有源音箱雜音產(chǎn)生的原因分析

摘 要:有源音箱又稱之為功放，是指在音箱內(nèi)部與音源相連便可以直接工作的音箱。日常生活中常出現(xiàn)有源音箱產(chǎn)生雜音的現(xiàn)象，因此分析其產(chǎn)生的原因?qū)τ谟性匆粝涞脑O(shè)計(jì)和制作具有重要意義。本文從三個(gè)方面分析有源音箱產(chǎn)生雜音的原因，即有源音箱自身質(zhì)量的影響，接地處理和電磁干擾分析有源音箱產(chǎn)生雜音的原因。

關(guān)鍵詞:有源音箱 雜音 原因

中圖分類號(hào):TU112文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(b)-0104-02

在日常的工作、生活中，當(dāng)信號(hào)狀況不好時(shí)，有源音箱會(huì)發(fā)出噪音。針對(duì)這一現(xiàn)象，本文分別從音箱的內(nèi)部構(gòu)造、工作原理及外部環(huán)境方面，討論有源音箱發(fā)出雜音的原因，并給出其合理解釋。

1 有源音箱介紹

1.1 有源音箱

有源音箱即功放，通常帶有功率放大器，又稱“主動(dòng)式音箱”，是指在音箱內(nèi)部與音源相連便可以直接工作的音箱。一般而言，有源音箱的清晰度較高，失真較小。音箱不必考慮與放大器匹配的問(wèn)題以及阻抗匹配的問(wèn)題，同時(shí)也便于用較低電平的音頻信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)。另外，由于在音箱內(nèi)在前置部分就進(jìn)行了分頻，使每臺(tái)功放僅負(fù)責(zé)放大某一段頻率的聲頻信號(hào)，因而放大器的效率往往可以做得高些，這也是有源音箱比無(wú)源音箱清晰，失真小的原因。由于有源音箱相比無(wú)源音箱具有成本低、連接簡(jiǎn)單、使用方便并且性能好等特點(diǎn)，所以廣受歡迎。

有源音箱的構(gòu)成可分為有源和無(wú)源部分。有源部分主要由功放組件和電源變壓器組成，無(wú)源部分主要包括揚(yáng)聲器、分頻器和音箱箱體[1]。而工作原理用最簡(jiǎn)單的話來(lái)說(shuō)便是從音源得到信號(hào)經(jīng)過(guò)傳輸再送到后面放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器，從而發(fā)出聲音。

1.2 各個(gè)部分及其工作原理

首先，電源變壓器用于提供電能，很多的設(shè)備，尤其是較為敏感的都具有這一部分。其次，音源是指聲音的播放設(shè)備，一般的播放器、mp3等都是音源。220v的電壓經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)管，再經(jīng)過(guò)變壓器，進(jìn)入橋式整流電路和濾波，最終使電壓更為穩(wěn)定，利于音箱的工作，也可以更好的保護(hù)音箱。信號(hào)進(jìn)入音量電位器調(diào)整后，進(jìn)入了具有可以提升一定量的高頻信號(hào)的能力的高音提升電路，因而這個(gè)過(guò)程中，聲音更加清晰，也沒(méi)有變得與原來(lái)的聲音不同，即失真。音源一般的輸出信號(hào)較小，直接連接到音箱的話聲音會(huì)很小，甚至根本沒(méi)有聲音。這個(gè)時(shí)候就需要功率放大器組件對(duì)音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行放大，以保證足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，將音源輸出的微弱信號(hào)放大到足夠的功率來(lái)推動(dòng)音箱，發(fā)出人們所需要的音量。箱體的作用是防止“聲短路現(xiàn)象”。由于音箱本身的阻抗一般很低，因此容易使音源過(guò)載，發(fā)生短路，這樣會(huì)造成音源的損壞，對(duì)于保護(hù)音源是十分重要的，若是沒(méi)有，會(huì)造成很大的損失。分頻器可以將不同頻率的信號(hào)區(qū)別對(duì)待，發(fā)到不同功放上。而功放的阻抗變化較大，可以很好的在音源和音箱之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，既保護(hù)了音源，又使音箱很好的工作。揚(yáng)聲器是最后發(fā)出聲音的地方。

2 有源音箱雜音形成原因分析

2.1 有源音箱自身質(zhì)量的影響

聲卡(Sound Card)也叫音頻卡，是實(shí)現(xiàn)聲波/數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。聲卡的基本功能是把來(lái)自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬波形，再輸出到耳機(jī)、揚(yáng)聲器、擴(kuò)音機(jī)、錄音機(jī)等聲響設(shè)備。聲卡產(chǎn)生噪音故障一般是由于聲卡沒(méi)有插正引起的，音頻線插錯(cuò)插孔、計(jì)算機(jī)聲卡驅(qū)動(dòng)程序與系統(tǒng)不兼容等也會(huì)導(dǎo)致雜音的出現(xiàn)。另外，由于聲卡是模擬部件，因此極易受到信號(hào)雜波的干擾。所以，在這一部分，做好干擾信號(hào)的濾波以及屏蔽是十分重要的。輸出信噪比可以衡量聲卡質(zhì)量的好壞，輸出信噪比是指音箱回放的正常聲音強(qiáng)度與噪聲信號(hào)強(qiáng)度的比值，值越大，則輸出信號(hào)中所摻雜的雜音越小，音質(zhì)越純凈。所以，聲卡質(zhì)量的好壞與音箱產(chǎn)生雜音與否有著較為直接的關(guān)系。

電源變壓器的工作過(guò)程是“電——磁——電”的轉(zhuǎn)換過(guò)程，在這一轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生磁泄露，另外，交變的磁場(chǎng)也引起了鐵芯的震動(dòng)，最終，變壓器泄磁被放大電路拾取放大，然后表現(xiàn)為揚(yáng)聲器里發(fā)出的雜音。電源變壓器常見規(guī)格有EI型、環(huán)型和R型，各有優(yōu)缺點(diǎn)。EI型變壓器的磁泄露主要來(lái)源E與I型鐵心之間的氣隙以及線圈自身輻射;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(wú)氣隙存在，抗飽和能力差，在市電存在直流成分時(shí)容易產(chǎn)生飽和，產(chǎn)生很強(qiáng)的磁泄露;R型變壓器電磁泄露情況與環(huán)型變壓器類似。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若在變壓器與固定板之間安裝諸如橡膠、泡棉類的彈性軟性材料，能很好的切斷震動(dòng)的耦合通道，音箱產(chǎn)生雜音的幾率也變小許多。

濾波電容是安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件。由于其具有電極性，因而也成為電解電容，它的正負(fù)極分別與電路正負(fù)極相連。濾波電容在開關(guān)電源中起著非常重要的作用，設(shè)置了濾波電容，可以濾除直流電中的交流成分，使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時(shí)也降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的干擾，使輸出電流更為平滑。所以，電容量越大，濾波性能越好，降低雜音產(chǎn)生的幾率。

穩(wěn)壓電源中，濾波電路濾波不完整，使輸出電壓中仍含有一定的脈動(dòng)交流成分， 這種脈動(dòng)交流成分稱為紋波電壓。為了客觀地評(píng)價(jià)直流電源的濾波性能，引入紋波系數(shù)%，其中，為紋波電壓的有效值，為直流輸出電。紋波是一個(gè)直流電壓中的交流成分，直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值，但它很多時(shí)候是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的，由于濾波不干凈，就會(huì)有剩余的交流成分。紋波電壓通常用有效值或峰值表示。

2.2 有源音箱接地處理的影響

電子產(chǎn)品的接地設(shè)計(jì)極其重要，這是為防止觸電或保護(hù)設(shè)備的安全，利用大地作電流回路的一項(xiàng)重要措施。把電子設(shè)備的金屬底盤或外殼接上地線，可以將一些無(wú)用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地，而且最重要的是，它能確保產(chǎn)品不會(huì)造成對(duì)人體的電擊傷害。

有源音箱的電路地線可簡(jiǎn)單劃分為電源地和信號(hào)地。電源地主要是指濾波、退耦電容地線，信號(hào)地是指輸入信號(hào)、反饋地線。電源地的濾波和退耦電容充放電電流較大，在電路板的走線上會(huì)存在一定的降壓，若小信號(hào)地與強(qiáng)電地重合，必然會(huì)受到波動(dòng)的影響。故電源地與小信號(hào)地不能混合，否則必將引起很強(qiáng)的交流聲，有源音箱便發(fā)出了雜音。所以，有源音箱接地后就具有了屏蔽作用，將產(chǎn)生磁場(chǎng)的設(shè)備的外殼設(shè)置屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到減輕或消除電磁場(chǎng)對(duì)人體危害的目的，也可以保護(hù)屏蔽接地體內(nèi)的設(shè)備免受外界電磁場(chǎng)的干擾影響，保證音質(zhì)。

但無(wú)論是高頻電路還是低頻電路，都必須按照設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)布線。高頻電路地線設(shè)計(jì)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(hào)地電位疊加問(wèn)題，需獨(dú)立走線、集中接地。所以，正確的布線方法是:選擇主濾波電容引腳作為集中接地點(diǎn)，強(qiáng)、弱信號(hào)地線嚴(yán)格區(qū)分開，在總接地點(diǎn)匯總。

2.3 電磁干擾

在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)經(jīng)歷這樣的情形:打開帶調(diào)光功能的臺(tái)燈，音箱會(huì)發(fā)出“吱吱”的噪音;將手機(jī)放在音箱旁邊，當(dāng)手機(jī)有來(lái)電或短信時(shí)，音箱就會(huì)發(fā)出“嗒嗒”的噪聲;若音箱離空調(diào)很近，當(dāng)空調(diào)開始工作時(shí)，可以聽到“嗚嗚”的噪音……這些都是由不同頻率的電磁波而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，即電磁干擾(Electro Magnetic Interference)。

電磁干擾(EMI)是導(dǎo)致設(shè)備、傳輸和系統(tǒng)性能劣化的電磁騷擾，分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，傳導(dǎo)方式是經(jīng)過(guò)電路傳到受影響設(shè)備上;輻射干擾是指干擾源把其信號(hào)耦合(干擾)到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)，即電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)對(duì)設(shè)備閉合環(huán)路的干擾。發(fā)生EMI的主要來(lái)源有:閃電雷擊，高壓電力設(shè)備的騷擾(如高壓輸電線路及變壓器的磁泄露)，電力開關(guān)操作，以晶閘管或類似電子器件為核心的設(shè)備(如變頻器、調(diào)光開關(guān)等節(jié)能器件)產(chǎn)生的高次諧波干擾，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，數(shù)字電路裝置(包括電腦、程控交換機(jī)、設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制等)，高頻振蕩電路，氣體放電燈、熒光燈的整流器、啟動(dòng)器，家用電器、辦公用電器。

在開關(guān)電源的輸入端，無(wú)工頻交流電流經(jīng)整流器后變成了單向脈動(dòng)電流，不再是單一頻率的電流，不僅包含直流分量，還含有一系列由基波分量和不同次數(shù)的諧波分量組成的高頻交流分量。這些諧波會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，一方面使前端電流發(fā)生畸變，產(chǎn)生尖脈沖，另一方面通過(guò)電源線產(chǎn)生輻射干擾，被接收機(jī)接收產(chǎn)生干擾。在開關(guān)電源的輸出端，輸出整流二極管也會(huì)產(chǎn)生反向浪涌電流，又由于電路中存在的分布電容和分布電感，會(huì)引起高頻衰減振蕩，從而產(chǎn)生了電磁干擾。

現(xiàn)在引入一項(xiàng)重要的部分—— 濾波電容，它有抑制電磁干擾的作用。電容器內(nèi)絕緣介質(zhì)材料的特性是電容器綜合性能的重要制約因素。電容器的最高使用頻率通常受電容器的電感和引線長(zhǎng)度限制，在某些頻率上電容器因電感會(huì)產(chǎn)生自諧振振蕩。電容的諧振頻率由等效電感和電容共同決定，電容的電感值越大，則諧振頻率越低，也就是電容的高頻濾波效果越差。等效電感與電容器的引線長(zhǎng)度有很大的關(guān)系，引線越長(zhǎng)，則電感越大，電容的諧振頻率越低。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓最終引起了干擾。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)詳細(xì)的研究和分析，我們得出以下結(jié)論:有源音箱雜音形成原因主要來(lái)自三方面，一方面來(lái)自有源音箱自身質(zhì)量的影響，另一方面是有源音箱接地處理的影響，還有一方面來(lái)自于電磁干擾。來(lái)自有源音箱自身質(zhì)量的影響又有三方面，一是聲卡的影響，二是濾波電容過(guò)小，三是電源紋波系數(shù)過(guò)大。在實(shí)際生活應(yīng)用中，來(lái)自電磁干擾的影響最大。對(duì)于如何消除有源音箱的雜音干擾問(wèn)題的研究，可以從這幾方面著手。

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