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宜之佳:音响系统同一点相接解析

文章来源:本站人气:100发表时间:2018/10/30 16:07:15


音响系统出现交流哼声是经常发生的,交流哼声是与供电电源频率等同的噪声。中国供电电源频率是50 Hz,故将50 Hz的噪声定为交流哼声。附加在有用声音内的交流哼声过响会严重影响正常声音的聆听。这种现象让现场调音人员感到棘手,往往采用调音台均衡器的高通滤波器予以抑制,但如此则会破坏有用声音原有的音色;或使用噪声门,则会对低电平信号产生削减。这些不当的处理都缘于没有找到产生交流哼声的根本原因。

实现音响系统同一点相接方能根除音响系统出现的交流哼声。同一点相接指系统内“安全地”、“信号地”及“屏蔽地”三地相连到一点,理想点为“大地”。

1 关于“地”的概念

音响系统涉及到的“地”有:一个是220 V配电系统中的“保护安全地”;一个是音响系统内有用信号构成回路“信号地”及抗干扰“屏蔽地”(或称之传输线外皮屏蔽网地)。

1.1
“安全地”

“安全地”又称之保护接地,是为防止设备带电危及人身安全。通常将音响设备的机壳与地之间牢固连接,形成设备机壳与大地之间有一条低阻抗的电流通路,以保证人身和设施的安全。“安全地”所接之“地”是否有效,取决于接地电阻的大小,阻值越小越好。其数值与接地装置、接地土壤状况以及环境条件等因素有关,根据计算给出地电阻数值应≤4 Ω。

1.2
“信号地”

信号需两根导线传输,由于是交变信号,两根线分别命名“正+”、“负-”,随时间交替变化。在音响系统中常用“热”、“冷”代之“正+”、“负-”。使用三芯平衡线时,两根线信号线并不连接外皮屏蔽网。二芯非平衡线是将其中一根信号线接至外皮屏蔽网,外皮屏蔽网又连通机壳“安全地”故引出“信号地”。

“信号地”的另一层含义是设备内部电路存有一个公共点,该公共点是信号线中的一根集合点,并与机壳相连,如图1所示。


当采用二芯非平衡线传送信号时,外皮屏蔽网连通机壳,外来信号输入到放大器。至于三芯平衡线经内部平衡转换为非平衡,这时其中一根信号线与公共点连通。即使切断外皮屏蔽网也无济于事,但对于二芯非平衡线则等于切断传送的信号源。

1.3
“屏蔽地”

“屏蔽地”是为防止外界干扰引入到信号线从而造成噪声出现,是用铜丝编织的网状套,与音响设备的外壳相连。

2 系统同一点相接

系统同一点相接与系统同一点接“大地”属于两个层面。前者是必须的,后者是充分。

2.1
“系统同一点相接”的含义

系统同一点相接是指系统内“屏蔽地”,设备“机壳”相接于一个公共点,由上文可知此时“信号地”也包含其中,如图2所示。但在实际中由于条件限制不能满足,即各自处理称之非同一点相接,如图3所示。



2.2
系统噪声引入

2.2.1 回路电流的产生

这里所说的噪声是指由多点之间电位差带来的噪声。当电位差与供电电源有关,引入交流哼声。以调音台与功率放大器为例,如图4所示。



图4中A、B两点之间存有电位差,若该电位差由50 Hz信号引起,回路内流动50 Hz交流电流。从上述可知,当调音台及功率放大器“地”构成回路,这时“信号地”含有50 Hz交流信号流经,与有用声音信号一起进入调音台及功率放大器,导致扬声器出现交流哼声。由此看来,A、B两点之间存有电位差是关键点。
2.2.2 解析回路电流产生的原因

A、B两点各自将三“地”就近接到所谓的“地”。这个“地”可称为虚地不是真正的大地。即使接到建筑物各层带有地线图标的地线盒内地线点,由于施工等原因不一定与“大地”相接或存有较大阻值,导致A、B之间的地电阻阻值很大。
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行,但不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,电磁兼容性包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。由于这两个方面存在的实际情况,会使传输线外表受到电磁干扰,问题出现在A、B两地外部干扰的程度并不等同,故而产生电位差。完全做到电磁兼容要求达到的两个方面是非常困难的。

外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰,包括以下几种:

外部的高电压或大电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统;
外部大功率的设备在空间产生很强的磁场,通过互感耦合干扰电子线路、设备或系统;
空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰;
工作环境温度不稳定,引起电子线路、设备或系统内部元器件参数改变造成的干扰;
由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干扰。

2.3
如何避免产生电位差

系统内设备各自的“三地”一点相接,并不接至所谓的“虚地”,仅连接在一起造成悬浮,虽然电位差仍存在,但切断了图4所描述的地回路。
系统内设备各自的“三地”相接一点,均连接到真正的“大地”。接大地是电路连接中最基本的安全措施,以保证所有的电流都能够通过这条最直接的通路流向大地。连接“大地”是通过大地引出的地线完成的,实现大地可使系统正常工作。凡建筑物拥有一个“地线”连接点,以标准制作“地线”。图2所示的公共点为“大地”,并要求各设备机壳引到“大地”的导线电阻值低。虽然产生电磁干扰,但流向大地予以化解,正如避雷针的做法。

3 悬浮

悬浮在文中指与地悬空,让“信号地”不与外界相通。

使用功率放大器“悬浮开关”见图5所示。当“悬浮开关”启用后功率放大器信号地与机壳断开。
设备之间三芯传输线外表屏蔽屏切断三芯传输线外表屏蔽屏网线通过XLR插座“1”端或TRS插座“S”与机壳、“信号地”相接,屏蔽线与XLR插头“1”端或TRS插头“S”切断后,导致图4中地回路被切断。但二芯传输线不可以切断,否则信号随之切断。


4 “安全地”

4.1
保护接地

保护接地是为防止绝缘损坏造成设备带电危及人身安全,将电气设备的外壳与“地”之间牢固连接的保护装置。保护接地的目的是为了使设备与大地之间有一条低阻抗的电流通路,以保证人身和设施的安全。此地应与大地的地线相接。

4.2
380 V三相电供电零线

380 V三相电的一相与零线之间的电压为220 V,220V三芯电源插座的安全地为顶点,220 V火线与零线一右一左。零线与安全地不能接在一起,往往有的在配电盘就将两者接在一起,并在配电盘处接至地线。如果三相用电不平衡,零线会有50 Hz交流电流流动,这时,通向三芯电源插座的安全地的线上存在不同程度的电位差。

实验室曾出现过双手触两台设备连接插头如BNC插头或外壳出现麻电的现象,一旦两个设备的BNC插头、插座连在一起,再手触之麻电消失。这种现象难以理解,想必这是上述原因造成。

4.3
380 V三相五线制

五线制指三条相线、一条零线及一条接大地的安全地线,零线与安全地线分开。

虽然配电盘处“安全地线”接建筑物各层地线盒“地线”,但建筑物各层地线盒地线是否与大地地线畅通相接得到保障。再者,“安全地线”有时很长,带来电阻增大,有的插座处的“安全地线”并非与“大地地线”直通。往往人为将用电处的“安全地线”用很粗的铜线直拉到配电盘接地端,甩开原有的“安全地线”。
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