有源⾳箱的噪⾳来源分析及解决措施详解
常见⼀些玩家被有源⾳箱的各种噪⾳困扰，这⾥就笔者在实践中总结出的⼀些经验与⼤家分享。顾名思义，有源⾳箱就是⾳箱与放⼤器的组合，有源⾳箱噪⾳分析与⼀般放⼤器噪⾳与放⼤器近似，分析、处理时可借鉴普通放⼤器。
噪⾳与放⼤器相⽣相伴，是⽆可避免的，这⾥讨论降低噪⾳，⽬的是将其降低⾄可接受的范围，⽽不将其彻底根除，信噪⽐只能尽量提⾼，但不能⼤⾄⽆限。有源⾳箱的噪⾳按来源可粗略分为电磁⼲扰、地线⼲扰、机械噪声与热噪声⼏类，下⾯来从噪⾳产⽣根源与机理⽅⾯简要分析⼀下，并提出⾏之有效的解决⽅案，以期能对初学者能所帮助。
有源⾳箱除极少数特殊产品外，多数是由市电提供电源，因此必然要使⽤电源变压器。电源变压器⼯作过程是⼀个“电—磁—电”的转换过程，在电磁转换过程中必然会产⽣⼀定的磁泄露，变压器泄露的磁场被放⼤电路拾取并放⼤，最终经过扬声器发出交流声。
电源变压器常见规格有EI型、环型和R型，⽆论是从⾳质⾓度还是从电磁泄露⾓度来看，这三种变压器各有优缺点，不能简单判定优劣。
EI型变压器是最常见、应⽤最⼴的变压器，磁泄露主要来源E与I型铁⼼之间的⽓隙以及线圈辐射。EI型变压器磁泄露是有⽅向性，如下图所⽰，X、Y、Z轴三个⽅向上，线圈轴⼼Y轴⽅向⼲扰最强，Z轴⽅向最弱，X轴⽅向的辐射介于Y、Z之间，因此实际使⽤时尽量不要使Y轴与电路板平⾏。
环型变压器由于不存在⽓隙、线圈均匀卷绕铁芯，理论上漏磁很⼩，也不存在线圈辐射。但环型变压器由于⽆⽓隙存在，抗饱和能⼒差，在市电存在直流成分时容易产⽣饱和，产⽣很强的磁泄露。国内很多地区市电波形畸变严重，因此许多⽤家使⽤环型变压器感觉并不⽐EI型变压器好，甚⾄更差。所谓环型变压器漏磁极⼩，其实就象⼿机电池待机时间⼀样，需要有严格的外部条件，仅在市电波型为严格的正弦波时才成⽴。部分⼚家也意识到了这⼀点，铁⼼由⼏⾄⼗⼏条硅钢带组成，留有⾜够的⽓隙，这样的变压器在抗饱和能⼒上的确有了很⼤提⾼，不过严格说起来，这样的应该算是具有环型变压器外型的EI型变压器了。
R型变压器可简单看做横截⾯圆型的环型变压器，但在线圈绕制⼿法上有区别，散热条件远⽐环型变压器为好，铁芯展开为渐开渐合型，R型变压器电磁泄露情况与环型变压器类似。由于每匝线长⽐环
型变压器短，能紧贴铁⼼绕制，因此上述三类变压器中R型变压器的铜损最⼩。
5g通讯模块如条件允许，可考虑为变压器装⼀只屏蔽罩，并做妥善接地处理，该⾦属罩只能选⽤铁性材料，⼀般⾦属如铜、铝等只有电屏蔽作⽤⽽⽆磁屏蔽作⽤，不能作为变压器屏
蔽罩。
上述分析是建⽴在变压器选料、制作精良的基础上，实际多数市售变压器产品由于成本压⼒和竞争需要，未严格按⾏业规范设计，甚⾄偷⼯减料，分析起来不可预测因素较多。⾸先是铁芯材料的品质，绝⼤多数企业⽤导磁率较低的H50铁芯、边⾓料甚⾄搀杂软铁制作变压器，导致变压器空载电流很⾼，铁损过⼤，空载发热严重；这类变压器为降低成本、同时为掩盖铁损偏⾼带来的电压调整率过⼤问题，⼤幅度减少初次级线圈匝数，以降低铜损的⽅式来降低电压调整率，这种做法更进⼀步增⼤了空载电流，⽽空载电流偏⼤将直接导致磁泄露加剧。
杂散电磁波主要来⾃电脑机箱后部的各种电源线、有源⾳箱的功率输出导线、扬声器及功率分频器、⽆线发射设备，产⽣原因在这⾥不做深⼊讨论。杂散电磁波在传输、感应的形式上与电源变压器类似，杂散磁场频率范围很宽，有⽤家反映有源⾳箱莫名其妙接收到当地电台⼴播就是典型的杂散电磁波⼲扰。
另外⼀个需引起重视的⼲扰源为整流电路。滤波电容在开机进⼊正常状态后，仅在交流电峰值时补充电流，充电波形是⼀个宽度较窄的强脉冲，电容量越⼤，脉冲强度也越⼤，从电磁⼲扰⾓度看，滤波电容并⾮越⼤越好，整流管与滤波电容之间⾛线应尽量缩短，同时尽量远离功放电路，PCB空间不允许则尽量⽤地线包络。工艺瓶
电磁⼲扰主要防治措施：
1降低输⼊阻抗。
电磁波主要被导线及PCB板⾛线拾取，在⼀定条件下，导线拾取电磁波基本可视为恒功率。根据P=U＾U/R推导，感应电压与电阻值的平⽅成反⽐，即放⼤器实现低阻抗化对降低电磁⼲扰很有利。例如⼀个放⼤器输⼊阻抗由原20K降低⾄10K，感应噪声电平将降⾄1/4的⽔平。有源⾳箱⾳源主要是电脑声卡、随⾝听、MP3，这类⾳源带载能⼒强，适当降低有源⾳箱输⼊阻抗
对⾳质造成的影响⾮常微弱不易觉察，笔者试验时曾尝试将有源⾳箱输⼊阻抗降⾄2KΩ，未感觉⾳质变化，长期⼯作也未见异常。
2 增强⾼频抗⼲扰能⼒
针对杂散电磁波多数是中⾼频信号的特点，在放⼤器输⼊端对地（也就是输⼊RCA 插座与地）增设磁 ⽚电容，容值可在47---220P之间选取，数百⽪法容值的电容频率转
折点⽐⾳频范围⾼两、三个数量级，对有效听⾳频段内的声压响应和听感的影响可忽略不计。
3 注意电源变压器安装⽅式
采⽤质量较好的电源变压器，尽量拉开变压器与PCB之间的距离，调整变压器与PCB 之间的位置，将变压器与放⼤器敏感端（输⼊端）尽量远离；EI型电源变压器各⽅向⼲扰强度不同，注意尽量避免⼲扰强度最强的Y轴⽅向对准PCB。
4 ⾦属外壳须接地
对于HIFI独⽴功放来说，设计规范的产品在机箱上都有⼀个独⽴的接地点，该接地点其实是借助机箱的电磁屏蔽作⽤降低外来⼲扰；对于常见有源⾳箱来说，兼做散热器的⾦属⾯板也需接地；⾳量、⾳调电位器外壳，条件允许的话尽量接地，实践证明，该措施对⼯作于电磁环境恶劣条件下的PCB⼗分有效。
除氟滤料
⼆地线⼲扰
电⼦产品的地线设计是极其重要的，⽆论低频电路还是⾼频电路都必须要个遵照设计规则。⾼频、低
频电路地线设计要求不同，⾼频电路地线设计主要考虑分布参数影响，⼀般为环地，低频电路主要考虑⼤⼩信号地电位叠加问题，需独⽴⾛线、集中接地。从提⾼信噪⽐、降低噪⾳⾓度看，模拟⾳频电路应划归低频电⼦电路，严格遵循“独⽴⾛线、集中⼀点接地”原则，可显著提⾼信噪⽐。
⾳频电路地线可简单划分为电源地（功率地）和信号地，电源地主要是指滤波、退耦电容地线，⼩信号地是指输⼊信号地线、反馈地线。⼩信号地与电源地不能混合，否则必将引发很强的交流声：滤波和退耦电容充放电在电路板⾛线上必然存在⼀定压降，⼩信号地与该强电地重合，势必会受此波动电压影响，也就是说，⼩信号的参考点电压不再为零。信号输⼊端与信号地之间的电压变化等效于在放⼤器输⼊端注⼊信号电压，地电位变化将被放⼤器拾取并放⼤，产⽣交流声。增加地线线宽、背锡处理只能在⼀定程度上减弱地线⼲扰，但收效并不明显。有部分未严格将地线分开的PCB由于地线宽、⾛线很短，同时放⼤级数很少、退耦电容容量很⼩，因此交流声尚在勉强可接受范围内，只是特例，没有参考意义。举例说明：设PCB某段地线直流电阻为75毫欧，退藕电容瞬间充电电流为20mA，该放⼤器放⼤倍数是40倍，则由于退耦电容充电电流引起的参考点（地线）电位波动，被拾取、放⼤后，在放⼤器输出端有60mV的、与充电电流⼀致的噪
⾳波形。
需注意的是，变压器电磁⼲扰引发的交流声频率⼀般为50HZ左右，⽽地线布线不当导致的交流声，由于整流电路的倍频作⽤频率约为100HZ，仔细区分还是可以察觉的。
正确的布线⽅法是，选择主滤波电容引脚作为集中接地点，强、弱信号地线严格区分开，在总接地点汇总。下⾯以最常见的LM1875（TDA2030A）为例，以⽣产商推荐线路说明⼀下：
1 ⼤⼩信号地的区分：
图中R1是输⼊电阻，R2是IC的直流偏置电阻，C2是直流反馈电容，接地点是⼩信号地，标记为蓝⾊；C3、C4、C6、C7是退耦电容，接地端标记为红⾊，属电源地。正确的接地⽅式为：三个⼩信号接地点可混合在⼀条地线上，四个电源地汇集为另⼀条地线，电源地与⼩信号地在总接地点处汇合，除总接地点外，两种地不得有其他连通点！
功放输出端的茹贝尔（zobel）移相⽹络（R5、C5）接地点处理⽅法较特殊，该接地点如并⼊电源地，地线电压扰动将经R4反馈⾄LM1875反相输⼊端，引起交流声；⽽并⼊⼩信号地的话，由于信号的相位、强度不⼀致，将导致⾳乐信号质量严重下降。因此，如印刷电路板空间允许，最好能单独⾛线。
下⾯结合⼏张实际的PCB板图来详细说明：
1 TDA2030 PCB图：
这张PCB图中，存在明显的地线设计错误，⼩信号地与电源地完全重合，因此该板必然存在交流噪声，且不受⾳量电位器控制。图中C2、C3、C4、C5是退耦电容，C7、
R2、C6、JP1第⼀脚、JP2第三脚等五个接地点则属⼩信号地，⼤⼩信号地重叠后通过跳线引⾄C8、C9的总接地点。同
时，zobel移相⽹络接地点（C1第⼆脚）也混杂在⼀条地线上，必然使实际情况更加复杂。实际测试时，该板的确存在明显的交流声。
2 LM4766 PCB图：
该图中，C5、C11、C12是运放的退耦电容，接地端属电源地，图中⽤红⾊细线标记出电流⾛向；⽽R5、R6、R7、R9等电阻接地端属⼩信号地，与C5、C11、C12等退耦地共⽤⼀条地线⾛线的话，退耦电容⼯作电流与地线内阻引起的压降势必会叠加在R5、R6、R7、R9接地端，引发交流声甚⾄⾃激。
3 ⼀张地线布线正确的PCB
这张PCB中，⼤⼩信号地严格分开，同时采⽤了⼀些其他降噪⼿段，信噪⽐例很⾼，输⼊端开路时，实测输出端残留噪⾳不⾼于0.3mV，夜深⼈静时⽿朵贴在扬声器单元上也没有任何噪声。为看图⽅便，仅画出⼀声道的地线做⽰范。C9、R1、C10及信号输⼊插座接地端是⼩信号地，通过红⾊地线接⾄总接地点，左侧地线是扬声器及zobel⽹络地，右侧地线是退耦电容的电源地，三条地线在主滤波电容C4的2脚汇合，实现真正意义上的“⼀点接地”。
三机械杂⾳及热噪声
⼀机械噪声
捕虾机电路图有源⾳箱将⾳箱与放⼤器集成在⼀起，因此有些特有噪声，需要准确区分。
最常见的机械噪⾳来源是电源变压器。前⾯说过，电源变压器⼯作过程是“电—磁
—电”转换的过程，电磁转换过程中，除产⽣磁泄露外，交变磁场会引起铁芯振动。⽼式镇流器⽇光灯⼯作时镇流器会发出嗡嗡声，使⽤⽇久后声⾳还会增⼤，就是因为铁芯受交变磁场吸斥⽽引发振动。
制作精良的变压器，铁芯压的很紧，同时在下线前经过真空浸漆⼯艺处理，交变磁场引起的铁芯振动
很⼩；如变压器铁芯松动、未压实，或真空浸漆⼯艺不严格，通电时引起的振动会⽐较强（想象⼀下理发店的电推⼦）。许多低价变压器为节约⼯时仅做“蘸”漆⽽未做“真空浸漆”处理，铁芯振动更严重。⾳箱箱体有⼀定的助声腔作⽤，变压器振动引起的空⽓扰动传导到扬声器振膜上，听起来与电磁⼲扰引起的噪⾳⾮常相似。以前修理⼀套交流声严重的有源⾳箱，遍查电路不到原因，陷⼊窘境时⽆意中将扬声器连线碰断，噪⾳⼏乎未降低，最终确认是变压器作怪。
这种情况在有源⾳箱上是普遍存在的，变压器品质⾼低只对最终引起的振幅⼤⼩有影响，即使价格⾮常昂贵的电源变压器也存在振动，因此绝⼤多数有源⾳箱主箱噪⾳⽔平逊于副箱。
电源变压器导致的机械杂⾳防治措施⽐较简单，可根据实际情况以下⼏点作为参考：
1 选择品质较好、⼯艺严谨的变压器，降低变压器⾃⾝振动，这也是最有效的措施
2 在变压器与固定板之间增加减震层，选⽤弹性的软性材料如橡胶、泡棉等，切断变压器与箱体之间的震动耦合通道。
3 选择有⼀定功率裕量的变压器，变压器⼯作越接近额定上限，震动越⼤。功率裕量⼤的变压器不易出现磁饱和，长期⼯作稳定性好，发热量相对较⼩。
还有种常见的机械噪声来源于电位器。市售有源⾳箱绝⼤多数使⽤旋转式碳膜电位器，随使⽤时间的
推移，电位器⾦属刷与膜⽚之间会因灰尘沉积、膜⽚磨损产⽣接触不良，在转动电位器时会有很⼤的噪⾳产⽣，磨损严重的电位器甚⾄在不转动时也会有噪声。
另外还有些较特殊的动态杂⾳需简述⼀下：部分有源⾳箱箱板之间接合不牢靠，或是⽤家⾃⾏拆箱后未压紧安装螺丝，尤其是⾳箱后⾯兼做散热⽚的⾦属⾯板，压不紧、或安装螺丝松动的话，在播放动态较⼤的⾳乐时必然有杂⾳产⽣；或是由于加⼯⼿段不
完善，箱体存在不同程度的漏⽓；倒相管两端未做双R或指数型开⼝，⼤动态时⽓流在此急剧压缩、膨胀产⽣⽓爆噪声。
⼆热噪声与元件本底噪声
有源⾳箱电路部分由电阻、电容等⽆源器件和IC、晶体管等有源器件组成，电⼦元件在正常⼯作状态下必然会产⽣属于元件⾃⾝特有的“噪声”，也就是常说的热噪声。热噪声属⼴谱热噪声，主要集中在中⾼频，反映在听感上⼀般多是⾼⾳单元中发出
的“嘶嘶”声。
⽆源器件导电部分存在⼤量的游离态电⼦，游离态电⼦数量与温度有直接关系，温度越⾼，数量也越多。游离态电⼦运动可视为⽆序运动，与正常有序的信号电流相⽐⽽⾔可视为杂波。IC等有源器件游
离态电⼦数量远⼤于⽆源器件，有源器件具有放⼤
作⽤，因此有源器件热噪声要⾼于⽆源器件。热噪声与⼯作温度有密切关系，环境及⼯作温度越⾼，热噪声也就越⼤。
热噪声同样是⽆法根治的，防治⼿段主要是更换元件以及降低⼯作负荷。更换元件是指采⽤低噪声元件，如⾦属膜电阻噪声系数要低于碳膜电阻，碳膜电阻噪声系数低于碳质电阻，低噪声、低温漂IC热噪声好过通⽤IC等。降低⼯作负荷是指不要让元件⼯作在接近极限参数环境下运⾏。
有源⾳箱散热环境不如独⽴放⼤器，⼯作时温度较⾼，因此加强散热措施、降低⼯作温度也是降低热噪声、增强⼯作稳定性的有效⼿段。⼯作温度⾼带来的不仅仅是噪声增加，对于有源器件来说，还意味着漏电流、增益的不稳定，对功放的长期稳定⼯作和元器件寿命都有不利影响。
降低热噪声的⼿段是加强对流，改善散热环境，避免长时间满功率⼯作等。激光打孔
本底噪声产⽣的原因则主要是因为元器件制造⼯艺、结构及应⽤是否合理有关，如低噪运放噪声要明显⼩于通⽤型运放、薄膜电容噪声明显⼩于电解电容，解决⼿段也只有靠更换元件来解决，不过⼀般来说，通⽤型运放、电解电容等元器件⾃⾝产⽣的噪声，与前⾯所说的地线调制噪声、EMI⼲扰噪声、变压器振动噪声相⽐要⼩的多，除⾮是元器件损坏或性能明显降低，否则不应该作为治理重点来对待。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议