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[音響綿羊講堂] 音響綿羊講堂28,平衡?非平衡?

劉漢盛 發表於 2023-9-1 12:13:55 |已閱:10627|評論:0| 顯示全部樓層 |閱讀模式 來自 台灣
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音響迷經常接觸到平衡端子(XLR)、平衡線、平衡擴大機等名詞,普遍也有Balanced擴大機比Unbalanced(或Single-Ended)擴大機好的固有印象。現在就讓我們分別來釐清許多事實。所謂平衡端子其實是XLR端子,音響用的XLR端子可以連接三條導體,其中一條是地線,一條傳輸正相訊號,一條傳輸反相訊號。而這一正一反二條導體訊號是絞在一起的,只是相位相反,所以被稱為平衡線。平衡也對應另外一個名稱單端(Single-Ended),單端線採用RCA端子,一般我們稱這種單端線為RCA線。RCA線中只有二條導體,一條傳輸音樂訊號(不分正反相),另一條是地線。

音響綿羊講堂28,平衡?非平衡?

音響綿羊講堂28,平衡?非平衡?


原本,在家用音響中很少使用平衡線,大多使用RCA線。一般訊號線會如天線般吸收空氣中的RFI(射頻干擾)與EMI(電磁干擾),不過因為RCA線通常都很短,頂多2、3公尺,所以即使吸收雜訊,問題也不大。但從1980年代以後,擴大機的競爭越來越激烈,慢慢有廠商在擴大機、訊源上使用平衡概念,開始攪亂一池春水,出現平衡與非平衡之爭。

音響綿羊講堂28,平衡?非平衡?

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事實上,平衡傳輸最早被使用在電話線上,因為要遠距傳輸,還要抗雜訊。後來衍伸用在錄音室、演唱會現場等,因為訊號線動輒幾十公尺長,甚至上百公尺,此時訊號線吸收到的雜訊就嚴重了,尤其是使用麥克風時。為了消除這種遠距離傳輸訊號線中的雜訊,聰明的工程師就用了電話線傳輸的差動放大線路,將訊號線中的雜訊去除。

平衡線中的正反相導體是絞在一起的,理論上這二條導體所吸收到的EMI與RFI是一樣的,應該能夠完全去除,也就是所謂共模拒斥(Common Mode Rejection)。事實上是很難完全做到的,所以會有Common-Mode Rejection Ratio, CMRR)共模拒斥率這個名詞出現,通常單位是dB,表示拒斥雜訊的能力。

可能許多人有錯誤的觀念,以為只要是XLR端子,只要是平衡線,就不會受到上述雜訊干擾。其實這是錯的。平衡線本身還是會吸收RFI與EMI,能夠將RFI與EMI雜訊去除的是訊源或擴大機「輸入端」的差動(Differential)放大線路。差動放大線路能夠產生共模拒斥作用,將訊號線傳入輸入端的雜訊去除。所以,採用平衡線、平衡擴大機,只是能夠將外部輸入的雜訊去除,跟機器內部線路上所產生的雜訊或失真無關。

典型的差動放大線路有二組輸入端,一組輸出端,那二組輸入端各接受正相與反相訊號,輸出時合為一組單端(Single-Ended)訊號,同時將雜訊去除。為何能將雜訊去除呢?請看以下算式:輸出=(+S+N)-(-S+N)。將算式展開,+S+N+S-N=2S。+S是正相訊號,-S是反相訊號,N是二條導體中都摻入的雜訊。

理論上雜訊是一樣的,沒有正反相之分,訊號才有正反相之分。2S代表什麼意義?電壓變成二倍,所以在CD唱盤、DAC或前級的說明書規格中,都會標明XLR端子輸出電壓大約是RCA端子輸出的二倍。這也是許多人認為使用平衡線的聲音比RCA線好的原因之一,因為音量聽起來比較大聲些,也會讓人有聲音比較飽滿的感覺。另外也因為雜訊低,所以「理論上」聽起來也會比較好聽。

再來說到常聽到的平衡架構擴大機,這其中又牽涉到「真平衡」與「假平衡」之爭。古早以前,輸入端的差動放大線路是用分砌式線路做成,後來運算放大器(OP Amp)普遍之後,由於運算放大器本身就是二組輸入端、一組輸出端,具有差動性質,所以後來的平衡架構擴大機其實就是輸入端使用OP Amp而已。OP Amp一個多少錢,算幾十塊台幣好了,貴者也貴不了多少。所以平衡架構的擴大機在血統上其實也沒什麼了不起。

要注意的是,一般所謂平衡擴大機在經過差動放大之後,已經不是平衡線路,而是單端線路,所以一般的平衡擴大機說到底還是單端放大,只不過輸入端加了OP Amp、或以其他方式產生共模拒斥,將「從訊號線帶入」的雜訊排除,而擴大機本身內部所產生的雜訊又是另外一回事。對了,為何名為Operational Amplifier呢?事實上這就是一個IC,內部有許多晶體與被動元件,作為放大之用。因為最早是設計來做為加法、減法、微分、積分之用,所以稱為「運算」放大器。這種IC跟電腦的運算沒有任何關係。

至於為何會有真平衡、假平衡之爭呢?因為一般平衡擴大機如前所述內部還是單端放大,所以有時會看到擴大機說明書載明內部放大線路是每聲道有二個一模一樣的放大線路,一是放大正相訊號,另一是放大反相訊號,二聲道共有四個一模一樣的放大線路,音量控制也要四聯式,藉此來產生擴大機內部線路的共模拒斥,將內部雜訊降低。這就是所謂從輸入端到輸出端都是平衡架構的「真平衡」擴大機,或「全平衡」擴大機。而一般平衡擴大機從輸入端的差動放大之後已經是單端放大,而非平衡放大,但也不能說是假平衡擴大機。

而所謂假平衡就是背板上有XLR輸入端子,但內部沒有差動放大線路,也沒有輸入變壓器等,只是從單端再拉一條線過來做成反相而已。其實這種作法已經少見,因為一顆OP Amp才多少錢?沒有必要這樣「造假」。其他還有許多假平衡的方式,在此就不多談。不過,高品質的輸入變壓器是很昂貴的。會使用高品質輸入變壓器的擴大機通常都不便宜。

再來我們來看,「真平衡」擴大機真的會比較好嗎?理論上真平衡擴大機的元件是單端放大的二倍,二倍的元件不會產生二倍的雜訊嗎?二倍的雜訊如果無法被平衡架構消除,這樣做不是顧此失彼嗎?何況使用那麼多的元件,能做到真正的「對稱」嗎(真空管機幾乎沒有所謂真平衡擴大機)?這是值得思考的問題。當然,「真平衡」擴大機可能因為本身各方面條件都做得好,所以聲音表現比非真平衡擴大機好也是合理的推測。

最後,回到平衡線的本質。平衡線是為了解決長距離傳輸雜訊摻入的問題而設計的,如果是短距離傳輸(如1公尺、2公尺等),即使用RCA訊號線,空氣中的EMI、RFI摻入訊號線的比例微乎其微,可以忽略,這樣還需要平衡線、平衡架構擴大機嗎?所以,不是所有的擴大機設計者都贊同所謂的平衡架構,因為反而把事情複雜化了,何況非平衡擴大機的聲音表現也不一定就比平衡擴大機差。但是,平衡擴大機比較貴是不爭的事實。

到底是要平衡?還是非平衡?因為往往理論上是一回事,實際又是另外一回事,所以請你自己選擇。不過目前大部分稍微貴一點的擴大機幾乎都配有XLR輸入、XLR輸出,音響迷好像也沒什麼可選擇。


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