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[全频箱] 音响放大器「电流声」的成因

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唐人李黑 发表于 2010-7-22 22:34:55

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有很多朋友经常受到放大器的「电流声」困扰,大部份朋友都认为电流声是因为接地不良所致,于是便努力把放大器的外壳接地,甚至把整个放大器用金属罩子屏蔽,但电流声依旧,苦无对策……
. h( J) |( v9 \" @1 y; D. _! f
$ l8 C" R+ B( {, _. U, D各人对「电流声」定义不一,先要找出你遇上哪一种「电流声」。
- G+ a6 G3 \' U4 S: f( U0 [
4 g3 ~! w$ \& i6 v超过一半的情况下,都不是接地出了问题。「电流声」更加不是由静电引起。
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4 v# l! |3 e* L% I

% {( S* k) X; y  T% ?2 l" r/ x' K4 J  P) e( d9 p! V4 S; K
但综观不同朋友的描述,「电流声」都是:
1 b" r. b1 t1 B- i+ z$ C
% h" h8 U" E  _● 连续不断的噪音! R  ]  B  Z$ p$ ]6 M4 V* n, H
. P# }8 u) _0 P7 q! H9 y- @
● 噪音的响度颇为稳定
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8 H2 F+ u+ i" X9 a1 \  f8 Y4 [. _● 通常都是低频噪音
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 楼主| 唐人李黑 发表于 2010-7-24 22:51:04
8 V. A4 Y$ b& g1 ^( z  {( A
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综合各方朋友的遭遇,「电流声」可笼统归纳为以下几种情况引致:
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电源涟波噪音 (Ripple noise) ,即交流啍声 (Humming), n8 B% V' @* s" q3 H1 c% C

2 w$ ~$ P7 i! ?# _8 R•4 Z+ f* ~8 {! T8 H
感应噪声 (Pick-up noise) 包括人体拾波噪声 (Body pick-up)
5 a. F" x) K! w! G8 c6 g% o; c- ^& C, r' v+ b# d% N% E
•3 J6 U( b- h9 ^9 R# I- Y/ c
线路板走线 (Layout) 或接地布局 (Grounding topology)
' {+ `* M9 m, P+ f" x* L
6 y' ^4 g+ T3 l- V1 H3 z; P•
2 v; W3 e+ f% }不良地线噪音 (Ground noise) 及循环接地 (Ground loop)7 r  j7 @- ~8 D; N1 ]

. X( h$ c5 F7 O7 r% v! l•5 L+ p( `* }/ M( ^" b
机内布线及屏蔽策略不良 (Bad wiring and shielding strategy)
+ `0 q9 r, K" |  j
9 K4 ?8 s) O! O8 l. p9 A3 ^3 M$ N! @7 V
3 @0 _3 n0 }* F* R, U
; t( m( e% ^' y" E$ g

3 u; l7 [! `4 [! i% v8 Y1 ^2 N交流啍声; }/ a9 R& n8 m4 ]+ N) e
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' ^7 Z' P/ W2 r. h6 M! Z) W

% N; M4 @! |$ s4 J: C" m& a8 `. J0 g0 Z# X
交流啍声的成因是电源滤波器设计不当,甚或偷工减料,导致市电的交流电讯号有一部份溜进了放大器。这种电流声的特色是频率很低,大部份情况下都很微弱,要把耳朵贴着扬声器才听到,而且即使把音量调到最低,噪音依然存在。9 |; c: h# _# {6 @+ |
5 _$ N! w: l% v0 V  n/ A: Y

9 P  V& }; o! A
" \7 \, N7 h, G  _
9 Y8 M9 r/ H7 W. M( z- i- n% X' O1 u6 Y0 R8 e3 N, J( g
6 R) _4 m( A! Q$ u7 m
- I) V, l4 w3 d9 J
# R& V% d: l% C# q& I

/ @% \6 L. N* U1 ]6 D# X  k9 ^: n滤波电容 (水塘),除了容量愈大愈好外,其等效串联电阻 (ESR) 也是愈小愈好!
% T$ B( n5 V: d  L! H7 l
& q# v: n( O9 |* e
) T- s* J/ ~/ R5 E: Z  U2 d
- N0 t2 {1 W0 T' c7 Y' S0 B
- N( ]+ \' J# P* g' i这是电流声中最常见的一种。一般情况下一些平价的山寨放大器较易遇到这种情况,反而 DIY 的放大器较少遇上这问题,为甚么呢?因为这种电流声最普遍的成因是电源滤波器用料不足,滤波电容器的容量不足,一些平价产品因为吝啬于昂贵的大容量电容器(俗称水塘),所以比 DIY 放大器更容易出现问题(因为一般人 DIY 都会不惜工本)。. L2 ]$ o  g1 r% z
; Y: _3 b/ }) Q& {! P

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& b& M. R+ d( o% j% z如何解决这种电流声?那要看看你的放大器是使用外置还是内置变压器(火牛),如果是使用内置变压器,情况较为复杂,需要把水塘换上更大容值的电容器,甚至增加电容器的数目,数只电容器并联时其容值会相加,但这种方法会受到机内空间所限,需要随机应变。$ e) @& L9 E# \5 Q' q

. C9 f9 {- D& S, A* \- B- E4 E$ R' z  Q% a. {! u* s

2 l3 e6 V" ]& z. z( B& p0 g1 c7 K3 J) d) ~
由于这个噪音的频率很低(100Hz),而且通常都很轻微,若碰上小口径的扬声器,这些廉价放大器往往可以蒙混过关,不过想检测电源涟波噪音,有一个很简单的方法,只要在放大器开启时用手摸一摸低频单元的震膜,若在无讯号或音量调到最低时仍感受到扬声器的震膜震动,这便是一个很明显的交流啍声的证据。
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& z& K( R) `7 ?& ^* ]2 n! j' C, Z) m1 m5 ?" o- t  w
如果是用外置变压器(例如一般迷你放大器),当然以上的方法都适用,但有另一个更简单的做法──换上一个开关式电源变压器(SMPS) ,问题便会迎刃而解!8 r' b% \% L4 j9 w
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9 h) Q7 Y" V- }! D3 w

* \2 a; q8 W, b
  R5 R( h. h# e: }7 A! y  W& e很惊讶吧!首先开关电源的音质是不是很差,但是单就解决交流啍声,开关式源变压器的确有立竿见影之效。(当然使用开关电源可能会诱发另一问题,往后有机会再详细探讨。)* }* m1 f+ Q1 a( }. y6 w2 `
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5 [$ b* f8 ]" }( |9 C
+ v$ m& c& M' [- [) R
原理:
& |! D2 ^, j/ u4 r1 f) q9 s: N+ S/ w# a" @7 b9 g
7 T- [# n$ \, d# `
; o9 v5 p) X+ H
4 V, b+ x# R) v
我们用的市电为交流电,但是放大器必须以直流电操作,所以电源变压器(火牛)除了负责把 220V 的电压升/降至合适的电压之外,还担任着把交流电转变成直流电的角色,这个过程叫「整流」。在放大器内最常见的整流方式为「桥式整流」,桥式整流会把市电的交流电变成变化不定的直流电,技术一点来说,这是一个包含着 50Hz x 2 = 100Hz 交流讯号的直流电源,我们称之之为「涟波」,而这个 100Hz 的涟波若未能清除掉,便会让它溜到扬声器,形成噪音,由于这些涟波的频率都很低,所以需要很大容量的滤波电容 (水塘) 来把其吸掉。
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4 g3 s" X4 X1 U5 k9 u! z( [* N为何开关式电源变压器可解决交流啍声?因为开关电源的操作频率并不是 50Hz 或 60Hz,而是动辄过十万Hz,愈高频的涟波愈易被水塘吸收 (但太高又反而吸不掉),况且它的操作频率远超于耳朵及扬声器的工作范围,所以电源的涟波噪音一不能在扬声器上再生 (频率太高),二更不能被耳朵接收再传到大脑 (都是频率太高),那又何来噪音?
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+ O" ~4 z. o. r  ?' c2 x! a& e# G2 z- s/ ~0 z$ h4 A
其他成因:
* E6 D6 w* K) {! n4 A  N
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! U) x/ y6 |6 E0 O4 {4 o  v7 [

2 @; x3 `% j  X6 v  p8 s" j5 E) s1. 滤波电容失效(俗称干塘)
' r5 `+ [6 {! L! L/ c6 G
& K" w, c# Z, t- N9 a6 b由于滤波电容成本高、体积大,一般情况下都不会选用耐高温的电容,所以在发热量高的功率放大器中,水塘往往会是寿命较短的零件。
/ V  {0 D6 j" {# j* m/ ?4 ?5 r2 V& s, v$ Q  V
! d7 T% Z1 K9 k# H

5 |# Q* J$ E. I9 a3 S
& ~4 x" j- H; H# N/ I- R3 t) h" l2. 输出功率管偏置电流失调0 W6 q9 p% P) A1 d6 k& B& o
5 `5 s, _3 {  K  @6 o
输出功率管需要在一定的偏置电流下操作,若此电流值因种种原因增加了,导致放大器的静态电流不寻常地上升,也会增加水塘的负荷,从而加强了交流啍声。
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! ^. h8 w" |2 X( l( G( b' G) L3 Q6 n7 M8 k8 i( {% o, ^1 ?

6 i" a' d- ^# x) E) [/ ]7 T6 s3. 讯号地 (Signal ground) 与大地 (Earth) 即地线接上了,这个情况我们会在 Ground loop 部份详细分析。. B' h3 `( w1 b+ Q
7 C1 O/ s3 @& j) V- S% D, V
4. 变压器的电磁干扰,这个情况会在 Wiring and shielding 部份详细分析。
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- V; P7 T8 ^2 D0 g7 O1 z5 `3 I: m! h: _- T. b  P

7 J; O5 O' t4 T" `% L) L+ ?* z备注:
% n# e5 Q5 {- a* E: f, L: h( ]4 c1 Z( f7 P6 R1 i6 D

, Y. G, \) Q% A4 c9 H# V) I! H3 y( b4 ^

" F: P6 f' y0 a/ P( ]8 T滤波器的规模随着放大器消耗的电流量而提升。& b  G7 N" T4 D

6 S+ [% O7 {8 f9 c# H% `, D  B( @7 H0 G

4 X8 ^' ?- l# V2 m5 u2 ~$ r! S& x  t6 m" J
甲类放大器因需要庞大的静态电流,因而令电源涟波噪音更易被察觉,所以滤波器的规模往往很大。
6 l3 t. y! q2 k5 F3 Z3 p+ |  P* D! O& I" I  h" }9 [$ J

7 f; C5 F5 [1 f
3 V' {1 P# D9 y& n- y3 i2 L. l4 E' @7 {# M7 w: E- B  C& e6 Q
电容器的等效串联电阻 (ESR) 愈低,其滤波性能愈佳。) R; t* J% Z0 M* l- ~9 F
5 k. X) r  i8 U3 G/ M* m8 F

- b- j0 {5 l5 v0 U* _1 B0 @$ u# d4 D3 P" v. {+ ^; S8 ^1 A# }0 w

% }- D& u2 \; J& b  \! G; @) h+ X除了并联电容器以增加电量容,也可以串联电感器作 LC 甚至 Pi 形 (π) 滤波,但成本较高。, B$ B+ B) q+ D
wangdiansheng12 发表于 2010-7-28 23:35:39
分享,谢谢大家啊 4 H) E& S$ G! K. m* e* t
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