有源音箱雜音產生的原因分析

摘 要:有源音箱又稱之為功放，是指在音箱內部與音源相連便可以直接工作的音箱。日常生活中常出現有源音箱產生雜音的現象，因此分析其產生的原因對于有源音箱的設計和制作具有重要意義。本文從三個方面分析有源音箱產生雜音的原因，即有源音箱自身質量的影響，接地處理和電磁干擾分析有源音箱產生雜音的原因。

關鍵詞:有源音箱 雜音 原因

中圖分類號:TU112文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0104-02

在日常的工作、生活中，當信號狀況不好時，有源音箱會發出噪音。針對這一現象，本文分別從音箱的內部構造、工作原理及外部環境方面，討論有源音箱發出雜音的原因，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“主動式音箱”，是指在音箱內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題以及阻抗匹配的問題，同時也便于用較低電平的音頻信號直接驅動。另外，由于在音箱內在前置部分就進行了分頻，使每臺功放僅負責放大某一段頻率的聲頻信號，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源音箱清晰，失真小的原因。由于有源音箱相比無源音箱具有成本低、連接簡單、使用方便并且性能好等特點，所以廣受歡迎。

有源音箱的構成可分為有源和無源部分。有源部分主要由功放組件和電源變壓器組成，無源部分主要包括揚聲器、分頻器和音箱箱體[1]。而工作原理用最簡單的話來說便是從音源得到信號經過傳輸再送到后面放大，推動揚聲器，從而發出聲音。

1.2 各個部分及其工作原理

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備，一般的播放器、mp3等都是音源。220v的電壓經過保險管，再經過變壓器，進入橋式整流電路和濾波，最終使電壓更為穩定，利于音箱的工作，也可以更好的保護音箱。信號進入音量電位器調整后，進入了具有可以提升一定量的高頻信號的能力的高音提升電路，因而這個過程中，聲音更加清晰，也沒有變得與原來的聲音不同，即失真。音源一般的輸出信號較小，直接連接到音箱的話聲音會很小，甚至根本沒有聲音。這個時候就需要功率放大器組件對音樂信號進行放大，以保證足夠的驅動電壓，將音源輸出的微弱信號放大到足夠的功率來推動音箱，發出人們所需要的音量。箱體的作用是防止“聲短路現象”。由于音箱本身的阻抗一般很低，因此容易使音源過載，發生短路，這樣會造成音源的損壞，對于保護音源是十分重要的，若是沒有，會造成很大的損失。分頻器可以將不同頻率的信號區別對待，發到不同功放上。而功放的阻抗變化較大，可以很好的在音源和音箱之間進行調節，既保護了音源，又使音箱很好的工作。揚聲器是最后發出聲音的地方。

2 有源音箱雜音形成原因分析

2.1 有源音箱自身質量的影響

聲卡(Sound Card)也叫音頻卡，是實現聲波/數字信號相互轉換的一種硬件。聲卡的基本功能是把來自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號通過模數轉換器轉換為模擬波形，再輸出到耳機、揚聲器、擴音機、錄音機等聲響設備。聲卡產生噪音故障一般是由于聲卡沒有插正引起的，音頻線插錯插孔、計算機聲卡驅動程序與系統不兼容等也會導致雜音的出現。另外，由于聲卡是模擬部件，因此極易受到信號雜波的干擾。所以，在這一部分，做好干擾信號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量的好壞，輸出信噪比是指音箱回放的正常聲音強度與噪聲信號強度的比值，值越大，則輸出信號中所摻雜的雜音越小，音質越純凈。所以，聲卡質量的好壞與音箱產生雜音與否有著較為直接的關系。

電源變壓器的工作過程是“電——磁——電”的轉換過程，在這一轉換的過程中，會產生磁泄露，另外，交變的磁場也引起了鐵芯的震動，最終，變壓器泄磁被放大電路拾取放大，然后表現為揚聲器里發出的雜音。電源變壓器常見規格有EI型、環型和R型，各有優缺點。EI型變壓器的磁泄露主要來源E與I型鐵心之間的氣隙以及線圈自身輻射;環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生飽和，產生很強的磁泄露;R型變壓器電磁泄露情況與環型變壓器類似。經過實驗發現，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，能很好的切斷震動的耦合通道，音箱產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波紋系數提升高效平滑直流輸出的一種儲能器件。由于其具有電極性，因而也成為電解電容，它的正負極分別與電路正負極相連。濾波電容在開關電源中起著非常重要的作用，設置了濾波電容，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定，同時也降低了交變脈動波紋對電子電路的干擾，使輸出電流更為平滑。所以，電容量越大，濾波性能越好，降低雜音產生的幾率。

穩壓電源中，濾波電路濾波不完整，使輸出電壓中仍含有一定的脈動交流成分， 這種脈動交流成分稱為紋波電壓。為了客觀地評價直流電源的濾波性能，引入紋波系數%，其中，為紋波電壓的有效值，為直流輸出電。紋波是一個直流電壓中的交流成分，直流電壓本來應該是一個固定的值，但它很多時候是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會有剩余的交流成分。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

電子產品的接地設計極其重要，這是為防止觸電或保護設備的安全，利用大地作電流回路的一項重要措施。把電子設備的金屬底盤或外殼接上地線，可以將一些無用的電流或是噪聲干擾導入大地，而且最重要的是，它能確保產品不會造成對人體的電擊傷害。

有源音箱的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，信號地是指輸入信號、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存在一定的降壓，若小信號地與強電地重合，必然會受到波動的影響。故電源地與小信號地不能混合，否則必將引起很強的交流聲，有源音箱便發出了雜音。所以，有源音箱接地后就具有了屏蔽作用，將產生磁場的設備的外殼設置屏蔽裝置，并將屏蔽體接地，不僅可以降低屏蔽體以外的電磁場強度，達到減輕或消除電磁場對人體危害的目的，也可以保護屏蔽接地體內的設備免受外界電磁場的干擾影響，保證音質。

但無論是高頻電路還是低頻電路，都必須按照設計規則來布線。高頻電路地線設計主要考慮分布參數影響，一般為環地;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。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，強、弱信號地線嚴格區分開，在總接地點匯總。

2.3 電磁干擾

在日常生活中，我們經常會經歷這樣的情形:打開帶調光功能的臺燈，音箱會發出“吱吱”的噪音;將手機放在音箱旁邊，當手機有來電或短信時，音箱就會發出“嗒嗒”的噪聲;若音箱離空調很近，當空調開始工作時，可以聽到“嗚嗚”的噪音……這些都是由不同頻率的電磁波而產生的干擾現象，即電磁干擾(Electro Magnetic Interference)。

電磁干擾(EMI)是導致設備、傳輸和系統性能劣化的電磁騷擾，分為傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾是指一個電網絡上的信號耦合(干擾)到另一個電網絡，傳導方式是經過電路傳到受影響設備上;輻射干擾是指干擾源把其信號耦合(干擾)到另一個電網絡，即電磁場產生的電磁感應對設備閉合環路的干擾。發生EMI的主要來源有:閃電雷擊，高壓電力設備的騷擾(如高壓輸電線路及變壓器的磁泄露)，電力開關操作，以晶閘管或類似電子器件為核心的設備(如變頻器、調光開關等節能器件)產生的高次諧波干擾，電網電壓的波動，數字電路裝置(包括電腦、程控交換機、設備自動控制系統的現場控制等)，高頻振蕩電路，氣體放電燈、熒光燈的整流器、啟動器，家用電器、辦公用電器。

在開關電源的輸入端，無工頻交流電流經整流器后變成了單向脈動電流，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的諧波分量組成的高頻交流分量。這些諧波會沿著輸電線路產生傳導干擾和輻射干擾，一方面使前端電流發生畸變，產生尖脈沖，另一方面通過電源線產生輻射干擾，被接收機接收產生干擾。在開關電源的輸出端，輸出整流二極管也會產生反向浪涌電流，又由于電路中存在的分布電容和分布電感，會引起高頻衰減振蕩，從而產生了電磁干擾。

現在引入一項重要的部分—— 濾波電容，它有抑制電磁干擾的作用。電容器內絕緣介質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度限制，在某些頻率上電容器因電感會產生自諧振振蕩。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度有很大的關系，引線越長，則電感越大，電容的諧振頻率越低。電磁感應產生的感應電壓最終引起了干擾。

3 結語

經過詳細的研究和分析，我們得出以下結論:有源音箱雜音形成原因主要來自三方面，一方面來自有源音箱自身質量的影響，另一方面是有源音箱接地處理的影響，還有一方面來自于電磁干擾。來自有源音箱自身質量的影響又有三方面，一是聲卡的影響，二是濾波電容過小，三是電源紋波系數過大。在實際生活應用中，來自電磁干擾的影響最大。對于如何消除有源音箱的雜音干擾問題的研究，可以從這幾方面著手。

參考文獻

[1]楊繼平.有源音箱的制作.科技資訊，2008，25:235.

[2]馬林.電磁干擾絮談.科技信息，2003，2.

[3]孫會麗.淺談紋波電壓及紋波系數.遼寧師專學報，2009，11(4):62-63.

[4]鄭春善.淺析開關電源的電磁干擾(EMI)及其抑制措施.電氣開關，2008，2:9-11.

[5] 方敏，馮翠花.濾波電容的選擇和使用.制冷與空調，2006，6(2):91-92.