浅谈音频设备平衡与非平衡接口

乐下人

音频设备上，经常见到的接口的种类有卡侬(XLR)、大三芯、大二芯、Bantam、莲花头及专用设备的特殊接口，如某些声卡带的RS232接口。平衡接口一般是指XLR和大三芯；非平衡接口一般指莲花头和大二芯接口。但需要注意的是，平衡接口可用来连接平衡的信号，也可用来连接非平衡的信号，而非平衡接口连接的一定是非平衡信号。卡侬头(XLR)和莲花头不但可连接模拟信号，也用来连接数字信号。大多数人认为，平衡接口就是冷信号（一）和热信号(+)线加上屏蔽线（地线），共三根线组成；而非平衡接口就只有一根信号线和一根屏蔽线的两根线组成。这样说没有什么错但并不完全。

    事实上，平衡接口的设计都遵循这样的原则：在两根信号线上采用尽可能相同的振幅来防止信号的串扰。其本质在于，可使用差分输入来抵御外来信号的干扰，当然这两根信号线对屏蔽线的阻抗（地线）必须完全一致。在接地补偿输出中，通常热端传输音频信号，而冷端通过专用的电阻器接地。这里的电阻器要保证冷端和热端的接地阻抗一致。非平衡和平衡之间可转换，但会有损失，当专业设备需要连接非平衡接口的输入时，采用两芯的接地补偿输出所得到的信号是没有损失的。而如果用三芯的平衡接口输出，则得到的信号音量会比正常低6dB。因为三芯平衡接口把信号平分给了信号线的冷端和热端。同样，在平衡和非平衡之间转换一样是会有损失的。因此可得出以下结论。

    (l)从平衡口，用正确焊接的平衡线，发送到不平衡输入，信号振幅会损失一半。模拟信号大小会损失6dB。

    (2)从平衡口，用不平衡线，发送到不平衡输入，信号的振幅也损失一半，信号大小损失6dB。

    (3)从平衡口，用焊反了的平衡线，冷信号（一）和热信号(+)接反，发送到不平衡输入，信号振幅损失一半并且倒向，信号大小损失6dB。

    (4)从不平衡口，用正确焊接的平衡线，发送到平衡输入，信号大小不变。

    (5)从不平衡口，用不平衡线，发送到平衡输入，信号大小不变。

    (6)从不平衡口，用焊反了的平衡线，发送到平衡输入，会导致反向波形抵消，可能会出现无声的结果。

    因此，对于平衡接口无论是对称的还是相反的一组信号结果都是一样的。关键在于地线和两根信号线采用相同的阻抗，任何干扰信号都会被微分接收器当作“公共模式”信号，即在两根信号线上拥有相同的极性和振幅。微分接收器f无论是无源变压器还是有源的电子输入设备）本身就会抵制公共模式信号即能过滤干扰，同时允许任何微分信号通过，就是得到了想要的声音。在完全对称的信号中，两根线携带着相同但反向的信号，所以输出信号的振幅是任意一根线信号的两倍。这就是传统的平衡接口工作模式。但也有特殊情况，如果用两根信号线中的一根来传递音频信息，系统仍然会正常工作。这种连接方式通常被称作“接地补偿输出”。平衡输入接口时会损失掉冷端的信号，而两芯平衡方式不会损失。

    在数字信号传输方面虽然数字信号相对模拟信号抗干扰能力非常强，基本不受外界的干扰，但在传输中也有平衡和非平衡之间的连接。AES/EBU连接媒质有：(l)专业级通常采用平衡或差分连接，使用XLR(卡侬)连接，阻抗为IIO Q。(2)消费级通常采用单端非平衡连接，使用RCA莲花头音频同轴电缆连接，阻抗为75 Ω采用平衡传输AES/EBU信号，信号更加纯净，传输距离也更远。采样频率为48 kHz，比特率为16 bit的不平衡数字信号也可通过不平衡一平衡转换器转换为平衡的数字信号。但需要注意的是这种转换后的平衡信号不是专业级信号，因为与专业级数字信号定义的通道信息不一样，通过音频测试仪可很方便地看出。

    充分了解平衡和不平衡之间的关系，在实际工作中可减少很多不必要的麻烦。可迅速判断出由于音频连接之间出现的故障。