Ποιά η διαφορά Balanced και Unbalanced καλωδίων

Τα balanced καλώδια συνήθως καταλήγουν σε βύσματα XLR ή στερεοφωνικό καρφί και χρησιμοποιούνται στη διασύνδεση συσκευών σε αποστάσεις μεγαλύτερες απο 2-3 μέτρα για την αποφυγή απώλειας σήματος. Τα Unbalanced καταλήγουν σε μονοφωνικό καρφί ή RCA και χρησιμοποιούνται στη διασύνδεση συσκευών σε μικρή απόσταση αφού όσο μακρύτερο το καλώδιο τόσο μεγαλύτερη η απώλεια του αρχικού σήματος. Απώλειες σε καλώδιο κάτω απο 3 μέτρα δύσκολα γίνονται αισθητές.

Unbalanced είναι η μεταφορά σήματος μέσω καλωδίου 2 αγωγών. Στον ένα αγωγό περνά το σήμα και ο άλλος είναι η γείωση.
Η balanced σύνδεση χρειάζεται καλώδιο 3 αγωγών. Στον ένα αγωγό είναι η γείωση και στους άλλους 2 το σήμα (στον έναν με αντεστραμμένη φάση).

Τα δύο αυτά σήματα (το κανονικό hot ή +, και το αντεστραμμένο cold ή -) φθάνοντας σε μία κονσόλα ή σε οποιαδήποτε συσκευή δέχεται balanced σύνδεση θα περάσουν από ένα κύκλωμα που ονομάζεται διαφορικός ενισχυτής. Δουλειά αυτού είναι να "αφαιρέσει το ένα σήμα από το άλλο. Γι αυτό και ονομάζεται διαφορικός. Το αποτέλεσμα θα είναι να διπλασιαστεί το σήμα (εφόσον έχουν διαφορά φάσης και αφαιρούνται) και θα αφαιρεθεί τυχόν θόρυβος που θα "μαζέψουν" τα καλώδια στη διαδρομή (εφόσον αν μαζέψουν θόρυβο οι 2 αγωγοί σήματος θα έχουν την ίδια φάση και στην αφαίρεση θα μηδενιστεί). Το unbalanced σήμα των 2 αγωγών δεν έχει τέτοιες δυνατότητες και γι αυτό λέμε ότι βγάζουν θόρυβο.

Πιο αναλυτικά τα λέει ο @lxenos:​

Πρώτα απ όλα θα πρέπει να πούμε πως o λόγος που υπάρχουν οι ισορροπημένες συνδέσεςις δεν είναι άλλος πέρα από την καταστολή-ακύρωση του θορύβου που εισβάλει επαγωγικά στα καλώδια σύνδεσης ηχητικών συσκευών που, κατά κανόνα «κουβαλάνε» σήματα χαμηλής στάθμης (max 4-5 V). O θόρυβος αυτός προέρχεται από τις, λεγόμενες, ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές ενώ, όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος του καλωδίου τόσο περισσότερο θόρυβο μαζεύει στην διαδρομή του.

Εκμεταλλευόμενοι, λοιπόν, την βασική αρχή της κυματικής που λέει πως όταν προσθέσουμε δύο όμοια ακουστικά κύματα αντίθετης φάσης (180 μοίρες) αυτό που παίρνουμε στην έξοδο είναι το…απόλυτο 0, δημιουργήσαμε τις balanced συνδέσεις και κυκλώματα. Ως εκ τούτου, από μία balanced έξοδο παίρνουμε δύο ανεξάρτητους αγωγούς που κουβαλούν το ίδιο ακριβώς μουσικό σήμα, αλλά 180 μοίρες εκτός φάσης (pins 2 και 3 στα XLR ή Tip και Ring στα TRS) και την γνωστή θωράκιση-μπλεντάζ ( pin 1 ή sleeve). Η αναστροφή της φάσης γίνεται με ένα εξάρτημα που ονομάζουμε «αναστροφέα φάσης».

Στη πολύμετρη διαδρομή του καλωδίου αυτό φυσιολογικά μαζεύει θόρυβο ο οποίος όμως εισέρχεται συμφασικά στους δύο αγωγούς. Στην balanced είσοδο του επόμενου μηχανήματος (πχ κονσόλα) υπάρχει ένα άλλο εξάρτημα που ονομάζεται «διαφορικός ενισχυτής» και ανταποκρίνεται στις διαφορές των τάσεων που «βλέπει» στην είσοδό του. Ουσιαστικά αυτό το εξάρτημα λύνει την εξής απλή μαθηματική πράξη:

Εστω V+ το μουσικό σήμα ορθής φάσης του pin 1
Εστω V- το μουσικό ανάστροφης φάσης του pin 2, και
Εστω Χ ο θόρυβος στον κάθε αγωγό.


Βάσει αυτών που είπα:
Στο pin 1 «ταξιδεύει» +V+X
Στο pin 2 «ταξιδεύει» -V+X

O διαφορικός ενισχυτής εκτελεί τη πράξη:

(+V+X) – (-V+X)=
+V+X+V-X=

Με άλλα λόγια ο διαφορικός ενισχυτής στην είσοδο …με μία κίνηση ματ βγάζει τον άλλοτε συμφασικό θόρυβο εκτός φάσης (180 μοίρες) και το εκτός φάση ωφέλιμο σήμα εντός φάσης (0 μοίρες). Το αποτέλεσμα; Ο θόρυβος ακυρώνεται και το ωφέλιμο, μουσικό σήμα, όχι απλά παραλαμβάνεται αυτούσιο και πεντακάθαρο, αλλά και με διπλάσιο πλάτος (+6 dB).

Ένα σημείο που θέλει προσοχή και κανείς δεν το λέει είναι το εξής:

Μπορεί η σύνδεση μεταξύ δύο συσκευών να είναι balanced, αλλά τι γίνεται με τα κυκλώματα των συσκευών πριν και μετά τις balanced εισοδο-εξόδους τους; Είναι και αυτά ισορροπημένα ή το σήμα κυκλοφορεί μέσα στην συσκευή unbalanced; Ιδού η απορία…! Η άποψή μου είναι πως μία balanced συνδεσμολογία μεταξύ δύο –εσωτερικά- unbalanced συσκευών προσφέρει μόνο το ήμισυ των πλεονεκτημάτων της όλης ισορροπημένης θεωρίας, από πλευράς ηχητικής ποιότητας. Η ποιότητα του αναστροφέα φάση και του διαφορικού ενισχυτή παίζουν καταλυτικό ρόλο στη ποιότητα του ηχητικού αποτελέσματος. Μπορεί στο PA όλα αυτά να μοιάζουν «ψιλά γράμματα» όμως σε ένα recording ή mastering studio έχουν τη σημασία τους. Εν πάση περιπτώσει, ένα balanced κύκλωμα θα πρέπει να είναι balanced από την αρχή μέχρι το τέλος και όχι μόνο σε επίπεδο συνδέσεων. Βέβαια, η true balanced κυκλωματική σχεδίαση απαιτεί τα διπλάσια υλικά στη διαδρομή του σήματος και φυσικά το διπλάσιο κόστος. Αυτά θα έπρεπε να πληρώνουμε αλλά… ποιος ασχολείται;

Εύχομαι να μην σας κούρασα…

Λευτέρης Ξένος