老音響資料庫/蘇桑部落格

　　正當大家正在廣泛深入研究聲音的藝術、鑑聽和設計各種設備器材的時候,電源供應焊接地的問題反倒被列入不受注意的黑名單中。在這篇文章中將介紹一些基本的電源供應及接地問題中的重要原則及實例,這些實例及原則在許多情況下已被證明可以成功地解決問題,同時,看懂這些說明並不需要有獲得數學或電子工程學位的程度。

交流電源的處理

　　哼聲、茲聲及許多射頻干擾問題通常是起因於錄音室內交流電源的敷設及接地的處理不良。室內交流電源線的配線、燈光的設置、器材的電源線......事實上在錄音室內的每一項器材都會產生靜電或電磁場,而使得成音訊號線路或有關線路發生感應而接收。偶而,交流電源線還會帶有由電動馬達、矽控調光器、電腦以及其他許多每天會經常用到的器材所產生不同型式的射頻干擾,因此,運用謹慎周全的設計和嚴格的電氣工程品質管制來降低成音設備彼此之間的這類干擾是很重要的。

　　適當地安置交流電源的第一步是將錄音室和變電所(Power company)完全隔離,同時也和大廈建築中一般用途的電源配線隔離,小型錄音室若坐落在屬於自己的建築物之中就可能沒有這種問題,不論如何,在有些地區、有些大廈中卻可能發生。要是電力公司不能提供單獨的電源供應線路的話,那麼你就必須要有一個隔離變壓器,這個隔離變壓器要裝有線網狀的法拉第隔離罩(wire-mesh Faraday Shield),而且此隔離罩應予以接地處理。

　　三相電源供應通常是安裝在電力需要量超過五十(瓦千)的較大建築物中,而成音器材應避免使用此三相電源,因為它們通常是為了供應空氣調節機及其他消耗大電力的器材而裝設。

　　兩百四十伏特單相中心接地交流電源是較常使用的,所有的器材均應皆在這種電源的一組上,另一組則接用燈光及其他辦公室設備,最好是能有一個240VAC初級、120VAC次級的變壓器。

控制是永遠要用單相電源

　　一件具有電源變壓器的電子器材仍然會在機殼和交流電源線之間產生一點微小的電容量,這時如果將另一件器材反相接在同一電源上,兩件器材之間就會有一電子流經大地而導通(圖一)。

　　當要進行控制室的配線時,要確定所有的出線端都接在交流電源的同一相位上,而最好的辦法是用一個單相輸出繞組的隔離變壓器,只要能將所有的器材接在同一相位上,你就能使各器材之間所洩漏出的60Hz電流降到最低。

保持那些應該單純的電路不受污染

　　錄音室的主要電源除了供應成音設備所需之外,不要再供給其他設備;尤其不要接用日光燈、電風扇、矽控調光器或是烹調器具。如果必須供應其他已有的設備電源的話,就另外接不同的電源來源。

　　將主要的電源電路及配電盤部分裝置在離混音控制檯(Audio Mixing Console)或其他電子設備──尤其是磁帶錄音機──至少三十呎以外,也應避免交流電源線和聲音訊號線在混音控制檯下交錯而過,請記住: 交流電所產生的電磁場強度是與距離的平方成反比力的;這是說如果你使訊號線距電源線間的距離加大一倍,交流哼聲的問題就只有原來的四分之一了。

以單獨的地線接在插頭的第三腳接地端

　　許多錄音室在接線時全部都把插頭上的第三腳剪掉,這是不安全也不必要的。為每個插座的第三腳接上一條分開隔離的十四號或十六號線作地線。

　　如果你用接線板式電源插座的話,就應選用第三腳有單獨接地處理的那一種;或者將各個插座的第三腳聯結在一起而接在整個系統的地網上,同時將接線板金屬外殼部分與線管連接。具有第三腳的插座它的地線應該接到和混音控制檯同樣的接地端,雖然這是一種達成接地的簡便方法,但是更好的方式是將所有器材的接地都直接接到負責訊號放大的混音控制檯上,只要他們的接地點越進、混音控制檯所放大的雜音就越小(圖二)。

　　舉例來說一條有1milliamp(mA)電流及0.01Ω阻抗的導線會產生10microvolt(uV)電壓或是低於標準信號電壓(Linr Level)100dB的雜音訊號,這個訊號若被八個具有四十分貝增益放大能力的麥克風前置放大器加以放大,就會變成一個-42dBV、或是比磁帶雜音要高23dB的雜音訊號。

機架的接地

　　在機架上的每一電源插座都能單獨接地處理時通常便不致對錄音效果發生不良影響,但是要這樣做的時候必須要特別注意下列事項:

　　(一)要確定機架上每件器材都有電源變壓器。如果不是,就先經由隔離變壓器再接電源。

　　(二)任何一件不平衡式輸入或輸出的器材都應該與機架隔離,而另外直接接一條地線通往地網。

　　(三)每一件器材裝上機架時都應該遵守正確的接地及屏蔽隔離設計。適當的接地及隔離處理是要先固定機身,第三腳接地端和電路接地端應該只接在一點,在電路上的接地點應該是零電位,電流亦將由此出發通往個電路(圖三)。如果你發現某一器材不是這樣情形,當你把它接入系統時就要特別小心,你將可能發現必須修改它本身或使它對機架做電氣上的隔離。

　　(四)不平衡式的器材它們的地電位應相同,訊號線均應安排在一起而且裝在同一機架上。

　　不遵守第一點注意事項而把交流電源地線端接到機箱上就會形成電源到大地之間的迴路(圖四)。如果這件器材又同時是不平衡輸入或輸出的話,那麼交流電源的接地線便經過整個成音訊號系統而成環路,同時也是經過混音控制檯迴路而通地,造成訊號在迴路中被電源頻率調變。請不要忘記:交流電源的中性線有來自各件器材的電流,所以它和大地之間有一伏特或更多的電位差。

　　不遵守第二項注意事項所使得機架上每件器材發生漏電現象,這種漏電會在成音系統的地線(Audio Low Side)上形成一交流電壓或哼聲。

　　第四點注意事項是很難實際做到的,但是不論如何,你越能嚴格地遵守這一點,當你在連接各器材時所可能產生的哼聲問題就會越小。

　　當兩件不平衡式的器材在錄音室裡按照各自不同的路線以訊號纜線相連結時,它們實際上已因此形成一個迴路,燈光或其他交流電源供應電路都會在這個迴路中產生哼聲電流,也就是經過整個電路或電線內阻而造成的電壓降,而這個哼聲將會出現在成音訊號中。

　　錄音師或是演奏者經常會自行攜帶他們自己的器材來,並且要求和其他已固定的器材相連結,但是因為多半這種自行攜帶來的器材都是不平衡式的,而且也很可能沒有電源變壓器,所以混音控制檯的跳線部分(patch bay)應準備幾個一比一的訊號隔離變壓器;通常如果控制室電源電路裝置正確而適當的話,只需要隔離這些攜入器材的輸入和輸出即可解決大部分的哼聲及射頻干擾。

屏障和訊號線的聯接

　　當我們將所有的器材都接上電源及地線之後就可以將訊號線街上。將所有錄音室設備連接起來的最好步驟是:

　　(一)先將控制室裡的鑑聽系統和混音控制檯相連接,除了總輸出音量及鑑聽喇叭音量開大之外,其餘各輸出音量都關掉,然後注意聽是否有「哼」聲、「滋」聲或射頻干擾雜音,只有當你滿意於鑑聽結果時才再進入下一步。

　　(二)一次裝一部的將消雜音器材及多軌錄音機分別接在混音控制上,將多軌錄音機置於輸入位置,接有消雜音系統的有關控制音量開關打開到適當位置,然再檢查「哼」聲、「滋」聲及射頻干擾雜音。

　　(三)將其他週邊附屬器材分次連接在混音控制檯上,仿前述步驟操作有關的部分,然後鑑聽「哼」聲、「滋」聲或射頻干擾雜音的情形。

　　遵照上述三步驟,你就可以找出連結上的微小問題而省下時間和精力。

　　謹慎地遵守下列有關屏蔽及器材彼此連接的規則就可以防止在新裝設一間錄音室時通常可能發生的雜音及串音問題:

　　(一)屏蔽層應該皆在訊源末端的訊號接地點,這一點是很重要的,因為以下三種情形將會使纜線屏蔽發生感應,見圖五,它們是:(1)屏蔽層內的訊號線和屏蔽層間所形成的電容量;(2)屏蔽層對外來靜電及磁場的感應;(3)屏蔽層連接的那一點。

　　任何在屏蔽層內的訊號線和屏蔽層本身之間所形成的微小電容量使得屏蔽層上產生電流,這股電流有兩種方式回到訊源去:直接經由訊源的接地,或者經由整個接地系統──如果在接收端連接的話。因為電容量的交連阻抗是隨頻率升高而降低的,所以一個接地不正確的屏蔽層會在接地系統中產生電壓降而形成過量的高頻率串音。

　　屏蔽層也帶有感應附近交流電源及射頻波所產生磁場的電流,因為可能產生電壓降的問題,所以這股電流應走最短而經過最少的訊號接地點直接通往大地,否則這些電位差會成為雜音出現在訊號輸出端。對屏蔽層內的訊號而言,它應是零電位的,否則對其內的訊號線而言,它本身就會成為干擾的來源。

　　(二)每條訊號線都應該有各自的屏蔽層,如果許多條訊號線放在一起而共用屏蔽層的話,它們彼此之間都會產生電容性交連,如果各自的屏蔽層除了接地點相連外在別處也短路在一起的話,它們便能互相分擔由彼此各自電容性交連所感應的電流而真正成為其屏蔽。因為電流經屏蔽層有限的阻抗會形成電壓降,根據上述情形因而使得屏蔽層的電位更接近於訊號接地端。

　　在強烈射頻干擾的地區,屏蔽線的接收端(這一端並不直接通往訊號接地端)與訊號接地端之間應串聯一個0.01uF電容器,在射頻部分,這個0.01uF電容器就像一個短路線一樣,用來降低屏蔽層與接地端間的有效阻抗。一架廿四軌錄音機則需要在與錄音室接地端之間串有一個0.5uF電容器,而大約在60Hz會有530的內阻,這不是個接地環路的大問題。

　　總結來說,在將錄音室內的器材個別連結起來時有三種可能的輸入電路安排:不平衡式、平衡式、差動式,而它們之間可以有九種不同的組合。圖六中是九種組合中的一種,注意觀察每一種接法,圖六中所標示的接地點是需要連接的,當連接通一件器材許多組的輸入輸出時,只有一條接地線是它所需要的。

轉載音響技術第100期APR. 1984 錄音室的供電與接地系統/福茂工程部 提供 (取材自dB雜誌1982 11月號)