การต่อสัญญาณแบบบาลานซ์(Balanced System)

เรื่องของระบบเสียงต่อสัญญาณแบบบาลานซ์ บางท่านอาจไม่รู้จัก ที่จริงระบบนี้ก็มีมานานพอสมควรแต่ไม่ค่อยมีคนใช้คำพูดการต่อแบบนี้ว่าต่อแบบบาลานซ์ เพราะหัวคอนเน็กของมันเป็นแบบ XLR หรือเรียกตามภาษานักเครื่องเสียงตามบ้านว่าแจ๊ค แคนน่อน(ไม่แน่ใจมีเรียกอย่างอื่นอีกหรือไม่) เมื่อประมาณ 17-18ปีก่อน ส่วนใหญ่แจ๊คแบบนี้จะพบเห็นแต่ส่วนของสายไมค์ ส่วนสายสัญญาณเสียงก็ต่อแบบผสม(ใช้หัวปลั๊กแบบ RCA+ แจ๊คโฟนTS,TRS )แล้วแต่รูปแบบช่องสัญญาณบนมิกส์เซอร์ แต่มาหลังๆ เครื่องขยายเสียงส่วนใหญ่รองรับสัญญาณเสียงด้วยปลั๊ก XLR (แบบสามขั้ว)มากขึ้น และมีประสิทธิภาพดีขึ้นเนื่องจากต่อสายยาวๆได้โดยไม่มีปัญหาของการฮัม ออสซิลเลท (ยกเว้นสายนั้นบัดกรีทำไม่ดีเอง)

แจ๊คแบบXLR(3ขั้ว)

นักเล่นส่วนใหญ่จะซื้อสายที่มียี่ห้อ กับหัวปลั๊กมาบัดกรีเองเนื่องจากการใช้งานนั้นหลากหลายรูปแบบ

แล้วทำไมจึงเรียกว่า การต่อสายสัญญาณแบบบาลานซ์? ก็คงเรียกตามรูปแบบของวงจรของเครื่องเสียงซึ่งออกแบบให้มีการส่งสัญญาณออกมาสองเฟส(Hot=เฟสบวกหรือเฟสปกติ ,Cold=เฟสลบหรือแบบกลับเฟส ,Ground= สายดิน/ชิลด์) หากเป็นแบบปกติเดิมๆ(อันบาลานซ์/Unbalanced)จะมีสายสัญญาณกับสายดิน 
เหตุผลของการใช้สัญญาณสองเฟสคือ? เพราะการใช้สัญญาณแบบเดิม(Unbalanced) เมื่อต่อสายยาวๆหรือต่อระบบเสียงหลายขั้นตอน สัญญาณเสียงจะแย่ลงเรื่อยๆ นอยส์สูงและที่น่ากลัวคือเกิดการออสซิลเลทที่เครื่องขยายแบบว่าหูคนไม่ได้ยิน โอกาสเครื่องขยายเสียงไหม้สูงมาก วิศวกรจึงหาวิธีกำจัดสัญญาณอันไม่พึงประสงค์ออกไปให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้  โดยออกแบบใส่ระบบสัญญาณแบบบาลานซ์ไว้ในอุปกรณ์ที่ใช้ในระบบเสียงใหญ่ๆ

การทำงานของวงจรแบบ บาลานซ์(Balanced System)
มันกันสัญญาณรบกวนได้อย่างไร?
  ก่อนอื่นต้องขออธิบายก่อนว่าสัญญาณรบกวน มันมากวนสัญญาณเสียงได้อย่างไร ตรงนี้ไม่ซับซ้อนอะไรมาก มันสามารถรบกวนได้โดยเหนี่ยวนำผ่านสายสัญญาณนั่นเอง เพราะอะไร?เพราะว่าสัญญาณรบกวนก็คือสนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก คลื่นวิทยุ สัญญาณพวกนี้เหนี่ยวนำผ่านสายสัญญาณได้ทั้งนั้นหากมีความแรงพอ และตัวแปรที่ทำให้สัญญาณรบกวนมีความแรงพอหรือไม่ก็ไม่ใช่ใคร ก็สายสัญญาณเองนั่นแหละ 
สายสัญญาณเมื่อมีความยาวก็จะมีค่าเหนี่ยวนำเสมือนเกิดขึ้นและช่องว่างระหว่างโลหะตัวนำสัญญาณก็มีค่าความจุเกิดขึ้น สองอย่างรวมกันแล้วก็เป็นเสาอากาศดีๆตัวหนึ่งเลยเชียว ประจวบเหมาะกับเมื่อมีสัญญาณเสียงวิ่งในสายเกิดสนามไฟฟ้าขึ้นอีก เสริมกันเลยงานนี้ 
 ดังนั้น นี่จึงเป็นสาเหตุว่าทำไมสายสัญญาณดีๆในท้องตลาดจึงมีราคาสูง เพราะการใช้ตัวนำสัญญาณไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติที่ดีมาทำนั่นเอง  เมื่อสายสัญญาณดังกล่าวมีราคาแพงเกินความจำเป็นในระดับผู้ใช้ทั่วไป ผู้ผลิตจึงหาวิธีการที่ว่า ทำอย่างไรสายสัญญาณไม่ต้องแพงมากก็สามารถทำให้ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณดีขึ้น จึงออกแบบระบบส่งสัญญาณแบบบาลานซ์มา โดยทำการส่งสัญญาณออกสองเฟส  
 สัญญาณส่งออก ไม่มีความลับอะไรมากมายเพียงแค่ นำสัญาณเสียงปกติมากลับเฟส 180 ํ ก่อน(วงจรกลับเฟสต้องเป็นวงจรที่ไม่บั่นทอน รูปทรงคลื่นสัญญาณ ความสูงและความถี่) และส่งออกทั้งสองสัญญาณโดย สัญญาณเดิมปกติเป็นขั้ว Hot(เฟส+), สัญญาณกลับเฟสเป็นขั้ว Cold(เฟส-), และสายดิน

แล้วมันทำงานอย่างไร? 
 เมื่อสัญญาณวิ่งผ่านสายสัญญาณที่ตีคู่กันไป สนามไฟฟ้าที่เกิดจากสัญญาณเสียงทั้งสองเฟสจะเป็นตัวคุมไม่ให้สัญญาณทั้งสองเฟสมีการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่รูปสัญญาณได้ (เป็นการตรึงรูปสัญญาณให้คงสภาพ) ดังนั้นสัญญาณที่ส่งออกจะต้องแรงในระดับที่สามารถสร้างสนามไฟฟ้าได้ระดับหนึ่ง

 ถ้าถามว่ามันหักล้างสัญญาณกันใช่หรือไม่?
 ขอตอบว่าไม่ใช่ เพราะถ้าเป็นอย่างนั้นสัญญาณเสียงก็หายไปโดยปริยาย ความจริงมันเป็นการหักล้างกันทางสนามไฟฟ้าที่มีขั้วตรงข้ามกัน การหักล้างนี้มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสัญญาณในสายสัญญาณคือสัญญาณไม่แกว่ง สัญญาณนิ่งขึ้นระดับหนึ่ง(แต่น้อยมาก)เหมือนถูกตรึงไว้ หากมีสัญญาณรบกวนมาเหนี่ยวนำผ่านสายสัญญาณนี้ สัญญาณเสียงก็จะมีอัตราการสวิงค่าแรงดันหรือรูปสัญญาณเพี้ยนไปน้อยลง  เสมือนว่ามีค่าป้องกันขั้นที่สองรองจากสายถักชีลด์ อย่างไรก็ดีสัญญาณรบกวนก็สามารถเหนี่ยวนำเข้ามาได้เช่นกัน หากมีความแรงมากพอ แต่ว่าในส่วนนี้ก็ไม่ได้เป็นส่วนหลักของระบบนี้ เพราะพระเอกตัวจริงของระบบบาลานซ์ จริงๆแล้วอยู่ที่วงจรภาครับสัญญาณ  

วงจรภาครับสัญญาณ

จากรูปวงจรตัวอย่าง สมมุติว่าสัญญาณอินพุตที่เข้ามา มีสัญญาณรบกวนติดมาด้วย ปกติสัญญาณรบกวนที่เหนี่ยวนำเข้ามาจะมีเฟสเดียวกัน เนื่องจากการเหนี่ยวนำ มันจะเหนี่ยวนำพร้อมกันทั้งสองสายเนื่องจากสายสัญญาณอยู่ติดกัน เมื่อเข้าวงจรขยายสัญญาณ ทางเฟสบวก(Hot) จะขยายออกทางเอาท์พุตโดยไม่กลับเฟส แต่ทางด้านเฟสลบ(Cold) เข้าที่ขั้ว invert สัญญาณเอาท์พุตจะกลับเฟส จากลบเป็นบวก เมื่อสัญญาณเสียงออกมารวมกันที่เอาท์พุต จะรวมกันและเป็นเฟสเดียวกัน สัญญาณเสียงได้จะเป็นสองเท่าเป็นอย่างน้อย ส่วนสัญญาณรบกวนจะหักล้างกันเอง เนื่องจากเฟสตรงข้ามกัน สัญญาณที่ได้จึงไม่มีสัญญาณรบกวน หรือมีก็น้อยมาก

สรุป
ข้อดีของระบบบาลานซ์ ก็คือ สัญญาณที่ได้จะแรงขึ้นอย่างน้อยสองเท่า จึงต่อสายได้ยาวขึ้น  ค่าS/Nมีค่าสูง  แต่ระบบจะสมบูรณ์ได้อย่างน้อยต้องมีองค์ประกอบ คือ สายสัญญาณมีคุณภาพดี วงจรบาลานซ์ออกแบบดี ระบบกราวด์ที่ดี

ข้อเสีย เรื่องของความถี่ บางย่านจะมีปัญหา อาจหายไปเนื่องจากความถี่มีค่าสูงขึ้นใกล้เคียงความถี่รบกวน แต่ไม่ใช่ปัญหามากมายนัก

สุดท้ายนี้ การจะต่อสัญญาณแบบบาลานซ์ต้องดูด้วยนะครับว่าเหมาะสมกับงานที่ใช้หรือไม่ ต่อระบบไม่มากแต่ต่อแบบบาลานซ์บางทีเป็นผลเสียไปเลยก็มี เครื่องเสียงมีการใช้งานหลายประเภทต้องใช้ความสามารถแยกแยะ และพิจารณา เครื่องเสียงบ้านขอแนะนำให้ใช้แบบ อันบาลานซ์ จะเสี่ยงน้อยกว่าเนื่องจากระบบเครื่องเสียงบ้านส่วนมากถูกออกแบบมาให้ต่อระบบน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อไม่ให้เสียงผ่านระบบปรุงแต่งมากเกินไป  เพราะมันมีขอบเขตพื้นที่ ที่แน่นอนกว่าระบบ PA