外部干擾所致的音頻噪聲防治

孔光偉

[摘要]分析音頻系統在復雜環境下外部干擾引起的音頻噪聲的來源，以及消除噪聲的方法。

[關鍵詞]音頻系統;電信號;干擾;音頻噪聲

文章編號：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.03.007

與演播室、音樂廳等專業場所相比，外場受到的外部干擾要更多一些。同樣的設備，同樣的連接方式，卻經常會有各種意外的音頻噪聲發生。因此，需要清楚這些噪聲的來源，盡可能在源頭上加以杜絕，在噪聲發生時及時根除。

1噪聲產生的原理

導致噪聲產生的電磁干擾模式分為兩大類。差模（Differential-mode）與共模（common-mode）。無論是電源線用于電力傳輸還是音頻電纜進行信號傳送，至少需要兩根導線構成回路。兩根導線之間存在不同的干擾電壓或電流，就是差模干擾，見圖1。

但更多的時候，除了這兩根導線之外還有第三導體，也就是地線。這時候，還會出現另外一種干擾電流，存在于兩根導線與地線之間，這就是共模干擾，特點是幅度相同、相位相同，見圖2。

舉一個形象化的例子，兩個人坐在小船兩邊劃船，船體兩側的高度差看作是差模干擾的話，那么，船體距離河底的絕對高度就可以看作是共模干擾。也就是說，差模干擾是兩根信號線之間的干擾，而共模干擾則是指干擾信號與地之間的電位差。在實際使用中，共模干擾與差模干擾經常是共存的，并且在某些條件下會出現互相轉化。

共模干擾可以通過一些手段進行消除和預防，如：（1）采用屏蔽雙絞線并有效接入;（2）信號線與電源線遠離;（3）采用線性穩壓電源或高品質的開關電源;（4）使用差分放大電路;（5）在信號線或電源線中串聯共模扼流圈，在地與導線之間并聯電容器，組成LC濾波器進行濾波。

差摸干擾可以使用差摸扼流圈進行抑制，但前提是減少共模干擾，以防共模干擾轉化為差摸干擾。

2復雜外部環境中干擾所引起的噪聲問題

復雜外部環境下干擾噪聲的源頭分別是電網干擾、電磁輻射以及地線環路。

2.1由電網串人的共模干擾

在外場音頻設備使用環境中，往往無法對場館方提供的電源提出苛刻的要求。但有些條件必須滿足：電源必須只能是單獨的，電壓相對穩定，是相對純凈的電源回路。因此，需要檢測電壓是否穩定、是否接地，輸出極性是否正確。然后，對現場的電源進行進一步的處理。如果電壓不夠穩定，可以使用穩壓器。出于實況轉播音質的考慮，對于調音臺及周邊設備電源純凈度的要求更高一點，因此，盡可能提供一路單端的電源，并且使用加裝了濾波器的隔離變壓器，隔絕來自電網的噪聲污染。要注意的是，隔離變壓器在開機瞬間會產生較大的激磁涌流，有可能導致跳閘。當遇到這種情況時，可以通過加裝軟啟動裝置來解決問題。

音響系統的電源一定要與燈光及其他包含電動機的系統（如舞臺機械）完全分開，以防這些系統產生的電磁污染影響到音響系統。這種從電網串入的共模干擾聽起來是一種低頻的嗡聲（HUM）。

2.2電磁輻射干擾

在進行現場音頻系統搭建時，需要注意周圍是否存在干擾源，干擾可能會來自設備電弧、附近電臺，大功率輻射源、交變的磁場產生交變的電流會產生共模干擾。

如果音頻系統搭建的場地附近存在大型的變電設備，干擾會較為嚴重，在這樣的情況下，遠離變壓設備是第一選擇，如果不行，只能通過將音頻設備屏蔽接地的方式來降低干擾。

輻射的干擾還會來自設備與設備之間。單相供電的音頻設備的火線零線在插線板上的方向有時候也會引起微弱的低頻噪聲，原因是由于反相電源的功放內部的環型變壓器產生的電磁場與其他設備變壓器產生的電磁場互相干擾。

在進行線纜敷設時，不要將音頻信號線纜與電源線近距離平行布線，以防感應電流的產生。如果需要交越，最好保持90°垂直。需要提醒的是，信號線纜在距離開關電源設備過近時，也會感應到頻率較低的共模干擾。

輻射造成的噪聲通常聽起來較HUM頻率要高，有周期性，稱之為BUZZ。

兩種噪聲的區別見表1。有經驗的音頻工程師能夠根據現場揚聲器或者耳機中出現的噪聲判斷問題可能出現在什么環節。

2.3地線環路干擾

地線環路干擾是在音頻系統中最常見最復雜也最難以判定的一類干擾。經常出現這樣的情況，明明采用了平衡接法（見圖3）卻依舊有可聞的音頻噪聲出現，這也是很多從業人員的困惑所在。

平衡接法的設計很巧妙，使用三根導線，兩根用于傳輸信號，另外一根則用于屏蔽。兩根導線傳輸的信號幅度相同、相位相反。負責接收信號的差分放大器在接收到信號后只負責放大兩個信號之間的差值，有效降低共模干擾。所有音響從業人員都記得卡儂接口“一地兩正三負”的口訣，這是AEs給出的卡儂接口的標準，在國標GB/T14197-93《聲系統設備互連的優選配接值》中，也明確定義使用卡儂頭用于平衡式連接傳輸時：接點①接屏蔽層，接點②接信號熱端，接點③接信號冷端。但是，在一些現場演出實務的文章中卻建議在輸出端做1腳跳空的方式處理;而在發燒音響圈子里，使用RCA插頭進行非平衡式傳輸時，則是在發送端連接屏蔽層到負極，接收端跳空屏蔽層。

矛盾來自于哪里？“一地兩正三負”的原則沒有問題，問題在于這是一個相對較為理想的狀況。它假設了設備兩端的地是以電阻無限接近于0的導線相連，兩端的地為等電位。在實際使用，尤其是外場大量長距離音頻線纜連接的情況下，很難保證設備兩端的地等電位。因此，兩端地的電位差產生的電流會在信號通道上感應出環流，從而形成難以抑制的差模干擾，如圖4所示，a、b端電位差形成的電流會在信號通道感應出環流造成難以抑制的差模干擾。電位差越大，卡儂1端對應的連接線上產生的電流越大，而在同一根音頻線中地線與信號線距離如此之近，干擾就尤為突出。

從圖5的地線環路中可以看出，要消除地線環路造成的差模干擾，只需要斷開地線連接就可以。但這又帶來其他的疑問，如果地線斷開，平衡接法的優勢又在哪里呢？事實上，斷開地線連接只是一種不得已而為之的應急措施，在演播室這類嚴格按照規范進行施工的場所，這樣的問題并不存在，在實況轉播這樣的場合卻必須考慮。