平衡音频在一根导体上具有信号，而在另一根导体上具有反相信号。

错了。

平衡音频有两个信号导体，第三个用于接地。

错了。

这些事情中的任何一个都可能是真的，但也不是什么使平衡音频。直到最近，电话网络完全是模拟的，每个电路只有两条线。没有地面。然而，他们设法在很长的距离内保持相对无噪音的连接。平衡音频只需要两个导体。

理想的平衡音频接收器是差分放大器。它的工作原理是测量其两个输入之间的差异，并将该差异称为信号。“地”完全无关紧要。一个输入不必是另一个输入的反转副本。如果差分放大器只查看其两个输入之间的差异，这有什么关系呢？它怎么知道一个输入是“反相信号”？

那么，为什么不简单地将其中一个输入接地呢？这是否意味着我们可以通过在接收端使用差分放大器将任何不平衡音频变成平衡音频？

^{模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图}

碰巧，不，我们不能那样做，要理解为什么要理解平衡音频的真正含义。这不是有两个单端音频连接，而是一个倒置的。这是关于让信号在两个阻抗相等的导体上传输。

原因如下：使用平衡音频的主要目的是减少噪音。这种噪声被音频信号附近的其他物质（通常是电源线）的互感和电容吸收。如果我们的两个导体对这个噪声源的互感或互感相等，那么每个导体上将感应出相等的电压和电流。也就是说，它们的区别不会改变。因此，从我们只关注这种差异的差分放大器的角度来看，噪声源是不存在的。考虑：

^{模拟这个电路}

这里的输出是什么？就 U1 是一个理想的差分放大器而言，输出正好是 0V DC。一些噪声（来自 V1）通过 C1 和 C2 耦合到输入端，但是因为 C1=C2 和 R1=R2，它相等地耦合到每个，因此不能改变两者之间的差异，所以不能影响差分放大器的输出。

但是如果 R1 不等于 R2 会发生什么？现在，R1 和 C1 与 R2 和 C2 形成不同的分压器，导致耦合到放大器输入端的电压不相等。现在有区别了，在某种程度上，V1 出现在输出中。如果电阻相等但电容器不相等，则存在相同的问题。

仅驱动其中一个输入不会改变任何东西。考虑：

^{模拟这个电路}

嘿，这不平衡！但它完全是平衡的。噪声仍然看到每个输入的阻抗相等。噪声仍然均匀地耦合到每个输入中，因此不会改变差异。因此，它仍然被拒绝。

iPod 或 VCR 上的典型音频连接不平衡有两个原因。首先是电缆几何形状。通常这些使用同轴电缆，接地作为屏蔽，内部有一个接地参考信号。因为导体的形状甚至不是很相似，所以它们不可能与周围环境具有相等的阻抗。在前面的例子中，C1 和 C2 是不相等的。

第二个是这些生产线的典型驱动方式。它们通常看起来像这样：

^{模拟这个电路}

如果 U1 是一个理想的缓冲器，这将是平衡的。但事实并非如此：U1 通常是某种输出阻抗较小的运算放大器。虽然它很小，但它并不像电缆的另一半看到的直接接地那么小。运算放大器的输出阻抗也可能随频率显着变化。

解决此问题的一种非常便宜且非常有效的方法是使用更可控的东西（例如电阻器）设置输出阻抗。我们可以串联一个大约 100 欧姆的电阻，而不会显着衰减信号。一个实际的实现如下所示：

这是来自Rod Elliott (ESP) / Uwe Beis 的一篇精彩文章。R2 和 R3 完成大部分平衡：这些电阻可以购买或修整以具有非常相等的电阻。由于它们明显大于运算放大器的输出阻抗，因此运算放大器的输出阻抗相对来说是微不足道的。

R4 和 C1 用于进一步使运算放大器在较高频率下变得微不足道。真正的运算放大器具有随频率增加的输出阻抗，这将有助于在高频下不平衡电路。然而，运算放大器的输出阻抗在较高频率下变得不那么重要，因为 R4 和 C1 将两半分流在一起。

这种拓扑结构并非没有一些缺点。首先，由于它不能驱动两条线路，与可以驱动两条线路的设计相比，它的动态范围只有一半。其次，它以输入信号一半的共模电压驱动两条信号线。因此，驱动器必须将两条信号线的电容驱动到周围环境，就像典型音频电缆中的屏蔽层一样。然而，对于中等长度的电缆，这不太可能成为问题。

优点是减少了零件数量。此外，如果这是在 TRS 连接器上，该连接器被推入不平衡输入，则不会发生任何不良情况，因为通常是“反相信号”的环没有连接到任何有源电子设备。

更重要的是，它消除了对平衡音频工作原理的普遍误解。

尽管答案已经在这里，但故事还没有完成。

已连接完全平衡的音频信号

• 从一个平衡的司机，
• 通过平衡电缆，
• 到平衡接收器，

每个部分都必须单独考虑。

到目前为止所描述的一些电路在某些情况下会相互配合，但大多数会在一项或多项测试中失败。

平衡电缆。

平衡电缆有两条阻抗相等的导体（“腿”），并具有相同的外部场暴露，通常通过将两条导体绞合在一起来实现。有时每条腿本身就是一对，因此有 4 根导体交错并紧密绞合在星形四边形配置中。

同等暴露于外部场意味着从干扰源到电缆的任何静电耦合都会在每条腿上产生相同的电压，任何磁耦合都会向每条腿注入相同的电流。

尽管屏蔽可以减少来自外部信号的干扰以及对其他信号的辐射干扰，但平衡信号不需要接地连接。如果存在屏蔽，则通常仅在一端连接以消除接地回路。在系统级别，通常在信号的每一端都有到设备的接地连接，尽管它可能在 2、50 或数百个平衡信号之间共享。

平衡接收器。

平衡接收器不仅仅是一个差分放大器。它还必须保持每条腿对地的相同阻抗。

差分放大器确保到达两条腿的任何干扰电压相互抵消（即共模增益 = 0）。这不仅包括任何干扰，还包括两端“接地”电位之间的任何差异。

每条腿上的相等阻抗确保注入到两条腿上的任何干扰电流将在每条腿上产生相同的电压，然后可以被差分放大器抑制。一个简单的差分放大器将无法通过此测试。

平衡的司机。

平衡驱动器具有三个任务：

1. 以相同的幅度生成“真”和反相输出。
2. 每个输出具有相同的接地阻抗
3. 将一条腿上的任何干扰电压转移到另一条腿上

1）“平衡”输出驱动一条腿但通过驱动另一条腿0V作弊将失败第一次测试：共模输出电压是原始信号的一半；这将对相邻线对上携带的任何其他信号产生辐射干扰！50 对电缆的长度与广播公司不一样！（那是我的约会……）良好的平衡输出将最大限度地减少对其他信号的干扰，并保持其自身信号的完整性。

如果其他对是平衡良好的信号，则干扰可能不严重，因为它应该是共模的，但重点是尽可能减少信号劣化。

这些所谓的“平衡”驱动器在高端消费音频或小型录音棚中有应用，所以它们就在身边，但……请注意。

2) 每条腿上相同的接地阻抗对于将共模感应电流转换为共模电压很重要，就像在接收器中一样。

3) 将一个支路上的干扰电压传输到另一支路，从本来可能是差分电压的共模电压产生一个共模电压（即干扰影响一个支路比另一个支路更多）提高其在接收器处的抑制。一个简单的差分驱动器将无法通过此测试。它还有一个特点，如果一条腿对地短路，另一条腿的幅度加倍，因此差分电压（有用信号）不受影响。差分驱动器 *真的无法通过此测试...

对于正确平衡的音频信号，广播工程师已知将共模信号注入到一个平衡信号上，然后在第二个平衡信号上注入它的互补信号。因此创建了第三个“幻象电路”，不会干扰任何一个受害者......

正如您所说，问题在于，在平衡信号中，实际信号值是相反驱动的两个信号之间的差异。在单端信号中，还是有区别的，但是区别是相对于地来说的，也是其他各种信号的参考。

如果您有一个完全浮动的设备，例如带有内置电池供电放大器的扬声器，那么平衡和单端信号之间没有区别。两者都提供两条线，您想要的信号就是它们之间的差异。

然而，我们很少有能够真正以任意电压浮动的接收设备。问题在于，对于接地参考信号，实际上几乎不可能平等地对待两条线路。外部噪声不会像信号线那样耦合到信号线上，因为它会被系统的一部分用作接地线。这部分是因为接地被用作大多数信号的参考，因此根据定义不会改变。

即使在浮动电池供电的扬声器放大器的示例中，也必须注意不要区别对待两条输入线。这比看起来要难。例如，如果您将其中一根线连接到本地接地，并且连接到电路的机箱或接地层，则外部噪声将更容易耦合到该信号中，因为它会向外部呈现更高的电容。由于放大器使用它作为参考，它看不到地线上的噪声，但两条线对噪声的不相等拾取会显示为差分信号，将被检测和放大。

所以总的来说，这不仅仅是将信号编码为两条线之间的差异。正如你所说，无论如何，情况总是如此。这是关于设置系统，以便可以平等地对待这两条线，从而从外部世界接收相同的噪音。然后通过在两条线路上对信号进行同等但极性相反的编码，接收器可以获取差异，这在理论上抵消了两条线路同等拾取的任何噪声。

因此，“平衡”音频信号是三行。两条阻抗相等的信号线，电缆中的相同处理，并与信号相反地驱动，以及一条单独的地线，它是所有东西的 0 参考。在高质量的平衡音频电缆中，两条信号线是双绞线，被接地的屏蔽层包围。屏蔽层阻止了来自外部的电容拾取，并且通过将两条信号线相互缠绕，它们将与外部产生耦合，在相对较短的距离内平均相等。

为回应一些评论而补充：

首先，它给人一种错误的印象，称其中一条差分线为“热”而另一条为“冷”。两者都同样携带一个信号，只是这些信号相互反转。因此，冷热是不好的名字，它们要么表现出误解，要么可能导致其他人误解。

其次，不，信号线和地线没有相同的阻抗。那就是问题所在。由于阻抗不平衡，一条线路会比另一条线路吸收更多的外部噪声。这正是通过将其称为“平衡”与“差异”来强调的。使用 3 线系统，您可以使两条信号线相等且具有合理的信号阻抗，同时仍具有接地参考。

您必须假设噪声会耦合到任何信号中。平衡音频具有良好的抗噪能力，因为有两个特点：两条信号线被平等对待，因此都拾取相同的噪声，并且信号相反。当接收器获取差异时，噪声被抵消，只剩下信号。在单端系统中，两条线路不相等，因此一条接收噪声的方式与另一条不同。接地线和信号线之间的差异将包括噪声拾取的差异。

我将使用本教程中的图像

平衡的音频线传输相同的信号，但它们之间有 180 度的差异。

当噪声被引入电缆时，它同样被引入到原始信号和反相信号中，因为它们具有相同的阻抗。然后接收器将其中一个信号反转，结果是两个同相信号，包含原始音频和两个噪声信号，它们之间有 180 度的差异。当这些信号相加时，结果是去除（消除）噪声的纯音频信号。

当使用单端线传输信号时，一根线传输信号，另一根线接地，因此您无法遵循与平衡信号相同的过程来消除噪声。