Ну вот, как обещал чуть раньше, несколько более подробный конспект выступления Тони Валдрона (Tony Waldron) на ежемесячном вечере в Британском отделении AES в Лондоне 13 января.
Тема лекции была "Заземление и электромагнитная совместимость" .
Я, честно говоря, ожидал достаточно скучного выступления, но ошибся. Тони уже много лет работает в компании CADAC Electronics PLC, производящей профессиональную аудио аппаратуру - консоли, пульты, микшеры и т.п. , как аналоговые, так и цифровые. Я попытаюсь здесь коротко изложить некоторые моменты из того, что я могу вспомнить по моим заметкам в блокноте.
Основная идея лекции - показать необходимость и преимущество так называемого распределённого заземления (Mesh Earth ). Традиционно в последние несколько десятилетий были распространены схемы заземления звездой (Star Earth), которая неплохо работала, пока не началось сильное загрязнение как сети, так и эфира мощными радиопомехами от импульсных блоков питания, тиристорных регуляторов, затем персональных компьютеров и наконец мобильных телефонов. Кроме этого внутри аудио аппаратуры тоже появились свои источники ВЧ помех в результате распространения цифровой обработки и микропроцессорного управления. В таких условиях каждый, даже минимальный отрезок кабеля, становится антенной, котрая может быть как передающей, так и приёмной. Соответственно традиционные методы заземления оплётки соединительного балансного кабеля только с одного конца только усугубляют проблему. Компания Тони лет так 15 назад решилась на очень решительный и в то время совершенно революционный шаг по изменению способа заземления выпускаемой ими аппаратуры. Это потребовало полной переработки корпусов, применения другого типа разъёмов, но это сэкономило им много денег и нервов в течение этих лет. Применённый ими тогда способ - сейчас уже введён в Европейские стандарты (BSEN61000-5-2) по заземлению зданий. Надо сказать, что этот способ не новый, а хорошо забытый старый - он был разработан и применялся в 1920-е - 30-е годы.
Суть этого способа - это подсоединение оплётки ВСЕХ соединительных кабелей на обоих концах непосредственно (прямо на корпусе разъёма или не более чем 10-15 мм провода) к массивному и сплошному металлическому корпусу аппаратуры. Причём именно сплошному - ни щелей, ни отверстий, не закрытых плотной металлической сеткой. Соответственно все разъёмы монтируются прямо на этом массивном корпусе без зазоров. Раньше считалось, что при подключении земли на обоих концах возникает земляная петля, по которой в результате разности потенциалов между подключёнными землями двух аппаратов, возникает ток и, соответственно, наводка = фон. Но подключение всех оплёток сильно снижает сопротивление земляного проводника, что приводит к снижению разности потенциалов земли и в результате к УМЕНЬШЕНИЮ тока наводки. Когда в наличии недостаточное количество кабелей, их компания использует дополнительный параллельный земляной провод - многожильный и большого сечения - 35 кв. мм, то есть примерно 7мм в диаметре. В результате разность потенциалов корпусов становится настолько малой, что токи наводок по каждому проводу минимальны, и в то же время вся система заземления и экранирования работает до очень высоких частот - вплоть до 1 ГГц, эффективно уменьшая помехи и наводки. Когда они перешли к такой системе, они неожиданно обнаружили, что общий уровень шума их консолей на аудио частотах улучшился на 10-15 дБ, а уровень экранирования на высоких частотах - на 30 и более дБ.
Тони говорил больше двух часов и привёл массу примеров, когда применение распределённого заземление позволило полностью решить проблему наводок и фона в самых больших и сложных инсталляциях. Он также заметил, что многие компании не придают заземлению достаточного значения, и в результате их аппаратура, как бы хороша она не была сама по себе, может быть крайне зловредной по отношению к другим аппаратам и системе в целом.
Во всей их аппаратуре применяются индуктивные подавители синфазного ВЧ сигнала (Common Mode Choke) на КАЖДОМ входе и выходе. Наилучшим, с точки зрения Тони, способом подключения сигнальных проводов до сих пор является балансный трансформатор в сочетании с индуктивным фильтром синфазного сигнала - первый давит синфазную помеху до нескольких десятков килогерц, а второй - на более высоких частотах. К сожалению, он говорит, что им пришлось большей частью отказаться от применения сигнальных трансформаторов по причине их очень высокой стоимости.
Здесь я пока закончу мой конспект, хотя Тони касался ещё очень многих моментов, и попробую сделать пару выводов, непосредственно касающихся потребителей, каковыми большинство читающих этот форум является.
__________________________________________
Надо заметить, что в профессиональной аппаратуре практически все соединения - балансные, то есть по земляному проводу ток сигнала не протекает, в отличие от бытовой аппаратуры - небалансной, когда земляной провод является путём возврата для тока сигнала. Поэтому применять распределённое заземление в бытовой аппаратуре никто не пытается, и в результате мы пожинаем плоды радиочастотной интерференции в полном объеме. Часто неэкранированный кабель может оказаться лучше экранированнного, начинает влиять геометрия кабелей и т.д. и т.п. Как было видно из лекции Тони, даже при использовании балансного подключения далеко непросто обеспечить хорошую развязку от помехи и правильное подключение общего провода и заземления. Требуются прямо драконовские меры для борьбы как с приёмом, так и с излучением радиочастотных помех. В условиях же бытовой аппаратуры шансов на разумное решение проблемы остаётся крайне мало, а методом тыка, даже научного, хороший результат получить непросто. ПОэтому одна из вполне реальных гипотез, объясняющих разницу в звучании (заметьте, не ПРОВОДОВ, а СИСТЕМЫ, использующей эти провода !) - это влияние радиочастотной помехи и наводок по общему проводу. При этом становится ясно, что многие параметры проводов, не имеющие практически никакого влияния на звуковых частотах, могут категорическим образом изменить поведение системы на ВЧ. Надо также отметить, что огромное количество современной аудио аппаратуры сами же и являются источниками ВЧ помех, в результате применения цифровой техники и импульсных блоков питания.
Вывод печален - сделать соединения как следует в бытовых условиях крайне сложно, и даже определить источники помех достаточно затруднительно. Остаётся тыкаться с проводами
Я, правда, собираюсь поэкпериментировать с фильтрами синфазной помехи... . Так что не надо без разбору ругать "эзотериков" - у них могут быть вполне реальные причины неудовольствия от проводов. И, к сожалению, пока простого и инженерно правильного решения этой проблемы в домашних условиях при использовании серийной потребительской аппаратуры просто нет.
Кстати, одна из полезных сторон хорошего UPS - это как раз развязка от помех.
Мог бы написать ещё в три раза больше, но надо и спать когда-нибудь... .
Алексей
Тема лекции была "Заземление и электромагнитная совместимость" .
Я, честно говоря, ожидал достаточно скучного выступления, но ошибся. Тони уже много лет работает в компании CADAC Electronics PLC, производящей профессиональную аудио аппаратуру - консоли, пульты, микшеры и т.п. , как аналоговые, так и цифровые. Я попытаюсь здесь коротко изложить некоторые моменты из того, что я могу вспомнить по моим заметкам в блокноте.
Основная идея лекции - показать необходимость и преимущество так называемого распределённого заземления (Mesh Earth ). Традиционно в последние несколько десятилетий были распространены схемы заземления звездой (Star Earth), которая неплохо работала, пока не началось сильное загрязнение как сети, так и эфира мощными радиопомехами от импульсных блоков питания, тиристорных регуляторов, затем персональных компьютеров и наконец мобильных телефонов. Кроме этого внутри аудио аппаратуры тоже появились свои источники ВЧ помех в результате распространения цифровой обработки и микропроцессорного управления. В таких условиях каждый, даже минимальный отрезок кабеля, становится антенной, котрая может быть как передающей, так и приёмной. Соответственно традиционные методы заземления оплётки соединительного балансного кабеля только с одного конца только усугубляют проблему. Компания Тони лет так 15 назад решилась на очень решительный и в то время совершенно революционный шаг по изменению способа заземления выпускаемой ими аппаратуры. Это потребовало полной переработки корпусов, применения другого типа разъёмов, но это сэкономило им много денег и нервов в течение этих лет. Применённый ими тогда способ - сейчас уже введён в Европейские стандарты (BSEN61000-5-2) по заземлению зданий. Надо сказать, что этот способ не новый, а хорошо забытый старый - он был разработан и применялся в 1920-е - 30-е годы.
Суть этого способа - это подсоединение оплётки ВСЕХ соединительных кабелей на обоих концах непосредственно (прямо на корпусе разъёма или не более чем 10-15 мм провода) к массивному и сплошному металлическому корпусу аппаратуры. Причём именно сплошному - ни щелей, ни отверстий, не закрытых плотной металлической сеткой. Соответственно все разъёмы монтируются прямо на этом массивном корпусе без зазоров. Раньше считалось, что при подключении земли на обоих концах возникает земляная петля, по которой в результате разности потенциалов между подключёнными землями двух аппаратов, возникает ток и, соответственно, наводка = фон. Но подключение всех оплёток сильно снижает сопротивление земляного проводника, что приводит к снижению разности потенциалов земли и в результате к УМЕНЬШЕНИЮ тока наводки. Когда в наличии недостаточное количество кабелей, их компания использует дополнительный параллельный земляной провод - многожильный и большого сечения - 35 кв. мм, то есть примерно 7мм в диаметре. В результате разность потенциалов корпусов становится настолько малой, что токи наводок по каждому проводу минимальны, и в то же время вся система заземления и экранирования работает до очень высоких частот - вплоть до 1 ГГц, эффективно уменьшая помехи и наводки. Когда они перешли к такой системе, они неожиданно обнаружили, что общий уровень шума их консолей на аудио частотах улучшился на 10-15 дБ, а уровень экранирования на высоких частотах - на 30 и более дБ.
Тони говорил больше двух часов и привёл массу примеров, когда применение распределённого заземление позволило полностью решить проблему наводок и фона в самых больших и сложных инсталляциях. Он также заметил, что многие компании не придают заземлению достаточного значения, и в результате их аппаратура, как бы хороша она не была сама по себе, может быть крайне зловредной по отношению к другим аппаратам и системе в целом.
Во всей их аппаратуре применяются индуктивные подавители синфазного ВЧ сигнала (Common Mode Choke) на КАЖДОМ входе и выходе. Наилучшим, с точки зрения Тони, способом подключения сигнальных проводов до сих пор является балансный трансформатор в сочетании с индуктивным фильтром синфазного сигнала - первый давит синфазную помеху до нескольких десятков килогерц, а второй - на более высоких частотах. К сожалению, он говорит, что им пришлось большей частью отказаться от применения сигнальных трансформаторов по причине их очень высокой стоимости.
Здесь я пока закончу мой конспект, хотя Тони касался ещё очень многих моментов, и попробую сделать пару выводов, непосредственно касающихся потребителей, каковыми большинство читающих этот форум является.
__________________________________________
Надо заметить, что в профессиональной аппаратуре практически все соединения - балансные, то есть по земляному проводу ток сигнала не протекает, в отличие от бытовой аппаратуры - небалансной, когда земляной провод является путём возврата для тока сигнала. Поэтому применять распределённое заземление в бытовой аппаратуре никто не пытается, и в результате мы пожинаем плоды радиочастотной интерференции в полном объеме. Часто неэкранированный кабель может оказаться лучше экранированнного, начинает влиять геометрия кабелей и т.д. и т.п. Как было видно из лекции Тони, даже при использовании балансного подключения далеко непросто обеспечить хорошую развязку от помехи и правильное подключение общего провода и заземления. Требуются прямо драконовские меры для борьбы как с приёмом, так и с излучением радиочастотных помех. В условиях же бытовой аппаратуры шансов на разумное решение проблемы остаётся крайне мало, а методом тыка, даже научного, хороший результат получить непросто. ПОэтому одна из вполне реальных гипотез, объясняющих разницу в звучании (заметьте, не ПРОВОДОВ, а СИСТЕМЫ, использующей эти провода !) - это влияние радиочастотной помехи и наводок по общему проводу. При этом становится ясно, что многие параметры проводов, не имеющие практически никакого влияния на звуковых частотах, могут категорическим образом изменить поведение системы на ВЧ. Надо также отметить, что огромное количество современной аудио аппаратуры сами же и являются источниками ВЧ помех, в результате применения цифровой техники и импульсных блоков питания.
Вывод печален - сделать соединения как следует в бытовых условиях крайне сложно, и даже определить источники помех достаточно затруднительно. Остаётся тыкаться с проводами
Я, правда, собираюсь поэкпериментировать с фильтрами синфазной помехи... . Так что не надо без разбору ругать "эзотериков" - у них могут быть вполне реальные причины неудовольствия от проводов. И, к сожалению, пока простого и инженерно правильного решения этой проблемы в домашних условиях при использовании серийной потребительской аппаратуры просто нет. Кстати, одна из полезных сторон хорошего UPS - это как раз развязка от помех.
Мог бы написать ещё в три раза больше, но надо и спать когда-нибудь... .
Алексей