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【「音响论坛」刘总编观点说】音响绵羊讲堂28:平衡?非平衡?

作者:刘汉盛 阅读数:4789 发布日期:2024-03-02

摘 要:到底是要平衡?还是非平衡?因为往往理论上是一回事,实际又是另外一回事,所以请你自己选择。不过目前大部分稍微贵一点的扩大机几乎都配有XLR输入、XLR输出,音响迷好像也没什么可选择。

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音响迷经常接触到平衡端子(XLR)、平衡线、平衡扩大机等名词,普遍也有Balanced扩大机比Unbalanced(或Single-Ended)扩大机好的固有印象。现在就让我们分别来厘清许多事实。所谓平衡端子其实是XLR端子,音响用的XLR端子可以连接三条导体,其中一条是地线,一条传输正相讯号,一条传输反相讯号。


而这一正一反二条导体讯号是绞在一起的,只是相位相反,所以被称为平衡线。平衡也对应另外一个名称单端(Single-Ended),单端线采用RCA端子,一般我们称这种单端线为RCA线。RCA线中只有二条导体,一条传输音乐讯号(不分正反相),另一条是地线。


原本,在家用音响中很少使用平衡线,大多使用RCA线。一般讯号线会如天线般吸收空气中的RFI(射频干扰)与EMI(电磁干扰),不过因为RCA线通常都很短,顶多2、3公尺,所以即使吸收杂讯,问题也不大。但从1980年代以后,扩大机的竞争越来越激烈,慢慢有厂商在扩大机、讯源上使用平衡概念,开始搅乱一池春水,出现平衡与非平衡之争。


事实上,平衡传输最早被使用在电话线上,因为要远距传输,还要抗杂讯。后来衍伸用在录音室、演唱会现场等,因为讯号线动辄几十公尺长,甚至上百公尺,此时讯号线吸收到的杂讯就严重了,尤其是使用麦克风时。为了消除这种远距离传输讯号线中的杂讯,聪明的工程师就用了电话线传输的差动放大线路,将讯号线中的杂讯去除。


平衡线中的正反相导体是绞在一起的,理论上这二条导体所吸收到的EMI与RFI是一样的,应该能够完全去除,也就是所谓共模拒斥(Common Mode Rejection)。事实上是很难完全做到的,所以会有Common-Mode Rejection Ratio, CMRR)共模拒斥率这个名词出现,通常单位是dB,表示拒斥杂讯的能力。


可能许多人有错误的观念,以为只要是XLR端子,只要是平衡线,就不会受到上述杂讯干扰。其实这是错的。平衡线本身还是会吸收RFI与EMI,能够将RFI与EMI杂讯去除的是讯源或扩大机“输入端”的差动(Differential)放大线路。差动放大线路能够产生共模拒斥作用,将讯号线传入输入端的杂讯去除。所以,采用平衡线、平衡扩大机,只是能够将外部输入的杂讯去除,跟机器内部线路上所产生的杂讯或失真无关。


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典型的差动放大线路有二组输入端,一组输出端,那二组输入端各接受正相与反相讯号,输出时合为一组单端(Single-Ended)讯号,同时将杂讯去除。为何能将杂讯去除呢?请看以下算式:输出=(+S+N)-(-S+N)。将算式展开,+S+N+S-N=2S。+S是正相讯号,-S是反相讯号,N是二条导体中都掺入的杂讯。


理论上杂讯是一样的,没有正反相之分,讯号才有正反相之分。2S代表什么意义?电压变成二倍,所以在CD唱盘、DAC或前级的说明书规格中,都会标明XLR端子输出电压大约是RCA端子输出的二倍。这也是许多人认为使用平衡线的声音比RCA线好的原因之一,因为音量听起来比较大声些,也会让人有声音比较饱满的感觉。另外也因为杂讯低,所以“理论上”听起来也会比较好听。


再来说到常听到的平衡架构扩大机,这其中又牵涉到“真平衡”与“假平衡”之争。古早以前,输入端的差动放大线路是用分砌式线路做成,后来运算放大器(OP Amp)普遍之后,由于运算放大器本身就是二组输入端、一组输出端,具有差动性质,所以后来的平衡架构扩大机其实就是输入端使用OP Amp而已。OP Amp一个多少钱,算几十块台币好了,贵者也贵不了多少。所以平衡架构的扩大机在血统上其实也没什么了不起。


要注意的是,一般所谓平衡扩大机在经过差动放大之后,已经不是平衡线路,而是单端线路,所以一般的平衡扩大机说到底还是单端放大,只不过输入端加了OP Amp、或以其他方式产生共模拒斥,将“从讯号线带入”的杂讯排除,而扩大机本身内部所产生的杂讯又是另外一回事。对了,为何名为Operational Amplifier呢?事实上这就是一个IC,内部有许多晶体与被动元件,作为放大之用。因为最早是设计来做为加法、减法、微分、积分之用,所以称为“运算”放大器。这种IC跟电脑的运算没有任何关系。


至于为何会有真平衡、假平衡之争呢?因为一般平衡扩大机如前所述内部还是单端放大,所以有时会看到扩大机说明书载明内部放大线路是每声道有二个一模一样的放大线路,一是放大正相讯号,另一是放大反相讯号,二声道共有四个一模一样的放大线路,音量控制也要四联式,借此来产生扩大机内部线路的共模拒斥,将内部杂讯降低。这就是所谓从输入端到输出端都是平衡架构的“真平衡”扩大机,或“全平衡”扩大机。而一般平衡扩大机从输入端的差动放大之后已经是单端放大,而非平衡放大,但也不能说是假平衡扩大机。


而所谓假平衡就是背板上有XLR输入端子,但内部没有差动放大线路,也没有输入变压器等,只是从单端再拉一条线过来做成反相而已。其实这种作法已经少见,因为一颗OP Amp才多少钱?没有必要这样“造假”。其他还有许多假平衡的方式,在此就不多谈。不过,高品质的输入变压器是很昂贵的。会使用高品质输入变压器的扩大机通常都不便宜。


再来我们来看,“真平衡”扩大机真的会比较好吗?理论上真平衡扩大机的元件是单端放大的二倍,二倍的元件不会产生二倍的杂讯吗?二倍的杂讯如果无法被平衡架构消除,这样做不是顾此失彼吗?何况使用那么多的元件,能做到真正的“对称”吗(真空管机几乎没有所谓真平衡扩大机)?这是值得思考的问题。当然,“真平衡”扩大机可能因为本身各方面条件都做得好,所以声音表现比非真平衡扩大机好也是合理的推测。


最后,回到平衡线的本质。平衡线是为了解决长距离传输杂讯掺入的问题而设计的,如果是短距离传输(如1公尺、2公尺等),即使用RCA讯号线,空气中的EMI、RFI掺入讯号线的比例微乎其微,可以忽略,这样还需要平衡线、平衡架构扩大机吗?所以,不是所有的扩大机设计者都赞同所谓的平衡架构,因为反而把事情复杂化了,何况非平衡扩大机的声音表现也不一定就比平衡扩大机差。但是,平衡扩大机比较贵是不争的事实。


到底是要平衡?还是非平衡?因为往往理论上是一回事,实际又是另外一回事,所以请你自己选择。不过目前大部分稍微贵一点的扩大机几乎都配有XLR输入、XLR输出,音响迷好像也没什么可选择。


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