Коммутация, часть 3 (устройства)

  Владимир СЕВОСТЬЯНОВ
Музыкальное Оборудование
август 1999

Переходники

После кабелей и разъемов, переходники являются самыми распространенными коммутационными устройствами.

Эти приспособления предназначены для соединения между собой приборов, имеющих разные типы входных и выходных разъемов. Использование таких переходников возможно только при соответствии входных и выходных параметров приборов, то есть входы и выходы должны иметь одинаковый номинальный уровень сигнала (например, линейный), передавать сигнал одним способом (симметричным или несимметричным) и подходить друг к другу по входным и выходным сопротивлениям (импедансам). При невыполнении этих условий, передача сигнала может быть некачественной. Так, при несовпадении номинальных уровней входных и выходных сигналов могут происходить искажения звука или увеличение уровня шума, а при несоответствии входных и выходных сопротивлений могут возникать потери сигнала. Классическим примером неправильного применения переходников является подключение электрогитары с пассивными датчиками, обладающими относительно высоким выходным сопротивлением (5-25 кОм), к линейному входу устройства с входным разъемом XLR и относительно низким входным сопротивлением 10 кОм, при помощи переходника XLR-джек. В таком подключении есть несколько ошибок, главная из которых — несоответствие входного сопротивления прибора выходному сопротивления гитары (входное сопротивление в данном случае должно быть намного больше выходного, как минимум в десять раз). Чуть позже будет рассказано о специальных устройствах, при помощи которых можно производить подобные подключения, а пока вернемся к переходникам.

Эти устройства имеют небольшой, часто цилиндрический корпус, в торцах которого находятся разъемы разного типа. Самыми распространенными являются переходники с XLR на трехконтактный четвертьдюймовый джек и с RCA на двухконтактный четвертьдюймовый джек. Часто встречаются (в основном для использования с наушниками) переходники с трехконтактного миниджека на трехконтактный четвертьдюймовый джек. Существуют переходники и с другими комбинациями разъемов.

Примеры переходников: Neutrik NA3FJ (9,6$) — переходник с гнездом XLR и гнездом трехконтактного джека; Neutrik NA3MJ (9,4$) — переходник со штекером XLR и гнездом трехконтактного джека.

Устройства согласования

Эти устройства предназначены для соединения приборов, которые по каким-либо причинам нельзя соединять напрямую при помощи кабелей и переходников. Причинами невозможности прямого соединения приборов могут быть несовпадение номинальных уровней, неподходящие входные и выходные сопротивления, неодинаковый способ передачи сигнала или несовпадение характеристических импедансов. Все устройства согласования можно разделить на четыре группы: устройства согласования уровней, устройства согласования импедансов, устройства согласования способа передачи сигнала, устройства развязки.

Кроме того, существуют устройства, в которых используется одновременно несколько способов согласования. Многие из таких устройств обеспечивают электрическую развязку с одновременным выполнением, например, преобразования импедансов или согласования уровней. Поэтому я хочу начать рассказывать об устройствах согласования именно с электрической развязки.

Устройства развязки необходимы для предотвращения прямой электрической связи между приборами. Их целесообразно использовать, например, если два соединяемых устройства имеют разные земляные шины. Самые простые устройства развязки выглядят как обыкновенные переходники, но с трансформатором внутри корпуса. Есть устройства развязки, которые, кроме трансформатора, имеют цепочки из конденсаторов и сопротивлений, служащие для подавления наводок.

Устройства согласования импедансов, еще называемые устройствами прямого включения (Direct Box), предназначены для согласования выходного импеданса источника звукового сигнала с входным сопротивлением приемника. Чаще всего такие устройства применяются для подключения источника сигнала с большим выходным импедансом к приемнику, имеющему относительно источника низкое входное сопротивление. Все тот же классический пример: подключение электрогитары с пассивными датчиками к линейному входу микшерного пульта. Выходное сопротивление пассивных датчиков составляет 5-25 кОм, в то время как сопротивление линейного входа обычного микшерного пульта составляет 10 кОм. При непосредственном подключении гитары к линейному входу будут происходить заметные потери уровня сигнала — в 1,5-3 раза (см. статью «Коммутация, часть 1 (теория)»). Устройства согласования импедансов имеют входные сопротивления 0,2-1 мОм. При подключении источников с большим выходным сопротивлением через устройства согласования импедансов, потери уровня резко снижаются.

Для коммутации цифровых сигналов существуют свои преобразователи импедансов — преобразователи характеристических импедансов. Они применяются для связи цифровых интерфейсов разных форматов (AES/EBU с SPDIF, и наоборот), для которых по всей коммутационной линии должен соблюдаться характеристический импеданс (110 Ом для AES/EBU и 75 Ом для SPDIF).

Примеры преобразователей характеристических импедансов: Neutrik NADITBNC-M (34,7$) — из 75 Ом (гнездо BNC) в 110 Ом (штекер XLR); Neutrik NADITBNC-F (34,7$) — из 110 Ом (гнездо BNC) в 75 Ом (гнездо XLR).

Устройства согласования уровней бывают как активными, так и пассивными, и, чаще всего, обладают входными и выходными разъемами разных типов. Эти устройства предназначены для соединения между собой приборов, имеющих разные номинальные входные и выходные уровни. Устройства согласования уровней (к тому же часто выполняющие функции устройств электрической развязки) находят применение, например, при подключении прибора с линейным выходом номинального уровня -10 дБв к прибору с входом, имеющим номинальный уровень +4 дБ. Также согласование уровней необходимо при подключении динамического микрофона к линейному входу. Поскольку для согласования уровней часто бывает нужно усиливать сигнал (в описанном случае микрофонный уровень поднимается до линейного), такие устройства чаще всего бывают активными, то есть требуют питания от батарейки или аккумулятора, и являются простейшими микрофонными предварительными усилителями.

Устройства согласования способов передачи звукового сигнала являются преобразователями симметричного сигнала в несимметричный или несимметричного сигнала в симметричный. Такие устройства можно разделить по способу работы на три группы. В первую группу входят устройства, в которых преобразование из симметрии в несимметрию или наоборот происходит посредством простого замыкания минусового контакта симметричного разъема на общий контакт. Вторая группа включает устройства, в которых преобразование происходит при помощи трансформатора. Они могут одновременно являться устройствами развязки, согласования уровней и импедансов. В третью группу входят активные устройства, в которых преобразование способов передачи звукового сигнала может происходить как при помощи трансформатора, так и электронным способом. Такие устройства, как правило, еще и согласовывают уровни.

Примеры устройств согласования способов передачи первой группы: Neutrik NA2FP — (7,4$) согласование симметрии (гнездо XLR) и несимметрии (штекер двухконтактного джека); Neutrik NA2MP (7,4$) — согласование симметрии (штекер XLR) и несимметрии (штекер двухконтактного джека); Neutrik NA2MPMF (7,4$) — согласование симметрии (штекер XLR) и несимметрии (штекер RCA); Neutrik NA2FPMF (7,4$) — согласование симметрии (гнездо XLR) и несимметрии (гнездо RCA); Neutrik NA2MPMM (8$) — согласование симметрии (штекер XLR) и несимметрии (гнездо RCA); Neutrik NA2FPMM (8$) — согласование симметрии (гнездо XLR) и несимметрии (штекер RCA); Neutrik NA2MBNC (8,1$) — согласование симметрии (штекер XLR) и несимметрии (гнездо BNC); Neutrik NA2FBNC (8,3$) — согласование симметрии (гнездо XLR) и несимметрии (гнездо BNC). Все эти устройства могут быть оснащены трансформаторами, после чего их можно уже причислить ко второй группе.

Сплиттеры

Эти устройства предназначены для разделения звукового сигнала в целях его распределения между несколькими принимающими устройствами. Пожалуй, чаще всего они применяются в концертной деятельности, разделяя сигнал для основного и мониторного микшеров. Существуют одноканальные и многоканальные сплиттеры. Практически все сплиттеры имеют выходы с трансформаторной развязкой, то есть между их выходами и входом отсутствует гальваническая связь. В результате ликвидируется влияние друг на друга приборов, подключенных к выходам сплиттера. Кроме того, на сплиттерах встречаются кнопки Ground/Lift, при помощи которых возможно отключение земляного контакта выходного разъема от общей земли канала. Ниже представлено несколько моделей сплиттеров.

Устройство Horizon MS 1 представляет собой одноканальный микрофонный сплиттер. Он позволяет распределить сигнал от одного микрофона на два трансформаторно развязанных выхода на разъемах XLR. Переключатель Lift позволяет отключить земляной контакт первого выхода от земли входа.

Horizon PB 8 является одноканальным микрофонным сплиттером. Устройство позволяет разделить сигнал, поданный на вход (разъем XLR), на восемь развязанных трансформаторами выходов (XLR). Кроме того, есть сквозной выход (XLR) для одновременного использования нескольких устройств.

Horizon MS 4 представляет собой четырехканальный сплиттер высотой в один рэк. Каждый канал имеет вход, два развязанных выхода и сквозной выход, все на разъемах XLR. Входы каналов и сквозные выходы, равно как и переключатель Ground/Lift для «разрыва» земли, расположены на передней панели устройства, а выходы каналов находятся на задней панели.

Rolls MS 20 (50$) является одноканальным микрофонным сплиттером. Устройство имеет симметричный микрофонный вход на разъеме XLR и два развязанных трансформаторами симметричных микрофонных выхода на разъемах XLR. Кроме разъемов есть переключатель Ground/Lift, который отключает земляные контакты выходных разъемов от земли входа.

XTA DS 400 (1100$) является четырехканальным сплиттером и микрофонным предварительным усилителем высотой в один рэк. Каждый канал имеет микрофонный симметричный вход с переключателем чувствительности (0, 15 и 30 дБ) на разъеме XLR, предварительный усилитель и четыре линейных выхода. Все выходы также на разъемах XLR. Два выхода из четырех имеют трансформаторную развязку. DS 400 питается от выносного блока, способного работать сразу с четырнадцатью подобными устройствами.

Коммутаторы

Если сплиттеры разделяют входной сигнал одновременно на несколько выходов, то коммутаторы позволяют направить сигнал с входа на выбранный выход, или наоборот — с выбранного входа направить сигнал на выход. Они применяются для переключения пути звукового сигнала, когда, например, необходимо направлять звук то на один, то на другой процессор эффектов.

Самым простым коммутатором является так называемый A-B Box. Он позволяет направить сигнал с входа на один из двух выходов, или один из двух источников сигнала подключить к одному приемнику. Например, A-B Box DOD 270 (35$) способен подавать на один выход сигнал с одного из двух источников или посылать входной сигнал на один из двух приемников. Все три разъема (A, B, Com) для подключения источников и приемников — джеки. Переключение осуществляется нажатием на кнопку-педаль.

Некоторые модели A-B Box позволяют подавать входной сигнал на оба выхода одновременно, тогда они выполняют функцию сплиттера. Например, A-B Box Horizon SA 1 позволяет подать сигнал с входа на один из двух или сразу оба выхода. Подача сигнала на выходы осуществляется нажатием на соответствующую кнопку-педаль, что сигнализируется светодиодными индикаторами. Кроме того, устройство имеет гнездо джек AUX I/O, которое является последовательным посыл-возвратом для обработки эффектами.

Более сложные коммутаторы представляют собой целые автоматические коммутационные матрицы, способные направлять группу входов (то есть имеющие функцию объединения) на группу выходов (функция разделения). Однако в студийных условиях большую распространенность имеют коммутационные панели.

Коммутационные панели и нормализация

Это — рэковые коммутационные устройства с большим количеством гнезд на передних и задних панелях. Гнезда передней панели предназначены для коммутации, то есть их соединяют между собой перемычками, которые представляют собой кабели со штекерами. Разъемы задней панели предназначены для подключения кабелей, идущих от коммутируемых приборов.

Разъемы на задней панели могут быть разных типов. В основном это многоконтактные разъемы типа EDAC или D-Sub. Также бывают коммутационные панели вообще без разъемов на задней панели. Вместо них устанавливают пружинные зажимы WAGO или клеммы для подпайки.

Разъемы на передних панелях коммутационных устройств могут быть самыми разными, однако в коммутационных панелях для звуковых сигналов чаще всего используются разные типы джеков. Они удобны из-за отсутствия необходимости во взаимной ориентации ответных частей разъема. Также их можно установить на однорэковой панели в два ряда, образуя тем самым «столбцы» и «строки» своеобразной таблицы. Кроме того, как было сказано в статье «Коммутация, часть 2а (разъемы)» гнездо джек может обладать функциями переключателя. Давайте вернемся несколько назад и вспомним переключательные возможности этого гнезда.

Это схема гнезда TB джек фирмы Neutrik. До внедрения в него штекера, контакты 1 и 4, 3 и 6, 2 и 5 замкнуты. Будучи вставлен в гнездо, штекер рвет связи между этими контактами. На этом свойстве гнезда построена так называемая нормализация в коммутационных панелях. Нормализацией коммутационной панели называется особая конфигурация контактов разъемов, находящихся в одном столбце. Существуют шесть видов конфигурации контактов, то есть нормализации. Из них основных — три: нормализация по ряду (Half Normalled), полная нормализация (Full Normalled) и двойная нормализация (Double Normalled). Рассмотрим каждый вид нормализации отдельно.

При полной нормализации замыкаются переключающие контакты верхнего и нижнего гнезда столбца. Если ни в одно гнездо не вставлен штекер, то верхнее и нижнее гнезда столбца замкнуты между собой. При втыкании штекера в любое гнездо столбца происходит разрыв этой связи.

Существуют два типа нормализации по ряду: нормализация по нижнему ряду и нормализация по верхнему ряду.

Нормализация по нижнему ряду означает, что контакты верхнего разъема столбца соответственно подключены к переключающим контактам нижнего разъема столбца. При этом получается следующее: если ни в одно гнездо столбца не вставлен штекер, то гнезда между собой замкнуты. Связь между гнездами столбца разрывается только тогда, когда штекер втыкается в нижнее гнездо.

При втыкании штекера в верхнее гнездо столбца связь между гнездами не разрывается, следовательно, сигнал, поступающий на верхнее гнездо, разделяется. Столбец коммутационной панели работает как сплиттер, только без развязки между выходами.

Нормализация по верхнему ряду представляет собой «зеркальное отражение» нормализации по нижнему ряду. При этой нормализации происходит все наоборот — связь между разъемами столбца разрывается только при втыкании штекера в верхнее гнездо столбца.

Двойная нормализация представляет собой комбинацию нормализации по нижнему и верхнему ряду. Разрыв связи между верхним и нижним разъемом столбца происходит только при втыкании джека в оба гнезда столбца. Во всех остальных случаях столбец работает как сплиттер без развязки выходов.

Изолированные разъемы в столбце означают, что между ними вообще нет никакой связи.

Параллельное включение разъемов означает, что, независимо от штекеров, связь между разъемами столбца коммутационной панели существует всегда.

Рассмотрим конструкцию коммутационной панели Neutrik Eazy Patch NPP-TB. Существует несколько разновидностей этой коммутационной панели, отличающихся разъемами задней панели и типами нормализации. Базовая версия коммутационной панели Eazy Patch NPP-TB (565$) представляет собой рэковое устройство, на передней панели которого расположены два ряда по двадцать четыре гнезда TB джек. На задней панели расположены пружинные зажимы WAGO для кабелей, идущих от коммутируемых приборов. Способ нормализации каждого столбца индивидуально устанавливается внутренней перемычкой. Возможны все шесть способов нормализации. Модель Eazy Patch NPP-TB-HN (300$) отличается от предыдущей следующим: во-первых, у нее вообще нет никаких разъемов на задней панели, а провода припаиваются к специальным клеммам. Во-вторых, эта версия коммутационной панели имеет только один вид нормализации — по нижнему ряду. Версии Eazy Patch NPP-TB-14PT (810$), NPP-TB-14E, NPP-TB-14Sub-D от двух первых отличаются тем, что у них регулируется размер в глубину. Возможны все способы нормализации. Модели NPP-TB-14E и NPP-TB-14Sub-D имеют на задних панелях 90-контактные разъемы EDAC и 37-контактные разъемы D-Sub соответственно.

Коммутационные панели для цифровых сигналов представляют отдельный класс приборов. Эти устройства имеют разъемы для подключения цифровых входов и выходов разных форматов, а также органы управления — кнопки, колеса ввода данных, индикаторы и пр., при помощи которых осуществляется направление сигналов. Классическим примером может служить коммутационная панель фирмы Z-System Z 8.8, позволяющая осуществлять коммутацию восьми источников и приемников цифрового сигнала.

Примеры коммутационных устройств

Horizon SPL 1 является устройством прямого включения (Direct Box). Оно предназначено для подключения сигнала с выхода для акустической системы гитарного усилителя к линейному входу микшерного пульта. Устройство имеет вход для усиленного сигнала на разъеме джек, сквозной выход усиленного сигнала (джек) и линейный выход на разъеме XLR, обладающий низким сопротивлением. Переключатель Ground/Lift позволяет отключить земляной контакт линейного выхода от земли входа.

Horizon AL 1 представляет собой устройство прямого включения. Оно позволяет подключать сигналы линейного уровня, усиленные сигналы или сигналы от инструментов к приемнику сигнала с линейным входом, например микшеру. Есть вход на разъеме джек для подключения источника сигнала и сквозной выход (джек). Линейный выход устройства выполнен на разъеме XLR. Уровень линейного выхода регулируется в пределах 20 дБ. Рядом с входами располагается переключатель Ground/Lift, позволяющий отключить земляной контакт выходного разъема от земли входа, и аттенюатор на 10 дБ.

Horizon SL 1 является пассивным устройством прямого включения. Оно позволяет подключить источники сигнала, имеющие высокое выходное сопротивление, к микшеру или другому приемнику сигнала с линейным входом. Устройство имеет вход для высокоомных источников, сквозной выход на джеке, переключатель Ground/Lift, линейный выход на разъеме XLR с трансформаторной развязкой.

DOD 260 (38$) представляет собой пассивное устройство прямого включения. Оно имеет вход для подключения источника с высоким выходным сопротивлением на разъеме джек, сквозной выход на разъеме джек и симметричный выход на разъеме XLR. Преобразование импедансов и развязка входа и выхода осуществляются трансформатором.

DOD 265 (57$) — это пассивное устройство прямого включения, предназначенное для подключения устройств с высоким выходным сопротивлением к линейным входам приборов. От предыдущей модели устройство отличается переключателем, отключающим земляной контакт выходного разъема XLR от земли входа, и аттенюатором, который ослабляет сигнал на 0, 12 или 40 дБ.

DOD 275 (75$) представляет собой устройство прямого включения. Оно имеет вход (джек), предназначенный для подключения сигналов от высокоомных источников или усиленных сигналов, сквозной выход на джеке и симметричный выход на разъеме XLR. Есть аттенюатор, переключатель входного уровня и переключатель Ground/Lift для отключения земляного контакта выхода от общей земли.

Rolls MB 15 представляет собой преобразователь уровней и способа передачи звукового сигнала. Устройство имеет несимметричные линейные входы и выходы левого и правого каналов на разъемах RCA с номинальной чувствительностью -10 дБв, симметричные линейные входы и выходы левого и правого каналов на разъемах XLR с номинальной чувствительностью +4 дБ. При помощи этих входов и выходов можно осуществлять преобразование уровней и способов передачи сигнала как из симметричного в несимметричный, так и из несимметричного в симметричный. Есть два регулятора, которыми можно менять уровни сигнала при преобразовании в обоих направлениях. Устройство активное, нуждается во внешнем двенадцативольтовом блоке питания.

Rolls RDB 104 (234$) — это активный рэковый четырехканальный преобразователь импедансов, то есть устройство прямого включения. На передней панели расположены четыре несимметричных входа на разъемах джек с регуляторами чувствительности для подключения источников сигнала, обладающих высоким выходным сопротивлением, а также выключатель питания. На задней панели расположены сквозные несимметричные выходы каналов на разъемах джек, выключатели аттенюаторов 30 дБ, и симметричные выходы на разъемах XLR с трансформаторными развязками.

Rolls SE 162 является активным устройством прямого включения со встроенным эксайтером. Устройство имеет вход (джек) для подключения инструментов с высоким выходным сопротивление и симметричный выход на разъеме XLR. Эксайтер имеет кнопку отключения (Bypass) и регуляторы верхних и нижних частот. Есть регулятор общего уровня сигнала. Устройство питается от внешнего блока питания.

RollsАваллонDOD, HorizonA&T TradeNeutrik, XTAISPA

Коммутация, часть 1 (теория)

Коммутация, часть 2а (разъемы)

Коммутация, часть 2б (кабели)

Коммутация, часть 4 (практика)