk få forsterkning av noen støyfrekvenser? Dette prøver selvsagt konstruktøren å unngå ved å bruke veldig like (les gode) komponenter og god kontroll i produksjon. Vi er da tilbake til start, bedre utstyr koster mere, (om ikke god markedsføring gjør det mulig å ta ekstra betalt), og om det er balansert eller ikke er ikke avgjørende for lydbildet produktet gir. vh .

^ Som kjent er det i hovedsak 3 «signaltyper» vi kan legge på en balansert/differensiell inngang dvs hhv +/fase/hot og -/invertert/cold:
1) signaler i perfekt motfase (motsatt polaritet men samme nivå ift jord) - dvs et ordinært signal som går utfortrødent igjennom kjeden, det inkluderer egenstøy i et ubalansert signal (før eller etter konvertering fra/til balansert) - signalet ift jord på hhv +/fase og -/invertert summerer til 6 dB
2) ukorrelerte signaler (korrelasjon på 0) typisk egenstøy i balanserte/differensielle signalkretsløp - signalet ift jord på hhv +/fase og -/invertert summerer til 3 dB
3) signaler i perfekt fase (samme polaritet og nivå ift jord) idealet for innstrålt støy (og støy fra strømforsyningen ift differensiell signalbehandling/forsterking) - dette er et «common mode» (CM) signal som undertrykkes av inngangstrinnets CMRR (Common Mode Rejection Ratio).

For et gitt signalnivå ift jord og for kretser med ellers lik egenstøy så gir balansert 3 dB bedre S/N. Utfordringene er å lage effektive balanserte/differensielle kretser som har samme egenstøy som en tilsvarende ubalansert kretsløsning - det kan fort bli mer enn «4 ganger» så «komplisert» (f.eks. 4 ganger flere OPAMPer i paralell i et inngangstrinn).

Av en eller annen grunn så er det ikke ofte vi ser spec for CMRR på hifi-utstyr med balanserte differensielle innganger. Det er underlig fordi CMRR er «eksistensberettigelsen» for en balansert/differensiell inngang. En middelmådig spec kan være CMRR på 40 dB (dvs at CM-signalene undertrykkes med en faktor på 100:1 - 1V CM inn gir 0,01V ut), en god spec for CMRR kan være 60 dB (1000:1) og en veldig god spec kan være 80 dB (10 000:1) eller bedre. Det kan være lettere å få en god CMRR i en krets med høy forsterking enn ditto med lav eller uten forsterking.

Her er et eksempel på et inngangstrinn (en kanal) som bruker 6 doble opamper til en balansert/differensiell inngang :
The Signal Transfer Company: Low-noise balanced input card
En «tilsvarende» ubalansert inngang kan nøye seg med en enkel opamp/buffer.

En av de beste grunnene til å bruke balansert/differensiell transmisjon mellom komponentene i et HiFi-anlegg er at det kan redusere problemene knyttet til ulike måter å behandle signaljord på ift annen jord (chassis og nett) - signalet blir mer «uavhengig» av jord. Prisen er at det kan bli dyrt/komplisert å gjøre det godt og middelmådig/dårlig å gjøre det «billig».

mvh
KJ