[心得] 淺談接地處理 (更新) feat. Kojo

[2024.03.11] 內容重新調整完成

感謝之前參與討論的眾版友
讓這邊有調整內容的機會
也希望拋磚引玉、帶給版友更多參考
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此篇文章沒有任何商業合作
只從興趣角度出發，敬請放心

來聊聊「接地篇」
https://i.imgur.com/uxcMiQr.jpeg

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前半段來聊一些接地心得

後半段來導讀兩篇Kojo文件：
-> 仮想アースについて (關於虛擬接地)
-> アースループの回避！！ (地迴路的迴避方案)
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一些基礎認知

1. 大地接地(Earth)、電氣接地(Ground)與虛擬接地

電壓是一種相對值
要有電位差，才會形成電壓
要先設定出起點 (0V)
才會有終點 (與其它點的電位差)

大地接地(Earth)
概念上來說是一個「絕對參考點」

有物理連接至地面、真正的0V接地電位
(例如打地棒)
透過0V當參考點，可以量測其它點的電位差

電氣接地 Ground (GND)
概念上來說是一個「相對參考點」

物理上並沒有實質連接到地面
只是電路設計之中「參考電位」的統稱 (GND)

「大地電位」是真正實質的0V
「參考電位」則是定義出一個0V (GND)
來當作給這個電路使用的參考基準電位 (但不是真正的0V)

例如底下提到的「FGND參考點」
(FGND : Floating Ground) (浮接參考點)

就是將器材內部某處當作參考點
(例如將電路地端透過導線，鎖在器材機殼上面)

虛擬接地
透過地盒，來當作相對參考電位

換言之
當無法使用大地接地時
(無法連接到真實的0V參考點)

地盒會是一個折衷方案
(只好找個比機殼更好的相對參考點，來當做「折衷方案」)

2. 器材本身的訊號地 / 電源地，可能是相連通的

如下圖，透過電表可量測
確認器材的「AC地端」與「FGND參考點」是否導通
https://i.imgur.com/AmIDV1p.jpg

3. 整個系統 (多台器材之間) 的訊號地 / 電源地
處在一個「共地迴路」

訊號的情況
訊號線材本身就有地線
(除非走光纖；但光纖會有光電轉換的課題)
訊號傳遞前後連通，形成「地迴路」

電源的情況
電源地線透過排插前後連通，也會形成「地迴路」

如前述
訊號地與電源地之間，通常可能是連通的

因此整個系統，很容易構成一整個地迴路（如下圖）
https://i.imgur.com/uTNZ71X.jpg

換言之
「接地處理」與「電源處理」實質上息息相關、互相影響

如果要提升「接地」的有感程度
建議兩邊一起進行調整

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即使前端有做「大地接地」，後端還是會形成「地迴路」
(不同的兩件事)

關鍵在於
針對「地迴路」要採取什麼對策？

舉例來說
1. 在訊源接地，先讓整個系統地迴路有個「統一參考點」

幾種不同接地選項：
大地接地 (最佳選項)
主動式接地機
地盒
...etc.

2. 針對訊號地，視情況配置地盒

兩種方案都可考量：

方案一
透過最前端大地接地
不需要額外配置地盒

方案二
在最前端有大地接地情況下
不同器材、不同區段
視情況評估，是否另外配置地盒

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如果情況許可
「大地接地」還是最推薦的方案，一勞永逸

想要在「大地接地」後面，搭配其它地盒做額外調整
也是一種做法

有做大地接地情況下
對後端地迴路的處理、其實會有正向幫助
(例如一些地盒或小道具，效果會來得更明顯)

但這中間也包含調音的成分在內
(地盒、地線或小道具都會影響調音)

因此
是否採取此作法
見仁見智、沒有對錯、耳朵收貨

3. 針對電源地，搭配電源處理方案

即使在已經大地接地的情況下
(最前端已經有真實0V參考點)

各器材之間仍會透過地迴路、互相影響
這影響有可能是負面的
(例如用了品質不佳的變壓器、電處道具或引入其它干擾源)

如果無法大地接地
電源地帶來的負面影響會更明顯些

同時也是
導致很多用戶連接地盒
卻有感程度很低的可能原因之一
(地盒本身的設計/品質以及地線，則是另外可能的原因)

因此透過提高電源品質
以及各種電源處理或隔離方案

儘可能降低共地迴路影響，對接地會有整體正向的幫助

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------> 到底需不需要玩地盒?
------> 什麼時候玩比較好?

本篇文章後段會提到

各器材通常已經有自己內部的FGND參考點
(例如常見的鎖在機殼上)

換句話說
初期就算沒接獨立地盒
也不至於到難以入耳的程度
(已有一定程度電源處理的前提)

或甚至就算加了地盒
也有可能聽不太出差異、或甚至無感

有一說一
在系統搭建過程中

單顆地盒的導入
對我來說，並不見得是很有感的

反而到了系統後期
且搭配電源處理之後，效果才變得更明顯些

舉例來說
透過量測方式
如果確認機內「迴路GND」與「AC地線」之間是導通的
(代表處在同個地迴路)

這時候
即使特地買了地盒去連接器材RCA端子
但電源段沒有做處理的話

同個地迴路之內
訊號地 / 電源地 仍會互相影響，降低有感程度
導致即使接了地盒，卻似乎...還是有點無感?

換言之

接地、地盒不是玄學
但影響接地效果是否明顯的因素
會比想像中來得多很多

從有些人有感，有些人卻很無感
的結果來看
確實很容易被當作是玄學

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因此這邊建議：

前期
-> 可以先不玩地盒
-> 初期比起地盒，電源處理要來得重要的多
-> 居住環境許可的話，推薦「大地接地」才是王道
-> 如果要嘗試地盒，優先位置通常會是「訊源」
(PC訊源用戶應該更有感，PC段有接地的影響之大)

後期
-> 預算不多，針對重點位置使用地盒
-> 預算充足，可考慮主動式接地方案
-> 居住環境許可的話，推薦「大地接地」才是王道
-> 特別留意地盒與地線的調音影響
-> 想嘗試不同配置調音的話，也可不同位置個別使用地盒

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接下來
以不少人熟知的日本地盒廠商
Kojo Technology
所提供的兩份公開文件為主

只挑部分內容、簡要導讀，也歡迎大家一起來討論

仮想アースについて
關於虛擬接地
https://i.imgur.com/c5OvRwd.jpeg

文件下載連結
http://kojo-seiko.co.jp/img/news/240104.pdf

アースループの回避！！
地迴路的迴避方案
https://i.imgur.com/yjlGrwM.jpeg

文件下載連結
http://kojo-seiko.co.jp/pdf/240124.pdf
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第一份文件

仮想アースについて
關於虛擬接地
https://i.imgur.com/c5OvRwd.jpeg

前面提到接地主要目的：
-> 安全接地
採用安全接地，防止感電、漏電、觸電
-> 電氣接地
提供固定的零電位，以免電位飄移不定發生危險

接著提到音響設備(オーディオ装置)的接地

如大家所熟知
電路電流迴路是從正極流出
經由電路元件運作之後再流回負極

這個回流電流
也就是，下圖所提到的「リターン電流」(Return電流)
https://i.imgur.com/lklwIrS.jpeg

其參考點就稱之為「迴路GND」

這個「迴路GND」
不僅用來導流回流電流，同時也是電路系統的參考電位
https://i.imgur.com/HhHgs4Y.jpg

基於歐姆定律 V = IR
電壓＝電流x電阻

可得知
如果這個「迴路GND」很小，就會有較大的電阻產生
當大量回流電流流動時就會產生電壓

換言之
我們會希望這個「GND電位基準點」儘可能維持固定不變
以避免影響電路運作的穩定性
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基於上述原因

產品設計時
通常會使用器材內部某個金屬部件
來當作是一個穩定的「電位基準點」
例如將機內地線，鎖在器材的機殼
https://i.imgur.com/NAomWzs.jpg

也就是所謂的
「FGND (Floating Ground)」
https://i.imgur.com/32K8MDU.jpeg

顧名思義，這個「FGND」
就是沒有與外界連接的接地方式 (浮接方式)
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早期器材設計時
由於這個內部浮接方式「FGND」
以及接地觀念的不盛行
(也可以說是為了避免外界雜訊導入)

而省略了對外地線連接

因此可看到一些舊款產品
甚至只有水火線直出，而沒有地線
https://i.imgur.com/Hu6JC0G.jpg

或是電源線只做兩極
https://i.imgur.com/S4mqcos.jpg
https://i.imgur.com/jL2BVbR.jpeg

兩極電源線的情況
是由中性線(N極)來當作0V電位
也就是正常電流的回流路徑

但由於缺少地線
如果漏電發生時，就沒有漏電流回流的路徑

換句話說
如果漏電時剛好有人誤觸
沒有地線，漏電流與人體產生電位差
漏電流就會經由誤觸者身體流向大地
也就是觸電的意思 (相當危險)

到後來接地觀念的重視以及安全性考量
如大家所見
大多數器材/線材都已改成
包含地線設計(三孔)的電源公母座
(某些日系器材線材，仍可看到2p電源線)
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對外地線連接完備之後
接下來課題
就是接地迴路的處理方式

例如
透過連接到大地的「真實接地」
再透過接地迴路彼此導通
讓家中音響設備，都能夠有連通的接地效果

由於地球本身是體量遠大於前述「FGND」且更好的參考點
因此透過大地(打地棒)的「真實接地」
一般來說
會是最好的接地方案
https://i.imgur.com/TuzbDTE.jpeg

不過實際情況，未必盡如人意
例如
不同地區、地理條件與氣候條件
濕度與土質狀況差異
地電阻率、接地電極深度...etc.
多少會對「大地接地」帶來一點影響
https://i.imgur.com/wlri7Mq.jpeg
(此處原文有提到，即便會有不同條件影響、大地接地仍然還是最理想的接地方案)

又或者是
一些公寓大樓住戶
可能相對不容易去做完整的大地接地 (居住環境的限制)
(接窗框也要實測看看才能確定是否有連接到)

又或者是
某些使用情境無法大地接地
如下圖舉例飛機、汽車、行動裝置...
https://i.imgur.com/jTWmhvM.jpeg

https://i.imgur.com/48vdc1N.jpeg
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因應這些林林總總可能發生的限制條件
出現了「虛擬接地(仮想アース)」的做法
https://i.imgur.com/2o5jSxH.jpeg

換句話說
沒辦法進行大地接地的話
就透過地盒，來當作器材的GND「電位基準點」

接下來
Kojo提到他們認為地盒設計需留意的點
https://i.imgur.com/ED4irf6.jpeg

-> 容量儘可能大些
例如地盒內的填充物多寡、面積(多塊板子或材質面積)
儘可能增加效果；也是影響地盒效能最直接的條件

-> 良好導電性
除了地盒內部材質選用與技術之外
這邊認為「地線」也很關鍵
除了導電性之外，地線也會很大程度影響調音走向

-> 不易受到周遭環境影響或干擾
這邊認為「屏蔽/避震」也很關鍵
因為肩負「電路參考點」重任的地盒
如果易受干擾的話 (屏蔽太差、或是震動處理太差)
不只難以發揮實力，甚至還很容易變成扣分項

第一份文件
到此結束

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接著來聊地迴路的部分
第二份文件
https://i.imgur.com/yjlGrwM.jpeg

アースループの回避！！
地迴路的迴避方案
(アースループ = Earth Loop)

如前述
大多數器材使用的「FGND(Floating ground)」

是將器材內部某個金屬部件
來當作一個穩定的「電位基準點」
(例如將機內地線，鎖在器材的機殼)

除了FGND
還有其他類型的GND

例如「SGND (Signal Ground)」
也就是大家熟知的「訊號地」

訊號地又包含了類比/數位訊號：
類比地「AGND (Analog Ground)」
數位地「DGND (Digital Ground)」
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接下來
要來確認目前手邊器材「地線迴路」的「連通狀況」

這個確認蠻重要的
先確認現況
後續再來評估，接地方案處理方向
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可能會有幾種不同情況

例如
AC地線與器材內的全部GND導通
https://i.imgur.com/sbQOW9j.jpeg

或是
器材內的全部GND導通，但與AC地線不導通
https://i.imgur.com/xOYEeye.jpeg

或是
器材內部的AGND(類比地)與AC地線導通
但AGND(類比地)，與DGND(數位地)之間不導通
https://i.imgur.com/iUQSFMR.jpeg
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要怎麼確認手邊器材現況呢?

可透過以下方案嘗試：

方案一
透過三用電表量測

確認器材AC母座的地線端與FGND是否有導通
https://i.imgur.com/AmIDV1p.jpeg

如果不會用電錶量測是否導通的
可參考網路教學文章
例如
https://crazymaker.com.tw/how-to-use-multimeter/

只是要確認器材內部線路是否有導通
因此，請在斷電情況下量測

這個FGND，通常會是一個螺絲鎖在機身某處
可透過機內圖去判斷
也有些是鎖在機底，例如：
https://i.imgur.com/JEKYrfA.jpeg

https://i.imgur.com/Z9ZMkQ7.jpg
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方案二

如果從機內圖無法判斷 FGND 位置在哪
也有可能是鎖在機殼上蓋 (有些內部圖看不出來)

這時候可量測
確認器材AC母座地線端，與機殼後方或側邊的螺絲是否有導通
https://i.imgur.com/Vtj8S4n.jpeg

只是要確認器材內部線路是否有導通
因此，請在斷電情況下量測
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方案三
確認器材AGND與DGND是否有導通
https://i.imgur.com/Vtj8S4n.jpeg

可量測
器材後背板的類比輸出入端子「負極」
與數位輸出入端子的「負極」是否有導通

外圈負極，中央正極
針對兩者外圈(負極)去量測即可

只是要確認器材內部線路是否有導通
因此，請在斷電情況下量測
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接著是「地迴路」的形成
如下圖示
從AC入線處到內部FGND
地線是連通的狀況，就構成所謂的「地迴路」
https://i.imgur.com/WacS46x.jpeg

這時候要關注的是
家中音響器材之間，是否已經構成一個大型「地迴路」
https://i.imgur.com/uTNZ71X.jpeg
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為什麼要避免形成地迴路?

構成這個大型「地迴路」的風險之一
有可能會引入更多的EMI雜訊干擾
例如下圖示的天線效應

當迴路受到磁場變化時，會產生電流(接收雜訊)
當迴路通電時，會產生磁場(發送雜訊)
https://i.imgur.com/gPOpSXb.jpeg

受到磁場影響的地環迴路會產生電流
並且通過迴路內的電阻成分（阻抗：Z）將其轉換為電壓（噪音）
因而產生額外干擾
這也是常見哼聲問題的起因之一
https://i.imgur.com/FLulCKS.jpeg
或是參照以下說明
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https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_loop_(electricity)
Ground loop (electricity)
接地環路是音訊、視頻和計算機系統中雜訊、嗡嗡聲和干擾的主要原因。防止接地迴路的接線實踐包括確保所有易受攻擊的信號電路都以一個點為參考作為接地。使用差分信號可以抑制接地引起的干擾。為了消除接地迴路而移除設備的安全接地連接也消除了安全接地連接旨在提供的保護。
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接下來聊聊
斷開地迴路的一些參考方案

例如

透過無地線(2P)的電源線（アース極なし）
來避免電源地線迴路串在一起
https://i.imgur.com/91qaExR.jpeg

或是

透過例如轉接座
或是宣稱有GND隔離效果的小道具
來避免不同器材的AC地線構成迴路
https://i.imgur.com/lAfwqbj.jpeg

這頁有提到
他們即將推出的小道具
「Kojo Crystal Gap」
(推測功能應該類似於
ifi GND Defender)

概念在於
避免地迴路產生額外雜訊
可帶來音質的提升與改善效益
https://i.imgur.com/L1bd9g0.jpeg

第二份文件
到此結束
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------> Kojo最後提到的2P3P轉接頭方案?

這邊雖然不是很推薦這方案

但我認為2P3P轉接頭、或是2P電源線
會有兩個額外用途

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用途一

可當做是
當系統遇到哼聲之類狀況的 Debug 方案之一
至少排除看看不同環節的因子
例如
當某一段，或某處透過轉接頭把地線切斷之後
干擾就變少，之類的做法
來找出問題點
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用途二

反向用途

也就是說，如果同個電力迴路之中
有「非關音響耳機」的其它電器產品
且租屋處不方便牽專線或大地接地

又怕會受影響的話
可以反向來使用

例如
將「非關音響耳機」的其它電器產品
集中到某個排插（或是某台退役不用的隔變）

有些舊款隔變
覺得聲音跟不上了，移過來這邊使用也很方便

然後透過2P3P轉接頭、或2P電源線
來連接這個排插(或隔變)

例如這邊
是用2P電源線，來連接其它電器的迴路
https://i.imgur.com/5gJQ5dV.jpg

或是手邊剛好有閒置不用的iFi GND Defender
(或類似產品，且閒置的)
也可以這樣使用

可直接切斷「非關音響耳機」其它電器產品迴路的地端

避免這些電器產品的額外雜訊
透過地迴路、回流影響到其它音響耳機器材

(降低來自其他電器產品地迴路干擾)
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------> Kojo提到的簡單量測手法?

這邊其實是蠻推薦
Kojo用來釐清手邊器材現況的做法

大方向也是正確的

在沒有大地接地
或是
沒有強大主動式接地盒的情況下

針對地迴路去處理
可能會有意想不到的效果

例如之前發文聊過
透過電池電供來切斷PC USB的地迴路，效果相當不錯
(也不會受到電源地的影響)

其它環節，大家也可嘗試看看
(但要注意用電安全)

前述量測都是在不過電條件下進行
(只是要確認，內部地迴路是否有導通而已)
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------> 以下閒聊

這篇砍了很多內容(避免篇幅過長)
避免過於生澀
也砍了一些電路圖之類的理論描述

但也因此，有很多東西是沒有提到的
(接地這題真的很大)

總結幾個重點：
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
-> 大地接地優先 (如果條件許可的話)
-> 儘可能提供統一的參考電位給整個系統接地
-> 地盒是無法大地接地時的折衷方案(不得已)、或後續延伸的搭配調音補強(非必須)

-> 「地迴路」同時受到「訊號地」與「電源地」的影響
-> 地迴路處理很重要，不是買個地盒就完事，而是要搭配電源地一起處理
(地盒的有感程度，除了地盒本身設計之外，電源地是否有做處理，也是關鍵)
(因此也有不少產品，是把虛擬接地與電源處理做在一起)

-> 電源處理、訊源、大件、大地接地的優先順位，會高於地盒
(避免系統組建初期就買一堆地盒，結果反而事半功倍、或無感的情況)

-> PC訊源相對較髒，初期可評估切斷PC輸出地迴路的方案
(這個在初期會相當有感)

-> 地盒與地線，都會影響系統調音走向
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

下次預計會提到一些地盒心得

不過地盒心得我更推薦
前陣子Louis大大分享的心得:
https://www.ptt.cc/Headphone/E._SBMs8wNOQIk

那幾篇寫得很精采
推薦大家先去看看

也歡迎版友推文分享
不同的接地經驗

以上，感謝收看

--

※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 42.71.43.44 (臺灣)

感謝助推

感謝S大推~

真的

感謝QQ

感謝補充

感謝~

您，主動式

感謝助推~~

感謝

感謝n大推，您

真的

確實如此 走USB或同軸都會造成地迴路的產生

感謝Louis大大推XD

感謝助推:)

每個設備獨立確實不錯 但就貴了些qq

感謝b大助推~

感謝vin大 GND defender好用

感謝itai大 這邊會再調整內文~

感謝thomas大推~

感謝HGK大大推 Kojo真的不錯

感謝!

感謝水色大推 EG真的很有感(尤其是串聯後)

感謝建議 這邊稍晚來調整一下內文

感謝蘇大推 稍晚整理一下再更新

感謝A大助推 確實，這邊先把這篇內容調整完成 再處理後續

※ 編輯: luke417 (42.71.165.138 臺灣), 03/11/2024 17:40:23