專業(yè)音頻工程中電噪聲產(chǎn)生的原理與防治（下）

汪曉琦

（接上期）

感生電流干擾

這是音響工程中遇到最多的情況。每一件器材的金屬外殼、信號(hào)線都會(huì)產(chǎn)生很多感生電流。在正常音頻系統(tǒng)連接關(guān)系的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)充分考慮了消除此感生電流的方法。但需要我們?cè)谑┕ぶ姓_認(rèn)識(shí)并加以利用，才能很好的消除。

一般音頻器材在設(shè)計(jì)輸入輸出阻抗時(shí)，將輸入阻抗設(shè)計(jì)得較高，如調(diào)音臺(tái)、周邊或功放為20KΩ平衡輸入或10KΩ不平衡輸入，話筒輸入2KΩ左右，而輸出阻抗則較低，多數(shù)為100Ω，功放輸出為2-16Ω。這么設(shè)計(jì)是為了很好的利用電路中的共振現(xiàn)象來調(diào)整信噪比。當(dāng)線路中有共振現(xiàn)象時(shí)，信號(hào)輸出為最大值，雖然信號(hào)得到了最大值，但噪聲也提高了。電子產(chǎn)品本身的本底噪聲值是相對(duì)固定的。只要后級(jí)設(shè)備接收到的信號(hào)有效值電平中的噪聲值低于它本身的本底噪聲值，那么可以認(rèn)為這個(gè)信號(hào)是沒有噪聲的。然后利用放大器電路將信號(hào)放大則完成了接口電路的工作。功放輸出采用低阻是因?yàn)樽詈笠患?jí)中已經(jīng)沒有放大線路了，這時(shí)無論是共振還是感應(yīng)到的干擾電流都不足以推動(dòng)揚(yáng)聲器運(yùn)動(dòng)，因此音箱線是采用無屏蔽結(jié)構(gòu)的材料。

理解了接口阻抗的關(guān)系，我們就必須按照專門的接口來正確連接器材。正常信號(hào)線采用兩芯雙絞屏蔽線。一般的連接有三種方式。一是采用卡龍母插頭對(duì)卡龍公插頭，二是采用兩芯插頭對(duì)兩芯插頭，三是不規(guī)范的轉(zhuǎn)換連接，如卡龍母插頭對(duì)兩芯插頭。也有器材全部用三芯接口，但利用插座的內(nèi)部彈片完成平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換的。

因?yàn)檩斎胱杩惯h(yuǎn)遠(yuǎn)大于線路阻抗，因此信號(hào)線的粗細(xì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量影響不大。但需要關(guān)注的是信號(hào)線屏蔽層的連接關(guān)系。有些設(shè)備特別是功放器都有一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，是懸浮地和真大地的轉(zhuǎn)換。開關(guān)撥到懸浮地表示信號(hào)插頭的接地端是與機(jī)器外殼分離的：撥到真大地連接時(shí)，表示信號(hào)插頭的接地端是與機(jī)器外殼連接到一起的。在大型工程中，接地點(diǎn)的設(shè)計(jì)往往成了系統(tǒng)噪聲影響的關(guān)鍵。

一般小系統(tǒng)中器材較少，受環(huán)境電磁干擾較少，而且不能得到很好的地線連接，如接地電阻過高，與其他燈光設(shè)備共用一個(gè)接地點(diǎn)時(shí)，可以采用懸浮地連接。即將所有接地開關(guān)撥向懸浮地，并將電源插頭中的地線去除。

當(dāng)系統(tǒng)有較多器材時(shí)，就有必要考慮利用真大地來增強(qiáng)器材整體的屏蔽作用了，并且要考慮等電位接地的工作。如果要接地，為了避免各級(jí)接地線路間的壓降，使器材外殼有一個(gè)盡量接近的電位，接地線路一定要夠粗。如果不能保證，那么將各器材間接地點(diǎn)各取一條線，在機(jī)柜底部接地點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)接地。然后將這個(gè)接地點(diǎn)與配電柜接地點(diǎn)連接。

工程設(shè)計(jì)及施工不合理造成的噪聲

大型工程中，設(shè)計(jì)不合理造成的噪聲也很多。比如將硅箱和供電線路距離調(diào)音臺(tái)、周邊等距離太近（特別是調(diào)音臺(tái)，因?yàn)樗窍到y(tǒng)最前端，對(duì)弱信號(hào)放大量較大）：在周邊功放柜中疊裝了燈光供電設(shè)備：機(jī)柜中強(qiáng)電線路與信號(hào)弱電線路分布在一起：長(zhǎng)距離布線時(shí)將信號(hào)線與電源線放在一個(gè)線槽（距離太近）等等。

施工不合適也會(huì)導(dǎo)致噪聲。包括焊接不良的現(xiàn)象，工程中甚至?xí)霈F(xiàn)廣播的聲音。一般為了不將各級(jí)器材感應(yīng)到的電流疊加而增加整體的噪聲，在焊接連接頭時(shí)就需要考慮單向屏蔽，即屏蔽層只與上級(jí)設(shè)備連接，而不與后級(jí)設(shè)備連接。例如，輸出端為卡龍母頭時(shí)，1腳焊接的屏蔽層需要與接外殼的焊片焊接，而末端為卡龍公接頭時(shí)，根本就沒有這個(gè)焊接片：如果是兩芯對(duì)兩芯連接時(shí)，則前級(jí)信號(hào)線的白色和屏蔽層焊接到地端，后級(jí)接頭將屏蔽層剪斷，紅色接熱端，只將白色線連接到插頭地端，最大程度減少外部電磁干擾。

四.設(shè)計(jì)與施工中的預(yù)防方案

以某一大型綜合項(xiàng)目為例。

某個(gè)酒店大型綜合音視頻工程，有多功能演繹廳，專業(yè)會(huì)議廳，多間卡拉0K包房，并且有網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)歌系統(tǒng)，每間包房和演繹廳、會(huì)議廳均可以播放閉路電視。演繹廳有獨(dú)立的功放房、耳光室、硅箱房。每個(gè)項(xiàng)目間距離都超過100米。除了每個(gè)子項(xiàng)目獨(dú)立的功能，還需要將多功能演繹廳和專業(yè)會(huì)議廳的信號(hào)交互傳輸，將多功能廳演出節(jié)目的音視頻信號(hào)傳輸?shù)矫块g包房。

在實(shí)際調(diào)試中，各項(xiàng)目獨(dú)立工作則正常，只要信號(hào)一連接就出現(xiàn)電噪聲。

工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

此工程中演繹廳最為復(fù)雜，因此工程設(shè)計(jì)以它為核心。

（1）除了滿足功能要求設(shè)計(jì)，這里需要特別考慮的是工程設(shè)計(jì)。因?yàn)楦黜?xiàng)目間要聯(lián)網(wǎng)，因此所有的音頻系統(tǒng)必須使用同一相電供電，包括所有的包房系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

（2）演繹廳燈光供電回路采用單獨(dú)供電，與音響系統(tǒng)取不同的零線和地線：

（3）演繹廳音響系統(tǒng)采用兩臺(tái)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，前級(jí)設(shè)備和功放分別配備合適功率的產(chǎn)品，并一定采用相同相位：

（4）各系統(tǒng)間線路盡量使用好的屏蔽線，如采用雙層屏蔽線材（除了錫箔屏蔽外，還有兩層屏蔽網(wǎng)），各線路布線按照同一流向同一單獨(dú)金屬線槽（管）的方式布線，可以不同流向的信號(hào)線先穿獨(dú)立鐵管，然后放在一個(gè)總線槽內(nèi)：

（5）總電源線和燈光輸出線盡量遠(yuǎn)離音視頻弱電線槽，并有獨(dú)立強(qiáng)電槽：

（6）電腦燈和數(shù)字硅箱控制線走獨(dú)立線管：

（7）各線槽間接口必須穩(wěn)定連接，采用螺絲或鉚釘可靠導(dǎo)電方式連接。如果不能確定，則需要用接地排線連接：

（8）因?yàn)殚]路電視在大樓輸入端有接地，因此末端分配器一定要進(jìn)入等電位接地回路。

（9）機(jī)房接地點(diǎn)設(shè)計(jì)合理：總控室、功放房、其他會(huì)議室音頻信號(hào)接地點(diǎn)接地電阻小于1Ω，硅箱房燈光接地點(diǎn)接地電阻小于4Ω。

（10）各線槽按照不同功能要求接地。音頻系統(tǒng)的接音頻地，燈光系統(tǒng)的接燈光地：

（11）連接線按照單點(diǎn)接地方法焊接：

（12）若電腦燈和電腦變色燈數(shù)量教多，而且采用一臺(tái)控制臺(tái)來控制，則需要在燈光架處安裝信號(hào)分配（隔離）器，或者采用無線信號(hào)發(fā)送接受器：

（13）電腦點(diǎn)歌服務(wù)器與包房工作站之間必須采用非屏蔽五類線或六類線：

（14）視頻設(shè)備（數(shù)字快球或數(shù)字解碼器）與控制器之間采用屏蔽雙絞線連接，但屏蔽層只連接控制鍵盤一端，視頻設(shè)備間不接屏蔽層：

（15）演繹廳機(jī)房送到包房的信號(hào)線采用雙層屏蔽線穿金屬鐵管方式，兩端鐵管分別良好接地，信號(hào)線單點(diǎn)接地平衡傳輸：

（16）如果視頻器材產(chǎn)生電磁干擾，可以考慮用雙絞線傳輸器傳輸視頻信號(hào)，采用帶屏蔽雙絞線傳輸，但屏蔽層單點(diǎn)接地：

有了以上工程設(shè)計(jì)的要求，并且嚴(yán)格執(zhí)行，系統(tǒng)中的電源干擾就會(huì)得到很好的控制。只要嚴(yán)格施工，并且細(xì)心檢查，就能根除音頻系統(tǒng)中的噪聲問題。

五.名詞解釋

1.樂音與噪音

有人定義音樂作品中所使用的音稱為樂音（musical tone），其余皆稱為噪音（noise）：也有人定義鋼琴鍵盤上一個(gè)周期所包含的十二個(gè)鍵為“樂音”，其余為“噪音”：也有不少書籍定義“樂音”為震動(dòng)有規(guī)則的音響，“噪音”為震動(dòng)無規(guī)則的音響。

（1）白噪聲

白噪聲（white noise），整個(gè)音頻頻率范圍內(nèi)，功率密度譜均勻分布且等比例寬度的能量相等的一種噪聲，換句話說，此信號(hào)在各個(gè)頻段上的功率是一樣的，由于白光是由各種頻率（顏色）的單色光混合而成，因而此信號(hào)的這種具有平坦功率譜的性質(zhì)被稱作是“白色的”，此信號(hào)因此也被稱作白噪聲。一般用于測(cè)試音響設(shè)備的頻率響應(yīng)等特性。

（2）粉紅噪聲

粉紅噪聲（Pink Noise），是一種頻率覆蓋范圍很寬的聲音，低頻能下降到接近OHz（不包括OHz）高頻端能上到二十幾千赫，而且它在等比例帶寬內(nèi)的能量是相等的（誤差只不過0.1dB左右）。比如用1/30ct帶通濾波器去計(jì)算分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，它的每個(gè)頻帶的電平值都是相等的（2/3oct、1/6oct、1/12oct也是一樣），這就是為什么在測(cè)試聲場(chǎng)頻率特性中要用粉紅噪聲作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的原因，也是一種隨機(jī)測(cè)試信號(hào)。這種信號(hào)隨著頻率每升高一個(gè)八度，信號(hào)強(qiáng)度就衰減3dB，由于人耳對(duì)音量的感受是對(duì)數(shù)型的，所以“粉紅噪聲”這種每升高一個(gè)八度、強(qiáng)度就衰減3dB的特性，在人耳里聽起來反而感覺每個(gè)頻段的音量大小都是一致的。

（3）楞次定律

楞次定律，是確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電流）方向的定律。

定律內(nèi)容一般表述為：閉合回路中感應(yīng)電流（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）的方向，總是使它產(chǎn)生的磁場(chǎng)去阻礙引起感應(yīng)電流（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）的磁通量的變化。當(dāng)通過回路的磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反：當(dāng)通過回路的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同。當(dāng)磁體與線圈由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，用楞次定律判定出的感應(yīng)電流方向總是起阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。我們可把楞次定律表述為：感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。楞次定律符合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。

楞次定律是判定感生電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電流）方向的普遍定律。楞次定律判定的對(duì)象是閉合回路，適用于一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

（4）能量守恒定律

定律內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。

（5）基爾霍夫定律

基爾霍夫定律闡明了集總參數(shù)電路中流入和流出節(jié)點(diǎn)的各電流間以及沿回路的各段電壓間的約束關(guān)系的定律。1845年由德國(guó)物理學(xué)家G.R.基爾霍夫提出。集總參數(shù)電路指電路本身的最大線性尺寸遠(yuǎn)小于電路中電流或電壓的波長(zhǎng)的電路，反之則為分布參數(shù)電路?；鶢柣舴蚨砂娏鞫珊碗妷憾伞?/p>

基爾霍夫電流定律（KCL）：任一集總參數(shù)電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間流出該節(jié)點(diǎn)的所有電流的代數(shù)和恒為零，即：就參考方向而言，流出節(jié)點(diǎn)的電流在式中取正號(hào)，流入節(jié)點(diǎn)的電流取負(fù)號(hào)。基爾霍夫電流定律是電荷守恒定律在電路中的體現(xiàn)。

基爾霍夫電壓定律（KVL）是描述回路中各支路（或各元件）電壓之間關(guān)系的。KVL的基本內(nèi)容為：在集總電路中，任何時(shí)刻，沿任意閉合路徑各段電路電壓的代數(shù)和恒等于零。即：u=O。這是由能量守恒定律得到的。

（6）歐姆定律

歐姆定律，是計(jì)算電路導(dǎo)體中電流與電壓的關(guān)系的定律。定律內(nèi)容一般表述為：在同一電路中.導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電流成反比。

歐姆定律公式：I=U/R

其中：I、U、R——三個(gè)量是屬于同一部分電路中同一時(shí)刻的電流強(qiáng)度、電壓和電阻。