Felütés
Egyre több szó esik a témáról, mióta a szimmetrikus eszközök beszivárogtak a lakásokba, azonban néhány tévhit még kering körülöttük. A szimmetrikus jelvezetésnek és –erősítésnek megvannak az előnyei, így bizonyos körülmények között jó választást jelentenek, ám a megoldások nem függnek össze szorosan a hangminőséggel.
Anélkül, hogy mélyebben elmerülnénk a technikai háttérben:
- aszimmetrikus jelvezetésnél mindössze két vezetéket használunk, a földvezetéket (ground vagy GND; nem összekeverendő a védőföldeléssel) és egy ún. melegvezetéket. A külső elektromágneses zavarok ellen úgy védekezünk, hogy a földvezeték körülöleli a melegvezetéket, így árnyékolást biztosít. Ezzel szemben
- a szimmetrikus (balanced) jelkábelek két melegvezetéket tartalmaznak, amiken ugyan az a jel közlekedik egymáshoz képest ellenfázisban, plusz egy ezeket szintén körülölelő árnyékolást, ami itt is a GND-vezeték.
A szimmetrikus jelből is előbb-utóbb aszimmetrikus jel lesz. Szimmetrikus erősítés esetén legkésőbb a hangszóró kapcsain, ahol azáltal vonódik ki egymásból a két ellenfázisú jel, hogy a hangszóró tekercsének ellentétes végpontjaira kötjük őket. Akárhol is történjék az aszimmetrizálás (kivonás), a hasznos jel amplitúdója felerősödik, míg az azonos fázisban jelentkező, ún. közös módusú zaj és torzítás kioltódik. A nem azonos fázisban jelentkező torzítás azonban nem csökken. Közös módusú zaj az összeantennázott zaj jelentős része, illetve a kábel mechanikus rezgéséből összemikrofóniázott zaj jelentős része is.
A szimmetrikus jelvezetéstől el kell választani a szimmetrikus erősítést
ezek ugyanis másra valók, így nem feltételezik egymás meglétét. Bár a szimmetrikus erősítéshez szükségünk van szimmetrikus bemenőjelre, ezt aszimmetrikus jelből is előállíthatjuk egy invertáló előerősítővel. Ezután két, ellenfázisban dolgozó teljesítményerősítőt használunk a hangszórónk két kapcsának meghajtásához. Ennek a megoldásnak a legnagyobb előnye, hogy adott tápfeszültségről kétszer akkora kimenőfeszültség és így négyszeres kimenő teljesítmény érhető el vele, ezért autós felhasználásnál és a hordozható eszközök világában elterjedt. Hátránya a kétszeres alkatrészigényen kívül a fele akkora hatásfok, mivel a hangszóró árama egyszerre két erősítőben termel hőveszteséget egy helyett.
Na de mi a helyzet a hangminőséggel?
Tényleg jobban szólnak a szimmetrikus eszközök? Nos, nem feltétlenül. A szimmetrikus jelvezetés otthoni környezetben csak hosszabb távolságra szükséges, mondjuk 2-3 méter fölött. Ezen kívül még akkor meggondolandó, ha a hangerőszabályzás a jelforrás oldalán történik – pl. aktív hangdobozok esetén -, hiszen ekkor a kábelen kisebb feszültségű jel közlekedik, amihez képest az összeszedett zavarfeszültség százalékosan nagyobb. Színpadtechnikában, pro audióban kizárólagos a szimmetrikus jelvezetés használata, nemcsak a nagy távolságok, de az erős mechanikus rezgések miatt is.
A szimmetrikus teljesítményerősítők legfőbb hangminőségbeli előnye abból fakad, hogy a hangszórók relatíve nagy árama nem folyik rá az erősítő GND-hálózatára, így az áram által a belső vezetékeken ejtett hibafeszültség nem jelenhet meg az erősítő bemenetén, ezzel torzítást okozva. Ez az előny körültekintő tervezéssel eltűnik, vagyis egy aszimmetrikus erősítő sokszor nem szól rosszabbul egy szimmetrikusnál.
Említsük még meg a fejhallgató erősítőket is!
Hordozható zenelejátszók és fejhallgató erősítők kimenetén jelenleg a 2,5” jack és 4,4” Pentaconn szimmetrikus csatlakozók a legelterjedtebbek, míg asztali fejhallgató erősítők esetében az 4-pólusú XLR csatlakozók a jellemzőek, hiszen szimmetrikus fejhallgató erősítőhöz csak szimmetrikus, négypólusú fejhallgatókábelt használhatunk. Ezáltal a két hangszórónak nincs közös vezetéke, amin keresztül áthallás jelentkezne. Azonban ehhez egyrészt nincs szükség szimmetrikus erősítésre: aszimmetrikus (ún. single ended, SE) erősítőhöz is használhatunk ilyen kábelezést – még ha nem is szokás -, másfelől a kábelek és csatlakozók hangfrekvencián tisztán ohmikusak, ezáltal nem okoznak torzítást. A közös GND-vezeték okozta kismértékű áthallásnál pedig sokkal nagyobb áthallás jelentkezik a két csatorna között hangfalas zenéléskor, hiszen ekkor mindkét fülünk hallja mindkét oldal hangszóróját. (Ennek hiánya fejhallgatózáskor zavarólag is hathat, az emberek kis százaléka fejfájást is kap a fejhallgatótól. Értük, valamint a pontosabb sztereótér leképezése érdekében használatosak akusztika szimulátorok, ún. crossfeed áramkörök vagy SW-pluginok, amik a fej árnyékoló hatását utánozva keverik egymásba a két csatornát, ám ezek otthoni felhasználásban nem túl elterjedtek.) Ugyanakkor – szemben pl. a Benchmark cég véleményével – nem kell rosszabbnak lennie egy szimmetrikus erősítőnek egy SE-hez képest. Amennyiben pl. a két végerősítő kimeneteit ugyanannak a differenciálerősítőnek a két bemenetére csatoljuk vissza, a torzítás és a zaj elméletileg sem lesz nagyobb, mint SE erősítés esetén. Ne dőljünk tehát be a „szakmarketingnek”!
Mitől hallható ezek után jobbnak ugyanazon fejhallgató erősítő SE és szimmetrikus (más néven hídkapcsolású vagy BTL) kimenete?
Nem feltétlenül kell, hogy jobb legyen, ha azonban mégis jobb, úgy feltehetően attól, hogy:
- Amennyiben az eszköz a GND-hez képest előállít egy negatív tápfeszültséget (inverterrel), úgy a BTL kimenetet használva a fejhallgató árama nem szennyezi az eszköz GND-hálózatát: csak az inverternél kerül vissza a GND-re, így távol marad a kisjelű vezetékektől.
- Amennyiben az eszköz aszimmetrikus táplálású – ez hordozható eszköznél valószínű, megspórolandó az inverter veszteségét -, úgy a fejhallgató árama mindenképp az erősítőnél kerül vissza a GND-hálózatra, vagyis ez nem okozhat hangminőségbeli különbséget, azonban ekkor az SE erősítő kimenetéről csatolókondenzátorral kell leválasztani a DC-feszültséget, amely jelentősen beleszól a hangminőségbe. Hiszen az SE kimenet ez esetben a féltápfeszültség körül változik. Ez a kimenet egyébként legtöbbször egyszerűen a BTL erősítő egyik fele.
Végezetül vizsgáljuk meg, mit tehetünk, ha aszimmetrikus és szimmetrikus készülékeket szeretnénk egymással összekötni!
Szimmetrikus kimenetű jelforrás esetén olyan XLR-RCA átalakítót (adapter vagy kábel) használjunk, amely csak az egyik melegvezetéket használja, a másikat szabadon hagyja, nem köti a GND-re! Ellenkező esetben a lekötött vezeték mögötti előerősítő kimenetét rövidre zárnánk, ami várhatóan nem okozna meghibásodást, de növelhetné a másik előerősítő torzítását. Mivel csak az egyik melegvezetéket használjuk, zaj szempontjából is mindegy, hogy az átalakítót a kábel melyik végén vetjük be, vagyis mindegy, hogy szimmetrikus vagy aszimmetrikus kábelt használunk-e. A megoldás akkor jelent minőségbeli hátrányt, ha a kimeneteken közös módusú zaj (pl. hálózati brumm vagy angolul hum) vagy torzítás található. Megfelelő tervezésnél ez az eset nem áll fenn.
Aszimmetrikus jelforrást szimmetrikus erősítőre ellenben olyan RCA-XLR-átalakítóval kell kötnünk, amely a szimmetrikus kábel/csatlakozó egyik melegvezetékét a GND-re köti, hogy az erősítő nem használt bemenete se lebegjen, különben nagyobb zaj lesz a „jutalmunk”, ami könnyen hallható mértékű lehet. Mivel az egyik bemenet GND-re kerül, az erősítőnknek csak az egyik végfokozatát tudjuk használni, így a max. kimenő teljesítményünk a névleges negyede lesz csupán (a fele akkora feszültség miatt). Zaj szempontjából itt akkor járunk jobban, ha szimmetrikus kábelezést használunk, hiszen a cikk elején tárgyalt módon a kábel melegvezetékein összeszedett zaj szimmetrikus erősítésnél kioltódik. Nagy kimenő jelszint (pl. min. 1V) és rövid kábel (pl. <2-3m) esetén azonban ez az előny várhatóan nem tapasztalható.