Linea bilanciata: differenze tra le versioni

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{{F|telecomunicazioni|giugno 2012}}

La '''linea bilanciata''' (o '''simmetrica''' o '''differenziale''') è una particolare [[linea di trasmissione]] ad alta immunità ai [[Rumore (elettronica)|disturbi]] e alle [[Interferenza (telecomunicazioni)|interferenze elettromagnetiche]] esterne, usata per il trasporto di piccoli segnali su tratte molto lunghe, come le [[Microfono|linee microfòniche]] o le [[Rete telefonica|linee telefoniche]], o per quelle tratte costituite da molte altre linee adiacenti. È una ''evoluzione'' della normale linea (non-bilanciata), detta anche "[[linea sbilanciata]]".

Una '''linea bilanciata''' o '''simmetrica''' in [[elettrotecnica]] indica una connessione atta a trasportare [[segnale elettrico|segnali elettrici]] sia [[analogico|analogici]] che [[Digitale (informatica)|digitali]] e caratterizzata da una immunità ai [[Rumore (elettronica)|disturbi]] superiore rispetto a una linea non bilanciata. Viene definita simmetrica in quanto i due conduttori e i relativi morsetti di collegamento sono nelle medesime condizioni elettriche rispetto alla [[messa a terra|terra]].

[[Immagine:SchemaLineaBilanciata.jpg|thumb|upright=1.4|Modello di linea bilanciata|330x330px]]

[[File:Microphone cable.jpg|miniatura|330x330px|Cavo di linea bilanciata]]

La linea bilanciata è costituita da (almeno) tre conduttori e formata da due linee parallele che trasportano lo stesso segnale in [[Fase (fisica)|opposizione di fase]]; quindi, necessita di particolari [[Trasformatore|trasformatori]] di uscita (in grado di sdoppiare il segnale su due linee con fase invertita) e trasformatori di ingresso (in grado di sommare il segnale in arrivo), per eliminare l'eventuale rumore assorbito durante il trasporto sulla linea, operando la cancellazione di fase. Uno dei tre conduttori è il ''comune'' ad entrambe le linee a fase opposta, ed è generalmente connesso sia alla [[Massa (elettrotecnica)|massa]] del apparecchio che alla [[messa a terra]] dell'[[impianto elettrico]] locale, quindi risulta spesso usato come [[Schermatura elettromagnetica|schermatura]] della linea stessa, composta solitamente da una calza esterna di fili in rame intrecciati (flessibili), che ricopre e avvolge i due conduttori interni twistati della linea.

== Linea pareggiata ==

In alcune applicazioni, un terzo morsetto costituisce il collegamento di schermo, ovvero una ''calza'' costituita da fili metallici intrecciati che avvolge i fili della linea.

A volte il termine "linea bilanciata" può essere riferita anche ad una '''linea pareggiata''' (''matched'' ), ovvero bilanciata in [[impedenza]] (Z), dove il valore elettrico in [[ohm]] (Ω) è uguale per l’ingresso, l’uscita e la linea di trasmissione stessa; e questo sistema di circuito, serve per trasferire sul carico, tutta la [[Potenza elettrica|potenza]] disponibile in output, col miglior rendimento possibile. Il sistema matched, è nella pratica tutt’oggi utilizzato con i trasformatori e gli adattatori d'impedenza, nei trasferimenti di potenza da rete elettrica civile e industriale, negli [[Amplificatore (elettronica)#Amplificatori a valvole|amplificatori valvolari]] in genere, nella diffusione sonora con linee da 70 o 100 V ([[Centro commerciale|centri commerciali]], [[Fiera|fiere]], ecc), e soprattutto nelle linee di trasmissione dei segnali audio digitali ([[telefonia]], [[Televisione|TV]], [[via cavo]], ecc).

Si distingue dalla [[linea sbilanciata]] o '''asimmetrica''', che è invece quella in cui i due conduttori non sono nelle medesime condizioni elettriche (come ad esempio un conduttore coassiale, nel quale il conduttore esterno risulta collegato a terra), perciò non captano i disturbi nello stesso modo.

==Principio di funzionamento==

[[File:Differential signal transmission over balanced line.svg|miniatura|330x330px|Trasmissione differenziale]]

Il bilanciamento della linea può avvenire utilizzando particolari [[trasformatore|trasformatori elettrici]], oppure una particolare configurazione di [[amplificatore differenziale|amplificatori differenziali]] (come in figura a fianco). Ovviamente, ogni linea di trasmissione necessita di due dispositivi, uno per l'uscita del segnale dall'[[Sorgente (audio-video)|apparecchio sorgente]], ed uno per l'ingresso dell'apparecchio ricevente, dall'altra parte della tratta. Il segnale in uscita (internamente trattato su linea sbilanciata), viene applicato all'ingresso del trasformatore e sdoppiato su due linee in uscita (la linea bilanciata), ognuna con polarità inversa dall'altra, per essere "spedito"; al termine della tratta, il segnale viene "sommato" nel circuito analogo di ingresso, così da annullare automaticamente eventuali componenti di rumore assorbito sulla linea di trasmissione, per l'effetto della cancellazione di fase: i disturbi di modo comune, che percorrono i due conduttori nello stesso verso, durante la somma danno origine a due flussi uguali ma di segno opposto (in opposizione di fase) che tenderanno a cancellarsi. Allo stesso modo, anche un amplificatore differenziale (costituito in genere con [[Amplificatore operazionale|amplificatori operazionali]]), amplificando la differenza tra i due segnali, raggiunge lo stesso scopo di cancellazione del rumore da disturbi interferiti sulla linea di trasmissione.

In teoria, il circuito di bilanciamento dovrebbe ottenere la totale eliminazione dei disturbi assorbiti nel trasporto, ma nella pratica ciò non avviene mai del tutto, a causa dell'imperfetta simmetria dei circuiti reali di bilanciamento/sbilanciamento. Tuttavia, queste linee sono in grado di ottenere una fortissima [[attenuazione]] dei disturbi, più che sufficiente per i casi pratici e molto adatti anche ai segnali [[audio]].

[[Immagine:SchemaLineaBilanciata.jpg|thumb|upright=1.4|Modello di linea bilanciata]]

Il bilanciamento è tipicamente ottenuto terminando i due conduttori su un trasformatore o su un [[amplificatore differenziale]], in maniera che le componenti elettriche comuni ai due conduttori si annullino. Il trasformatore può essere a presa centrale, così che i disturbi di modo comune, che percorrono i due conduttori nello stesso verso, diano origine sul trasformatore a due flussi uguali (ma di segno opposto). Il trasformatore può anche non avere la presa centrale, poiché i disturbi di modo comune, avendo la stessa ampiezza e fase ai due capi del trasformatore, non generano corrente. Anche un amplificatore differenziale amplifica la differenza tra i due segnali, pertanto raggiunge lo stesso scopo. In teoria, si dovrebbe ottenere una totale eliminazione del disturbo; in pratica, poiché una perfetta simmetria è impossibile, non si ottiene un totale annullamento ma, comunque, una fortissima attenuazione.

Il collegamento bilanciato non deve stupire, in quanto è il tipo di collegamento che si fa, ad esempio, collegando semplicemente una lampadina a una batteria: se nessuno dei due conduttori viene collegato a terra, la connessione è bilanciata e la corrente scorre verso la lampadina in un conduttore e ritorna alla batteria nell'altro, senza bisogno d'altro. Il collegamento sbilanciato, viceversa, è stato inventato per poter risparmiare il conduttore di ritorno, necessitando, comunque, di un collegamento di massa. In tal modo, i conduttori necessari sono due anziché tre, permettendo risparmio e minori dimensioni nei circuiti elettronici, nei connettori e nei cavi.

L'accoppiamento tramite un trasformatore può essere fatto anche all'ingresso della linea. In questo modo è possibile minimizzare anche i disturbi di modo comune che percorrono la linea verso la sorgente.

==Audio==

Nel campo dell'audio professionale si impiegano quasi esclusivamente linee bilanciate, poiché riducono fortemente la captazione di disturbi sia dovuti alla lunghezza delle linee che alle fonti di disturbi a cui possono essere soggette, primi fra tutti i [[Dimmer|regolatori (o dimmer)]] delle luci a incandescenza nei concerti all'aperto e nellanelle sale da concerto, nei teatri e negli studi televisivi. Con i corpi illuminanti a LED la situazione è decisamente migliorata, poiché i [[Dimmer|regolatori]] sono integrati negli stessi corpi illuminanti, ma disturbi possono comunque propagarsi e irradiarsi dai cavi elettrici che li alimentano. Inoltre, nei mixer entrano molti segnali che vengono miscelati, cioè sommati, e anche i disturbi captati dalle altrettante linee si sommano. Le linee bilanciate vengono usate soprattutto per collegare i microfoni al mixer, talvolta fornendo anche l'[[alimentazione phantom]] usando lo stesso cavo. I microfoni, infatti, producono segnali alternati che nella maggior parte dei casi hanno un'ampiezza di poche decine di millivolt e richiedono, poi, una notevole amplificazione, amplificando anche i disturbi presenti. Impianti audio di livello domestico usano di solito, invece, linee sbilanciate. Nelle linee bilanciate dell'audio professionale, il livello nominale di un segnale analogico a livello "di linea" è solitamente +4dBu, pari a circa 1,23Veff, mentre sulle linee sbilanciate degli impianti domestici il livello nominale è -10dBV, pari a circa 316mVeff.

[[File:XLR.jpg|miniatura|440x440px|Schema XLR per microfoni]]

Le linee bilanciate vengono usate soprattutto per collegare le sorgenti distanti dal mixer, come gli amplificatori finali e i microfoni, più soggetti ai rumori della linea (talvolta fornendo anche l'[[alimentazione phantom]], tramite lo stesso cavo). Ma vengono usate anche per tutte le altre strumentazioni cosiddette professionali, con ingressi e uscite bilanciate, e non solo per i segnali analogici, ma anche per i [[Audio digitale|segnali digitali]] [[AES/EBU]]. Per gli impianti audio di "livello domestico" ([[Alta fedeltà|Hi-Fi]]), si usano più spesso le linee normali, cosiddette ''sbilanciate'' e con [[Connettore RCA|connessioni di tipo RCA]], ovvero linee di segnale con cavo coassiale a due conduttori (centrale e schermo), per tratte non superiori a 5 m.

[[File:XLR pinouts.svg|miniatura|Femmina e maschio di connessione XLR Cannon]]

I connettori bilanciati sono a tre poli e standardizzati da decenni, dove c'è il tipo [[Connettore XLR|XLR]] (anche detto Cannon, dal nome del primo produttore) e il tipo a [[Connettore_Jack|jack TRS]] (Tip, Ring e Sleeve, rispettivamente, contatto di Punta, Anello e Manicotto) di derivazione telefonica. Per le linee sbilanciate si usano invece i connettori a due contatti, solitamente di tipo [[connettore RCA|RCA]] (coassiale), oppure il tipo a [[Connettore Jack|jack TS]] (2 poli tramite Tip e Sleeve). È da notare che, [[Cortocircuito|cortocircuitando]] il polo freddo di una linea bilanciata, alla massa si ottiene in teoria una linea sbilanciata costituita dal polo caldo e la massa. Ma questo è il modo sbagliato per sbilanciare una linea bilanciata, che non può più lavorare come deve e che usa un cavo inadatto ai segnali sbilanciati (fattura e impedenze differenti). Per sbilanciare correttamente una linea bilanciata, è preferibile utilizzare uno strumento apposito, detto "[[balun]]" (o ''D-I Box'' ). Tuttavia, è di uso molto comune, anche in campo professionale, collegare diversi tipi di apparecchiature tra di loro (bilanciate e sbilanciate), in modo incorretto senza usare i dispositivi adatti. Inoltre, a dispetto della teoria delle linee di trasmissione, ed incuranti delle relative conseguenze di un errato utilizzo, nella pratica dei trattamenti del segnale audio, in ambiente musicale, i tipici cavi impiegati nelle [[Connettore XLR#3 poli|linee bilanciate a tre poli]] (a 2 conduttori + 1 per schermatura) talvolta vengono usati anche per trasportare un segnale [[stereofonia|stereofonico]], con i due conduttori centrali come i poli caldi di due linee sbilanciate (canale destro e sinistro) e con lo schermo come il comune di massa per entrambi (e spesso riferito alla messa a terra); oppure, anche per trasferire un segnale in modo bidirezionale (in-out) sullo stesso cavo, utilizzandone uno bilanciato come due linee sbilanciate (ingresso e uscita): caso comune, l{{'}}''insert'' degli effetti ([[Reverbero|reverberi]], [[Compressione_del_livello_audio|compressori]], [[Equalizzatore|equializzatori]], ecc) sui [[Mixer (consolle)|mixer]], che essendo posizionati abbastanza vicini, captano pochi disturbi.

=== Livelli audio ===

I cavi impiegati nelle linee bilanciate (aventi tipicamente 2 conduttori + schermatura) possono essere impiegati anche per portare un segnale [[stereofonia|stereofonico]] usando i due conduttori come i poli caldi di due linee sbilanciate, oppure per trasferire un segnale bidirezionalmente su uno stesso cavo, sempre utilizzando la linea bilanciata come due linee sbilanciate: è questo il caso, molto comune sui mixer, del cablaggio in ''insert'' di effetti o [[Compressione_del_livello_audio|compressori]].

Secondo gli standard globali per la trasmissione di segnali audio digitali, le linee bilanciate (AES/EBU) presentano una [[impedenza caratteristica]] (Z) con valori di 110 Ω e segnali a 2÷7 Vpp; mentre le linee normali o non-bilanciate (Coax S/P-DIF), a due conduttori conformati in modalità coassiale (tipo cavo [[Radiofrequenza|RF]], vedi IEC 60169), presentano una Z di 75 Ω e segnali a 1÷3,5 Vpp. Da questo contesto dell'audio digitale (codici, copyright, metadati, etc), derivano le definizioni “professional” e “consumer”, dove l’interfaccia bilanciata (AES/EBU) con segnali a più alto livello è considerata quella ''professional'', mentre quella normale (S/P-DIF) con livello più basso (circa la metà o 6 dB di differenza) viene considerata ''consumer'' . Tuttavia, questo non autorizza nessuno a definire ''consumer'' , gli apparecchi che presentano le sole connessioni analogiche ''unbalanced'' (RCA), perlopiù quando questa distinzione viene fatta senza alcuna cognizione di causa.

Le linee audio analogiche vengono conformate utilizzando gli stessi connettori, cavi e tipologie dei circuiti usati per il digitale, ma i valori Z di interfaccia, variano di molto: Z Out = da 10 Ω a 5 kΩ e Z In = da 150 Ω a 1 MΩ, rendendo difficile trovare uno standard netto come sul digitale. In più, negli scambi incorretti tra linee bilanciate e sbilanciate analogiche, è sovente perdere almeno 6 dB di segnale utile (rispetto al rumore di fondo), e finanche 12 dB, a causa dei disadattamenti di impedenza o dei malfunzionamenti dei circuiti bilanciati che son stati sbilanciati. La teoria della trasmissione su linea bilanciata analogica, vede il [[Sorgente (audio-video)|segnale sorgente]] essere bilanciato per poter uscire sulla linea, percorrerla, ed entrare nel apparecchio ricevente, dove sarà ritrasformato nuovamente in un segnale normale; e il tutto dovrebbe svolgersi con ''[[Guadagno (elettronica)|gain]]'' = 0 dB (1:1), con nessuna perdita o nessun guadagno, ma nella pratica, mancando uno standard assoluto per i circuiti "bilanciato-sbilanciato", che spesso presentano una diversa funzione di guadagno (±6 dB) tra gli apparecchi, è possibile dover correggere il gain, fino a un livello di 12 dB, per equilibrare le differenze d’interfaccia. Per sopperire a tutti questi squilibri, sugli apparecchi che trattano l'audio in varie forme anche miste, con linee bilanciate e sbilanciate, solitamente si usano due livelli nominali, sia sui potenziometri di guadagno del canale (gain), che su prese diversificate o tramite selettori di livello, indicanti +4 dBu e -10 dBV. Viene indicato come +4 dBu (pari a circa 1,23 V efficaci) il livello nominale del segnale analogico, per i programmi sonori trasferiti tramite le linee bilanciate, e come -10 dBV (pari a 0,316 Veff) il livello nominale 12 dB inferiore; ora, quest'ultimo viene spesso attribuito erroneamente alle linee sbilanciate degli impianti "domestici", nonostante non ci sia una congruenza con la realtà, in quanto sono semplicemente due standard differenti, di livello audio, il primo per i segnali di linea e il secondo spesso usato per i segnali microfonici.

I connettori adottati sono standardizzati da decenni: per le linee bilanciate si adotta il tipo [[Connettore XLR|XLR]] (anche detto Cannon, dal nome del primo produttore) a tre poli, oppure [[Connettore_Jack|connettore jack TRS]] (3 poli tramite Tip, Ring e Sleeve, cioè contatto in punta, sull'anello e sul manicotto), mentre per le linee sbilanciate si usa il tipo [[connettore RCA|RCA]] oppure connettore jack TS (2 poli tramite Tip e Sleeve). Da notare che collegando insieme il polo freddo e la massa di una linea bilanciata, si ottiene una linea sbilanciata costituita dai due conduttori collegati insieme e dal polo caldo. Questo è di uso molto comune anche in campo professionale per collegare diversi tipi di apparecchiature tra di loro, sarebbe tuttavia più corretto l'uso di un [[balun]] o di un [[traslatore]].

==Video==

I segnali video vengono di solito trasportati da cavi coassiali con connettori [[connettore BNC|BNC]] o RCA. Si tratta quindi di linee sbilanciate.

==Telefonia==

Un doppino telefonico è composto da una coppia bilanciata e non schermata.

== Voci correlate ==

* [[Linea sbilanciata]]

* [[Balun]]

== Altri progetti ==

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[[Categoria:Audio]]

[[Categoria:Telefonia]]

[[Categoria:Energia elettrica]]