音频系统接地与信号干扰问题的分析与解决
1 引言
音响工程施工中经常会遇到交流声问题，其实交流声主要是由接地不正确引起的。 在音频系统中，接地是抑制噪声和防止干扰、保证设备电磁兼容性、提高可靠性的重要技术措施。 正确的接地既能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外发射干扰；反之，错误的接地会引入严重的干扰，甚至使设备无法正常工作。
2 音响系统的接地方式
2.1保护接地
保护接地是为防止绝缘损坏造成设备带电危及人身安全，将电气设备的外壳与地之间牢固连接的保护装置。 保护接地的目的是为了使设备与大地之问有一条低阻抗的电流通路，以保证人身和设施的安全。 接地是否有效取决于接地电阻的大小，阻值越小越好。 接地电阻与接地装置、接地土壤状况以及环境条件等因素有关。 一般要求接地电阻在4 Q以下。 切忌不能简单地把“地”接在零线上！零线和地线不是一个概念。 在电力电源中，零线是电源的回路。 当三相平衡时，零线的电位基本等于地线的电位。 但如果三相不平衡，零线与地之间有一定电位差，这样的零线不能起到保护作用。 所以零线不能与地线用同一条线，必须有单独的、与大地良好连接的专用地线。
2.2屏蔽接地
屏蔽接地是为防止电磁感应而对音频线的屏蔽，是金属外皮、电子设备的金属外壳、屏蔽罩等进行接地的一种防护措施。 这个“地”要良好地接在大地上。
2.3信号接地
信号接地是在系统和设备之问，采用低阻抗的导线为系统电路提供共同参考电位。 这个地不是接在真正的大地上，它只是参考电位。 在非平衡音频信号传输中，信号地线是传输音频信号的回路。 电子平衡信号传输中也需要信号接地，只有音频变压器平衡信号传输不需要信号接地。 有时，信号地和屏蔽地共用一根线，这要特别注意！因为交流声很可能因连接错误而产生，这时的“地”就一定要和大地等电位，也就是相当于屏蔽接地和信号接地的两用地线。
3 引发系统交流声的机理
重复接地，也可理解为“地线环路”（这个“地”是指信号地线）是引起交流声的主要原因。 在音响系统中不能有多余的地线，也就是同一个接地点只允许接一根地线。 除地线引起的交流声干扰以外，另一种交流声是来自电源供电的干扰，还有来自空间电磁辐射的干扰和布线不合理产生的于扰。
4 设备地线的处理方式
设备本身有多个接地，机箱的接地是保护接地，输入输出的接地是信号接地，都是必需的。 但如果他们简单地通过导线直接接地，就形成了重复接地的环路，会引起交流声。 如何解决这个矛盾呢？答案比较复杂。 专业功放的机箱接地是可以断开的。 一般专业功放的后面都有接地开关，其可断开机箱（保护接地）与地（这里指信号接地）的连接。 为什么要断开这个接地呢？因为工程中的机柜有接地保护（机柜必须接大地），功放的机箱和机柜是连接的，如再接地就重复了。 如遇见没有接地开关的设备，可想办法断开机箱与机内的信号接地。 如没有机柜，功放的接地开关应闭合，其他设备的外壳也应良好地接大地。
5 音响系统的平衡和非平衡
非平衡又叫单端输入或单端输出，有1个信号端和1个参考端（地）。 平衡又叫双端输入或双端输出，有2个信号端（正相、反相），有没有参考端（地）要根据变压器平衡和电子平衡的实际情况而定。
5.1变压器平衡
变压器平衡是真正意义上的平衡，具有极高的共模抑制比（共模电压可高达接近变压器的极问绝缘电压），输入输出完全隔离，无直流，无地线引起的交流声，接成非平衡时，反向输出端或输入端接设备电路的信号地，增益无变化。 缺点是平衡变压器造价昂贵、频响较难做到平直。 平衡变压器的功率很小，有20 dB以上的裕量就可以了。 由0dB=l mW为参考值计算得：20dB=100mW，再留出3dB裕量，所以200mW的功率就足够了。 平衡变压器的阻抗通常是600Ω：600Ω。 变压器平衡可在传输信号线中没有地线，实现输入与输出完全隔离。
5.2电子平衡
用电子线路做成的平衡，其共模抑制电压一般不会高于运算放大器（OP）集成电路的供电电压（约+15 V）。 输入输出不隔离，有可能因重复接地引起交流声。 接成非平衡输出时，反向输出端必须悬空不能接地，且增益降低6 dB。 接成非平衡输入时，反向输入端必须接地不能悬空，否则容易感染噪声。 优点是造价低廉、频响较易做到平直。 电子平衡在信号线传输中必须要有地线，这点不同于变压器平衡。 这个地线电位关系到系统共模抑制范围和系统参考点。 电子平衡的共模抑制范围与电路供电电压有关，
同时与参考“地”电位有关。 基本是在这个“地”电位的正负电源电压范围。 所以电子平衡中，地线不能少。 电子平衡不能实现输入与输出完全隔离。
虽然变压器平衡有许多优点，但由于其造价昂贵很少采用。 现在使用的凋音台和周边设备包括功放，大多采用“电子平衡”。 由于电子平衡与变压器平衡的区别，两者的接线方法不一样，应引起注意。
6 设备之间信号线的连接
6.1非平衡输出与非平衡输入的连接
在音响系统中，非平衡所采用的插头规格有：RCA（莲花）、大二芯6.35 mm（1／4 in）、小二芯3.50 mm、小二芯2.50mm和凤凰插头座等。 因为非平衡音频线由单根芯线和屏蔽兼地线两根线组成，所以只要对应连接就可以了。 应该注意的是：三芯插头也有可能是非平衡立体声插头座，其连接线是双芯屏蔽线，两根芯线一个传输左声道信号，另一个传输右声道信号，这在随身听、MP3和计算机声卡中常见。
6.2非平衡输出与平衡输入的连接
平衡输入插头座的规格有：卡依、大三芯6.35 mm、小三芯3.50 mm和凤凰插头座等。 对于卡侬输入“1”，“3”要短路（接地），“2”接非平衡输出的芯线。 大三芯和小三芯的“头”接非平衡输出的芯线，“环”与外壳相连，接屏蔽地线。 也可直接采用大二芯和小二芯插头。 凤凰插头按标记将“+”接信号芯线，“一”与“地”相连，接屏蔽地。
6.3平衡输出与非平衡输入的连接
电子平衡输出接非平衡输入时，“-”端必须悬空，如接地将造成“-”端输出对地短路，IC功耗增加，噪声增加。 对于卡侬为“3”悬空，对于大三芯和小三芯为“环”悬空，对于凤凰插头为“-”悬空。 变压器平衡输出到非平衡输入之间的连接，平衡输出的“-”端必须与非平衡输入的地之间连接，否则不能形成回路，信号无法通过。
6.4平衡输出与平衡输入的连接
这种连接比较简单，只要一一对应就可以了。 如果用户采用平衡变压器作隔离，只需接“+”、“-”就可以了，“地”不要接，否则起不到隔离作用。
6.5 INSERT口的连接
一般调音台都具有INSERT接口，它是在通路中插入一个设备。 通常这个接口都采用大三芯，“头”是输出，接外部设备输入；“环”是输入，接外部设备的输出。 需要特别注意的是：外部设备的2个插头（输出、输入）只能有一个插头的外壳接地，另一个要悬空；否则将产生地线环路，而地线环路是产生交流声的主要根源。
在以上连接情况中，还应注意卡侬插头的外壳不要接地！因其“1”已经接地了，外壳再接地就是重复了。 各种插头的连接图如图1所示。 图中，地线（屏蔽）是否连接要看实际情况；原则是不产生地线环路。
7 系统连线注意事项
在系统连接中，强弱电线路和信号线、电源线常走在同一个线槽中，这会产生各种干扰问题。 信号线和电源线的走线方法必须引起足够重视。
（1）弱信号设备电源与强信号设备电源分组连接。 弱信号音源设备如CD、卡座、效果器、调音台、压缩限幅器和均衡器等同一组电源连接，强信号功率放大器与另一组电源连接，可以避免传导方式的电源交流噪声干扰，和大电流电源压降引起的低频自激。
（2）在电源干扰很严重时，设备分相连接。 把小信号设备和监听设备电源连在一起，选择三相电源中交流声干扰最小的一相接入，其余两相接大信号功率放大器，可降低来自电源压降的交流噪声干扰和低频自激的可能。
（3）连接干净的电源供电。 供电电源设计时，应设计单独电源变压器；无条件时可使用独立一组电源供电，与空调、灯光等设备分开供电，从系统配电柜直接单独拉线，或采用隔离电源变压器等。
（4）所有的电力电缆及信号电缆均穿金属管保护，金属管必须连成一体，中间不能断开。 金属管终端一端接地，另一端悬浮不接地。 金属管起到一定的屏蔽和隔离作用。
（5）电力电缆与信号电缆不能平行走线，两种不同类型的信号线（信号不同或电平不同）要相互远离，特别是音频线和视频线之间要远离。 严格划分系统的输入输出信号和其他信号，分别用不同的多股电缆传送不同的信号，即类似的信号用同一根多芯电缆传送。
接地应走直线，避免成环路，系统接大地的电阻应不大于4 n。 对于设备的机壳进行适当接地处理是防止外界干扰和防止人体触电的必要方法。 这个接地是保护接地，必须接在大地上，而且接地电阻必须小于4Q。
信号接地即联合接地，电阻应小于1 n，把2个“地”电位不同的设备间的信号地线分离，避免设备直接连通或形成地线环路，产生地环流，形成回路，造成干扰。 比如，信号线平衡式连接的外层屏蔽线只在末端一点接地或两端都不接地，有的线路不能两端都接地。 具体接法要根据实际情况而定，不可教条。 由于音频信号的频率范围为20 Hz一20 kHz，通常用于音频电子电路的频率小于l MHz布线的分布电容、分布电感和元件之间不会产生太大影响，所以应该尽量采用一点接地。
音频系统接地与信号干扰问题的分析与解决
