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校园广播系统:音响电流声解析
发布日期:2017-8-15   点击次数:

电流声,在音响行业有很多朋友经常受到放大器的「电流声」困扰,大部份朋友都认为电流声是因为接地不良所致,于是便努力把放大器的外壳接地,甚至把整个放大器用金属罩子屏蔽,但电流声依旧,到底怎么办呢?具体什么电流声,根据你听到的声音来判断,各人对「电流声」定义不一,先要找出你遇上哪一种「电流声」。

其实超过一半的情况下,都不是接地出了问题。「电流声」更加不是由静电引起。

多数人都认为,「电流声」就是:

● 连续不断的噪音

● 噪音的响度颇为稳定

● 通常都是低频噪音

 

综合各方朋友的遭遇,「电流声」可笼统归纳为以下几种情况引致:

1.电源涟波噪音 (Ripple noise) ,即交流啍声 (Humming)

2.感应噪声 (Pick-up noise) 包括人体拾波噪声 (Body pick-up)

3.线路板走线 (Layout) 或接地布局 (Grounding topology)

4.不良地线噪音 (Ground noise) 及循环接地 (Ground loop)

5.机内布线及屏蔽策略不良 (Bad wiring and shielding strategy)

 

交流啍声

交流啍声的成因是电源滤波器设计不当,甚或偷工减料,导致市电的交流电讯号有一部份溜进了放大器。这种电流声的特色是频率很低,大部份情况下都很微弱,要把耳朵贴着扬声器才听到,而且即使把音量调到最低,噪音依然存在。

滤波电容 (水塘),除了容量愈大愈好外,其等效串联电阻 (ESR) 也是愈小愈好!

这是电流声中最常见的一种。一般情况下一些平价的山寨放大器较易遇到这种情况,反而 DIY 的放大器较少遇上这问题,为甚么呢?因为这种电流声最普遍的成因是电源滤波器用料不足,滤波电容器的容量不足,一些平价产品因为吝啬于昂贵的大容量电容器(俗称水塘),所以比 DIY 放大器更容易出现问题(因为一般人 DIY 都会不惜工本)。

 

如何解决这种电流声?那要看看你的放大器是使用外置还是内置变压器(火牛),如果是使用内置变压器,情况较为复杂,需要把水塘换上更大容值的电容器,甚至增加电容器的数目,数只电容器并联时其容值会相加,但这种方法会受到机内空间所限,需要随机应变。

由于这个噪音的频率很低(100Hz),而且通常都很轻微,若碰上小口径的扬声器,这些廉价放大器往往可以蒙混过关,不过想检测电源涟波噪音,有一个很简单的方法,只要在放大器开启时用手摸一摸低频单元的震膜,若在无讯号或音量调到最低时仍感受到扬声器的震膜震动,这便是一个很明显的交流啍声的证据。

如果是用外置变压器(例如一般迷你放大器),当然以上的方法都适用,但有另一个更简单的做法──换上一个开关式电源变压器(SMPS) ,问题便会迎刃而解!

很惊讶吧!首先开关电源的音质是不是很差,但是单就解决交流啍声,开关式源变压器的确有立竿见影之效。(当然使用开关电源可能会诱发另一问题,往后有机会再详细探讨。)

原理:

我们用的市电为交流电,但是放大器必须以直流电操作,所以电源变压器(火牛)除了负责把 220V 的电压升/降至合适的电压之外,还担任着把交流电转变成直流电的角色,这个过程叫「整流」。在放大器内最常见的整流方式为「桥式整流」,桥式整流会把市电的交流电变成变化不定的直流电,技术一点来说,这是一个包含着 50Hz x 2 = 100Hz 交流讯号的直流电源,我们称之之为「涟波」,而这个 100Hz 的涟波若未能清除掉,便会让它溜到扬声器,形成噪音,由于这些涟波的频率都很低,所以需要很大容量的滤波电容 (水塘) 来把其吸掉。

 

为何开关式电源变压器可解决交流啍声?因为开关电源的操作频率并不是 50Hz 或 60Hz,而是动辄过十万Hz,愈高频的涟波愈易被水塘吸收 (但太高又反而吸不掉),况且它的操作频率远超于耳朵及扬声器的工作范围,所以电源的涟波噪音一不能在扬声器上再生 (频率太高),二更不能被耳朵接收再传到大脑 (都是频率太高),那又何来噪音?

 

其他成因:

1. 滤波电容失效(俗称干塘)

由于滤波电容成本高、体积大,一般情况下都不会选用耐高温的电容,所以在发热量高的功率放大器中,水塘往往会是寿命较短的零件。

2. 输出功率管偏置电流失调

输出功率管需要在一定的偏置电流下操作,若此电流值因种种原因增加了,导致放大器的静态电流不寻常地上升,也会增加水塘的负荷,从而加强了交流啍声。

3. 讯号地 (Signal ground) 与大地 (Earth) 即地线接上了,这个情况我们会在 Ground loop 部份详细分析。

4. 变压器的电磁干扰,这个情况会在 Wiring and shielding 部份详细分析。

备注:

1.滤波器的规模随着放大器消耗的电流量而提升。

2.甲类放大器因需要庞大的静态电流,因而令电源涟波噪音更易被察觉,所以滤波器的规模往往很大。

3.电容器的等效串联电阻 (ESR) 愈低,其滤波性能愈佳。

4.除了并联电容器以增加电量容,也可以串联电感器作 LC 甚至 Pi 形 (π) 滤波,但成本较高。

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