Signálové kabelové rozvody, ať už ve studiu nebo na koncertech, jsou vystaveny mnoha nepříznivým elektromagnetickým vlivům (vysokofrekvenční a nízkofrekvenční rušení, zemní smyčky apod.), které se mohou negativně projevit na výsledné kvalitě signálů přenášených těmito kabely. A to nadměrným indukováním brumu a šumu.
Dodržením některých zásad můžeme však tyto vlivy částečně potlačit.
1. Používáme co nejkratší a nejjednodušší signálové cesty.
2. Signálové, silové a digitální rozvody vedeme odděleně.
3. Kabely dáváme co nejdál od zdroje tohoto rušení (počítačových monitorů, reproduktorů, transformátorů, zářivek aj.).
4. Používáme jedné společné zásuvky pro síťové kabely.
5. Použiváme jen kvalitní a stíněné kabely.
6. Symetrickým zapojením signálových kabelů, které jsou proti tomuto rušení odolnější.
Dnes se tedy budeme věnovat zásadám, které je potřeba dodržovat při propojování. Jak se účinně chránit před nežádoucími jevy. Povíme si rovněž něco o základních principech symetrického a nesymetrického zapojení a v závěru si popíšeme zapojení nejběžněji užívaných konektorů v audiotechnice podle platných norem. Ale pojďme pěkně od začátku.
Elektromagnetická indukce
Než si začneme podrobněji popisovat zásady k eliminování rušivých vlivů, nebude na škodu povědět si něco o tom, kde a jak vůbec samotné rušení vzniká.
Člověk od nepaměti poznával nejrůznější přírodní a fyzikální jevy, které se snažil využít ke zjednodušení své činnosti. Mezi jeden z nejvýznamnějších objevů patří bezesporu i elektromagnetická indukce. Vždyť na jejím principu je plně závislá i výroba elektrické energie. Jde o to, že se kolem každého vodiče v elektrickém obvodu tvoří magnetické pole. Toto platí pochopitelně i opačně. Čili pokud se bude elektrický vodič nacházet v blízkosti magnetického pole, objeví se na jeho koncích elektrické napětí. Velikost takového napětí je přímo úměrná délce vodiče a intenzitě tohoto pole, které na vodič působí. A jsme u jádra věci. Vzhledem k tomu, že běžná domácnost, nahrávací studio, ale i koncertní akce se nachází v prostředí, v němž je spousta nejrůznějších elektrospotřebičů, je nutné počítat s tím, že tyto spotřebiče budou svým vyzařováním působit i na signálové kabely. Jelikož se jedná o fyzikální jev, kterému nelze (stejně jako větru i dešti) poručit, je proto nutné před tímto vyzařováním signálové kabely chránit.
Tři stupně ochrany
Proti nežádoucím elektromagnetickým indukčním vlivům, které by mohly v audiokabelu negativně ovlivnit výslednou kvalitu přenášeného signálu, existuje několik ochran. První z nich je takzvaná ochrana stíněním. Princip této ochrany spočívá v samotné konstrukci kabelu. Stíněný kabel je vyroben tak, že aktivní žíly jsou vedeny uprostřed kabelu a kolem je omotán další (stínící) vodič. Účinnost takové ochrany bychom si mohli přirovnat k tomu, když použijeme deštník před deštěm. Pokud bude působit na kabel jen magnetické pole s malou intenzitou, bude tato ochrana účinná jako deštník při slabém dešti. Při vyšší intenzitě tohoto pole to bude znamenat, že se nám na kabelu alespoň částečně rušivé napětí objeví. Stejně tak jako při velkém lijáku nás deštník ochrání jen částečně. Je nutné říct, že se stíněným kabelem dosáhneme v obou případech lepších výsledků, než kdybychom použili pro daný účel jen obyčejnou dvojlinku bez stínění. Další ochrana spočívá v přenosu signálu s nízkou impedancí. Nízkoimpedanční vstup je nutné budit určitým výkonem. U linkových či mikrofonních vstupů však nejde o výkon ve wattech ale v miliwattech. Slovem výkon zde spíše rozumíme poměry napětí a proudů, pokud se na signál podíváme z hlediska elektrických veličin. Jelikož vysokoimpedančnímu vstupu stačí buzení pouze napětím, nebude rušivému napětí tato impedance působit žádnou překážku v jeho další cestě. Vysokoimpedanční vstup je proto méně odolný proti tomuto rušivému napětí. Pokud se však toto napětí objeví na vstupu s nízkou impedancí, dojde k jeho úbytku vlivem zatížení a do dalších obvodů daného zařízení pronikne jen částečně. Třetí překážka, jež může rušení stát v cestě, je použití symetrického zapojení.
Princip symetrie
Symetrie spočívá v tom, že signál je veden třížilovým kabelem. Oproti nesymetrickému zapojení, které má jen jednu vnitřní žílu a stínění, jsou u symetrického kabelu tyto žíly dvě. Samotný signál je veden právě těmito dvěma vnitřními vodiči. Živý signálový vodič je "hot" a značí se znaménkem (+). Druhý, "cold" se označuje (-), a stínění je použito jako zem. Pokud se objeví rušivé napětí, které bude na symetrický kabel působit, bude současně působit na obě vnitřní žíly stejně. To znamená, že se objeví mezi stíněním a oběma vodiči. Pokud si takové napětí budeme chtít vyjádřit znaménkem, potom bude stínění jako (-) a (+) by se objevilo současně na obou vnitřních vodičích. Nyní si situaci popíšeme u nesymetrického zapojení. Vnitřní živý vodič se značí jako (+) a stínění je (-). Zde je potřeba uvést, že značení (+) a (-) bylo zavedeno jen z orientačních důvodů. V žádném případě se nejedná o stejnosměrné napětí. Rušivé napětí na nesymetrickém kabelu se objeví ve stejné polaritě jak na vnitřním vodiči, tak na stínění jako audio signál. Z toho vyplývá, že nesymetrické vedení je proti tomuto rušivému napětí chráněno jen dobře provedeným stíněním, popř. v kombinaci s nízkou impedancí přenášeného signálu, které toto napětí dokáže potlačit jen částečně. Symetrické vedení má narozdíl od nesymetrického v kapse ještě jeden trumf, a v tom spočívá jeho hlavní výhoda. Takto vedený signál je přiveden na symetrizační vstup, který je tvořen operačním zesilovačem nebo symetrizačním transformátorem u starších nebo některých elektronkových zařízení. V symetrizačním vstupu se symetrický signál převede na nesymetrický (signál proti zemi) tak, že u jednoho kanálu dojde k obrácení fáze o 180 stupňů. Tímto procesem se pochopitelně fáze obrátí i u rušivého napětí a dojde při spojení se zemí k jeho odečtení. Účinnost symetrie však není v praxi stoprocentní. Symetrický vstupní zesilovač je konstruován jako dva zrcadlově shodné zesilovače a, díky toleranci součástek a čistotě polovodičových přechodů, není zaručen dokonalý souběh obou kanálu v celém frekvenčním rozsahu. Parametr, který udává účinnost symetrického vstupu, najdeme v technické dokumentaci pod označením CMRR. Udává se v decibelech a zpravidla pro frekvenci 1 kHz. Výhody tohoto zapojení se využilo již při samotném zrodu kytarového snímače. Pokud zapojíme dvě cívky do série (za sebe) a prostředek ukostříme, dojde k částečnému potlačení rušivého napětí. Tento systém byl původně patentován jako hum bucking (brum potlačující) a dodnes se proto užívá pro takto zapojené dvoucívkove snímače označení humbucker.
Propojování zařízení
V praxi se často setkáme s nejrůznějšími možnými variantami propojení nástrojů, přístrojů a všelijakých krabiček mezi sebou, až nám z toho jde kolikrát hlava kolem. Popišme si zde proto alespoň ty nejčastěji užívané varianty zapojení signálových kabelů a jejich konektorů, které lze z tohoto hlediska rozdělit na symetrické (balanced) a nesymetrické (unbalanced).
U symetrického zapojení se nejčastěji používají konektory XLR (canon) nebo TRS (6,3 mm stereo jack). Ojediněle se na některých zvukových kartách z prostorových důvodů setkáme i s konektory stereo jack 3,5 mm. Takto zapojenými vstupními a výstupními konektory je opatřena většina profi zařízení (mixážní pulty, signálové procesory, zvukové karty, zesilovače, mikrofony aj.). U konektoru TRS se ne vždy jedná o symetrické zapojení. Například u sluchátkových výstupů jde o dva samostatné nesymetrické kanály (pravý, levý a zem). Nebo taky inzertní vstupy mixážních pultů mívají dva nesymetrické kanály na jednom TRS konektoru (vstup, výstup a zem).
U nesymetrického zapojení se používají konektory TS (6,3 mm mono jack) a také RCA (cinch). Opět se můžeme setkat s jacky 3,5 mm. S takto zapojenými konektory se setkáme spíše u domácího zařízení (magnetofony, CD přehrávače, zesilovače, minisystémy aj.), ale i u hudebních nástrojů (elektrické a elektroakustické kytary, baskytary, klávesové nástroje, zvukové karty aj.).
Jak již bylo řečeno, hlavní výhodou symetrického zapojení je v jeho vyšší odolnosti proti parazitním jevům. Pokud máme zařízení disponující takovým zapojením na vstupních i výstupních konektorech, nebrání nám nic v jejich vzájemném propojení symetrickým kabelem. Kvalitu a zapojení kabelu bychom neměli v žádném případě podcenit. Je potřeba si uvědomit, že audiokabel se v sigálové cestě chová jako další komponent a jeho nevhodným výběrem, zapojením, délkou nebo kvalitou můžeme přenášený signál negativně ovlivnit v mnoha parametrech. Pro správné umístění kabelů dodržujeme zásady uvedené v úvodu tohoto článku.
Jak vybrat ten správný kabel?
Audiokabelů existuje na trhu celá řada. Máme na výběr mezi originálními, již vyrobenými kabely opatřenými konektory, ale rovněž si takový kabel můžeme vyrobit i sami. Někdy je tato varianta nezbytná, pokud potřebujeme kabel jen o určité délce nebo se specificky zapojenými konektory apod.
Pokud je to opravdu nevyhnutelné a jsme donuceni vyrobit si kabel sami a nemáme dostatek zkušeností s pájením, svěříme tuto práci raději zkušenému odborníkovi. Při výběru kabelů bychom měli brát ohled na to, k jakému účelu bude používán. Řekli jsme si, že všechny signálové kabely by měly být stíněné. Na trhu je dnes široký sortiment kabelů, jak tedy vybrat ten správný?
1. Kolik žil? Třížilové symetrické kabely (označované jako mikrofonní) by měly mít dvě žíly a stínění. Dvojžilový nesymetrický kabel (označován jako nástrojový) má jen jednu žílu a stínění.
2. Jak silný? Kabely se vyrábějí v několika tloušťkách. Nejčastěji je to 6 mm, 6,7 mm, 8 mm. Průměr kabelu by však neměl být až tak rozhodující. Neplatí zde pravidlo: čím širší - tím lepší. Někteří výrobci profesionálních kabelů nabízí i průměr menší jak 6 mm a jde o špičkové kabely. Pro většinu aplikací je průměr 6 a 6,7 mm dostačující. Průměr je taky závislý na použitém konektoru. Nedovedu si představit, jak někdo doslova cpe osmičku kabel do tříapůlky jacku.
3. Provedení. Asi nejdůležitější kriterium pro výběr kabelu je, z čeho a jak je vyroben. Co se týká materiálu, vodiče z obyčejné nebo OFC mědi s pryžovou, PVC nebo teflonovou izolací jsou standard. Nejdůležitější je však způsob, jakým je provedeno stínění. Pát žilek ledabyle omotaných kolem hlavních vodičů - to je pro profesionální použití naprosto nepřípustné. Stínění by mělo být provedeno důkladným opletením po celém obvodu kabelu.
4. Impedance. Signálové audio kabely by měli mít impedanci 50 . Digitalní pak 75 .
Jak zapojit konektory?
Na obrázku 1. a 2. vidíme zapojení XLR a na obrázku 3. a 4. TRS a TS konektoru. Toto je standardní zapojení konektorů na přístrojích a u originálních kabelů, které je dáno platnou normou, a proto bychom z něj měli při výrobě kabelů vycházet. Při výrobě symetrického kabelu XLR - XLR nebo TRS - TRS postupujeme tak, že spojíme jednotlivé kontakty v konektorech podle čísel u XLR konektoru ( 1-1, 2-2 a 3-3 ) nebo podle písmen u TRS konektoru ( T-T, R-R a S-S ). Stínění připojíme u XLR konektoru na pin 1 a u TRS na kontakt S. V praxi se však setkáme s variantou, kdy potřebujeme například symetrický kabel XLR - TRS. Potom platí: pin 1 = sleeve = zem, pin 2 = tip = hot (+) a pin 3 = ring = cold (-). Pokud chceme zapojit TRS konektor jako stereofonní (např. sluchátka), potom platí: T = levý kanál, R = pravý kanál a S = společná zem (stínění). Zapojení mezi symetrickým a nesymetrickým zdrojem (např. u symetrického výstupu z mixpultu nebo zvukové karty s běžným komerčním zesilovačem s konektorem RCA) provedeme takto: U třížilového vedení zapojíme plus obou konců a na RCA nebo TS konektoru pak spojíme mínus se zemí. U dvojžilového toto spojení provedeme přímo na XLR nebo TRS konektoru propájením kontaktů 1. a 3., popř. R a S (tím se samozřejmě symetrie zruší).
Může se stát, že pro nějaký konkrétní účel vyrábíme nestandardně zapojený kabel. Například prohození + a - u jednoho konektoru, pokud z nějakých důvodů potřebujeme u některého zdroje obrátit fázi. Nebo také odpojováním země u jednoho konce kabelu, z důvodů omezení zemní smyčky apod. Je potřeba vždy takto speciálně upravené kabely řádně označit a používat je jen pro účel, pro který byly vyrobeny. Zaměněním a nesprávným umístěním takto vyrobeného kabelu můžeme buď zcela eliminovat výhody, které nám symetrické zapojení nabízí, nebo v horším případě může i dojít ke zničení zařízení (například špatně zapojený XLR kabel ve spojení mezi mikrofonem a předzesilovačem může při zapnutí fantomového napájení mikrofon zničit).
