什么是 Pin 1 Problems？重新审视音响系统的接地

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在 1994 年举行的第 97 届 AES 大会上发表的论文《Noise Susceptibility in Analog and Digital Signal Processing Systems（模拟和数字信号处理系统中的噪声敏感性）》中，Neil Muncy 描述了一个常见的设备设计错误，该错误导致音频信号线屏蔽层上流动的电流进入设备并引起电流声干扰。因为这是 XLR 连接器中引脚 1 的错误连接，他称这个设计错误为“Pin 1 Problems”。由于这个错误很常见，因此促成了 AES 第 48 号标准《AES standard on interconnections - Grounding and EMC practices - Shields of connectors in audio equipment containing active circuitry》。

信号线的屏蔽层本质上是设备外壳的延伸，它们应直接连接到设备外壳。但有些制造商为了降低设备的制造成本，将信号线的屏蔽层连接到电路板的公共地，然后再将电路板的公共地连接到设备外壳。问题是，屏蔽层电流将注入音频电路的信号地。

多点接地与地环路

专业音响系统应该单点接地。但如果调音台距离功放比较远，或者舞台两侧都有独立的功放机柜时，则可能有多个接地点。不同电源地的电位差在信号线的屏蔽层上形成电流，导致音响系统发出 HUM 声。

HUM 声是常见的噪声，是稳定的 50 Hz 的音调。像是用鼻腔共鸣发“哼”的音。

一些音响工程师可能会拆除部分设备电源线上的接地插头来解决这个问题。这是违反电气规范的，不仅危及人身安全，而且开关电源的 Y 电容耦合到地线的噪声电流无法从电源地释放。

另一些音响工程师可能会选择从功放的电源处拉一根长电缆给调音台供电，但还是存在令人头大的 HUM 声。这是因为导致 HUM 声的电流不一定是来自电源地，而是来自磁场。信号线的屏蔽层与长电缆的地线很可能组成了闭合的地环路，在外界交变磁场的作用下会产生感应电流。电动机、变压器等感性用电设备都会产生交变磁场。

解决方案是在信号线的信号源处悬空引脚 1。

图片来自高维忠的《音响工程设计与音响调音技术》。我把原来浅灰色的线描成了红色，以便大家看得更清楚。为什么屏蔽层要接到公头的外壳？请继续往下看。

在信号源处插入 Hosa 的 GLT-255 之类的浮地对接头（Ground Lifter）或打开 DI 盒上的 GND LIFT（浮地）开关也能起到相同的作用。

注意：

信号线的屏蔽层仍要在接收端（接收信号的设备）接地。
剪断信号线的屏蔽层应剪干净，以免与任何引脚短路。
剪完后立即贴上浮地的标签，否则你可能会在未来的演出中拍断大腿，因为在下列应用中，信号线屏蔽层的两端都需要连接到引脚 1：

需要用幻象电源时。屏蔽层是幻象电源的负极；
接任何话筒。话筒的金属外壳是屏蔽层的延伸；
对接延长的信号线。除了信号源头那个连接器以外，后面每个都需要连接到引脚 1，否则就会造成前面一段线的屏蔽层没有接地。

消除地环路可以解决 HUM 声，但有时你可能还会遇到射频干扰声。

射频干扰

AM、FM 和 TV 射频信号在音频线路的屏蔽层上流动是很常见的，这通常导致音响系统发出 BUZZ 声。

BUZZ（波兹）声是另一种常见噪声。与 HUM 声相比，它带有大量高频谐波，可能稳定持续，也可能周期性变化。

大多数对音频设备的射频干扰是由 Pin 1 Problems 引起的。许多音响工程师习惯将信号线的屏蔽层只连接在 XLR 的引脚 1 上。但在设备内部，如下图所示，连接到引脚 1 的导线（包括 PCB 走线）相当于天线，会把在它上面流动的射频电流重新辐射出来，成为设备内的射频干扰源；并且导线的长度对于 UHF 的射频信号来说，寄生电感不能忽略；公共地线在 UHF 下具有显著的感抗，它两端的电压降会将干扰噪声耦合到电路板的信号地。反过来，设备内部数字信号（DSP 时钟等）产生的噪声可以通过连接到引脚 1 的导线传递到信号线的屏蔽层，并污染周围的设备。