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 microfonichemicrofòniche]] o le [[Rete telefonica|linee telefoniche]], o per lequelle tratte concostituite da molte altre linee adiacenti. È una ''evoluzione'' della normale linea (non-bilanciata), detta anche "[[linea sbilanciata]]".

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

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

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

ÈLa 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 e) d'ingresso, (in grado di sommaresdoppiare il segnale dellesu due linee edcon operarefase unainvertita) cancellazionee trasformatori di faseingresso (in grado di sommare il segnale in arrivo), per eliminare l'eventuale rumore assorbito, durante il trasporto sulla linea, duranteoperando illa trasportocancellazione 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 dell'apparecchiatura]] edel spessoapparecchio ancheche alla [[messa a terra]] dell'[[impianto elettrico]] locale, quindi allarisulta spesso usato come [[Schermatura elettromagnetica|schermatura]] della linea stessa, che è composta solitamente da una calza esterna di fili in rame intrecciati (quindi flessibili), che ricopre e avvolge i due [[Lineaconduttori di trasmissione|conduttoriinterni twistati]] internidella linea.

== Linea pareggiata ==

Si distingue dalla [[linea sbilanciata]].

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).

==Principio di funzionamento==

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

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

Il bilanciamento della linea avvienepuò avvenire utilizzando due particolari [[trasformatore|trasformatori elettrici]], ooppure 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 edall'[[Sorgente (audio-video)|apparecchio sorgente]], ed uno per l'ingresso delladell'apparecchio linearicevente, dall'altra parte della tratta. Il segnale originalein uscita (internamente trattato su linea sbilanciata), viene applicato all'ingresso del trasformatore e sdoppiato su due linee in uscita (la linea bilanciata), unaognuna con polarità inversa dall'altra., Alper 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 didella 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. AncheAllo stesso modo, anche un amplificatore differenziale (costituito in genere con [[Amplificatore operazionale|amplificatori operazionali]]), amplificaamplificando la differenza tra i due segnali, pertanto 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 all'ai segnali [[audio]].

==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 nelle 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.

[[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 o, cosiddette ''sbilanciate'' e con [[Connettore RCA|connessioni di tipo RCA]], ovvero linee di segnale acon cavo coassiale e 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, a tre poli: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:, ilsolitamente di tipo [[connettore RCA|RCA]] (coassiale), oppure il tipo a [[Connettore Jack|jack TS]] (2 poli tramite Tip e Sleeve). DaÈ da notare che, [[Cortocircuito|cortocircuitando]] il polo freddo alla massa, 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, (undetto "[[balun]]"), anche(o se''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 ===

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. Per gli impianti audio di "livello domestico", si usano linee normali o cosiddette sbilanciate, ovvero linee di segnale a cavo coassiale e a due conduttori (centrale e schermo), per tratte non superiori a 5 m.

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 cavi impiegati nelle linee bilanciate (tipicamente, a 2 conduttori + schermatura) possono essere impiegati anche per portare un segnale [[stereofonia|stereofonico]], usando i due conduttori centrali come i poli caldi di due linee sbilanciate e il comune come schermo; oppure, per trasferire un segnale bidirezionalmente su uno stesso cavo, sempre utilizzando la linea bilanciata come due linee sbilanciate (ingresso e uscita): caso comune sui mixer, per il cablaggio di ''insert'' degli effetti ([[Reverbero|reverberi]], [[Compressione_del_livello_audio|compressori]], [[Equalizzatore|equializzatori]], ecc) che essendo posizionati vicini, captano i disturbi in minima quantità.

I connettori bilanciati sono standardizzati da decenni, a tre poli: c'è il tipo [[Connettore XLR|XLR]] (anche detto Cannon, dal nome del primo produttore) e il tipo [[Connettore_Jack|jack TRS]] (Tip, Ring e Sleeve, rispettivamente, contatto di Punta, Anello e Manicotto). Per le linee sbilanciate si usano invece connettori a due contatti: il tipo [[connettore RCA|RCA]] (coassiale), oppure il tipo jack TS (2 poli tramite Tip e Sleeve). Da notare che cortocircuitando il polo freddo alla massa, di una linea bilanciata, 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 una linea bilanciata, è preferibile utilizzare uno strumento apposito (un "[[balun]]"), anche se è di uso molto comune, anche in campo professionale, collegare diversi tipi di apparecchiature tra di loro (bilanciate e sbilanciate).

Il livello nominale del segnale analogico per i programmi sonori, trasferito tramite le linee bilanciate tra le apparecchiature professionali, è solitamente indicato come +4 dBu (pari a circa 1,23 Veff), mentre il livello nominale indicato sulle stesse macchine professionali, come -10 dBV (pari a 0,316 Veff), viene spesso attribuito alle linee sbilanciate degli impianti domestici, benché questo non corrisponda alla realtà (sono due standard differenti).

==Video==