밸런스트 오디오

밸런스드 오디오(영어: Balanced audio)는 밸런스 인터페이스를 사용하여 오디오 장비를 상호 연결하는 방법이다. 이 연결 방식은 음향 녹음 및 제작에서 매우 중요한데, 전자파장애로 인한 외부 노이즈에 대한 민감도를 줄이면서 긴 케이블을 사용할 수 있기 때문이다. 밸런스드 인터페이스는 유도된 노이즈가 수신기에서 공통 모드 전압으로 나타나 차동 장치에 의해 제거될 수 있도록 보장한다.

밸런스 라인을 통해 전송되는 오디오 신호. 신호는 손상되지 않고 유지되는 반면, 노이즈(수신단에서 공통 모드 신호로 나타남)는 완벽하게 제거된다.

밸런스드 연결은 일반적으로 차폐된 연선 케이블과 3심 커넥터를 사용한다. 커넥터는 주로 3핀 XLR 단자 또는 ¹⁄₄ 인치 (6.35 mm) 폰 커넥터 (TRS 폰) 커넥터이다. 이 방식으로 사용될 때, 각 케이블은 하나의 채널을 전달하므로, 예를 들어 스테레오 오디오는 두 개의 케이블을 필요로 한다.

흔한 오해는 밸런스드 오디오가 신호원으로부터 밸런스드 라인의 두 신호 도체에 동일한 파형을 반대 극성으로 전달해야 한다는 것이다. 그러나 많은 밸런스드 장치는 라인의 한쪽만 능동적으로 구동하지만, 라인의 구동되지 않는 쪽의 온저항과 동일한 온저항으로 그렇게 한다. 이러한 임피던스 균형은 밸런스드 라인 수신기(다음 장치의 입력단)가 전자기 커플링에 의해 두 도체에 도입된 공통 모드 신호를 제거할 수 있도록 한다.

응용 분야

많은 마이크로폰은 낮은 전압 수준에서 작동하며 일부는 높은 출력 임피던스(하이-Z)를 가지고 있어, 긴 마이크로폰 케이블이 전자파장애에 특히 취약하다. 따라서 마이크로폰 상호 연결은 밸런스드 상호 연결의 일반적인 응용 분야이며, 이는 수신기가 유도된 노이즈의 대부분을 제거할 수 있도록 한다. 전관방송 시스템의 전력 증폭기가 오디오 믹서에서 멀리 떨어져 있는 경우, 믹서에서 이 증폭기로 가는 신호 경로에 밸런스드 라인을 사용하는 것도 일반적이다. 그래픽 이퀄라이저 및 이펙트 장치와 같은 다른 많은 구성 요소에는 이를 허용하기 위해 밸런스드 입력 및 출력이 있다. 녹음 및 일반적으로 짧은 케이블 연결에서는 밸런스드 라인으로 인한 노이즈 감소와 그들이 요구하는 추가 전자 회로로 인한 비용 사이에서 절충이 필요하다.

일부 장치, 주로 변압기 출력을 가진 장치는 접지에 대해 "플로팅"되는 밸런스드 출력을 제공한다. 출력의 각 측면에서 접지에 대한 임피던스가 높다. 더 일반적으로, 장치는 밸런스드 인터페이스의 한쪽 또는 양쪽을 접지에 기준하는 신호로 구동한다. 한쪽이 구동되지 않을 때는 접지에 대한 임피던스가 구동되는 쪽의 임피던스와 같도록 주의를 기울인다.

간섭 감소

밸런스드 오디오 연결은 노이즈를 줄이기 위해 여러 기술을 사용한다.

일반적인 밸런스드 케이블은 함께 꼬인 두 개의 동일한 전선을 포함하며, 그 다음 차폐 역할을 하는 세 번째 도체(호일 또는 브레이드)로 감싸진다. 두 전선은 오디오 신호를 전달할 수 있는 회로를 형성한다.

밸런스드라는 용어는 회로의 각 전선 온저항을 균형 맞추는 방법에서 유래한다. 라인과 직접 연결된 모든 회로(드라이버 및 수신기 등)는 특정 기준점에 대해 동일한 임피던스를 가져야 한다. 이는 대부분의 전자파장애가 각 전선에 동일한 노이즈 전압을 유도할 것임을 의미한다. 수신단에서 차동 장치는 두 신호 라인 간의 전압 차이에만 반응하므로, 두 전선에서 동일한 노이즈는 제거된다. 이 방법은 차동 증폭기로 구현될 수 있다. 능동 입력단 대신 변압기를 사용할 수도 있다.

연선은 도체 사이의 루프 면적을 가능한 한 작게 만들고, 인접한 루프를 통해 동일하게 통과하는 자기장이 양쪽 라인에 동일한 수준의 노이즈를 유도하도록 보장하며, 이는 수신기의 차동 장치에 의해 상쇄된다. 노이즈 소스가 케이블에 매우 가까우면 한 라인에 다른 라인보다 더 많이 유도될 수 있으며, 그만큼 잘 상쇄되지 않을 수 있지만, 양쪽 라인에 동일한 양의 노이즈만큼은 상쇄가 여전히 발생한다.

밸런스드 오디오 케이블에 일반적으로 제공되는 별도의 차폐는 일반적인 가정용 스테레오에서 사용되는 것처럼 차폐가 신호 귀환선으로도 작동해야 하는 언밸런스드 2선식 배열에 비해 노이즈 제거 이점을 제공한다. 따라서 밸런스드 오디오 차폐에 유도된 노이즈 전류는 신호에 직접 변조되지 않는 반면, 2선식 시스템에서는 그렇게 된다. 이는 또한 차폐/섀시를 신호 접지에서 분리하여 접지 루프 문제를 방지한다.

차동 시그널링

신호는 종종 차동 모드를 사용하여 밸런스드 연결을 통해 전송되는데, 이는 전선이 크기는 같지만 서로 극성이 반대인 신호를 전달한다는 것을 의미한다(예를 들어, XLR 단자에서는 핀 2가 정상 극성의 신호를 전달하고 핀 3은 동일한 신호의 반전된 버전을 전달한다). 대중적인 믿음에도 불구하고, 이러한 배열은 노이즈 제거에 필수적이지 않다. 임피던스가 균형을 이루는 한, 노이즈는 두 전선에 동일하게 결합되며(그리고 차동 증폭기에 의해 제거됨), 신호가 존재하든 안 하든 상관없다.^[1][2] 밸런스드 라인을 구동하는 간단한 방법은 알려진 소스 임피던스를 통해 "핫" 전선에 신호를 주입하고, "콜드" 전선을 동일한 임피던스를 통해 신호의 로컬 접지 기준에 연결하는 것이다. 차동 신호에 대한 일반적인 오해 때문에, 이것은 종종 준밸런스드 또는 임피던스 밸런스드 출력이라고 불리지만, 실제로는 완전히 밸런스드이며 공통 모드 간섭을 제거한다.

그러나 완전히 차동 출력을 사용하여 라인을 구동하는 몇 가지 작은 이점이 있다.

• 공칭 레벨 표준화로 인해 신호 레벨은 변경되지 않지만, 차동 드라이버의 최대 출력은 두 배로, 6 dB의 추가 헤드룸을 제공한다.^[1]
• 긴 케이블 연결에서 케이블 정전 용량 증가는 고주파수가 감쇠되는 신호 레벨을 감소시킨다. 만약 각 전선이 완전히 차동 출력에서와 같이 절반의 신호 전압 스윙을 전달한다면, 고주파수 손실 없이 더 긴 케이블 연결을 사용할 수 있다.
• 두 증폭기 간에 상관관계가 있는 노이즈(예: 불완전한 전원 공급 장치 제거 비율에서 발생)는 상쇄될 것이다.
• 고주파수에서는 출력 증폭기의 출력 임피던스가 변경되어 약간의 불균형이 발생할 수 있다. 두 개의 동일한 증폭기에 의해 차동 모드로 구동될 때, 이 임피던스 변화는 두 라인에 대해 동일하며, 따라서 상쇄된다.^[1]

내부 밸런스드 오디오 설계

전문 오디오 제품(녹음, 공공 방송 등)은 일반적으로 XLR 단자 또는 폰 커넥터를 통해 밸런스드 입력 및 출력을 제공한다. 그러나 대부분의 경우 내부 회로는 완전히 언밸런스드이다.

소수의 오디오 제품은 입력에서 출력까지 완전히 밸런스드 신호 경로로 설계되었다. 회로는 장치 전체에서 임피던스 균형을 유지한다. 이 설계는 "핫" 및 "콜드" 도체 모두에 대해 동일한(미러링된) 내부 신호 경로를 제공함으로써 달성된다. 중요한 응용 분야에서 100% 밸런스드 회로 설계는 프런트엔드 언밸런싱 및 백엔드 리밸런싱에 필요한 추가 증폭기 단계 또는 변압기를 피함으로써 더 나은 신호 무결성을 제공할 수 있다.^[3]

커넥터

3핀 XLR 단자와 쿼터 인치(¼인치 또는 6.35 mm) 폰 커넥터 (TRS 폰 커넥터)는 밸런스드 오디오 인터페이스에 일반적으로 사용된다. 많은 잭은 이제 XLR 또는 TRS 폰 플러그를 모두 수용하도록 설계되었다. 장기간 설치를 위한 장비는 때때로 스크루 단자 또는 유로블록 커넥터를 사용한다. 일부 밸런스드 헤드폰 연결은 펜타콘 4.4 mm TRRRS 커넥터를 사용한다.

• 
  2.5, 3.5, 6.35 mm TRS 폰 플러그
• 
  3핀 XLR 단자, 왼쪽은 암컷, 오른쪽은 수컷
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  3핀 XLR + 6.35 mm TRS 폰 하이브리드 잭.

XLR 단자의 경우, 핀 1, 2, 3은 일반적으로 각각 차폐(이상적으로는 섀시에 연결됨)와 두 신호 와이어에 사용된다. ("ground, live, return"이라는 구절은 "X, L, R"에 해당하며 기억 보조 도구로 종종 제공되지만, 차동 신호의 경우 두 번째 신호 와이어는 "return"이 아니다.) TRS 폰 플러그에서는 팁이 신호/비반전이고, 링이 귀환/반전이며, 슬리브는 섀시 접지이다.

스테레오 또는 다른 바이노럴 신호가 그러한 잭에 연결되면, 한 채널(일반적으로 오른쪽)이 다른 채널(일반적으로 왼쪽)에서 빼져서, 일반적인 모노 L + R (왼쪽 + 오른쪽) 신호 대신 들을 수 없는 L − R (왼쪽 빼기 오른쪽) 신호가 남게 된다. 밸런스드 오디오 시스템의 다른 지점에서 전기 극성을 반전시키면 나중에 다른 채널과 믹스다운될 때도 어느 시점에서 이 효과가 발생한다.

전화선도 밸런스드 회로를 통해 오디오를 전달하지만, 이는 일반적으로 이제 지역 회선에 한정된다. 두 전선이 전화 통화의 양쪽이 통과하는 밸런스드 루프를 형성하기 때문에 이렇게 불린다. 전화기는 작동 및 간단한 온/오프 훅 감지를 위해 DC 전원이 필요하므로, 하나의 신호 전선은 교환 전원 버스에서, 일반적으로 -50볼트에서 공급되고 다른 하나는 접지되며, 둘 다 약 400옴의 DC 저항을 가진 동일한 값의 인덕터를 통해 원치 않는 AC 신호를 단락시키지 않고 임피던스 균형을 유지하도록 추가 회로가 개발되었다.

전문 환경의 디지털 오디오 연결도 자주 밸런스드이며, 일반적으로 AES3 (AES/EBU) 표준을 따른다. 이것은 XLR 단자와 110옴 임피던스의 연선 케이블을 사용한다. 대조적으로, 소비자 장비에서 흔히 볼 수 있는 동축 S/PDIF 인터페이스는 언밸런스드이다.

변환기

밸런스드 및 언밸런스드 회로는 종종 DI 유닛 (DI 박스 또는 다이렉트 박스라고도 함)을 통해 발룬을 사용하여 인터페이스될 수 있다.

최후의 수단으로, 밸런스드 오디오 라인을 언밸런스드 입력에 연결할 수 있으며 그 반대도 가능하다. 단, 출력 스테이지에 사용된 전자 설계가 알려져 있어야 한다. 밸런스드 출력을 언밸런스드 입력에 연결하는 경우, 음극 출력을 접지에 연결할 수 있지만, 특정 경우에는 음극 출력을 연결하지 않고 남겨두어야 한다.^[4]

같이 보기

• 차동 시그널링
• AES3
• 팬텀 파워