音頻系統(tǒng)噪聲源的排除方法

音頻系統(tǒng)噪聲形成的機(jī)理較為復(fù)雜，針對(duì)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生的主要原因和解決辦法尤其重要。
在錄音擴(kuò)聲或音頻傳輸過(guò)程中噪聲是具有一定頻率的紋波電壓通過(guò)電源線路竄入音頻設(shè)備的供電回路，普遍存在又非常令人頭痛和不易解決。通常組成音頻設(shè)備的設(shè)備越多或信號(hào)傳輸距離越長(zhǎng)，系統(tǒng)的噪聲就越大；甚至使得音頻系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行正常的錄音或擴(kuò)聲工作。

噪聲產(chǎn)生的主要原因

電磁輻射干擾噪聲

環(huán)境的雜散電磁波輻射干擾，如手機(jī)、對(duì)講機(jī)等通信設(shè)備的高頻電磁波輻射干擾，電梯、空調(diào)、汽車(chē)點(diǎn)火、電焊等電脈沖輻射，演播廳燈光控制用可控硅整流控制設(shè)備的輻射都會(huì)通過(guò)傳輸線直接混入傳輸信號(hào)中形成噪聲或穿過(guò)屏蔽不良的設(shè)備外殼干擾機(jī)內(nèi)電路產(chǎn)生干擾噪聲(實(shí)踐表明在一些特殊的場(chǎng)合，如大量使用可控硅調(diào)光設(shè)備的演播廳等，如果沒(méi)有采取可靠的屏蔽和接地措施，噪聲將會(huì)很?chē)?yán)重)。

電源干擾噪聲

除電磁輻射外，電源部分引入干擾噪聲也是產(chǎn)生噪聲的主要原因(城市電網(wǎng)由于各種照明設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、控制設(shè)備共同接入，形成了一個(gè)十分嚴(yán)重的干擾源(如接在同一電網(wǎng)中的燈光調(diào)控設(shè)備、空調(diào)、電機(jī)等設(shè)備會(huì)在電源線路上產(chǎn)生尖峰脈沖、浪涌電流、不同頻率的紋波電壓)，通過(guò)電源線路竄入音頻設(shè)備的供電電源，總會(huì)有一部分干擾噪聲電壓無(wú)法通過(guò)音頻設(shè)備的電源電路有效的濾除，將必然會(huì)在設(shè)備內(nèi)部形成噪聲(尤其是同一電網(wǎng)中的電磁兼容性能達(dá)不到要求的大功率設(shè)備是干擾音頻設(shè)備的主要原因)。

接地回路噪聲

在音頻系統(tǒng)中，必須要求整個(gè)系統(tǒng)有良好的接地，接地電阻要4歐姆。否則音頻系統(tǒng)中設(shè)備由于各種輻射和電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電荷將不能夠流入大地，從而形成噪聲電壓疊加到音頻信號(hào)中。
在不同設(shè)備的地線之間由于接地電阻的不同而存在地電位差，或在系統(tǒng)的內(nèi)部接地存在回路時(shí)，則會(huì)引接地噪聲，2個(gè)不同的音頻系統(tǒng)互連時(shí)，也有可能產(chǎn)生噪聲，噪聲是由2個(gè)系統(tǒng)的地線直接相連造成的。

設(shè)備內(nèi)部的電路噪聲

由于內(nèi)部電子元件產(chǎn)生的電噪聲在一臺(tái)設(shè)備單獨(dú)工作時(shí)，可以達(dá)到要求的指標(biāo)。但是當(dāng)多臺(tái)設(shè)備級(jí)連時(shí)其噪聲就會(huì)積累增加。實(shí)踐應(yīng)用中，有些低檔次的設(shè)備會(huì)因?yàn)閮?nèi)部電源濾波不良，使得設(shè)備本身的交流聲增大，在系統(tǒng)中有時(shí)會(huì)形成很?chē)?yán)重的噪聲。

排除噪聲的辦法

系統(tǒng)的正確連接

在音頻系統(tǒng)中，一般連接的設(shè)備很多。不同設(shè)備有不同的接口形式，使用的接插件各不相同。有平衡和不平衡的輸入輸出形式，為有效地屏蔽外界的電磁輻射干擾，必須統(tǒng)一使用屏蔽電纜并采用正確的方法連接。

眾所周知，當(dāng)音頻信號(hào)傳輸采用平衡式傳輸方式時(shí)，則外部干擾源對(duì)電纜內(nèi)的2根信號(hào)線的每根線產(chǎn)生的共模干擾電平對(duì)地環(huán)路幾乎相等。在設(shè)備內(nèi)部放大器的輸入端，2根信號(hào)線上的共模電壓將換成差模電壓而相互抵消，形成不了干擾電壓。所以應(yīng)盡可能使用平衡式的連接方式。

在與不平衡的輸出設(shè)備連接時(shí)，可直接用單芯屏蔽電纜，將平衡設(shè)備的端口和不平衡設(shè)備的端口連接。而不采用平衡--不平衡變換器。屏蔽層感應(yīng)的噪聲混入到音頻信號(hào)中，從而增加噪聲。這將是引入噪聲的一個(gè)主要途徑。建議采取的方法是，無(wú)論采用平衡或不平衡的傳輸，都采用雙芯屏蔽電纜，并且屏蔽層只在平衡輸出或輸入的一端接地,如圖1。當(dāng)兩端都是不平衡的連接時(shí)，如果傳輸距離較遠(yuǎn)，最好使用平衡--不平衡轉(zhuǎn)換器或音頻隔離變壓器轉(zhuǎn)換為平衡式傳輸，如圖2所示?，F(xiàn)在的音頻設(shè)備的連接普遍采用電壓跨接方式連接。即所有音頻設(shè)備的線路輸出都是低阻輸出，而作為負(fù)載的線路輸入端則都采用高阻抗輸入，除了功放和音箱的連接外，一般不需要專門(mén)考慮阻抗匹配。

圖1平衡端與不平衡端連接

圖2不平衡轉(zhuǎn)換為平衡傳輸良好的接地處理

為使帶屏蔽層的電纜能夠屏蔽外界的雜散電磁干擾。屏蔽層必須要有正確的連接和良好的接地。實(shí)踐中，所有的設(shè)備懸浮，是在沒(méi)有專門(mén)的地線條件下最常采用的一種措施。

但這是一種極不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，往往會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的隨機(jī)噪聲，所以整個(gè)系統(tǒng)要良好接地。首先應(yīng)設(shè)有專門(mén)的地線，且接地電阻小于4歐姆。不能采用電源的零線作為音頻系統(tǒng)設(shè)備的地線。在室外場(chǎng)所，可以考慮埋設(shè)臨時(shí)性地線，最簡(jiǎn)單的辦法是用一根一米長(zhǎng)左右的鋼管或鋁合金管插入地下，并做侵鹽處理，效果很好。

一般的系統(tǒng)都是有多臺(tái)設(shè)備通過(guò)電纜連接起來(lái)的鏈路系統(tǒng)。很容易由其屏蔽系統(tǒng)組成鏈?zhǔn)浇拥胤绞?。?dāng)某臺(tái)設(shè)備上產(chǎn)生電磁輻射或靜電感應(yīng)噪聲時(shí)，會(huì)由于傳輸線的屏蔽層和鐵質(zhì)設(shè)備外殼組成的接地系統(tǒng)使得整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。進(jìn)而使系統(tǒng)產(chǎn)生一定的噪聲電平，此類干擾在鏈路較長(zhǎng)的音頻系統(tǒng)上尤為明顯。所以系統(tǒng)要盡量避免使用鏈?zhǔn)浇拥胤绞?，而?yīng)使用星型接地方式。即每一臺(tái)設(shè)備通過(guò)專門(mén)的地線接到統(tǒng)一接地點(diǎn)上，這就要求連接所有設(shè)備的音頻電纜的屏蔽層要一端接地。接屏蔽層處各設(shè)備的地線通過(guò)專門(mén)的導(dǎo)線一個(gè)接地點(diǎn)連接，如圖3所。

圖3設(shè)備星型接地方法

如果信號(hào)傳輸線兩端的屏蔽層都接地，必然形成接地回路。當(dāng)該回路受到其它設(shè)備的電磁輻射干擾時(shí)，在電纜的屏蔽層必然會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，以致產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾噪聲，形成地回路噪聲干擾，如圖4所示。

圖4地回路形成示意圖

為保證系統(tǒng)不出現(xiàn)地環(huán)路結(jié)構(gòu)，要求各設(shè)備間只能有一條接地導(dǎo)線互連，在要求不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱?chǎng)合?？梢宰尣黄胶庠O(shè)備懸浮，通過(guò)音頻信號(hào)線共用下一級(jí)設(shè)備的地線。也就是采用鏈形接地，但這種鏈形接地的級(jí)數(shù)不能太多，一般不超過(guò)2級(jí)。否則將使噪聲嚴(yán)重增加。

機(jī)殼間的相連問(wèn)題也應(yīng)引起重視，比如許多設(shè)備安裝在同一機(jī)架上，如果每個(gè)設(shè)備單獨(dú)連接了地線，2臺(tái)設(shè)備因?yàn)榘惭b在同一機(jī)架上而使得機(jī)殼相連，當(dāng)然形成了接地回路。

系統(tǒng)的隔離

在一些大型的音頻系統(tǒng)中，往往由以多臺(tái)調(diào)音臺(tái)為中心的子系統(tǒng)組成，或要和視頻設(shè)備系統(tǒng)互連。有時(shí)還要向遠(yuǎn)端的聲視頻系統(tǒng)傳輸信號(hào)，廣播電臺(tái)甚至常用電話線路傳輸音頻廣播直播信號(hào)。這些遠(yuǎn)距離的連接，由于不同的子系統(tǒng)都有各自獨(dú)立的接地系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)一旦地線相連，必然形成接地噪聲，如圖5所示；另一方面，由于傳輸?shù)木嚯x較長(zhǎng)，傳輸線屏蔽層的接地電阻會(huì)增大，甚至用了非屏蔽傳輸線等等，就容易引入大量的外界電磁場(chǎng)輻射干擾噪聲。在實(shí)際應(yīng)用中，如果每個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)工作，噪聲可通過(guò)合理的連線和接地控制在允許的電平內(nèi)，但當(dāng)多個(gè)子系統(tǒng)互連后，即使用了單端屏蔽接地或長(zhǎng)線分段接地處理，也沒(méi)有辦法解決長(zhǎng)距離傳輸造成的輻射干擾噪聲。尤其用龐大的電話網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，這時(shí)最好的措施就是采用隔離的辦法。在多個(gè)系統(tǒng)間加裝音頻隔離變壓器使之互相隔離。多個(gè)子系統(tǒng)的地線不得相連，用光隔離的辦法徹底隔離不同的子系統(tǒng)，如圖6所示，效果較好。

圖5系統(tǒng)間的隔離處理

圖6有2臺(tái)MD錄音機(jī)組成的光隔離方法電源凈化

為了隔離公共電網(wǎng)形成的干擾噪聲，最好或一般采用隔離凈化電源或隔離變壓器，隔離變壓器或凈化電源的接地端一定要保證有可靠、良好的接地。否則隔離的效果不好。要和一些干擾較強(qiáng)的大功率電器隔離，單獨(dú)供電，或在音頻設(shè)備的電源輸入端加裝濾波器將干擾噪聲濾除。

有時(shí)也可以通過(guò)改變單相供電的音頻設(shè)備的火線和零線輸入的位置，找到噪聲最小的一種連接插法。這樣也可以使一些噪聲干擾降低，還要注意音頻傳輸線不得和電源線平行布線，要將音頻線和電源線交叉布線，也可可降低交流噪聲干擾。

結(jié)語(yǔ)

本文主要就音頻和擴(kuò)聲設(shè)備實(shí)際應(yīng)用的外部干擾噪聲問(wèn)題作了部分探討。當(dāng)然有些噪聲是由設(shè)備內(nèi)部的電路產(chǎn)生的熱噪聲。有些是輸入信號(hào)源中直接含有的或傳聲器拾取的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境噪聲等。