Linea bilanciata
La linea bilanciata (o simmetrica o differenziale) è una particolare linea di trasmissione ad alta immunità ai disturbi e alle interferenze elettromagnetiche esterne, usata per il trasporto di piccoli segnali su tratte molto lunghe, come le linee microfòniche o le linee telefoniche, o per quelle tratte costituite da molte altre linee adiacenti.
È costituita da (almeno) tre conduttori e formata da due linee parallele che trasportano lo stesso segnale in opposizione di fase, quindi necessita di particolari trasformatori (di uscita e) d'ingresso, in grado di sommare il segnale delle due linee ed operare una cancellazione di fase, per eliminare l'eventuale rumore assorbito, sulla linea, durante il trasporto. Uno dei tre conduttori, è il comune ad entrambe le linee a fase opposta, ed è generalmente connesso alla massa dell'apparecchiatura e spesso anche alla messa a terra dell'impianto elettrico locale, quindi alla schermatura della linea stessa, che è composta solitamente da una calza di fili in rame intrecciati (dunque flessibili) che avvolge i due conduttori twistati interni.
Si distingue dalla linea sbilanciata.
Principio di funzionamento
Il bilanciamento della linea può avvenire utilizzando particolari trasformatori elettrici, oppure una particolare configurazione di amplificatori differenziali (come in figura a fianco). Ovviamente, ogni linea di trasmissione necessita di due dispositivi, uno per l'uscita del segnale dall'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 trsmissione, 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 amplificatori operazionali), amplificandp 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, ma nella pratica ciò non avviene mai del tutto, a causa dell'imperfetta simmetria dei circuiti reali. Tuttavia, queste linee sono in grado di ottenere una fortissima attenuazione, più che sufficiente per i casi pratici, adatti anche all'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 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 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 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 segnali digitali AES/EBU. Per gli impianti audio di "livello domestico" (Hi-Fi), si usano più spesso le linee normali, cosiddette sbilanciate e con connessioni di tipo RCA, ovvero linee di segnale con cavo coassiale a due conduttori (centrale e schermo), per tratte non superiori a 5 m.
I connettori bilanciati sono a tre poli e standardizzati da decenni, dove c'è il tipo XLR (anche detto Cannon, dal nome del primo produttore) e il tipo a 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 RCA (coassiale), oppure il tipo a jack TS (2 poli tramite Tip e Sleeve). È da notare che, 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 linee bilanciate a tre poli (a 2 conduttori + 1 per schermatura) talvolta vengono usati anche per trasportare un segnale 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 (reverberi, compressori, equializzatori, ecc) sui mixer, che essendo posizionati abbastanza vicini, captano pochi disturbi.
Livelli audio
Secondo gli standard globali per l’audio digitale, le linee bilanciate presentano una impedenza caratteristica (Z) con valori di 110 Ω (AES/EBU) e segnali a 2÷7 Vpp; mentre le linee normali (non-bilanciate) a due conduttori (RCA), conformati in modalità coassiale, con filo centrale “caldo” isolato e schermo intorno (tipo cavo RF, vedi IEC 60169), presentano una Z di 75 Ω (Coax S/P-DIF) e segnali a 1÷3,5 Vpp.
Per le linee Analogiche vengono utilizzati gli stessi cavi, connettori e tipologie dei circuiti digitali, ma i valori di Z delle Interfacce variano molto: Z Out = 10 Ω ÷ 5 kΩ e Z In = 150 Ω ÷ 1 MΩ.
Dal contesto delle trasmissioni audio digitali (codici, copyright, metadati, etc) derivano le definizioni “Professional” e “Consumer” , per cui l’interfaccia bilanciata (AES/EBU) con segnali a più alto livello è quella Professional, mentre quella normale (S/P-DIF) con livello più basso (circa la metà) viene nominata Consumer. questo non autorizza a definire Consumer ogni apparecchio che presenta le connessioni analogiche unbalanced (Normali), anche se una distinzione viene comunque fatta, ma spesso senza cognizione di causa.
Il livello nominale del segnale analogico, per i programmi sonori, trasferito tramite le linee bilanciate tra le apparecchiature professionali, viene indicato solitamente come +4 dBu (pari a circa 1,23 V efficaci), mentre il livello nominale -10 dBV (pari a 0,316 Veff), indicato sulle stesse macchine professionali, viene spesso attribuito alle linee sbilanciate degli impianti domestici, benché ciò sia incongruente con la realtà, in quanto sono semplicemente due standard differenti, di livelli audio, con il livello -10 dBV che è circa 12 dB inferiore al livello +4 dBu.
La teoria della trasmissione su linea bilanciata, vede il segnale sorgente (naturalmente unBalanced o normale) essere bilanciato per poter uscire sulla linea, percorrerla ed entrare nel apparecchio ricevente, dove tramite il circuito sarà ritrasformato nuovamente in un segnale normale. Tutto dovrebbe svolgersi con gain = 0 dB (1:1), ma nella pratica, mancando uno Standard assoluto per i circuiti “Bal\unBal” che spesso presentano una diversa funzione di guadagno (±6 dB), è possibile dover correggere il gain tra gli apparecchi fino a un livello di 12 dB, per equilibrare le differenze d’interfaccia.
Matched
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 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 amplificatori valvolari in genere, nella diffusione sonora con linee da 70 o 100 V (centri commerciali, fiere, ecc), e soprattutto nelle linee di trasmissione dei segnali audio digitali (telefonia, TV, via cavo, ecc).
Tramite l’evoluzione tecnologica sono stati concepiti e realizzati nuovi sistemi di trasmissione della potenza (transistors, impulsi PWM, amplificatori digitali), portando discreti aumenti del rendimento e permettendo anche la costruzione di apparati con minori consumi elettrici, minori costi di produzione e minori ingombri (pesi e dimensioni).
Video
I segnali video vengono di solito trasportati da cavi coassiali con connettori BNC o RCA. Si tratta quindi di linee sbilanciate.
Telefonia
Un doppino telefonico è composto da una coppia bilanciata e non schermata.
Voci correlate
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