Ruido de fuente de alimentación en audio

Tengo lo que seguramente es un problema clásico con respecto al ruido y el audio de la fuente de alimentación, pero no puedo separar el mito de la realidad con respecto a lo que encontré hasta ahora sobre el tema.

Configuración:

  1. Tengo un portátil con fuente de alimentación externa y/o batería.
  2. Un receptor de radio que tiene su propia fuente de alimentación (es decir, no alimentado por SMPS portátil)
  3. el receptor de radio envía una señal de audio a la entrada de línea del portátil
  4. el receptor de radio es controlado por el portátil a través de RS232 (sintonización, etc.)

Problema:

  • Si desenchufo el portátil de su fuente de alimentación y lo ejecuto desde la batería, todo funciona perfectamente
  • Pero si uso el SMPS de la notebook, escucho una gran cantidad de ruido en el audio.

¿Alguien puede decirme dónde es probable que esté el problema? Se habla mucho de los bucles de tierra, pero me cuesta creer que realmente existan en una instalación de tan pequeña escala.

¿Tengo razón al suponer que es probable que sea un problema de un nivel de suelo variable en la computadora portátil y el hecho de que la entrada de línea de la computadora portátil no es diferencial? ¿O hay una explicación más probable?

¿Cuál es la mejor solución? ¿Usar un amplificador operacional para construir un amplificador de entrada diferencial y alimentar su salida a la entrada de línea? ¿Qué uso como referencia de tierra para el opamp?

Soluciones propuestas en los comentarios y respuestas.

De las respuestas parecería que hay dos posibles problemas: 1. bucles de tierra y 2. captación de RF del SMPS externo en el cable de audio.

Las soluciones sugeridas son:

  1. Solución de amplificador diferencial. ¿Ventajas desventajas?
  2. Kortuk: captación de RF de combate del SMPS en el enlace de audio con un blindaje conectado a tierra. Ventaja: solución invisible; ¿Desventaja? Pregunta: ¿no ayuda con ningún bucle de tierra?
  3. Russell McMahon: Transformador de audio en la línea de audio. Ventaja: Simple; Desventaja: no es fácil de conseguir, es caro o tiene una respuesta de frecuencia deficiente. Pregunta: ¿Esto ayuda con la captación de RF en la línea de audio?
  4. Russell McMahon: fije ferritas EMC en la línea de audio para combatir la captación de RF. No ayuda contra bucles de tierra. Pregunta: ¿Esto ayuda con el ruido en el rango audible? Tenía entendido que las ferritas solo ayudan a filtrar frecuencias muy altas.
  5. David Kessner & Mary: Puesta a tierra del cuaderno. Esto desvía el ruido de CM a tierra. Ventaja: barato, simple; Desventaja: cable adicional para manejar. Pregunta: ¿combate tanto la captación de RF (si la tierra de audio está desviada) como evita los bucles de tierra?
  6. Mary: absorbedor de ferrita alrededor de la línea DC al portátil y choques RF CM en la línea de audio y líneas RS232. Desventaja: alto número de componentes y esfuerzo con los estranguladores RF CM. No evita los bucles de tierra.
¿Puedes hacerme una prueba sencilla? ¿Envolverá el cable de audio que va entre los dispositivos en papel de aluminio y lo conectará a la caja meta de solo uno de los dispositivos? Asegúrese de que sea solo uno e incluso sostenerlo allí con la mano puede ser suficiente para una prueba. Después de hacer esto, ¿sigue el ruido?
@Kortuk Actualmente no puedo acceder a los dispositivos. Me puede tomar unos días para hacer la prueba. Informaré una vez que haya tenido la oportunidad de hacerlos. ¿Qué evitaría el blindaje? ¿Acoplamiento de la emisión EMI del SMPS al cable de audio?
No hay prisa, probablemente obtendrá muchas respuestas aquí, pero si eso elimina el ruido, podemos decirle lo que sucedió con seguridad.
Lo siento, soy un novato y no sé cómo responder de otra manera. Pero tengo exactamente el mismo problema y me preguntaba cómo hiciste para conectar a tierra tu computadora portátil para resolver el problema. Cualquier aclaración sería muy apreciada!!
@JasonB Conecté a tierra la computadora portátil exactamente como se describe en la respuesta de David. Si no entiende su respuesta, le sugiero que haga una nueva pregunta como "¿cómo conecto a tierra mi computadora portátil de manera segura?", dejando en claro que es un novato. Sin duda obtendrá muchas respuestas útiles.

Respuestas (2)

El problema es común a este tipo de sistema de audio. Apuesto a que si observa el espectro de ruido, verá 60 Hz más muchas de las frecuencias armónicas (120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, etc.). El hecho de que sea más de 60 Hz, o 50 Hz en algunos países, es un indicador de que no se trata de simples bucles de tierra.

También apostaría a que la fuente de alimentación de su computadora portátil solo tiene un enchufe de CA de 2 clavijas, sin el tercer enchufe a tierra.

En este tipo de fuente de alimentación, la salida está aislada eléctricamente de la entrada de CA. Pero no está perfectamente aislado. Hay una pequeña cantidad de corriente que fluye entre la barrera de aislamiento. Esto se llama la "corriente de fuga". No es mucha corriente, pero no tiene por qué serlo.

¡Algunos usuarios de computadoras portátiles informan que se sorprenden o tienen una sensación de hormigueo en las piernas cuando usan la computadora portátil con pantalones cortos! La razón de esto es que la corriente de fuga pasa a través de los tornillos en la parte inferior de la computadora portátil y hacia sus patas. Suena peligroso, pero la cantidad de corriente está muy por debajo del límite de seguridad. Es más sorprendente que cualquier otra cosa. Si llevas pantalones, estás aislado.

Los cargadores de computadoras portátiles que tienen la tercera clavija en el enchufe de CA no tienen este problema porque ese tercer enchufe conecta el escudo del chasis de la computadora portátil a tierra, lo que obliga a que la corriente de fuga vaya a tierra en lugar de a su pierna. Por supuesto, no hay fugas si se está quedando sin pilas.

En su caso, la corriente de fuga no solo va a su pierna, sino a su receptor de radio. La solución a esto es conectar correctamente a tierra su computadora portátil.

Tendrá que experimentar un poco con esto para encontrar la mejor solución. Obtener una fuente de alimentación con un enchufe de CA de 3 clavijas es lo mejor, pero no siempre es posible. La siguiente opción es encontrar algo en su computadora portátil que pueda conectar a tierra. Haga un adaptador de esa tercera punta a "algo". Ese algo podría ser la señal de tierra en el cable de salida de su fuente de alimentación. Podría ser un tornillo en la computadora portátil. O un escudo en un conector de computadora portátil sin usar. O la tierra/protección de su cable de audio.

Haga ese adaptador de la tercera clavija, pero deje el otro extremo vacío por el momento. Luego comience a hurgar para ver si o dónde puede conectarlo y hacer que desaparezca el ruido. Una vez que haya encontrado un lugar o dos, termine el adaptador para que sea fácil de usar.

Dos advertencias al hacer esto: ¡Asegúrese de que lo que sea que esté conectando a tierra esté realmente conectado a tierra! En la salida de la fuente de alimentación, asegúrese de conectar a tierra el conductor negativo o de tierra. Y al hurgar, comprenda que es posible que tenga que hurgar un poco. Es probable que tanto el cable desnudo como lo que sea que esté pinchando tengan una capa delgada de material no conductor, y debe aplicar suficiente fuerza para atravesarlo. Frotar a veces también ayuda. La capa no conductora a veces es pintura sobre tornillos u óxido (óxido) sobre los metales.

Vaya, aquí hay una tercera advertencia: tenga mucho cuidado al hacer ese adaptador de tercera clavija. Estás jugando con voltajes potencialmente letales y no queremos que mueras. Construya el adaptador de manera que no haya posibilidad de que falle y se produzca un cortocircuito con cualquiera de los otros dos conductores en el enchufe de CA.

¡Pruébalo e informa lo que encontraste!

Poner a tierra la computadora portátil resolvió el problema. ¡Muchas gracias! Nota al margen: la fuente de alimentación era una fuente de alimentación DC-DC 12V->15V. Todavía aparentemente estaba aislado galvánicamente. Por qué se tomaron la molestia de hacer esto es un misterio para mí.

Varias posibilidades, y posiblemente varias a la vez.

Kortuk está mirando el ruido SMPS, que es algo válido para mirar.

Un bucle de tierra y una captación de RF pueden existir felizmente en un sistema de ese tamaño. Cuando observa el tamaño del bucle físico que puede haberse formado, verá que es grande en comparación con las dimensiones que se utilizarían para una bobina captadora de señal radiada en RF e incluso en frecuencias smps. Y un bucle de tierra no necesita ser muy grande físicamente: su "tamaño" no se mide en dimensiones físicas sino en la magnitud de la impedancia común en la tierra común que comparten dos subsistemas y en la señal de corriente que pasa a través de la resistencia. V = I x R.
V_ground_loop ~= Signal_current x R_common_in_shared_ground_lead

Puede insertar disyuntores de bucle de tierra: son fáciles de hacer y consisten en el equivalente electromagnético del amplificador diferencial que identificó correctamente como una posible solución.

Para "romper el bucle", inserte un transformador de audio 1:1 en el circuito de la señal de audio que cierra el bucle de conexión a tierra; en este caso, = receptor de radio a portátil. Digo 1: 1 si el circuito existe y no desea afectar los niveles, pero podría usar 1: N o N: 1 según el circuito general. Puede obtener transformadores de audio de "radio de transistores" de varias relaciones de vueltas de casas de eliminación o vendedores de componentes del mercado de aficionados. Estos a menudo serán de bajo costo. De lo contrario, puede sacrificar una radio transistor vieja adecuada. Si solo tiene transformadores 1: N y tiene varios "en la caja de chatarra", puede conectar estos 1: N en N: 1 dando 1: 1 en general.

Además de la pantalla de lámina de Kortuk, puede probar una abrazadera o un bucle a través de ferritas EMC que a menudo se suministran con nuevos dispositivos con funciones de audio y RF.

Creo que es todo interno a la computadora portátil. Me ha pasado esto con auriculares simples.
Russel, no estoy seguro de entender completamente tu respuesta. Entonces, para verificar: 1. Está diciendo que el problema bien puede ser un bucle de tierra. 2. Identifica los transformadores de audio como una solución para romper el bucle de tierra. 3. Estás diciendo que esto es equivalente a la solución del amplificador diferencial. ¿Derecho? Pregunta de seguimiento: ¿cuáles son las ventajas/desventajas de usar transformadores en lugar de amplificadores? ¿Sencillez? ¿Robustez?
@ArikRaffaelFunke Un transformador de audio puede resolver el problema, pero los buenos transformadores son caros (US $ 100). Los malos transformadores tienen una respuesta de frecuencia terrible, a menudo perdiendo muchas frecuencias bajas.
¿Podría la persona que rechazó esto explicar por qué para que todos podamos aprender? (Presumiblemente, no es el Sr. {tú (y yo) sabemos quién eres} quien lo hace de manera intermitente y semialeatoria y no parece necesitar una razón.
Sí, no pretendo que mi solución sea a largo plazo, solo una forma muy simple de buscar una fuente.
Ruido de fuente de alimentación en audio
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