Электро-магнитная совместимость аналоговых компонентов аудио комплекса с цифровым источником сигнала
Проблема электро-магнитная совместимости (В дальнейшем ЭМС) аудио комплекса с цифровым источником аудио сигнала представляет собой задачу, которой обычно не уделяется должного внимания. А зря. Ибо, все достоинства отдельных частей аудио комплекса могут быть сведены на нет отрицательным влиянием высокочастотных (в дальнейшем ВЧ) помех исходящих от аппаратной части цифрового источника аудио сигнала.
Рассмотрим типовую конфигурацию современного аудио комплекса, состоящего из компьютера, внешнего цифро-аналогового преобразователя (в дальнейшем ЦАП), стерео усилителя низкой (звуковой) частоты (в дальнейшем УНЧ) и двух акустических систем (в дальнейшем АС).
Влияние ВЧ помех на аналоговую часть аудио комплекса, то есть на УНЧ, состоит в следующем. Типовой полупроводниковый УНЧ представляет собой двух, трех каскадной устройство с непосредственной связью между каскадами охваченное петлей общей отрицательной обратной связи (в дальнейшем ООС) глубиной не менее 40 дБ. Причем, полоса пропускания УНЧ с разомкнутой петлей ООС как правило составляет не более 20 кГц со спадом в области ВЧ 20 дБ/дек. Проникшие в электрические цепи с активными усилительными элементами (транзисторы или радиолампы) ВЧ помехи начинают взаимодействовать с аудио сигналом. При этом продукты этого взаимодействия попадают в область слышимых частот вызывая искажения аудио сигнала. Почему это происходит? Дело в том, что усилительные цепи НЧ, как правило, не рассчитаны на работу в области ВЧ. УНЧ имеющий выдающиеся параметры в области звуковых частот может совершенно "рассыпаться" при попадании в его электрические цепи ВЧ составляющих, частотой от 1 мГц и выше, даже относительно малой амплитуды. Особенно катастрофична будет ситуация, если ВЧ составляющие попали в цепь ООС, вызывая ошибки в ее работе. Разные УНЧ не одинаково реагируют проникшие в электрические цепи ВЧ помехи. Например ламповые УНЧ не охваченные общей петлей ООС, менее чувствительны к наличию в своих электрических цепях ВЧ составляющих. Но тут тоже возможны варианты.
Как бороться с пагубным для звука проникновением ВЧ составляющих в НЧ цепи? Ответ очевиден. Надо исключить возможность их проникновения в аналоговый аудиотракт. Как это сделать будет написано ниже. Для примера возьмем аудио комплекс который я в настоящее время использую. Аудио комплекс состоит из компьютера, внешнего ЦАП Teac-U301, лампового СЧ-ВЧ стерео усилителя "Триоль-РР" и активного сабвуфера с полупроводниковым усилителем мощности класса D. Естественно результаты проделанной работы должны оцениваться с помощью инструментальных средств объективного контроля электрических параметров.
Итак начнем. Прежде всего необходимо наладить адекватную методику измерений. В качестве основного регистрирующего инструмента обычно используется звуковая карта компьютера. Ее целесообразно протестировать источником сигнала заведомо лишенным РЧ помех. В качестве такового я использовал звуковой генератор Г3-118. Если Вы убедились, что все нормально, то можно двигаться дальше.
В начале надо протестировать на ЭМС внешний ЦАП. У меня основным ЦАПом является Teac-U301. Данные принимаются по USB. При непосредственном соединении выхода ЦАП с входом звуковой карты выяснилось, что в полученном спектре творится черти чего. Тогда я попробовал, в качестве источника данных, взять ноутбук. Ситуация кардинально не изменилась. Причем достаточно было соприкаснуть "общие" контакты аудио кабеля, подключенного к звуковой карте, и выходного разъема ЦАП, чтобы при включении ЦАП полученный спектр оказывался засоренным паразитными дискретными составляющими и "шумом". Тогда я поступил следующим образом. К входу звуковой карты подключил "симметрирующий трансформатор" от милливольтметра В3-33, имеющий в своем составе, кроме разделительного звукового трансформатора, RC ВЧ фильтр. Вход "симметрирующего трансформатора" необходимо подключить к выходу ЦАП. Чтобы исключить распространение ВЧ помех от ЦАП по проводам сетевого кабеля ~220 В я его доработал. С обоих концов кабеля, внутри вилки и розетки, на каждый из трех проводов одел ферритовые кольца с высокой магнитной проницаемостью (кольца К7х4х2, по два витка жилы сетевого кабеля). После проведенных мероприятий проверил выходной спектр, запустив в ЦАП синтезированный синусоидальный сигнал. Спектр оказался свободным от помех и неискаженный гармониками.
В результате проделанных измерений стало понятно, внешний ЦАП Teac-U301, на своем выходе, дает свободный от помех и искажений аудио сигнал. Теперь можно двигаться дальше. Не буду утомлять читателей пространными рассуждениями, а сразу покажу схему соединений компонентов моего аудио комплекса (рис.1).
Рис.1
Что в схеме сразу бросается в глаза. Прежде всего это наличие, в цепи питания от "сети ~220 В", стабилизатора переменного напряжения и разделительного трансформатора на его выходе. Сразу оговорюсь, стабилизатор "сети ~220 В" применять не обязательно. В моем случае это вызвано необходимостью иметь более менее стабильное напряжение для питания лампового усилителя. А вот применение разделительного трансформатора желательно в любом случае. Разделительный трансформатор дает отделение "корпусной земли" (нейтрали) аудио комплекса от сетевого защитного заземления. Такое решение называется схемой питания с изолированной нейтралью (рис.2).
Рис.2
При реализации схемы питания с изолированной нейтралью необходимо выполнить следующие условия:
- корпуса аудио комплекса должны быть соединены между собой для уравнивания потенциалов (подключены к изолированной нейтрали РА), и не иметь соединений с защитными проводниками и открытыми проводящими частями других других устройств корпуса которых подключены к защитному заземлению РЕ первичной "сети ~220 В";
- все штепсельные розетки должны иметь "защитный контакт", присоединенный к местной не заземленной системе уравнивания потенциалов (изолированной нейтрали).
Первое преимущество схемы питания с изолированной нейтралью состоит в том, что она обеспечивает практически полную электробезопасность. При пробое фазы напряжения "изолированной сети ~220 В" на корпус устройства, прикосновение нему человека не приведет к поражению электрическим током. Ведь фазы изолированны от "Земли" и ток не может потечь через человека (рис.3).
Рис.3
- - - Добавлено - - -
Второе, в нашем случае основное, преимущество состоит в следующем. Изоляция от "Защитной земли" и от проводов первичной "сети ~220 В" препятствует проникновению разного рода электрических помех в цепи аудио комплекса. Механизм возможного проникновения помех через разделительный трансформатор показан на рис.3. Из рисунка видно, что помехи от проводов первичной "сети ~220 В" и защитного заземления могут попасть в провода изолированной "сети ~220 В" через паразитную емкость между обмотками разделительного трансформатора, а также через емкости между проводником защитного заземления первичной "сети ~220 В" и "фазами" изолированной "сети ~220 В" . Поскольку эти емкости не велики проникновение помех через них легко минимизировать с помощью простейшего LC фильтра включенного в цепи изолированной "сети ~220 В" (Рис.1). Элементы LC фильтра фильтра целесообразно смонтировать в многопозиционной "Евро-розетке", в которую будут включаться все кабели питания компонентов аудио комплекса. Если Вам не хочется заморачиваться с изготовлением эксклюзива" то можно воспользоваться, да простят меня господа аудиофилы, разветвителем "PilotPro". Только лучше заменить на нем трех контактную вилку на двух контактную (нулевой провод должен быть никуда не подключен).
Еще одна важная тонкость. В качестве источника данных для внешнего ЦАП, в моем аудио комплексе, применен ноутбук. Применение ноутбука с питанием от сети с помощью адаптера с двух проводным подключением позволяет изолировать цепи питания ноутбука от "Защитной земли" первичной сети. Стационарный компьютер можно применить лишь в том случае, если интерфейс между ним и внешним ЦАП имеет гальваническую развязку, что является редкостью.
Важным моментом обеспечения ЭМС компонентов аудио комплекса является необходимость недопущения проникновения ВЧ помех по межблочному аудио кабелю от внешнего ЦАП до входной цепи УНЧ. Ведь мы ранее выяснили, что, на аналоговой "Земле" ЦАП Teac-U301, ВЧ помехи присутствуют в изобилии. "Аудиофильские шнурки" тут не помогут, а скорее наоборот, навредят. У меня эта проблема решена следующим образом. В качестве межблочного аудио кабеля я применил два свитых между собой проводника на концы которых одеты ферритовые кольца с высокой магнитной проницаемостью (Рис 1, проводник необходимо продеть через ферритовое кольцо два-три раза).
Продолжение следует...
Ответить с цитированием
Сообщение от Мусатов Константин
