Storing                                                                                                                                                      <laatst bijgewerkt:  2014-12-15>
In het kort:
Soms wordt er in een audio installatie hinder ondervonden van andere apparatuur, binnenshuis of buitenshuis.
Zulke hinder bestaat altijd uit bijgeluiden. Filters in lichtnetleidingen of speciale netsnoeren helpen hiertegen niet.
Het is ook een misvatting dat zulke storing via het lichtnetsnoer binnenkomt.       

Verwante onderwerpen:
Aardlus, ontaarden,  galvanische scheiding, elektrische veiligheid   

in al deze gevallen is er -als je er last van hebt- sprake van een toegenomen ruis, gepruttel, brom, pieptonen, of definieerbare spraak of muziek van een storende zender. Zulke stoorsignalen tasten NOOIT het detail, de strakke bas, de plaatsing of de ruimtelijkheid van de weergve aan.
Als je geen bijgeluiden waar kunt nemen is er geen probleem en hoef je ook niets te doen.

Inleiding

Het EMC probleem

Hoe herken je een EMC probleem

Wat kun je aan een EMC probleem doen

Normen en de wet

In de band of buiten de band

De GSM test zegt erg weinig



Inleiding

In dit hoofdstuk ga ik in op storingen, beter gezegd "ongewenste signalen".  Zulke signalen kunnen afkomstig zijn van andere delen van je eigen audio apparatuur, maar ook van niet-audio apparatuur of van bronnen buiten je huis.

 

Ik spreek nog al eens van "ongewenste signalen" en niet zozeer van "storing", want zulke signalen kunnen elders zeer gewenst zijn. 
Een voorbeeld: Als er 1 milliwatt 50 Hz brom uit je luidsprekers komt is dat erg hinderlijk (60 dBa is "luid en duidelijk"), maar je wasmachine heeft zo'n 2 Kilowatt van dat spul nodig om goed te werken. (dat is 63 dB meer)

 

De praktijk leert dat er met huiskamer hifi audio apparatuur maar zelden EMC problemen zijn. En als het gebeurt gaat het meestal om legale of illegale zenders in de buurt. Soms is er een probleem met computers, en soms met een ongelukkig geparkeerde GSM telefoon. 

 

Kijk ook in het hoofdstuk "Hoe klinkt Elektronica"

 

Dit hoofdstuk schetst niet meer dan enkele hoofdlijnen van het EMC gebeuren, en toegespitst op de huiskamer-audio-praktijk . Als je meer over deze materie wilt weten kan ik het boek van Goedbloed aanbevelen (zie de link pagina) , maar er zijn ook andere Nederlandstalige bronnen (en een veelvoud in het Engels)

 

Er is nu (2008) ook een serie pagina's waarin een aantal mogelijke EMC problemen nader beschouwd wordt.


Het EMC probleem

EMC betekent Elektro Magnetische Compatibiliteit. Oftewel de mate waarin elektrische of elektronische apparaten elkaar niet storen.

EMC (of beter: het gebrek eraan) behelst altijd 3 dingen: Een stoorbron, een gestoord apparaat en een koppelweg daartussen. Als 1 van die drie ontbreekt is er geen EMC probleem.

 

Allerlei elektrische apparaten kunnen een stoorbron vormen, maar in het bijzonder geldt dat voor apparaten die intern hoogfrequente wisselstromen gebruiken. Een goed voorbeeld is een computer, die tegenwoordig al met gigahertz frequenties werkt.
Gloeilampen en audioversterkers zullen niet gauw als stoorbron optreden, om de simpele reden dat ze niets met hoge frequenties doen.
Radio en TV  zenders zijn uiteraard altijd stoorbronnen, maar alleen als het signaal ergens terecht komt waar we het niet willen hebben.

Er zijn ook natuurlijke stoorbronnen (dus niet man-made of van elektrische apparaten), zoals bliksem, en de tikken die je soms voelt als je in een droge omgeving van je stoel opstaat of een trui uittrekt. 

 

Alle elektrische en elektronische apparaten kunnen gestoord raken, maar sommige apparaten zijn naar hun aard gevoeliger dan andere. Een elektromotor of het stijkijzer zal niet van slag raken door een dichtbije radiozender, tenzij er een elektronisch besturings circuit in zit.

Een audio versterker is in principe "stoorbaar" maar dient -en kan- in flinke mate ongevoelig te zijn. Een radio of TV-ontvanger is juist zo gevoelig mogelijk gemaakt om zeer bepaalde signalen op te vangen, maar moet ongevoelig zijn voor andere signalen.

 

Dan is er de koppelweg.

Er zijn vier manieren waarop een elektrisch signaal in een ander apparaat kan komen : Geleiding, Magnetische inductie, Capacitieve inductie of  Straling. 

 

Voor geleiding zijn er elektrisch geleidende leidingen nodig. Kabels natuurlijk, maar ook een metalen koelwaterleiding kan als zodanig fungeren. Een aardleiding is in dit verband net zo'n leiding als alle andere. Het feit dat 'ie geel-groene isolatie heeft en met moeder-aarde verbonden is zegt op zich niets. Besef dat elektrische stromen altijd in een kring lopen. Er moet een gesloten circuit van geleiders zijn om een stroom mogelijk te maken. 
In sommige gevallen kan ook een capaciteit deel uit maken van de koppelweg. Bijv. de capaciteit tussen de lichtnet leidingen in je huis en een niet afgeschermd deel van een gevoelige signaalleiding, zoals van een microfoon of een vinyl-platenspeler. We spreken dan over capacitieve inductie.

 

Bij overdracht door magnetische inductie gaat het om magneetvelden. Typische magnetische stoorbronnen zijn transformatoren zoals die in allerlei elektronische appartuur zitten, maar je vindt trafo's ook in stekker voedingen (die vuistgrote knobbels voor in het stopkontact) voor allerlei elektronische spullen, en in verband met halogeen verlichting.
Ook lichtnet kabels die veel stroom voeren (elektrische verwarming) kunnen een bron van magnetische storing vormen.
Het ongewenste signaal wordt doorgaans overgedragen als er een gevoelige signaalleiding (microfoon, Vinyl platenspeler) dicht langs zo'n bron of leiding loopt.  

 

Bij de overdracht door straling zijn er altijd antennes in het spel. En helaas is het niet zo dat antennes alleen antenne zijn als er  "Antenne" op staat. Iedere elektrische geleider kan als antenne werken, dus ook de kabels die aan of tussen je audio apparatuur zitten.

Vooral bij de overdracht door straling speelt de afstand tussen stoorbron en gestoorde een belangrijke rol.

 

Wellicht het meest belangrijke aspect van een EMC probleem is de frequentie, of de golflengte van het ongewenste signaal. Vooral voor de koppelweg is dat van belang. 

Alle verschijnselen van elektromagnetisme moeten bekeken worden in relatie tot de golflengte.

Als de golflengte van het storende signaal groot is ten opzichte van de afmetingen van de apparatuur, incl. de kabels,  dan hebben we overwegend met geleiding te maken of met capacitieve of inductieve koppeling. 

Is de golflengte (zeer) veel kleiner dan spelen straling en antenne werking de hoofdrol.  Die scheiding ligt in de praktijk ergens tussen de 30 MHz en de 80 MHz.

 

Minstens net zo belangrijk is de vraag of de frequenties van het ongewenste signaal zich "in of buiten de band" bevinden. De "band" is hier het frequentie gebied waarin het gestoorde apparaat naar z'n aard werkzaam is. Voor een audio versterker is dat 20 Hz to 20.000 Hz, maar voor bijv. een FM-ontvanger is dat 80 tot 110 Mhz, en intern nog iets in de buurt van 10.7 MHz. 

Voor ongewenste signalen "in de band" zijn de overdrachts mechanismes betrekkelijk eenvoudig: Als zo'n storend signaal via enige manier kan "binnenkomen" is het onmiddelijk  foute boel. 

Voor signalen "buiten de (audio) band" zijn er weliswaar meer overdrachts mechanismes, maar er moet ook een mechanisme zijn dat het ongewenste signaal vertaalt naar iets hoorbaars. In analoge audio apparatuur (versterkers e.d.) is het enige mechanisme dat zoiets kan bewerkstelligen: niet-lineair gedrag. 


Hoe herken je een EMC probleem

In het hoofdstuk "Hoe klinkt elektronica" staat een overzichtje van de meest voor de hand liggende verschijnselen. 

Het gaat altijd om bijgeluiden. De klank of de ruimtelijkheid van je geluids weergave wordt niet beinvloed door evt. storing van buitenaf.


Wat kun je aan een EMC probleem doen

Het oplossen van een EMC probleem in een bestaande installatie is specialisten werk. Het vergt gedetailleerde kennis van het inwendige van de gestooorde apparatuur, de aard van de stoorbron en de koppelweg (wegen). Pas als het probleem goed in kaart gebracht is kunnen er oplossingen bedacht worden.

 

Als de stoorbron een illegale zender is kun je die door het Agentschap Telecom  (zie mijn linkpagina) uit de lucht laten halen. 

Als het een legale zendamateur is zal 'ie doorgaans bereid zijn om mee te werken, en zeker als het een echte amateur is -zo een die nog zelf de meeste van z'n spullen bouwt- heb je een redelijke kans dat 'ie ook de technische kennis heeft om je apparatuur ongevoelig te maken voor zijn zendsignaal.

Als dat niet lukt kun je het bovenvermelde Agentschap Telecom om raad vragen, en soms willen die mensen je apparatuur ook wel eens gratis ontstoren. Een andere toevlucht is de VERON, de vereniging van zend-amateurs. Ook hier zijn soms mensen bereid te vinden om een stoorprobleem te verhelpen. 
Het zelfde verhaal geldt voor storing door omroep zenders, en zenders van militaire,  luchtvaart, of andere "officiele" instanties. 

Als jouw audio apparatuur voldoet aan de daarvoor gestelde immuniteits eisen  en een zendgemachtigde veroorzaakt in jouw huis een veldsterkte die hoger is dan het immuniteits-testnivo dan moeten m.i. de extra ontstoor maatregelen betaald worden door de betreffende zendgemachtigde, ook als die binnen de grenzen van z'n vergunning blijft. 

Die grens ligt op 3 Volt/meter elektrische veldsterkte. Dat wil zeggen dat die zendgemachtigde niet meer dan 3 V/m mag veroorzaken in jouw huis, en dat jouw apparatuur geen problemen mag geven bij 3 V/m
De garantie op je apparatuur vervalt mogelijk als er "in de kasten" wijzigingen worden aangebracht, en dat is in zo'n geval vrijwel altijd nodig.

 

Laat je niet verleiden tot de aanschaf van allerlei filters of speciale kabels in een Hifi winkel. Het personeel daar heeft vrijwel nooit echt verstand van EMC problematiek.
Losse (net) filters en speciale kabels helpen meestal niet. Als je er mee wilt experimenteren, OK, maar eis van te voren een schriftelijke "werkt-niet-geld-terug" garantie.

Ik geef hieronder nog wel een paar tips, want we staan niet helemaal met lege handen, maar lees eerst verder en vergewis je ervan dat er echt een probleem is, want zonder probleem geen oplossingen.


Normen en de wet

De wetten in de EU schrijven voor dat elektrische apparatuur (en nog veel meer) een CE markering moet hebben. De eisen voor elektronische apparatuur gaan o.m. over EMC.

Deze normen zijn  niet "public domain" , d.w.z. je moet er stevig voor betalen, honderden euro's of zo per deeltje. (schandaal: je moet je er als fabrikant aan houden, maar het kost een kapitaal om erachter te komen waar je je precies aan moet houden)

Het is overigens erg technisch gedetailleerde literatuur, en voor de precieze interpretaties heb je niet zelden een technisch jurist nodig.

Het uitvoeren van de metingen vereist gespecialiseerde en kostbare apparatuur. Een test sessie bij een gecertificeerd bedrijf kost al gauw een paar duizend  €.
Ik heb uit hoofde van mijn werk toegang tot de normen voor medische apparatuur (EN60601), en ik heb redenen om aan te nemen dat de normen voor AV aparatuur eerder strenger zijn. Er wordt nl. onderscheid gemaakt tussen apparatuur die in een woon-omgeving gebruikt wordt en apparatuur in bijv. een ziekenhuis dat bijna altijd een eigen transformator heeft naar het midden- of hoogspanningsnet. Bovendien komen veel emissie limieten voort uit overwegingen van het "niet storen van de (publieke) radio omroep" en dat telt in een woon-omgeving veel zwaarder dan in een ziekenhuis of een industriele omgeving.

 

Hier wat getallen over test limieten uit die medische norm (niet erg exact, maar om je een gevoel voor de orde van grootte te geven)

Emissie:

Een apparaat mag niet meer dan ongeveer 1 mV stoorsignaal in het lichtnet stoppen over het frequentie gebied 150 kHz tot 30 MHz.

De veldsterkte van uitgestraalde storing in het frequentie gebied 30 tot 1000 MHz moet minder zijn dan ca. 0.07 mV/m op 10 meter afstand

Immuniteit:

Een apparaat moet normaal blijven functioneren als het aangestraald wordt met een zender signaal van 3 V/m in het frequentie gebied van 27 MHz tot 2500 MHz. Het zender signaal is amplitude gemoduleerd met 1 kHz en 80% modulatie diepte.

Voor het frequentie gebied 150 kHz tot 80 Mhz geldt dat het ook goed moet gaan als het zender signaal met 3 Volt op de kabels geinjecteerd wordt (lichtnet zowel als signaal kabels)

Het apparaat moet bestand zijn tegen korte energie-rijke impulsen van 2000 Volt op lichtnet aansluitingen en 1000 Volt op signaal verbindingen. (het equivalent van een bliksem inslag in de buurt)
Het moet bestand zijn tegen elektrostatische ontladingen van enkele duizenden volts. (het soort tikken zoals wanneer je op een droge dag van je stoel opstaat) 

Bij deze immuniteits tests geldt dat de goede werking tijdelijk wel verstoord mag worden, maar dat dat zich vanzelf moet herstellen, dat er geen gevaarlijke toestanden mogen ontstaan en dat er geen corruptie van gegevens mag optreden die zou kunnen leiden tot een verkeerde diagnose of een verkeerde behandeling.

 

Als je in het bovenstaande kijkt naar het verschil tussen de toegestane emissie en de immuniteits test nivo's dan zie je daar een marge van enkele ordes van grootte. Gelukkig maar, want dit garandeert dat de coexistentie van allerlei apparatuur meestal goed gaat.


In de band of buiten de band

Het belangrijkste onderscheid in de aard van ongewenste signalen bij audio apparatuur is de vraag of de frequenties van die signalen in of buiten het audiofrequente gebied, het gebied van hoorbare frequenties liggen. 

 

Storing "in de band" wordt veroorzaakt door bronnen die stoorsignalen produceren met frequenties in het hoorbare gebied van 20 Hz to 20,000 Hz. Dat kan het lichtnet zijn. 50 Hz is een goed hoorbare bromtoon. Maar ook alle harmonischen, boventonen van de lichtnet frequentie kunnen voorkomen, veroorzaakt door o.m. TL-buizen en bijna alle elektronische apparatuur die gevoed wordt uit het lichtnet.

Andere mogelijke bronnen in het huishouden zijn de collector motoren van het scheerapparaat of de keukenmachine en sommig speelgoed, en niet te vergeten: licht dimmers.
Wacht nog even voor je nu het hele huis gaat afstruinen. Zoals eerder gezegd, er is ook een koppelweg nodig.

 

Bij deze lage frequenties zitten we altijd in het nabije veld. De golflengte van de (stoor) signalen is vele, vele  malen groter dan de afmetingen van de geluids installatie. Dat betekent dat de overdracht alleen kan plaats vinden door geleiding, door capacitieve koppeling, of door magnetische koppeling, of door een combinatie daarvan. Straling en antenne werking zijn nagenoeg uitgesloten.

Storing "buiten de band", dus met frequenties boven het hoorbare gebied van 20 Hz to 20,000 Hz is in beginsel onhoorbaar, ongeacht de manier waarop het je apparatuur binnen komt. Zulke signalen kunnen alleen merkbaar worden als er een mechanisme is waardoor ze naar het audiofrequente gebied vertaald worden.

Er zijn drie zulke mechanismes, en ze berusten allemaal op niet-lineair gedrag van de elektronische circuits.


De GSM test zegt erg weinig

Hoewel een doorsnee GSM een gemiddeld zendvermogen van maximaal 0.25 watt gebruikt is dat wel 2 Watt in de pieken. (die dingen zenden maar gedurende 1/8 van de tijd)

Een 2 watt zender produceert op 1 meter afstand een veldstekte van ongeveer 10 Volt/m. (of 140 dBuV/m) Dat is best een flinke veldsterkte waarvan problemen verwacht mogen worden. Zo'n veldsterkte overschrijdt bijv. de test nivo's voor de immuniteit van ziekenhuis apparatuur. Het is dan ook bepaald geen onzin dat men in ziekenhuis afdelingen met veel elektronische apparatuur (o.m. Intensive Care en hartbewaking) de aanwezigheid van mobile telefoons verbiedt.

Voor ziekenhuis apparatuur geldt een test eis van 3 Volt per meter, dus met een GSM vlakbij ga je daar gemakkelijk overheen.

Het goede bericht is dat hifi audio apparatuur werkt met frequenties die zeer veel lager zijn dan die van de GSM, en gemakkelijk ongevoelig gemaakt kan worden voor die hoge frequenties (ca. 900 en 1800 MHz)

Het kan best zo zijn dat als je je GSM tussen de kabelbrij achter je versterker legt je wat onaangename stoorgeluiden hoort. Geen wonder met zo'n veldsterkte, die op decimeter afstanden nog flink wat hoger kan zijn. 

Als je maar met genoeg veldsterkte aankomt krijg je elk apparaat wel op tilt.

De remedie is: Leg die GSM ergens anders neer.





.