نواک سایت تخصصی حوزه برودکست
نوشته های مشابه
تلاش برای حذف صداهای نامطلوب (نویز) نظیر Buzz ، Hum، سوت و … در اتصالِ تجهیزات صوتی به یکدیگر، همواره مسئله‌ی مهمی در حوزه‌ی برودکست بوده‌است.
استفاده از روش‌های ناصحیح در زمین کردن و سیم‌بندیِ دستگاه‌ها، سبب حضورِ این سیگنال‌های ناخواسته می‌شود.
در این مقاله به شناخت این عوامل و نحوه‌ی مرتفع ساختنِ آنها می‌پردازیم.
حلقه‌ی زمین و پیشگیری از آن
حلقه زمین (ground loop) یکی از علل شناخته شده در ایجاد نویز در سیستم‌های صوتی است. پیش از توضیح در مورد حلقه زمین بهتر است.
انواع زمین و کاربرد آنها را در سیستم‌های صوتی بررسی کنیم:
زمین سیگنال (Signal Ground) که آن را با نماد 
نشان می‌دهند.
زمین بدنه (chassis Ground) که آن را با علامت
نشان می‌دهند.
چاه زمین (Earth Ground) که آن را با علامت 
نشان می‌دهند.
چاهِ زمین : زمین، یک نهاد الکتریکی خنثی محسوب می‌شود. به‌عبارتی اندازه‌ی بارهای الکتریکی مثبت و منفی در سرتاسر زمین همواره به‌طور مساوی توزیع شده‌است. بنابراین می‌تواند به‌عنوان پتاسیل مرجع برای تمام سیستم‌ها در نظر گرفته شود. اگر بدنه تمام دستگاه‌های برقی را توسط یک رشته سیم به زمین متصل کنیم، در این‌صورت هیچ اختلاف پتانسیلی بین بدنه‌ی فلزی دستگاه با زمین وجود نخواهد داشت و اگر هریک از سیم های فاز و یا نول به هر طریقی به بدنه دستگاه اتصال یابد و مدار الکتریکی مورد نظر دچار نشتیِ جریان شود؛ این نشتیِ جریان توسط سیم ارت به زمین منتقل شده و از برق گرفتگی و یا در مواردی اتصالی دستگاه جلوگیری می شود.
زمین سیگنال: همانطور که می‌دانیم ولتاژ، کمیتی نسبی است و همیشه نسبت به یک پتانسیل مرجع که آن را صفر ولت در نظر می‌گیرند، سنجیده می‌شود. زمین سیگنال در واقع یک هادی داخلی با پتانسیل مرجع ۰v است که برای هم مرجع کردن ولتاژ قطعات الکترونیکیِ داخل دستگاه استفاده می‌شود. هر بخش الکترونیکی در یک سامانه‌ی صوتی به صورت داخلی در ولتاژ مرجع صفر، زمین می‌شود که به آن زمین سیگنال صوتی (audio signal ground) گفته می‌شود.
زمین بدنه: به طور معمول به هر هادی که به محفظه‌ی فلزیِ دستگاه یا بدنه متصل باشد، زمین بدنه گفته می‌شود. عبارت زمین بدنه، از اینجا ناشی می‌شود که دستگاهی با کابل برق سه شاخه( زمانی که به یک پریز AC صحیح متصل شود) بدنه را به زمین صفر ولت (چاه زمین) متصل می‌کند. در این حالت چنانچه به‌دلایلی بدنه‌ی دستگاه برق‌دار شود، از آنجا که مقاومت الکتریکیِ سیمِ ارتِ سه شاخه از مقاومت الکتریکیِ بدنِ انسان پایین‌تر است، بارِ الکتریکیِ بدنه از طریقِ آن به زمین تخلیه می‌شود و کاربر از خطر برق‌گرفتگی مصون می‌ماند. در دستگاه‌هایی با کابل برق دو شاخه (مصارف خانگی)، بدنه به زمین صفر ولت متصل نمی‌شود، هرچند به‌طور معمول چه در سیستم آنبالانس خانگی و چه در سیستم بالانس حرفه‌ای بدنه به زمین سیگنال در داخل محفظه متصل است.
همانطور که در شکل ذیل می‌بینید، تمام بخش‌های الکترونیکی دستگاه در یک نقطه، داخل دستگاه به نام “زمین سیگنال” به هم متصل شده‌اند.
و از طرفی بدنه نیز به آن متصل است. به این اتصال، مدل “ستاره” یا Star ground scheme گفته می شود.
اتصال دستگاه‌ها به هم، توسط کابل ارتباطی می‌تواند زمین سیگنال دو دستگاه را در یک نقطه از طریق هادی کابل به هم متصل کند. حلقه‌ی زمین زمانی رخ می‌دهد که زمین‌های دو دستگاه در نقطه‌ی دیگری نیز به هم وصل شوند: مثل اتصال بدنه‌ی فلزی دو دستگاه توسط یک هادی به ریل راک، و غیره. در این وضعیت مسیری ایجاد می‌شود که از طریق آن جریان الکتریکی در یک حلقه‌ی بسته از زمین دستگاه اول به دستگاه دوم حرکت می‌کند و دوباره به دستگاه اول باز می‌گردد. ولتاژی که این جریانِ نویزی را در مدار هدایت می‌کند، همان اختلاف پتانسیلِ بین زمین‌های مستقلِ دو یا چند سیستم است. آمپدانس این مدار پایین است. بنابراین حتی اگر این اختلاف پتانسیل کم باشد، اندازه‌ی جریان بزرگ است.
به‌طور مثال در شکل زیر، زمین سیگنالِ سیستم صوتی A وB از طریق کابل ارتباطی به‌هم وصل است و از طرفی زمین بدنه‌ی دو دستگاه نیز با سیم سوم کابل برق به هم متصل و باعث ایجاد حلقه‌ی زمین شده‌است.
زمانی که این جریان از “زمین سیگنال” عبور می‌کند باعث به وجود آمدن نویز هام می‌شود.
در واقع حتی بدون حلقه‌ی زمین نیز یک جریان کوچک نویز همیشه در هر کابل ارتباطی جاری است. (به عبارت دیگر حذف کامل جریان نویز غیر ممکن است). چنانچه در سیستم از اتصالات صحیح و بالانس استفاده شود، حضور جریان حلقه‌ی زمین، به خودی خود، زنگ خطر محسوب نمی شود. چراکه اتصالات بالانس در حذف نویز حلقه‌ی زمین و دیگر جریانات نویزی بسیار موثر عمل می‌کنند. جریان حلقه‌ی زمین زمانی آزاردهنده می‌شود که سیگنال صوتی را موردِ تاثیر قرار دهد. در کابل آنبالانس نیز جریان نویزیِ حلقه‌ی زمین شکل می‌گیرد، اما به دلیل کوتاه بودن کابل آنبالانس(۴-۶m)، این جریان به آن اندازه بزرگ نیست که سیگنالِ صدا را تحت تاثیر قرار دهد.
نحوه اتصال تجهیزات بالانس به یکدیگر
در شکلِ ذیل نحوه‌ی اتصال تجهیزات بالانس به یکدیگر نشان داده شده‌است.
در استاندارد AES48 توصیه می‌شود که:
۱٫ برای حفاظتِ سیگنال از نویز Hum و … همیشه از خطوط بالانس (زوج سیم به هم تابیده) استفاده کنید.
۲٫به منظور محافظت کابل در مقابل نویزهای تداخلی (نویزهایی که منبع مشـخـص دارنـد؛ مــیــدان‌هـــای الـکـترومــغـنــاطــیـسیِ تــداخــلی Electromagnetic Interference یا EMI مانند امواج RF و یا نویز دیمر و غیره)، می‌بایست از کابل شیددار استفاده گردد. همانطور که می‌دانید؛ روکش کابل به‌صورت مکانیکی می‌تواند از پاره شدن، ساییدگی، و همچنین نفوذ رطوبت به هادی جلوگیری کنند. اما هیچ‌گونه حفاظتی در مــقــابـــل انــــرژی الکتـرومـغـناطیـسی نـدارد. روش اصلی برای حفاظتِ سیگنال از EMI استفاده از شیلدینگ است. شیلد به دو روش می‌تواند عمل کند:
انرژی تابیده شده را منعکس می‌کند.
نویز را جذب و به زمین منتقل می‌کند.
البته انرژی بسیار کمی هم از آن عبور می‌کند، اما به‌قدری ضعیف است که باعث تداخل نمی‌شود.
توصیه‌ی AES48 آن است که شیلدِ کابل می‌بایست درست در محل ورود، به بدنه‌ی فلزیِ دستگاه (metal chassis) وصل شود، زیرا هرچه طول مسیر اتصال شیلد به زمین طولانی‌تر باشد، این مسیر مانند آنتن عمل می‌کند و از سیگنال‌های تداخلیِ RF اثر می‌پذیرد. بنابراین در طراحی ساخت سیستم‌ها باید این نکته مورد توجه قرار گیرد.
به طور مثال از آنجا که در کانکتورِ XLR استاندارد، در هر سرِ کابل، شیلد به پین ۱ متصل است، بنابراین در تجهیزاتی که از اتصالات ۳-پینِ XLR استفاده می‌کنند، پین ۱ باید به شاسی (زمینِ بدنه) متصل شود، نه زمین سیگنال‌های صوتی که به اشتباه معمول شده‌است.
این روشِ صحیحِ اتصال است اما اینکه چرا همه از این روش استفاده نمی‌کنند، به دلیلِ آن است که همیشه تغییر دادنِ برخی روش‌های مرسوم اما غلط سخت است و دلیل دیگر اینکه هنوز از دستگاه‌هایی ممکن است استفاده شود که پیش از رسیدن به این روش صحیح، ساخته شده‌اند.
نحوۀ اتصال تجهیزات آنبالانس و بالانس به یکدیگر
مشکل دیگری که وجود دارد، تجهیزات آنبالانس است. این تجهیزات گران‌قیمت نیستند و به‌سادگی در دسترس مصرف کنندگان خانگی قرار دارند. کانکتورهای RCA و TS 1/4″ در اغلب تجهیزاتِ خانگی وجود دارند. بعضی ها تصور می‌کنند اتصال تجهیزات آنبالانس به بالانس باعث بهبود کیفیتِ آن می‌شود. اما باید بدانیم اتصال بالانس، با آنبالانس سازگار نیست. زمانی که تجهیزات آنبالانس به طورناصحیح به تجهیزات بالانس متصل شوند، باعث به‌وجود آمدن هام و عملکرد نامطلوب تجهیزات می‌شوند.
در ادامه به نحوه‌ی صحیح اتصالات تجهیزات آنبالانس و بالانس به یکدیگر می‌پردازیم:
۱٫ ایزولاسیون الکتریکی توسط ترانسفورمر
سریع‌ترین و راحت‌ترین روش در اتصال بالانس و آنبالانس به یکدیگر، استفاده از ترانسفورمر است. ترانسفورمر یک قطعه‌ی الکترونیکی است که از دو یا چند سیم‌پیچ حول هسته‌ی فلزیِ مغناطیسی تشکیل شده‌است و این امکان را فراهم می‌کند تا بدون اتصالِ فیزیکیِ ورودی و خروجی به یکدیگر، سیگنالِ متناوبِ وارد شده به آن، باعث تولیدِ یک سیگنالِ متناوبِ متناسب در خروجی شود. به‌طور مثال در شکلِ ذیل، در یک سمت، ورودیِ ترانسفورمر است که یک سرِ آن زمین شده و در طرف دیگر ، دو خروجی با ۱۸۰ درجه اختلاف فاز دریافت می‌شود ( این مدار می‌تواند درایورِ خطِ بالانس باشد)
و یا در شکل زیر، در یک طرفِ ترانسفورمر، دو ورودی با ۱۸۰ درجه اختلاف فاز وجود دارد و در طرف دیگر(که یک سرِ آن زمین شده‌است)، اختلاف دو ورودی در خروجی دریافت می‌شود (این مدار می‌تواند یک دریافت کننده‌ی خطِ بالانس باشد).
با استفاده از ترانسفورمر به‌عنوان آداپتور، تجهیزات صوتی بدون خطرِ نویزِ ناخواسته و هام، می‌توانند به هم متصل شوند.
۲٫ تغییر در نحوۀ سیمبندی
اتصالِ مستقیمِ خطوط آبالانس و بالانس به یکدیگر- بدون ترانسفورمر- نیازمند سیمبندی خاص است. در این روش تمام مسیر خطِ بالانس را به آنبالانس تبدیل می‌شود و مزیتِ استفاده از بالانس از بین می‌رود اما در صورت نبودن امکان استفاده از ترانسفورمر، می‌توان از این روش استفاده کرد. در تصاویر ذیل، سیم بندیِ مجدد برای اتصال خروجی بالانس به ورودی آنبالانس و برعکس را در دو حالتِ استفاده از کابلِ بالانس (دو هادی و شیلد) و نیز کابل آنبالانس (یک هادی و شیلد) برای انواع کانکتورهای XLR، TRS، TS و RCA نشان داده شده است.
به طور مثال اولین شکل از مجموعه‌ی شکل ذیل این‌گونه تفسیر می‌شود:
در اتصال خروجی بالانس (با کانکتور XLR) به ورودیِ آنبالانس (با کانکتور (TS ، توسط یک کابل آنبالانس، پینِ ۲ (Hot) از کانکتور XLR توسط هادی به پینِ Tip از کانکتور TS متصل شده و پین ۱ (Shield) از کانکتور XLR توسط شیلد به پینِS(Sleeve) از کانکتور TS متصل شده است و پین ۳ (cold) از کانکتور XLR، (همان طور که در شکل دیده می‌شود)، NC و به عبارتی (no connection) است و به جایی متصل نیست.
تفسیر بقیه‌ی اشکال نیز به همین ترتیب قابل بیان و کاملاً روشن است.
نتیجه‌گیری:
برای غلبه بر مشکلات ارتباطی در سیستم‌های صوتی:
تا حد امکان از ارتباطات بالانس با اتصال شیلد به بدنه‌ی فلزی در هر دو سر استفاده کنید. (چنانچه طراحیِ زمین داخلیِ دستگاه مناسب نباشد، برای جلوگیری از حلقه‌ی زمین، یک سرِ شیلد را آزاد بگذارید.)
تمام اتصالات بالانس را توسط یک ترانسفورمر ایزوله از اتصالات آنبالانس جدا کنید.
زمانی که استفاده از ترانسفورمر برای اتصالات بالانس و آنبالانس به یکدیگر مقدور نیست، از سیم بندی مناسبِ پیشنهاد شده استفاده کنید.
تمام اتصالات آنبالانس می‌بایست در مسافت کمتر از ۱۰ فوت (۳ متر) استفاده شوند. در متراژهای بالاتر اثر حلقه‌ی زمین تقویت می‌شود.
صفحه ۲۲ نشریه تخصصی بسامد شمارگان ۵۵-۵۶
