- Причини появи і усунення паразитних земляних контурів;
- Симетрична і несиметрична комутація;
- Коректне використання контактів роз'ємів і коректна комутація;
- Заземлення на шасі через екран кабелю;
- Перемикач роз'єднання заземлення (Ground lift).
вступ
Всім відома постійна і одвічна проблема - підключити аудіоапаратуру таким чином, щоб уникнути появи різних дивних шумів, фону змінного струму, перешкод, свисту т.д. - незважаючи на дуже високі фінансові витрати, фізичні і психологічні зусилля. Удосконалення технології неминуче викликає постійне вдосконалення електронної техніки і її коммутацію.В цій статті розглянуті практичні рекомендації Товариства Інженерів-акустиків по комутації професійної аудіотехніки.
В даному документі містяться пропозиції щодо зміни зовнішніх з'єднань, виконати які можуть тільки фахівці. За правилами техніки безпеки необхідно, щоб всі заводські способи або засоби заземлення залишалися без змін, забезпечуючи безпеку в експлуатації. В іншому випадку ніякої відповідальності за випадкові або можливі пошкодження фірма-виробник не несе.
Паразитні земляні контури
Майже у всіх випадках основною причиною появи шуму є паразитні земляні контури, неправильне заземлення або його відсутність. Щоб усунути фоновий шум важливо усвідомити причину його появи. Кожен компонент аудіо апаратури має своє власне заземлення. Таке заземлення зазвичай називають сигнальної землею. При комутації декількох апаратів за допомогою сполучних кабелів їх сигнальні землі зв'язуються через провідність кабелю. Земляні петлі з'являються тоді, коли землі апаратів з'єднані між собою також і іншими шляхами: через заземлення кабелю живлення, контактом між металевими шасі апаратів в реке і т.д. У цьому випадку з'являється ланцюг, по якій струм може циркулювати по замкнутому «петлі» від землі одного пристрою до іншого і назад. Таким чином, причиною появи фону є проходження струму по замкнутому ланцюзі, що з'єднує сигнальні землі апаратів. Насправді, навіть при відсутності земляний петлі, через будь-який кабель завжди циркулює незначний шумовий струм (тобто повністю усунути проходження таких струмів по кабелю неможливо).
Потенціал або напруга, що викликає шумові струми, утворюється між незалежними заземленнями двох або більше приладів в системі. Опір цьому ланцюзі низька, тому (завдяки пану Ому, без якого у нас і не було б цих проблем), навіть при низькій напрузі сила струму висока. Щоб виміряти опір сталевого шасі або напрямних река потрібно омметр з дуже високою роздільною здатністю. Маються на увазі тисячні частки ома.
Земляні петлі не уявляю ніякої небезпеки, якщо у Вашій апаратурі використовуються точно розраховані і добре збалансовані симетричні комутаційні з'єднання. Симетрична схема з'єднань була спеціально розроблена з метою усунення впливу шумових струмів, тому що повністю уникнути їх появи неможливо. На жаль, багато виробників аудіообладнання з симетричними входами / виходами неправильно проектують систему заземлення внутрішніх елементів, таким чином створюючи обладнання, схильне до впливу проходять через сполучні кабелі фонових струмів. Це одна їх причин, по якій іноді симетричний тип комутації має погану репутацію.
З іншого боку, симетричний тип комутації викликає негативне ставлення у тих, хто розраховує домогтися більш високої якості шляхом інтегрування несиметричною апаратури із симетричною апаратурою вищого класу. Але симетрична схема комутації не сумісна з несиметричною.
Незважаючи на малі фізичні розміри і короткі кабелю несиметричних систем (домашня аудіо апаратура), вони також містять земляні петлі з блукаючими шумовими струмами. Але в несиметричних системах ці струми не так потужні, щоб викликати спотворення аудіосигналу і поява шуму. Зовсім інша справа, коли між собою комутується симетрична і асиметрична апаратура, тому що схеми симетричною і несиметричною комутації справді не совме Стиму. Нижче наводиться кілька рекомендованих до використання комутаційних схем.
Абсолютно правильний спосіб комутації
Застосовуйте симетричні з'єднувальні кабелю, з'єднавши екран на обох кінцях кабелю з металевим шасі (безпосередньо на вході в прилад). У симетричному сполучному кабелі має бути три ізольованих провідника - два дроти для передачі сигналу (+ і -), а третій - екран. (Див. Рис. 1а). Екран необхідний для захисту чутливих до перешкод аудіо ліній. Тільки застосування симетричних сполучних кабелів може гарантувати (саме гарантувати) відсутність фону змінного струму. Кабель обов'язково повинен бути двожильний і зі звитими жилами (кручена пари). Крім цього з'єднання екрану на обох кінцях кабелю з шасі гарантує найкращий захист від зовнішніх радіоперешкод (RFI) та інших шумів (неонових реклам, світлотехнічних диммеров ...).
Все зводиться до застосування симетричних ліній, тільки симетричних ліній і нічого крім симетричних ліній. Саме для цього вони і були розроблені. Крім цього, необхідно з'єднати екран на одному і другому кінцях кабелю з шасі безпосередньо на вході в шасі (більш докладно про «на обох кінцях» трохи пізніше).
Так як в стандартних XLR кабелях екрани на обох кінцях кабелю припаиваются до штирьку 1 роз'єму, 1-й штир повинен бути з'єднаний з шасі (т. Н. Корпусних землею) а не з сигнальної землею, як це зазвичай прийнято.
Найбільш кардинальна відмінність від звичайної практики комутації професійної аудіо апаратури полягає в тому, що сигнальна земля не повинна використовуватися. Даний принцип не потребує будь-якої аргументації. Це, просто, єдиний вірний спосіб, яким необхідно слідувати. Виникає питання, чому ж тоді комутація аудіотехніки не виконується саме таким чином? Взагалі-то дехто так і надходив, а з 1993 року цієї практики стали дотримуватися багато. Так чому ж так не поступають і всі інші? Відповідь проста - життя складне, деяким важко змінитися і в користуванні завжди буде якась кількість техніки випущеної до того, як на практиці стали застосовувати саме такий тип комутації.
Друга причина - несиметрична апаратура: вона всюди, дешева і легко доступна. З'єднувачі RCA і «jack» застосовуються в побутовій техніці, пристроях обробки сигналів, напівпрофесійних цифрових і аналогових магнітофонах, комп'ютерних платах, мікшерних пультах і т.д.
Наступні розділи містять рекомендації по комутації несиметричною апаратури. «Сліпе» підключення несиметричною апаратури до симетричної дає зразок шуму і нестабільної роботи, і вимагає застосування надзвичайних заходів по виправленню ситуації.
Ще один спосіб коректної комутації
Найбільш швидкий, простий і надійний метод з'єднання симетричною і несиметричною апаратури - трансформаторна розв'язка всіх несиметричних з'єднань (див. Рис. 2). Для цієї мети багато фірм, випускають різні набори. З питання застосування цих наборів Вам необхідно звернутися до центру обслуговування.
Основна мета такого роду адаптерів - можливість використання стандартних кабелів. При застосуванні трансформаторної розв'язки немає необхідності в модифікації сполучних кабелів. Фактично можна зістикувати дві будь-які одиниці аудіотехніки без ризику небажаних перешкод і шумів.
Другий спосіб отримання необхідної ізоляції - застосування т.зв. Direct box. Початково його назва пояснюється його призначенням - перетворити низькорівневий високоомний вихідний сигнал електрогітари в високорівнева низькоомним сигнал, який можна підключати безпосередньо (direct) до пульта. Зараз так називається будь-який блок перетворення несиметричних ліній в симетричні.
Останній коректний спосіб комутації
Якщо у Вас немає трансформаторної розв'язки, у Вас залишається єдиний вихід - використовувати спеціальні кабелю. Основна мета - запобігти попаданню струмів з земляних петель в звуковий тракт.
Абсолютно справедливо, що приєднання обох кінців екрану теоретично є найкращим способом стикування апаратури - за умови, що правильно виконане внутрішнє заземлення стикується апаратури. Так як в більшій частині апаратури неправильно виконано внутрішнє заземлення, з'єднання обох кінців екрану застосовується рідко, тому що при цьому зазвичай отримують зв'язок з високим рівнем шумів.
Звичайна практика вирішення такого роду проблем (тобто усунення фону змінного струму) - від'єднати один кінець екрану. З якого боку від'єднати екран - питання особистих уподобань і має неухильно дотримуватися: виберіть вхідний або вихідний кінець кабелю і від'єднайте екран саме на тому кінці, який Ви вибрали. При від'єднанні одного кінця екрану зникає шлях проходження шумових струмів, відповідно, зникає шум - але тільки при низьких частотах. При від'єднанні екрану на одному з кінців кабелю збільшується ймовірність появи високочастотних (радіо) перешкод, тому що екран перетворюється в свого роду антену. Для усунення можливості появи радіочастотних перешкод часто впаивают невеликий керамічний дисковий конденсатор ємністю 0,1 або 0,01 микрофарад між видаленим кінцем екрану і шасі. Так як багато хто до цих пір користуються саме такими типами кабелів, це означає, що вищевказана захист від радіочастотних перешкод досить ефективна, хоча зростання використання цифрової та бездротової техніки збільшує потенційну можливість виникнення в майбутньому проблем з радіочастотними перешкодами.
Якщо Ви дійсно хочете домогтися повного усунення фону змінного струму в конкретному пристрої, Вам знадобляться спеціальні тестові кабелю (див. Рис. 3), тому що навіть при розпаювання кабелів в точній відповідності з довідковою документації, завжди існує ймовірність неправильного внутрішнього заземлення пристрою. Дані кабелю дозволять Вам поєднати екран з шасі в точці входу (в місці підключення кабелю іншим кінцем), або до штиря 1 або взагалі від'єднати екран. Завдання ускладнюється, якщо в цьому пристрої є багато входів і виходів. Якщо в пристрої використовуються багато кабелів, спробуйте різні варіанти комутації, щоб з'ясувати - чи потрібні спеціальні кабелю більш ніж в одній точці.
На Рис. 4 наводиться кілька варіантів можливої розпаювання кабелів. Знайдіть підходящий варіант виходу (по вертикалі), а потім входу (по горизонталі). На перетині Ви побачите рекомендовану схему розпаювання кабелю.
Ground lift (Роз'єднувач заземлення)
Багато апарати оснащені перемикачем роз'єднання заземлення. Однак в дуже рідкісних випадках він допомагає в усуненні перешкод по «земляний» шині. На практиці присутність цього перемикача тільки істотно ускладнює можливість «коректного» заземлення пристрою і, здатність протистояти виникненню фону змінного струму. Перемикач роз'єднання заземлення - один з варіантів, який можна спробувати при виникненні будь-яких проблем із заземленням. Проте, абсолютно точно можна стверджувати, що коректно заземлена апаратура і без всяких перемикачів роз'єднання землі дійсно гарантує відсутність фону змінного струму. Всі проблеми через те, що більша частина апаратури заземлена некоректно (як внутрішньо, так і зовні).
Устаткування зазвичай продається з перемикачем, встановленим в положення "grounded", тобто шасі пов'язане з сигнальної землею. (Це найкраще і «безпечне» положення "ground lift"). Якщо після комутації Вашої системи спостерігається надмірний шум і фон змінного струму, значить десь в конфігурації заземлення є несумісність. Крім застосування спеціальних кабелів можна порадити спробувати наступне:
1. Спробуйте різні комбінації "ground lift" на апаратах, оснащених ними. Це найкраще робити при відключеному харчуванні!
2. Якщо у Вас повністю симетрична система -Перевірте наявність з'єднань між усіма шасі і захисної землею з метою безпеки і захисту від перешкод. Якщо Ви використовуєте одночасно симетричні і несиметричні прилади- скористайтеся трансформаторними розв'язками (якщо на це є гроші), якщо грошей немає-спробуйте застосувати вищеописані спеціальні кабелю, хоча на це піде багато часу.
3. Симетричні апарати з зовнішніми джерелами живлення (що включаються прямо в розетку або мають мережевий кабель) не заземлюють шасі через мережевий кабель. Переконайтеся в тому, що така апаратура надійно заземлена, тобто шасі повинно бути пов'язане з землею. Будь-який пристрій з 3-х контактної мережевий виделкою, (наприклад - підсилювач), може виступати в ролі точки заземлення на землю. Напрямні река також можуть бути використані для цієї мети, але потрібно звернути увагу на місце розташування гвинтів і міцність фарбування.
Плаваюче, псевдо- і квазі-симетрування.
Ви можете зіткнутися з так званим «плаваючим асиметричним» виходом, іноді його називають псевдо- чи квазі-симетричний вихід. У даній конфігурації земля вихідного каскаду не підключено всередині пристрою і «кільце» (ППД) джека пов'язане з сигнальної землею через резистор з маленьким опором. Завдяки цьому «кільце» і «штир» джека "виявляються» з однаковим опором і майже симетричним вихідним каскадом, навіть якщо вихідна схема несиметрична.
Плавати не симетрія часто використовується для отримання як симетричного, так і несиметричного входу, в залежності від того який тип стандартного кабелю використовується. При наявності фону змінного струму потрібен спеціальний кабель.
РЕЗЮМЕ
Якщо Ви не в змозі виконати всі так як треба (тобто застосовувати повністю симетричні комутаційні з'єднання, поєднуючи екрани з шасі в місці входу, або перетворюючи несиметричні сигнали в симетричні за допомогою трансформаторної розв'язки), значить не буде і ніякої гарантії від появи фону .
Щоб вийти переможцем у боротьбі з шумами при комутації
- Скрізь, де можливо, користуйтеся симетричним типом комутації;
- Для ізоляції всіх несиметричних з'єднань від симетричних використовуйте трансформаторну розв'язку;
- При неможливості застосування трансформаторної розв'язки для ізоляції несиметричних ліній скористайтеся спеціальними кабелями;
- Довжина будь-якого несиметричного кабелю не повинна перевищувати 3 метрів. Кабелю довжиною більше 3 метрів будуть посилювати все побічні ефекти паразитних земляних контурів;
- Якщо все вищеперелічене не допомагає, оцифрує все і використовуйте оптичні з'єднання і Ви зіткнетеся з новим витком проблем.
Повернутися до списку статей
Виникає питання, чому ж тоді комутація аудіотехніки не виконується саме таким чином?Так чому ж так не поступають і всі інші?