有源音箱的噪音來源分析及解決措施詳解

1、有源音箱的噪音來源分析及解決措施詳解常見一些玩家被有源音箱的各種噪音困擾，這里就筆者在實(shí)踐中總結(jié)岀的一些經(jīng) 驗(yàn)與大家分享。顧名思義，有源音箱就是音箱與放大器的組合，有源音箱噪音分析與一 般放大器噪音與放大器近似，分析、處理時(shí)可借鑒普通放大器。噪音與放大器相生相伴，是無可避免的，這里討論降低噪音，目的是將其降低至可 接受的范圍，而不將其徹底根除，信噪比只能盡量提高，但不能大至無限。有源音箱的 噪音按來源可粗略分為電磁干擾、地線干擾、機(jī)械噪聲與熱噪聲幾類，下面來從噪音產(chǎn) 生根源與機(jī)理方面簡要分析一下，并提岀行之有效的解決方案，以期能對初學(xué)者能所幫 助。一電磁干擾電磁干擾主要來源是電源變壓器和空間雜

2、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(gè)“電一磁一電”的轉(zhuǎn)換過程，在電磁轉(zhuǎn)換過程中必然會 產(chǎn)生一定的磁泄露，變壓器泄露的磁場被放大電路拾取并放大，最終經(jīng)過揚(yáng)聲器發(fā)岀交 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(diǎn)，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 隙以及線圈輻射。EI型變壓器磁泄露是有方向性，如下圖所示，X、丫、Z軸三個(gè)方向上， 線圈軸心丫軸方向干擾最強(qiáng)，Z軸方向最弱，X軸方向的輻射介于丫、Z之間，

3、因此實(shí)際 使用時(shí)盡量不要使丫軸與電路板平行。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(shí)容易產(chǎn)生 飽和，產(chǎn)生很強(qiáng)的磁泄露。國內(nèi)很多地區(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)型變壓器漏磁極小，其實(shí)就象手機(jī) 電池待機(jī)時(shí)間一樣，需要有嚴(yán)格的外部條件，僅在市電波型為嚴(yán)格的正弦波時(shí)才成立。 部分廠家也意識到了這一點(diǎn)，鐵心由幾至十幾條硅鋼帶組成，留有足夠的氣隙，這樣的 變壓器在抗飽和能力上的確有了很大提高，不過嚴(yán)格說起來，這樣的應(yīng)該算是具有環(huán)型 變壓器外型的E

4、I型變壓器了。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。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(shí)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(jì)，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)，

5、絕大多數(shù)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(shí)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。雜散電磁波主要來自電腦機(jī)箱后部的各種電源線、有源音箱的功率輸岀導(dǎo)線、揚(yáng)聲 器及功率分頻器、無線發(fā)射設(shè)備，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

6、個(gè)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，僅在 交流電峰值時(shí)補(bǔ)充電流，充電波形是一個(gè)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(shí)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：1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人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(shí)現(xiàn)低阻抗 化對降低電磁干擾很有利。 例如一個(gè)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

7、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(yàn)時(shí)曾嘗 試將有源音箱輸入阻抗降至2KQ，未感覺音質(zhì)變化，長期工作也未見異常。2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(diǎn)，在放大器輸入端對地（也就是輸入RCA 插座與地）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(diǎn)比音頻范圍高兩、三個(gè)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(jì)。3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 之間的位置，將變壓器與放大器敏感端（

8、輸入端）盡量遠(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)的丫軸方向?qū)?zhǔn)PCBo4金屬外殼須接地對于HIFI獨(dú)立功放來說，設(shè)計(jì)規(guī)范的產(chǎn)品在機(jī)箱上都有一個(gè)獨(dú)立的接地點(diǎn)，該接 地點(diǎn)其實(shí)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(shí)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。二地線干擾電子產(chǎn)品的地線設(shè)計(jì)是極其重要的，無論低頻電路還是高頻電路都必須要個(gè)遵照設(shè) 計(jì)規(guī)則。高頻、低頻電路地線設(shè)計(jì)要求不同，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

9、地電位疊加問題，需獨(dú)立走線、集中接地。從 提高信噪比、降低噪音角度看，模擬音頻電路應(yīng)劃歸低頻電子電路，嚴(yán)格遵循“獨(dú)立走 線、集中一點(diǎn)接地”原則，可顯著提高信噪比。音頻電路地線可簡單劃分為電源地（功率地）和信號地，電源地主要是指濾波、退 耦電容地線，小信號地是指輸入信號地線、反饋地線。小信號地與電源地不能混合，否 則必將引發(fā)很強(qiáng)的交流聲：濾波和退耦電容充放電在電路板走線上必然存在一定壓降， 小信號地與該強(qiáng)電地重合，勢必會受此波動(dòng)電壓影響，也就是說，小信號的參考點(diǎn)電壓 不再為零。信號輸入端與信號地之間的電壓變化等效于在放大器輸入端注入信號電壓， 地電位變化將被放大器拾取并放大，產(chǎn)生交流聲。增加地線

10、線寬、背錫處理只能在一定 程度上減弱地線干擾，但收效并不明顯。有部分未嚴(yán)格將地線分開的PCB由于地線寬、 走線很短，同時(shí)放大級數(shù)很少、退耦電容容量很小，因此交流聲尚在勉強(qiáng)可接受范圍內(nèi)， 只是特例，沒有參考意義。舉例說明：設(shè)PCB某段地線直流電阻為75毫歐，退藕電容瞬 間充電電流為20mA，該放大器放大倍數(shù)是40倍，則由于退耦電容充電電流引起的參考點(diǎn) （地線）電位波動(dòng)，被拾取、放大后，在放大器輸岀端有60mV的、與充電電流一致的噪音波形需注意的是，變壓器電磁干擾引發(fā)的交流聲頻率一般為50HZ左右，而地線布線不當(dāng) 導(dǎo)致的交流聲，由于整流電路的倍頻作用頻率約為100HZ，仔細(xì)區(qū)分還是可以察覺的。正確

11、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)、弱信號地線嚴(yán)格區(qū)分開，在總接地點(diǎn)匯總。下面以最常見的LM1875( TDA2030A)為例，以生產(chǎn)商推薦線路說明一下：1大小信號地的區(qū)分:Cl5LM1075+1C7 wo mF40-8UR511 羽°“F20kwvR31kC5"J0.22a<F圖中R1是輸入電阻，R2是IC的直流偏置電阻，C2是直流反饋電容，接地點(diǎn)是小信 號地，標(biāo)記為藍(lán)色；C3、C4、C6、C7是退耦電容，接地端標(biāo)記為紅色，屬電源地。正確 的接地方式為：三個(gè)小信號接地點(diǎn)可混合在一條地線上，四個(gè)電源地匯集為另一條地線， 電源地與小信號地在總接地點(diǎn)處匯合

12、，除總接地點(diǎn)外，兩種地不得有其他連通點(diǎn)！功放輸岀端的茹貝爾（zobel）移相網(wǎng)絡(luò)（R5、C5）接地點(diǎn)處理方法較特殊，該接 地點(diǎn)如并入電源地，地線電壓擾動(dòng)將經(jīng)R4反饋至LM1875反相輸入端，引起交流聲；而 并入小信號地的話，由于信號的相位、強(qiáng)度不一致，將導(dǎo)致音樂信號質(zhì)量嚴(yán)重下降。因 此，如印刷電路板空間允許，最好能單獨(dú)走線。下面結(jié)合幾張實(shí)際的PCB板圖來詳細(xì)說明：1TDA2030 PCB 圖：這張PCB圖中，存在明顯的地線設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，小信號地與電源地完全重合，因此該板必然存在交流噪聲，且不受音量電位器控制。圖中C2、C3、C4、C5是退耦電容，C7、R2、C6、JP1第一腳、JP2第三腳等五個(gè)接

13、地點(diǎn)則屬小信號地，大小信號地重疊后通過跳 線引至C8、C9的總接地點(diǎn)。同時(shí)，zobel移相網(wǎng)絡(luò)接地點(diǎn)（C1第二腳）也混雜在一條地 線上，必然使實(shí)際情況更加復(fù)雜。實(shí)際測試時(shí)，該板的確存在明顯的交流聲。2LM4766 PCB 圖：該圖中，C5、C11、C12是運(yùn)放的退耦電容，接地端屬電源地，圖中用紅色細(xì)線標(biāo) 記岀電流走向；而R5、R6、R7、R9等電阻接地端屬小信號地，與C5、C11、C12等退耦 地共用一條地線走線的話，退耦電容工作電流與地線內(nèi)阻引起的壓降勢必會疊加在R5、 R6、R7、R9接地端，引發(fā)交流聲甚至自激。3 一張地線布線正確的PCB這張PCB中，大小信號地嚴(yán)格分開，同時(shí)采用了一些其

14、他降噪手段，信噪比例很高， 輸入端開路時(shí)，實(shí)測輸岀端殘留噪音不高于0.3mV,夜深人靜時(shí)耳朵貼在揚(yáng)聲器單元上 也沒有任何噪聲。為看圖方便，僅畫岀一聲道的地線做示范。C9、R1、C10及信號輸入 插座接地端是小信號地，通過紅色地線接至總接地點(diǎn)，左側(cè)地線是揚(yáng)聲器及zobel網(wǎng)絡(luò) 地，右側(cè)地線是退耦電容的電源地，三條地線在主濾波電容C4的2腳匯合，實(shí)現(xiàn)真正意 義上的“一點(diǎn)接地”。三機(jī)械雜音及熱噪聲一機(jī)械噪聲有源音箱將音箱與放大器集成在一起，因此有些特有噪聲，需要準(zhǔn)確區(qū)分。最常見的機(jī)械噪音來源是電源變壓器。前面說過，電源變壓器工作過程是“電一磁電”轉(zhuǎn)換的過程，電磁轉(zhuǎn)換過程中，除產(chǎn)生磁泄露外，交變磁場會

15、引起鐵芯振動(dòng)。老 式鎮(zhèn)流器日光燈工作時(shí)鎮(zhèn)流器會發(fā)岀嗡嗡聲，使用日久后聲音還會增大，就是因?yàn)殍F芯 受交變磁場吸斥而引發(fā)振動(dòng)。制作精良的變壓器，鐵芯壓的很緊，同時(shí)在下線前經(jīng)過真空浸漆工藝處理，交變磁 場引起的鐵芯振動(dòng)很??；如變壓器鐵芯松動(dòng)、未壓實(shí)，或真空浸漆工藝不嚴(yán)格，通電時(shí) 引起的振動(dòng)會比較強(qiáng)（想象一下理發(fā)店的電推子）。許多低價(jià)變壓器為節(jié)約工時(shí)僅做 “蘸”漆而未做“真空浸漆”處理，鐵芯振動(dòng)更嚴(yán)重。音箱箱體有一定的助聲腔作用， 變壓器振動(dòng)引起的空氣擾動(dòng)傳導(dǎo)到揚(yáng)聲器振膜上，聽起來與電磁干擾引起的噪音非常相 似。以前修理一套交流聲嚴(yán)重的有源音箱，遍查電路找不到原因，陷入窘境時(shí)無意中將 揚(yáng)聲器連線碰斷，

16、噪音幾乎未降低，最終確認(rèn)是變壓器作怪。這種情況在有源音箱上是普遍存在的，變壓器品質(zhì)高低只對最終引起的振幅大小有 影響，即使價(jià)格非常昂貴的電源變壓器也存在振動(dòng)，因此絕大多數(shù)有源音箱主箱噪音水 平遜于副箱。電源變壓器導(dǎo)致的機(jī)械雜音防治措施比較簡單，可根據(jù)實(shí)際情況以下幾點(diǎn)作為參 考：1選擇品質(zhì)較好、工藝嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖儔浩鳎档妥儔浩髯陨碚駝?dòng)，這也是最有效的措施2在變壓器與固定板之間增加減震層，選用彈性的軟性材料如橡膠、泡棉等，切斷 變壓器與箱體之間的震動(dòng)耦合通道。3選擇有一定功率裕量的變壓器，變壓器工作越接近額定上限，震動(dòng)越大。功率裕 量大的變壓器不易岀現(xiàn)磁飽和，長期工作穩(wěn)定性好，發(fā)熱量相對較小。還有種常

17、見的機(jī)械噪聲來源于電位器。市售有源音箱絕大多數(shù)使用旋轉(zhuǎn)式碳膜電位 器，隨使用時(shí)間的推移，電位器金屬刷與膜片之間會因灰塵沉積、膜片磨損產(chǎn)生接觸不 良，在轉(zhuǎn)動(dòng)電位器時(shí)會有很大的噪音產(chǎn)生，磨損嚴(yán)重的電位器甚至在不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也會有噪 聲。另外還有些較特殊的動(dòng)態(tài)雜音需簡述一下：部分有源音箱箱板之間接合不牢靠，或 是用家自行拆箱后未壓緊安裝螺絲，尤其是音箱后面兼做散熱片的金屬面板，壓不緊、 或安裝螺絲松動(dòng)的話，在播放動(dòng)態(tài)較大的音樂時(shí)必然有雜音產(chǎn)生；或是由于加工手段不 完善，箱體存在不同程度的漏氣；倒相管兩端未做雙R或指數(shù)型開口，大動(dòng)態(tài)時(shí)氣流在 此急劇壓縮、膨脹產(chǎn)生氣爆噪聲。二熱噪聲與元件本底噪聲有源音箱電路部

18、分由電阻、電容等無源器件和IC、晶體管等有源器件組成，電子元件在 正常工作狀態(tài)下必然會產(chǎn)生屬于元件自身特有的“噪聲”，也就是常說的熱噪聲。熱噪 聲屬廣譜熱噪聲，主要集中在中高頻，反映在聽感上一般多是高音單元中發(fā)岀的“嘶 嘶”聲。無源器件導(dǎo)電部分存在大量的游離態(tài)電子，游離態(tài)電子數(shù)量與溫度有直接關(guān)系，溫度越 高，數(shù)量也越多。游離態(tài)電子運(yùn)動(dòng)可視為無序運(yùn)動(dòng)，與正常有序的信號電流相比而言可 視為雜波。IC等有源器件游離態(tài)電子數(shù)量遠(yuǎn)大于無源器件，有源器件具有放大作用，因 此有源器件熱噪聲要高于無源器件。熱噪聲與工作溫度有密切關(guān)系，環(huán)境及工作溫度越 高，熱噪聲也就越大。熱噪聲同樣是無法根治的，防治手段主要是更換元件以及降低工作負(fù)荷。更換元件是指 采用低噪聲元件，如金屬膜電阻噪聲系數(shù)要低于碳膜電阻，碳膜電阻噪聲系數(shù)低于碳質(zhì) 電阻，低噪聲、低溫漂IC熱噪聲好過通用IC等。降低工作負(fù)荷是指不要讓元件工作在 接近極限參數(shù)環(huán)境下運(yùn)行。有源音箱散熱環(huán)境不如獨(dú)立放大器，工作時(shí)溫度較高，因此加強(qiáng)散熱措施、降低工作溫 度也是降低熱噪聲、增強(qiáng)工