Симметричные топологии и способы улучшения звучания.
Полностью симметричная топология хорошо продаётся и часто позиционируется как “фича” очень дорогой техники. Симметричные кабели на XLR используются в студиях и на концертах, а в среде аудиофилов подаются как супер-крутое решение, резко улучшающее звук. Нужно ли это на самом деле и сколько здесь маркетинга, а сколько инженерных решений?
Суть симметричной линии: она позволяет снизить уровень шума и помех и увеличить динамический диапазон за счёт того, что сигнал передаётся по двум проводам (“горячему” и “холодному”) в противофазе, шум наводится на оба провода в фазе и потом просто вычитается. Кроме этого, уровень сигнала при передаче по симметричной линии (в случае аудио) выше. Это чисто инженерное решение, которое прекрасно работает, много где применяется не только в аудио (даже в SCSI!) и всё было бы ничего, но есть нюансы.
Во-первых, подавляющее большинство производителей профессионального аудио-оборудования вне зависимости от его стоимости экономят на входах-выходах и даже если вы видите разъём XLR на панели устройства, это не значит, что выход там реально симметричный.
Очень часто применяется техника, при которой вместо формирования “холодного” сигнала в противофазе, что требует дополнительного операционного усилителя, “холодный” конец выхода просто вешают через резистор на землю, получая так называемый “impedance balancing”. Так делает даже пресловутый DigiDesign в своих интерфейсах. Это, конечно, лучше, чем ничего, но даёт только половину выигрыша от полноценно симметричной реализации.
Зачем это нужно в концертных залах и студиях, где проводов сотни метров и километры, понятно. Но вот нужно ли это дома? И вот тут начинается самое интересное.
Кто-нибудь видел автомобильный усилитель с симметричными входами? Наверное, он где-то существует, но я ни разу не встречал. Хотя как раз в автомобиле проблема помех стоит очень остро. Зато в домашних условиях, где всё гораздо проще несмотря на все Wi-Fi и Bluetooth, симметричные входы/выходы скоро будут ставить даже на элитные утюги, потому что они так лучше продаются.
И именно в домашних условиях, где эта проблема не так остра, начинают вылезать обратные стороны вопроса. А выигрыша от роста динамического диапазона, наоборот, нет практически никакого, потому что кабели короткие, а сигнал никогда не выходит за границу 0 dBFS или его аналогового эквивалента.
Симметричная схема всегда сложнее и имеет больше компонентов, а это — дополнительные искажения. Причём, если шум в симметричной топологии вычитается, то искажения, наоборот, складываются, а стоимость и вовсе увеличивается вдвое :) Профессиональная техника, особенно концертная, на искажения болт вообще клала, там другие приоритеты, а вот дома это важно и слышно. И, что интересно, та же самая профессиональная техника внутри практически никогда не бывает симметричной, потому что вне линий передачи оно попросту не нужно.
Тем не менее, часто симметричное подключение звучит лучше несимметричного. Почему так? Тут есть несколько аспектов.
Во-первых, качество разъёмов и кабелей, которое у симметричного подключения всегда выше. RCA вообще кошмарен с инженерной точки зрения и даже очень качественные и дорогие RCA разъёмы весьма специфичны. Про применяемые с RCA кабели можно сказать примерно то же самое, особенно сравнивая бытовой RCA с рынка с профессиональным Klotz MC5000.
Кстати, если хотите за две копейки улучшить звук за счёт кабелей и коммутации — не спешите покупать симметричный усилитель, для начала попробуйте заменить RCA на BNC и использовать нормальный коаксиальный кабель вместо обычного. В прецизионных аудио-анализаторах, кстати, для несимметричного сигнала используются именно BNC и коаксиальные кабели, а для симметричного не XLR, а пара BNC — не у всех, но очень часто :)
Во-вторых, следует различать понятия “лучше” и “иначе”. Схемы с полностью симметричной топологией имеют другой спектр искажений и даже при более высоком их значении именно из-за этого могут звучать ярче и прозрачнее.
В-третьих, многое зависит от реализации самой схемы.
Пример из жизни: был у меня Accuphase P500, который при подключении по XLR играл как надо, но его звук по RCA был просто кошмаром. Секрет оказался в том, что внутри усилителя стоял преобразователь несимметричного сигнала в симметричный на самом дешёвом TL072 в отвратительном включении, который и портил звучание прекрасного усилителя. И, думаю, так делают очень многие — надо ж разницу показать :)
Бывает и наоборот. Bryston, например, в своих мощниках опускают уровень сигнала симметричного входа почти вдвое, до уровня несимметричного, чтобы потом его усилить как будто он несимметричный. За референсом можно сходить в сервис-мануал их усилителей типа канонического 4B-SST.
Вообще, рекомендую искать и смотреть сервис-мануалы перед покупкой того или иного изделия, если вы хоть немного разбираетесь в схемотехнике, это на многое открывает глаза. Никогда не забуду какой-то предусилитель Arcam, в котором обнаружилось три десятка последовательно включённых операционников в цепи сигнала (весьма посредственных), просто потому что потому.
В качестве резюме:
Нельзя однозначно сказать, что симметричная схема лучше несимметричной — это маркетинг. И тот, и другой вариант имеют свои плюсы и минусы, и в конечном итоге качество звука зависит от грамотного выбора в контексте реальных задач, а не абстрактной “крутоты”. Как обычно, включайте мозг и думайте своей головой :)
А что до гарантированного результата занедорого, то типовые операции вроде замены операционников на нормальные, шунтирование электролитов плёнкой и удаление проходных конденсаторов с заменой их на DC servo скорее всего даст гораздо больший эффект в домашних условиях, чем апгрейд на симметричную схему при прочих равных. Особенно если ещё кабели и разъёмы заменить на BNC с коаксиалом и банальное экранирование с нормальным заземлением сделать.
UPD: Отличное дополнение из комментариев на Facebook:
"У в остальном превосходных Sony TA-N80ES наоборот. RCA вход играет нормально, а на входе балансного стоит бяка.
А так всё относительно просто. Если есть значимая коррелированная помеха (например шум от своего же БП), то балансные схемы звучат лучше. Потом, чистая арифметика: при одном и том же напряжении питания, в идеале балансный сигнал будет вдвое (на 6 дБ) выше по амплитуде, но некоррелированный шум в нем будет выше всего на 3 дБ (корень из суммы квадратов шумов). 3 дБ выигрыша в соотношении сигнал-шум. Но зато если есть коррелированные искажения, то они будут выше несимметричной схемы.
Поэтому многие балансные схемы задавлены ООС по дальше не могу, и звучат соответственно."