Szum sieciowy - Mains hum

Przydźwięk , elektryczny hum , hum cykl , czy linia zasilająca szum jest dźwięk związany z prądem przemiennym , która jest dwukrotnie większa od częstotliwości z sieci elektrycznej . Podstawowa częstotliwość tego dźwięku jest zwykle dwukrotnie fundamentalne 50/60 Hz , czyli 100/120 Hz, w zależności od lokalnej częstotliwości linii elektroenergetycznej . Dźwięk często zawiera ciężkie harmoniczne powyżej 50/60 Hz. Ze względu na obecność prądu sieciowego w zasilanym z sieci sprzęcie audio, a także wszechobecne pola elektromagnetyczne prądu przemiennego z pobliskich urządzeń i okablowania, szum elektryczny o częstotliwości 50/60 Hz może dostać się do systemów audio i jest słyszalny jako szum sieciowy z ich głośników. Szum sieci może być również słyszalny z silnych urządzeń sieciowych , takich jak transformatory sieciowe , spowodowanych wibracjami mechanicznymi indukowanymi przez magnetostrykcję w rdzeniu magnetycznym. Na pokładzie samolotu (lub statku kosmicznego) słyszana częstotliwość jest często wyższa, ze względu na zastosowanie w tych ustawieniach zasilania 400 Hz AC, ponieważ transformatory 400 Hz są znacznie mniejsze i lżejsze.      

Powoduje

Szum elektryczny wokół transformatorów jest powodowany przez rozproszone pola magnetyczne, które powodują wibracje obudowy i akcesoriów. Magnetostrykcja jest drugim źródłem wibracji, w którym rdzeń żelaza pod wpływem pól magnetycznych nieznacznie zmienia swój kształt. Natężenie pól, a tym samym natężenie „szumu”, jest funkcją przyłożonego napięcia. Ponieważ gęstość strumienia magnetycznego jest najsilniejsza dwa razy w każdym cyklu elektrycznym, podstawowa częstotliwość „szumu” będzie dwukrotnie większa niż częstotliwość elektryczna. Dodatkowe harmoniczne powyżej 100/120  Hz będą spowodowane nieliniowym zachowaniem większości popularnych materiałów magnetycznych.

Wokół linii wysokiego napięcia szum może być wytwarzany przez wyładowania koronowe .

W dziedzinie nagłośnienia (podobnie jak w systemach nagłośnieniowych i głośnikach ), szum elektryczny jest często powodowany przez indukcję . Ten szum jest generowany przez oscylujące prądy elektryczne indukowane w czułych (o wysokim wzmocnieniu lub wysokiej impedancji) obwodach audio przez zmienne pola elektromagnetyczne pochodzące z pobliskich urządzeń zasilanych z sieci, takich jak transformatory mocy. Słyszalny aspekt tego rodzaju buczenia elektrycznego jest wytwarzany przez wzmacniacze i głośniki (należy zwrócić uwagę, że nie należy tego mylić ze sprzężeniem akustycznym ).

Innym głównym źródłem przydźwięku w sprzęcie audio są wspólne impedancje ; gdy przez przewodnik ( trasę uziemienia ) płynie duży prąd, do którego podłączone jest również urządzenie małosygnałowe. Wszystkie praktyczne przewodniki będą miały skończoną, choć niewielką rezystancję, a ta mała rezystancja oznacza, że ​​urządzenia wykorzystujące różne punkty na przewodzie jako odniesienie uziemienia będą miały nieco inne potencjały. Ten szum jest zwykle przy drugiej harmonicznej częstotliwości linii zasilającej (100 Hz lub 120 Hz), ponieważ silne prądy uziemienia pochodzą z zasilaczy AC na DC, które prostują przebieg sieci. Zobacz także pętla uziemienia .

W urządzeniach z lampami próżniowymi jednym z potencjalnych źródeł przydźwięku jest upływ prądu pomiędzy grzałkami a katodami lamp. Innym źródłem jest bezpośrednia emisja elektronów z grzałki, czyli pól magnetycznych wytwarzanych przez grzałkę. Rury do zastosowań krytycznych mogą mieć obwód grzałki zasilany prądem stałym, aby zapobiec temu źródłu przydźwięku.

Wyciek analogowych sygnałów wideo może powodować powstawanie przydźwięku bardzo podobnego do przydźwięku sieci.

Zapobieganie

Często zdarza się, że przydźwięk elektryczny jest odbierany przez pętlę uziemienia . W takiej sytuacji wzmacniacz i pulpit mikserski są zazwyczaj w pewnej odległości od siebie. Obudowa każdego elementu jest uziemiona przez bolec uziemienia sieciowego, a także jest połączona inną ścieżką za pomocą przewodu ekranowanego kabla. Ponieważ te dwie ścieżki nie biegną obok siebie, powstaje obwód elektryczny w kształcie pętli. Ta sama sytuacja ma miejsce między wzmacniaczami instrumentów muzycznych na scenie a pulpitem mikserskim. Aby to naprawić, sprzęt sceniczny często ma przełącznik " ground lift ", który przerywa pętlę. Innym rozwiązaniem jest połączenie źródła i miejsca docelowego przez transformator izolujący 1:1, zwany inaczej humbuckerem audio lub cewką iso . Inną niezwykle niebezpieczną opcją jest zerwanie kontaktu z przewodem uziemiającym za pomocą adaptera do podnoszenia uziemienia prądu przemiennego lub zerwanie bolca uziemiającego z wtyczki zasilania używanej na pokładzie mieszającym. W zależności od konstrukcji i rozmieszczenia sprzętu audio, może dojść do powstania śmiercionośnych napięć między (obecnie izolowanym) uziemieniem na stole mikserskim a uziemieniem. Jakikolwiek kontakt między zaciskami linii AC pod napięciem a obudową urządzenia spowoduje zasilenie wszystkich ekranów kabli i połączonych urządzeń.

Humbucker

Humbucking to technika polegająca na wprowadzaniu niewielkiej ilości sygnału o częstotliwości linii, aby zlikwidować wprowadzony przydźwięk lub w inny sposób zorganizować elektrycznie eliminację efektu indukowanego przydźwięku o częstotliwości linii .

Humbucking to proces, w którym zmniejsza się „szum”, który powoduje niepożądane artefakty, na ogół w systemach audio lub wideo. W humbuckerowym przetworniku gitarowym lub mikrofonie zastosowano dwie cewki zamiast jednej; są one ułożone w przeciwnych biegunach, tak że szum prądu przemiennego indukowany w dwóch cewkach znika, jednocześnie dając sygnał do ruchu strun gitary lub membrany.

W niektórych odbiornikach radiowych z lampą próżniową uzwojenie na cewce pola dynamicznego głośnika było połączone szeregowo z zasilaczem, aby wyeliminować wszelkie resztkowe szumy.

Niektóre inne typowe zastosowania tego procesu to:

  • Transformatory humbuckingowe lub cewki stosowane w systemach wideo.
  • Okablowanie telefoniczne (i inne audio) oraz okablowanie komunikacji komputerowej.

Ton

Zakładając skalę temperowaną z A =440 Hz, ton 60 Hz jest prawie dokładnie w połowie drogi między A♯ (58,27 Hz) i B (61,74 Hz) o dwie oktawy poniżej środkowego C , a ton 50 Hz znajduje się między G (49,04 Hz) i G♯ (51,93 Hz) dwie oktawy poniżej środkowego C , ale nieco bardziej płaskie niż ćwierćton. Te nuty mieszczą się w zakresie 4-strunowej gitary basowej .

Albo rozważmy następujący scenariusz: Załóżmy, że ton 60 Hz to B dwie oktawy poniżej środkowego C , A byłoby nastrojone na 427,63 Hz (szeroko używane jako strój klasyczny w zespołach instrumentów historycznych ). A jeśli G♯ dwie oktawy poniżej środkowego C jest tonem 50 Hz, to A jest ustawione na 423,79 Hz.

Konsekwencje

W muzyce

W instrumentach muzycznych przydźwięk jest zwykle traktowany jako uciążliwy i wprowadza się różne modyfikacje elektryczne, aby go wyeliminować. Na przykład przetworniki humbucker w gitarach elektrycznych są zaprojektowane tak, aby zredukować przydźwięk. Czasami szum jest wykorzystywany twórczo, na przykład w muzyce dub i glitch .

W systemach audio

Szum linii energetycznej można złagodzić za pomocą filtra pasmowego .

W systemach wideo

W analogowym wideo przydźwięk sieciowy może być postrzegany jako przydźwięki (pasma o nieco innej jasności) przewijające się pionowo w górę ekranu. Częstotliwość odświeżania obrazu w telewizji nadawczej jest dobierana tak, aby odpowiadała częstotliwości linii, aby zminimalizować zakłócenia, jakie te paski powodują w obrazie. Przyczyną szumu może być pętla masy w kablach przenoszących analogowe sygnały wideo, słabe wygładzanie zasilania lub zakłócenia magnetyczne w kineskopie .

W kryminalistyce

Główny artykuł: Analiza częstotliwości sieci elektrycznej

Analiza częstotliwości sieci elektrycznej (ENF) to technika kryminalistyczna służąca do walidacji nagrań dźwiękowych poprzez porównanie zmian częstotliwości w szumie sieci w tle w nagraniu z długoterminowymi, precyzyjnymi zapisami historycznymi zmian częstotliwości sieci z bazy danych. W efekcie sygnał przydźwięku sieciowego jest traktowany jako zależny od czasu cyfrowy znak wodny, który może być wykorzystany do określenia, kiedy nagranie zostało utworzone oraz do wykrycia ewentualnych zmian w nagraniu dźwiękowym.

Zobacz też

Bibliografia