西北有狼
发表于 2006-4-2 00:46:00
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有效解决音频产品产生的各种噪音困扰 经验传授5 h; G! X5 D+ n# Y
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常见一些玩家被音频产品的各种噪音困扰，这里就笔者在实践中总结出的一些经验与大家分享。 c% D0 I# x. K) n* [, X6 ]6 F1 Q. E
5 E# A" {3 O- T/ X% q/ Y& e 噪音与放大器相生相伴，是无可避免的，这里讨论降低噪音，目的是将其降低至可接受的范围，而不将其彻底根除，信噪比只能尽量提高，但不能大至无限。有源音箱的噪音按来源可粗略分为电磁干扰、地线干扰、机械噪声与热噪声几类，下面来从噪音产生根源与机理方面简要分析一下，并提出行之有效的解决方案，以期能对初学者能所帮助。
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5 ~/ i+ k+ z+ \2 W) ]; ^一 电磁干扰/ S5 w- x/ y( E' C% G5 I
c/ ]& l" a G, }1 E. ]5 P 电磁干扰主要来源是电源变压器和空间杂散电磁波。 g% m0 z" j5 q. @# i/ p. z
L( @& t) X$ {; _1 [0 Q* } 音频产品除极少数特殊产品外，多数是由市电提供电源，因此必然要使用变压器。电源变压器工作过程是一个“电—磁—电”的转换过程，在电磁转换过程中必然会产生一定的磁泄露，变压器泄露的磁场被放大电路拾取并放大，最终经过扬声器发出交流声。 {: [: _) a0 t) `& B
' r0 _3 Q' T) A# |6 ? 电源变压器常见规格有EI型、环型和R型，无论是从音质角度还是从电磁泄露角度来看，这三种变压器各有优缺点，不能简单判定优劣。' I% g3 a9 t( y# Q" z0 d
0 R2 S0 C5 P. T* Y, T/ e# D" L EI型变压器是最常见、应用最广的变压器，磁泄露主要来源E与I型铁心之间的气隙以及线圈辐射。EI型变压器磁泄露是有方向性，如下图所示，X、Y、Z轴三个方向上，线圈轴心Y轴方向干扰最强，Z轴方向最弱，X轴方向的辐射介于Y、Z之间，因此实际使用时尽量不要使Y轴与电路板平行。
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- Q0 Q7 M- i) Z, x3 }+ x4 r 环型变压器由于不存在气隙、线圈均匀卷绕铁芯，理论上漏磁很小，也不存在线圈辐射。但环型变压器由于无气隙存在，抗饱和能力差，在市电存在直流成分时容易产生饱和，产生很强的磁泄露。国内很多地区市电波形畸变严重，因此许多用家使用环型变压器感觉并不比EI型变压器好，甚至更差。所谓环型变压器漏磁极小，其实就象手机电池待机时间一样，需要有严格的外部条件，仅在市电波型为严格的正弦波时才成立。部分厂家也意识到了这一点，铁心由几至十几条硅钢带组成，留有足够的气隙，这样的变压器在抗饱和能力上的确有了很大提高，不过严格说起来，这样的应该算是具有环型变压器外型的EI型变压器了。 e* O% c( x, m4 ~% m3 i% W2 N
, Z* b, j. a5 x0 X1 z% J R型变压器可简单看做横截面圆型的环型变压器，但在线圈绕制手法上有区别，散热条件远比环型变压器为好，铁芯展开为渐开渐合型，R型变压器电磁泄露情况与环型变压器类似。由于每匝线长比环型变压器短，能紧贴铁心绕制，因此上述三类变压器中R型变压器的铜损最小。) D; V/ D# ]: y! ?6 N0 E7 x$ P1 M
f* u7 {8 I2 {0 Z 如条件允许，可考虑为变压器装一只屏蔽罩，并做妥善接地处理，该金属罩只能选用铁性材料，一般金属如铜、铝等只有电屏蔽作用而无磁屏蔽作用，不能作为变压器屏蔽罩。
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" B& W4 A7 [# d# P; J 上述分析是建立在变压器选料、制作精良的基础上，实际多数市售变压器产品由于成本压力和竞争需要，未严格按行业规范设计，甚至偷工减料，分析起来不可预测因素较多。首先是铁芯材料的品质，绝大多数企业用导磁率较低的H50铁芯、边角料甚至搀杂软铁制作变压器，导致变压器空载电流很高，铁损过大，空载发热严重；这类变压器为降低成本、同时为掩盖铁损偏高带来的电压调整率过大问题，大幅度减少初次级线圈匝数，以降低铜损的方式来降低电压调整率，这种做法更进一步增大了空载电流，而空载电流偏大将直接导致磁泄露加剧。
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杂散电磁波主要来自电脑机箱后部的各种电源线、有源音箱的功率输出导线、扬声器及功率分频器、无线发射设备，产生原因在这里不做深入讨论。杂散电磁波在传输、感应的形式上与电源变压器类似，杂散磁场频率范围很宽，有用家反映有源音箱莫名其妙接收到当地电台广播就是典型的杂散电磁波干扰。
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另外一个需引起重视的干扰源为整流电路。滤波电容在开机进入正常状态后，仅在交流电峰值时补充电流，充电波形是一个宽度较窄的强脉冲，电容量越大，脉冲强度也越大，从电磁干扰角度看，滤波电容并非越大越好，整流管与滤波电容之间走线应尽量缩短，同时尽量远离功放电路，PCB空间不允许则尽量用地线包络。# Q5 q. Q6 {2 P' l
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电磁干扰主要防治措施：
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1、降低输入阻抗。
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电磁波主要被导线及PCB板走线拾取，在一定条件下，导线拾取电磁波基本可视为恒功率。根据P=U＾U/R推导，感应电压与电阻值的平方成反比，即放大器实现低阻抗化对降低电磁干扰很有利。 例如一个放大器输入阻抗由原20K降低至10K，感应噪声电平将降至1/4的水平。有源音箱音源主要是电脑声卡、随身听、MP3，这类音源带载能力强，适当降低有源音箱输入阻抗对音质造成的影响非常微弱不易觉察，笔者试验时曾尝试将有源音箱输入阻抗降至2KΩ，未感觉音质变化，长期工作也未见异常。$ y8 x2 z6 d- N: ^. n* ^& \4 k
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2 、增强高频抗干扰能力
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针对杂散电磁波多数是中高频信号的特点，在放大器输入端对地（也就是输入RCA插座与地）增设磁片电容，容值可在47---220P之间选取，数百皮法容值的电容频率转折点比音频范围高两、三个数量级，对有效听音频段内的声压响应和听感的影响可忽略不计。
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3 e( g# M& [0 L* Y3 、注意电源变压器安装方式( E3 y3 }2 `, i! D9 g' Y* D
: ~! p S* I( `' s( j2 K* y( q 采用质量较好的电源变压器，尽量拉开变压器与PCB之间的距离，调整变压器与PCB之间的位置，将变压器与放大器敏感端（输入端）尽量远离；EI型电源变压器各方向干扰强度不同，注意尽量避免干扰强度最强的Y轴方向对准PCB。- r: s* `! I) M. q- M6 j
5 Y$ z3 z& l; s G- J' G4 、金属外壳须接地
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8 _# m! R4 B4 K* P4 X6 E 对于功放来说，设计规范的产品在机箱上都有一个独立的接地点，该接地点其实是借助机箱的电磁屏蔽作用降低外来干扰；对于常见有源音箱来说，兼做散热器的金属面板也需接地；音量、音调电位器外壳，条件允许的话尽量接地，实践证明，该措施对工作于电磁环境恶劣条件下的PCB十分有效。 |
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发表于 2006-4-4 18:10:00
