In het kort:
Soms wordt er in een audio installatie hinder ondervonden van andere apparatuur, binnenshuis of buitenshuis.
Zulke hinder bestaat altijd uit bijgeluiden. Filters in lichtnetleidingen of speciale netsnoeren helpen hiertegen niet.
Het is ook een misvatting dat zulke storing via het lichtnetsnoer binnenkomt.
Verwante onderwerpen:
Aardlus, ontaarden, galvanische scheiding, elektrische veiligheid
in al deze gevallen is er -als je er last van hebt- sprake van een toegenomen ruis, gepruttel, brom, pieptonen, of definieerbare spraak of muziek van een storende zender. Zulke stoorsignalen tasten NOOIT het detail, de strakke bas, de plaatsing of de ruimtelijkheid van de weergve aan.
Als je geen bijgeluiden waar kunt nemen is er geen probleem en hoef je ook niets te doen.
Hoe herken je een EMC probleem
Wat kun je aan een EMC probleem doen
In dit hoofdstuk ga ik in op storingen, beter gezegd "ongewenste signalen". Zulke signalen kunnen afkomstig zijn van andere delen van je eigen audio apparatuur, maar ook van niet-audio apparatuur of van bronnen buiten je huis.
Ik
spreek nog al eens van "ongewenste signalen" en niet
zozeer van
"storing", want zulke signalen kunnen elders zeer
gewenst
zijn.
Een voorbeeld: Als er 1 milliwatt 50 Hz brom uit je luidsprekers
komt is dat erg hinderlijk (60 dBa is "luid en duidelijk"), maar
je wasmachine heeft zo'n 2 Kilowatt van dat spul nodig om goed te
werken. (dat
is 63 dB meer)
De praktijk leert dat er met huiskamer hifi audio apparatuur maar zelden EMC problemen zijn. En als het gebeurt gaat het meestal om legale of illegale zenders in de buurt. Soms is er een probleem met computers, en soms met een ongelukkig geparkeerde GSM telefoon.
Kijk ook in het hoofdstuk "Hoe klinkt Elektronica"
Dit hoofdstuk schetst niet meer dan enkele hoofdlijnen van het EMC gebeuren, en toegespitst op de huiskamer-audio-praktijk . Als je meer over deze materie wilt weten kan ik het boek van Goedbloed aanbevelen (zie de link pagina) , maar er zijn ook andere Nederlandstalige bronnen (en een veelvoud in het Engels)
Er is nu
(2008) ook een serie pagina's waarin een aantal mogelijke
EMC problemen nader beschouwd wordt.
EMC betekent Elektro Magnetische Compatibiliteit. Oftewel de mate waarin elektrische of elektronische apparaten elkaar niet storen.
EMC (of beter: het gebrek eraan) behelst altijd 3 dingen: Een stoorbron, een gestoord apparaat en een koppelweg daartussen. Als 1 van die drie ontbreekt is er geen EMC probleem.
Allerlei elektrische
apparaten kunnen een stoorbron vormen, maar in het bijzonder geldt dat
voor
apparaten die intern hoogfrequente wisselstromen gebruiken. Een goed
voorbeeld
is een computer, die tegenwoordig al met gigahertz frequenties werkt.
Gloeilampen
en audioversterkers zullen niet gauw als stoorbron optreden, om de
simpele reden
dat ze niets met hoge frequenties doen.
Radio en TV zenders zijn
uiteraard altijd stoorbronnen, maar alleen als het signaal ergens
terecht komt
waar we het niet willen hebben.
Er zijn ook natuurlijke stoorbronnen (dus niet man-made of van elektrische apparaten), zoals bliksem, en de tikken die je soms voelt als je in een droge omgeving van je stoel opstaat of een trui uittrekt.
Alle elektrische en elektronische apparaten kunnen gestoord raken, maar sommige apparaten zijn naar hun aard gevoeliger dan andere. Een elektromotor of het stijkijzer zal niet van slag raken door een dichtbije radiozender, tenzij er een elektronisch besturings circuit in zit.
Een audio versterker is in principe "stoorbaar" maar dient -en kan- in flinke mate ongevoelig te zijn. Een radio of TV-ontvanger is juist zo gevoelig mogelijk gemaakt om zeer bepaalde signalen op te vangen, maar moet ongevoelig zijn voor andere signalen.
Dan is er de koppelweg.
Er zijn vier manieren waarop een elektrisch signaal in een ander apparaat kan komen : Geleiding, Magnetische inductie, Capacitieve inductie of Straling.
Voor geleiding
zijn er elektrisch geleidende leidingen nodig. Kabels
natuurlijk, maar ook een metalen koelwaterleiding kan als zodanig
fungeren. Een
aardleiding is in dit verband net zo'n leiding als alle
andere. Het feit
dat 'ie geel-groene isolatie heeft en met moeder-aarde verbonden is
zegt op zich
niets. Besef
dat elektrische stromen altijd in een kring lopen. Er moet een gesloten
circuit
van geleiders zijn om een stroom mogelijk te maken.
In sommige gevallen kan ook
een capaciteit deel uit maken van de koppelweg. Bijv. de capaciteit
tussen de
lichtnet leidingen in je huis en een niet afgeschermd deel van een
gevoelige
signaalleiding, zoals van een microfoon of een vinyl-platenspeler. We
spreken
dan over capacitieve inductie.
Bij overdracht door magnetische
inductie
gaat het om magneetvelden. Typische magnetische stoorbronnen zijn
transformatoren zoals die in allerlei elektronische appartuur zitten,
maar je
vindt trafo's ook in stekker voedingen (die vuistgrote knobbels voor in
het
stopkontact) voor allerlei elektronische spullen, en in verband met
halogeen
verlichting.
Ook lichtnet kabels die veel stroom voeren (elektrische
verwarming) kunnen een bron van magnetische storing vormen.
Het ongewenste
signaal wordt doorgaans overgedragen als er een gevoelige
signaalleiding
(microfoon, Vinyl platenspeler) dicht langs zo'n bron of leiding
loopt.
Bij de overdracht door straling zijn er altijd antennes in het spel. En helaas is het niet zo dat antennes alleen antenne zijn als er "Antenne" op staat. Iedere elektrische geleider kan als antenne werken, dus ook de kabels die aan of tussen je audio apparatuur zitten.
Vooral bij de overdracht door straling speelt de afstand tussen stoorbron en gestoorde een belangrijke rol.
Wellicht het meest belangrijke aspect van een EMC probleem is de frequentie, of de golflengte van het ongewenste signaal. Vooral voor de koppelweg is dat van belang.
Alle verschijnselen van elektromagnetisme moeten bekeken worden in relatie tot de golflengte.
Als de golflengte van het storende signaal groot is ten opzichte van de afmetingen van de apparatuur, incl. de kabels, dan hebben we overwegend met geleiding te maken of met capacitieve of inductieve koppeling.
Is de golflengte (zeer) veel kleiner dan spelen straling en antenne werking de hoofdrol. Die scheiding ligt in de praktijk ergens tussen de 30 MHz en de 80 MHz.
Minstens net zo belangrijk is de vraag of de frequenties van het ongewenste signaal zich "in of buiten de band" bevinden. De "band" is hier het frequentie gebied waarin het gestoorde apparaat naar z'n aard werkzaam is. Voor een audio versterker is dat 20 Hz to 20.000 Hz, maar voor bijv. een FM-ontvanger is dat 80 tot 110 Mhz, en intern nog iets in de buurt van 10.7 MHz.
Voor ongewenste signalen "in de band" zijn de overdrachts mechanismes betrekkelijk eenvoudig: Als zo'n storend signaal via enige manier kan "binnenkomen" is het onmiddelijk foute boel.
Voor signalen "buiten de (audio) band" zijn er weliswaar meer overdrachts mechanismes, maar er moet ook een mechanisme zijn dat het ongewenste signaal vertaalt naar iets hoorbaars. In analoge audio apparatuur (versterkers e.d.) is het enige mechanisme dat zoiets kan bewerkstelligen: niet-lineair gedrag.
Hoe herken je een EMC probleem
In het hoofdstuk "Hoe klinkt elektronica" staat een overzichtje van de meest voor de hand liggende verschijnselen.
Het gaat altijd om bijgeluiden. De klank of de ruimtelijkheid van je geluids weergave wordt niet beinvloed door evt. storing van buitenaf.
Wat kun je aan een EMC probleem doen
Het oplossen van een EMC probleem in een bestaande installatie is specialisten werk. Het vergt gedetailleerde kennis van het inwendige van de gestooorde apparatuur, de aard van de stoorbron en de koppelweg (wegen). Pas als het probleem goed in kaart gebracht is kunnen er oplossingen bedacht worden.
Als de stoorbron een illegale zender is kun je die door het Agentschap Telecom (zie mijn linkpagina) uit de lucht laten halen.
Als het een legale zendamateur is zal 'ie doorgaans bereid zijn om mee te werken, en zeker als het een echte amateur is -zo een die nog zelf de meeste van z'n spullen bouwt- heb je een redelijke kans dat 'ie ook de technische kennis heeft om je apparatuur ongevoelig te maken voor zijn zendsignaal.
Als dat niet lukt kun
je het bovenvermelde Agentschap Telecom om raad vragen, en soms willen
die
mensen je apparatuur ook wel eens gratis ontstoren. Een andere
toevlucht is de VERON,
de vereniging van zend-amateurs. Ook hier zijn soms mensen bereid te
vinden om
een stoorprobleem te verhelpen.
Het zelfde verhaal geldt voor storing door omroep zenders, en
zenders van militaire, luchtvaart, of andere "officiele"
instanties.
Als jouw audio apparatuur voldoet aan de daarvoor gestelde immuniteits eisen en een zendgemachtigde veroorzaakt in jouw huis een veldsterkte die hoger is dan het immuniteits-testnivo dan moeten m.i. de extra ontstoor maatregelen betaald worden door de betreffende zendgemachtigde, ook als die binnen de grenzen van z'n vergunning blijft.
Die grens ligt op 3
Volt/meter elektrische veldsterkte. Dat wil zeggen dat die
zendgemachtigde niet
meer dan 3 V/m mag veroorzaken in jouw huis, en dat jouw apparatuur
geen
problemen mag geven bij 3 V/m
De garantie op je
apparatuur vervalt mogelijk als er "in de kasten" wijzigingen worden
aangebracht, en dat is in zo'n geval vrijwel
altijd nodig.
Laat je niet verleiden
tot de aanschaf van allerlei filters of speciale kabels in een Hifi
winkel. Het
personeel daar heeft vrijwel nooit echt verstand van EMC problematiek.
Losse (net)
filters en speciale kabels helpen meestal niet. Als je er mee wilt
experimenteren,
OK, maar eis van te voren een schriftelijke "werkt-niet-geld-terug"
garantie.
Ik geef hieronder nog wel een paar tips, want we staan niet helemaal met lege handen, maar lees eerst verder en vergewis je ervan dat er echt een probleem is, want zonder probleem geen oplossingen.
De wetten in de EU schrijven voor dat elektrische apparatuur (en nog veel meer) een CE markering moet hebben. De eisen voor elektronische apparatuur gaan o.m. over EMC.
Deze normen zijn niet "public domain" , d.w.z. je moet er stevig voor betalen, honderden euro's of zo per deeltje. (schandaal: je moet je er als fabrikant aan houden, maar het kost een kapitaal om erachter te komen waar je je precies aan moet houden)
Het is overigens erg technisch gedetailleerde literatuur, en voor de precieze interpretaties heb je niet zelden een technisch jurist nodig.
Het uitvoeren van de
metingen vereist gespecialiseerde en kostbare apparatuur. Een test
sessie bij
een gecertificeerd bedrijf kost al gauw een paar duizend €.
Ik heb uit hoofde van mijn werk
toegang tot de normen voor medische apparatuur (EN60601), en ik heb
redenen om
aan te nemen dat de normen voor AV aparatuur eerder strenger zijn. Er
wordt nl.
onderscheid gemaakt tussen apparatuur die in een woon-omgeving gebruikt
wordt en
apparatuur in bijv. een ziekenhuis dat bijna altijd een eigen
transformator
heeft naar het midden- of hoogspanningsnet. Bovendien komen veel
emissie
limieten voort uit overwegingen van het "niet storen van de (publieke)
radio omroep" en
dat telt in een woon-omgeving veel zwaarder dan in een ziekenhuis of
een
industriele omgeving.
Hier wat getallen over test limieten uit die medische norm (niet erg exact, maar om je een gevoel voor de orde van grootte te geven)
Emissie:
Een apparaat mag niet meer dan ongeveer 1 mV stoorsignaal in het lichtnet stoppen over het frequentie gebied 150 kHz tot 30 MHz.
De veldsterkte van uitgestraalde storing in het frequentie gebied 30 tot 1000 MHz moet minder zijn dan ca. 0.07 mV/m op 10 meter afstand
Immuniteit:
Een apparaat moet normaal blijven functioneren als het aangestraald wordt met een zender signaal van 3 V/m in het frequentie gebied van 27 MHz tot 2500 MHz. Het zender signaal is amplitude gemoduleerd met 1 kHz en 80% modulatie diepte.
Voor het frequentie gebied 150 kHz tot 80 Mhz geldt dat het ook goed moet gaan als het zender signaal met 3 Volt op de kabels geinjecteerd wordt (lichtnet zowel als signaal kabels)
Het
apparaat moet bestand zijn tegen korte energie-rijke impulsen van 2000
Volt op
lichtnet aansluitingen en 1000 Volt op signaal
verbindingen. (het
equivalent
van een bliksem inslag in de buurt)
Het moet
bestand zijn tegen elektrostatische ontladingen van enkele duizenden
volts. (het
soort tikken zoals wanneer je op een droge dag van je stoel
opstaat)
Bij deze immuniteits tests geldt dat de goede werking tijdelijk wel verstoord mag worden, maar dat dat zich vanzelf moet herstellen, dat er geen gevaarlijke toestanden mogen ontstaan en dat er geen corruptie van gegevens mag optreden die zou kunnen leiden tot een verkeerde diagnose of een verkeerde behandeling.
Als je in het bovenstaande kijkt naar het verschil tussen de toegestane emissie en de immuniteits test nivo's dan zie je daar een marge van enkele ordes van grootte. Gelukkig maar, want dit garandeert dat de coexistentie van allerlei apparatuur meestal goed gaat.
Het belangrijkste onderscheid in de aard van ongewenste signalen bij audio apparatuur is de vraag of de frequenties van die signalen in of buiten het audiofrequente gebied, het gebied van hoorbare frequenties liggen.
Storing "in de band" wordt veroorzaakt door bronnen die stoorsignalen produceren met frequenties in het hoorbare gebied van 20 Hz to 20,000 Hz. Dat kan het lichtnet zijn. 50 Hz is een goed hoorbare bromtoon. Maar ook alle harmonischen, boventonen van de lichtnet frequentie kunnen voorkomen, veroorzaakt door o.m. TL-buizen en bijna alle elektronische apparatuur die gevoed wordt uit het lichtnet.
Andere mogelijke
bronnen in het huishouden zijn de collector motoren van het
scheerapparaat of de
keukenmachine en sommig speelgoed, en niet te vergeten: licht dimmers.
Wacht
nog even voor je nu het hele huis gaat afstruinen. Zoals eerder gezegd,
er is ook een koppelweg nodig.
Bij deze lage frequenties zitten we altijd in het nabije veld. De golflengte van de (stoor) signalen is vele, vele malen groter dan de afmetingen van de geluids installatie. Dat betekent dat de overdracht alleen kan plaats vinden door geleiding, door capacitieve koppeling, of door magnetische koppeling, of door een combinatie daarvan. Straling en antenne werking zijn nagenoeg uitgesloten.
-
Geleiding.
Geleiding vereist een gesloten kring van elektrische geleiders. Dat kunnen kabels zijn, maar ook de waterleiding of een CV-leiding kan deel uit maken van het circuit. Idem voor aardleidingen; het feit dat ze met de aarde verbonden zijn maakt op zich niets uit.
Wellicht de meest voorkomende geleidings situatie is de aardlus.
-
Capacitieve koppeling
Dit kan gebeuren als er een "gat" zit in de afscherming van gevoelige leidingen, of als de kasten van de apparatuur zelf onvoldoende afscherming bieden, zoals bij plastic versterker kasten (komt niet vaak voor, want dat is vragen om problemen).
Een notoir bekend "gat" in de afscherming zit bij het afspeel element van vinyl platenspelers. Zo'n ding is altijd van kunststof en het is aangesloten op een tamelijk gevoelige voorversterker. Als het chassis (de draaitafel) een stoorspanning voert t.o.v. de massa van de versterker is er gegarandeerd een probleem. Dat kan gemakkelijk, want het chassis is meestal -ook weer capacitief- gekoppeld met het lichtnet voor de aandrijf motor.
Je moet het chassis dan ook altijd (liefst via een aparte draad) met de massa van de (voor)versterker verbinden, zodat het chassis mede als afscherming werkt en niet als stoorbron.
Een andere veelvoorkomende situatie van capacitieve koppeling is die met licht dimmers. Deze dimmers produceren vrij veel harmonischen van de 50 Hertz lichtnet frequentie.
Bij wat langere gevoelige (microfoon) kabels kan dat capacitief inkoppelen, ook als de afscherming van de microfoonkabel in orde is. Er gaat een stoorstoom door de mantel van de microfoonkabel lopen en bij a-symmetrische verbindingen geeft dat gegarandeerd een probleem: ratel en zoem geluiden. De remedie: gebruik voor lange microfoonkabels altijd symmetrische verbindingen.
-
Magnetische of inductieve koppeling
Deze koppelweg komt voor als gevoelige leidingen (vinyl platenspeler of microfoon) dicht langs lichtnet leidingen lopen of erger, dicht langs transformatoren of een TV, of een computer monitor.
In bijna alle audio apparaten zit een voedings transformator. Niet zelden hebben zulke transformatoren een tamelijk sterk uitwendig magneetveld. (Ringkern trafo's hebben een zeer gering uitwendig magneetveld) Computer monitoren en TV's kunnen ook een laagfrequent magnetisch stoorveld produceren tussen 50 en 120 Hz, en met vrij veel harmonischen.
Zulke problemen kunnen meestal gemakkelijk opgelost worden door de kabels te verleggen.
Een andere potentiele bron van magnetische overdracht vormt laagspannings halogeen verlichting met spandraden of iets vergelijkbaars. Dus waar de lampjes tussen vrij gespannen draden of metalen staven opgehangen zijn. In die situaties loopt er een stroom van een aantal amperes in een lus met een vrij grote oppervlakte. Als die draden dicht bij je apparatuur lopen kan dat best een brom geluid veroorzaken.
Storing "buiten de band", dus met frequenties boven het hoorbare gebied van 20 Hz to 20,000 Hz is in beginsel onhoorbaar, ongeacht de manier waarop het je apparatuur binnen komt. Zulke signalen kunnen alleen merkbaar worden als er een mechanisme is waardoor ze naar het audiofrequente gebied vertaald worden.
Er zijn drie zulke mechanismes, en ze berusten allemaal op niet-lineair gedrag van de elektronische circuits.
-
Interferentie
Als het storende signaal frequenties bevat die binnen 20 kHz liggen van een frequentie die in het audio apparaat voorkomt kunnen die verschilfrequenties een hoorbaar storend signaal opleveren.
Deze situatie doet zich eigenlijk alleen voor in radio ontvangers. In andere analoge audio apparatuur (versterkers en zo) zijn er intern geen frequenties die met een stoorsignaal zouden kunnen interfereren. (tenzij de versterker hoogfrequente instabiliteit vertoont. Dan is dit een indicator voor problemen)
Bij digitale audio apparatuur zijn er frequenties van een flink aantal MHz in het geding, maar de kans dat interferenties tussen die signalen en een stoorsignaal van buitenaf tot problemen leiden is erg klein. Een storend signaal zal dan tenminste de storingsmarge moeten overtreffen, want anders is er geen enkel effect.
-
Werkpunts verschuiving of detectie
Een sterk hoogfrequent signaal kan in een schakeling die bedoeld is voor veel lagere frequenties een werkpunts verschuiving veroorzaken. Vooral als het storende signaal in amplitude gemoduleerd is (bijv. afkomstig van een A.M. zender) kun je die modulatie nog wel eens als zodanig horen.
Als de modulatie van die zender FM is zul je er minder gauw iets van horen (daarom zijn die 27 MHz bakken FM gemoduleerd), maar als het toch gebeurt zal het waarschijnlijk erg vervormd zijn.
Een mobile telefoon in de buurt van je audio apparatuur kan via deze weg storing veroorzaken. Je hoort een soort zoemend geluid als er een telefoon verbinding is, en zo af en toe een paar tikken als 'ie standby staat.
Als je zoiets waarneemt betekent dat niet dat je slecht afgeschermde audio apparatuur hebt, de veldsterkte van een mobieltje is op korte afstand zodanig hoog dat er met allerlei apparatuur problemen te verwachten zijn.
-
Radio storing
Bij de ontvangst van radio of TV kan het gebeuren dat een stoorbron in de buurt signalen produceert op of nabij draggolf frequenties die je wilt ontvangen. Dan is er natuurlijk een groot probleem. Soms kan het helpen als je de ontvang antenne anders richt, maar vaak kan dat niet om praktische redenen.
Een andere situatie kan zich voordoen als er een sterke zender in de buurt staat, evt. op een totaal andere frequentie dan die je wilt ontvangen. Het kan dan gebeuren dat dat "storende" zender signaal de eerste trap van je ontvanger overstuurt waardoor er allerlei intermodulatie producten ontstaan met wat je wel en niet wilt ontvangen. Het resultaat kan allerlei bijgeluiden opleveren: lispelend, pruttelend, fluittoontjes etc., tot een volstrekt ongenietbaar gewenst signaal.Als het om TV-signalen gaat kun je hier de meest mallotige storingen verwachten.
Hoewel een doorsnee GSM een gemiddeld zendvermogen van maximaal 0.25 watt gebruikt is dat wel 2 Watt in de pieken. (die dingen zenden maar gedurende 1/8 van de tijd)
Een 2 watt zender produceert op 1 meter afstand een veldstekte van ongeveer 10 Volt/m. (of 140 dBuV/m) Dat is best een flinke veldsterkte waarvan problemen verwacht mogen worden. Zo'n veldsterkte overschrijdt bijv. de test nivo's voor de immuniteit van ziekenhuis apparatuur. Het is dan ook bepaald geen onzin dat men in ziekenhuis afdelingen met veel elektronische apparatuur (o.m. Intensive Care en hartbewaking) de aanwezigheid van mobile telefoons verbiedt.
Voor ziekenhuis apparatuur geldt een test eis van 3 Volt per meter, dus met een GSM vlakbij ga je daar gemakkelijk overheen.
Het goede bericht is dat hifi audio apparatuur werkt met frequenties die zeer veel lager zijn dan die van de GSM, en gemakkelijk ongevoelig gemaakt kan worden voor die hoge frequenties (ca. 900 en 1800 MHz)
Het kan best zo zijn dat als je je GSM tussen de kabelbrij achter je versterker legt je wat onaangename stoorgeluiden hoort. Geen wonder met zo'n veldsterkte, die op decimeter afstanden nog flink wat hoger kan zijn.
Als je maar met genoeg veldsterkte aankomt krijg je elk apparaat wel op tilt.
De remedie is: Leg die GSM ergens anders neer.
.