Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Уравнивание потенциалов - доходчиво


Как проводить снижение разности потенциалов

Уравнивание потенциалов – доходчиво. Каждый человек, который изучал физику в школе, помнит о том, что любой проводник наделен собственным потенциалом. Сам по себе потенциал не представляет собой никакой опасности, опасна разница потенциалов, которые есть у любого изделия из металла. Чем существеннее такая разница, тем выше вероятность получить удар электрическим током. Как проводится выравнивание потенциалов?

В чем заключается смысл выравнивания потенциалов?

Такое явление как разность потенциалов может быть спровоцировано большим количеством различных факторов. Некоторые из них выглядят следующим образом:

– Перенапряжения в атмосфере;

– Блуждающие сгустки энергии;

– Статическое напряжение;

Наиболее опасной является такая разность потенциалов, которая возникает в результате утечек напряжения из неисправных участков электропроводки посредством вещей, изготовленных из металла или электрической бытовой аппаратуры. В качестве примера можно рассматривать следующую ситуацию: человек, проживающий в многоэтажном доме, находясь в своей ванной, касается трубы, изготовленной из металла, и получает удар электрическим током. Подобная ситуация возникла из-за того, что изоляция электроприбора, находящегося в другой квартире, является неисправной. По причине неисправной изоляции потенциал металлической трубы изменился и человек, коснувшийся ее, получил поражение электрическим током.

Для того чтобы провести выравнивание потенциалов всех электрических приборов, которые могут представлять собой опасность, их надо объединить. Проще всего такую манипуляцию выполнить с помощью медной проволоки, объединяя стоящие рядом приборы, трубы и другие объекты. Создав общую цепь между трубами или между приборами, человек выравнивает потенциал.

Однако объединения всех потенциально опасных объектов недостаточно. Для полной безопасности в процессе использования электрических бытовых приборов необходимо, чтобы проводка была заземлена.

Система выравнивания потенциалов

Механизм для уравнивания потенциалов является достаточно важной системой. При этом каждый желающий, имея в своем расположении необходимую информацию, может собрать такой механизм собственноручно, не привлекая помощников со стороны. Монтаж такой системы выполняется в 5 этапов, выглядят эти этапы следующим образом:

– Монтаж короба, в который будет помещена шина заземления;

– Монтаж от шины и подсоединение медного электрического шнура имеющего изоляцию. Сечение шнура не должно быть менее 4 миллиметров;

– В заранее подготовленный канал внутри стены помещаются отдельные шнуры, которые будут соединять приборы между собой. Так происходит выравнивание потенциалов.


Система выравнивания потенциалов. Назначение, схема и как сделать

По законам физики каждый проводник  обладает определенным электрическим потенциалом. Но сам по себе он не опасен, а опасность несет разность потенциалов между различными металлическими предметами. И чем эта разница выше, тем выше риск поражения электрическим током.

Выравнивание потенциалов и его назначение

Разность потенциалов может быть вызвана различными явлениями: атмосферные перенапряжения, блуждающие токи, статическое электричество и т. п. Но особо опасны случаи возникновения утечек тока из электропроводки через металлические предметы в доме или корпуса  электроприборов. Например,  Вы находитесь в ванной и, прикасаясь к металлической водопроводной трубе, получаете поражение электрическим током, потому что у трубы другой потенциал, вызванный утечкой тока через нее из-за повреждения изоляции электропроводов в квартире этажами ниже.

Так вот, что бы избежать возможности возникновения разности потенциалов все металлические трубы, корпуса бытовой техники, светильников и т. д. соединяются металлическими проводниками между собой. В результате возникающей между ними электрической связи- у всех металлических предметов потенциал становится одинаковой величины.

Но только этого недостаточно, необходимо так же энергию электрического тока, возникающую в непредвиденных обстоятельствах отвести безопасно в землю, поэтому все металлические части объединяются проводами на шине заземления и дополнительно на нее проводится проводник с шины заземления PE электрощита.

Если этого не сделать, то например в случае пробоя изоляции и если на корпусе стиральной машины появится фаза, то человека ударит током не при соприкосновении с другими металлическими предметами, а с любым из них, стоя на земле. То есть возникнет электрическая цепь, проходящая через тело человека на землю. А если же все предметы заземлены через шину PE электрощита, тогда ток пойдет по пути наименьшего сопротивления через заземляющий проводник. А через человека пройдет пропорционально его достаточно большому сопротивлению- безопасной величины ток.

В многоквартирном доме обязательно выполняется при строительстве основная система выравнивания потенциалов. В подвале и на крыше все металлические лестницы, двери, трубы, металлоконструкции, корпуса электрощитов и т .д. заземляется.
Но к сожалению, эта связь может обрываться или быть не эффективной по законам электротехники из-за длинных расстояний, поэтому  в каждой квартире делается обязательно дополнительная система уравнивания потенциалов.

Схема выравнивания потенциалов

Ввиду того, что ванная относится к особо опасному типу

помещений по электробезопасности из-за влажных условий и концентрации там металлических труб, именно в ней или сразу возле нее в санузле ставится пластиковая коробка с шиной.  Под болтики шины заземления и зажимаются все проводники, подключенные  на болтовое соединение или хомут ко всем металлическим частям ванной.

Внимание, на каждый металлический предмет ведется от коробки отдельный проводник- нельзя подключать одним проводом последовательно несколько металлических частей. В исключительных случаях можно сделать лишь одно последовательное соединение, но без разрыва проводника.

Необходимо соединять вместе отдельными проводами не только корпуса ванной, светильников, водопроводных труб и отопления, но и заземляющие контакты розеток и коробку металлических дверей в ванной.

Как правило, коробка с шиной заземления устанавливается либо в ванной, но чаще- в санузле за зашивкой труб, там проходящих. Доступ к ней как и счетчикам воды всегда можно получить через дверцу в зашивке.

По современным требованиям

по междуэтажному стояку с трубами ведется дополнительно заземленная полоса шириной 50 миллиметров или оцинкованная проволока диаметром не менее 6 мм, к которой отдельным медным проводником подключается коробка выравнивания потенциалов.  Благодаря этому создается кольцо между электрощитом и заземлителем дома, а это двойная надежность.

Как сделать дополнительную систему выравнивания потенциалов

Систему выравнивания потенциалов легко будет сделать самостоятельно в своем частном доме или квартире, не обращаясь к специалистам.
Пошаговая инструкция:

  1. Устанавливаем коробку с шиной заземления.
  2. Прокладываем и подключаем с шины PE заземления электрощита медный провод в изоляции сечением 4 или 6 квадратных миллиметров.
  3. Прокладываем в штробе отдельные провода сечением 4 кв. мм. от коробки  к светильникам, розеткам, ванне, трубам и другим металлическим предметам в ванной комнате.
  4. Прикручиваем под болтики провода в коробке.
  5. Подключаем проводники к ванной, светильникам и розеткам под специальные болты, на них расположенные. К трубам присоединения делаем при помощи обхватывающих хомутов.
    Покупайте только оцинкованные, что бы избежать коррозии в будущем.

 

Вот и все готово! Раз в год или несколько лет проверяйте надежность и  подтягивайте все контакты.

Коробка уравнивания потенциалов - подробно и доходчиво

В наших квартирах и домах, производственных помещениях и офисах, где мы работаем, полным-полно металлических корпусов и конструкций, во время одновременного прикосновения к которым человек может попасть в зону разности потенциалов. Чтобы такого не произошло потенциалы надо уравнять. Как это сделать практически? Соединить все имеющиеся в здании токопроводящие элементы. Такая система уравнивания потенциалов (СУП) создаёт безопасную для человека среду. Одним из элементов СУП является коробка уравнивания потенциалов (КУП).

Об этих СУП и КУП поговорим более подробно, но сначала рассмотрим на практических примерах, что представляет собой разность потенциалов в обычных квартирах и откуда она появляется.

Причины

Все мы учили физику и помним, что потенциал сам по себе опасности абсолютно никакой не представляет. Опасаться надо разности потенциалов.

В квартирах разность потенциалов у труб и бытовых электроприборов может возникнуть вследствие следующих обстоятельств:

  1. Повредилась изоляция провода, и происходит утечка тока.
  2. В системе заземления возникли блуждающие токи.
  3. Схема подключения электрического оборудования выполнена неправильно.
  4. Проявляется статическое электричество.
  5. Электрические приборы неисправны.

Опасность

Помните со школы? Любой металлический предмет проводит электрический ток. В наших домах подобные предметы повсюду. Это – трубы центральной отопительной системы, холодного и горячего водопровода; батареи и полотенцесушитель; короб вентиляции и водосток; металлический корпус любого электроприбора.

В общедомовых коммуникациях металлические трубы между собой взаимосвязаны. Рассмотрим простой пример. У нас есть ванная комната, в которой рядом расположены батарея отопления и душевая кабинка. Если вдруг между этими двумя элементами возникает разность потенциалов, а человек в одно время прикоснётся и к батарее, и к душевой кабинке, будет крайне опасно в плане поражения током. В данном случае тело человека сыграет роль перемычки, по которой потечёт электрический ток. Путь его протекания нам известен из законов физики – от потенциала с большим значением к меньшему.

Ещё один типичный пример, если разные потенциалы возникают на трубах водопровода и канализации. Когда на водопроводной трубе появляется токовая утечка, есть вероятность поражения человека во время купания в ванной. Это произойдёт в том случае, если человек стоит в ванной с водой, при этом открывает слив и касается рукой водопроводного крана. Чтобы подобных проблем не возникало, необходимо уравнивание потенциалов.

Ситуация, когда на трубах в жилом доме присутствует напряжение, показана в этом видео:

Виды

Для того чтобы уравнивать потенциалы существует две системы, о каждой из них мы поговорим более подробно.

Уравнивание основное

Главной считается основная система уравнивания потенциалов, в сокращённом виде она называется ОСУП. По сути, эта система представляет собою контур, объединяющий несколько элементов:

  • наиболее важный – главную заземляющую шину (ГЗШ), именно на ней соединяются все остальные элементы;
  • всю металлическую арматуру многоэтажного жилого дома;
  • молниезащиту здания;
  • отопительную систему;
  • детали и элементы лифтового хозяйства;
  • короба вентиляции;
  • металлические трубы водоснабжения и отвода воды.

Каждое здание имеет вводное распределительное устройство (ВРУ), в нём устанавливают главную заземляющую шину (ГЗШ). Она подключается на контур заземления при помощи стальной полосы.

Раньше не нужно было беспокоиться, все металлические элементы объединялись, и не возникало предпосылок для разных потенциалов. Если и появлялся какой-то потенциал на трубе, по пути наименьшего сопротивления он спокойно уходил в землю (мы ведь помним, что металл – это отличный токопроводник).

Сейчас ситуация изменилась, многие жильцы во время ремонтных работ в квартирах меняют металлические водопроводные трубы на полипропиленовые либо пластиковые. За счёт этого общая цепочка разрывается, батареи и полотенцесушители остаются без защиты, потому что пластик не обладает проводящей способностью и не связан с заземляющей шиной. Представьте, что у вас остались металлические трубы, а сосед снизу всё поменял на пластик. При появлении потенциала на ваших трубах ему некуда уходить, путь в землю прерван пластиковыми трубами соседа. Таким образом и происходит возникновение разности потенциалов.

Есть у основной системы небольшая проблема. В многоэтажных зданиях коммуникационные пути очень протяжённые, за счёт этого увеличивается сопротивление проводящего элемента. В величине потенциала на трубах первого и последнего этажей будет ощутимая разница, а это уже представляет собой опасность. Поэтому создаётся дополнительная система уравнивания потенциалов, она монтируется на каждую квартиру индивидуально.

Дополнительное уравнивание

Дополнительная система уравнивания потенциалов (сокращённое название ДСУП), монтируется в санузлах, в ней объединяются такие элементы:

  • металлический корпус душевой кабинки или ванная;
  • вентиляционная система, когда её выход в ванную выполнен коробом металлическим;
  • полотенцесушитель;
  • канализация;
  • металлические трубы водопровода, отопления и газового хозяйства.

А вот тут уже понадобится коробка уравнивания потенциалов. К каждому из вышеперечисленных объектов подсоединяется отдельный провод (одножильный, материал исполнения – медь), его второй конец выводят и подсоединяют в КУП.

Выполнение монтажа

КУП различается в зависимости от того, как конструктивно выполнено здание и куда будет монтироваться сама коробка:

  • в сплошную стену;
  • в полую стену;
  • на стенную поверхность (открытый способ установки).

Представляет собой корпус, выполненный из пластика, внутри которого располагается главный элемент – заземляющая шина. Она изготавливается из меди и имеет сечение не менее 10 мм2.

К этой шине через имеющиеся на ней разъемы подсоединяются медные провода от объектов водопроводной, отопительной и газовой систем; от находящихся в помещении электроприборов, а также от розеток и осветительных приборов, установленных в ванной комнате.

Подключение проводов к перечисленным элементам происходит за счёт болтовых соединений либо хомутов. Иногда используют специальные контактные лепестки, в этом случае металлическая связь между защищаемым элементом и проводом буде особенно прочной. Чтобы система уравнивания потенциалов в опасных ситуациях работала, нужен надёжный контакт. Поэтому место на трубах, где будет устанавливаться хомут, нужно зачищать до металлического блеска.

Внутренняя шина отдельным медным проводом, называемым защитным РЕ-проводником, соединяется с вводным квартирным щитком, а уже через него подключается непосредственно к ГЗШ. Сечение РЕ-проводника должно быть не менее 6 мм2. Важное условие, если вы решите проложить этот провод в полу, он не должен пересекаться с другими кабелями.

Такая коробка является как бы промежуточным звеном между всеми заземляющимися элементами и вводным щитком. Очень удобно, что от каждого элемента достаточно протянуть проводок только на КУП, а не к общему квартирному щиту.

Когда разводка выполнена пластиковыми трубами, в КУП подсоединяются провода от водопроводных кранов и смесителей.

Перед тем, как монтировать СУП, необходимо узнать, как в доме выполнено заземление. Если по системе TN-C (когда в один провод совмещаются защитный проводник РЕ и рабочий ноль N), выполнять уравнивание нельзя. Это вызовет опасность для других соседей, если у них такой системы нет.

Требования

При монтаже КУПа необходимо придерживаться некоторых требований и правил:

  1. Её монтаж в ванных комнатах и санузлах обязателен. Во-первых, в этих помещениях расположено много металлических корпусов и поверхностей. Во-вторых, здесь имеется немалое количество электрических приборов. В-третьих, в этих комнатах всегда высокая влажность.
  2. Устанавливается коробка в том месте, где проходят сантехнические стояки.
  3. Обязательно подключение всего электрического оборудования, к которому имеется открытый доступ (это, прежде всего, корпуса водонагревательных бойлеров, стиральных машин), а также сторонних проводящих элементов.
  4. Доступ к КУП должен быть свободным.
  5. Установка КУП запрещена, когда в доме заземление смонтировано без заземляющего проводника (методом зануления).
  6. ДСУП запрещается подключать шлейфом.
  7. ДСУП по всей длине, начиная от КУП в санузле и до самого вводного щитка, нельзя разрывать. Запрещается монтировать в этой цепи любые коммутационные аппараты.

Напоследок хотелось бы сказать, не путайте понятия уравнивание и выравнивание разных потенциалов. Уравнять – значит соединить проводящие элементы электрически, чтобы сделать их потенциалы равными. А выровнять – это снизить разность потенциалов на полу или поверхности земли (шаговое напряжение).

Если в электричестве у вас опыта маловато, то не беритесь сами за такую работу, доверьте её профессионалам. Кроме всего прочего, специалист по окончании монтажных работ должен ещё померить сопротивление заземления, и проверить наличие цепи между заземляющими элементами.

Системы уравнивания потенциалов, отличие от систем выравнивания

Что такое разность потенциалов, и почему она опасна для человека? Любой металлический предмет большого размера (водопроводная труба, радиатор отопления, ванна, корпус холодильника) является хорошим проводником электрического тока. Даже без прямого контакта с источником напряжения, на поверхности этих предметов может возникнуть наведенный электрический ток, по аналогии с шаговым напряжением.

Как это работает

Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.

Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.

Почему так произошло?

Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.

После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом. Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание.

Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.

Еще один пример. Вставьте в отключенную розетку кусок провода (в фазу), и свободно подвесьте его, чтобы он не касался стены и пола. Подайте напряжение — ничего не произойдет. Тем не менее по всей длине провода есть потенциал 220 вольт. Стоит соединить провод с любым предметом, у которого потенциал относительно «земли» ниже, через соединитель (например, человека), потечет ток.

Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями — равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.

Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП). Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.

Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.

В чем опасность

  • Участки систем отопления и водоснабжения меняются на полипропиленовые трубы. Пропадает физическая связь с заземлителем.
    Надеяться на воду в трубах нельзя. Сегодня она есть, а завтра труба будет сухой.
  • Сосед решил отмотать показания счетчика, и подключил нуль к своей батарее отопления. По всей системе появился потенциал: от 220 вольт вблизи квартиры соседа, до нуля в районе подключения трубопровода к главной заземляющей шине.
  • У кого-то установлен бойлер без заземления, и он пробивает фазу в бак с водой. Пара ближайших этажей, получает в кранах с водой напряжение до 110 вольт.
  • «Продвинутый» сосед электрик организовал заземление электроплиты на стояк с горячей водой (он действительно имеет хороший контакт с грунтом, к тому же конструктивно соединен с ГЗШ). А после аварии, на втором этаже заменили кусок стального стояка, на пластик. У соседа «электрика» коротнула фаза на корпус электропечи, и весь подъезд выше 2 этажа получил на стояке потенциал более 127 вольт.

Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.

Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?

Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.

Уравнивание или выравнивание

Многие путают два основных понятия:

  1. Уравнивание потенциалов, это нивелирование разницы потенциалов между доступными к прикосновению одним человеком открытыми проводящими поверхностями. Относится к штучным электроустановкам или проводникам.
  2. Выравнивание потенциалов, это снижение разности потенциалов на большой площади: грунт, бетонный пол. Например, в здании — это соединений всей арматуры в стенах между собой, и с ГЗШ.

Создание системы дополнительного уравнивания потенциалов (ДУП)

Общие правила:

  • Система ДУП не может функционировать без наличия в том же помещении шины защитного заземления. Мало того, использование системы без заземляющего контура опасно! Рабочий нуль также не может быть использован в качестве рабочего заземления.
  • Дополнительное уравнивание потенциалов работает в паре с системой ОУП. При отсутствии последней — выполняет ее функции.
  • Шина дополнительного уравнивания потенциалов ШДУП должна объединить в единый контур все электроприборы с металлическим корпусом, розетки, сантехническое оборудование (систему водоснабжения, ванну, мойку) и систему отопления.Только в этом случае обеспечивается утечка тока в «землю» не через тело человека, а по шине ДУП.
  • К системе также подключаются конструкционные элементы помещения, выполненные из токопроводящих материалов: металлические дверные коробки, заново уложенная арматура (например, при ремонте полового покрытия), металлические профили для гипсокартона, и прочее.
  • Каждый элемент подключается к шине неразрывным проводником без возможности разъединить электрическую связь: установка коммутационной аппаратуры (выключатели, автоматы защиты) запрещена.
  • Все элементы подключаются параллельно, недопустимо организовывать последовательный шлейф.

Уравнивание потенциалов в ванной комнате производится со всеми элементами, находящимися в помещении санузла. Даже если входящая труба уже соединена с ШДУП или ШОУП.

Соединение с элементами, не имеющими специальных контактов для подключения, производится с помощью хомутов, зажимов.

Организация системы ДУП в частном доме может не производиться, при строительстве и организации энергоснабжения должна быть установлена основная система уравнивания потенциалов. Для обеспечения безопасности, следует смонтировать дополнительную систему в ванной комнате.

Видео по теме

Электрический потенциал и правила их выравнивания в электроустановках: коробка и шина

В рабочих и жилых домах всегда есть металлические поверхности: чугунные или алюминиевые системы отопления, водопроводы и смесители душевых комнат. Как известно, металлы проводят электрический ток. Даже если металлические предметы вокруг человека не подключены непосредственно к источникам тока, то они в любом случае имеют определённый электрический потенциал. Избавиться от него невозможно, но привести в безопасную норму можно. Коробка уравнивания потенциалов предназначена именно для этого.

Коробка уравнивания потенциалов куп2603

О разности потенциалов

Если в одной комнате два металлических предмета имеют потенциалы напряжением U1 и U2, например, смеситель и сушилка для полотенец, то можно говорить о разности потенциалов. Это напряжение, значение которого можно записать уравнением:

U = U1 – U2.

Оно возникает при соединении двух точек с потенциалами между собой проводником.

Важно! В ванной комнате этим «проводником» может оказаться мокрое тело человека, который одновременно прикоснётся к двум металлическим поверхностям.

Причины возникновения потенциалов

Существуют различные условия возникновения электрических потенциалов на токопроводящих частях и металлических объектах. Основные причины возникновения этого явления следующие.

Разность электрических потенциалов в быту возникает при условиях:

  • занижение или пробой изоляции токоведущих конструкций и возникающие в результате этого утечки тока;
  • образование статического электричества;
  • неисправность бытового оборудования;
  • неверное включение в схему питания электрооборудования;
  • появление в заземляющих устройствах токов блуждающей природы.

Особую опасность представляет возникновение высокого потенциала из-за неисправности электропроводки или пробоя изоляции электроприборов при касании токопроводящей жилы металлических частей бытового или производственного оборудования.

Внимание! Пробой изоляции может произойти в одном месте, а потенциалы возникнуть совершенно в другом помещении. Например, в результате того, что квартиры соединяет одна и та же сеть отопления, пробой изоляции электроприбора на одном этаже может вызвать разность потенциалов на другом уровне и ударить человека электроразрядом.

Блуждающие токи появляются при использовании земли в качестве проводника для организации рабочего процесса электрических установок. Они тоже часто становятся причиной возникновения высоких потенциалов на батареях системы отопления или водопроводах.

Механизм образования блуждающих токов

Для чего выравнивать потенциалы

Доходчиво объяснить, что даёт выравнивание потенциалов, может пример того, что птицу, сидящую на проводе, не убивает током. Разности потенциалов нет, значит, напряжения, проходящего через две точки тела (лапы), нет, или оно мизерное. Согласно формуле напряжения, чем ниже разность значений напряжения в точках соприкосновения, тем ниже напряжение.

К сведению. Процедура выравнивания предполагает сделать одинаковыми потенциалы на всех металлических поверхностях, доступных для прикосновения.

Опасность воздействия

Прохождение тока через тело, при прикосновении к элементам конструкций с разной величиной электрического напряжения, опасно для здоровья и жизни. Здесь тело является проводником тока от точки с высоким потенциалом к точке с низким значением напряжения.

Опасными характеристиками тока являются:

  • частота;
  • сила;
  • путь прохождения через тело пострадавшего.

Наиболее опасен переменный ток. Он ощутим уже при величине до 0,6 мА. Ток, лежащий в пределах от 0,6 мА до 0, 025 мА, имеет притягивающие свойства из-за своей периодичности импульсов. Человек самостоятельно не может «отлепиться» от точек прикосновения. Конечности непроизвольно сжимаются, тело не слушается.

Сила тока выше 0,1 А вызывает фибрилляцию внутренних органов и сердца и является смертельно опасной.

Направления движения электричества через тело человека определяют уровень вреда здоровью.

Смертельные маршруты прохождения электротока:

  • «рука – рука» – под воздействие попадают бронхи, лёгкие и сердце;
  • «рука – нога» – страдают все внутренние органы;
  • «голова – конечности» – поражаются как внутренние органы, так и мозг.

Ещё один путь вредного движения тока – «нога – нога». Это «шаговое напряжение», которое может возникнуть при нахождении в пятне растекания тока по поверхности в случае обрыва провода, находящегося под напряжением. Сердце при этом не повреждается, если человек не упал и не изменил точек соприкосновения с источником опасности.

Радиус действия напряжения шага

Виды уравнивания

Различают два вида систем уравнивания: основную (ОСУП) и дополнительную (ДСУП). Для более безопасного проживания и работы лучше всего использовать обе.

Уравнивание основное

При возведении жилых домов и служебных объектов монтируется система ОСУП. Её схема разрабатывается ещё при проектировании.

В ОСУП входят следующие составляющие:

  • заземляющая конструкция – контур;
  • уравнивающие провода;
  • заземляющие провода;
  • шина.

Основная система должна обеспечить защиту зданий и сооружений от возникновения постороннего электричества в любых токопроводящих элементах конструкции. Это защита таких объектов, как трубопроводы, металлические компоненты постройки, электрические коммуникации и т.д. Возникший по любым причинам высокий потенциал с помощью ОСУП перенаправляется в землю.

Внимание! При производстве монтажа нельзя соединять между собой защитные PE проводники с рабочим нулём N. Только тогда ОСУП правильно действует с заземлениями типа: TN-S, TN-C-S и TT. Использовать соединения в виде шлейфов и размещать в цепи коммутационные аппараты категорически запрещено.

Дополнительное уравнивание

Этот вид уравнивания носит частный характер. Применяется в случае изменений в конструкции коммуникаций помещения, таких как:

  • замена металлических участков водопроводных труб на пластиковые вставки;
  • установка дополнительного электрооборудования: бойлеров, газовых колонок и прочего.

Здесь понадобится монтаж ДСУП в виде установки коробки уравнивания потенциалов (КУП) и соединительных проводников.

Схема выравнивания потенциалов в квартире

Отличие уравнивания от выравнивания

В правилах устройства электроустановок (ПУЭ), разделе 1.7 рассматриваются методы обустройства ОСУП. Рассказывается, как правильно присоединять и соединять между собой проводники защитных заземлений и систем выравнивания.

Разница между понятиями следующая:

  • Выравнивание – способ соединения, который делает приблизительно равными потенциалы, возникающие на всех доступных металлических частях конструкций, для снижения напряжения, и делающее его безопасным;
  • Уравнивание – устранение напряжения, возникающего между всеми легкодоступными к прикасанию металлическими поверхностями путём соединения их вместе проводами и заземлением полученного контура.

Если всё соединить между собой и подключить к защитному заземлению, это есть уравнивание.

Что такое ОСУП, для чего нужна

Доходчиво можно объяснить это на картинке системы уравнивания в доме. Для безопасности жителей и обслуживающего персонала необходимо выстроить такую систему. Все токопроводящие части оборудования, бытовых приборов, металлических коммуникаций должны присоединяться к отдельным шинам заземления, они подключаются к главной заземляющей шине (ГЗШ). ГЗШ присоединяется к контуру заземления.

Важно! На шинах должно быть столько мест для присоединения, сколько имеется объектов. Каждый объект заземляется отдельным проводником. Последовательное соединение недопустимо. Все шины должны быть доступными для осмотра, проводники – иметь достаточное сечение для выдерживания тока КЗ.

Система уравнивания потенциалов в доме

Устройство системы уравнивания потенциалов

Ее вид и монтаж зависят от назначения и размещения СУП. Существует различие при выборе комплектующих деталей и организации исполнительной схемы для производственных и жилых объектов.

Устройство основной системы уравнивания потенциалов

ГЗШ монтируется в общем вводном шкафу домового распределения.

К шине подсоединяются:

  • стальная полоса 5*50 мм, проведённая от контура заземляющего устройства;
  • проводник PEN в структуре заземления TN-C-S или РЕ провод в системе TN-S.

Запрещено устанавливать в цепи РЕ проводов-уравнителей разъединяющие устройства.

Устройство дополнительной системы уравнивания потенциалов

Схема выполнения этой структуры дсуп подразумевает отдельный индивидуальный подход для каждого из помещений. Отличие от основной системы – в том, что дсуп – это не отдельная единица системы, а совокупность дополнительных условий, обеспечивающих безопасность. Её устройство требует установки коробок уравнивания потенциалов и присоединение к их шинам отдельных субъектов, требующих уравнивания.

Коробки уравнивания потенциалов

Коробка включает в себя корпус и шину для уравнивания потенциалов (шдуп).

Они также отличаются друг от друга:

  • размерами занимаемой ниши;
  • внутренними размерами для присоединения;
  • количеством и диаметром присоединяемых проводников;
  • количеством вводов;
  • номинальным током шдуп.

На выбор коробки влияют конструкция стен помещений, количество и мощность узлов, требующих подключения.

Шины для уравнивания потенциалов

Основное предназначение шин – выполнение ДСУП в жилом и производственном фонде. Они служат для создания прочного контакта нулевого защитного провода, линии розеточной сети в квартире и металлических коммуникаций, расположенных в этом же помещении.

Шина для уравнивания потенциалов шдуп у4

Виды монтажа

Коробки различают по типу установки. Конструкции разных коробок предназначены для размещения:

  • в полостях стен;
  • непосредственно в стену;
  • настенное крепление.

Установка конструкции в полые и сплошные стены возможна на этапе строительства. Место для крепления выбирается с учётом предварительно составленной схемы. Расположение выбирается таким образом, чтобы был обеспечен свободный доступ для контроля и обслуживания.

Когда система монтируется в здании или помещении, которое эксплуатируется, то выполняют установку коробок открытого типа. Перед тем, как приступить к закреплению коробки, необходимо подвести к месту установки заземляющий проводник от ГЗШ.

Внимание! Основным условием использования коробки шдуп считают обязательное присоединение доступных к прикосновению открытых участков бытовых электроприборов и посторонних токопроводящих участков.

Организация дополнительной системы

Когда шина с коробкой установлена, переходят к подключению следующих объектов для уравнивания потенциала:

  • трубопроводы водоснабжения;
  • система канализации;
  • металлические части душевых и ванн;
  • радиаторы отопления;
  • вентиляционные решётки;
  • экранирующий провод тёплых полов.

Поверхности присоединяемых элементов зачищают от краски и защитного слоя. Провода прокладываются к каждому объекту отдельно. Присоединение выполняют с помощью болтового соединения с дополнительной врезной шайбой.

Молниезащитная конструкция

Повышение разности потенциалов в результате наведения статического электричества от разряда молнии или прямого попадания может снизить эффективность работы системы уравнивания. Молниеотвод и токоотводящий проводник тоже присоединены к контуру заземления. Поэтому нужно все металлические конструкции, электроустройства и защитное оборудование соединить в одну систему, проводники присоединять к шине, которая сообщается с заземляющим контуром. Подобную молниезащитную систему выполняют на входе в здания и там, где не может быть выполнен безопасный промежуток. Это может быть нулевой этаж или поверхность земли.

Важно! При наличии бетонных полов и вблизи мест оборудования молниеотводов выравнивание следует осуществлять возле самой поверхности земли.

Что необходимо принять во внимание

Коробки выравнивания потенциалов, несмотря на их выполнение важной задачи, нельзя расставлять повсюду. Например, в старых домах, где нулевые проводники объединены, установка такого устройства небезопасна. В случае обрыва общего заземлителя квартиры, не имеющие коробок в своих сетях, получат повышенные потенциалы от такой коробки.

Для уравнивания применяются специальные проводники жёлто-зелёной расцветки, медные, многожильные. При присоединении к шине проводник зачищают от изоляции, при подключении к объекту обжимают специальным наконечником с помощью обжимных клещей.

Присоединение уравнивающих проводников к шине

Затраты по организации и монтажу ОСУП и ДСУП окупаются безопасным проживанием и правильной работой оборудования защитной автоматики при замыканиях, утечках токов и возникновении посторонних высоких потенциалов.

Видео

Для чего нужна коробка уравнивания потенциалов: 5 особенностей


Что такое уравнивание потенциалов: назначение

Система уравнивания потенциалов позволяет обезопасить человека от поражения электрическим током. Данная конструкция используется как в бытовых, так и в промышленных масштабах и монтируется в помещениях с повышенной влажностью и при наличии токопроводящих металлических конструкций.

Присоединяемые элементы:

  • Система водоснабжения;
  • Отопительная система;
  • Водосток;
  • Полотенцесушитель.

В первую очередь, необходимо понимать, для чего данная система предназначена и как она работает. Все металлические элементы конструкций отличные проводники электрического тока и в общедомовых масштабах многие связаны в единую сеть.

В нормальном (рабочем) состоянии, все элементы имеют нулевой электрический потенциал, и соответственно разности между ними нет. Но если разность потенциалов возникла между двумя металлическими элементами конструкций, то при одновременном их касании, человека может поразить электрическим током.

Разность потенциалов возникает при прямом касании металлических элементов конструкций проводников электрического тока, или попадании на них токов утечки.

Данную ситуацию можно рассмотреть на нескольких примерах. Предположим, человек принимает ванну. Между металлической ванной и краном регулировки воды может возникнуть разность потенциалов. Человек находясь в воде, имеет прямой контакт с поверхностью ванны и одновременно касается металлической части водопроводного крана.

В данном случае, человек становится проводником электрического тока, который всегда движется от большего значения к меньшему. Таким образом, он проводит электрический ток.

Для того чтобы обезопасить человека, в обязательном порядке производится устройство системы уравнивания потенциалов, которая в свою очередь позволяет срабатывать автоматике при различных неисправностях в работе электрической сети.

Уравнивание потенциалов доходчиво: виды систем

В настоящее время, для уравнивания потенциалов межу металлическими элементами различных конструкций, регламентом ПУЭ установлены правила о монтаже двух видов систем.

Виды СУП:

  • Общедомовая;
  • Местная.

Общедомовая система включает в себя соединенные между собой заземление, главная заземляющая шина, все металлические конструкции дома и молниезащиту. При правильной организации соединения всех данных элементов, между ними разность потенциалов не возникнет.

Но в настоящее время многие владельцы жилья, оснащают свои квартиры пластиковыми трубами, которые приходят на смену металлическим. В данном случае, общий контур заземления нарушается. Вследствие чего, из – за непроводимости тока пластиком, может возникнуть разность потенциалов межу отельными конструкциями.

К опасным ситуациям при возникновении разности потенциалов, относят то, что данная разность сильно отличается в зависимости от протяженности участка.

Чтобы исправить эту ситуацию, осуществляют монтаж дополнительного оборудования для уравнивания потенциалов. В данную систему входят коробка уравнивания (КУП), в которой расположена шина (ШДУП).

К данной коробке подключаются различные металлические элементы конструкций к которым относят водопроводные трубы, газовые коммуникации, вентиляция и корпусы электрооборудования.

Главное отличие дополнительной системы в том, чтобы обеспечить уравнивание потенциалов в отдельной квартире.

Система уравнивания электрических потенциалов (местная): монтажные работы

Монтаж данной системы производится достаточно легко, так как в ней задействован только заземляющий проводник. Но как в случае с подключением различных проводников, необходимо обратить внимание на правильность и качество подключения.

Для работы потребуется:

  • Коробка уравнивания потенциалов;
  • Проводники;
  • Крепежные элементы.

Любые электромонтажные работы следует начинать с составления четкого плана, согласно которому будут прокладываться, и подключаться проводники, располагаться коробка. Данный план составляют с учетом расположения металлических конструкций.

Стоит отметить, что данные работы правильно будет производить до начала отделочных работ, там самым вы сможете спрятать и замаскировать заземляющие проводники.

В первую очередь прокладывается заземляющий проводник от главной шины заземления, к месту монтажа КУП. Далее, при помощи необходимого инструмента, осуществляется монтаж самой коробки. Данная коробка состоит из пластикового корпуса с крышкой, внутри которой располагается медная шина, для подключения проводников от металлических конструкций.

Обратите внимание! Запрещается подключение заземлений идущих от силовых устройств (розетки и выключатели).

После устройства коробки и главного провода, производится подключение токоведущих проводников к металлическим элементам конструкций (трубы, ванная). Для этого, используют различные крепежи в виде хомутов, болтов или контактных лепестков. Перед подключением, поверхность зачищается до блеска. Таким образом, достигается качественный контакт и оптимальная работа всей системы в дальнейшем.

После этого, проводники подключаются к шине в коробке, и главный проводник подключается к главной заземляющей шине в щитке.

Шина уравнивания потенциалов: устройство

Все электромонтажные работы по устройству систем дополнительного уравнивания потенциалов, производятся при помощи шины уравнивания потенциалов (ШДУП). Чаще всего, данная шина представлена в виде пластиковой коробки.

Устройство ШДУП:

  • Пластиковый корпус с крышкой;
  • Медная шина с винтовыми зажимами.

Данная шина (коробка) уравнивания электрических потенциалов, это электромонтажное устройство, посредством которого осуществляется подключение защитных проводников в общественных или жилых зданиях.

Согласно характеристикам, в данной коробке допустимо одновременное подключение розеточных групп помещения и находящихся в нем металлических конструкций и оборудования.

Обратите внимание! Данные шины предназначены для использование в электрических сетях мощность которых не превышает 0,4 кВт.

Коробка состоит из пластикового корпуса с крышкой, которые защищают контакты от попадания влаги и пыли. Внутри корпуса располагается шина, которая крепится на кронштейне. Шина имеет несколько винтовых зажимов для подсоединение проводников сечением от 2 до 10 мм2.

Что такое коробка уравнивания потенциалов (видео)

Если работы по устройству системы уравнивания потенциалов дополнительного назначения производятся самостоятельно, то в этом случае, правильно будет пригласить электрика для тестирования системы.

Провод выравнивания потенциалов. Защитные меры в электроустановках

По законам физики каждый проводник обладает определенным электрическим потенциалом. Но сам по себе он не опасен, а опасность несет разность потенциалов между различными металлическими предметами. И чем эта разница выше, тем выше риск поражения электрическим током.

Выравнивание потенциалов и его назначение

Разность потенциалов может быть вызвана различными явлениями: атмосферные перенапряжения, блуждающие токи, статическое электричество и т. п. Но особо опасны случаи возникновения утечек тока из электропроводки через металлические предметы в доме или корпуса электроприборов. Например, Вы находитесь в ванной и, прикасаясь к металлической водопроводной трубе, получаете поражение электрическим током, потому что у трубы другой потенциал, вызванный утечкой тока через нее из-за повреждения изоляции электропроводов в квартире этажами ниже.

Так вот, что бы избежать возможности возникновения разности потенциалов все металлические трубы, корпуса бытовой техники, светильников и т. д. соединяются металлическими проводниками между собой. В результате возникающей между ними электрической связи- у всех металлических предметов потенциал становится одинаковой величины.

Но только этого недостаточно , необходимо так же энергию электрического тока, возникающую в непредвиденных обстоятельствах отвести безопасно в землю, поэтому все металлические части объединяются проводами на шине заземления и дополнительно на нее проводится проводник с шины заземления PE электрощита.
Если этого не сделать , то например в случае пробоя изоляции и если на корпусе стиральной машины появится , то человека ударит током не при соприкосновении с другими металлическими предметами, а с любым из них, стоя на земле. То есть возникнет электрическая цепь , проходящая через тело человека на землю. А если же все предметы заземлены через шину PE электрощита, тогда ток пойдет по пути наименьшего сопротивления через заземляющий проводник. А через человека пройдет пропорционально его достаточно большому сопротивлению- безопасной величины ток.

В многоквартирном доме обязательно выполняется при строительстве основная система выравнивания потенциалов. В подвале и на крыше все металлические лестницы, двери, трубы, металлоконструкции, корпуса электрощитов и т.д. .
Но к сожалению, эта связь может обрываться или быть не эффективной по законам электротехники из-за длинных расстояний, поэтому в каждой квартире делается обязательно дополнительная система уравнивания потенциалов.

Схема выравнивания потенциалов

Ввиду того, что ванная относится к особо опасному типу помещений по электробезопасности из-за влажных условий и концентрации там металлических труб, именно в ней или сразу возле нее в санузле ставится пластиковая коробка с шиной. Под болтики шины заземления и зажимаются все проводники, подключенные на болтовое соединение или хомут ко всем металлическим частям ванной.

Внимание , на каждый металлический предмет ведется от коробки отдельный проводник- нельзя подключать одним проводом последовательно несколько металлических частей. В исключительных случаях можно сделать лишь одно последовательное соединение, но без разрыва проводника.

Необходимо соединять вместе отдельными проводами не только корпуса ванной, светильников, водопроводных труб и отопления, но и заземляющие контакты розеток и коробку металлических дверей в ванной.

Как правило, коробка с шиной заземления устанавливается либо в ванной, но чаще- в санузле за зашивкой труб, там проходящих. Доступ к ней как и счетчикам воды всегда можно получить через дверцу в зашивке.

По современным требованиям по междуэтажному стояку с трубами ведется дополнительно заземленная полоса шириной 50 миллиметров или оцинкованная проволока диаметром не менее 6 мм, к которой отдельным медным проводником подключается коробка выравнивания потенциалов. Благодаря этому создается кольцо между электрощитом и заземлителем дома, а это двойная надежность.

Как сделать дополнительную систему выравнивания потенциалов

Систему выравнивания потенциалов легко будет сделать самостоятельно в своем частном доме или квартире, не обращаясь к специалистам.
Пошаговая инструкция:

Вот и все готово! Раз в год или несколько лет проверяйте надежность и подтягивайте все контакты.

Похожие материалы:

Уравнивание потенциалов — электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. ПУЭ, п. 1.7.32. Защита от косвенного прикосновения.

Так как защитное заземление (ЗУ) имеет сопротивление, и в случае протекания через него тока оказывается под напряжением, его одного недостаточно для защиты людей от поражения током.

Правильная защита создается путём организации системы уравнивания потенциалов (СУП), то есть электрического соединения и PE проводки, и всех доступных для прикосновения металлических частей здания (в первую очередь водопроводы и отопительные трубопроводы).

В этом случае, даже если ЗУ окажется под напряжением, под ним же оказывается всё металлическое и доступное для прикосновения,т.е. происходит растекание тока по значительной поверхности, что снижает напряжение, и как следствие - риск поражения током.

В кирпичных домах советского периода, как правило, СУП не организовывалась, в панельных же (1970-е и позже) — организовывалась путем соединения в подвале дома и рамы электрощитков (PEN ) и водопроводов.

Определения:

Защитное заземление -заземление, выполняемое в целях электробезопасности - ПУЭ п.1.7.29.

Рабочее (функциональное) заземление - заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) - ПУЭ п. 1.7.30.

Определение FE для сетей питания информационного оборудования и систем связи дано в следующих пунктах:

«Функциональное заземление: заземление для обеспечения нормального функционирования аппарата, на корпусе которого по требованию разработчика не должен присутствовать даже малейший электрический потенциал (иногда для этого требуется наличие отдельного электрически независимого заземлителя)» - ГОСТ Р 50571.22-2000 п. 3.14.

«Функциональное заземление может выполняться путём использования защитного проводника (РЕ-проводника) цепи питания оборудования информационных технологий в системе заземления TN-S.

«Допускается функциональный заземляющий проводник (FE-проводник) и защитный проводник (РЕ-проводник) объединять в один специальный проводник и присоединять его к главной заземляющей шине (ГЗШ)» - ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 548.3.1

Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

1) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;

2) заземляющий проводник, присоединённый к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;

3) заземляющий проводник, присоединённый к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;

4)металлические трубы коммуникаций, входящих в здание…

5) металлические части каркаса здания;

6) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….

7) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;

8) заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

9) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов - ПУЭ п. 1.7.82.

Система дополнительного уравнивания потенциалов должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток - ПУЭ п. 1.7.83. ГОСТ Р 50571.3-94.

Система местного уравнивания потенциалов.

Незаземлённая система местного уравнивания потенциалов предназначена для предотвращения появления опасного напряжения прикосновения.

Все открытые проводящие части и сторонние проводящие части, одновременно доступные для прикосновения, должны быть объединены.

Система местного уравнивания потенциалов не должна иметь связи с землёй ни непосредственно, ни посредством открытых или сторонних проводящих частей.

Обозначения:

РЕ - защитное заземление

FE - рабочее (функциональное, технологическое) заземление

Функциональное заземление применительно к учреждениям ЛПУ - для обеспечения нормальной, без помех работы высокочувствительной электроаппаратуры при питании от разделительного трансформатора или согласно техническим требованиям на некоторые виды оборудования

(электрокардиограф, электроэнцефалограф, реограф, рентгеновский компьютерный томограф и тп.) в помещениях операционных, реанимационных, родовых, палатах интенсивной терапии, кабинетах функциональной диагностики и других помещениях при установке в них указанной аппаратуры.

При отсутствии особых требований изготовителей аппаратуры общее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства не должно превышать 2 Ом.

Где ГЗШ - главная заземляющая шина защитного заземления.

ГШФЗ - главная шина функционального (рабочего) заземления.

Вариант «А» , с точки зрения электробезопасности, допустим только при условии, что аппаратура питается от разделительного трансформатора (IT - сеть).

Использовать данный вариант для сетей типа TNS категорически не рекомендуется!


Рис.2. Схема протекания тока замыкания на корпус аппарата при использовании независимого функциональног заземления в сети типа TN.

Так как функциональное заземление в отличие от защитного не имеет точки соединения с ГЗШ, а соответственно с нейтралью, то токи короткого замыкания составят не сотни и тысячи ампер, как это происходит при защитном заземлении, а всего лишь десятки ампер. Ситуация усугубится при условии, что FE по заданию выполнено 10 Ом, а в цепи отсутствует УЗО (вычислительная техника, томографы, рентгеновское оборудование и тд.).

Максимальный ток короткого замыкания составит 15,7А.

I кз = 220(В) / (4 + 10)(Ом) = 15,7(А)

При данной схеме питания лучше воспользоваться вариантом «В» или «С», особенно если речь идет о мощном стационарном оборудовании (рентгенаппараты, МРТ и тд.).

Помимо сказанного выше, ситуация (с точки зрения электробезопасности) осложняется вероятностью возникновения разности потенциалов на раздельных системах заземления, тем более если эти системы заземления находятся в пределах одного помещения см. рис.3.

  1. Шаговое напряжение при срабатывании системы молниезащиты.
  2. КЗ на корпус в сети ТN-S до срабатывания системы защиты
  3. Внешние электромагнитные поля.

Вариант «В» удобен при реконструкции уже действующих объектов. Функциональное заземление при этом нередко выполняют с использованием составного, глубинного заземлителя. Второй положительный момент - функциональные заземлители и заземлители защитного заземления связанные между собой проводником уравнивания потенциала взаимно дублируют друг друга увеличивая надежность системы заземления.

Современные многоквартирные дома оборудованы различными инженерными системами и многочисленными бытовыми приборами, металлические элементы которых служат проводниками электрического тока и обладают своим потенциалом. При нормальной эксплуатации потенциал близок к нулю и не отличается от потенциала поверхности и других окружающих предметов. При аварии, например повреждении изоляции или заносе потенциала по трубам, потенциал проводящих частей может повышаться до нескольких сотен вольт. При одновременном прикосновении человека к двум предметам с разными потенциалами, возникает опасность поражения его электрическим током. Причиной возникновения напряжения на металлических токопроводящих частях может быть не только поврежденная изоляция, но и статическое электричество, а так же блуждающие токи систем заземления. В случае протекания через заземляющее устройство электрического тока, оно так же оказывается под напряжением и не гарантирует достаточный уровень безопасности.
Надежную защиту обеспечивает система уравнивания потенциалов (СУП), организованная по принципу электрического соединения всех доступных для прикосновения токопроводящих частей здания с нулевым защитным проводником РЕ. В данном случае, потенциально опасные металлические элементы будут иметь одинаковый потенциал, что снижает вероятность удара током, при одновременном прикосновении к ним.

Нормирование системы уравнивания потенциалов

Дополнительная система уравнивания потенциалов

В зонах повышенной опасности поражения людей электрическим током, таких как, ванная, сауна, кухня или душевая, следует выполнять дополнительную систему уравнивания потенциалов (ДСУП), для обеспечения достаточного уровня электробезопасности в случае возникновения аварийной ситуации. Система дополнительного уравнивания потенциалов соединяет между собой все одновременно доступные для прикосновения открытые и сторонние проводящие части, нулевые и заземляющие защитные проводники всего оборудования (в зависимости от типа системы), включая защитные проводники штепсельных розеток. см. п. 1.7.83 ПУЭ . Схема соединений ДСУП изображена на рисунке ниже.


Как видно из схемы, все потенциально опасные проводящие конструкции подсоединяют к клеммной коробке (шине) в коробке уравнивания потенциалов, что позволяет организовать ДСУП, не протягивая защитные проводники от каждого элемента к распределительному щитку квартиры (дома).
Изготавливают шину ДСУП из меди сечением не менее 10 мм 2 , подключая к ней шесть разъемов и более.
КУП соединяют с шиной заземления вводного распределительного щитка с использованием медного защитного PE-проводника сечением 6 мм2, заземляя таким образом все металлические части помещения. Обязательному подключению к ДСУП подлежат и выходящие за пределы помещений сторонние проводящие элементы.
В домах нового жилого фонда проводники СУП прокладываются на этапе строительства, совместно с монтажом электропроводки. В случае их отсутствия, по каким либо причинам, проводники возможно уложить самостоятельно, прорезав для этого в стяжке пола узкие канавки. Перед началом работ необходимо убедится, что в полу нет других коммуникаций. Проводники соединяют с заземляемыми объектами болтовыми соединениями, хомутами или привариванием контактных лепестков, что обеспечивает наличие прочной металлической связи между ними.
ДСУП выполняют с использованием специально предусмотренных проводников или применяют открытые и сторонние токопроводящие элементы, соответствующие требованиям п. 1.7.122 ПУЭ к защитным проводникам. см п. 1.7.83 ПУЭ . При условии отсутствия механического воздействия, требуемое сечение для проводников составляет 2,5 мм 2 и более. При возможном механическом воздействии используют проводники сечением 4 мм 2 и более. Соединение двух открытых проводящих элементов выполняют проводником сечением не менее сечения меньшего из подключенных к ним защитных проводников. Сечение проводников ДСУП, соединяющих открытую и стороннюю проводящие части, должно быть не меньше половины сечения защитного проводника, подключенного к открытой проводящей части. см. п. 1.7.138 ПУЭ .

Ограничения при уравнивании потенциалов

Монтаж СУП выполняют еще на этапе строительства здания. Однако существует ограничение по ее применению в уже имеющихся постройках. В домах с системой заземления TN-C, с объединенным PEN-проводником, выполнять дополнительное уравнивание потенциалов категорически запрещено. В противном случае, при обрыве нулевого провода, возникает опасность поражения электрическим током остальных жильцов, не сделавших ДСУП. Как правило, это ограничение касается многоэтажных зданий старого жилого фонда.
Проблема решается при возможности перехода на систему заземления TN-C-S: для чего на ГЗШ в вводно-распределительном устройстве здания PEN-проводник разделяют на PE и N проводники, выполняют контур заземления и соединяют его с главной заземляющей шиной медным проводом. Существующая в настоящее время тенденция проводить коммуникации (водопровод и канализацию) пластиковыми трубами, не требует объединение их в систему уравнивания потенциалов. Замена в уже имеющейся ДСУП металлических труб на токонепроводящие пластиковые, приводит к нарушению электрической связи с заземляющей шиной всех остальных металлических элементов помещения (батарей, полотенцесушителей и пр.), делая их потенциально опасными для человека в случае одновременного прикосновения.

Заключение

Современные нормы и правила строительства уделяют особое внимание правильности монтажа системы уравнивания потенциалов. Ее первым делом осматривают и проверяют на соответствие проектной документации при сдаче дома в эксплуатацию. Электробезопасность обеспечивают путем организации электрического соединения всех доступных для прикосновения проводящих частей здания с ГЗШ при помощи РЕ-проводников. ОСУП дополняется системой уравнивания потенциалов в зонах с повышенной опасностью поражения электрическим током.
Важно помнить, что выполнение ДСУП возможно только в домах с системами заземления с раздельной прокладкой PE и N проводников. К ним относится современная система заземления TN-S, а так же модернизированная система до схемы TN-C-S.
При монтаже СУП обязательно обеспечение прочной металлической связи между ее элементами, подключенными по радиальной схеме с соблюдением требуемого сечения защитных проводников.

Смотрите также :

Уравнивание потенциалов – доходчиво. Каждый человек, который изучал физику в школе, помнит о том, что любой проводник наделен собственным потенциалом. Сам по себе потенциал не представляет собой никакой опасности, опасна разница потенциалов, которые есть у любого изделия из металла. Чем существеннее такая разница, тем выше вероятность получить удар электрическим током. Как проводится выравнивание потенциалов?

В чем заключается смысл выравнивания потенциалов?

Такое явление как разность потенциалов может быть спровоцировано большим количеством различных факторов. Некоторые из них выглядят следующим образом:

– Перенапряжения в атмосфере;

– Блуждающие сгустки энергии;

– Статическое напряжение;

Наиболее опасной является такая разность потенциалов, которая возникает в результате утечек напряжения из неисправных участков электропроводки посредством вещей, изготовленных из металла или электрической бытовой аппаратуры. В качестве примера можно рассматривать следующую ситуацию: человек, проживающий в многоэтажном доме, находясь в своей ванной, касается трубы, изготовленной из металла, и получает удар электрическим током. Подобная ситуация возникла из-за того, что изоляция электроприбора, находящегося в другой квартире, является неисправной. По причине неисправной изоляции потенциал металлической трубы изменился и человек, коснувшийся ее, получил поражение электрическим током.

Для того чтобы провести выравнивание потенциалов всех электрических приборов, которые могут представлять собой опасность, их надо объединить. Проще всего такую манипуляцию выполнить с помощью медной проволоки, объединяя стоящие рядом приборы, трубы и другие объекты. Создав общую цепь между трубами или между приборами, человек выравнивает потенциал.

Однако объединения всех потенциально опасных объектов недостаточно. Для полной безопасности в процессе использования электрических бытовых приборов необходимо, чтобы проводка была заземлена.

Система выравнивания потенциалов

Механизм для уравнивания потенциалов является достаточно важной системой. При этом каждый желающий, имея в своем расположении необходимую информацию, может собрать такой механизм собственноручно, не привлекая помощников со стороны. Монтаж такой системы выполняется в 5 этапов, выглядят эти этапы следующим образом:

– Монтаж короба, в который будет помещена шина заземления;

– Монтаж от шины и подсоединение медного электрического шнура имеющего изоляцию. Сечение шнура не должно быть менее 4 миллиметров;

– В заранее подготовленный канал внутри стены помещаются отдельные шнуры, которые будут соединять приборы между собой. Так происходит выравнивание потенциалов.

Что такое разность потенциалов, и почему она опасна для человека? Любой металлический предмет большого размера (водопроводная труба, радиатор отопления, ванна, корпус холодильника) является хорошим проводником электрического тока. Даже без прямого контакта с источником напряжения, на поверхности этих предметов может возникнуть наведенный электрический ток, по аналогии с шаговым напряжением.

Как это работает

Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.

Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.

Почему так произошло?

Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.

После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом. Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание.

Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.

Еще один пример. Вставьте в отключенную розетку кусок провода (в фазу), и свободно подвесьте его, чтобы он не касался стены и пола. Подайте напряжение - ничего не произойдет. Тем не менее по всей длине провода есть потенциал 220 вольт. Стоит соединить провод с любым предметом, у которого потенциал относительно «земли» ниже, через соединитель (например, человека), потечет ток.

Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями - равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.

Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП) . Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.

Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.

В чем опасность

  • Участки систем отопления и водоснабжения меняются на полипропиленовые трубы. Пропадает физическая связь с заземлителем.
    Надеяться на воду в трубах нельзя. Сегодня она есть, а завтра труба будет сухой.
  • Сосед решил отмотать показания счетчика, и подключил нуль к своей батарее отопления. По всей системе появился потенциал: от 220 вольт вблизи квартиры соседа, до нуля в районе подключения трубопровода к главной заземляющей шине.
  • У кого-то установлен бойлер без заземления, и он пробивает фазу в бак с водой. Пара ближайших этажей, получает в кранах с водой напряжение до 110 вольт.
  • «Продвинутый» сосед электрик организовал заземление электроплиты на стояк с горячей водой (он действительно имеет хороший контакт с грунтом, к тому же конструктивно соединен с ГЗШ). А после аварии, на втором этаже заменили кусок стального стояка, на пластик. У соседа «электрика» коротнула фаза на корпус электропечи, и весь подъезд выше 2 этажа получил на стояке потенциал более 127 вольт.

Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.

Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?

Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.

Уравнивание или выравнивание

Многие путают два основных понятия:

  1. Уравнивание потенциалов, это нивелирование разницы потенциалов между доступными к прикосновению одним человеком открытыми проводящими поверхностями. Относится к штучным электроустановкам или проводникам.
  2. Выравнивание потенциалов, это снижение разности потенциалов на большой площади: грунт, бетонный пол. Например, в здании - это соединений всей арматуры в стенах между собой, и с ГЗШ.

Создание системы дополнительного уравнивания потенциалов (ДУП)

Общие правила:


Уравнивание потенциалов в ванной комнате производится со всеми элементами, находящимися в помещении санузла. Даже если входящая труба уже соединена с ШДУП или ШОУП.

Соединение с элементами, не имеющими специальных контактов для подключения, производится с помощью хомутов, зажимов.

Организация системы ДУП в частном доме может не производиться, при строительстве и организации энергоснабжения должна быть установлена основная система уравнивания потенциалов. Для обеспечения безопасности, следует смонтировать дополнительную систему в ванной комнате.

Видео по теме

Выравнивание потенциалов

Чтобы экран эффективно экранировал высокочастотные помехи, он должен быть заземлен с обоих концов. В специальных установках могут возникать разности потенциалов между разными точками внутри одной установки, что приводит к токам выравнивания потенциалов по длине экрана кабеля. Уравнивающие токи этого типа всегда следует строго избегать, поскольку они могут привести к возникновению взаимных помех. Проблемы с землей возникают, если:

a) Шинный кабель покрывает большую площадь или соединяет большие расстояния

b) Электроэнергия поступает из разных источников (например, из разных источников).грамм. несколько подстанций)

c) Потребляется большая электрическая мощность (например, сварочные роботы, большие приводы и т. д.)

Одно из решений - установить дополнительный кабель выравнивания потенциалов между отдельными потенциалами. Линия выравнивания потенциалов также должна быть способна отводить большие токи (профиль 16 мм2 не является чем-то необычным). Следует использовать многожильный кабель с хорошей поверхностью, чтобы можно было эффективно отводить даже токи высокой частоты.

Монтаж проводника для выравнивания потенциалов

Линии выравнивания потенциалов следует прокладывать параллельно кабелю шины и как можно ближе, чтобы расстояние между двумя кабелями было как можно меньше.

ВАЖНО: ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать экран шинного кабеля для выравнивания потенциалов!

PE-проводка (5-жильный кабель = TN-S)

В случае подключения PE (5-жильный = TN-S) нейтральный провод (N) и защитное заземление (PE) строго разделены. Даже при асимметричной нагрузке ток на землю не течет, и экран кабеля PROFIBUS остается свободным от тока. Это легко проверить с помощью токового щупа.Ток на экране не должен превышать несколько миллиампер. На практике ток на экране более 30 мА считается проблематичным. Ток, превышающий 300 мА, может чрезмерно нагреть кабель и стать причиной возгорания.

Подключение PEN (4-жильный кабель = TN-C)

В случае подключения PEN (4-жильный = TN-C) под асимметричной нагрузкой, уравнительный ток I1 будет течь по общему проводнику PEN, поскольку он будет искать путь с наименьшим сопротивлением.Таким образом, часть тока I3 также может быть отведена через землю. Это также может привести к тому, что немаловажная часть I2 будет отведена через экран PROFIBUS. Это можно подтвердить с помощью простого токового пробника.

Чтобы исправить это, рекомендуется сделать часть этого соединения оптоволоконным кабелем или использовать повторитель для электрической изоляции экрана.

В качестве альтернативы стандарты также предлагают емкостное заземление, особенно для взрывозащищенных установок.Это включает в себя соединение экрана с RC-цепочкой. Его небольшая емкость (<10 нФ) отводит высокочастотные помехи, но имеет высокий импеданс для частоты сети (50 или 60 Гц), тем самым предотвращая выравнивание токов по экрану. Параллельно подключенный высокоомный резистор предотвратит зарядку емкости постоянным напряжением. Это емкостное заземление может быть реализовано на одном или на всех концах кабеля PROFIBUS. Здесь также можно использовать токовый щуп для проверки правильности работы.

Емкостное заземление щита

Выравнивание потенциалов

Выравнивание потенциалов используется для создания электрических соединений между проводящими компонентами с целью достижения равенства потенциалов. Кроме того, проводящее соединение обеспечивает выравнивание разницы зарядов между двумя корпусами или компонентами. Все защитные проводники и проводники уравнивания потенциалов соединяются на главной заземляющей шине (PE-шине) и подключаются к заземлению фундамента (стальная арматура в бетонных плитах) через заземляющий провод.

Выравнивание потенциалов также предназначено для защиты от опасного электростатического разряда (ESD). Для этого люди и оборудование подключаются к заземлению фундамента через специальные устройства, чтобы обезопасить разность потенциалов.

Это выравнивание потенциалов может выполнять две разные задачи при электрическом монтаже машины:

Персональная защита от поражения электрическим током в случае неисправности машины или системы с помощью системы защитных проводов.

2. Функциональное выравнивание потенциалов

Для предотвращения неисправностей (в результате повреждения экрана) и улучшения электромагнитной совместимости (ЭМС) чувствительных электронных компонентов.

Следующая принципиальная схема иллюстрирует цель выравнивания потенциалов:

Выравнивание потенциалов также является «требованием для защиты от поражения электрическим током». Он указан в международном стандарте IEC 60364-4-41: 2005 и немецком стандарте DIN VDE 0100-410: 2007-06.

Подключение всех токопроводящих корпусов электрических компонентов к заземленному защитному проводу и основной шине заземления является основой защиты от поражения электрическим током. Основная защитная мера, указанная в стандарте VDE, то есть автоматическое отключение источника питания в случае неисправности, обеспечивается посредством установки в соответствии со стандартами и последующего тестирования системы. Испытание также служит для проверки достаточного малого сопротивления контура для автоматического отключения в случае неисправности.

Техническая реализация выравнивания потенциалов, определение размеров поперечных сечений и стандартизованная терминология указаны в международном стандарте IEC 60364-5-54: 2011 и немецком стандарте DIN VDE 0100-540: 2012-06.

Разделение защитного и нулевого проводов!

Убедитесь, что в сети есть отдельные защитный (PE) и нейтральный (N) проводники и что два проводника не подключены к одному и тому же потенциалу (защитный и нейтральный проводники = PEN).

Сетевые системы

В системе TN-C точка звезды всех кабелей (L1, L2, L3 и PEN) заземлена напрямую . Нейтральный провод (N) и защитный провод (PE) объединены в один провод (PEN).

В трехфазном источнике питания используются четыре кабеля, как показано в примере слева:
L1, L2, L3 и PEN.

В следующем разделе описаны системы TN-S, рекомендованные Beckhoff Automation GmbH & Co. KG с точки зрения электромагнитной совместимости (ЭМС).

Подобно системе TN-C, в системе TN-S точка звезды всех кабелей (L1, L2, L3, N и PE) также напрямую заземлена. Нейтральный провод (N) и защитный провод (PE) подключаются к потребителю отдельно.

В трехфазном источнике питания используются пять кабелей, как показано в примере слева:
L1, L2, L3, N и PE.

Переход от системы TN-C к системе TN-S обозначен синим кабелем.

Система "звезда" (прочно заземленная звезда)

В системе "звезда" точка звезды всех кабелей (L1, L2, L3, N и GND) заземлена и соединена в центр. В этой сетевой системе провод защитного заземления (GND) не должен пропускать ток.Нейтральный провод N (заземленный провод) должен быть отдельным и отводиться только в системе потребителя. В Германии используются системы электроснабжения TN-C-S.

Во многих случаях такие системы также используются в США в качестве стандарта.

В трехфазном источнике питания используются пять кабелей, как показано в примере слева:
L1, L2, L3, необязательно N и GND.

Система треугольника (треугольник с заземлением)

В системе треугольником все подключенные компоненты заземлены напрямую.Это делается независимо от заземления источника тока. Провод защитного заземления (GND) не должен пропускать ток! Нейтральный провод N (заземленный провод) должен быть отдельным и отводиться только в системе потребителя. Специальные меры, например сетевые фильтры, должны применяться в соответствии с требованиями ЭМС.

Эти системы не имеют прямого аналога в стандарте IEC. Заземление осуществляется либо через одну из фаз (с заземлением в углу), либо через центральный отвод между двумя фазами (High-Leg).

В трехфазном источнике питания используются пять кабелей, как показано в примере слева:
L1, L2, L3, необязательно N и GND.

В двухфазной системе заземление происходит через центральный отвод между двумя фазами. Оттуда выводится нейтральный проводник.

В трехфазном источнике питания используются четыре кабеля, как показано в примере слева:
L1, N, L2 и GND.

Возможные различия:

Несколько пространственно разделенных монтажных пластин внутри шкафа управления
Несколько шкафов управления, которые пространственно разделены внутри приложения
Работа несколько локальных сервоприводов (AX5000 / AX8000)
Питание компонентов шкафа управления от разных поставщиков

Все разности потенциалов приводят к токам утечки (токам выравнивания потенциалов).Для получения дополнительной информации обратитесь к разделу «Токи утечки» в системном руководстве для сервопривода AX5000.

Возможные различия также влияют на сигналы управления и обратной связи, вызывают помехи в устройствах связи и могут вывести электронные компоненты из строя.

Чтобы уменьшить разность потенциалов, вам необходимо:

Установить выравнивание потенциалов. Для соединения неокрашенных монтажных плат и шкафов управления следует использовать заземляющие ленты с большой поверхностью и большой площадью контакта.
Подключите источник питания с общим потенциалом.
Обеспечивает соединения экрана с большой площадью поверхности.

Соображения по электробезопасности и ЭМС

С точки зрения мер индивидуальной защиты (PPM), PE-шина в шкафу управления используется как точка звезды.
С точки зрения электромагнитной совместимости Beckhoff Automation GmbH & Co. KG рекомендует использовать неокрашенную монтажную пластину в шкафу управления в качестве точки нейтрали для выравнивания потенциалов.

Сечения проводников для кабелей выравнивания потенциалов

Кабели выравнивания потенциалов должны быть как можно короче. Сечение жилы должно быть прямоугольным и плоским. Поперечное сечение кабеля уравнивания потенциалов должно иметь соответствующие размеры.

На следующей диаграмме показан пример конфигурации выравнивания потенциалов с различными компонентами.Обратите внимание, что выравнивание потенциалов зависит от конкретного приложения, поэтому следующий образец не следует рассматривать как стандартное решение!

Выравнивание потенциалов между двигателем (OCT) и кабельным каналом (HF-совместимым) через фланцевую переходную пластину

90hing114

Дверь шкафа управления с заземляющей перемычкой

DIN-рейка для монтажа компонентов

Неокрашенная монтажная пластина

4 в шкафу управления

Заземляющая лента, соединяющая шину PE и неокрашенную монтажную пластину

Соединение кабельного канала большой площади

Кабельный канал из листового металла

Разделительная планка в кабельном канале для сигнала (зеленый) и силового кабеля (оранжевый)

Уравнивание потенциалов между Заземление рамы машины и фундамента

Токопроводящее соединение металлического кабельного канала

Заземление фундамента со стальной арматурой в бетонной плите

Заземление цепи управления заземлением

заземление шкафа и фундамента

PE шина в шкафу управления

Установка выравнивания потенциалов

При установке выравнивания потенциалов обратите внимание на следующее:

Подключение защитного провода
Подсоедините двери шкафа управления (1) к шкафу управления через кабель защитного заземления (сечение ≥ 10 мм² Cu).
Соедините монтажную пластину шкафа управления (3) с шиной защитного заземления (13) с помощью кабеля защитного заземления (сечение ≥ 10 мм² Cu).
Подключите шкаф управления к заземлению фундамента (11) с помощью кабеля защитного заземления (сечение ≥ 10 мм² Cu). Кроме того, все кабельные каналы должны быть подключены к шкафу управления через кабель защитного заземления (сечение ≥ 10 мм² Cu).
Подключение двигателей и редукторов
Подключите все двигатели и редукторы вашего приложения к металлическим кабельным каналам с помощью заземляющих лент.
Соединение металлических кабельных каналов
Металлические кабельные каналы всегда должны соединяться друг с другом на большой площади.
Соединения кабелей защитного заземления должны быть как можно короче. Все соединения должны быть металлически чистыми! Никогда не подключайте защитные провода к окрашенным поверхностям! Перед подключением компонентов очистите все стыки промышленным очистителем.
Установка в шкафу управления

(PDF) Коррекция каналов на основе спектральной плотности мощности большой базы данных речи для конкатенативной системы TTS.

PSD

Рисунок 5: PSD речевых сигналов.

Для дальнейшей оценки преимуществ системы TTS

от использования подхода выравнивания каналов был проведен оценочный эксперимент с участием человека. В этом эксперименте с предпочтениями две системы

TTS построены на основе баз данных до и после выравнивания каналов

, соответственно. После этого два класса из

высказываний синтезируются системами TTS с помощью одного и того же алгоритма выбора блока

[5].

При планировании эксперимента с предпочтениями мы обнаружили, что если

оптимальные единицы синтезированного предложения выбраны из

одного и того же сеанса записи или из разных сеансов с аналогичным качеством голоса, то это может звучать вполне согласованно. неважно по

, в какой системе TTS он синтезирован. Другими словами, предложение

, синтезированное неуравновешенной системой TTS, уже имеет

, одинаково хорошую согласованность с уравновешенным, так что человек

почти не может почувствовать разницу между ними.Чтобы избежать нежелательной путаницы в эксперименте с субъективным слушанием

, мы выбираем тестовые предложения, используя следующие шаги

:

Шаг 1: синтезировать 1000 предложений, выбрав единицы из

неуравновешенной базы данных, и найти из исходной сессии

каждой выбранной единицы.

Шаг 2: Рассчитайте расстояния PSD между каждыми двумя сеансами

, из которых выделяются две последовательные единицы предложения.

.

Шаг 3. Усредните расстояния PSD по каждому предложению, чтобы оценить

, насколько велика может быть несогласованность каналов.

Шаг 4: Выберите 30 предложений с наибольшим средним значением PSD

в качестве тестовых предложений.

Шаг 5: Синтезируйте эти тестовые предложения также с помощью системы TTS

, построенной на базе данных с выравниванием каналов. Тогда вместе

с предложениями, выбранными на шаге 4, всего в тестовом наборе будет 60 предложений

.

Позже синтезированные тестовые предложения воспроизводятся для 20 слушателей -

человек попарно в случайном порядке. Каждого слушателя, не имевшего ранее инструкции

для сравнения несогласованности качества голоса, предлагается

указать более естественное предложение из каждой пары.

Дисперсионный анализ (ANOVA) выполняется в предварительном эксперименте

, чтобы продемонстрировать, что выравнивание каналов имеет

существенное влияние на несогласованность качества голоса в системах TTS

.Однофакторный дисперсионный анализ, сравнивающий систему TTS

без выравнивания и систему TTS с выравниванием, показанный в таблице 1, дает sig-

значимый (3,5) 58,1 (

975,0 ≈F).

Сумма количества классов Среднее отклонение

без выравнивания 30 10,7 0,36 0,0148

с выравниванием 30 19,3 0,64 0,0148

Источник

вариации

Сумма

квадратов

Значение F

Между классами 1.23 1 1,23 83,4

Внутри классов 0,86 58 0,015

Всего 2,09 59

Таблица 1: Однофакторный дисперсионный анализ, сравнивающий

невыровненных и выровненных систем TTS.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье мы предлагаем алгоритм выравнивания каналов для

компенсации несоответствия каналов между высказываниями

различных сеансов записи в большой речевой базе данных с ap-

plication в системах конкатенативного TTS.Это подход на уровне корпуса

, который может быть реализован в автономном режиме. Учитывая речевое сообщение, имеющее эталонное (целевое) качество канала, реализация этого метода состоит в разработке БИХ-фильтра для речевого сообщения, искаженного другим каналом, путем сравнения PSD

.

им. БИХ-фильтр может компенсировать разницу каналов

и сделать последнее предложение похожим на эталонное

.

Этот метод введен в систему TTS. Он нормализует

всех предложений в речевой базе данных, используемой системой TTS

, чтобы обеспечить одинаковое качество голоса независимо от того, к какому сеансу записи

они принадлежат. Предложения, синтезированные с помощью уравновешенной базы данных

, имеют более стабильное качество голоса, чем предложения

, синтезированные с помощью неуравновешенной. Кроме того, в

для подтверждения эффективности алгоритма выравнивания каналов

проводится субъективный тест прослушивания как на новых

, так и на старых системах TTS.В этом эксперименте почти все слушатели

предпочитают синтетическую речь, генерируемую новой системой TTS.

После этого выполняется дисперсионный анализ результатов оценки, проведенных человеком,

, который также подтверждает, что процесс выравнивания каналов

оказывает существенное влияние на повышение согласованности качества голоса

в системе TTS.

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] К. Нарасимхан, Дж. К. Принсипи и Д. Г. Чайлдерс, «Нелин-

динамическое моделирование голосового возбуждения для Im-

доказало синтез речи», ICASSP’99.

[2] Дж. Воутерс и М. В. Макон, «Спектральная модификация для

конкатенативного синтеза речи», ICASSP’00.

[3] Y. Stylianou, «Оценка и коррекция качества голоса

вариативности в больших речевых базах данных для каскадного синтеза речи

», ICASSP’99.

[4] П. Д. Велч, «Использование быстрого преобразования Фурье для оценки спектров мощности

: метод, основанный на стирании времени Av-

по коротким модифицированным периодограммам», IEEE Trans.

АЕ, т. au-15, нет. 2, 1967.

[5] М. Чу, Х. Пэн, Х. Ян и Э. Чанг, «Выбор не

унифицированных единиц из очень большого корпуса для конкатенативного синтезатора речи

», ICASSP’01.

Лекарство от общей обратной связи

1 декабря 2000, 12:00,
Роберт МакПик

Как и в любой другой дисциплине, проектирование и проектирование звуковых систем имеет свой собственный уникальный язык, который непосвященным может быть трудно понять. Разговор между двумя или более звукорежиссерами может легко превратиться в упражнение по эзотерике, которое гарантированно вызовет застекленные выражения у тех, кто думает о звуковых системах (если они вообще думают о них) в более утилитарных терминах, просто как средство усиления музыки или речь, либо для практической необходимости, либо для улучшения качества прослушивания.

Подавляющее большинство слушателей оценивают качество усиленного звука по очень простым критериям. Если эти критерии удовлетворены, аудитория счастлива оставаться в блаженном неведении о других критериях, которые звукоинженеры используют в своих измерениях. Если отложить на время наши шапочки с пропеллерами и принять непрофессиональную точку зрения, мы можем предположить, что основные проблемы, связанные со звуковой системой типичной аудитории - независимо от места проведения - можно обобщить, ответив на следующие три вопроса:

1.Достаточно ли громкий звук?

2. Достаточно ли разборчивый звук для передачи необходимой информации?

3. Отсутствуют ли в звуке нежелательные отвлекающие факторы, такие как гудение, гудение, искажения или обратная связь?

Из многих факторов, с которыми можно столкнуться при попытке удовлетворить этим трем критериям, осциллирующий крик усиливающихся частот, выходящих из-под контроля (так называемая обратная связь), возможно, является самым катастрофическим. Обратная связь влияет на все три проблемы аудитории. Во-первых, конечно, это огромное, вопиющее и болезненное отвлечение, достаточное для того, чтобы вызвать увольнение более чем одного звукорежиссера, пострадавшего от его внезапного появления.Во-вторых, он затемняет четкость, закрывая полосы частот и отвлекая внимание звукооператоров - от эстетических улучшений и творческого поворота ручки - на решение проблем и выдергивание волос. В-третьих, угроза обратной связи часто является ограничивающим фактором (до мощности усилителя и запаса мощности системы), который определяет практическое максимальное усиление звуковой системы.

Таким образом, предотвращение обратной связи предполагает высокий статус в поисках идеального звука. Несколько хорошо известных практических правил, используемых при проектировании и эксплуатации звуковых систем, могут минимизировать вероятность обратной связи.Однако неизбежно возникнет ситуация, в которой таких шагов окажется недостаточно - например, когда ограничения места проведения или требования к производительности требуют уровней усиления, близких или превышающих порог обратной связи, - в результате аудитория, исполнитель и звукорежиссер будут нуждаться в дополнительной защите. К счастью, развитие технологий (в частности, цифровой обработки сигналов) за последние десять лет обеспечивает элегантное решение: автоматическое управление с обратной связью.

Давайте рассмотрим как шаги здравого смысла, направленные на минимизацию потенциала обратной связи, так и технологические решения, используемые для ее устранения.

МИНИМИЗАЦИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ С ПОМОЩЬЮ ОБЩЕГО ЧУВСТВА Каждый, кто когда-либо пользовался микрофоном, знает, что обратная связь возникает в результате формирования «порочного круга» усиления. Звук из динамика улавливается микрофоном или датчиком инструмента, который снова усиливается и улавливается, пока какая-то резонансная частота не превысит порог усиления и не начнет визжать. Все общие, хорошо известные (и, возможно, некоторые не очень известные) методы снижения вероятности обратной связи, перечисленные ниже, нацелены на то, чтобы каким-то образом прервать или уменьшить «контурный путь», который генерирует обратную связь.

1) Близость микрофона / динамика. Поскольку энергия распространения звука подчиняется закону обратных квадратов, энергия, принимаемая микрофоном из динамика, уменьшается до 1/4 величины, когда микрофон перемещается вдвое дальше, и 1/16 величины, когда микрофон перемещается. В 4 раза дальше и т. Д. Таким образом, перемещение микрофонов как можно дальше от динамиков может помочь предотвратить обратную связь, уменьшив энергию динамиков, которая «возвращается» в микрофон.

2) Ориентация микрофона / динамика.Поскольку динамики обычно рассеивают звук в сфокусированных направлениях, а микрофоны (за исключением всенаправленных) обычно также чувствительны в сфокусированных направлениях, звуковые системы должны быть настроены так, чтобы использовать преимущества такой направленности. Домашние громкоговорители обычно размещаются перед сценическими микрофонами, обращенными в сторону и, таким образом, удаленными от наиболее прямого пути звукового излучения. Также следует проявлять осторожность, чтобы не направлять динамики на отражающие поверхности, которые могут отразить звук обратно в микрофон. В отличие от домашних громкоговорителей, мониторы по необходимости направлены на позиции микрофонов, так как они предназначены для обеспечения усиленного звука в интересах исполнителей.Поэтому мониторные колонки часто более восприимчивы к обратной связи, чем домашние колонки.

3) Выбор микрофона / динамика. Различные микрофоны и динамики могут иметь очень разные кривые частотной характеристики, то есть некоторые полосы частот могут быть громче для определенных динамиков, в то время как некоторые микрофоны также могут быть более чувствительными к определенным частотным диапазонам. В крайних случаях корпус динамика может непропорционально воспроизводить тот же частотный диапазон, который микрофон подчеркивает в своей характеристике звукоснимателя, и эта частота будет более восприимчива к обратной связи.Мудрый выбор совместимых микрофонов и динамиков (а также других компонентов в системе) должен снизить вероятность возникновения обратной связи. Аналогичным образом, выбор микрофонов с кардиоидной, гиперкардиоидной или суперкардиоидной диаграммой направленности (они более чувствительны к звуку в том направлении, в котором они нацелены), в отличие от всенаправленных микрофонов (которые улавливают звук одинаково во всех направлениях), поможет предотвратить обратную связь при правильном расположении. . Наконец, для акустических инструментов, которые нуждаются в усилении, музыканты и звукорежиссеры часто предпочитают использовать звукосниматель вместо микрофона, который обычно менее восприимчив (хотя и далеко не защищен) от проблем с обратной связью.К сожалению, качество звука звукоснимателя обычно хуже, чем у микрофона.

4) Акустический дизайн / обработка. По возможности, пространство для выступлений должно быть спроектировано таким образом, чтобы между микрофонами и динамиками было достаточно места, чтобы минимизировать обратную связь. Кроме того, поверхности стен, пола и потолка должны быть спроектированы таким образом, чтобы отражения звука вряд ли фокусировались или концентрировались в местах, где будут использоваться микрофоны. К сожалению, в большинстве случаев управление акустическими характеристиками помещения для выступления не под силу звукорежиссеру.

5) Образование спикера / музыканта / исполнителя. Еще менее управляемым во многих случаях является человеческий фактор, то есть люди, использующие звуковую систему. Опасные уровни усиления могут быть единственным вариантом для звукорежиссера, пытающегося сделать слышимым корпоративный динамик, которому неудобно усиление звука и который опасается приближаться к микрофону. Даже опытные профессионалы могут требовать от мониторов неоправданной выгоды. Кроме того, существует проблема обратной связи, которая может неожиданно нанести визит, когда кто-то с беспроводным микрофоном перемещается в акустическую горячую точку в аудитории или случайно опускает микрофон перед монитором.На сегодняшний день большинство исполнителей сопротивляются моим попыткам переориентировать их сценическое поведение с помощью системы поощрений и наказаний, поэтому я убрал свои плети и стулья и принял суровую реальность.

Таким образом, есть много случаев, когда решение проблем, основанных на здравом смысле, оказывается либо недостаточным, либо несовместимым с исполнителем, либо не обеспечивает адекватной выгоды (с комфортным запасом прочности) для приложения. К счастью, сообразительный звукорежиссер может прибегнуть к электронным методам управления с обратной связью.

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ С ПОМОЩЬЮ ЭКВАЛАЙЗЕРА (ГРАФИЧЕСКОЕ И ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ) Наиболее распространенным и, вероятно, наиболее эффективным средством электронного минимизации вероятности обратной связи является эквализация. Как и любой другой инструмент, эквалайзер может быть использован не по назначению, а не по назначению. Чтобы понять разницу, давайте кратко рассмотрим основные акустические условия и правила, которые приводят к обратной связи.

НЕРАВЛИВАЦИЯ Если выравнивание может помочь управлять обратной связью, само собой разумеется, что состояние «неравномерности», следовательно, увеличило бы вероятность обратной связи.Обратная связь, скорее всего, возникнет на тех частотах, которые непропорционально громче, чем на других, более тихих частотах в слышимом спектре. Такая неравномерность может происходить из-за нелинейной частотной характеристики компонентов звуковой системы, а также из-за геометрии акустического пространства, определяемой его размерами, формой и отражающей способностью его открытых поверхностей. Все три играют важную роль в определении того, на каких частотах чаще всего возникают проблемы.

Ключ к пониманию этого лежит в обратной зависимости между длиной волны и частотой.Формула, описывающая эту взаимосвязь, выглядит следующим образом:

Длина волны = скорость звука / частота

Диапазон слышимых частот принят от 20 Гц (20 полных волновых циклов молекул воздуха в секунду, очень низкий басовый тон) до 20 000 Гц. Используя скорость звука 1119 футов в секунду в приведенной выше формуле, расчеты показывают, что длины волн для этого частотного диапазона составляют примерно от 56 футов (для 20 Гц) до немногим более полдюйма (для 20 кГц).На определенных частотах размеры комнаты будут точными целыми кратными или долями соответствующих длин волн. Если две или более стены или барьеры обращены друг к другу параллельно и поверхности достаточно отражают, отражения для таких звуковых волн будут отражаться назад и вперед по той же схеме, что и траектория подхода, если угол падения перпендикулярен отражающая поверхность. Это создаст так называемую «стоячую волну». В зависимости от положения слушателя в комнате соответствующая частота может звучать громче или тише в зависимости от интерференционной картины прямых и отраженных звуковых волн.

Поскольку соотношение между длиной волны и частотой в точности обратное (одна изменяется в большей степени, чем другая - в меньшую), отсюда следует, что октавы любой частоты, производящие стоячую волну, также будут производить стоячие волны. Другими словами, если частота 56 Гц создает стоячую волну в комнате размером 20 футов (ее длина волны), то более высокая частота на октаву (112 Гц) также будет иметь проблемы со стоячей волной. Вместо того, чтобы иметь одну длину волны для измерения комнаты, более высокая частота будет обрабатывать две длины волны в одном и том же диапазоне.В обоих случаях будет создаваться стоячая волна. Подобные проблемы могут возникнуть с дополнительными октавами выше и ниже 56 Гц (например, 28 Гц, 224 Гц и т. Д.) Или для других частот в помещениях других размеров.

Все частоты будут сочетаться в сложных фазовых соотношениях между прямыми и отраженными звуковыми волнами, усиливая одни частоты и уменьшая другие. Результирующее спектральное измерение называется шаблоном гребенчатого фильтра, поскольку разные частоты будут сильно усилены, а другие уменьшены, создавая график, напоминающий зубцы гребенки.Те частоты, которые усиливаются в шаблоне гребенчатого фильтра, конечно, являются наиболее «возбудимыми» с точки зрения возможности обратной связи. Когда имеется достаточно энергии источника (в аудиопрограмме) на проблемной частоте в нужных местах в комнате, соответственно возрастает потенциал обратной связи.

С помощью измерительной ленты и калькулятора можно математически вычислить частоты, которые могут быть проблематичными в комнате с заданными размерами. Однако, рассмотрев несколько (первый, второй, третий и т. Д.)) отражения, коэффициенты поглощения обработки стен, положения источника звука, микрофона, динамиков и слушателей, а также отражения от других объектов в комнате, расчеты могут стать безнадежно сложными. В любом случае, многие люди, работающие со звуковым оборудованием, делают это, блаженно игнорируя математические соотношения размеров и частот, поэтому более распространенным методом определения проблемных частот и их компенсации является эксплуатационное тестирование с использованием эквалайзера.

ГРАФИЧЕСКИЙ ЭКВАЛАЙЗЕР Чаще всего в качестве эквалайзера выбирается графический эквалайзер, обычно 1/3 октавный. Такое устройство делит приблизительно 10 октав слышимого звука на три полосы на октаву, что обычно приводит к 31 полосе, установленной в фиксированных центральных точках, отстоящих друг от друга на треть октавы. Графические эквалайзеры интуитивно привлекательны и довольно просты в использовании - и при неправильном использовании.

Неправильное использование происходит от распространенного неправильного понимания того, что на самом деле означает «1/3 октавы». «1/3» относится к расстоянию между центральными точками полос частот, а не к их ширине.В то время как расстояние между фильтрами графического эквалайзера обычно соответствует стандартам ISO для центральных точек от одного производителя к другому, ширина фильтра - а иногда даже определение того, как измеряется ширина - не так согласована. Но большинство производителей определяют ширину фильтра как диапазон частот, окружающих центральную точку фильтра, на которые влияет перемещение фейдера фильтра вверх или вниз. Обычно ширина измеряется в точке -3 дБ для затухания и +3 дБ для усиления.На рис. 1 показана ширина фильтра, как определено здесь.

Хотя ширина может варьироваться от одного производителя к другому, наиболее распространенной шириной 1/3 октавного фильтра графического эквалайзера является полная октава. Если это звучит странно или тревожно, будьте уверены, что есть веская причина сделать фильтры шире, чем треть октавы. На рис. 2 показано, что произошло бы, если бы фильтры графического эквалайзера были действительно шириной 1/3 октавы.

Если бы соседние фильтры были опущены, результирующая кривая была бы тревожной поездкой на американских горках с переменным затуханием.Поскольку фильтры графического эквалайзера имеют форму с тупыми выемками, которые расширяются наружу, такие узкие фильтры будут очень глубокими в центральных точках, и при небольшом перекрытии узких соседних фильтров полосы таких фильтров будут очень слабо затухать. Для одного установленного фильтра это означает точность и прецизионность. Однако, когда на пути прохождения сигнала помещается несколько фильтров, результаты вызывают беспокойство, как показано на рис. 2. В пределах каждой октавы амплитуда колеблется на 6 дБ в три раза - вряд ли звукоинженеры стремятся создать плавную кривую отклика. .

Для достижения желаемого плавного отклика фильтры графического эквалайзера расширены, чтобы создать большее перекрытие между соседними фильтрами. Перекрытие ширококтавных графических фильтров эквалайзера показано на рис. 3.

Как видите, результирующая кривая взаимодействующих фильтров намного более гладкая; однако из-за большего перекрытия частот между соседними фильтрами конечным результатом понижения семи соседних фейдеров на 12 дБ является общее затухание около 15 дБ во всем диапазоне фильтров.Таким образом, настройки управления на панели графического эквалайзера могут не указывать на истинную степень усиления или ослабления, что считается небольшой платой в обмен на плавную частотную характеристику.

Изложив теорию, лежащую в основе этих эквалайзеров, какие выводы мы можем теперь сделать, фактически используя их для решения реальных проблем? Прежде всего, графические эквалайзеры лучше всего использовать для плавного формирования отклика (например, формирования кривой помещения), но не подходят для хирургической точности. Одно событие обратной связи обычно требует такой точности, поскольку данная обратная связь занимает гораздо более узкую полосу частот, чем может быть обработано широким разрешением фильтра графического эквалайзера.Более того, обратная связь, являющаяся неуправляемой проблемой, не соответствует предустановленным центральным точкам графических эквалайзеров, а графический фильтр часто может лишь приблизительно приблизительно определить правильную частоту. Другими словами, вы можете контролировать частоту вызывного сигнала с помощью фильтра графического эквалайзера, но это очень дорого обходится целостности аудиопрограммы. Чтобы вычесть обратную связь, вы также должны вычесть большую часть окружающих «хороших» звуковых частот. Если вы будете делать это неоднократно, с разными частотами обратной связи, большая часть ясности, присутствия и, в конечном счете, усиления исчезнет из системы.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ЭКВАЛАЙЗЕР Параметрические эквалайзеры предлагают гораздо лучшее решение для управления обратной связью. Если графический эквалайзер можно сравнить с цепной пилой по способности вырезать фрагменты спектра, параметрический эквалайзер больше похож на лазерный луч, который может аккуратно работать, хирургически вырезая небольшие участки спектра. С помощью параметрического эквалайзера пользователь может регулировать ширину фильтра (обычно известную как «Q»), центральную точку частоты и величину усиления или ослабления. Опытный пользователь может сосредоточиться на обратной связи и идеально настроить ширину и глубину фильтра, чтобы удалить его с минимальными последствиями для аудиопрограммы.Если они имеют узкую направленность, многие фильтры могут быть вставлены в аудиопрограмму с небольшим ухудшением общего качества звука или без него, что дает гораздо больший выигрыш.

Рис. 4 демонстрирует разницу между фильтрацией обратной связи, которая возникает около 1100 Гц с графическим фильтром эквалайзера и параметрическим фильтром. Светло-синяя заштрихованная область представляет количество информации аудиопрограммы, которая без необходимости вычитается при опускании фейдера 1 кГц графического эквалайзера. Темно-синяя область представляет гораздо меньшее количество желаемого звука, которое удаляется хирургической точностью параметрического фильтра, направленного прямо на неприятную обратную связь.Разница примерно на 90% меньше желаемого звука, удаляемого параметрическим фильтром (при условии, что его ширина составляет 1/10 октавы по сравнению с графическим фильтром шириной октавы).

Так почему бы не бросить свои графические эквалайзеры в мусорную корзину и не броситься покупать параметрические эквалайзеры? Лучший ответ: оба устройства (например, бензопилы и лазеры) имеют свое применение. Более широкие фильтры графического эквалайзера очень хороши для выполнения широкой эквализации, например, для настройки кривой отклика системы в комнате. Фактически, используя графический эквалайзер таким образом, вы настраиваете потенциал для более эффективного использования мощности параметрического эквалайзера для решения любых оставшихся проблем с узким фильтром.Без графического эквалайзера вам пришлось бы потратить всю мощь параметрического фильтра на решение проблем с широким фильтром. Вторая причина большей популярности графических эквалайзеров связана с удобством. Настройка программы параметрического эквалайзера может быть гораздо более сложной и трудоемкой, чем использование графического эквалайзера. Для работы он требует более высокого уровня навыков и понимания и часто является менее привычным компонентом по сравнению с широко используемым графическим эквалайзером.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Если целью использования параметрического эквалайзера является управление с обратной связью, на рынке есть продукты, которые автоматизируют весь процесс.Специальный профессиональный контроллер обратной связи будет определять обратную связь в тот момент, когда она возникает, отличать обратную связь от музыки или речи и немедленно устанавливать параметрический фильтр на точную частоту с точной величиной ослабления частоты, необходимой для удаления обратной связи. Весь процесс происходит мгновенно и автоматически. С помощью более совершенных единиц фильтры можно ограничить по количеству, глубине и ширине по своему вкусу, что позволяет адаптировать работу и объем автоматических фильтров в соответствии с вашей программой и требованиями.Следуя правильным, но простым процедурам, хороший контроллер обратной связи может обеспечить дополнительное усиление системы от 6 до 9 дБ перед обратной связью, достаточное для передачи чистого, четкого звука в отдаленные уголки зала или разбудить любого, кто спит в задней части церкви. Все это можно сделать со значительно меньшим риском разбудить их неловким потоком обратной связи.

Такое точное автоматическое управление с обратной связью с тех пор стало стандартным оборудованием в тысячах звуковых систем по всему миру, от огромных рок-концертных площадок до небольших церквей и бизнес-приложений.За последние десять лет произошли значительные улучшения в простоте эксплуатации и прозрачности звука в контроллерах с автоматической обратной связью, а расширенные наборы функций обеспечивают дополнительные уровни и разновидности эквалайзера. Тысячи звукорежиссеров, от опытных профессионалов до неискушенных любителей твиддлеров, полагаются на эти устройства как на комплексные решения проблем. Ключом к тому, насколько хорошо работает автоматический подавитель обратной связи, являются точность, быстрая идентификация обратной связи и прозрачность работы. Есть как минимум три метода, по которым работают глушители разных производителей:

Сдвиг частоты.Эти устройства фактически изменяют высоту звука аудиосигнала, когда он проходит. Изменение частоты нарушает контур обратной связи и позволяет получить дополнительное усиление перед обратной связью. Это очень простое и эффективное решение некоторых проблем с обратной связью. Однако степени сдвига высоты тона, достаточной для эффективного уменьшения обратной связи, достаточно, чтобы вызвать беспокойство о целостности аудиопрограммы, особенно для аудиопрограммы с музыкальным контентом. Сдвигатели частоты влияют на всю аудиопрограмму и не нацелены конкретно на обратную связь.Таким образом, вы можете устранить обратную связь с микрофоном акустической гитары, но вы также сместите D-аккорд диезом или бемолью.

Следующие два варианта подавления обратной связи направлены на выявление обратной связи в аудиопрограмме и ее удаление, не влияя на качество звука.

Сравнение уровней. По определению, обратная связь представляет собой частоту проблем на неконтролируемом уровне, поэтому один из способов отличить обратную связь от программы основан на мониторинге и сравнении программных уровней. Если громкость определенной полосы частот увеличивается до непоследовательного или непропорционального уровня, эти устройства предполагают, что частота является обратной связью.Затем узкий режекторный фильтр помещается в центральную точку идентифицированной полосы частот, чтобы уменьшить усиление на этой частоте до уровня ниже порога обратной связи. Этот метод выявления потенциальной обратной связи не является надежным. Например, вокалист или инструменталист, держащий ноту, легко может быть ошибочно идентифицирован как обратная связь, и устройство может в конечном итоге установить фильтр, тем самым уменьшив громкость компонента исполнения, предназначенного для выделения в качестве особого соло. Также существует опасность, что нужный фильтр может быть не установлен.Если громкость обратной связи, встроенной в программный материал, не отличается от остальной части аудиопрограммы, сравнения уровней могут не меняться в достаточной степени, чтобы инициировать установку фильтра.

К счастью, третий метод выявления и управления обратной связью предлагает улучшенную идентификацию обратной связи в программном материале.

Анализ формы волны. Этот метод основан на предпосылке, что сигнатура формы сигнала обратной связи в большинстве случаев довольно значительно отличается от сложной сигнатуры речи или музыкального аудиопрограммного материала.С появлением цифровой обработки сигналов звуковое оборудование стало достаточно быстрым и мощным, чтобы выполнять огромное количество очень быстрых вычислений, анализирующих волновую сигнатуру звуков, когда они проходят через этот тип подавителя обратной связи. За доли секунды DSP может исследовать звук и определять его как обратную связь или звук с высокой степенью точности. Если это обратная связь, устанавливается автоматический режекторный фильтр с точным центрированием на частоте проблемы, настраивается так, чтобы он был настолько узким и настолько глубоким, насколько это необходимо для устранения обратной связи.Этот процесс намного быстрее и гораздо менее вреден для звука, чем инженер-человек, устанавливающий гораздо более широкий фильтр графического эквалайзера. По сути, этот тип контроллера обратной связи представляет собой интеллектуальный автоматический параметрический эквалайзер.

УПРАВЛЕНИЕ ФИЛЬТРАМИ Подавители обратной связи, которые работают на основе сравнения уровней или анализа формы сигналов, удаляют обратную связь, помещая узкие фильтры. Устройства более высокого качества предлагают пользователю высокую степень контроля над размещением фильтров, что важно для достижения повышенного усиления системы без ущерба для качества аудиопрограммы.Если вы планируете использовать контроллер обратной связи, обратите внимание на несколько важных функций. При их тестировании обязательно следуйте инструкциям производителя по установке, чтобы убедиться, что вы проводите тестирование в рекомендуемых условиях.

Степень контроля над настройкой фильтров: вы должны иметь возможность регулировать количество фильтров, которые могут быть установлены, блокировать фильтры при их размещении (чтобы они не могли изменяться) и настраивать пороговые переменные, которые определяют, когда фильтр установлен. .

Параметры фильтра должны быть регулируемыми.У вас должна быть возможность изменять глубину фильтров и настраивать ширину. Для максимального контроля ищите возможность изменить фильтр обратной связи на параметрический фильтр, что позволяют многие устройства. Это позволит вам точно настроить фильтры или даже объединить узкие смежные фильтры в один, чуть более широкий параметрический фильтр, который выполняет работу двух или более. Поскольку все контроллеры обратной связи предлагают конечное количество фильтров, освобождение одного или нескольких с помощью этой техники даст вам дополнительные фильтры для удаления еще большего количества фильтров.

Проверьте, насколько хорошо устройство удаляет обратную связь при воспроизведении музыки во время обратной связи. Гораздо проще избавиться от обратной связи, когда это единственное, о чем можно беспокоиться. Тестирование удаления обратной связи во время аудиопрограммы позволит выявить качество конкретного подавителя обратной связи.

Также, если есть возможность, протестируйте удаление обратной связи на низких частотах. Обычно обнаруживается, что низкие частоты обратной связи будут распознаваться и подавляться этими устройствами немного дольше, поэтому выяснение того, сколько времени требуется для распознавания низкочастотной обратной связи, может иметь важное значение для параметров конструкции вашей системы.

Качество звука важно. Конечным тестом является установка полного количества фильтров, предлагаемых устройством, затем воспроизведение компакт-диска через устройство и сравнение качества звука, когда фильтры находятся на пути прохождения сигнала, с тем, когда они игнорируются. При хорошем устройстве и небольшом внимании вы сможете разместить 12 или более фильтров и услышать очень небольшую разницу. Затем вставьте фильтры и включите микрофон. Насколько громко вы можете говорить перед смертью, если обратная связь последует?

Настройка звуковой системы, основанная на здравом смысле, хотя и бесценна, часто недостаточна для предотвращения нежелательной обратной связи, наносящей ущерб вашей репутации, слуху, равновесию и / или оборудованию.Для дополнительного запаса прочности профессиональный контроллер обратной связи может быть решением, которое вы ищете. Это может иметь огромное значение между кошмарной битвой с обратной связью и беспроблемной установкой или мероприятием, которое дает слушателям то, что им действительно важно: громкий, чистый, без отвлекающих факторов звук.

Подписка

Чтобы получать больше подобных новостей и быть в курсе всех наших ведущих новостей, функций и аналитических материалов, подпишитесь на нашу рассылку новостей здесь.

% PDF-1.5 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать 2009-09-30T12: 04: 49Z2009-09-30T14: 12: 22 + 02: 002009-09-30T14: 12: 22 + 02: 00iText 2.1.3 (by lowagie.com) application / pdfuuid: 14232286-f690- 4ca1-a1b1-435cba2d19a9uuid: 0d93df42-1193-48d0-84dd-037c327fc32c конечный поток эндобдж 3 0 obj > / Кодирование> >> >> эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > / XObject> >> / Аннотации [30 0 R 31 0 R 32 0 R] / Родитель 9 0 R / MediaBox [0 0 595 842] >> эндобдж 12 0 объект > / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 13 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 14 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 16 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 17 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 18 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 19 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 20 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 21 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 22 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 23 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 24 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / ColorSpace> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 609 794] / Повернуть 0 >> эндобдж 25 0 объект > транслировать xA0sj) & @ BOt]] VJĀv _'KJ) U`i2 {ܧ Pr% \ Si HEӇ-6_ѝ ݣ p0e ڒ ^ 7) `^ pU (9T @ k] 5!> 4̄m @! 5cL.EYt

Границы | Три фактора имеют решающее значение для синтеза разборчивой японской речи с шумовым вокодом

Введение

Важно понимать, какие акустические характеристики речевых звуков важны для разборчивости речи, чтобы выяснить когнитивные механизмы речевого общения. Акустические характеристики речи, которые способствуют восприятию речи, были исследованы с помощью множества различных подходов. Одним из наиболее эффективных методов является контроль акустических характеристик речи путем обработки сигналов, а затем проверка разборчивости синтезированных сигналов (обзоры см. В Diehl et al., 2004; Самуэль, 2011). Временное изменение спектров является характерной акустической характеристикой в ​​этом контексте и обрабатывается частотным анализатором слуховой системы (Plomp, 1964; Plomp and Mimpen, 1968; Plack, 2013).

Эксперименты по восприятию, в которых спектральная информация систематически деградировала, показали, что перцептивные сигналы, встроенные в речевые спектры, в высшей степени избыточны (Ремез и др., 1981; Баер и Мур, 1993; Шеннон и др., 1995; Уоррен и др., 1995). Эти исследования часто исходили из концепции слуховых фильтров (Patterson, 1974; Moore, 2012) или критических полос (Fletcher, 1940), указывающих параллельные каналы для обработки частотных компонентов.Хотя ширину критических полос определяли из поведенческих данных, каждая из них соответствует расстоянию около 1,3 мм вдоль базилярной мембраны (Fastl and Zwicker, 2006). В обычно используемом частотном диапазоне звуков речи имеется около 20 критических полос, что означает, что мы можем использовать колебания мощности в этих частотных диапазонах для восприятия речи. Однако в большинстве ситуаций мы можем воспринимать звуки речи, представленные относительно небольшим количеством колебаний мощности из-за избыточности перцептивных сигналов в звуках речи.Шеннон и др. (1995) обнаружили, что четырех полос амплитудно-модулированного шума достаточно для почти идеального результата (> 95%) разборчивости слов. Во многих исследованиях (например, Dorman et al., 1997; Loizou et al., 1999; Souza and Rosen, 2009; Ellermeier et al., 2015) измерялась разборчивость речи с шумовым вокодом и получены результаты, согласующиеся с Shannon et al. . (1995). Эти исследования показывают, что 20 выходов фильтров критической полосы, например, могут быть сокращены до меньшего количества каналов без слишком большого ущерба для разборчивости речи.

В настоящем исследовании флуктуации мощности речевых сигналов в 20 фильтрах критической полосы были проанализированы и повторно синтезированы с помощью нового метода факторного анализа. Этот метод анализа представляет собой модификацию анализа главных компонентов с последующим вращением варимакса и был разработан для уменьшения количества измерений наблюдаемых переменных при сохранении информации, передаваемой этими переменными, насколько это возможно (Jolliffe, 2002).

Одно из первых исследований, в которых применялся анализ главных компонентов к звукам речи, было проведено Plomp et al.(1967). Они обнаружили, что 14 голландских устойчивых гласных можно различить на первой и второй плоскости главных компонентов; эти первые два основных компонента имели тесную связь с первой и второй формантами гласных (Pols et al., 1973). Захориан и Ротенберг (1981) провели анализ основных компонентов речи и предположили, что 3-5 основных компонентов могут передавать достаточно перцептивных сигналов, чтобы сделать речевые сигналы понятными. В более систематическом исследовании Ueda et al. (2010), за анализом главных компонент последовало вращение варимакс.Они обнаружили, что в 20 колебаниях мощности в критическом диапазоне, полученных из разговорных предложений на восьми разных языках (американский английский, британский английский, кантонский китайский, французский, немецкий, японский, мандаринский диалект и испанский), появляются 3 общих фактора. Такой же анализ был проведен на образцах речи 15-, 20- и 24-месячных младенцев, и 3 общих фактора, наблюдаемых в голосах взрослых, постепенно формировались вместе с усвоением языка (Yamashita et al., 2013).

Таким образом, 3 фактора, по-видимому, отражают универсальность акустического языка, и эти факторы могут играть важную роль в восприятии речи.Однако это предположение было вызвано только наблюдениями за акустическими характеристиками звуков речи, и еще не было ясно, передают ли извлеченные факторы какие-либо перцептивные сигналы. Поэтому в настоящем исследовании мы изучили, сколько факторов необходимо, чтобы сделать речевые сигналы достаточно разборчивыми. Если первые 3 фактора действительно составляют базовую структуру восприятия речи, то звуки речи, повторно синтезированные из этих факторов, должны быть достаточно разборчивыми. Таким образом, мы провели перцептивный эксперимент с использованием ресинтезированных речевых стимулов.

Анализ речи

Целью этого анализа было получение коэффициентов флуктуации мощности, подходящих для ресинтезирования звуков речи.

Материалы

Двести речевых предложений, каждое из которых произнесено пятью мужчинами, носителями британского английского языка, по 200 предложений, каждое из которых произнесено пятью мужчинами, носителями японского языка, и 78 предложений, произнесенных пятью мужчинами, носителями китайского языка, были использованы в настоящем анализе. Эти материалы были отобраны из базы данных коммерческой речи (NTT-AT., 2002), записанный в цифровом виде (16-битное линейное квантование и частота дискретизации 16000 Гц). Средние основные частоты произносимых предложений составляли 126 Гц ( SD = 30 Гц) в британском английском, 136 Гц ( SD = 31 Гц) в японском и 164 Гц ( SD = 38 Гц) в мандаринском китайском. . Три языка были выбраны из языков, проанализированных в предыдущем исследовании Ueda et al. (2010) как представители разных семейств языков. У этих трех языков разные языковые ритмы; Английский - это язык с временной привязкой к ударным нагрузкам, японский - с привязкой к морали, а мандаринский китайский - с синхронизацией по слогам (Ramus et al., 1999).

Процедура

Речевые предложения повторно дискретизировались каждые 1 мс с окном Хэмминга длительностью 30 мс. Из извлеченных коротких временных сегментов спектры мощности были получены с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). После этого эти спектры мощности были сглажены 5-миллисекундным лифтером короткого прохода с помощью кепстрального анализа (обзор кепстрального анализа см. В Rabiner and Schafer, 1978), чтобы удалить ненужные детали спектров. Шортпроходный лифтер на 5 мс удалил тонкую структуру спектров мощности с шириной более 200 Гц, отражающую колебания голосовых складок.Затем сглаженные спектры мощности были разделены на 20 критических полос, и для каждой полосы была рассчитана средняя мощность. Таким образом, было получено 20 временных колебаний мощности. 20 критических значений ширины полосы были взяты из работы Цвикера и Терхарда (1980). Полоса пропускания первоначально находилась в диапазоне от 0 до 6400 Гц, но поскольку диапазон ниже 50 Гц не связан с речью, первая полоса пропускания была сужена с [0–100 Гц] до [50–100 Гц] (Таблица 1).

Таблица 1. Критические полосы для анализа .

20 колебаний мощности были подвергнуты новому типу анализа главных компонент с последующим варимаксным вращением. Анализ главных компонент со смещением начала координат , используемый в этом исследовании, исходит из идеи, что вычисленные собственные векторы должны происходить не из центра тяжести данных, а из нулевой точки, то есть акустически тихой точки. Если точка молчания не содержится в подпространстве основных компонентов, повторно синтезированные звуки должны генерировать шум даже в точке, соответствующей точке молчания. Другими словами, точка молчания отображается на точку, указывающую на определенную акустическую мощность.В результате слушатель воспринимает устойчивый фоновый шум в ресинтезированных звуках речи (вероятно, такой устойчивый фоновый шум должен был появиться в ресинтезированной речи Захориана и Ротенберга (1981)). Пример устойчивого фонового шума в повторно синтезированном речевом звуке показан на рисунке 1.

Рис. 1. Формы сигналов (левый столбец) и спектрограммы (правый столбец) исходного речевого сигнала (A, D), повторно синтезированного речевого сигнала без анализа главных компонент со смещением источника (B, E) и повторно синтезированного речевого сигнала с анализ главных компонент со смещением происхождения, предложенный здесь (C, F) .Устойчивый фоновый шум наблюдается в речевом сигнале, повторно синтезированном из факторов, полученных с помощью нормального анализа главных компонент с последующим варимаксным вращением (B, E) , но такой шум не появляется в речевом сигнале, повторно синтезированном из факторов, полученных со смещением начала координат. компонентный анализ с последующим вращением варимакс (C, F) .

Собственные векторы, полученные с помощью анализа главных компонент со смещением начала координат, были повернуты с помощью вращения варимакс (Kaiser, 1958), что привело к факторам флуктуаций мощности.Целью вращения варимакса было облегчить интерпретацию взаимосвязи между факторами и критическими полосами, поскольку сохранялась ортогональность факторов. Общее количество факторов, созданных в описанной выше процедуре, варьировалось от 1 до 9 (например, когда были получены 3 фактора флуктуации мощности, собственные векторы первых 3 главных компонентов были повернуты).

Результаты и обсуждение

На рис. 2 показаны совокупные вклады первых 1–9 основных компонентов.Более 70% дисперсии колебаний мощности объясняется первыми 9 основными компонентами на всех трех языках (75, 76 и 71% для британского английского, японского и китайского соответственно). Правдоподобное объяснение более низкого совокупного вклада для мандаринского китайского языка состоит в том, что средняя основная частота речи мандаринского китайского была выше, чем у других языков, и что кепстральный подъем не мог в достаточной степени сгладить спектры мощности.

Рисунок 2.Совокупный вклад как функция количества основных компонентов для флуктуаций мощности в 20 фильтрах критической полосы. Были исследованы разговорные предложения на трех языках.

На рис. 3 показаны факторные нагрузки, полученные для трех языков. Шаблоны факторов флуктуации мощности были аналогичными для трех языков, когда количество извлеченных факторов достигало 4 (рисунки 3A – C, E – G, I – K). Совокупный вклад 4 факторов флуктуации мощности составил 53, 55 и 48% для британского английского, японского и китайского языков соответственно.Когда количество факторов было 5 или больше, было трудно найти аналогичные модели факторов среди этих языков (рисунки 3D, H, L). Это означает, что около 50% дисперсии 20 флуктуаций мощности может быть отображено в общем подпространстве из 4 факторов флуктуации для трех языков.

Рис. 3. Факторные нагрузки факторов, полученные из временных рядов сглаженных речевых спектров пяти мужчин, говорящих на японском (A – D), британском (E – H) и китайском языках (I – L). .Количество извлекаемых факторов было 2–5 сверху вниз.

В трех- и четырехфакторном анализе факторы, по-видимому, разделили звуки речи на четыре полосы частот (около 50–550 Гц, 550–1700 Гц, 1700–3500 Гц и более 3500 Гц). Один из факторов, полученных в результате трехфакторного анализа, имел высокие нагрузки в двух диапазонах частот, 1-й и 3-й полосе. Об этих бимодальных факторах впервые сообщили Ueda and Nakajima (2008) и Ueda et al. (2010), в которых они предсказали, что бимодальный фактор будет разделен на 2 фактора, если они смогут разработать метод анализа.Предсказанные факторы действительно проявились в 4-факторном анализе.

Эксперимент разборчивости речи

Целью этого эксперимента было определение количества факторов флуктуации мощности, необходимых для того, чтобы речь стала достаточно разборчивой. В качестве основы звуковых раздражителей мы выбрали японские речевые предложения. Японский язык удобен для оценки ответов участников, потому что японские слова можно разбить на морэ, которые являются фонологическими единицами, подобными слогам. Каждая лексическая мора уникально представлена ​​одной японской буквой «хирагана», используемой в письменной форме.

Участники

Шесть мужчин и шесть женщин в возрасте от 19 до 24 лет (средний возраст = 21,5 года, SD = 1,6 года) участвовали в качестве волонтеров. Все они были носителями японского языка с порогом чистого тона ниже 25 дБ HL на аудиометрических частотах 125–8000 Гц для обоих ушей. Они были наивны относительно цели эксперимента. Процедура эксперимента была одобрена этическим комитетом факультета дизайна Университета Кюсю. Все участники дали письменное информированное согласие на свое участие.

Оборудование

Эксперимент проводился в звукоизолированном помещении с уровнем фонового шума ниже 25 дБА. Звуковые стимулы генерировались в цифровом виде (16-битное линейное квантование и частота дискретизации 16000 Гц) с помощью компьютера (Frontier KZFM71 / N), оснащенного звуковой картой (E-MU 0404). Звуки подавались бинаурально (диотически) участнику через цифро-аналоговый преобразователь (ONKYO, SE-U55GX), активный фильтр нижних частот (NF DV-04 DV8FL, отсечка на 7000 Гц), цифровой графический эквалайзер. (Roland, RDQ-2031), усилитель (STAX, SRM-323S) и наушники (STAX, SR-307).Активный фильтр нижних частот был предназначен для предотвращения наложения спектров, а цифровой графический эквалайзер - для выравнивания частотных характеристик наушников.

Стимулы

Исходные речевые сигналы для звуковых стимулов представляли собой записанные в цифровой форме японские предложения (16-битное линейное квантование и частота дискретизации 16000 Гц), выбранные из коммерческой базы данных речи (NTT-AT., 2002). Было использовано пятьдесят семь предложений, каждое из которых содержит от 17 до 19 мора (среднее значение = 18 мора), произнесенных говорящим мужчиной; девять предложений были использованы для тренировочных испытаний, три предложения - для разминки, а оставшиеся 45 предложений - для измерительных испытаний.Эти предложения были частью 200 предложений, используемых для определения факторов флуктуации мощности в анализе.

Исходные речевые сигналы были повторно синтезированы с учетом факторов как 20-полосная речь с шумовым вокодом. Количество факторов было от 1 до 9, что дало девять условий. 45 предложений, использованных для измерений, были разделены на девять списков, каждый из которых содержал пять предложений от 17 до 19 мора (среднее значение = 18 мора). Каждому списку было присвоено различное условие числа факторов, и назначение списков предложений условиям числа факторов было различным среди участников (таблица 2).Девять предложений для тренировочных испытаний также были отнесены к различным условиям числа факторов, но назначение предложений к условиям было одинаковым среди участников. Три предложения, использованные для разминки, содержали от 7 до 9 факторов.

Таблица 2. Назначение списков предложений факторам числовых условий для каждого участника .

Для синтеза речи с шумовым вокодом использовались воспроизведенные 20 флуктуаций мощности исходного речевого сигнала.С помощью той же процедуры, что описана в разделе «Анализ речи», из исходного речевого сигнала было извлечено 20 колебаний мощности. Чтобы получить временной ряд оценок факторов, оценка временного интервала t -го фактора k -го, X k, t была рассчитана по следующему уравнению:

Xk, t = ∑n = 120Ak, nYn, t, (1)

, где A k, n - n -й компонент нормализованного вектора, указывающий k -й коэффициент коэффициентов флуктуации мощности K (= 1… 9), определенных в анализ японской речи в разделе «Анализ речи», а Y n, t - это t -й временной интервал колебания мощности в критическом диапазоне n -й. A k, n отличался в зависимости от условий числа факторов, как показано на рисунке 4. Затем 20 флуктуаций мощности были воспроизведены

. Ŷn, t = ∑k = 1KAk, n Xk, t, (2)

, где Ŷ n, t - t -й временной интервал воспроизводимого колебания мощности в критическом диапазоне n -й. Геометрически преобразования можно рассматривать как проекции 20 флуктуаций мощности в 20-мерном евклидовом пространстве на K -мерное подпространство, образованное нормированными векторами, указывающими полученные множители.

Рисунок 4. Факторные нагрузки факторов, используемых для ресинтеза . Коэффициенты были получены из временных рядов сглаженных речевых спектров пяти мужчин, говорящих на японском языке. Число факторов составляло 1–9 (A – I) , что приводило к девяти состояниям.

Белый шум был сгенерирован и пропущен через блоки цифровых фильтров с такими же частотами среза, как указано в таблице 1. Затем были вычислены двадцать флуктуаций мощности путем возведения в квадрат и сглаживания каждого выходного сигнала полосового фильтра.Отношение между воспроизводимой мощностью исходного речевого сигнала, как в уравнении (2), и мощностью генерируемого шума вычислялось в каждой критической полосе в каждой точке выборки. Таким образом, 20 шумов с полосовой фильтрацией были модулированы с этим соотношением, чтобы реализовать 20 воспроизводимых флуктуаций мощности звука речи. Наконец, модулированные шумы с полосовой фильтрацией были добавлены для получения речи с шумовым вокодом.

Процедура

Эксперимент разборчивости начался с одного тренировочного блока из девяти попыток, за которым следовали три основных блока, каждый из которых состоял из одного разогрева и 15 измерений.Участника, который сидел на стуле перед экраном компьютера в наушниках, просили нажимать кнопку «воспроизведение» на экране для каждого испытания. Звуковой стимул подавался через 0,5 с после нажатия кнопки. Презентация была повторена трижды с интервалом 1,5 с. После прослушивания звукового стимула участник набирал моры (слоговые фонологические единицы), которые он / она слышал, используя хираганы (японские моральные фонограммы). Участников проинструктировали избегать угадывания частей предложений, которые не были четко слышны.Все стимулы в основных блоках предъявлялись в случайном порядке.

Результаты и обсуждение

На рис. 5 показан процент идентификации мора как функция числа факторов, использованных для восстановления 20 флуктуаций мощности японских речевых стимулов. Идентификация Мора увеличивалась с увеличением количества факторов и приближалась к плато вокруг 4-факторного условия, где результативность участников составляла 83,7% ( SD = 5,8%). Идентификация Мора была подвергнута арксинусному преобразованию, и был выполнен односторонний дисперсионный анализ (ANOVA) с повторными измерениями.Результаты показали, что основное влияние ряда факторов было значительным [ F (8, 88) = 315,44, p <0,0001]. Post-hoc тесты по Шеффе не показали статистически значимых различий в идентификации мора, когда количество факторов было увеличено до 6 [ F (8, 99) = 3,83, p = 0,869, н.у. Была значительная разница [ F (8, 99) = 317,36, p <0.001] в идентификации мора между 2- и 3- [или более] факторами, а также между 3- и 4- [или более] факторами [ F (8, 99) = 16,68, p <0,05]. Не было существенной разницы между идентификациями мора, полученными с 4- и 5-факторным условием [ F (8, 99) = 1,37, p = 0,994, нс], между 4 и 6 -факторное условие [ F (8, 99) = 11.09, p = 0,212, n.s.], или между 5- и 8-факторным условием [ F (8, 99) = 10,15, p = 0,269, n.s.]. Заметное улучшение идентификации мора появилось, когда количество факторов было изменено с 2 на 3; средняя идентификация мора подскочила с 7% до примерно 70% [точно с 6,9% ( SD = 6,7%) до 69,2% ( SD = 11,7%)]. Первые 3 фактора оказались критическими для разборчивости речи.

Рисунок 5.Результаты эксперимента по разборчивости речи . По оси абсцисс показано количество факторов, используемых для восстановления 20 флуктуаций мощности исходных звуков речи. Ось ординат указывает идентификацию мора. Планки погрешностей показывают стандартные отклонения.

Общие обсуждения

Мы применили факторный анализ к речевым предложениям на трех разных языках и провели тест на разборчивость японских предложений, чтобы выяснить, как факторы флуктуации мощности влияют на восприятие речи.Метод факторного анализа, использованный в предыдущем исследовании (Ueda et al., 2010), был модифицирован, чтобы сделать возможным повторный синтез флуктуаций мощности речи в 20 критических диапазонах из полученных факторов. Коэффициенты флуктуаций мощности, извлеченные с помощью этого модифицированного метода анализа, имели очень похожие профили с профилями в предыдущих исследованиях (Ueda et al., 2010; Ellermeier et al., 2015). Двадцать критических полос были разделены на четыре частотные области по факторам, когда количество извлеченных факторов составляло 3 или 4.Эти факторы обычно проявляются в трех языках: британском английском, японском и китайском. Это соответствовало результатам Ueda et al. (2010). Коренная модификация метода анализа не исказила существенных характеристик факторов. Преимущество данной модификации состояло в том, что векторы, указывающие факторы, происходили из акустически тихой точки. Точка молчания, сопоставленная с извлеченным подпространством, не генерировала шума: молчащие части оставались беззвучными при повторном синтезе.

Набор из 3 факторов флуктуации мощности сыграл жизненно важную роль в обеспечении разборчивости речи. Хотя три фактора объясняли только 47,9% колебаний мощности в исходных речевых предложениях, 69,2% ( SD = 11,7%) мора в японских предложениях были переданы через эти факторы перцептивно. Таким образом, менее половины физической дисперсии, скорее всего, будет более информативным, чем остальные. Обнаружение того, что 6-факторное условие в конечном итоге привело к асимптотическому результату, предполагает, что информация в 3–4 факторах формирует основу перцептивных сигналов, но этого еще недостаточно, чтобы нести фонологические детали.

Давайте сравним результаты участников этого исследования с результатами четырех предыдущих исследований (Shannon et al., 1995; Dorman et al., 1997; Souza and Rosen, 2009; Ellermeier et al., 2015), в которых изучалась взаимосвязь между количеством каналов вокодирования и распознаванием предложений. В этих предыдущих исследованиях четырехканальная речь с шумовым вокодом обеспечивала высокую разборчивость (95% правильных оценок по Shannon et al., 1995; Dorman et al., 1997; Ellermeier et al., 2015 и 70% правильных оценок по Souza и Rosen , 2009).Эти правильные оценки не слишком далеки от оценок, полученных в трех- и четырехфакторных условиях в нашем эксперименте. Весьма вероятно, что четырехканальная речь с шумовым вокодом, ширина полосы которой определяется 3 или 4 факторами в существующей парадигме, также будет понятной (см. Ellermeier et al., 2015). Причина, по которой высокие характеристики распознавания были получены с четырехканальной шумовой вокодированной речью в предыдущих исследованиях, может быть объяснена, если мы предположим, что основная природа речевых звуков состоит из 3 или 4 полос колебаний мощности и происходит из-за ограничений размера и строение суставных органов человека (Yamashita et al., 2013, рисунок A3). Это предположение исходит из того факта, что 3–4 фактора обычно появляются на трех разных языках, а восприятие речи, по-видимому, основано на перцептивных сигналах, передаваемых 3–4 факторами флуктуации мощности.

Если факторы флуктуации мощности, полученные в этом исследовании, играют существенную роль в речевом общении человека, будет обнаружено некоторое соответствие между факторами и артикуляционными движениями, а также деятельностью мозга, связанной с речевым общением. Настоящие результаты могут способствовать развитию технологий, поддерживающих речевую коммуникацию в различных случаях.

Авторские взносы

TK и YN разработали исследование. ТК собирал и анализировал данные, и другие авторы время от времени его поддерживали. Все авторы интерпретировали результаты вместе. ТК написал первый черновик, и все авторы вместе улучшили статью. YN дало окончательное одобрение версии для публикации.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано грантом JSPS KAKENHI для научных исследований (A) (25242002) и грантом JSPS KAKENHI для исследовательских исследований (26540145). Аска Оно оказала нам техническую помощь.

Сноски

Список литературы

Баер, Т., и Мур, Б.С. (1993). Влияние спектрального размытия на разборчивость предложений в шуме. J. Acoust. Soc. Am . 94, 1229–1241. DOI: 10.1121 / 1.408176

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дорман, М.Ф., Лойзу П. К. и Рэйни Д. (1997). Разборчивость речи как функция количества каналов стимуляции для сигнальных процессоров с использованием выходных сигналов синусоидальной волны и полосы шума. J. Acoust. Soc. Являюсь. 102, 2403–2411. DOI: 10.1121 / 1.419603

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эллермайер, В., Каттнер, Ф., Уэда, К., Доумото, К., и Накадзима, Ю. (2015). Нарушение памяти из-за несоответствующей речи с шумовым вокодом: влияние родного языка и количества полос частот. J. Acoust. Soc. Являюсь. 138, 1561–1569. DOI: 10.1121 / 1.4928954

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fastl, H., and Zwicker, E. (2006). Психоакустика: факты и модели, 3-е изд. Гейдельберг: Springer.

Google Scholar

Джоллифф И. (2002). Анализ главных компонентов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Спрингер.

Google Scholar

Кайзер, Х. Ф. (1958). Критерий варимакс для аналитического вращения в факторном анализе. Психометрика 23, 187–200. DOI: 10.1007 / BF02289233

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мур, Б.С.Дж. (2012). Введение в психологию слуха, 6-е изд. . Лондон: Academic Press.

Плак, К. Дж. (2013). Чувство слуха. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Психология Пресс.

Google Scholar

Пломп Р., Польс Л. К. У. и ван де Гир Дж. П. (1967). Размерный анализ спектров гласных. J. Acoust. Soc. Являюсь. 41, 707–712. DOI: 10.1121 / 1.1

8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рабинер, Л. Р., и Шафер, Р. В. (1978). Цифровая обработка речевых сигналов. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.

Шеннон, Р. В., Зенг, Ф.-Г., Камат, В., Выгонски, Дж., И Экелид, М. (1995). Распознавание речи с преимущественно временными подсказками. Наука 270, 303–304. DOI: 10.1126 / science.270.5234.303

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уэда, К.и Накадзима Ю. (2008). Последовательная группировка колебаний мощности в британском английском, французском, немецком и японском языках. Пер. Tech. Comm. Psychol. Physiol. Акуст. 38, 771–776.

Google Scholar

Уэда К., Накадзима Ю. и Сацукава Ю. (2010). «Влияние исключения полосы частот на слоговую идентификацию японской речи с шумовым вокодом: анализ матриц путаницы», Fechner Day 2010, Proceedings of the 26th Annual Meeting of the International Society for Psychophysics (Padova), 39–44.

Уоррен, Р. М., Райнер, К. Р., Башфорд, Дж. А., и Брубейкер, Б. С. (1995). Спектральная избыточность: разборчивость предложений, слышимых через узкие спектральные щели. Восприятие. Психофиз . 57, 175–182. DOI: 10.3758 / BF03206503

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ямасита Ю., Накадзима Ю., Уэда К., Шимада Ю., Хирш Д., Сено Т. и др. (2013). Акустический анализ звуков и ритмов речи у младенцев, изучающих японский и английский языки. Фронт. Психол . 4:57. DOI: 10.3389 / fpsyg.2013.00057

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Захориан, С.А., и Ротенберг, М. (1981). Анализ главных компонентов для низко избыточного кодирования речевых спектров. J. Acoust. Soc. Am . 69, 832–845. DOI: 10.1121 / 1.385539

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цвикер Э. и Терхардт Э. (1980). Аналитические выражения для скорости критической полосы пропускания и критической полосы пропускания как функции частоты. J. Acoust. Soc. Am . 68, 1523–1525. DOI: 10.1121 / 1.385079

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Как сделать свой вокал вдвое лучше! Часть 2

Часть 2: Создав в прошлом месяце условия для успешного микса, что вы можете сделать, чтобы ваш вокал вписался в микс?

В первой части этой серии из двух частей я объяснил некоторые способы подготовки ваших вокальных записей, чтобы максимизировать ваши шансы на хороший результат при микшировании. На этот раз я расскажу, что вы можете сделать, чтобы улучшить свой вокал во время микширования.Многое из того, что делает хороший микс, очень субъективно, и то же самое касается вокальных звуков: каждый голос индивидуален, и у всех нас разные вкусы. Тем не менее, есть определенные константы, с которыми вы столкнетесь почти в каждом вокале, и именно к ним я обращусь здесь.

Разумный эквалайзер (EQ), очевидно, помогает вокалу хорошо вписаться в микс, но учтите, что «EQ» не является прерогативой специальных эквалайзеров. Сам микрофон, возможно, уже добавил первую ступень эквалайзера - большинство конденсаторных микрофонов с большой диафрагмой (и довольно много динамиков) имеют естественный «подъем» в вокальном диапазоне и направленность (например.кардиоидные) микрофоны добавят усиления низких частот из-за эффекта близости, если они используются близко к источнику (как это почти всегда для вокала). Выбор микрофона, конечно, не является проблемой микширования (если, я полагаю, вы намеренно не используете один из нового поколения моделирующих микрофонов), но стоит прислушаться к тому, что микрофоны могли бы добавить. Точно так же следите за тем, что любая другая обработка, такая как сжатие и эмуляция аналоговой ленты, влияет на тональный баланс вокала. Я хочу сказать, что прежде чем вы даже дойдете до эквалайзера и начнете настраивать, вам действительно нужно сначала попытаться прослушать партию, а затем решить, как вы хотите, чтобы она звучала.

В этом эквалайзере показаны многие из упомянутых мною настроек: фильтр высоких частот для противодействия усилению низких частот в результате эффекта близости; усиление высокочастотной полки для придания воздушности и прозрачности; усиление верхних и средних частот для повышения разборчивости речи, чтобы вокал мог «срезаться» больше; и крошечный провал в нижней части среднего диапазона. Когда дело доходит до применения эквалайзера, есть три основные области, которые можно использовать для настройки мужского голоса (это в первую очередь то, с чем я работаю): низкие, ниже примерно 150-200 Гц ; нижняя середина, около 300-400 Гц; верхний средний диапазон в диапазоне 2-4 кГц; и максимумы, которые могут перекрывать верхнюю середину.Для женского вокала формантный тон (который придает вокалу большую часть его характера) будет несколько выше, поэтому, если эти диапазоны не работают, попробуйте поднять их примерно на половину октавы. Я рекомендую использовать верхние басы и средние частоты в качестве «эталона» для вокального эквалайзера - попробуйте оставить эту область в покое, пока вы работаете сначала с низкими частотами, а затем с верхними средними и высокими частотами.

Низкие частоты . Эквалайзер может легко устранить чрезмерные низкие частоты, захваченные из-за эффекта близости (например, усиление низких частот, вызванное пением рядом с микрофоном).Однако обратите внимание, что некоторые певцы намеренно используют эффект близости, чтобы сделать свой голос менее «тонким», поэтому не используйте автоматическую эквализацию для уменьшения низких частот - делайте это только в том случае, если они доминируют или приводят к мутному или приглушенному звуку.

Здесь обычно хорошо работает фильтр верхних частот с умеренным наклоном (например, 12 дБ на октаву). Зациклите участок вокала, где усиление низких частот с эффектом близости проблематично, затем медленно увеличивайте частоту среза фильтра высоких частот. Конечно, можно установить этот фильтр слишком высоко, что приведет к несколько тонкому звучанию - вы должны стремиться к балансу, при котором низкочастотная энергия дает богатый, полный звук, не подавляя остальную часть вокала.Если трудно найти «золотую середину», попробуйте ту же технику, но с более пологим наклоном 6 дБ / октаву. Если, с другой стороны, эффект близости серьезный, возможно, попробуйте фильтр 18 дБ / октаву.

Иногда, однако, вы не найдете подходящей компромиссной настройки, и уменьшение самых низких частот эффекта близости с помощью фильтра высоких частот сделает голос слишком тонким. В этом случае полочный эквалайзер может оказаться более эффективным, поэтому вот трюк, который используют многие инженеры. Сначала установите частоту полки, а затем отрежьте, чтобы уменьшить мутность, как вы и ожидали.Затем добавьте некоторый резонанс (Q), чтобы создать небольшой «удар» чуть выше частоты среза. (Некоторые фильтры верхних частот позволяют добавлять резонанс таким образом, но многие этого не делают - в этом случае просто используйте обычное параметрическое усиление эквалайзера рядом с полкой.) Этот выпуклость увеличивает басы, выходящие за пределы диапазона грязи эффекта близости. ', позволяя снизить самые низкие частоты при сохранении относительно полного звука.

Максимум . Я считаю, что «высокие» содержат две отдельные области: верхний средний диапазон, который обеспечивает разборчивость текста, и диапазон высоких частот, который начинается около 5-6 кГц и простирается вверх, где мы воспринимаем «воздух» и «прозрачность». .Высокочастотная полка с небольшим резонансом или без него может работать хорошо, за исключением случаев, когда вокал шипит или есть проблемы с эссе, которые де-эссер не может исправить. В этом случае расширенный отклик выше 8 кГц или около того может просто добавить шум, который не помогает вокалу, поэтому попробуйте применить параметрическое усиление в диапазоне 4-7 кГц с широкой Q для более пологого спада. Это должно дать глянцевый, разборчивый высокочастотный отклик без усиления этих сверхвысоких частот.

Верхняя середина .Когда дело доходит до средних частот, особенно внимательно слушайте вокал в контексте остальной части микса, потому что наши уши наиболее чувствительны в этом частотном диапазоне, и вы можете просто обнаружить, что фиксация низких и высоких частот - это все, что вам нужно. требуется.

Установите уровень вокала по отношению к миксу, чтобы вы могли четко слышать низкие и высокие частоты. Если вокал по-прежнему находится слишком далеко в загруженной дорожке, сосредоточьтесь на верхних средних частотах, используя параметрическое усиление эквалайзера, обычно в диапазоне 2,5–4,5 кГц.Ничего страшного, если это перекрывается с полкой высоких частот, которую вы применили ранее - полка обеспечивает общее усиление, тогда как эквалайзер верхних и средних частот является более сфокусированным.

Мягкое усиление с умеренной Q и медленное движение по верхним средним частотам; обычно есть частота, на которой вокальные звуки присутствуют и «правильные». Однако избегайте слишком большого усиления, потому что чувствительность уха означает, что повышение в этом диапазоне может казаться резким и неестественным, а также может сделать низкие и высокие частоты, на которые вы уже обращали внимание.Если вокал по-прежнему не кажется достаточно заметным после консервативного усиления верхнего среднего диапазона, то вам, вероятно, нужно поднять общий уровень вокала.

Низкие средние частоты . Одна из распространенных проблем - это избыток энергии около 300-400 Гц. Поскольку многие инструменты производят энергию в этом диапазоне, звуки могут «накапливаться» и казаться мутными. Небольшой, несколько широкий разрез в этой области часто может затруднить звучание голоса.

В качестве последнего совета по обычному эквалайзеру постарайтесь избегать того, что я называю «итеративным эквалайзером», который представляет собой своего рода «гонку вооружений» эквалайзера: низкие частоты кажутся тонкими, поэтому вы усиливаете низкие частоты, только чтобы обнаружить, что высокие не не кажется ясным, поэтому вы увеличиваете максимумы; теперь минимумы нуждаются в небольшом повышении... и так далее. Вместо этого, если, например, одно движение эквалайзера оставляет вокал тонким, попробуйте несколько уменьшить высокие частоты (и, если требуется, повысить общий уровень вокала), а не усиливать низкие частоты.

Dynamic EQ традиционно использовался для мастеринга и решения проблем с конкретными инструментами (например, приручение слишком яркого хай-хэта или синтезаторного фильтра), но он может быть полезен с вокалом. Он сочетает в себе концепцию, аналогичную многополосной компрессии (динамический аспект) и эквалайзеру (который предлагает более точные «кривые»).Вы указываете порог для определенной полосы эквалайзера, и когда звук в этом диапазоне превышает порог, эквалайзер усиливается или обрезается (в зависимости от того, что вы укажете) в соответствии с соотношением.

Вот пример того, когда вы можете использовать динамический эквалайзер. С вокалистом вы использовали статический эквалайзер для повышения «разборчивости» частот, но это усиление означает, что уровень этих частот чрезмерен в определенных местах, поэтому вы используете динамический эквалайзер, чтобы исправить это. Динамический эквалайзер также полезен для уменьшения резонансов, которые не вызывают особых проблем на низких уровнях, но становятся раздражающими, когда они слишком громкие.(Деэссинг вокала - еще один кандидат на использование динамического эквалайзера, как обсуждалось в прошлом месяце).

Предупреждение о персональной предвзятости: мне не особенно нравится "звук" сжатия голоса! Если я слышу, как компрессор «работает», мне не нравится. Вот почему я использую технику фразовой нормализации, упомянутую в предыдущей статье; он дает постоянный динамический диапазон без изменения внутренней динамики вокала - пики остаются такими же острыми и имеют такое же отношение к спадам, которые были у них раньше, но партия в целом более ровная.Некоторое сжатие все еще может потребоваться для управления динамикой, но таким образом я не прошу компрессор работать так усердно - или так громко!

Лимитер и компрессор используются вместе: лимитер применяет уменьшение усиления примерно на 6 дБ только во время пиков, в то время как компрессор применяет уменьшение усиления примерно на 6 дБ, и это объединяется с дополнительным усилением для увеличения среднего уровня. Я обычно использую два динамических процессора последовательно. Первый - это довольно прозрачный лимитер с установленным порогом, поэтому он применяет не более 3-6 дБ снижения усиления.Это сделано для того, чтобы уравновесить оставшиеся "пиковые" пики с общим вокалом. Далее следует компрессор, который также настроен на снижение усиления примерно на 6 дБ. Удвоение контроля динамического диапазона в сочетании с относительно легким ограничением и компрессией дает такой же громкий и настоящий звук, какой можно было бы получить с тяжелой компрессией, но без артефактов дыхания и накачки. И даже если вам действительно нужна более сильная компрессия, вокал не будет звучать сверхсжатым.

Не все компрессоры имеют стандартные регуляторы порогового значения и соотношения.Например, компрессоры, которые имитируют классическое оборудование LA-2A (оптический компрессор с ламповым усилением), имеют ручку «пикового уменьшения», которая регулирует величину уменьшения усиления, аналогично тому, как работает контроль порога, регулировка усиления, которая компенсирует потеря уровня, вызванная сжатием динамического диапазона, и переключатель для выбора одного из двух соотношений: ограничение или сжатие. Важнейшим элементом управления является ручка уменьшения пикового значения; счетчик покажет величину уменьшения. По какой-то причине такое сжатие часто кажется льстивым голосам.

А теперь давайте проигнорируем мою личную предвзятость и предположим, что вам нравится слышать эффект компрессии на вокале. Как и в случае с эквалайзером, хотя каждый процессор, микрофон и производительность различаются, существует общая процедура, которая часто дает хорошие результаты.

Поскольку ухо не так чувствительно к изменениям уровня, как к изменениям высоты звука, не всегда легко услышать тонкие градации компрессии. Итак, давайте нарушим правило и скажем, что иногда вам следует слушать глазами (по крайней мере частично), имея в виду, глядя на измеритель уменьшения усиления компрессора.Я стремлюсь к снижению примерно на 6 дБ, при этом индикатор «танцует» между 0 и 6 дБ снижения усиления, вместо того, чтобы он оставался «закрепленным» на уровне -6 дБ.

Ключ к хорошему результату - найти правильное взаимодействие порога, отношения и времени атаки. Атака в 20–30 мс пропускает достаточно атаки вокала, чтобы он звучал «по-настоящему». Начните с соотношения 2: 1 и снижайте порог, пока не достигнете желаемой степени уменьшения усиления. Если эффект недостаточно впечатляющий, сначала попробуйте увеличить соотношение, а затем верните его до 2: 1 и уменьшите порог - выберите, звучание какой из этих двух тактик вы предпочитаете.Оба уменьшат динамический диапазон, но понижение порога даст вам большее сжатие более низких уровней, тогда как более высокое соотношение приведет к большему сглаживанию более громких частей. Разница может показаться незначительной, но вы сможете распознать ее, если таким образом сравните два подхода.

Наконец, если вы хотите получить эффект сильного сжатия, но без артефактов, один трюк состоит в том, чтобы разместить два компрессора последовательно с относительно высокими порогами и низкими коэффициентами. Ни в том, ни в другом случае недостаточно сжатия, чтобы воздействовать на сигнал, но в сочетании они как бы умножают друг друга, давая сжатый звук, не похожий на сжатый звук.

Многие компрессоры, особенно подключаемые, теперь оснащены регулятором «микширование» или «смешивание», которое позволяет вам снова смешать «сухой», необработанный звук со сжатым звуком. Но вы можете добиться аналогичного эффекта с любым компрессором, «наложив» вашу вокальную партию на два трека и поместив компрессор только на один, чтобы оставить вам один канальный фейдер для сухого звука, а другой - для сжатого.

Это может быть полезной тактикой, когда вы хотите сохранить пикантность более громких частей при повышении уровня более тихих деталей, будь то для эффекта или для улучшения разборчивости.Обычно вы устанавливаете компрессор довольно напористо, с высоким коэффициентом и быстрой атакой, а затем, с сухим вокалом, играющим в контексте микса, медленно поднимайте фейдер канала компрессора от полного затухания до тех пор, пока вы не услышите их. недостающие детали. Поскольку компрессор сжимает громкие пики, когда вы поднимаете фейдер, вы не меняете их уровень так сильно по отношению к сухому звуку, как к более тихим деталям.

Обратите внимание, что если вы используете второй канал для этой техники, а не встроенные элементы управления компрессора, вы, вероятно, захотите направить как сухой, так и сжатый треки на групповую шину, чтобы вы могли применять любую дальнейшую обработку или отправлять эффекты на композитный сжатый вокальный звук.

Waves C1 Gate допускает как стробирование, так и расширение вниз. Расширитель - это противоположность компрессора - ниже порогового значения выходной сигнал падает быстрее, чем входной. Например, при коэффициенте расширения 1: 2 на каждый децибел входной сигнал падает, выходной - на 2 дБ. В некотором смысле его можно считать более совершенным вариантом шумоподавителя. Фактически, некоторые процессоры сочетают в себе расширение и стробирование.

Основное использование вокала - установить низкий порог, от -45 до -60 дБ или около того, и использовать довольно крутой коэффициент расширения, например 1: 4 или 1:10.Это снизит уровень любого низкоуровневого шума и может снизить необходимость ручного редактирования для уменьшения тишины между вокальными фразами.

Реверберация и вокал созданы друг для друга: очень немногие записи выводят голос полностью вперед, без какого-либо окружения, даже когда они звучат относительно сухо. Тем не менее, для создания правильного звука вокальной реверберации нужно больше, чем просто набрать предустановку и скрестить пальцы.

Акустические пространства создают наиболее естественную реверберацию, но многие из нас привыкли слышать другие типы реверберации, которые появлялись на наших любимых записях за последние несколько десятилетий.Ограничение реальных пространств состоит в том, что существует только одна «предустановка» - и небольшая проблема - установка концертного зала в вашу проектную студию! Имитация классического звука бетонной комнаты, который был на стольких отличных записях, не говоря уже о других акустических средах, тоже непростая задача.

Синтезированные или алгоритмические процессоры реверберации моделируют два основных явления, которые создают реверберацию в акустическом пространстве: ранние отражения, начальный звук, который возникает, когда звуковые волны сначала отражаются от различных поверхностей, затем реверберационный `` хвост '', который больше похож на размытие звук, вызванный имитацией множества отражений, которые происходят в реальной комнате, с их различными вариациями амплитуды и частотной характеристики.Оба процесса имеют связанные элементы управления.

PreSonus Studio One Pro, как и большинство других программ DAW, включает как алгоритмическую, так и сверточную реверберацию. Другой параметр, предварительная задержка, устанавливает время, необходимое звуку для прохождения от источника до первой точки отражения (т.е. комнату, ближайшую к источнику или слушателю) и обратно к ушам слушателя. Чем больше пространство, тем дольше предварительная задержка. Я лично не использую много предварительных задержек или ранних отражений в голосе, потому что я обычно хочу, чтобы вокал звучал заранее по сравнению с остальной частью трека, и чтобы хвост реверберации был больше на заднем плане.Но у вас могут быть разные цели, и стоит ознакомиться со всеми параметрами. Обратите внимание, что большинство цифровых ревербераторов не являются настоящими стереоустройствами; обычно они микшируют стерео входы в моно, а затем синтезируют стерео пространство. Следовательно, вы можете получить эффекты стерео реверберации с изначально монофонической вокальной дорожкой.

Реверберация свертки концептуально больше похожа на семплирование. «Моментальный снимок», называемый импульсной характеристикой (или ИК) характеристик реальной комнаты, записывается с использованием реальных микрофонов, а подключаемый модуль свертки использует некоторые умные математические методы, чтобы наложить эти характеристики на ваш звук.Такой подход дает очень реалистичный звук, очень похожий на то, как сэмплер может производить более реалистичные звуки, чем аналоговый синтезатор.

Компромисс между традиционным сэмплером и синтезатором: трудность заключается в первую очередь в выборе правильных звуков (ИК хорош настолько, насколько хороша комната, в которой он был захвачен, а также положение источника и микрофонов, используемых для захвата ИК), а затем при редактировании звуков, чтобы они соответствовали вашей конкретной композиции. Но так же, как некоторые компании придумали, как попасть «внутрь сэмпла», большинство современных сверточных ревербераторов вполне редактируемы и так же просты в использовании, как и стандартные ревербераторы.(Единственное, что они не могут успешно воспроизвести, - это любая модуляция, используемая в патчах высококачественной алгоритмической реверберации).

Для вокала выбор использования свертки или алгоритмической реверберации - дело вкуса. Алгоритмическая реверберация может дать более прозрачный и воздушный звук, в то время как свертка дает более реалистичное ощущение присутствия. Это похоже на разницу между импрессионистической картиной и фотографией; оба могут приносить удовольствие по разным причинам. После того, как вы сделали свой выбор, обратите внимание на несколько ключевых моментов.

Добродетели распространения . Регулировка диффузии реверберации увеличивает плотность («толщину») эха. Высокая диффузия сближает эхо-сигналы, а низкая - рассеивает их. При перкуссионных звуках низкая диффузия создает множество близкорасположенных атак, как будто мрамор ударяет по стали. Но с голосом, который является более устойчивым, низкая диффузия дает много эффекта реверберации, не подавляя вокал чрезмерными отражениями, которые могут "наступить" на вокал.

Один или несколько ревербераторов? Еще в каменный век записи у записи была одна реверберация, и все сигналы, которые требовали реверберации, передавались по шине.Позже студии часто использовали особую реверберацию для вокала. Большая часть мотивации для этого заключалась в том, чтобы сделать голос более отличительным, и если в студии была пластинчатая реверберация, это часто была реверберация, потому что она, как правило, давала более яркий и четкий звук, чем традиционная комнатная реверберация. Еще одно личное предупреждение о смещении: я не использую много реверберации в своих миксах, поэтому я придаю голосу собственную реверберацию, примерно в половине случаев, используя свои собственные `` идеализированные '' импульсы на основе белого шума со сверткой реверберации или алгоритмическую реверберацию, когда Хочу обратить больше внимания на эффект реверберации.

Демпфирование . Если звуки отражаются в зале с твердыми поверхностями, хвосты затухания реверберации будут яркими и «жесткими». На более мягких поверхностях (например, дерево вместо бетона) хвосты реверберации будут терять высокие частоты, поскольку они отскакивают, создавая субъективно «более теплый» звук. Если ваша реверберация не может создать плавно звучащие высокие частоты, добавьте некоторое демпфирование, чтобы сосредоточить внимание на средних и низких частотах. Что касается голоса, чтобы сохранить относительно яркий звук реверберации, я не использую слишком сильное демпфирование.

Время и частота спада . Многие ревербераторы предлагают точку разделения частот с отдельными временами затухания (RT) для высоких и низких частот. Чтобы предотвратить слишком сильную конкуренцию с инструментами среднего диапазона, используйте меньшее затухание (и более низкий уровень) на более низких частотах и ​​увеличьте затухание на высоких. Это добавляет вокалу «воздушности», а также подчеркивает некоторые свистящие звуки и шумы, которые служат для «очеловечивания» вокала. Измените настройку кроссовера, чтобы определить, что лучше всего подходит для конкретного голоса; Эксперименты важны из-за различий между мужскими и женскими голосами, а также тональности, диапазона и т. д. разных людей.Начните примерно с 500 Гц и двигайтесь дальше, пока не найдете нужный звук.

Помните, что в разумных пределах четкость вокала - это обычно хорошо, потому что она увеличивает разборчивость - но будьте осторожны, добавляя ее с реверберацией, если вы уже добавили огромное количество высокочастотного эквалайзера к самому вокалу!

Добавление задержки к вокалу стало популярным со времен добавления эха с магнитофона. Даже небольшие количества могут помочь наполнить вокал и дать «больший» звук без потенциальных ловушек, связанных с дублированием голоса.Задержка восьмой ноты хороша для сгущения голоса, а эквалайзер - ваш друг при использовании эха. Снижение низких частот предотвратит попадание вокального эха на среднечастотные инструменты, в то время как усиление высоких частот может дать «воздушность». Хотя некоторые плагины позволяют настраивать и эквалайзер, и эхо-микс, вы также можете использовать посыл, вставить фильтр в посыл перед эхо, установить эхо только для задержанного звука, а затем добавить желаемое количество эха к звуку. основной сигнал.

Существует много разных плагинов задержки, но некоторые люди предпочитают эмуляцию ленточного эха для голоса.Когда используется больше в качестве эффекта, чем для утолщения, эхо, вероятно, будет длиннее и будет включать значительную обратную связь. Это может «замутить» звук, что можно решить с помощью автоматизации, выборочно применяя эхо, как правило, когда есть паузы в вокале. Вот пять различных подходов, которые вам следует рассмотреть:

Отправить эффект . Автоматизируйте отправку в эхо во время участков, где вы хотите эхо, и автоматизируйте уровень передачи, чтобы смешивать желаемое количество эха и выхода.

Стыковка . Разделите раздел, который будет отражен на другой дорожке. Преимущество этого подхода в том, что вам, возможно, не придется использовать автоматизацию, а просто настроить эхо как плагин для вставки трека. Это повлияет только на те части вокала, которые были перенесены на эту дорожку.

Plug-in Automation . Манипулируйте желаемыми элементами управления (в основном, обратной связью и микшированием) и записывайте свои действия по автоматизации. Это создаст конверты, которыми вы можете управлять дальше, если это необходимо.

Клип-эффект .Разделите часть клипа, где вы хотите добавить эхо, и вставьте эффект эха в клип (если ваша DAW поддерживает такой подход - не все). Обратите внимание, что эхо не может выходить за пределы клипа. Это может работать в ваших интересах, если за клипом следует раздел, в котором вы не хотите эхо, но если вы хотите, чтобы эхо сохранялось, а ваша DAW не предоставляет этого в качестве опции, вы можете просто расширить клип с тишиной. перед его обработкой.

Задержка приглушения . Этот метод требует, чтобы вы использовали эхо / задержку в качестве эффекта посылки, и в идеале, чтобы эффект использовался только вашим вокалом, а не другими инструментами.Вы отправляете вокальную партию на внешний сайдчейн компрессора, который размещается после плагина задержки. Компрессор настроен на низкий порог, поэтому, когда вы слышите основную вокальную партию, компрессор снижает уровень задержек. Когда есть пауза в вокале, компрессор прекращает сжатие и пропускает линию задержки. Это умная и привлекательная идея (которая, кстати, также может быть применена к посылам реверберации), но учтите, что у вас нет такого точного управления микшированием, как при использовании автоматизации.

Одна из основных целей при сведении - дать вокалу видное место в миксе. В течение многих лет инженеры следили за тем, чтобы вокал был подходящего уровня, вручную «управляя фейдером» во время микширования, чтобы изменять уровни по мере необходимости. Затем пришла автоматизация, сначала на сложных консолях, а затем в программном обеспечении DAW, что позволило запоминать и уточнять эти движения.

Waves Vocal Rider поддерживает постоянный уровень вокала, который может реагировать на общий микс через боковую цепочку.Следующий большой шаг в области автоматизации был сделан в 2009 году, когда был выпущен плагин Waves Vocal Rider. При этом происходит автоматическое усиление, так что вокал остается на заданном вами целевом уровне. Это может звучать скорее как сжатие и расширение, и, по сути, так оно и есть, но есть несколько важных отличий. Во-первых, плагин может записывать изменения усиления как автоматизацию в вашу DAW, позволяя при желании детально редактировать действие «усиление». Во-вторых, вход боковой цепи может принимать опорный сигнал, который может информировать об «оптимальном» уровне вокала.Если этот эталон является предварительным миксом всего микса, то уровень вокала будет изменяться в зависимости от уровня самого микса - становясь громче в более громких пассажах и тише в более мягких, но всегда разборчивых. Подобные продукты теперь доступны от других производителей, включая Melda, Hornet Plugins и TB Pro Audio.

Основное преимущество программ вокала по сравнению с компрессией заключается в том, что они не изменяют точность воспроизведения или динамику от момента к моменту, а только общий уровень - обработки не больше, чем при перемещении фейдера.Так они панацея? И да, и нет! Для повествования или аудиокниг, где постоянный уровень голоса имеет решающее значение, плагины для усиления вокала на вес золота. Что касается музыки, это зависит от самой музыки. Эти программы не могут принимать художественные решения, только технические, поэтому вы всегда будете иметь больший контроль, управляя усилением вручную и внося изменения в свою автоматизацию. Однако они могут сэкономить много времени при настройке микса, и вы всегда можете «включить» автоматизацию в те моменты, в которых вы не согласны с решениями программного обеспечения.

Хороший микс - это не только вокал - нужно учитывать и множество других элементов. И установка уровней вокала относительно остальной части трека, как я обсуждал ранее, - это только часть истории. Точно так же, как хвосты реверберации и задержки могут маскировать разборчивость голоса, то же самое могут и другие источники в вашем миксе. Здесь не место рассказывать вам, как микшировать ваши гитары, клавишные, ударные, сэмплы и все остальное, но стоит отметить, что если вам трудно слышать части своего вокала, это часто может быть связано с другими звуками, которые маскируют вокал. точка.И в этом случае, вместо того, чтобы повышать уровень вокала, стоит выследить, какая часть маскирует вокал и эквалайзировать его, чтобы решить проблему, или выключить (или даже приглушить, если это работает для аранжировки). . Другими словами, частое выключение чего-то другого или «выключение» сделает ваш вокал более резким, без необходимости делать что-либо с самим вокалом.

Один и тот же вопрос, который возникает снова и снова по поводу вокала в миксе, - как добиться, чтобы он звучал «широко», когда они были записаны в моно, и широким таким образом, чтобы этого нельзя было достичь с помощью одних только стереореверберации и задержки.Это еще одна тема, которой можно заполнить целую книгу, но есть несколько приемов, которые можно кратко объяснить здесь. Возможно, лучше всего заранее спланировать ширину и захватить настоящие двойные треки при записи - вы поете и записываете одну и ту же партию два или три раза, а когда дело доходит до микса, вы смешиваете их все вместе, возможно, панорамируя две части в противоположном направлении. , или размещение основного в центре и панорамирование двух других с обеих сторон, может быть, на чуть более низком уровне. Для песен, которые были записаны на щелчок в постоянном темпе, вы можете обнаружить, что вы можете имитировать этот эффект, скопировав и вставив второй дубль из других частей песни (например,вы могли спеть одну и ту же партию припева два или три раза).

Другая возможность - имитировать двойные дорожки с помощью одного из лучших приложений для коррекции высоты звука - Synchro Arts Revoice Pro имеет умную возможность генерировать правдоподобные двойники, а функция случайного отклонения Melodyne также способна дать хорошие результаты, но вы можете задействуйте любые автономные процессоры высоты тона и деформации времени, такие как FlexPitch от Logic и VariAudio от Cubase: просто используйте немного другие настройки квантования высоты тона и времени на дублях.Если у вас нет такого программного обеспечения, менее естественно звучащий, но часто субъективно приятный метод - это отправить вокал на два моно плагина питч-шифтера, один панорамируется в одну сторону и сдвигает вокал вверх, другой - наоборот. первый и сдвигая вокал вниз на ту же величину. Вы также можете применить подключаемый модуль коррекции высоты тона до или после изменения высоты звука, что поможет еще больше различить две части, а также поэкспериментировать с короткими задержками для каждой из них. Это похоже на вид пространственных эффектов, которыми прославились устройства Eventide - на самом деле, плагин Eventide h4000 Factory был бы еще одним нестандартным вариантом!

Однако обратите внимание, что с такими вещами невероятно легко переусердствовать, в результате чего вокал звучит явно обработанным, а вокал остается слишком «размытым».Так что продолжайте во что бы то ни стало, но делайте это с осторожностью!

iZotope Nectar (теперь до версии 2) сочетает в себе обработку вокала с обширной библиотекой пресетов. Для новичков пресеты служат отправной точкой, с которой, с небольшой настройкой, вы можете достичь хороших результатов, а некоторые производители гордятся качеством их пресеты - плагин обработки вокала Nectar от iZotope является хорошим примером, поскольку его большая библиотека пресетов является его основным преимуществом.

Однако важно помнить, что с помощью предустановок вы можете далеко уйти.Каждый микрофон, голос и микс индивидуальны; не существует универсальных предустановок для «мужского вокала» или «женского фонового вокала».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *