ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.09.2024
Просмотров: 538
Скачиваний: 0
Однако уменьшение уровня сигнала и его высокочастотной составляющей зависит не только от параметров кабеля, но и от входных и выходных полных сопротивлений - импедансов (в импедансе учитывается не только уже знакомое нам активное сопротивление, но и реактивное, создаваемое емкостью и индуктивностью) коммутируемых приборов. Обратим внимание на следующий рисунок.
Здесь изображена схема, образующаяся при соединении приборов 1 и 2. Прибор 1 является источником сигнала и имеет выходной импеданс Zo. Прибор 2 представляет собой устройство, принимающее сигнал, и имеет входной импеданс Zi. Выход первого прибора соединен с входом второго при помощи кабеля, обладающего импедансом Zc. Читателям, знакомым с основами электротехники, нетрудно заметить, что на схеме изображен типичный делитель напряжения.
Теперь давайте разберемся, как входной и выходной импеданс приборов вместе с кабелем влияют на уровень и спектр сигнала. Для начала - источник. Как я уже говорил, он обладает выходным импедансом Zo, который образует последовательное соединение с Zc. Ослабление высоких частот увеличивается. В идеальном случае, когда выходной импеданс источника сигнала равен нулю, такого явления не происходит. Однако ничего идеального в природе не существует. Другое дело, что при относительно низких значениях выходного сопротивления источника на звуковой сигнал, то есть на сигнал с ограниченной шириной спектра, это влияние сказывается практически незаметно. При высоких же значениях выходного сопротивления негативное воздействие становится заметным. Приведу некоторые примеры. Импеданс прямых выходов каналов популярного микшерного пульта Mackie 8-Bus составляет 120 Ом. Такое выходное сопротивление считается низким. При подключении выходов микшера к другому устройству (магнитофону, например) завал верхних частот будет заметен меньше, чем при подключении к этому же магнитофону тем же проводом электрогитары с высоким (от 4-5 до 20-30 кОм) выходным сопротивлением. Следовательно, чем выше выходное сопротивление источника сигнала, тем тщательней нужно выбирать кабель, стараться, чтобы он обладал минимально возможными сопротивлением, емкостью и индуктивностью, и, естественно, длиной.
Входное сопротивление влияет на ток в коммутационной цепи. При снижении входного сопротивления ток увеличивается и, тем самым, снижается относительный уровень наведенных помех, так как сопротивление любого типичного источника помех выше сопротивления источника полезного сигнала. Однако наряду с позитивным влиянием низкого входного сопротивления, есть и негативное, которое заключается в потерях уровня сигнала. Эти потери тем больше, чем ниже входное сопротивление приемника сигнала. Некоторые приборы обработки звука имеют регуляторы входного сопротивления, при помощи которых можно с одной стороны уменьшить потери, а с другой - увеличить помехоустойчивость коммутационной линии.
Линии передачи высокочастотных сигналов (цифрового звука, например) представляют одно из важных исключений по отношению к правилу, согласно которому полное сопротивление источника сигнала в идеале должно быть малым по сравнению с сопротивлением нагрузки, а нагрузка должна иметь большее входное сопротивление, чем сопротивление источника, на нее включенного. При передаче высокочастотных сигналов возникает явление отражения волн от неоднородных участков линии. Это приводит к возникновению в линии стоячих волн, нарушающих стабильность ее работы. Для предотвращения этого явления тракт передачи высокочастотных сигналов должен быть согласованным. Это достигается путем подключения нагрузки, имеющей импеданс, равный волновому сопротивлению линии. Хорошим примером этому является цифровой интерфейс SPDIF, линии передачи которого имеют волновое сопротивление 75 Ом.
Хотя в этой статье не рассматривается передача усиленных сигналов (например, от усилителя мощности к акустическим системам), отмечу все же, что для этого необходимо использовать кабели с большим сечением проводников. Чем толще проводник, тем меньше его сопротивление, и тем выше демпинг-фактор.
Помехи В этом разделе я хочу рассмотреть помехи, которые по разным причинам проникают в приборы через коммутационные линии и оказывают негативное воздействие на звуковой сигнал. Для начала постараемся выяснить, что же такое помехи и откуда они берутся.
На выходе любого прибора записи, обработки и усиления звукового сигнала слышен шум, который часто называют "шипением". И для своеобразного сравнения одного шипения с другим и выражения его величины народ придумал массу фраз, вроде "прибор шипит как змея", "как автомобильная камера", "как теща" и т. д. Мне больше всего нравится фраза "шипит как жарящаяся картошка". А еще бывает и "гудение"... Все эти шипения и гудения представляют собой посторонние звуки, которые могут достаточно серьезно ухудшить качество сигнала на выходе прибора. Состоят эти звуки из собственных шумов прибора и наведенных на него и коммутационные линии помех. При этом уменьшение собственного шума прибора является задачей разработчиков, и они для этого прикладывают множество усилий. А вот на уровень наводящихся помех повлиять можно и, соответственно, вполне реально значительно ослабить неприятное шипение и гудение на выходах различных звуковых устройств.
Помехи не могут возникать сами по себе, у них обязательно есть источники, о наличии которых в данном месте можно узнать только после включения всех устройств. При этом устройство, зарекомендовавшее себя как абсолютно тихое в одной студии, может шуметь в другой, да притом и очень сильно. Все зависит от источников помех, в качестве которых могут выступать компьютерные мониторы и системные блоки, холодильники, телевизоры, пылесосы и другие бытовые приборы, находящиеся не только вблизи студийной аппаратуры, но и в соседних помещениях, различное производственное оборудование, электродвигатели лифтов, другое оборудование студии и т. д. Кстати, самыми грозными источниками помех являются сварочные аппараты и дуговые печи - из этих монстров прут помехи всех возможных видов, да еще и гигантского уровня. Пожалуй, сильнее таких помех могут быть лишь помехи, производимые молниями. Итак, давайте рассмотрим основные источники помех.
Помехи по цепям питания Как я уже несколько раз говорил, у каждой помехи есть свой источник. В данном случае таким источником является мощное устройство, а приемником помех - маломощное устройство, питающееся от той же сети, что и мощное. При этом сильные скачки тока, возникающие в цепях питания при работе мощного устройства, наводят помехи на маломощное устройство. Эти помехи отражаются на его работе и, соответственно, на выходном звуковом сигнале. Классическим источником наведения такого рода помех на микрофонный предварительный усилитель, как на маломощное устройство, может оказаться усилитель для студийных мониторов большой мощности. Включившийся регулятор уровня освещения, кондиционер или стиральная машина в соседнем помещении может добавить помех выходному сигналу, из-за этого может произойти непреднамеренное открывание какого-нибудь гейта. Звучат эти помехи, если можно так выразиться, как гудения, жужжания, трески, щелчки, свисты и т. п. Частично от такого рода помех можно избавиться путем использования хороших сетевых фильтров, однако лучше вообще не подключать к одной сети питания мощные и маломощные приборы.
Взаимные емкости Второй причиной проникновения помех являются взаимные емкости. В этом случае источниками помех являются близко расположенные к коммутационным линиям другие коммутационные линии и различные приборы. Помеха возникает из-за того, что между близко расположенными проводниками возникает существенная емкость, способная пропускать переменный электрический ток. Следовательно, сигнал с одного провода может "перебраться" на другой. Очень часто такое явление возникает в плохих многоканальных кабелях, когда они еще и достаточно длинные. При этом на одном канале микшерного пульта слабо прослушивается сигнал, идущий на другой канал. Бороться со взаимной емкостью можно разнесением кабелей на большее расстояние или, в случае многоканальных кабелей, их заменой. Взаимная емкость между проводниками может изменяться из-за механических воздействий на кабель (это называется микрофонным эффектом). Такими воздействиями являются перемещение кабеля, его изгибание, а также рывки, встряхивания и удары. Как следствие механических воздействий можно слышать различные щелкающие звуки, шорохи и прочие призвуки.
Электромагнитное излучение Третьими открытыми воротами для проникновения помех в устройства можно назвать то, что каждый провод коммутационной системы представляет собой антенну, которая ловит электромагнитные волны. В качестве источников таких волн могут выступать расположенные поблизости трансформаторы, радиостанции, высоковольтные линии, компьютерное оборудование, проезжающий мимо транспорт. Поэтому на фоне звукового сигнала может звучать радио, возникать посторонние гудения, шумы и прочие призвуки. Особенно это знакомо гитаристам. Для защиты от этих помех надо, в первую очередь, использовать экранированные кабели и, если это возможно, удалить источники помех. Есть еще одно эффективное средство борьбы с помехами от электромагнитных излучений - применение симметричной коммутации.
В этом случае сигнал от источника к приемнику передается не через одножильный экранированный кабель, а через экранированную пару проводов. При этом через один провод сигнал передается без изменений (этот сигнал, как и провод, называют "горячим" или "плюсовым"), в то время как через другой провод идет тот же сигнал, только в противофазе (этот сигнал, как и провод, называют "холодным" или "минусовым"). Оба сигнала приходят на симметричный вход принимающего устройства, но с помехами, которые "выловили" оба провода - антенны. На входе устройство производит вычитание второго сигнала из первого, при этом помехи вычитаются сами из себя.
Существуют два основных способа реализации симметрии в приборах: электронный и трансформаторный. Электронный способ заключается в применении инвертора. На выходе получаются два противоположных по фазе сигнала. Реализация этого способа вызывает некоторые сложности из-за необходимости компенсации маленького фазового сдвига на инверторе, вследствие которого на выходе устройства разность фаз между сигналами несколько отличается от необходимых 180 градусов. При подключении к электронно-симметричному выходу устройства с несимметричным входом могут возникнуть проблемы из-за замыкания минусового провода с землей. Производители звукового оборудования предлагают различные варианты реализации электронной симметрии.
Трансформаторная симметрия лишена этих недостатков, так как симметричность выхода не зависит от параметров трансформатора. Параметры трансформатора меньше подвержены изменению с течением времени и под воздействием внешних факторов, температуры, например. Однако трансформаторы, обеспечивающие линейные амплитудно-фазово-частотные характеристики, достаточно дороги, так как сложны в расчете и изготовлении. Что касается симметричного входа прибора, то из всех существующих способов его реализации трансформаторный вход является самым близким к идеальному дифференциальному, необходимому для правильного вычитания двух подаваемых на него сигналов.
Заземление Заземление является хорошим способом избавиться от различных помех, которые наводятся на прибор. Однако неправильное заземление может само по себе являться источником помех. Рассмотрим классический рисунок, иллюстрирующий образование так называемой "земляной петли".
Два устройства, соединенные экранированным кабелем, питаются от одной сети, каждое при помощи трехжильного провода, одна из жил которого является земляной. При этом у устройства A есть два земляных пути: один через собственный провод питания, а второй - через экранирующую оплетку звукового кабеля и провод питания второго устройства. Так как провода заземления имеют некоторое сопротивление, то токи, протекающие по этим проводам, создают напряжение на экранирующей оплетке. Оно является помехой звуковому сигналу. Кроме того, земляная петля может работать и как антенна, а мощное устройство образует на земляных проводах серьезные перепады напряжения. И все это безобразие устремляется прямо на вход прибора! В таком случае необходимо проделать действие, которое называется "разрывом земляной петли". Если звуковой сигнал между приборами передается при помощи симметричного соединения, то это сделать очень просто - достаточно отсоединить экранирующую оплетку от разъема, подключенного к входу. На рисунке это место разрыва земляной петли отмечено крестиком. Некоторые устройства имеют специально предназначенные для этого кнопки на задних или передних панелях. Часто этого бывает достаточно, однако в случае несимметричного соединения такой фокус не пройдет. Здесь придется "отрывать" сетевую землю от звуковой, но при этом надо учитывать, что звуковая земля с сетевой обязательно должны соединяться в одной точке. Осуществить отрыв сетевой земли от звуковой без специальной подготовки достаточно сложно, если для этого на приборе нет внешних органов вроде кнопки или двух клемм, соединенных металлической перемычкой. Если такие органы есть (что встречается не часто), то надо либо нажать на кнопку, либо разъединить клеммы, вытащив перемычку. Также, разорвать земляную петлю можно полностью отключив устройство от сетевой земли. Такое в некоторых случаях разумно делать на гитарных усилителях.
Само по себе заземление нужно осуществлять следующим образом.
От каждого прибора должен идти свой земляной провод; соединить эти провода нужно в одной точке, которую по понятным причинам называют "Мекка", и эту точку... А куда ее, собственно говоря, подключить? Лучше всего - закопать в землю что-нибудь массивное и проводящее, и подключится туда. Если такой возможности нет, то можно использовать рубашку силового кабеля, например, ну и в самом крайнем случае - водопроводную трубу. Труба плоха потому, что к ней подключаются все (а она на это совершенно не рассчитана) и она может передавать на земляные провода напряжение больше, чем есть на них самих. От такого заземления может стать хуже, чем было без него. Нельзя допускать последовательного соединения заземлений приборов (плохой способ заземления показан на следующем рисунке).