如何降低有源音箱噪音

有源音箱的噪音主要來源于三種：電磁干擾，電線干擾及機械雜音及熱噪聲，本文將介紹如何預(yù)防及降低這些噪音的方法。

一、電磁干擾

　　電磁干擾主要來源是電源變壓器和空間雜散電磁波。

　　有源音箱除極少數(shù)特殊產(chǎn)品外，多數(shù)是由市電提供電源，因此必然要使用電源變壓器。電源變壓器工作過程是一個“電—磁—電”的轉(zhuǎn)換過程，在電磁轉(zhuǎn)換過程中必然會產(chǎn)生磁泄露，變壓器泄磁被放大電路拾取放大，最終表現(xiàn)為由揚聲器發(fā)出的交流聲。

　　電源變壓器常見規(guī)格有EI型、環(huán)型和R型，無論是從音質(zhì)角度還是從電磁泄露角度來看，這三種變壓器各有優(yōu)缺點，不能簡單判定優(yōu)劣。

　　EI型變壓器是最常見、應(yīng)用最廣的變壓器，磁泄露主要來源E與I型鐵心之間的氣隙以及線圈自身輻射。EI型變壓器磁泄露是有方向性，如下圖所示，X、Y、Z軸三個方向上，線圈軸心Y軸方向干擾最強，Z軸方向最弱，X軸方向的輻射介于Y、Z之間，因此實際使用時盡量不要使Y軸與電路板平行。

　　環(huán)型變壓器由于不存在氣隙、線圈均勻卷繞鐵芯，理論上漏磁很小，也不存在線圈輻射。但環(huán)型變壓器由于無氣隙存在，抗飽和能力差，在市電存在直流成分時容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生很強的磁泄露。國內(nèi)不少地區(qū)市電波形畸變嚴(yán)重，因此許多用家使用環(huán)型變壓器感覺并不比EI型變壓器好，甚至更差。所謂環(huán)型變壓器絕無泄露，或是因媒介誤導(dǎo)，或是因廠商出于商業(yè)宣傳需要而杜撰，環(huán)型變壓器磁泄露極低的說法只是在市電波型為嚴(yán)格的正弦波時才成立。另外，環(huán)型變壓器還會在引線處出現(xiàn)較強電磁泄露，因此環(huán)型變壓器的漏磁也是有一定方向性的，實際裝機時旋轉(zhuǎn)環(huán)型變壓器，在某個角度上獲得最高信噪比。

　　R型變壓器可簡單看做橫截面圓型的環(huán)型變壓器，但在線圈繞制手法上有區(qū)別，散熱條件遠(yuǎn)比環(huán)型變壓器為好，鐵芯展開為漸開漸合型，R型變壓器電磁泄露情況與環(huán)型變壓器類似。由于每匝線長比環(huán)型變壓器短，能緊貼鐵心繞制，因此上述三類變壓器中R型變壓器的銅損最小。

　　如條件允許，可考慮為變壓器裝一只屏蔽罩，并做妥善接地處理，該金屬罩只能選用鐵性材料，一般金屬如銅、鋁等只有電屏蔽作用而無磁屏蔽作用，不能作為變壓器屏蔽罩。

　　上述分析是建立在變壓器選料、制作精良的基礎(chǔ)上，實際多數(shù)市售變壓器產(chǎn)品由于成本壓力和競爭需要，未嚴(yán)格按行業(yè)規(guī)范設(shè)計，甚至偷工減料，分析起來不可預(yù)測因素較多。首先是鐵芯材料的品質(zhì)，很多企業(yè)用導(dǎo)磁率較低的H50鐵芯、邊角料甚至攙雜軟鐵制作變壓器，導(dǎo)致變壓器空載電流很高，鐵損過大，空載發(fā)熱嚴(yán)重；這類變壓器為降低成本、同時為掩蓋鐵損偏高帶來的電壓調(diào)整率過大問題，大幅度減少初次級線圈匝數(shù)，以降低銅損的方式來降低電壓調(diào)整率，這種做法更進(jìn)一步增大了空載電流，而空載電流偏大將直接導(dǎo)致磁泄露加劇。

　　環(huán)型變壓器問題更復(fù)雜一些。正規(guī)的環(huán)型變壓器鐵芯是由一條等寬硅鋼帶緊密卷繞而成。還是出于成本原因，多數(shù)低價環(huán)型變壓器使用數(shù)條甚至數(shù)十?dāng)?shù)條硅鋼帶拼接，甚至使用邊緣參差不齊的邊角料卷繞，繞制好后用機床車平，由于環(huán)型變壓器線圈包繞鐵芯，不做破壞性解剖難以發(fā)現(xiàn)。機械加工對硅材料的晶格排列、相鄰硅鋼帶間絕緣都有嚴(yán)重破壞，這樣的環(huán)型變壓器無論性能或漏磁特性均會大幅度降低，即使經(jīng)過退火處理也無法彌補質(zhì)量上的嚴(yán)重缺陷。

　　雜散電磁波主要來自有源音箱的功率輸出導(dǎo)線、揚聲器及功率分頻器、無線發(fā)射設(shè)備和計算機主機，產(chǎn)生原因在這里不做深入討論。雜散電磁波在傳輸、感應(yīng)的形式上與電源變壓器類似，雜散磁場頻率范圍很寬，有用家反映有源音箱莫名其妙接收到當(dāng)?shù)仉娕_廣播就是典型的雜散電磁波干擾。

　　另外一個需引起重視的干擾源為整流電路。濾波電容在開機進(jìn)入正常狀態(tài)后，充電僅集中在交流電峰值時，充電波形是一個寬度較窄的強脈沖，電容量越大，脈沖強度也越大，從電磁干擾角度看，濾波電容并非越大越好，整流管與濾波電容之間走線應(yīng)盡量縮短，同時盡量遠(yuǎn)離功放電路，PCB空間不允許則盡量用地線包絡(luò)。

電磁干擾主要防治措施：

　　1.降低輸入阻抗。

　　電磁波主要被導(dǎo)線及PCB板走線拾取，在一定條件下，導(dǎo)線拾取電磁波基本可視為恒功率。根據(jù)P=U＾U/R推導(dǎo)，感應(yīng)電壓與電阻值的平方成反比，即放大器實現(xiàn)低阻抗化對降低電磁干擾很有利。 例如一個放大器輸入阻抗由原20K降低至10K，感應(yīng)噪聲電平將降至1/4的水平。有源音箱音源主要是電腦聲卡、隨身聽、MP3，這類音源帶載能力強，適當(dāng)降低有源音箱輸入阻抗對音質(zhì)造成的影響非常微弱不易覺察，筆者試驗時曾嘗試將有源音箱輸入阻抗降至2KΩ，未感覺音質(zhì)變化，長期工作也未見異常。

　　2.增強高頻抗干擾能力

　　針對雜散電磁波多數(shù)是中高頻信號的特點，在放大器輸入端對地增設(shè)磁片電容，容值可在47——220P之間選取，數(shù)百皮法容值的電容頻率轉(zhuǎn)折點比音頻范圍高兩、三個數(shù)量級，對有效聽音頻段內(nèi)的聲壓響應(yīng)和聽感的影響可忽略不計。

　　3.注意電源變壓器安裝方式

　　采用質(zhì)量較好的電源變壓器，盡量拉開變壓器與PCB之間的距離，調(diào)整變壓器與PCB之間的方位，將變壓器與放大器敏感端遠(yuǎn)離；EI型電源變壓器各方向干擾強度不同，注意盡量避免干擾強度最強的Y軸方向?qū)?zhǔn)PCB。

　　4.金屬外殼須接地

　　對于HIFI獨立功放來說，設(shè)計規(guī)范的產(chǎn)品在機箱上都有一個獨立的接地點，該接地點其實是借助機箱的電磁屏蔽作用降低外來干擾；對于常見有源音箱來說，兼做散熱器的金屬面板也需接地；音量、音調(diào)電位器外殼，條件允許的話盡量接地，實踐證明，該措施對工作于電磁環(huán)境惡劣條件下的PCB十分有效。

二、地線干擾

　　電子產(chǎn)品的地線設(shè)計是極其重要的，無論低頻電路還是高頻電路都必須要個遵照設(shè)計規(guī)則。高頻、低頻電路地線設(shè)計要求不同，高頻電路地線設(shè)計主要考慮分布參數(shù)影響，一般為環(huán)地，低頻電路主要考慮大小信號地電位疊加問題，需獨立走線、集中接地。從提高信噪比、降低噪音角度看，模擬音頻電路應(yīng)劃歸低頻電子電路，嚴(yán)格遵循“獨立走線、集中一點接地”原則，可顯著提高信噪比。

　　音頻電路地線可簡單劃分為電源地和信號地，電源地主要是指濾波、退耦電容地線，小信號地是指輸入信號、反饋地線。小信號地與電源地不能混合，否則必將引發(fā)很強的交流聲：強電地由于濾波和退耦電容充放電電流較大（相對信號地電流），在電路板走線上必然存在一定壓降，小信號地與該強電地重合，勢必會受此波動電壓影響，也就是說，小信號的參考點電壓不再為零。信號輸入端與信號地之間的電壓變化等效于在放大器輸入端注入信號電壓，地電位變化將被放大器拾取并放大，產(chǎn)生交流聲。增加地線線寬、背錫處理只能在一定程度上減弱地線干擾，但收效并不明顯。有部分未嚴(yán)格將地線分開的PCB由于地線寬、走線很短，同時放大級數(shù)很少、退耦電容容量很小，因此交流聲尚在勉強可接受范圍內(nèi)，只是特例，沒有參考意義。

　　需注意的是，變壓器電磁干擾引發(fā)的交流聲頻率一般為50HZ左右，而地線布線不當(dāng)導(dǎo)致的交流聲，由于整流電路的倍頻作用頻率約為100HZ，仔細(xì)區(qū)分還是可以察覺的。

　　正確的布線方法是，選擇主濾波電容引腳作為集中接地點，強、弱信號地線嚴(yán)格區(qū)分開，在總接地點匯總。

三、機械雜音及熱噪聲

　　（一）機械噪聲

　　有源音箱將音箱與放大器集成在一起，因此有部分噪聲是特有的。