все о профессиональном звуке

Электроснабжение студий

Ведущий научный сотрудник Санкт-Петербургского Универститета  телекоммуникаций, кандидат технических наук, видный специалист по радиовещательным технологиям Михаил Антонович Сергеев (1956-2011) известен и как активный популяризатор технических знаний, автор множества публикаций в профессиональной прессе. Многие годы он был одним из основных авторов журнала "Звукорежиссер" и его научным редактором. Его статьи сохранили актуальность и должны быть доступны тем, кто нуждается в квалифицированной информации. Мы размещаем их здесь в память о замечательном человеке и специалисте и уверены, что они принесут пользу читателям.

Практически все оборудование современной студии электрическое, и оно требует питания. Приборы с автономным питанием в студии – редкость, в основном все включается в розетку переменного тока 220 В.

Существуют нормативные документы, в частности ГОСТ 13109-97, который так и называется: «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Нормы нормами, но вилка-то вставляется не в бумагу. И какими же последствиями грозит ухудшение качества электричества?

Список краток:

1) помехи в сигнальных цепях;

2) перебои в работе оборудования;

3) утеря данных;

4) повреждение оборудования.

Статистика показывает, что большинство неприятностей связано с пунктами 2 и 3. Скачок напряжения в сети – и что-то повисает, что-то сбрасывается, и картинка на экране монитора огорчает. Дело страдает, и сразу возникает мысль про UPS – устройство бесперебойного питания. Что же может UPS, где оно полезно, а где – не очень, как его выбирать и как эксплуатировать?

Звукорежиссеру позволительно не знать ответов на эти вопросы, но при условии, что рядом есть специалист. И только в том случае, когда они говорят на одном языке и понимают друг друга. Что же нужно знать хотя бы для общего образования?

Мощность

Максимальная мощность нагрузки выступает в качестве основного параметра.

Указывается, как правило, полная мощность. Пример: 350 ВА, 525 ВА или 1500 ВА. При номинальном значении выходного напряжения 220 В эти приборы могут отдать ток 1,6, 2,4 и 6,8 А соответственно. И про ток нужно помнить, потому что система защиты (и «пробки» в стиле ретро, и суперсовременные автоматы) отключает потребителей при превышении допустимого значения именно тока.

Выбирать UPS следует с запасом по мощности минимум 30%. Почему? Предположим, что ваше оборудование потребляет 300 ВА. Какой в этом случае потребляется ток, и не сработает ли защита от перегрузки?

Ответ кажется простым. Поделим мощность на напряжение и получим ток: 300/220 = 1,36 А. Верен ли ответ? Вспомним, что напряжение на выходе UPS может изменяться, например от -10% до +5% от номинального или от 198 до 230 В.

При изменении напряжения на входе импульсного блока питания изменяется ток, а мощность остается практически постоянной. Теоретический расчет дает нам оценку: снизилось на 10% напряжение – примерно на те же 10% возрастает ток. В реальной жизни добавляются еще и переходные процессы, вызываемые изменениями потребляемой мощности и напряжения в сети.

Можно, конечно, провести глубокое научное исследование зависимости потребляемого тока и мощности от влияния разных факторов. На практике проще и дешевле взять UPS с запасом 30%.

Напряжение

Входное напряжение

Большинство UPS имеет следующую логику работы. При изменении входного напряжения в пределах от Uмин до Uмакс выходное напряжение стабилизируется путем автоматического переключения отводов автотрансформатора. При выходе напряжения за указанные границы UPS переходит на питание от аккумулятора.

Рис. 1 Зависимость выходного напряжения Uвых от входного Uвх в статическом режиме работы UPS со стабилизацией напряжения

Фото статьи

Полезно обратить особое внимание на значения Uмин и Uмакс, здесь вас ждут открытия. При снижении напряжения в сети на 20% (до 176 В) UPS переходит на работу от аккумулятора и через 15 минут отключается совсем. В то же время компьютер, включенный непосредственно в сеть, продолжает нормально работать, его блок питания рассчитан на диапазон от 90 до 260 В. Так что вполне возможна парадоксальная ситуация, когда установка UPS ухудшает стабильность работы студии.

Если приходится сталкиваться с существенными систематическими отклонениями напряжения от номинального значения, то есть смысл подумать о покупке стабилизатора напряжения для UPS.

Выходное напряжение

В описании указано: 220 В +5/-10%. Что же это означает? Ответ зависит от формы выходного напряжения, которая далеко не всегда оказывается синусоидальной. Это нетрудно проверить, имея хотя бы минимальные навыки работы с электричеством. Вам потребуются для этого понижающий трансформатор, пара метров двужильного сетевого провода, три резистора и пара разъемов.

Сначала следует убедиться, что у трансформатора первичная обмотка надежно изолирована от вторичной. Если есть сомнения – обратитесь к специалисту! Теперь можно включить трансформатор в сеть и измерить обычным тестером напряжение U2 на вторичной обмотке. Трансформатор пригоден для нашего опыта, если U2 попало в диапазон 2…20 В.

Дальше – совсем просто. Увидеть форму напряжения можно с помощью осциллографа, а при его отсутствии достаточно компьютера со звуковой картой – это имеется в любой студии.

Подавать напряжение с выхода трансформатора непосредственно на вход звуковой карты не следует. Во-первых, можно перегрузить вход и форма напряжения на экране окажется искажена. Во-вторых, остается опасность повредить вход при неаккуратном включении.

Радикально уменьшить риски и понизить напряжение до приемлемого значения позволит простейший делитель на трех резисторах.

Рис. 2 Устройство для анализа формы сетевого напряжения

Фото статьи

Следует использовать R1 = R3 сопротивлением в пределах от 4,7 кОм до 15 кОм. Оставшийся резистор выбирается из условия R2 = 0.2хR1/ U2.

Для примера возьмем R1 = R3 = 10 кОм. Пусть напряжение U2 на выходе трансформатора T1 равно 6,3 В, тогда расчетное значениеR2 = 2000/6,3 = 317 Ом, можно взять резистор 300 или 330 Ом.

При таких параметрах напряжение на выходе делителя составит U2×R3(R1 + R2 + R3) = 6,3×300/(10000 + 300 +10000) = 0,093 В или 93 мВ, то есть вполне безопасное для звуковой карты. А ее входная цепь дополнительно защищена резисторами 10 кОм (R1 и R3) от неприятностей.

Подаем сигнал на вход звуковой карты, включаем запись и видим: на синус это совсем не похоже.

Рис. 3 Форма напряжения на выходе UPS

Фото статьи

Действующее значение этого напряжения равно именно 220 В, и лампа накаливания будет светить так же ярко, как от синусоидального напряжения. Но все ли приборы будут хорошо работать с таким питанием?

Начнем с того, что неочевидны последствия влияния гармоник напряжения питания на звуковой тракт. Возможно, ухудшение звучания окажется пренебрежимо малым, а возможно – и нет.

Для приборов с импульсными блоками питания изменение формы напряжения обычно не особо значимо. Но есть в студии приборы и с обычными блоками питания: трансформатор, диоды и конденсатор. Уменьшение амплитуды напряжения питания при переходе от синусоидального к прямоугольному напряжению вызовет снижение выпрямленного напряжения в блоке питания. Уменьшится, например, напряжение на анодах ламп, и  не следует ждать в этом случае улучшения звучания, хотя работоспособность и сохраняется.

Некоторые приборы просто отказываются работать при таком прямоугольном питании, чаще всего – вследствие остановки тактового генератора в системе управления. Иногда аппарат сохраняет работоспособность, но становится неуправляемым, потому что гаснет люминесцентный индикатор и не видно информации на дисплее.

Оценить синусоидальность выходного напряжения UPS можно и с помощью обычного тестера.

Большинство тестеров измеряет амплитудное значение напряжения, его легко получить простейшим диодным выпрямителем. А вот шкала тестера градуирована в значениях действующего напряжения с коэффициентом пересчета, верным для синусоидального напряжения, то есть 1,41 – именно во столько раз амплитуда больше действующего значения для напряжения синусоидальной формы. То есть в нашей сети 220 В амплитудное значение напряжения равно 220×1,41 = 310 В.

В случае прямоугольной формы амплитудное значение напряжения равно действующему.

Подключите тестер к выходу UPS и измерьте напряжение на его выходе. Если при работе UPS от аккумулятора тестер показывает напряжение менее 190 В, то нельзя быть уверенным, что все приборы студии будут нормально работать.

Скорость и время

Если ставится задача обеспечить работу студии при аварии сети, то время автономной работы от аккумулятора должно быть больше, чем вероятный перерыв питания. Речь идет о нескольких часах, и решение оказывается недешевым – нужны аккумуляторы огромной емкости. Дешевле применить альтернативные источники энергии: дизельный или бензиновый генератор, питание от бортовой сети автомобиля. UPS в этом случае должен обеспечить возможность переключения на другой источник, то есть достаточно иметь буквально несколько минут автономной работы.

Иногда ставится задача защитить студию от перерывов питания, то есть исключить сбои и потери данных и дать возможность остановить работу и выключить оборудование. Минимальное время – 5 минут, если же в запасе есть 20 минут, то можно спокойно завершать работу.

По умолчанию все приборы в студии подключены на выход UPS и защищены от скачков сети. В реальной жизни приходится чем-то жертвовать, иначе расходы на мощный UPS оказываются обременительными.

Экономить надо с умом. Простой пример – если от UPS отключить ламповые приборы, то время автономной работы существенно увеличивается. Но что делать, если перерыв оказывается длительным? Не все приложения можно корректно закрыть без монитора, и результаты работы будут утеряны. Полезнее подумать об экономном резервном освещении, в противном случае студия может оказаться в полной темноте и будет трудно закончить работу без потерь.

Многие модели UPS переходят на аккумулятор только в том случае, если напряжение в сети вышло за известные границы. Время переключения составляет обычно 1…3 периода частоты 50 Гц, то есть 20…60 мс, и большая часть этого времени уходит на принятие решения – уже пропало напряжение в сети или еще нет.

Действительно, меньше, чем за период колебания, трудно определиться, и большая часть студийного оборудования не успевает заметить перерыв. Если же имеется чувствительное или капризное оборудование, то лучше использовать on-line UPS, в котором не происходит таких переключений.

Акустические свойства

В реальной жизни UPS расположен в студии и звуки, которые он издает, могут помешать работе.

Слышно, как щелкает реле стабилизатора напряжения. Естественно, в том случае, когда стабилизатор имеется и в нем стоят механические, а не бесшумные твердотельные реле.

Слышно, как шумит вентилятор. Особенно голосисты бывают «горизонтальные» модели, рассчитанные на монтаж в серверную стойку и работу при полном отсутствии естественного отвода тепла.

Слышен гул автотрансформатора, его уровень и спектр зависят от нагрузки и напряжения в сети, причем зависят существенно – имейте это в виду.

Если при включении в сеть UPS бесшумен – это еще не все. Полезно заблаговременно убедиться, что при нагреве не увеличится до неприличия шум вентилятора, не защелкают реле и не загудит автотрансформатор при изменении потребляемой мощности или напряжения в сети.

Дополнительные функции и возможности

Производители декларируют наличие в UPS разнообразных фильтров и подавителей помех и прочих кондиционеров питания. Это весомые достоинства, но есть спорные моменты – улучшение одного всегда влияет на другое. В итоге дополнительные элементы фильтров могут отрицательно сказаться на звуке. Единственная функция, от которой не следует отказываться, – это защита от перенапряжения.

Вызывает удивление часто встречающаяся в студиях картина: весьма недешевые приборы включены куда попало. Вы готовы платить сотни тысяч за аппаратуру и экономите десятку на проводе или розетке и пару тысяч рублей на UPS? Поэтому – несколько советов.

Совет 1. Допустима одна вилка и одна розетка в цепи питания, и не следует включать каскадом один удлинитель в другой.

Совет 2. Альтернативный источник энергии в студии не помешает.

Совет 3. Минимальный запас по питанию – 30%.

Совет 4. Нормально, если хотя бы десятая часть бюджета студии уйдет на «вспомогательное» оборудование и аксессуары: здесь и UPS, и провода, и розетки, и стойки…

08 сентября 2015

Михаил Сергеев

Пока никто еще не оставлял комментарии. Вы можете быть первым.

Возможность оставлять комментарии доступна только для зарегистрированных пользователей.

Новые статьи

Результаты XVI Всероссийского Конкурса творческих работ студентов-звукорежиссеров им. Виктора Бабушкина

01 мая 2018

Участники XVI Конкурса студентов-звукорежиссеров им. В. Бабушкина

23 марта 2018

Конкурс творческих работ студентов-звукорежиссеров имени В.Б. Бабушкина-2018

27 февраля 2018

143 конгресс AES - научные результаты

28 января 2018

Церемония награждения лауреатов

16 декабря 2017

Конкурс концертных звукорежиссеров - репортаж

13 декабря 2017

Московский Конкурс молодых концертных звукорежиссеров - итоги

06 декабря 2017

Видеотрансляция Конкурса концертных звукорежиссеров

02 декабря 2017

Внимание, конкурс!

29 ноября 2017

Участники конкурса концертных звукорежиссеров

22 ноября 2017