Борьба с помехами и шумами

Телевизионным сигналом, это нечто, назвать язык не повернется. Выглядело это так: сильно шумит экран, через него проходят серые косые линии, посредине угадывается прямоугольник с рваными краями, сверху которого угадывались волны в 50 герц. Потом изображение исчезло совсем, потом появилась, дернулось, как в конвульсиях и появилась дрожащая надпись: студия кабельного ТВ начинает работу, приобретайте декодеры по адресу…

Конечно, картина просто из фильма ужастиков. Такое случается не так часто, но все же случается. Проблемы качества картинки, передачи сигнала, искажений изображения, посторонних шумов заставили наших инженеров поломать голову.
Любая система вращательного уровня требует обеспечения изначально довольно низкого уровня шума. Причем шумов любых, как звуковых, так и шумов видеосигналов. Любой электросигнал, помехи или там наводки имеют свои источники, и способы и пути попадания в тракт сигнала. Чтобы предотвратить подобные проблемы, попробуем выяснить, какие бывают помехи, и какие существуют методы борьбы с различными помехами.

1. Синусоидальный сигнал при частоте в 50 герц – это попадание, причем прямое основной гармоники сетевого питания. На экране это выглядит следующим образом: горизонтальные серые линии с краями ровными и мягкими, которые плывут медленно и вертикально. Такое происходит из-за отсутствия заземления источника питания. При этом приемник сигнала и источник питаются из разных фаз сети.
                                                                                                         

2. Помехи токов питания устройств, которые обеспечивают сигнал, одновременно с сетью. На экране видны редкие горизонтальные узкие линии или полосы, примерно 2-4 на весь экран. Полосы чередуются по цвету, то темные то светлые, тоже медленно плывут по вертикали.
                        

                                                                                 

3. Одинаковые помехи импульсного вида, одновременно с сетью от тиристорных регуляторов или ламп дневного света. На экране выглядят, так же как и второй вид помех, только полосы более узкие, резкие. Имеют более мелкую структуру по горизонтали.
                        

                                                                                   

4. Следующий вид помех, помехи от источников питания, а также блоков развертки ТВ, компьютеров, мониторов и т.п. Проявляются на экране бегущими полосками или крупным подвижным муаром. Появляются эти помехи из-за отсутствия заземления у телевизора, или телевизор без заземления подключен к микшеру тонким и очень длинным кабелем.
                          

                                                                                  
             5. Чужой видеосигнал синхронный выражается в виде картины без движения темного или почти белого креста (иногда полос), который соответствует гасящим импульсам чужого сигнала. Если фазы своего и чужого сигнала синхронны, то гасящие импульсы видны не будут, только различие в картинках будет приводить к плавному муару в цвете.
                          

                                                                                     

6. Асинхронный чужой видеосигнал. Выявляется на экране в виде бегущего мутного сигнала с чужого источника. Главное отличие в ровных краях картинки гасящих импульсов помехи и при этом еще наблюдается стабильность частоты.
                           

                                                                                      

7. Помехи высокой частоты. Как широкое понятие, проявляться могут по-разному: от мелкоструктурной сетки до муара во весь экран. Детектирование высоких частот, помехи во входных каскадах звукового тракта могут привести к низкочастотным сигналам в самых невероятных местах. Даже если каждый прибор студии будет иметь низкие шумы и иметь отличное качество, не обязательно, чтобы весь комплекс оборудования студии будет в работе иметь такие же отличные показатели и слаженность. Главная причина всех помех, это соединительные кабели и разъемы.
                             

                                                                                       

Если говорить о синусоидальной помехе в 50ГЦ, то она вызвана в большинстве своем токами, которые протекают по плетению коаксиальных кабелей. С учетом того, что конечное суммарное сопротивление плетения не является нулевым, так же как и сопротивление разъемов, ток помех вызывает падение напряжения, которое складывается вместе с напряжением полезного сигнала. Основной провод (он же земля для всех приборов питающихся из сети) так или иначе, связан с фазным сетевым проводом. То оборудование, у которого установлены стандартные линейные блоки питания, сетевая помеха попадает через небольшую паразитную емкость сетевого трансформатора.
Современные приборы с импульсными источниками питания получают свои помехи через довольно большую емкость сетевого фильтра, который стоит на входе любого импульсного блока питания. Емкостный делитель типа С1 или С2 создает в процессе работы в общем проводе прибора среднее напряжение в 110 ватт (при нуле в сети) и выходной ток короткого замыкания 0,3-0,8 микроампер.

 

Для примера: один собственник небольшой студии (30 магнитофонов типа NV-HS) сильно поражался, когда его ударяло небольшим током от единого заземления магнитофонов. А ничего странного здесь нет, ведь общая емкость всех параллельных сетевых фильтров составляла почти 0,5мкФ (это примерно 20 микроампер короткого замыкания). Такое сочетание может запросто убить. Когда владелец попытался через длинный кабель присоединить заземленный магнитофон ВЕТАСАМ, он в результате получил ту же 50-гц помеху, которая изменялась, если поправлялось соединение. Такая помеха возникала из-за плетения кабеля, и высокого переходного сопротивления слабого разъема. Все это появилось за счет проявления суммарного 50ГЦ тока от фазного сетевого провода (путь А-Б-В-Г в заземленный провод).

Убрать эту помеху помогло заземление нескольких магнитофонов, смена тонкого кабеля на кабель более качественный и замена тюльпанов (разболтанных разъемов) на новые цанговые, которые обеспечили надежное соединение.

Хотя самым верным способом избавиться от подобных помех было бы отдельное заземление каждого магнитофона на низкоимпендансную шину.

 РИС. 4

 

Так же, как и 50ГЦ помеха в сигнал попадают и другие виды помех. Для любых видов помех общим будет основание их появления – возникновение паразитных токов в экране сигнального кабеля. Внешние токи помех попадают из сети. Это помехи от тиристорного регулятора настольной лампы. Внутренние токи помех (помехи от импульсных блоков питания или блоков разверток) попадают в сигнальное заземление устройства через паразитные, читай разболтанные, емкости. Это особенно часто проявляется, когда в качестве контрольного монитора применяют старые телевизоры. Такие телевизоры не предназначены для работы с другим оборудованием, и они могут создавать те самые паразитные токи во включенных сигнальных кабелях. Такая особенность проявляется за счет сбора в этом телевизоре одновременно и заземления импульсного блока, и каскадов разверток, и входных разъемов сигнала видео. Сигнал, который подается на ТВ, не является синхронным с остальными вырабатываемыми студией сигналами и это проявляется мгновенно в виде помех. Ну а дальше паразитные токи попадают в оборудование и начинают творить там, что им вздумается, в том числе могут создать помехи по всем сигналам сразу.

Очередной пример: на одной студии появились помехи по всем сигналам, и при этом, они были синхронными с одним из входных видеосигналов. После нескольких часов поиска причин, оказалось, что оторвано заземление в одном плохо собранном разъеме одного из контрольных мониторов. Оборудование заземлили тоненькими проводками, которые тянулись к висящей в воздухе медной шине. Путь для обратного тока видеосигнала был закрыт. И из-за этого сигнал потек через провод заземления, и напряжение сигнала отразилась на всех заземляющих проводах. Как только разъем исправили и заземлили медную шину – помехи исчезли.

Такие же проблемы часто возникают у собственников бытовой или полупрофессиональной техники, которая имеет два провода сетевого питания. Такие устройства отлично работают только в составе трех четырех аппаратов одного класса без заземления.

 

 

Общий провод всего оборудования системы имеет потенциал в среднем 110 ватт относительно нуля сети. За счет симметрии (потенциал примерно равен для всех устройств при приближении входных фильтров) появляется риск за счет увеличения количества аппаратуры, присоединения устройства с помощью длинных кабелей, заземления одного из элементов системы получить в результате рост уровня помех.
Такие системы, которые соединяют между собой несколько устройств, имеют еще один потенциальный канал, через который могут проникнуть помехи за счет закольцовывания земель. Контур А-Б-В-А (выделен штрихом) состоит из трех кабелей и работает как обычная рамочная антенна-приемник. Любое магнитное поле В провоцирует в этой схеме токи, которые текут по оплеткам кабелей. Токи провоцируют падение напряжения на сопротивлении оплетки и разъемов. Это напряжение плюсуется с напряжением полезного сигнала. Переменное магнитное поле может вызываться целой горой источников. Это и сетевые трансформаторы, которые отклоняют системы телевизоров, и двигатели магнитофонов и даже вентиляторов. Как же бороться с такими помехами, вызывающимися появлением магнитного поля? Первое, что нужно сделать, это разъединить земляные контуры в купе с уменьшением площади этих контуров и перейти на соединение устройств типа «звезда».

Пример: у кабельного ТВ резко вырос уровень помех после того, как был сменен модулятор. Новая модель модулятора требовала гальванической связи земли системы с землей общего провода кабельной системы на всех видах частот. На кабелях, которые шли к модулятору появилось напряжение и помехи из-за появления вредных токов в 50Гц, а также токов помех от разверток обычных ТВ, которые использовались как контрольные мониторы. Еще появились токи от импульсных блоков питания компьютера и видеомагнитофонов. Чтобы убрать все паразитные токи, пришлось полностью переоборудовать студию и перестраивать ее под центральный коммутатор.
За счет соединения «звездой» всей аппаратуры к центральному коммутатору, при заземлении общего провода появилась возможность уменьшить количество и общую площадь земляных петель, убрать токи помех, сократить им путь к заземлению и убрать их взаимное влияние друг на друга. При такой схеме уровень помех падает в среднем на 12-18дБ.

РИС. 7

Кроме вышеперечисленного при использовании приборов разными классами заземления возникают еще другие проблемы – перегрузки и пробои сигнальных входов-выходов.

Если подключать кабель, который идет от заземленного микшерного пульта к видеомагнитофону кассетнику без заземления, то центральный тюльпан может прикоснуться раньше заземления. Если это прикосновение совпадет с максимальной точкой синусоиды, конденсаторы С1 и С2 (при напряжении 155В) выведут свое напряжение на вход магнитофона и выход микшера. В результате можно получить пробой входных-выходных цепей и защелкивание микросхем. Тот же эффект будет при соединении двух незаземленных приборов, питающихся от разных фаз сети.
Высокие требования к качеству профессиональной и вещательной техники вынуждают и более аккуратно относиться к вопросам заземления. Хорошая аппаратура, как правило, имеет трехпроводные вилки с третьим контактом (грязная земля сетевого фильтра). Иногда, встречаются аппараты с отдельной вспомогательной клеммой сигнального заземления.

Если все соединить в соответствии со схемой, то токи помех будут стекать в шину заземления, без падения напряжения по ходу на экранах сигнальных кабелей.
Чтобы подобная схема работала, как часы, следует выполнить некоторые условия. Низкое сопротивление шины заземления и заземляющих проводников – обязательное и главное условие. Токи помех должны проходить по цепям А-Б-В-земля и А1-Б1-В1-земля. Нужно проследить, чтобы сопротивление земляной шины на участке Б-В (Б1-В1) не оказалось выше сопротивления оплетки кабеля Г-Д. Если это произойдет, то ток помех пойдет по кабелю, возникнут помехи на входе. Вообще путь прохождения паразитных токов зависит от небольших порою, и мало контролируемых сопротивлений, которые зависят от чистоты и аккуратности плотности соединений. Такие причины порождают сказки о помехах неизвестно откуда взявшихся. Если делать аналогию, то паразитные токи появляются, как разлитая вода на столе. Никогда не ясно, в какую сторону эта вода потечет. Если во время все контролировать, выполнять несложные правила можно значительно уменьшить риск появления помех и их уровень, с легкостью дать гарантию, что уровень помех не вырастит при смене конфигурации.

РИС. 9

Чтобы видеосигнал всегда был хорошим, даже в самых сложных условиях, используют дифференциальный прием видеосигналов. Его использование позволяет вовсе исключить разности потенциалов земли, которые вызваны появлением паразитных токов.
Дифференциальный приемник (ДП) меряет разность потенциалов оплетки и жилы кабеля в определенной точке (Б). Довольно высокое сопротивление, которое наблюдается между точками В и Г, гарантирует, что токи помех потекут по цепи А-Д и не будут негативно влиять на напряжение на выходе кабеля. В вещательной аппаратуре подобная схема применяется очень часто. Это дает возможность передавать видеосигнал на дальние расстояния. Для звуковых симметричных сигналов подобная схема – это стандарт.
Для того, чтобы можно было применять дифференциальную схему, нужно обеспечить общее заземление приемника и источника сигналов. Если произойдет разрыв цепи А-Д, ток помех прорвется в цепь А-В-Г и в результате получаться помехи на входе ДП.

1. Разделение на отдельные группы заземлений – грязное силовое, объединяющее фильтры питания сети, средне чистое корпусное, объединяющее корпуса и защитные экраны, чистое сигнальное, объединяющее сигнальные заземления приборов.

2. Соединение разных заземлений в одной точке – на болте включения в контур заземления.

3. Создание наименьшего сопротивления земляных шин.

4. Электропитание всех элементов системы прохождения сигнала от трансформатора с глухим заземленным электростатическим экраном. Экран должен находиться между первичной и вторичной обмоткой. Минимум питание всех устройств от одной фазы сети. Не подключать аппаратуру к тем фазам, от которых питаются лампы дневного света, сильноточные устройства и т.п.

5. Сеть должна быть чистой и иметь сигнальное заземление. Даже один видеомагнитофон VHS может вызвать большой шум во всей системе, только из-за того, что он старой модификации. Включенный электрочайник в ту же сеть, тоже может вызвать помехи в аппаратной.

6. Применять при передаче сигналов симметричные линии с ДП и передатчиками. Несимметричные звуковые сигналы используются на небольших комплексах, как по составу, так и по протяженности. Меняя симметричные сигналы на несимметричные, нужно быть осторожными, не пользоваться простыми переходниками из кабеля и двух розеток. Честная трансформаторная или же электронная развязка, при наличии плавающих выходов и дифференциальных входов поможет получить корректное согласование уровней и форматов сигнала. И при этом обеспечится высокая защита от помех и шумов.

7. Использование ДП в паре с нужным заземлением при необходимости передачи сигнала на большие (более15 метров) расстояния.

8. Наличие разрыва петель земли (вариант соединения звезда вокруг центрального аппарата (коммутатор или микшер)).

9. Использование профессиональных мониторов с дифференциальными входами.

   Запомните, экономить на хороших разъемах и качественных кабелях – это всегда себе в убыток. Например, для того, чтобы улучшить свой сигнал, вы меняете микшер Panasonic AVE-7 на модель MX-3. В результате имеем: снижение шума при возросшем качестве сигнала в 6 децибел. Выльется эта смена в сумму 1 100 долларов. Смена всех разъемов и кабелей тоже влетит в копеечку, примерно 250 баксов. Постарайтесь перейти на разъемы BNS вместо стандартных тюльпанов. Разъем BNS даст вам качество контакта в разы выше. К тому же центральные контакты всегда соединяются после заземлений, что дает гарантию предварительного выключения, при подсоединении к сети незаземленной аппаратуры.

Разъем BNS и его советский аналог СР-75 это не одно и тоже. В принципе их соединить можно, но вот с разъединением и контактом будут проблемы.
Без необходимости не используйте дополнительные переходники. Если у вас полетит контакт во время рекламы, то на секунду представьте себе эти убытки и разбирательства? Дешевле купить хорошую аппаратуру.

Разъемы лучше лишний раз не трогать. Они так же, как и другие приборы имеют свой срок службы и тоже изнашиваются. Для постоянных переключений, купите лучше коммутатор.

Если ваш сигнал передается на дальние расстояния, то тут без качественного шнура не обойтись. Плохая оплетка, затухание сигнала на пол дороги, волновое сопротивление скачками – это реальные угрозы для передачи качественного сигнала на большие расстояния.

Ваш набор оборудования со временем будет расти. По мере увеличения старайтесь избавиться от оборудования с несимметричными звуковыми сигналами.

Когда будут прокладывать сетевой кабель, проконтролируйте, чтобы он не проходил в непосредственной близости сигнальных и силовых линий.

Создайте систему заземления и старайтесь ее постоянно поддерживать.
Составьте список возможных путей попадания помех и паразитных токов. То, что сейчас у вас помех нет, не говорит о том, что их не будет завтра.

Конечно это отнюдь не полный список всех вариантов возникновения помех. Хорошее оборудование, кабели, разъемы помогут вам избежать всех негативных факторов. И продается оно только у нас. Обращайтесь!