Nayteikkuna

Symmetrointi suojaa häiriöiltä

Elämme ja ennenkaikkea esitämme musiikkia maailmassa, joka tulvehtii erilaisia magneettisia häiriökenttiä ja radiotaajuuksilla lähetettyjä signaaleita. Tällaisessa ympäristössä perinteinen sähkökitaran kaapeli on juuri ja juuri hyväksyttävissä heikon signaalin kuljettamiseen lyhyen matkaa kitaralta vahvistimelle, mutta kun johdon pituus kasvaa muutamaa metriä pitemmäksi, paljastuu armotta sen heikko suoja ulkoisia häiriöitä vastaan.

Teknisesti kitarajohto on balansoimaton, tarkalleen ottaen epäsymmetrinen kytkentäväline kitaran ja vahvistimen välillä. Johto koostuu eristetystä johtimesta ja sitä ympäröivästä maattojohtimesta. Kumpainenkin osallistuu signaalin kuljettamiseen ja tästä seuraa ikävä lieveilmiö: kaikki matkalla mukaan tarttuneet häiriöt vahvistuvat perille päästyä siinä missä alkuperäinen hyötysignaalikin.

Kitaran alkuperäinen häiriötön hyötysignaali (sininen) saa niskaansa ulkoisen häiriön (punainen) ja turmeltunut summasignaali (violetti) matkaa yhtenä klönttinä eteenpäin. Vastaanottopäässä vahvistuvat sekä alkuperäinen signaali että siihen ilmaantunut häiriö.


Mikrofonisignaaleiden siirtoon tällainen epäsymmetrinen johto on erittäin huono vaihtoehto, sillä verraten heikko signaali on erittäin altis häiriöille kaapeleiden mitan kasvaessa usein kymmeniin metreihin ennen mikrofonivahvistimelle pääsyä. Siksi mikrofonipuolella on päädytty symmetriseen (kansankielellä balansoituun) kytkentään signaalin siirrossa.

Symmetria auttaa

Symmetrinen kaapeli koostuu kahdesta eristetystä johtimesta ja niitä ympäröivästä yhteisestä maattojohtimesta (alan arkikielellä ilmaistuna suojasukasta). Signaali jaetaan lähtöpäässä kahteen johtimeen, mutta siten että toisen johtimen signaali käännetään peilikuvaksi ennen lähtöä jolloin signaalit ovat toisiinsa verrattuna vastavaiheessa.
Jos nämä signaalit summattaisiin vastaanottopäässä suoraan, ne kumoaisivat toisensa täydellisesti. Siksi vastaanottopäässä käytetään invertoivaa vahvistinkytkentää, joka palauttaa toisen johtimen kautta saapuvan signaalin jälleen alkuperäiseen muotoon. Tämän jälkeen signaalit voidaan yhdistää jolloin kaksi toisiinsa summattavaa, täydellisesti identtistä ja samanvaiheista signaalia vahvistavat toisiaan.
Häiriöiden torjuntaan kytkentä on omiaan sen vuoksi, että matkalla johtimiin saakka päässeet häiriöt tarrautuvat kumpaankin johtimeen samanvaiheisina. Kun toisen johtimen signaali sitten käännetään vastaanottopäässä, kääntyy samalla myös kyseisen johtimen mukana kulkeutuva häiriösignaali omaksi peilikuvakseen. Näin ollen johtimien mukana matkanneet häiriöt kumoavat toisensa, kun signaalit summataan.

Alkuperäinen häiriötön hyötysignaali (sininen) jaetaan kahteen haaraan, joista toinen käännetään peilikuvaksi eli vastakkaisvaiheiseksi. Siirron aikana mukaan takertuva häiriö matkaa kummassakin johdossa samanvaiheisena.
Vastaanottopäässä toisen johtimen signaali käännetään jälleen 180°, jolloin kummankin johtimen hyötysignaalit ovat jälleen samanvaiheisia keskenään. Samalla kyseisen johtimen häiriökomponentti kääntyy vastakkaisvaiheiseksi toisen johtimen häiriökomponenttiin nähden, ja häiriöt kumoavat toisensa. Ihanteellisessa maailmassa tuloksena on puhdas alkuperäinen signaali vailla pörinöitä. Realimaailmassa torjunta ei ole täydellinen, mutta useimmiten riittävä. 

 
Kumoutumisen tehokkuutta ilmaistaan CMRR-lukemalla (Common Mode Rejection Rate), ja mitä suurempi arvo ilmoitetaan sitä parempi on kuultava lopputulos. Täsmällisesti ottaen symmetrinen ja epäsymmetrinen ovat siirtokaapelin kytkennästä puhuttaessa oikeat termit, sillä balansoinnilla tarkoitetaan varsinaisesti sitä, miten vastaanottopään invertoivan vahvistimen puoliskot on sovitettu impedanssiltaan identtisiksi maattoon nähden. Jos sovitus tehdään vastuksin, puhutaan joko elektronisesti balansoidusta (electronically balanced) tai aktiivisesti balansoidusta (active balanced) kytkennästä. Vaihtoehtoisesti balansointi voidaan tehdä myös audiomuuntajalla (transformer balanced).

Lähde: Jukka Laaksonen, "Äänityön Kivijalka"


Oheinen teksti on julkaistu alunperin Faktakauha-palstalla Riffi-lehden painetussa numerossa 5/2010.

Vaikuttiko juttu kiinnostavalta? Lisää samaa aihepiiriä käsitteleviä artikkeleita löydät painetusta Riffi-lehdestä.
Riffiä myyvät Lehtipisteet, kirjakaupat ja hyvin varustetut soitinliikkeet kautta maan. Lehteä sekä irtonumeroita voi tilata myös suoraan kustantajalta näillä sivuilla olevan Riffi-kaupan kautta.
Lehden digitaalinen versio vuosikerrasta 2011 alkaen on ostettavissa myös Lehtiluukkupalvelusta

19.12.2013
|
Lauri Paloposki
Tekninen toteutus: Sitebuilders Finland Oy