Введение

Электрическое или электромагнитное явление

Шум сети, электрический гул, гул частоты сети или гул линии электропередач – это звук, связанный с переменным током, частота которого вдвое превышает частоту электросети. Основная частота этого звука обычно вдвое больше основной частоты 50/60 Гц, то есть 100/120 Гц, в зависимости от частоты электросети в данной местности. Звук часто содержит значительные гармоники выше 50/60 Гц. Из-за присутствия сетевого тока в аудиоаппаратуре, работающей от сети, а также повсеместных электромагнитных полей от находящихся поблизости приборов и проводки, электрический шум 50/60 Гц может проникать в аудиосистемы и восприниматься как гул сети из динамиков. Гул сети также может быть слышен от мощного оборудования электросетей, такого как силовые трансформаторы, вызванный механическими колебаниями, возникающими из-за магнитострикции в магнитном сердечнике. На борту самолетов (или космических кораблей) слышимая частота часто выше из-за использования переменного тока 400 Гц, поскольку трансформаторы 400 Гц значительно меньше и легче.

Причины

Электрический гул вокруг трансформаторов вызван блуждающими магнитными полями, заставляющими вибрировать корпус и комплектующие. Магнитострикция – второй источник вибрации, при котором сердечник железа незначительно меняет форму под воздействием магнитных полей. Интенсивность полей, а следовательно, и интенсивность гула, является функцией приложенного напряжения. Поскольку плотность магнитного потока максимальна дважды за каждый электрический цикл, основная частота гула будет вдвое выше электрической частоты. Дополнительные гармоники выше 100/120 Гц возникают из-за нелинейного поведения большинства распространенных магнитных материалов. Вблизи высоковольтных линий электропередач гул может быть вызван коронным разрядом. В области звукоусиления (например, в системах оповещения и громкоговорителях) электрический гул часто вызывается индукцией. Этот гул генерируется колеблющимися электрическими токами, наводимыми в чувствительных (с высоким коэффициентом усиления или высоким импедансом) аудиосхемах переменными электромагнитными полями, излучаемыми близлежащими устройствами, питаемыми от сети, такими как силовые трансформаторы. Звуковая составляющая этого гула воспроизводится усилителями и громкоговорителями (следует отметить, что это не следует путать с акустической обратной связью). Другим основным источником гула в аудиооборудовании являются общие сопротивления: когда большой ток протекает через проводник (землящую шину), к которому также подключено устройство малосигнального уровня. Все практические проводники имеют конечное, хотя и небольшое, сопротивление, и это небольшое сопротивление означает, что устройства, использующие разные точки проводника в качестве заземления, будут иметь немного разные потенциалы. Этот гул обычно возникает на второй гармонике частоты сети (100 Гц или 120 Гц), поскольку большие токи заземления поступают от источников питания переменного тока, преобразующих сетевую форму сигнала в постоянный ток. (См. также контур заземления). В ламповом оборудовании одним из потенциальных источников гула является утечка тока между нагревателями и катодами ламп. Другой источник – прямое излучение электронов нагревателем или магнитные поля, создаваемые нагревателем. Лампы для ответственных применений могут иметь цепь нагревателя, питаемую постоянным током, чтобы предотвратить этот источник гула. Утечка аналоговых видеосигналов может вызывать гул, очень похожий на сетевой гул.

Профилактика

Часто электрический гул в помещении возникает из-за контура заземления. В этой ситуации усилитель и микшерский пульт обычно находятся на некотором расстоянии друг от друга. Корпуса каждого устройства заземлены через контакт заземления в электросети, а также соединены другим путем через проводник экранированного кабеля. Поскольку эти два пути не совпадают, формируется электрическая цепь в виде петли. Аналогичная ситуация возникает между усилителями музыкальных инструментов на сцене и микшерским пультом. Для устранения этой проблемы сценическое оборудование часто оснащено переключателем "разрыва заземления", который размыкает контур. Другое решение – соединить источник и приемник через разделительный трансформатор 1:1, также известный как аудио-шумоподавитель или изоляционный трансформатор. Крайне опасным является разрыв контакта с проводом заземления с помощью адаптера разрыва заземления переменного тока или отломка контакта заземления от вилки питания, используемой у микшерского пульта. В зависимости от конструкции и компоновки аудиооборудования, между (теперь изолированным) заземлением на микшерском пульте и заземлением электросети могут возникнуть опасные для жизни напряжения. Любое касание оголенных проводов переменного тока к корпусу оборудования приведет к тому, что под напряжение попадут все кабельные экраны и подключенное оборудование.

В музыке

В музыкальных инструментах гул обычно считается нежелательным явлением, и для его устранения вносятся различные электрические модификации. Например, звукосниматели хамбакеры на электрогитарах разработаны для подавления или уменьшения гула. Иногда гул используется в творческих целях, например, в дабе и глитч-музыке.

Демо Джона Леннона

В конце 1970-х годов бывший участник группы The Beatles Джон Леннон записал несколько демо-песен в своей квартире в Дакоте вместе с Йоко Оно. Эти демо-записи не получили официального релиза в то время и не были надлежащим образом записаны для альбомов Double Fantasy или Milk and Honey, но распространялись как бутлеги среди поклонников Леннона. В середине 1990-х годов, в рамках серии антологий The Beatles, три оставшихся в живых участника – Пол Маккартни, Джордж Харрисон и Ринго Старр – воссоединились, чтобы изначально записать фоновую музыку для альбомов, но затем решили поработать над некоторыми демо-записями Джона Леннона. Йоко Оно передала Маккартни несколько демо, наиболее известными из которых стали "Free as a Bird", "Real Love" и "Now and Then". Из полученных демо-записей были обработаны только эти три. Из них "Real Love" и "Now and Then" оказались наиболее сложными в работе, по сравнению с "Free as a Bird", поскольку обе содержали заметный гул сети 60 Гц, возникший из-за недорогого оборудования, которое Леннон использовал для записи демо. Хотя гул сети был удалён из "Real Love", в "Now and Then" он был значительно сильнее, что существенно затрудняло его устранение. Это, и в большей степени, неприязнь Харрисона к этой конкретной демо-записи, привели к тому, что от неё отказались, хотя в последующие годы ходили слухи о том, что Маккартни надеется её завершить. В 2009 году в виде бутлега появилась версия демо Леннона, предположительно, очищенная от гула сети, мешавшего версии The Beatles. В 2023 году, благодаря технологии разделения звуковых источников, разработанной Питером Джексоном, гул сети был окончательно устранён, и трек был выпущен 2 ноября 2023 года.

В аудиосистемах

Шум линий электропередач можно уменьшить, используя полосовой фильтр задерживающий.

В видеосистемах

В аналоговом видео помехи от сети могут проявляться в виде полос гула (вертикально движущихся полос с незначительными различиями в яркости), прокручивающихся вверх по экрану. Частота кадров телевизионного вещания подбирается в соответствии с частотой развертки, чтобы минимизировать искажения изображения, вызываемые этими полосами. Появление полосы гула может быть вызвано контуром заземления в кабелях, передающих аналоговый видеосигнал, недостаточной фильтрацией блока питания или магнитными помехами, воздействующими на электронно-лучевую трубку.

В судебной медицине

Анализ частоты электрической сети (ENF) — это криминалистическая методика проверки подлинности аудиозаписей путем сопоставления изменений частоты фонового сетевого гула в записи с долгосрочными высокоточными историческими данными об изменениях частоты сети, хранящимися в базе данных. По сути, сигнал сетевого гула рассматривается как временная цифровая метка, которую можно использовать для определения времени создания записи и выявления любых монтажных вмешательств в звукозапись.