关于XLR的知识点

文摘   2024-07-19 10:02   中国台湾  
上周看到了一篇关于XLR的知识点文章
如果没有意外 信息来源应该是网络上的错误知识多次传载
背后所反应的是:有些知识点需要全体从业人员一起”更新知识”
         

 

引述原文:
”XLR连接器,与模拟音频线缆直接传输声音的方式完全不同,XLR连接器平衡模拟音频接口使用两个通道分别传送信号相同而相位相反的信号。接收端设备将这两组信号相减,干扰信号就被抵消掉,从而获得高质量的模拟信号。”
         

 

然而依据
IEC 60268-3:2018  Sound system equipment - Part 3: Amplifiers
对于平衡式传输的定义
Only the common-mode impedance balance of the driver, line, and receiver play a role in noise or interference rejection.This noise or interference rejection property is independent of the presence of a desired differential signal.
只有驱动器、线路和接收器的共模阻抗平衡才能在噪声或干扰抑制中发挥作用。这种抑制噪声或干扰的特性与是否存在期望的差分信号无关。    
IEC 60268-3:2018标准 
Sound system equipment - Part 3: Amplifiers
音响系统设备 - 第 3 部分:扩大机    
         

 

         

 

         

 

我们应该要充分理解插头+信号线对”这是传输物理层
         

 

物理层对于平衡式传输的价值
在于”共模阻抗平衡common-mode impedance balance”
以便线缆上等量受干扰
相当于是为接收器抑制-均匀地收集好干扰
         

 

调音台手册当中揭示的”阻抗平衡接口”    
冷端无信号 有电阻
图片来自于网络数据
著作权利归属原作者所有
         

 

过往20年的调音台上有大量的”阻抗平衡接口”
实际应用已经证明了
平衡式传输无须 ” 使用两个脚位分别传送信号相同而相位相反的信号”
         

 

因此我们建议各位更正既有的知识点:
1.XLR 接头仅为连接器  至于设备怎么用 里面是数字信号还是模拟信号 需要依照设备与协议而定
2.XLR 具有多种PIN 数 每种PIN数传输的信号都有不同
例如内通使用的是4P XLR 就会以非平衡方式负责耳机与话筒
4P XLR 也被广电摄影机作为电源接口使用
3.即使相同PIN数 也会因为设备接口不同/协议不同而有不同定义
4.3P XLR  基本上由 模拟平衡式音频  数字音频AES3 平衡式使用
5.因为3P LR非常普及 因此许多灯具也使用 3P XLR做为数字DMX512传输
但不是DMX512 标准认可的方式
6.当3P XLR传输的是话筒信号 音频前级信号 此时仍是模拟平衡式音频    
7.相对于模拟非平衡信号 模拟平衡式音频传输的物理结构上多了一条信号线并且以对绞形式与另一条信号线在结构上对称;而信号线对地有相同阻抗,
8.模拟平衡式音频传输”反向信号” 不是必要条件;屏蔽层也不是必要条件!
9.平衡式传输的单个连接器中的冷热脚位  不应该视为”两个通道” 冷热脚位是一体的, 这是一组平衡式传输的完整组成
10.3PIN XLR 具有足够的接点 可以连接带有屏蔽的平衡式传输线缆
         

 

         

 

关于平衡式传输的详细知识点
建议延伸阅读:
正确的解释平衡式传输!!

关于平衡与非平衡影片当中的误区  

         

 

         

 

         

 

         

 

卡农外壳 接地的差别
由于卡农被应用于许多设备上
因此依照各种协议标准
会有不同的接法
音频上    
AES14-1992规范了模拟的脚位 其中:
插针2 在标准上写为Positive polarity;正极性
插针3 在标准上写为 Return 
建议翻译为反极性 可能会更恰当一些
         

 

而且AES14  也允许3P卡农 作为非平衡连接
但是
NOTE If an unbalanced amplifier input is to accept a balanced microphone, contact 3 (or 3 and 5) of the input shall be connected to contact 1.
注意 如果非平衡放大器输入要接受平衡麦克风,则输入的接点 3(或 3 和 5)应连接到接点 1。
         

 

非常值得注意!
换言之只有当平衡话筒给到非平衡输入端时 才需要将1-3短路 其他状况时 非平衡应该跳空 以避免短路输出
AES14 脚位定义
  著作权利归属AES所有
         

 

而AES48规范了屏蔽层连接 当前的最佳解    
AES48 的4.1连接与屏蔽层连接Connections to shielding enclosure
"指定的屏蔽触点和设备连接器的外壳应通过尽可能低的阻抗路径与屏蔽外壳进行直流连接。强烈建议将此连接连接到机箱或屏蔽层的外部。当使用屏蔽连接器时,它的类型应能在其外壳与配对连接器的外壳之间提供射频下具有最低实用阻抗的连接。存在EMI抑制电路时,它将以最低的实际阻抗将EMI电流返回到接口屏蔽连接点。"
         

 

因此市面上发售有 
PIN1与接地直接短路的插座
是便于音频设备制造商在设备上实践”尽可能低的阻抗路径与屏蔽外壳进行直流连接”
         

 

SVP561PN-PR-GS
这是一款PIN1与接地直接短路的插座
便于音频设备制造商在设备上实践
”尽可能低的阻抗路径与屏蔽外壳进行直流连接”
         

 

         

 

   
         

 

AES48 规范的线缆屏蔽层与设备的连接方式
图片引用自 AES48  
著作权利归属于AES所有
         

 

灯光标准
而灯光标准ANSI E1.11 – 2008 (R2018)
USITT DMX512-A 控制照明设备和配件的异步串行数字数据传输标准
         

 

5.4 Ground referenced transmitters    
Ground referenced transmitting device outputs shall meet the following conditions in table 1 during normal operation under open circuit condition.
A DMX512 device may have any number of Ground Referenced transmitter ports. Ground Referenced transmitter ports may be used by all DMX512 devices including ones that provide any number of non-DMX512 input or output ports. Adherence to this topology allows a DMX512 transmitter connector to be marked as shown in table 9.
Because the transmitter in this topology is grounded, the existence of an isolation barrier between the transmitter and any other part of the device shall NOT qualify output for marking as ISOLATED.
5.4 接地参考发射端
在开路条件下正常工作期间,以地为参考的发射设备输出应满足表 1 中的以下条件。
DMX512 设备可以具有任意数量的接地参考发射器端口。接地参考发射器端口可由所有 DMX512 设备使用,包括提供任意数量的非 DMX512 输入或输出端口的设备。遵循此拓扑允许对 DMX512 发射器连接器进行标记,如表 9 所示。
由于此拓扑中的发射器接地,因此发射器与设备任何其他部分之间存在隔离栅将不符合标记为「隔离」的输出。             

 

5.6 Earth grounding of data link common for receivers
This Standard defines several allowable topologies for earth grounding of data link common and circuit common for receiving devices. These are to be known as “non-isolated” and “isolated”. The preferred method is “isolated.”
A specific concession is available to manufacturers of non-isolated receivers who, for reasons beyond the scope of this Standard, require a direct link between data link common and chassis.
Non-isolated and grounded receivers are addressed in Annex A.
5.6 接收器共用的数据链路接地
本标准定义了接收设备的数据链路公共端和电路公共端接地的几种允许的拓扑结构。这些被称为“非隔离”和“隔离”。选方法是“隔离”。
由于超出本标准范围的原因,需要在数据链路公共端和机箱之间建立直接连结的非隔离接收器制造商可以获得特定的优惠。
非隔离和接地接收器在附录 A 中讨论。
         

 

当中规范了:    
灯光设备的
信号发送端接地
信号接收端首选隔离
并允许了对地电阻很大的替代方式
         

 

且对于脚位做了规范

数据链路

5-Pin XLR  Pin#

DMX512 功能

主要的数据链路

 

1

参考地

数据链路共地

2

数据1-

3

数据1+

辅助数据链路

(可选-见第4.8)

4

数据2-

5

数据2+

上表可见DMX 的
2 脚位为-
3 脚位为+
这点与音频不同
         

 

   
因为DMX接收端要求不接地或对地电阻很大
因此PIN1 与接地没有短接的插座会更适合灯光市场的应用
         

 

延伸阅读

检查你的灯具DMX-512是怎样接地的  

         

 

         

 

         

 

AES3数字音频
AES3-4-2009 附件C(规范性)平衡传输(normative) Balanced transmission
提及了物理层的要求
         

 

C.1.3电缆Cable
 允许使用有屏蔽/无屏蔽双绞线UTP/有屏蔽双绞线STP连接
         

 

C.4连接器Connector
C.4.1卡侬连接器XLR connector
导体针脚的用途:
插脚1 电缆屏蔽或信号接地
引脚2 信号    
引脚3 信号
注意,信道编码意味着管脚2和3的相对极性并不重要。见第3部分第6条。但是,建议为这些信号路径保留相对极性。见AES26。
         

 

因此我们知道
XLR做为数字音频用时
信号不分正负
但建议保持极性相对的好习惯
         

 

         

 

那么XLR外壳到底要不要接地?
事实上在 AES48标准制定前
行业对于设备外部的信号地如何连接有许多种作法
也就衍生出了线缆上额外将PIN1 短接到外壳的作法
         

 

下方利用表格说明
设备接线做法
优缺点
消费者权宜作法
将外部信号地穿透机壳金属 然后与信号电路板接通
使得线缆屏蔽层收到的射频干扰直达电路板
线缆上额外将PIN1 短接到外壳
外部信号地直接短接机壳地 信号电路板也向外短接到机壳地        
(符合AES48)
利用法拉第笼效应
将射频干扰透过机壳接地传给电源保护接地
毋须将PIN1 短接到外壳
         

 

         

 

我们看到AES48 里面关于麦克风的说明
         

 

4.4 Connectors built into microphone cases
The designated shield contact and the shell of the microphone connector shall have a direct-current
connection to the shielding of the microphone via the lowest impedance path possible.
See Figure 4.When EMI rejection circuitry is present it shall return EMI currents to the interface shield connection point with the lowest practical impedance.
NOTE: Connections that utilize the retention screw of XL connector shells are typically unreliable electrically and mechanically. It has also been shown that the inductive reactance of such a connection will result in common impedance coupling (the "pin 1 problem") at very high radio frequencies. See Brown and Josephson 2003, and Annex A.    
图片引用自 AES48  著作权利归属于AES所有
         

 

4.4麦克风外壳内建连接器
指定的屏蔽触点和麦克风连接器的外壳应通过尽可能低的阻抗路径与麦克风的屏蔽有直流连接。
参见图4。当存在电磁干扰抑制电路时,它应将电磁干扰电流返回到具有最低实际阻抗的接口屏蔽连接点。
注意:使用XL连接器外壳的固定螺钉的连接通常在电气和机械上不可靠。
还表明,在非常高的无线电频率下,这种连接的感应电抗将导致公共阻抗耦合(“引脚1问题”)。见Brown and Josephson 2003和附录A。    
         

 

标准中提到了” 使用XL连接器外壳的固定螺钉的连接通常在电气和机械上不可靠。” 因此我们应该意识到 透过外壳接地是不可靠的,
消费者无须在外部线缆上进行这样的行为
将信号地短接到机壳是一个负责任的设备厂家应该实践的!
         

 

         

 

因此有些麦克风厂家所订做的XLR "INSERTS" 公头  
就是特别开冲模
用大面积的铜片把PIN1与壳体接地点 进行短路
事实上!这会是一只麦克风能否抗干扰的成败关键
         

 

         

 

结束语:

分享正确知识是企业的ESG 责任
每个负责任的企业  必须对于
环境保护(Environment)」、
「社会责任(Social)」与
「公司治理(Governance)」
做出相应的作为
         

 

其中S社会责任的表现当中-透过科普文章
带给消费者正确的行业讯息    
是可实践的重要工作
         

 

与行业先进们共勉之!    


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