Symetrický signál
Všude kolem nás se vyskytuje elektromagnetické pole, které vytváří většina elektrických zařízení, ať už je to silnoproudé vedení, transformátory apod. Když do tohoto pole umístíme jakýkoliv vodič, bude se v něm indukovat podle síly pole napětí a jelikož to v praxi bývá signálový vodič, přítomnost tohoto jevu by se mohla projevit nepříjemně, tedy brumem, který pak slyšíme. Jelikož například při živém zvučení jsou délky multipárového kabelu značné (desítky metrů), bez symetrizace signálu by ani nebylo možné toto zařízení provozovat.
Jak to tedy funguje?
Na obr.1 vidíme známý XLR konektor (cannon), který se hojně využívá u mixpultů, zesilovačů, mikrofonů -zkrátka ve zvukařině se vyskytuje hojně. Dále se lze setkat s konektory TRS (tedy klasické jacky 6,3mm) obr.2.
Obr. 1: Konektor XLR
Obr. 2: Konektor TRS
Pin 1 je používán jako bezpotenciálový a spojuje se se zemí, stíněním kabelu nebo s kovovými částmi přístrojů. Pin 2 je označován jako HOT, je na něm přítomen neinvertovaný signál, jeho pravým opakem je Pin 3, kde je signál pinu 2 invertován. Důvod tohoto uvidíme na následujícím příkladu.
Signály...
Prostřednictvím audio kabelů jsou přenášeny především nízkoúrovňové signály, tedy signály vznikající v akusticko-elektrickém měniči (mikrofon), někdy například ve snímačích elektro-akustických kytar, popřípadě jsou to signály linkových úrovní (například basový aparát, na jehož zesilovači se linkový výstup nachází, synťáky atd.). Mikrofony jsou jako zdroj symetrického signálu většinou navrženy. V případě, že má nástroj nesymetrický (anglicky unbalanced) výstup, využívá se tzv. Di-box, který z tohoto nesymetrického signálu symetrický udělá.
Pro začátek to vezmeme nesymetricky.
Budeme pracovat s následujícími signály, jejichž průběhy jsou zobrazeny na obrázcích níže. Signál na obrázku č. 3 označíme za náš užitečný signál, který chceme kabely přenést do mixážního pultu, upravit, smíchat s dalšími signály a poslat zpět k podiu do PA systému. Signál na obr. 4 je sinus 50Hz, tedy napětí naindukované na signálový vodič prostřednictvím elektromagnetické indukce. Je však doufám jasné, že ne vždy bude užitečný signál i rušivý signál vypadat takto, v reálu jsou průběhy jednak neperiodické, mají mezi sebou fázové posuny a jsou podstatně složitější (stačí si jen vybavit frekvenční spektrum zvuku kytary :-)).
Obr. 3: Užitečný signál
Obr. 4: Rušivý signál
Jak již bylo řečeno, v první řadě si vezmeme příklad, kdy signál cestuje nesymetrickým kabelem. Signálový vodič je tedy vystaven určitému rušivému magnetickému poli, které do signálového vodiče naindukuje rušivé napětí a to se s užitečným signálem sečte. Porovnejte obrázek 3 s obrázkem 5 (pod tímto textem). Je patrné, že průběh signálu je značně zkreslený proti původnímu průběhu (pro tento příklad byla pro názornost zvolena vysoká úroveň rušení, kdy amplituda do signálového vodiče indukovaného rušivého napětí je 1V, což tak moc reálné není ale jako příklad s tím vystačíme).
Obr. 5: Průběh zkresleného signálu
Takto zkreslený signál by asi poslechové pohodě nepřidal, je tedy potřeba najít způsob, jak tuto nepříjemnost eliminovat. Tou možností je právě symetrizace. Signál na obr. 5 tedy pošleme po vodiči označeném jako HOT (pin č.2). Jak již bylo psáno v úvodu, dalším pinem je pin č.3 (COLD). Po vodiči připojeném na tomto pinu bude chodit invertovaný původní signál (invertovat zde znamená, že všechny okamžité hodnoty vynásobíme hodnotou -1, čímž signál otočíme kolem osy X). Na obr. 6 a 7. tedy vidíme průběh signálu na konci multipárového kabelu, kdy průběh napětí lze měřit proti pinu č.1 (ZEM, neboli SCREEN). Obr. 6 je průběh signálu na vodiči HOT (neinvertován), na obr. 7. je signál invertován.
Obr. 6: Původní signál (neinvertovaný)
Obr. 7: Původní signál (invertovaný)
Vidíme, že oba signály jsou zrcadlově otočeny. Nyní se podíváme, jak budou signály vypadat po absolvování cesty multipárovým kabelem k mixážnímu pultu.
Obr. 8: Průběh signálu s naindukovaným rušivým napětím (neinverotvaný)
Obr. 9: Průběh signálu s naindukovaným rušivým napětím (inverotvaný)
Vidíme, že průběhy si vzájemně podobné nejsou, což je dáno tím, že rušivé elektromagnetické pole vyskytující se v okolí obou vodičů je naprosto stejné a do obou vodičů indukuje napětí se stejným průběhem napětí a bez fázového posunu, jednoduše řečeno jak do vodiče HOT tak do vodiče COLD se naindukuje jedno a to samý.
Zkompletování signálu v mixážním pultu
Mixážní pult na svém vstupu neudělá nic jiného, než že vezme signál na vodiči COLD a znovu ho invertuje (opět ho přetočí kolem osy X), na obr. 10 je zobrazen jeho průběh za invertorem.
Obr. 10: Průběh signálu s naindukovaným rušivým napětím COLD inverotvaný mixpultem.
Poté co signál COLD mixážní pult invertoval, sečte ho se signálem HOT, vznikne tím signál který lze vidět na obr.11.
Obr. 11: Průběh signálu po zpracování v mixpultu (otočení COLD a sečtení s HOT).
Je patrné, že signál má naprosto stejný průběh jako náš původní, tedy takový, jak vypadal před znehodnocením vlivem vystavení elektromagnetickému rušivému poli avšak s jediným rozdílem. Oproti původnímu signálu má tento signál dvojnásobnou amplitudu. Ještě malé objasnění k tomu, kam zmizelo naindukované rušivé napětí. Jak jsem psal, vlivem elektomgnetické indukce se po cestě multipárovým kabelem naindukoval rušivý signál do obou signálových vodičů (HOT i COLD) se stejným průběhem, amplitudou a bez fázového posunu. Jelikož byl ale signál putující vodičem COLD invertován a v mixážním pultu jsme ho opět otočili, otočili jsme spolu s tímto signálem i průběh rušivého signálu kolem osy X. Jakmile jsme signály z vodičů HOT a COLD v mixu sečetli, rušivé napětí se vyrušilo.
Co říct na závěr, leč se jedná o poměrně triviální záležitost jejíž princip je zcela jednoduchý, je stále poměrně hodně lidí kteří tento princip neznali. Pokud jim tento článek bude nápomocen budu rád. Pokud jsem se však já sám při psaní této trivialitky dopustil chyby, budu rád, pokud na ni budu upozorněn :-)
Ondřej Blažek