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如何預防電磁干擾及降低有源音箱的噪音
文章來(lái)源: 更新時(shí)間:2013/7/17 9:54:00
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【導讀】有源音箱的噪音是怎樣造成的呢?其主要來(lái)源于三種:電磁干擾,電線(xiàn)干擾及機械雜音及熱噪聲,本文將介紹如何預防電磁干擾及降低這些噪音的方法。   

電磁干擾
電磁干擾主要來(lái)源是電源變壓器和空間雜散電磁波。
有源音箱除極少數特殊產(chǎn)品外,多數是由市電提供電源,因此必然要使用電源變壓器。電源變壓器工作過(guò)程是一個(gè)“電—磁—電”的轉換過(guò)程,在電磁轉換過(guò)程中必然會(huì )產(chǎn)生磁泄露,變壓器泄磁被放大電路拾取放大,最終表現為由揚聲器發(fā)出的交流聲!
電源變壓器常見(jiàn)規格有EI型、環(huán)型和R型,無(wú)論是從音質(zhì)角度還是從電磁泄露角度來(lái)看,這三種變壓器各有優(yōu)缺點(diǎn),不能簡(jiǎn)單判定優(yōu)劣。
EI型變壓器是最常見(jiàn)、應用最廣的變壓器,磁泄露主要來(lái)源E與I型鐵心之間的氣隙以及線(xiàn)圈自身輻射。EI型變壓器磁泄露是有方向性,如下圖所示,X、Y、Z軸三個(gè)方向上,線(xiàn)圈軸心Y軸方向干擾最強,Z軸方向最弱,X軸方向的輻射介于Y、Z之間,因此實(shí)際使用時(shí)盡量不要使Y軸與電路板平行。
環(huán)型變壓器由于不存在氣隙、線(xiàn)圈均勻卷繞鐵芯,理論上漏磁很小,也不存在線(xiàn)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)生很強的磁泄露。國內不少地區市電波形畸變嚴重,因此許多用家使用環(huán)型變壓器感覺(jué)并不比EI型變壓器好,甚至更差。所謂環(huán)型變壓器絕無(wú)泄露,或是因媒介誤導,或是因廠(chǎng)商出于商業(yè)宣傳需要而杜撰,環(huán)型變壓器磁泄露極低的說(shuō)法只是在市電波型為嚴格的正弦波時(shí)才成立。另外,環(huán)型變壓器還會(huì )在引線(xiàn)處出現較強電磁泄露,因此環(huán)型變壓器的漏磁也是有一定方向性的,實(shí)際裝機時(shí)旋轉環(huán)型變壓器,在某個(gè)角度上獲得最高信噪比!
R型變壓器可簡(jiǎn)單看做橫截面圓型的環(huán)型變壓器,但在線(xiàn)圈繞制手法上有區別,散熱條件遠比環(huán)型變壓器為好,鐵芯展開(kāi)為漸開(kāi)漸合型,R型變壓器電磁泄露情況與環(huán)型變壓器類(lèi)似。由于每匝線(xiàn)長(cháng)比環(huán)型變壓器短,能緊貼鐵心繞制,因此上述三類(lèi)變壓器中R型變壓器的銅損最小!

 


圖題:有源音箱的噪音分析

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(wú)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、制作精良的基礎上,實(shí)際多數市售變壓器產(chǎn)品由于成本壓力和競爭需要,未嚴格按行業(yè)規范設計,甚至偷工減料,分析起來(lái)不可預測因素較多。首先是鐵芯材料的品質(zhì),很多企業(yè)用導磁率較低的H50鐵芯、邊角料甚至攙雜軟鐵制作變壓器,導致變壓器空載電流很高,鐵損過(guò)大,空載發(fā)熱嚴重;這類(lèi)變壓器為降低成本、同時(shí)為掩蓋鐵損偏高帶來(lái)的電壓調整率過(guò)大問(wèn)題,大幅度減少初次級線(xiàn)圈匝數,以降低銅損的方式來(lái)降低電壓調整率,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致磁泄露加劇。
環(huán)型變壓器問(wèn)題更復雜一些。正規的環(huán)型變壓器鐵芯是由一條等寬硅鋼帶緊密卷繞而成。還是出于成本原因,多數低價(jià)環(huán)型變壓器使用數條甚至數十數條硅鋼帶拼接,甚至使用邊緣參差不齊的邊角料卷繞,繞制好后用機床車(chē)平,由于環(huán)型變壓器線(xiàn)圈包繞鐵芯,不做破壞性解剖難以發(fā)現。機械加工對硅材料的晶格排列、相鄰硅鋼帶間絕緣都有嚴重破壞,這樣的環(huán)型變壓器無(wú)論性能或漏磁特性均會(huì )大幅度降低,即使經(jīng)過(guò)退火處理也無(wú)法彌補質(zhì)量上的嚴重缺陷。
雜散電磁波主要來(lái)自有源音箱的功率輸出導線(xiàn)、揚聲器及功率分頻器、無(wú)線(xiàn)發(fā)射設備和計算機主機,產(chǎn)生原因在這里不做深入討論。雜散電磁波在傳輸、感應的形式上與電源變壓器類(lèi)似,雜散磁場(chǎng)頻率范圍很寬,有用家反映有源音箱莫名其妙接收到當地電臺廣播就是典型的雜散電磁波干擾。
另外一個(gè)需引起重視的干擾源為整流電路。濾波電容在開(kāi)機進(jìn)入正常狀態(tài)后,充電僅集中在交流電峰值時(shí),充電波形是一個(gè)寬度較窄的強脈沖,電容量越大,脈沖強度也越大,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(xiàn)應盡量縮短,同時(shí)盡量遠離功放電路,PCB空間不允許則盡量用地線(xiàn)包絡(luò )。
  
電磁干擾主要防治措施
降低輸入阻抗
電磁波主要被導線(xiàn)及PCB板走線(xiàn)拾取,在一定條件下,導線(xiàn)拾取電磁波基本可視為恒功率。根據P=U^U/R推導,感應電壓與電阻值的平方成反比,即放大器實(shí)現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,感應噪聲電平將降至1/4的水平。有源音箱音源主要是電腦聲卡、隨身聽(tīng)、MP3,這類(lèi)音源帶載能力強,適當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(jué)察,筆者試驗時(shí)曾嘗試將有源音箱輸入阻抗降至2KΩ,未感覺(jué)音質(zhì)變化,長(cháng)期工作也未見(jiàn)異常。
增強高頻抗干擾能力
針對雜散電磁波多數是中高頻信號的特點(diǎn),在放大器輸入端對地增設磁片電容,容值可在47——220P之間選取,數百皮法容值的電容頻率轉折點(diǎn)比音頻范圍高兩、三個(gè)數量級,對有效聽(tīng)音頻段內的聲壓響應和聽(tīng)感的影響可忽略不計。
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(kāi)變壓器與PCB之間的距離,調整變壓器與PCB之間的方位,將變壓器與放大器敏感端遠離;EI型電源變壓器各方向干擾強度不同,注意盡量避免干擾強度最強的Y軸方向對準PCB。
金屬外殼須接地
對于HIFI獨立功放來(lái)說(shuō),設計規范的產(chǎn)品在機箱上都有一個(gè)獨立的接地點(diǎn),該接地點(diǎn)其實(shí)是借助機箱的電磁屏蔽作用降低外來(lái)干擾;對于常見(jiàn)有源音箱來(lái)說(shuō),兼做散熱器的金屬面板也需接地;音量、音調電位器外殼,條件允許的話(huà)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。

 
 
 
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