DIY акустика. Теория и практика построения самодельных АС.

Потенциал или напряжение, вызывающее шумовые токи, образуется между независимыми заземлениями двух или более приборов в системе. Сопротивление этой цепи низкое, поэтому по закону Ома , даже при низком напряжении сила тока высока. Чтобы измерить сопротивление стального шасси потребуется омметр с очень высокой разрешающей способностью. Имеются в виду тысячные доли Ома.

Земляные петли не представляю никакой опасности, если в Вашей аппаратуре используются точно рас­считанные и хорошо сбалансированные симметричные коммутационные соединения. Симметричная схема соединений была специально разработана с целью устране­ния воздействия шумовых токов, т.к. полностью избежать их появления невозможно. К сожалению, многие производители аудиооборудования с симметричными входами/выходами неправильно проектируют систему заземления внутренних элементов, таким образом создавая оборудование, подверженное воздействию прохо­дящих через соединительные кабеля фоновых токов. Это одна их причин, по которой иногда симметричный тип коммутации имеет плохую репутацию.

С другой стороны, симметричный тип коммутации вызывает отрицательное отношение у тех, кто рассчитывает добиться более высокого качества путем интегрирования несимметричной аппаратуры с симметричной аппаратурой более высокого класса. Но симметричная схема коммутации не совместима с несимметричной.

Несмотря на малые физические размеры и короткие кабеля несимметричных систем (домашняя аудио аппарату­ра ), они также содержат земляные петли с блуждающими шумовыми токами. Но в несимметричных системах эти токи не настолько мощны, чтобы вызвать искажение аудиосигнала и появление шума. Совершенно другое дело, когда между собой коммутируется симметричная и асимметричная аппаратура, т.к. схемы симметричной и несимметричной коммутации действительно не совместимы.

В профессиональной практике звукоусиления применяются симметричные соединительные кабеля, с соединием экрана на обоих концах кабеля с металлическим шасси (непосредственно на входе в прибор). В симметричном соединительном кабеле должно быть три изолированных проводника -- два провода для передачи сигнала ( + и -), а третий - экран. Экран необходим для защиты чувствительных к помехам аудио линий. Только применение симметричных соединительных кабелей может гарантировать отсутствие фона переменного тока. Кабель обязательно должен быть двухжильный и со свитыми жилами (витая пара). Кроме этого соединение экрана на обоих концах кабеля с шасси гарантирует наилучшую защиту от внешних радиопомех (RFI) и других шумов.

Все сводится к применению симметричных линий, только симметричных линий и ничего кроме симметричных линий. Именно для этого они и были разработаны. Кроме этого, необходимо соединить экран на одном и втором концах кабеля с шасси непосредственно на входе в шасси .

Так как в стандартных XLR кабелях экраны на обоих концах кабеля припаиваются к штырьку 1 разъема, 1-й штырь должен быть соединен с шасси( т. н. корпусной землей) а не с сигнальной землей, как это обычно приня­то.

Наиболее кардинальное отличие от обычной практики коммутации профессиональной аудио аппаратуры зак­лючается в том, что сигнальная земля не должна использоваться . Данный принцип не нуждается в какой-либо аргументации. Это, попросту, единственный верный способ, которому необходимо следовать. Возникает вопрос, почему же тогда коммутация аудиотехники не выполняется именно таким образом? Вообще-то кое-кто так и поступал, а с 1993 года этой практики стали придерживаться многие. Так почему же так не поступают и все остальные? Ответ прост - жизнь сложна, некоторым тяжело измениться и в пользовании всегда будет какое-то количество техники выпущенной до того, как на практике стали применять именно такой тип коммутации.

Вторая причина - несимметричная аппаратура: она везде, дешевая и легко доступна. Соединители RCA и « jack» применяются в бытовой технике, устройствах обработки сигналов, полупрофессиональных цифровых и аналоговых магнитофонах, компьютерных платах, микшерных пультах и т.д. «Слепое» подключение несимметричной аппаратуры к симметричной дает образец шума и нестабильной работы, и требует применения чрезвычайных мер по исправлению ситуации.

Наиболее быстрый, простой и надежный метод соединения симметричной и несимметричной аппаратуры - трансформаторная развязка всех несимметричных соединений. При применении трансформаторной развязки нет необходимости в модификации соединительных кабелей. Фактически можно со­стыковать две любые единицы аудиотехники без риска нежелательных помех и шумов.

Второй способ получения необходимой изоляции - применение т.н. Directbox. Исходно его название объяс­няется его назначением - преобразовать низкоуровневый высокоомный выходной сигнал электрогитары в высоко­уровневый низкоомный сигнал, который можно подключать напрямую (direct) к пульту. Сейчас так называется любой блок преобразования несимметричных линий в симметричные.

Если у Вас нет трансформаторной развязки, у Вас остается единственный выход - использовать специальные кабеля. Основная цель - предотвратить попадание токов из земляных петель в звуковой тракт.

Абсолютно справедливо, что подсоединение обоих концов экрана теоретически является наилучшим способом состыковки аппаратуры - при условии, что правильно выполнено внутреннее заземление стыкуемой аппаратуры. Так как в большей части аппаратуры неправильно выполнено внутреннее заземление, соединение обоих концов экрана применяется редко, т.к. при этом обычно получают связь с высоким уровнем шумов.

Обычная практика разрешения такого рода проблем (т.е. устранение фона переменного тока) - отсоединить один конец экрана. С какой стороны отсоединить экран - вопрос личного предпочтения и должен неукоснительно соблюдаться: выберите входной или выходной конец ка­беля и отсоедините экран именно на том конце, который Вы выбрали. При отсоединении одного конца экрана ис­чезает путь прохождения шумовых токов, соответственно, исчезает шум - но только при низких частотах. При отсоединении экрана на одном из концов кабеля возрастает возможность появления высокочастотных (радио) помех, т.к. экран превращается в своего рода антенну. Для устранения возможности появления радиочастотных помех часто впаивают небольшой керамический дисковый конденсатор емкостью 0,1 или 0,01 микрофарад между отсоединенным концом экрана и шасси. Так как многие до сих пор пользуются именно такими типами кабелей, это означает, что вышеуказанная защита от радиочастотных помех достаточно эффективна, хотя рост использования цифровой и беспроводной техники увеличивает потенциальную возможность возникновения в будущем проблем с радиочастотными помехами.

Многие аппараты оснащены переключателем разъе­динения заземления. Однако в очень редких случаях он помогает в устранении помех по «земляной» шине. На практике присутствие этого переключателя только суще­ственно усложняет возможность «корректного» заземле­ния устройства и, способность противостоять возникнове­нию фона переменного тока. Переключатель разъединения заземления - один из вариантов, который можно попробовать при возникновении каких-либо проблем с заземлением. Тем не менее, абсолютно точно можно ут­верждать, что корректно заземленная аппаратура и без всяких переключателей разъединения земли действительно гарантирует отсутствие фона переменного тока. Все проблемы из-за того, что большая часть аппаратуры заземлена некорректно (как внутренне, так и внешне).

Оборудование обычно продается с переключателем, установленным в положение ”grounded”, т.е. шасси соединено с сигнальной землей. (Это лучшее и самое «безопасное» положение “ground lift”) . Если после коммутации Вашей системы наблюдается чрезмерный шум и фон переменного тока, значит где-то в конфигурации заземления есть несовместимость.
Симметричные аппараты с внешними источни­ками питания (включаемыми прямо в розетку или имеющи­ми сетевой кабель) не заземляют шасси через сетевой ка­бель. Такая аппаратура должна быть надежно за­землена, т.е. шасси должно быть соединено с землей. Лю­бое устройство с 3-х контактной сетевой вилкой, (например - усилитель), может выступать в роли точки заземления на землю.

Вы можете столкнуться с так называемым «плавающим асимметричным» выходом, иногда его называют псевдо- или квази-симметричный выход. В данной конфигурации земля выходного каскада не подсоединена внутри устройства и «кольцо»(ппд) джека соединено с сигнальной землей через резистор с маленьким сопротивлением. Благо­даря этому «кольцо» и «штырь» джека “оказываются» с одинаковым импедансом и почти симметричным выходным каскадом, даже если выходная схема несимметрична.

Плавающая не симметрия часто используется для получения как симметричного , так и несимметричного входа, в зависимости от того какой тип стандартного кабеля используется. При наличии фона переменного тока нужен специальный кабель.

РЕЗЮМЕ

Если Вы не в состоянии выполнить все так как надо (т.е. применять полностью симметричные коммутационные соединения, соединяя экраны с шасси в месте входа, или преобразуя несимметричные сигналы в симметричные с помощью трансформаторной развязки), значит не будет и никакой гарантии от появления фона.

Чтобы выйти победителем в борьбе с шумами при коммутации:

-- Везде, где возможно, пользуйтесь симметричным типом коммутации;
-- Для изоляции всех несимметричных соединений от симметричных используйте трансформаторную развязку;
-- При невозможности применения трансформаторной развязки для изоляции несимметричных линий воспользуйтесь специальными кабелями;
-- Длина любого несимметричного кабеля не должна превышать 3 метров. Кабеля длиной более 3 метров будут усиливать все побочные эффекты паразитных земляных контуров;
-- Если все вышеперечисленное не помогает, оцифруйте все и используйте оптические соединения и вы столкнетесь с новым витком проблем...