О шуме в системах

на мой взгляд достаточно познавательная и наглядная статья о возникновении шумов для тех кто только собирается самостоятельно устанавливать аудиосистему

Битва с шумами

Побеждает разум

Подчас, когда работа над установкой автомобильной аудиосистемы завершается и уже можно услышать ее «звуковой портрет», в нем вдруг обнаруживаются краски и тона, которые вносят в его восприятие явную дисгармонию и нежелательные оттенки: это пресловутые «системные» шумы, особенно хорошо заметные тренированному уху взыскательного ценителя «аудиоискусства». Шумы убивают чистый звук и так же, как наслоения и «записи», портят совершенное полотно большого мастера. Чтобы придать звучанию естественные краски и живость, следует в первую очередь определить природу и источники шумов, что поможет взять их под контроль.
Думать полезно и «до», и «после»
Установщики знакомы с ситуацией, когда шумы в системе возникают внезапно, как катастрофа, которую не ждали: после двадцати «нормальных» систем двадцать первая вдруг начинает шуметь, приводя своих создателей в замешательство, как капризный ребенок, требующий сидеть рядом три, пять и более часов, пока боль не будет найдена и устранена.
Если рассматривать аудиосистему как средство передачи достоверной информации, то можно сравнить системные шумы с привнесенной, ложной информацией, мешающей полноценному восприятию слушателем полезного сигнала: это могут быть повторяющиеся щелчки, шипение, визг и прочие помехи, проникающие в акустическое звено аудиосистемы. По сути дела все компоненты системы привносят определенное количество шумовой информации в тракт звуковоспроизведения, а их суммарный уровень обычно называют шумовым порогом системы. Если шум возникает в начальных звеньях цепи, то чем дальше удается «отодвинуть» полезный сигнал от шумового порога в устройствах считывания и предусиления, тем эффективнее заработают усилители и чище зазвучит акустика. Однако коварство шумов - в том, что они могут проникать в систему и через звено оконечных усилителей, и даже после него, например через полосовой разделительный фильтр акустики.
Начиная работать над сложной аудиосистемой, опытные установщики думают об устранении шумов еще на этапе выбора схемного решения и планирования: лучшее лекарство от шумов - позаботиться об их профилактике за счет правильного выбора схемы и технологии установочных работ. В первую очередь инсталляторы обращают внимание на межкомпонентные соединения: если это не волоконная оптика, то уязвимость любого электрического проводника к автомобильным источникам шумов трудно спрогнозировать (см. «Мастер 12 Вольт» N 1/98, стр. 30-38), хотя можно предпринять известные превентивные меры. Общепринятая превентивная технология сводится к прокладке силовых и сигнальных проводников удаленно друг от друга, например по разным краям пола салона автомобиля, но опытным инсталляторам удается избегать шумов даже при совместной прокладке проводников обоих типов за счет правильного подбора системных компонентов. По словам одного из них, до 90 процентов шумов возникает в самом устанавливаемом оборудовании. Императив рентабельности ставит перед мастером еще одно требование: гибко выбирать технологию и средства. Например, если в системе устанавливается усилитель мощности, нагружающий лишь сабвуфер, то установщик может посчитать оправданным вести силовую и сигнальную проводки рядом, по одной стороне салона. Когда же речь заходит о коммутации усилителя, нагружающего широкополосную акустику и высокочастотное звено, то превентивная прокладка силовой и сигнальной кабельных линий по разным сторонам, безусловно, надежнее.
С чем охотятся на шумы
Чтобы устранить шумы, желательно понять их природу и найти источники. Сегодня есть технические средства, как, например, детекторы электромагнитных излучений (т.н. audio sniffers), чем-то напоминающие медицинский стетоскоп: с их помощью можно зондировать различные участки автомобиля щупом, сигнал с которого преобразуется и подается на наушники инсталлятора, говоря о наличии сильных полей. Более дешевая самодельная версия подобного устройства - переносной аудиоплейер с внешними динамиком или микрофоном - в той или иной мере имитирует такой зонд, хотя его невысокая чувствительность должна компенсироваться высокой квалификацией мастера. Способные мастера пользуются для локализации шумов и такими инструментами, как частотомеры, амперметры или же низкочастотные осциллографы. Однако к этим средствам чаще всего прибегают, когда шумы уже «просочились» в акустику. Необходимость превентивных мер заставляет мастера предварительно обдумывать способы защититы системы от угрозы наведенных и других шумов. Правило N 1 заключается в надежном экранировании межсоединений: следует знать не только, как правильно выбрать силовые и сигнальные проводники с хорошей помехозащитой, но и как обеспечить экранирование при прокладке линий в местах стыков и подключения к промежуточным звеньям, помня о том, что их состояние может ухудшаться в процессе эксплуатации из-за вибрации, тепловых, атмосферных и других воздействий. Экранирование позволяет защититься от индуктивных помех, распространяющихся в воздушной среде, но проводка способна подхватывать также и электромагнитные помехи, которые возникают в результате интерференции сигналов, передаваемых по проводникам. Они также могут проявляться в виде чуть заметных щелчков, зуда или визга, причем вероятность их возникновения в автомобилях последних лет выпуска, начиненных всевозможной штатной электроникой, ничуть не меньше, чем в более старых. Часто в новых моделях множество разнообразных проводников тянется из отсека багажника под капот в виде толстого жгута, который несет массу сигналов различного свойства. Это затрудняет выбор маршрута прокладки сигнальных кабелей для аудиосистемы. От мастера требуется исключить возможные пересечения с подобной штатной проводкой, дабы снизить вероятность помех. Как уже отмечалось, для этого стараются вести проводку по разным сторонам пола салона, но иногда, в особо «сложных» автомобилях, приходится тянуть оба типа проводников по его центру. Когда выбор ограничен, специалисты рекомендуют соблюдать расстояние между обеими линиями не менее 25-30 см, а если сигнальный проводник не может не пересечь силовой провод, то следует делать это под углом 90 , что сведет к минимуму индукцию, наведенную вокруг экрана (при параллельной укладке уязвимость сигнального проводника к шумам этого рода максимально возрастает).
Что дает конструкция сигнальных проводников
Для увеличения помехоустойчивости экранированных проводников, в частности при их парной укладке, рекомендуют использовать витую пару, оба кабеля в которой жестко скреплены, например изоляционной лентой, в целях лучшей защиты от блуждающих электромагнитных полей. Не так давно конструкторы сигнальных проводников стали применять витую пару (сигнальный и земляной провода в них перекручены и заключены в дополнительный внешний экран) как средство экранирования в самих межблочных кабелях. Такое решение уступает симметричным («балансным») парным проводникам по эффективности подавления индуктивных помех, но оно значительно проще и дешевле.
Вложение 143105
Что касается самих симметричных парных проводников, то их применение в первую очередь обосновано тогда, когда системные блоки (например, головное устройство, процессор и усилитель мощности) уже подготовлены для их применения. В качестве версии такого проводника иногда применяют качественные симметричные микрофонные кабели, которые при сопоставимых характеристиках могут иметь более привлекательную цену. Здесь следует заметить, что передача сигнала по симметричным линиям не может устранить всех шумов, возникающих в автомобильной аудиосистеме. Если шум возник до симметричной пары (например, в головном устройстве), эта шумовая компонента сохранится и после передачи комплексного сигнала по симметричным линиям (см. «Мастер 12 Вольт» N 3/97, стр. 26-28).
Образование паразитных контуров
Даже если установщик применил самые качественные материалы и проверенные технологии прокладки кабелей и проводов, в системе сохраняется возможность возникновения шумов, так как существует еще одна опасность - образование паразитного контура. Такое явление имеет место в основном в аудиосистемах с двумя (и более) точками заземления на корпус, импедансы в которых неравны: при этом электрический ток движется в направлении точки заземления с меньшим электрическим сопротивлением независимо от длины этого участка цепи.
Вложение 143099
Как правило, аудиосистема с усилителями мощности, установленными в отсеке багажника, имеет две точки заземления: одна из них вблизи головного устройства, другая - вблизи усилителя. Как объясняют специалисты, все современные изделия автоэлектроники, питающиеся от бортовой сети автомобиля, снабжаются тем или иным встроенным фильтром, назначение которого - «собрать» шумы, возникающие в результате наводок и переданные по силовым проводам или генерированные в самом устройстве, и «сбросить» их по земляному проводнику на корпус. Что же происходит, когда заземление на головном устройстве лучше, чем заземление на усилителе? Шумы с головного устройства могут передаваться по экрану сигнального межблочного кабеля на внутренний сигнальный проводник и появиться в виде общего системного шума в звене усиления сигнала. Хотя паразитные контуры известны установщикам с давних пор, они все еще могут возникать при пренебрежительном отношении к этой важной части технологии установки аудиосистемы.
Изготовители автомобильных усилителей мощности в борьбе с шумами паразитных контуров следуют разными путями, уделяя главное внимание снижению уровня шумов на входе предусилителя. Так, усилители Blaupunkt известны своей системой подавления шумов HUSA, в усилителях фирмы Philips применяется схема CMR (common-mode rejection), а в изделиях LA Sound - схема активного подавления шумов.
Некоторые установщики рекомендуют использовать единую точку заземления на корпус, например вблизи усилителя мощности в багажнике, а затем протянуть дополнительный земляной провод к головному устройству. В этом случае даже с годами «баланс» надежности заземления системы никак не изменится. Главное правило - выбрать толстую металлическую деталь корпуса, просверлить отверстие и с помощью болта и гайки с гроверной шайбой прижать проводник к зачищенной поверхности металла. Еще лучше - использовать штатное отверстие или крепежный болт, некоторые установщики используют для этой цели один из винтов крепления заднего ремня безопасности. Ряд дополнений к этому основному правилу: применяйте проводники достаточно большого калибра, обеспечивающие низкое сопротивление в цепи заземления. Уровень системных шумов будет возрастать и тогда, когда один из элементов АКБ автомобиля «садится» и сопротивление на нем увеличивается. Важен и калибр применяемых силовых кабелей: если аудиосистема, например, отбирает 100 А, а силовой проводник - только 10-го калибра, то при полной громкости высокое сопротивление проводника ухудшит электрические параметры системы и может поднять уровень шумов вплоть до повреждения компонентов.
Маленькие чемпионы в борьбе с шумами
Некоторые изделия, предлагаемые сегодня рынком, могут так или иначе влиять на системные шумы в автомобиле. Однако опытные специалисты говорят о том, что эти «лекарства» следует применять очень осторожно. Например, фильтры шумов, устанавливаемые в цепи силового проводника (в частности запитывающего усилитель мощности), многие рассматривают как «временные повязки», не снимающие проблему, а лишь скрывающие их источник. Что касается головных устройств, то в них обычно используются источники питания, которые не обеспечивают адекватного фильтрования шумов, поэтому иногда полезно дополнить их низкоамперную питающую цепь небольшим фильтром.
Вложение 143101

На рынке сейчас появились специальные изоляторы паразитных связей, позволяющие бороться с упомянутой проблемой увеличения сопротивления в точках заземления на корпус, хотя не все специалисты рекомендуют их применять. Причина в том, что такой изолятор обычно представляет собой небольшой блок с парой трансформаторов внутри и внешними RCA-соединителями (входы и выходы). При подаче музыкального сигнала трансформаторы изолируют НЧ-входы от НЧ-выходов, однако, проходя через трансформатор (обычно проволочный на магнитном сердечнике), сигнал переменного тока теряет реальную электрическую связь между входом и выходом, хотя и разрывает физическую связь между двумя точками заземления на корпус. Потеря электрического контакта в трансформаторе приводит к большим потерям широкополосности сигнала: во-первых, за счет емкостной связи срезается низкочастотная составляющая полезного сигнала, во-вторых же, за счет индуктивности «отфильтровываются» его верхние частоты.
Вложение 143103

Чтобы уйти от недостатков, присущих изоляторам подобного рода, фирмы - изготовители автоэлектроники недавно стали предлагать автомобилистам т.н. линейные драйверы, представляющие собой компактные усилители напряжения сигнала на линейном выходе (например, головного устройства или CD-чейнджера). Подъем напряжения сигнала, передаваемого по межблочному проводнику, позволяет снизить шумовой порог до такого уровня, при котором шумы абсолютно не слышны даже на высоких громкостях. Помимо того, линейный драйвер дает возможность развязать сигнальные цепи между устройствами, установленными на приборной панели (автомагнитола и др.) и смонтированными в багажнике (усилитель мощности и др.). Повышение входного напряжения в сигнальной цепи также позволяет эксплуатировать усилитель на более низких уровнях выходной мощности и устанавливать регулятор усиления на входе усилителя в такое положение, которое обеспечивает низкую чувствительность к шумам, генерированным извне. В последнее время изготовители автоэлектроники стали выпускать головные устройства с напряжением на их линейном выходе около 4-6 вольт, что позволяет добиться того же эффекта без дополнительных устройств.
Системные шумы многолики
Причинами системных шумов могут быть не только некачественно выполненная проводка или плохое заземление на корпус. Специалистам известны и другие причины. Например, в сложных автомобильных аудиосистемах не обойтись без полосовых фильтров - кроссоверов. Внутри пассивного кроссовера имеются катушки индуктивности, которые, помимо своей основной функции - отрезания частот определенного диапазона, могут действовать как антенны, подхватывая электромагнитные шумы от электрогенератора или сильноточных цепей. При установке компонентной и другой акустики кроссоверы часто приходится размещать в пределах приборной панели, где вероятность возникновения полей велика. Современный автомобиль может приподнести и другой сюрприз: один пользователь обнаружил заметный акустический шум с частотой порядка 1 кГц в динамиках новой аудиосистемы своей BMW, который появлялся не только в момент прослушивания музыки, но даже когда система была отключена, а двигатель работал. Причиной наводок оказалось опрометчивое решение установщика разместить пассивные кроссоверы в области заднего сиденья, за которым во многих моделях BMW находится аккумуляторная батарея. Выходящие от нее силовые кабели (и близость сильноточного провода, питающего обогреватель заднего стекла) способствуют формированию достаточно сильных электромагнитных полей, которые хорошо подхватываются катушками полосовых фильтров акустики, служащих «антеннами» для приема излучений этого рода.
Известны также случаи, когда системные шумы «проявляются» через некоторое время после сдачи системы заказчику. Чтобы докопаться до причины, мастера в первую очередь «дают задний ход», пытаясь проследить историю эксплуатации автомобиля после того, как он покинул пределы установочной мастерской. Оказывалось, например, что владелец поменял крышку распределителя и при этом удалил специальную смазку на его центральном валу. Результат - увеличение электрических шумов, которые проникли в аудиосистему по штатной цепи. Если история эксплуатации показывает, что недавно производилась замена электрогенератора или АКБ, то в первую очередь стоит убедиться, правильно ли выполнено их заземление на корпус и достаточен ли калибр массового провода. В некоторых автомобилях рамной конструкции заземление может выполняться на кузов, который не всегда соединен с рамой в единую конструкцию сплошным сварным швом, поэтому при отладке мощной аудиосистемы мастер должен обратить особое внимание на правильный выбор места заземления.
Корродированные клеммы АКБ - это «детская» проблема для установщика, однако пренебрежительное отношение к ней со стороны автовладельца, который вовремя не заменил аккумулятор или же не следит за ним, может обернуться такой неприятной ситуацией, когда через месяц-другой система начинает шуметь, а заказчик пытается обвинить установщика в недобросовестности или отсутствии квалификации. Если же квалификации действительно недостает, то мастер может допустить и другую чреватую шумами оплошность: установку усилителя мощности непосредственно на металлическую поверхность корпуса без изоляционной прокладки.
Итак, независимо от уже накопленного опыта борьбы с шумами в автомобильных аудиосистемах и заранее продуманных превентивных мер установщика все еще ожидают «шумовые сюрпризы», ведь каждая новая система (да и каждый новый автомобиль) несет в себе нечто индивидуальное. К тому же многие традиционные правила борьбы с этим коварным врагом чистого звука имеют свои исключения, благо часто мастера спасает одна закономерность: чем сильнее шум в автомобильной аудиосистеме, тем легче обнаружить его источник.

источник http://cxem.net