【導(dǎo)讀】有源音箱的噪音是怎樣造成的呢?其主要來源于三種:電磁干擾,電線干擾及機(jī)械雜音及熱噪聲,本文將介紹如何預(yù)防電磁干擾及降低這些噪音的方法。
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(qiáng),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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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?!?/p>
圖題:有源音箱的噪音分析
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(jī)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(jī)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(bǔ)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(jī)主機(jī),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(jī)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(qiáng)脈沖,電容量越大,脈沖強(qiáng)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
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(qiáng),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。
增強(qiáng)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。
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(qiáng)度不同,注意盡量避免干擾強(qiáng)度最強(qiáng)的Y軸方向?qū)?zhǔn)PCB。
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(jī)箱上都有一個獨立的接地點,該接地點其實是借助機(jī)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。