音響系統同一點相接解析

韓憲柱

【摘? ?要】 闡述音響系統同一點相接機理，解析系統“安全地”、“信號地”及“屏蔽地”三者的慨念，提出因音響系統不同一點相 接引入的噪聲解決方案，從而使從事音響工程人員更深入地理解音響系統同一點相接的重要性。

【關鍵詞】 音響系統;同一點相接;接地;電磁干擾;懸浮

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.09.009

Analysis of the Same Point in Audio System

HAN Xian-zhu

（Communication University of China， Beijing 100024， China）

【Abstract】The author expounds the connection mechanism of the same point of the audio system， analyzes the concepts of "safe"， "signal ground" and "shield ground" of the audio system， and puts forward a solution to the noise caused by the connection of different points of the sound system， so as to enable the audio engineers to understand the importance of the connection of the same point of the audio system more thoroughly.

【Key Words】audio system; the same point; grounding; electromagnetic interference; suspension

1? 引言

音響系統出現交流哼聲是經常發(fā)生的，交流哼聲是與供電電源頻率等同的噪聲。中國供電電源頻率是50 Hz，故將50 Hz的噪聲定為交流哼聲。附加在有用聲音內的交流哼聲過響會嚴重影響正常聲音的聆聽。這種現象讓現場調音人員感到棘手，往往采用調音臺均衡器的高通濾波器予以抑制，但如此則會破壞有用聲音原有的音色;或使用噪聲門，則會對低電平信號產生削減。這些不當的處理都緣于沒有找到產生交流哼聲的根本原因。

實現音響系統同一點相接方能根除音響系統出現的交流哼聲。同一點相接指系統內“安全地”、“信號地”及“屏蔽地”三地相連到一點，理想點為“大地”。

2? 關于“地”的概念

音響系統涉及到的“地”有：一個是220 V配電系統中的“保護安全地”;一個是音響系統內有用信號構成回路“信號地”及抗干擾“屏蔽地”（或稱之傳輸線外皮屏蔽網地）。

2.1? “安全地”

“安全地”又稱之保護接地，是為防止設備帶電危及人身安全。通常將音響設備的機殼與地之間牢固連接，形成設備機殼與大地之間有一條低阻抗的電流通路，以保證人身和設施的安全?！鞍踩亍彼又暗亍笔欠裼行?，取決于接地電阻的大小，阻值越小越好。其數值與接地裝置、接地土壤狀況以及環(huán)境條件等因素有關，根據計算給出地電阻數值應≤4 Ω。

2.2? “信號地”

信號需兩根導線傳輸，由于是交變信號，兩根線分別命名“正+”、“負-”，隨時間交替變化。在音響系統中常用“熱”、“冷”代之“正+”、“負-”。使用三芯平衡線時，兩根線信號線并不連接外皮屏蔽網。二芯非平衡線是將其中一根信號線接至外皮屏蔽網，外皮屏蔽網又連通機殼“安全地”故引出“信號地”。

“信號地”的另一層含義是設備內部電路存有一個公共點，該公共點是信號線中的一根集合點，并與機殼相連，如圖1所示。

當采用二芯非平衡線傳送信號時，外皮屏蔽網連通機殼，外來信號輸入到放大器。至于三芯平衡線經內部平衡轉換為非平衡，這時其中一根信號線與公共點連通。即使切斷外皮屏蔽網也無濟于事，但對于二芯非平衡線則等于切斷傳送的信號源。

2.3? “屏蔽地”

“屏蔽地”是為防止外界干擾引入到信號線從而造成噪聲出現，是用銅絲編織的網狀套，與音響設備的外殼相連。

3? 系統同一點相接

系統同一點相接與系統同一點接“大地”屬于兩個層面。前者是必須的，后者是充分。

3.1? “系統同一點相接”的含義

系統同一點相接是指系統內“屏蔽地”，設備“機殼”相接于一個公共點，由上文可知此時“信號地”也包含其中，如圖2所示。

但在實際中由于條件限制不能滿足，即各自處理稱之非同一點相接，如圖3所示。

3.2? 系統噪聲引入

3.2.1? 回路電流的產生

這里所說的噪聲是指由多點之間電位差帶來的噪聲。當電位差與供電電源有關，引入交流哼聲。以調音臺與功率放大器為例，如圖4所示。

圖4中A、B兩點之間存有電位差，若該電位差由50 Hz信號引起，回路內流動50 Hz交流電流。從上述可知，當調音臺及功率放大器“地”構成回路，這時“信號地”含有50 Hz交流信號流經，與有用聲音信號一起進入調音臺及功率放大器，導致揚聲器出現交流哼聲。由此看來，A、B兩點之間存有電位差是關鍵點。

3.2.2? 解析回路電流產生的原因

（1）A、B兩點各自將三“地”就近接到所謂的“地”。這個“地”可稱為虛地不是真正的大地。即使接到建筑物各層帶有地線圖標的地線盒內地線點，由于施工等原因不一定與“大地”相接或存有較大阻值，導致A、B之間的地電阻阻值很大。

（2）電磁兼容性（EMC）是指設備或系統在其電磁環(huán)境中符合要求運行，但不對其環(huán)境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，電磁兼容性包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環(huán)境產生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指設備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。由于這兩個方面存在的實際情況，會使傳輸線外表受到電磁干擾，問題出現在A、B兩地外部干擾的程度并不等同，故而產生電位差。完全做到電磁兼容要求達到的兩個方面是非常困難的。

外部干擾是指電子設備或系統以外的因素對線路、設備或系統的干擾，包括以下幾種：

（1）外部的高電壓或大電源通過絕緣漏電而干擾電子線路、設備或系統;

（2）外部大功率的設備在空間產生很強的磁場，通過互感耦合干擾電子線路、設備或系統;

（3）空間電磁波對電子線路或系統產生的干擾;

（4）工作環(huán)境溫度不穩(wěn)定，引起電子線路、設備或系統內部元器件參數改變造成的干擾;

（5）由工業(yè)電網供電的設備和由電網電壓通過電源變壓器所產生的干擾。

3.3? 如何避免產生電位差

（1）系統內設備各自的“三地”一點相接，并不接至所謂的“虛地”，僅連接在一起造成懸浮，雖然電位差仍存在，但切斷了圖4所描述的地回路。

（2）系統內設備各自的“三地”相接一點，均連接到真正的“大地”。接大地是電路連接中最基本的安全措施，以保證所有的電流都能夠通過這條最直接的通路流向大地。連接“大地”是通過大地引出的地線完成的，實現大地可使系統正常工作。凡建筑物擁有一個“地線”連接點，以標準制作“地線”。圖2所示的公共點為“大地”，并要求各設備機殼引到“大地”的導線電阻值低。雖然產生電磁干擾，但流向大地予以化解，正如避雷針的做法。

4? 懸浮

懸浮在文中指與地懸空，讓“信號地”不與外界相通。

（1）使用功率放大器“懸浮開關”見圖5所示。當“懸浮開關”啟用后功率放大器信號地與機殼斷開。

（2）設備之間三芯傳輸線外表屏蔽屏切斷

三芯傳輸線外表屏蔽屏網線通過XLR插座“1”端或TRS插座“S”與機殼、“信號地”相接，屏蔽線與XLR插頭“1”端或TRS插頭“S”切斷后，導致圖4中地回路被切斷。但二芯傳輸線不可以切斷，否則信號隨之切斷。

5? “安全地”

5.1? 保護接地

保護接地是為防止絕緣損壞造成設備帶電危及人身安全，將電氣設備的外殼與“地”之間牢固連接的保護裝置。保護接地的目的是為了使設備與大地之間有一條低阻抗的電流通路，以保證人身和設施的安全。此地應與大地的地線相接。

5.2? 380 V三相電供電零線

380 V三相電的一相與零線之間的電壓為220 V，220 V三芯電源插座的安全地為頂點，220 V火線與零線一右一左。零線與安全地不能接在一起，往往有的在配電盤就將兩者接在一起，并在配電盤處接至地線。如果三相用電不平衡，零線會有50 Hz交流電流流動，這時，通向三芯電源插座的安全地的線上存在不同程度的電位差。

實驗室曾出現過雙手觸兩臺設備連接插頭如BNC插頭或外殼出現麻電的現象，一旦兩個設備的BNC插頭、插座連在一起，再手觸之麻電消失。這種現象難以理解，想必這是上述原因造成。

5.3? 380 V三相五線制

五線制指三條相線、一條零線及一條接大地的安全地線，零線與安全地線分開。

雖然配電盤處“安全地線”接建筑物各層地線盒“地線”，但建筑物各層地線盒地線是否與大地地線暢通相接得到保障。再者，“安全地線”有時很長，帶來電阻增大，有的插座處的“安全地線”并非與“大地地線”直通。往往人為將用電處的“安全地線”用很粗的銅線直拉到配電盤接地端，甩開原有的“安全地線”。

6? 小結

作為信號拾取至輸出一個整體系統而言，系統設備集中在一處，設備機殼連接一點就近接至“大地”。若上述系統內設備之間有一定距離，分散各地，此時各地的設備機殼應連接一點并懸浮，并采取措施切斷兩地之間的連接線纜存有的干擾信號。一旦發(fā)現機殼帶有靜電，系統內帶有電機或風扇的設備產生，將機殼連接處外接“靜電處理器”予以泄放，如運油車拖地鐵鏈。