Koppel mechanismen voor audio frequente storing.
Inductie door een (voedings) transformator.
Capaciteiten naar de netspanning.
De differentiële signaalverbinding.
Andere hoofdstukken in het EMC verhaal:
In audio systemen wordt soms hinder ondervonden van storing van buitenaf, meestal lichtnet gerelateerd.
In dit hoofdstuk beschrijf ik
De meest voorkomende mechanismen
(koppelwegen) die zulks kunnen veroorzaken.
Hoe je het merkt.
Hoe je kunt vaststellen
met welke koppelweg je te maken hebt.
Wat je er dan aan zou
kunnen doen.
Of luidspreker(kabel)s
er ook last van hebben.
Of geaarde apparaten
hier ook last van hebben.
Of 1 of ander lichtnet filter hier helpt.
Nogmaals: het gaat hier
alleen om storing in het frequentie gebied van 20 Hz tot 20 kHz.
Inductie door een (voedings) transformator.
Fig. 1. Een
signaalkabel die dicht langs de voedingstrafo van 1 of ander apparaat loopt kan
gemakkelijk het slachtoffer worden van inductie.
Zo'n transformator kan in een audio-apparaat zitten, maar het kan ook iets
anders zijn, denk bijv. aan halogeen verlichting. Ook de draden van
laagspannings halogeen verlichting (vooral die op spandraden) kunnen een storend veld veroorzaken.
Hoe merk je het:
Een brom- of zoem geluid tijdens weergave; vooral bij zachte passages.
Hoe bepaal je dat het deze koppelweg is:
Zorg dat je even geen muziek hebt (CD op pauze of gebruik de Stilte-CD) en draai het volume flink op. Wordt het dan harder? nee: dan is het waarschijnlijk iets anders.
Controleer of je signaalkabel dicht langs andere apparaten loopt. Schakel het verdachte apparaat eens uit. Verdwijnt het dan?
Wat kun je er aan doen:
Kabel(s) anders leggen, storend apparaat verder weg zetten.
Gebruik een differentiele verbinding.
Kunnen luidspreker(kabels) er ook last van hebben?
Ja, maar in mindere mate.
Draai het volume op nul. Als het er dan nog is kan het een luidsprekerkabel
zijn, anders is er een versterker probleem.
N.B. Elektrostatische luidsprekers willen wel eens een zwak brom/zoem geluid
geven (oor aan de luidspreker) maar meestal merk je daar niets van op de
luisterpositie.
Kunnen geaarde apparaten er ook last van hebben?
Ja, net zo goed. Maakt niet uit.
Helpt een lichtnet filter hier tegen?
Nee.
N.B. Dit probleem doet zich niet erg gauw voor, want de geïnduceerde storing is voornamelijk common mode. De stoorspanning wordt zowel in de mantel als in de binnenader opgewekt, waardoor apparaat 2 er maar weinig van "ziet". Als er echter nog een ander pad is tussen de massa's van de apparaten dan ontstaat er een situatie als bij de aardlus.
Fig. 2. Door een gebrekkige afscherming kan de lichtnetspanning capacitief inkoppelen op de signaal aders.
Hoe merk je het:
Een brom- of zoem geluid tijdens weergave; vooral bij zachte passages.
Hoe bepaal je dat het deze koppelweg is:
Zorg dat je even geen muziek hebt (CD op pauze of gebruik de Stilte-CD) en draai het volume flink op. Wordt het dan harder? nee: dan is het waarschijnlijk iets anders.
Een gebrekkige afscherming gaat bijna altijd gepaard met "hand-effecten" Als je met je hand in de buurt van de defecte kabel komt verandert de storing. Het kan meer of minder worden of anders gaan klinken..
Wat kun je er aan doen:
Signaal kabels uit de buurt van lichtnet leidingen houden. Defecte kabels
repareren of vervangen.
Gebruik een differentiele verbinding.
Kunnen luidspreker(kabels) er ook last van hebben?
Nee. De de impedantie van
luidsprekers is erg laag. De koppel capaciteit is dan te klein om een
audiofrequent stoorsignaal over te dragen.
Dat is ook de reden dat luisprekerkabels niet afgeschermd (hoeven te) worden.
Kunnen geaarde apparaten er ook last van hebben?
Ja, net zo goed. Maakt niet uit.
Helpt een lichtnet filter hier tegen?
Nee.
Capaciteiten naar de netspanning.
Fig. 3. De
lichtnet bedrading en de voedingstrafo hebben altijd een capacitieve koppeling
naar de rest van het apparaat, vooral de kast. Die capaciteiten zijn
vrijwel nooit symmetrisch verdeeld. Er kan een vereffeningsstroom door de mantel
van een signaalkabel gaan lopen en dat kan zich in iets hoorbaars manifesteren.
Even rekenen:
Practische waarden voor deze parasitaire capaciteiten liggen tussen 0.2 en 2 nF,
bij aparatuur waar een netfilter in zit meestal hoger, tot 5 nF.
In dat ongelukkigste geval is de stroomsterkte ca. 0.3 mA. Dat geeft over een
mantelweerstand van 0.1 Ohm 0.03 mV. Dat is -90 dBV. Het is niet waarschijnlijk
dat je daar last van zult hebben.
Hoe merk je het:
Een brom- of zoem geluid tijdens weergave; vooral bij zachte passages.
Hoe bepaal je dat het deze koppelweg is:
Zorg dat je even geen muziek hebt (CD op pauze of gebruik de Stilte-CD) en draai het volume flink op. Wordt het dan harder? nee: dan is het waarschijnlijk iets anders.
Probeer eerst de mogelijkheid van fig 1 en 2 uit te sluiten. Trek de stekker van apparaat 1 er eens uit. Verdwijnt het dan? Trek de stekkers van alle audio apparaten behalve de versterker er uit. Verdwijnt het dan?
Wat kun je er aan doen:
Door omdraaien van stekers in de contactdoos kan het verbeteren. Een dikke
draad tussen de (metalen) kasten van de apparaten kan verbetering geven. Die
draad hoeft niet per se geaard te worden.
Gebruik een differentiele verbinding.
Kunnen luidspreker(kabels) er ook last van hebben?
Mogelijk bij elektrostatische luidsprekers, want die hebben ook een lichtnet transformator.
Kunnen geaarde apparaten er ook last van hebben?
Als alle apparaten goed geaard zijn zal dit mechanisme niet optreden. Maar de meeste audio aparatuur heeft geen aardingsvoorziening.
Helpt een lichtnet filter hier tegen?
Nee.
Fig. 4. Het
klassieke geval van de aardlus. De apparaten zijn geaard via verschillende
wegen. Niet zelden staat er een geringe lichtnet-wisselspanning tussen zulke
aardpunten. Er kan een vereffeningsstroom door de mantel van de signaalkabel
lopen.
Praktijkvoorbeeld: Apparaat 1 was een FM-tuner die via het TV/FM kabelnet
een paar straten verderop geaard was en apparaat 2 was de eindversterker die via
de huisinstallatie geaard was.
Een typisch geval waarbij je in de huiskamer met dit probleem te maken kunt
krijgen is als je actieve luidsprekers gebruikt, dus als de eindversterkers
in-of bij de luidsprekerkasten staan. De signaalkabels zijn dan vaak vrij lang
en de apparatuur is mogelijk op verschillende eindgroepen aangesloten.
Hoe merk je het:
Een brom- of zoem geluid tijdens weergave; vooral bij zachte passages.
Hoe bepaal je dat het deze koppelweg is:
Zorg dat je even geen muziek hebt (CD op pauze of gebruik de Stilte-CD) en draai het volume flink op. Wordt het dan harder? nee: dan is het waarschijnlijk iets anders.
Probeer andere
mogelijkheden uit te sluiten. Controleer of er verschillende aard-paden mogelijk
zijn. Let daarbij op antenne kabels, maakt die contact met een bliksemafleider
of een dakgoot?
Neem antenne kabels eens los.
Verbreek alle verbindingen aan apparaat 1, behalve de signaalkabel. Verdwijnt
het dan was het mogelijk een aardlus.
Onderbreek tijdelijk de veiligheids aarde naar je apparatuur. Verdwijnt het dan
was het hoogstwaarschijnlijk een aardlus.
Waarschuwing: Een veiligheids aarde mag niet blijvend onderbroken
worden.
Opmerking: De meeste huiskamer audio apparatuur hoeft niet geaard te worden en
heeft er meestal ook geen voorzieningen voor. Het aanbrengen van aarding levert
vaak juist problemen op..
Wat kun je er aan doen:
Als het om een FM/TV kabel gaat kun je een "ontaardings trafo"
kopen bij de betere bruingoedwinkel en die in de antenne kabel opnemen.
Alternatief: de mantel zowel als de binnen ader van de antennekabel via
condensatortjes van een paar honderd pF aansluiten op de FM-tuner. Let ook op de
TV-spullen.
Verbind de mantel van de TV/FM kabel met de veiligheids aarde, waar die het huis
in komt, bijv. in de meterkast, of in het audio rek.
Gebruik een differentiele
verbinding.
Als je signaalverbindigen hebt tussen apparatuur die op verschillende
eindgroepen aangesloten is (de PC op zolder of zo) dan kan het helpen om alles
op 1 en dezelfde eindgroep te zetten, maar dat is soms een heel gedoe met die
snoeren. In de elektrische installatie in een woonhuis komt het betrekkelijk
weinig voor dat er spanningsverschillen tussen de aardes van de diverse eindgroepen zijn. Daarvoor moeten er substantiele stromen door die geel/groene
draden lopen, en dat is zelden het geval. Ja, de geel/groene van badkamer groep
moet met de waterleiding verbonden zijn, en via de CV met de gasleiding en dat
kan een vereffeningsstroom opleveren; Anderzijds: water- en gas komen
tegenwoordig meestal via plastic buizen het huis in.
Kunnen luidspreker(kabels) er ook last van hebben?
Nee, tenzij er aardverbindingen aan de luidsprekers zitten. (kan bij elektrostaten het geval zijn)
Kunnen geaarde apparaten er ook last van hebben?
Dit probleem komt vooral voor bij geaarde apparaten.
Helpt een lichtnet filter hier tegen?
Nee.
De
differentiële signaalverbinding.
Deze paragraaf is geen voorbeeld van een koppelmechanisme, maar juist
van het voorkomen van zulke koppeling.
Fig. 5. Bij
een differentiele verbinding -ook wel symmetrisch genoemd- is er geen probleem
als er een stoorstroom door de mantel van de signaalkabel loopt, of als er op
andere wijze een potentiaalverschil tussen de apparaten optreedt.
De essentie is dat apparaat 2 alleen gevoelig is voor signaalspanning tussen
de twee getwiste aders (dat twisten moet ook, de parasitaire capaciteiten moeten
ook symmetrisch verdeeld zijn)
Voor signaalspanningen die tussen de aders enerzijds en afscherming/massa
anderzijds staan is apparaat 2 ongevoelig.
Zulke verbindingen worden vaak met XLR connectoren gemaakt, maar dat is niet
strikt noodzakelijk.
Opm: Deze aanpak werkt meestal ook als apparaat 1 het signaal niet differentieel aanbiedt.
Opm: In de podium- en studio wereld wordt er vrijwel uitsluitend gebruik gemaakt van zulke differentiele verbindingen met XLR connectoren. In het bijzonder als apparaat 1 een microfoon is met een lange kabel. Het aardpad is dan weliswaar capacitief en er zal slechts een geringe stroom lopen, maar omdat microfoons zo weinig signaal geven heb je toch gauw een probleem als de verbinding niet symmetrisch is.