Aardlussen

Aardlussen <laatst bijgewerkt: 2020-12-02>

In het kort:
Een aardlus kan ontstaan als apparaten in een audio installatie via verschillende wegen geaard zijn. Meestal is dat geen probleem, maar soms gaan er vereffeningsstromen lopen in de signaalkabels die tot hoorbare problemen leiden. Meestal is dat een gebrom, gezoem of ratelend geluid.
Op deze pagina behandel ik het fenomeen Aardlus, en ik maak duidelijk dat dat meestal geen probleem is, wat je merkt als er wel een probleem is en wat je dan kunt doen.
Lichtnetfilters of speciale stroomkabels helpen niet tegen aarlusproblemen.

Verwante onderwerpen:
Differentiele verbindingen, Aarding, Storing, Ontaarden.

Soms gebeurt het dat je last krijgt van een bromgeluid als er apparaten geaard worden. Dit betekent dan meestal dat er nog 1 of meer andere apparaten in de audio keten zijn die ook geaard zijn, maar via een andere weg. Dit is het z.g. aardlus probleem. Aardlussen op zich zijn niet taboe, maar soms heb je er last van en moet je iets gaan doen.

Hieronder zie je een typisch voorbeeld van een aardlus situatie.

We hebben een FM-tuner die via z'n kabelaansluiting geaard is in de kabel-verdeelkast een paar straten verderop, en een versterker die ook geaard is, maar dan via het stopcontact.
De aardleiding van het stopcontact gaat naar de meterkast, en daar zijn er nog meer aardleidingen van andere apparaten in je huis op aangesloten.

De weerstand van die aardleiding (en zeer zeker z'n zelfinductie) is niet nul. Ook kan het feitelijke aardpunt van de antennekabel flink ver van je huis liggen.

Aardaansluitingen hebben altijd een zekere impedantie t.o.v. de fictieve "echte aarde"

Het netto resultaat kan zijn dat er een deel van die stoorstroom door de mantel van je signaalkabeltje gaat lopen, en een stoorspanning op de ingang van de versterker produceert, want ook de impedantie van die mantel is niet nul. (Zie het begrip transfer impedantie in het hoodstuk kabeltechniek )

Wat kun je er aan doen

Probeer door het losnemen en weer aansluiten van lichtnetkabels, signaalkabels en antenne-kabels uit te vinden welke verbindingen een rol spelen. Ook een verbinding met een al of niet geaarde computer kan mee spelen.
Er is eigenlijk nooit sprake van een bepaalde boosdoener, slechts bepaalde combinaties van verbindingen geven een probleem.
Het kan best voorkomen dat je bij het afspelen van bijv. CD's last van brom hebt, dat dat verdwijnt als je de kabelaansluiting van je tuner losneemt, maar dat je bij FM-radio ontvangst geen last hebt.
Als aarden via het stopcontact niet nodig is voor de elektrische veiligheid kun je het beste die aardverbinding(en) onderbreken.

Er zijn in elektronica winkels z.g. "ground loop insulators" te koop. Die dingen kunnen best wel goed werken, maar vraag altijd een "Werkt in mijn geval niet: Geld terug garantie", want het is niet altijd DE oplossing. (ik zeg daarmee niks lelijks over die dingen, maar soms is het niet de goede oplossing)

Je kunt zo'n ding ook zelf maken. Zie hieronder.

Als een kabel- of antenneverbinding de aanleiding is kun je er een scheidings trafo'tje tussen zetten, of de verbinding -zowel massa als signaal- via condensatortjes van ca. 1000 pF laten lopen, zoals hieronder. Het trafo'tje verdient echter de voorkeur. De condensator oplossing kan een nieuw probleem introduceren (kruismodulatie) als er een sterke zender (ook op geheel andere frequenties) in de buurt is.

Een netfilter in 1 of andere lichtnetkabel helpt zeer beslist niet tegen brom t.g.v. aardlusproblemen.

Een scheidings transformator kan een hoogst enkele keer helpen, maar dat is tamelijk duur, en er is dan steevast een goedkopere oplossing op een andere plaats mogelijk.

N.B. In de woonhuis situatie zal het zelden voorkomen dat er een substantiële 50 Hz spanning tussen de veiligheids aarde (randaarde) van verschillende stopcontacten staat, zelfs als die van verschillende eindgroepen zijn. Om zo'n spanning te laten ontstaan moet er nl. een aanzienlijke stroom door de aardleiding(en) lopen. Zeker in wat modernere woningen wordt dat verhinderd door het principe van centrale aarding via 1 enkele meterkast en het feit dat alle eindgroepen voorzien zijn van aardlekschakelaars. In oudere huizen zie je nog wel eens aard aansluitingen op de waterleiding, maar eigenlijk mag dat niet meer; waterleiding buizen worden steeds meer vervangen door kunststof buizen.

Brom-problemen bij een vinyl platenspeler

Ik heb de "Vinyl Platenspeler" aangegrepen om enkele EMC gerelateerde zaken in detail te bespreken. Waarom? In een hedendaagse muziek installatie is de platenspeler het component waarbij de kleinste signaal nivo's voorkomen, en daarmee ook het gemakkelijkst stoorproblemen optreden, met name lichtnet (50 Hz) brom.

Tweedens, de vinyl platenspeler is lange tijd bijna afwezig geweest maar staat weer sterk in de belangstelling, o.m. om de oude vinyl collectie op CD of DVD te zetten.

Hieronder zie je een veelvoorkomend schema van een platenspeler, gekoppeld aan een (voor)versterker. Ik heb nadrukkelijk een aantal koppelmogelijkheden aangegeven waarlangs een bromsignaal in de muziek zou kunnen komen. Daar hoort een vrij uitvoerig verhaal bij, en dat vind je hieronder.

Ik loop eerst de letters in het schema af:

A Een mogelijke aardverbinding tussen het chassis van de platenspeler en moeder aarde. Het doet er niet toe of die via de geel/groene draad in het netsnoer loopt of via een aparte draad. Kenmerkend is dat 'ie niet via andere componenten van de installatie loopt. Zo'n verbinding kan er wel of niet zijn.
B De parasitaire capaciteit tussen de lichtnet aansluiting van de aandrijf motor en het chassis. Het maakt in principe niet uit of het een 230-volt motor is of een laagspannings DC motor met 1 of ander regelcircuit. Er is altijd een capacitieve koppeling met het lichtnet.
C De capacitieve koppeling tussen het "open" deel van de bedrading in de opneem arm en het chassis.
Opm: Voor de eenvoud zijn het vaste- en het beweegbare deel van het chassis elektrisch als 1 geheel beschouwd. Die delen moeten wel deugdelijk elektrisch met elkaar verbonden zijn, en ook met de arm, als die van metaal is. Het lager alleen geeft onvoldoende garantie voor een goede verbinding.
Als het element een afscherming heeft (de meeste hebben dat niet) dan moet die ook met die arm/chassis verbonden zijn.
D Onder het chassis, dicht bij het armlager zien we meestal een overgang van de zeer dunne en flexibele kabeltjes door de arm naar de wat robustere kabel naar de voorversterker. Deze overgang is vaak niet goed afgeschermd, en heeft dus een capaciteit naar z'n omgeving.
E Meestal worden de mantels van de signaalkabels met elkaar doorverbonden, en vaak ook met het chassis van de speler.
F Vaak is er een mogelijkheid om het chassis van de platenspeler met een aparte draad te verbinden met de (voor)versterker.
G In de (voor) versterker zijn de retour leidingen (mantels) van Links en Rechts altijd met elkaar en met de 0 of return van de versterker verbonden.
H De parasitaire capaciteit tussen de lichtnet aansluiting van de (voor)versterker en de rest van die circuits kan een stoorstroom veroorzaken.
J Een mogelijke aardverbinding tussen het chassis van de (voor)versterker en moeder aarde. Het maakt niet uit of zo'n verbinding via de geel/groene draad in het netsnoer loopt of via een aparte draad.

Wat kan er hier nou allemaal fout gaan:

Een veel voorkomende configuratie is dat de verbindingen E (mantels + chassis aan elkaar) er is, maar geen F en geen A.
Dit gaat meestal wel goed, tenzij er een wat grote stroom loopt door B. Die stroom moet dan door de mantels van verbindingskabel, en dat kan brom opleveren.
Als de verbindingen A, E en J aanwezig zijn is er een goede kans op een aardlus probleem, zoals hierboven beschreven (A-E-G-J-A). Verwijder in ieder geval de verbindingen E. en evt. A en/of J. Maak de verbinding F.
Als de verbindingen A, E en F er niet zijn heb je gegarandeerd een brom-probleem, doordat het lichtnet overspreekt via de capaciteiten B en/of C en/of D. De beste remedie: zorg voor de verbinding F.
Als de verbinding A nodig is om veiligheids redenen (en dat is vrijwel nooit zo) moeten er beslist geen verbindingen bij E zitten. De verbinding F is dan ook af te raden.
Als bij E en/of bij C de mantels met elkaar verbonden zijn EN je hebt een moving coil (MC) element en de bijbehorende versterker dan is er een goede kans dat de kanaalscheiding versjtierd is. Veel MC elementen en de bijpassende versterkers hebben een zeer lage uitgangs impedantie (enkele Ohms). De retourstroom van het element kan dan via de mantelweerstand inkoppelen in het andere kanaal.

De meest aan te raden configuratie is dan ook:

Geen verbindig A, Beslist wel verbinding F, maar J kan beter wegblijven. Bij E en bij C mogen de mantels (retourleidingen) van links en rechts niet met elkaar verbonden zijn, en zeker niet met het chassis van de platenspeler.
Er moeten expliciete (soepele) verbindingen zijn tussen het vaste en het afgeveerde deel van de platenspeler, en met de arm en de element-drager, als die van metaal zijn.
Als het element een afscherming heeft moet die verbonden zijn de arm en/of chassis. NIET met de mantel van een signaalleiding.

Hoe werkt een ground loop insulator

Hieronder zie je een schema hoe het zit. Vergelijk het met het plaatje van de aardlus hierboven, en je ziet dat er een wikkeling toegevoegd is in de stereo kabel.

In de praktijk moeten het altijd zo'n 20 - 50 wikkelingen zijn (van de -stereo- kabel, kompleet met z'n afscherming) en die wikkelingen moeten om een gesloten ijzer kern liggen.

De werking is tweeledig:

De "stoorstroom" die door de mantel van de kabel wil vloeien ontmoet de zelfinductie van de smoorspoel die zo ontstaan is. Die zelfinductie vormt een hogere impedantie dan die van een rechte kabel, en daardoor zal de stoorstroom geringer zijn.
Er ontstaat een "transformator werking" tussen de mantel(s) en de binnen-ader(s). Omdat ze exact het zelfde aantal wikkelingen hebben wordt er in de binnen-ader dezelfde stoorspanning in geïnduceerd die over de einden van de mantel staat. Het netto resultaat is dat de versterker die stoorspanning niet of sterk verminderd "ziet"
Het storende signaal is veel sterker "common mode" gemaakt.
Zie ook de paragraaf over transferimpedantie in het hoofdstuk Kabeltechniek.

Ground loop insulator zelf maken

Ground loop insulators zijn te koop in de elektronika winkel, maar je kunt zo'n ding ook betrekkelijk eenvoudig zelf te maken. Bedenk wel dat er in een wat uitgebreidere installatie wellicht meerdere nodig zijn: 1 insulator per analoge (stereo) verbinding.
Meestal is het dan handiger om alle lichtnet aansluitingen -zeker die met randaarde- op 1 verdeelslof te doen. Kijk nog eens naar de essenties van het aarlusprobleem.

Voor digitale verbindingen heeft zo'n insulator doorgaans geen zin, maar een niet galvanisch gescheiden digitale verbinding kan wel een onderdeel vormen van een aardlus die ergens anders problemen geeft. (De norm voor S/P-Dif en AES-EBU digitaal schrijft galvanische scheiding voor, maar het wordt vaak niet gedaan.)

Neem een (kapotte of verbrande) transformator van ca. 8 cm kern afmeting of groter. Sloop al het koperdraad eraf. Als de trafo niet geïmpregneerd is kun je de kern wellicht demonteren, anders wordt het hak-, breek- of zaag- werk om het koper er af te krijgen, en dan zal het spoellichaam ook wel sneuvelen. Geen probleem.

Ook een ringkern trafo is bruikbaar, of een paar losse C-kern delen. Neem 't zo groot dat er ruimte is om 20 tot 50 wikkelingen van een stereo signaalkabeltje te huisvesten.

Neem een stereo signaalkabeltje van een meter of 5 en wikkel het met zoveel mogelijk windingen om die kern. Bij een E-kern om de middenpoot van de E, bij een C-kern om 1 van de poten, bij een ringkern moet elke winding door het gat.

Verder niks, gewoon aansluiten tussen de signaalbron en de versterker. Voor het mooi kun je er nog een doosje omheen maken.