噪声的危害及消除 毕业设计.doc

江 西 科 技 师 范 大 学 毕业论文 题目（中文） ：_ 噪声的危害及消除 （外文） ： the harm of zhe noise and elimimate 院（系） ： 通信与电子学院 专 业： 电子科学与技术 学生姓名： 学 号： 20081719 指导教师： 2012年 05月 09日 成 绩： 目录 1.绪言 1 1.1 扩声音响系统 1 1.2 扩声音响系统发展下对噪声的要求 2 1.3 噪声影响扩声效果的机理 3 2.扩声音响系统中噪声的产生原因 5 2.1电源系统噪声干扰 5 2.1.1电压波动形成的影响 5 2.1.2电流波动形成的影响 6 2.1.3电源干扰形成的影响 6 2.2话筒级输入噪声干扰 7 2.3电磁辐射噪声干扰 7 2.4设备内部的电路噪声干扰 8 3.扩声音响系统噪声消除的方法 8 3.1由元器件产生的噪声的抑制 8 3.1.1 放大元器件的选择 .8 3.1.2 电阻器的选择 .9 3.1.3 电容器的选择 .9 3.2 由电路设计引起噪声的抑制 .9 3.2.1 放大器电路的设计 .9 3.2.2 稳压电源 .9 3.3 由布线不合理引起噪声的抑制 .10 3.3.1 系统的正确连接 .10 3.3.2 良好的接地处理 .11 3.3.3 系统的隔离 .12 3.4 对由电磁感应产生噪声的抑制 .13 3.4.1 传导藕合 .14 3.4.2辐射藕合的形式 15 3.5扩声音响系统中话筒啸叫的抑制 19 3.5.1均衡方式抑制啸叫 19 3.5.2移频方式抑制啸叫 21 3.5.3移相方式抑制啸叫 22 3.5.4 参量均衡抑制啸叫 .22 3.5.5常见的话筒啸叫问题进行分析 22 4.结束语 24 参考文献 24 1 噪声的危害及消除 摘 要 : 系统总结了舞台演出、现场扩音等音响系统中的噪声种类，并阐述了音响系统产生噪声的主 要原因，从扩声系统的电源系统噪声干扰、话筒级输入噪声干扰、电磁辐射噪声干扰、设备内部的电路噪 声干扰等方面细致的分析了噪声。扼要地介绍了相应的抑制措施，对音响系统进一步降低噪声具有深远的 意义。 关键词: 音响系统；噪声；消除 1.绪言 中国改革开放之后，国民经济快速增长，人们的物质生活得到了大幅提高。 相应地对各种文化活动的需求也就不断增长，各地政府为满足人们快速增长的 精神文化需求，投入了大量资金进行相应的硬件建设，不同规模的剧院、礼堂、 多功能厅以及体育场馆等相继落成，为人们的物质文化生活提供了基础保障。 特别是最近几年，各省市的相关建设项目一个接一个，国内扩声系统的建设也 就不断地推陈出新，各种新技术、新产品和新应用都得到了长足的发展。然而 从事专业音响的人经常会遇到一个棘手的问题-音响系统的噪声。长期以来在 舞台演出、现场扩音等音响系统中出现,让操作人员和工程技术人员感觉非常头 痛,经常是知道现象但无法分析根源,知道根源又没有合适的解决措施,加之关于 音响系统噪声研究分析的文章和书籍少得可怜,所以很多技术人员只能自己琢磨,采 用试探的办法来处理,常常是当时“解决了”后来又会出现,有些操作人员对实 在难以处理的噪声干脆听之任之。这种现象很普遍,涉及面也很广,因而对 于实际操作人员来讲噪声问题的分析、解决、研究显得非常重要。 1.1扩声音响系统 众所周知，自然声源（如演讲、乐器演奏和演唱等）发出的声音能量十分 有限，其声压级随传播距离的增大而迅速衰减。由于环境噪声的影响，使声源 的传播距离减至更短。扩声音响系统又称专业音响系统。不能简单地认为，只 要把话筒（及其他声源） 、调音台、功放和扬声器箱连接在一起就能组成一项扩 声工程。扩声系统的使用功能和音响效果涉及正确合理的电声系统设计和调试、 良好的声音传播条件以及正确的现场调音技术三者最佳的配合。在选择性能良 2 好的电声设备和良好的建声条件基础上，经过周密的系统设计、仔细的系统调 试，才能达到悦耳、自然的音响效果。 扩声系统的首要任务是建立一个良好的建声基础，主要是确定以下几个指 标： (1) 混响时间：不仅要考虑 5001000hz 的混响时间，还应在全频范围内 控制混响时间的变化，一般低频（125hz）略高，但不要超过 20%； (2) 声反射面：考虑到高频的空气吸收效应，在选择装饰材料时，应尽可 能选用表面坚硬的材料，如各种刚性材料的穿孔板、狭缝板，以增加高频反射 面，禁用软包材料（后墙除外） 。侧墙、顶部在考虑吸收的同时必须考虑反射， 特别是侧墙更应该多一些。后墙考虑全频强吸收，防止出现干扰声反射； (3) 控制恶声：最大限度地减少出现大面积平行反射面、凹曲面、简单尺 寸腔体或类简单尺寸腔体。 1.2扩声音响系统发展下对噪声的要求 90年代中后期，计算机技术、数字信号处理技术的成熟发展，使音频系统 出现了效果器、均衡器、数字音频处理器等类似模块化的集成设备。20 世纪末， 又出现了智能化控制系统和多媒体综合应用，发展到今天普遍使用的软硬件相 结合的媒体矩阵。媒体矩阵不仅具有强大的音频数字处理功能(几乎囊括了传统 的所有模拟音频处理设备)，而且支持网络传输。这使扩声系统的数字化、网络 化发展得到快速推广。音频系统的数字化，使得扩声系统的管理功能更加强大， 在系统调试和操作、信号处理或音色加工、弥补室内音质缺陷、创建立体声扩 声效果以及产生特殊要求的声音效果等方面都具有强大优势；在信号记忆、存 储和重复调用、资源共享以及高质量信号远程传输等方面模拟系统都望尘莫及； 同时还具备系统架构简洁，容易安装、便于维护等优点。在新的技术环境下， 噪声的出现又出现了新的方式，如何消除噪声问题，探索美好音质，将是扩声 技术今后发展的重点之一。 1.3 噪声影响扩声效果的机理 对于扩声系统来说，产生的声压级必须使听众能够悦耳舒适地聆听。特别 是老年听众和听觉受到损伤的听众，即使在安静的条件下，聆听中也会因听不 3 到某些词句造成对内容的曲解。因此，要求从扩声系统出来的语言要有足够的 清晰度。 （1）音节清晰度的定义 a%=（听众正确听到的单音节的数目/测定用的全部单音节数目）100% 测定使用字音如：“ 拨” 、 “ 得” 、 “ 闹” 、 “ 热” 等，不使用词组 或句子。在背景噪声为 50db时，语言清晰度应大于 80%。 （2）通常用信噪比衡量噪声对扩声系统响度的影响程度 在有噪音的情况下，通常用信噪比衡量噪声对扩声系统响度的影响程度。 信噪比的计算公式为 s/n=20lg(us/un)db, 式中 s为信号；n 为噪声；us 为额定输出电压；un 为无信号输入时的噪声电压； lg为常用对数) 如图 1所示,在信噪比为负值时，噪声电平比信号电平大，完全掩蔽了信号,导 致实际上听不清讲话内容；在信噪比为零值时，讲话的峰值偶尔会超过噪音， 可以偶尔听清讲话内容； 当信噪比增加到 6db时,才可以听清语言内容,获得 80%的清晰度,为此，要求信噪比不能低于 6db，一般要求保持在 1015db当然 信噪比是越高越好。 4 通道输入（如有多个传声器输入）扩声系统响度的影响，可以近似地按照 通道数每增加一倍，相当于点声源增加一倍的原则，进行估算。按照多个点声 源合成声压级的推导结论：声压级加倍，总的声压级增加 3db。因此，随输入 通道数量每增加一倍，噪声增加 3db。即相对于 1个通道的声压级，2 个通道就 会增加 3db，4 个通道就会增加 6db，32 个通道就增加 15db。这就在一定 程度上降低了信噪比，影响了扩声系统的清晰度。 （3）从频率上看，14khz 是影响语言清晰度的重要频率范围 讲话覆盖的频率为 100hz至 8khz，从图 2可以清楚地看到，以 2khz为中 心的语言频率对语言清晰度的影响约为 30%，1khz 与 4khz对语言清晰度的影响 各占 20%和 25%。因此，可以看出 14khz是影响语言清晰度的重要频率范围。 从物理的角度看，热噪声能量是在整个频谱上分布的，其中 14khz中的能量占 到 50%以上。因此，热噪声在很大程度上作用于影响语言清晰度的 14khz 这段 频率上。对于相干噪声，其根源是电网的 50hz交流电的影响，表现在扩声系统 内就是固有的 50hz交流声。这些噪声的出现大大的影响了聆听的舒适感，听众 很容易因听不清而产生听觉疲劳，极大地损坏了扩声的效果。 2. 扩声音响系统中噪声的产生原因 2.1电源系统噪声干扰 电源系统噪声的表现多为 50 hz交流声严重、容易受到现场灯光干扰产生 5 尖叫噪声和间歇性杂音。这些噪声干扰的产生往往是工作人员忽视了对电源系 统的处理而导致的，因此做好电源系统处理工作是最基本和十分必要的环节。 2.1.1电压波动形成的影响 通常,电压偏低比电压偏高的影响更为不利。由于半导体器件的功率输出性 能受电压变化的影响较大,尤其在电压降低时其输出功率的明显下降会导致其负 载的匹配变化,减小了功率放大器与扬声器实时的功率配置比(因为扬声器功率 和阻抗是恒定的),不仅对声音的饱和度、力度和音色会产生明显影响 ,若再遭 遇大信号,扬声器和功率放大器的安全性也同样会受到威胁 (因为产生削波的概 率大为增加)。如果功率放大器与扬声器的功率配置比原本就偏小,就更要注意 保障电源电压的稳定,其基本原则是宁可偏高也不能偏低。其实在电源电压偏高 (一般不高于 240v)的情况下,功率放大器或扬声 器出现损毁的概率远低于电压 偏低厂时的概率,因为功率放大器此时自身削波的概率大为降低,而扬声器在无 削波电流冲击的情况下其负荷能力也要强得多,要考虑的问题主要在放大器本身 的电压适应范围和可靠性上。 不过由于我们容易遭遇的情况是电压偏低比偏高的概率大，此间题的关键 仍然是在做扩声系统功率配置时，一定要尽量将功率放大器与扬声器的功率配 置比做够、做大一些，这样便在电压偏低时也不至于“捉襟见肘”带来威胁。 实践中不难发现,当一个功率配置比在 1.5：1 扭以下的扩声系统在其工作电压 低于 200 v时,由于大信号削波带来的器材损毁是比较普遍的。另外虽然电压偏 低时对功率放大的影响最为突出,但也不能忽视其对前级和周边设备的影响。我 们也曾发现,个别周边设备对电压波动的适应性并不强,尤其象日产的某些型号 的效果器,当电压下降到 200v左右开始,会出现不工作或断续起振的冲击噪声。 对调音台而言,在由调音台供电的电容传声器使用较多的情况下,电压偏低也会 带来电源负载能力下降,容易影响到调音台的工作特性。 2.1.2电流波动形成的影响 在基本供电功率充足的情况下,电流的波动主要与供电线路的导线截面、配 6 电与稳压装置的载荷能力相关。要充分了解扩声系统中所有功率放大器的耗电 功率,并在供电置中预留出一定的配电余量,其内容包括输电线径、配电开关和 保险(熔断器)的安全电流值、稳压器的有效功率及所有接插件的承受电流等。 在负载功率恒定、电压偏低而又要求输出功率不变的情况下,设备所需的工 作电流就应该更大。但功率放大器因为受内部电源变压器和整流元件电流承载 能力所限,并不能无限制地提供饱和工作电流,当外部供电电压降低时反会因超 饱和过载而导致进一步压降,这一压降又会进一步导致过载,这个循环过程会引 发高频率的自激振荡,其结果就是导致削波,这对功率放大器和扬声器而言,就是 等着“鱼死”或是“网破”的问题了。在此要说的是,电源电压的保障是与能否 同时提供工作所需的充足电流密切相关的,就交流供电而言,输电的线径一定要 足够大 ,也就是说要有足够的电流承载能力,首先在外部供电上为功率放大器提 供电流保障,不要仅因为线径不足而产生的电流过载带来“人为”压降,不要制 造这样一个很“低级”的错误 。 2.1.3电源干扰形成的影响 现在凡是有调光装置的场合,扩声系统几乎都避免不了由于可控硅调光器形 成的电源干扰。可控硅在工作时会产生强烈的锯齿波附加干扰对相近各类线路 的串扰能力很强,对包含有感性器件的各种电声设备影响更大。尤其象文艺演出 这种灯光和音响不可能在电源上彻底分离的工作场合,更须采取各种措施来抵御 电源干扰。一般要求是,扩声系统的供电电路要尽量与灯光电路分离,尽可能单 独从远端的配电房另行设置独立的配电线路。另外,在有条件的情况下尽可能配 置交流隔离器(即 1 :1的隔离变压器),或配置具备滤波功能的交流稳压器。而 无论是隔离变压器还是稳压电源,都必须配置足够的供电功率,考虑到电压波动 的影响,还必须留有一定余量。由于功率放大器包含大功率的电源变压器,其冷 状态下的瞬间启动电流很大,故在稳压电源或隔离电源的余量配置上,综合考虑 至少应补充 30%以上。 7 2.2话筒级输入噪声干扰 在我们使用音响系统时,尤其室内使用话筒扩音经常产生啸叫,原因就是房 间固有的存在回声现象,当产生的回声返回时通过了话筒,会再次被话筒拾到声 音,使回声再次进入音响系统进行了放大,如果回音和初始音相位相同则两个声 音会产生叠加加强,加强的声音再次回声到话筒放大,再次加强,如此周而复始, 便产生了强烈的刺耳的啸叫,从而破坏了音响系统的稳定,有用的声音进不去, 更扩不出来,使设备不能正常工作。 2.3电磁辐射噪声干扰 音频信号在传输过程中非常容易受到外界电磁场的干扰。音频信号的传输 途径主要是各设备间的配接，如卡座、调音台、传声器与调音台的连接等。在 长距离传输音频信号时，音频信号的连接不当也会产生干扰噪声。音频信号连 接有平衡与不平衡两种方式。音频信号由于电平低，特别是传声器输出的信号， 是毫伏级信号，极易受到外界电场磁场的干扰。 根据电磁干扰(emd)理论,干扰形成的三个要素是干扰源、藕合通道和被干 扰接收机。干扰源是任何产生电磁干扰的元件、设备、系统和自然现象;藕合通 道是将于扰源一传输到被干扰接收机的媒介(传输通道);被干扰接收机是对干扰 能量敏感而形成干扰的对象。理论上,解决 emi问题的办法是:隔离或降低干扰 源的辐射或输出;切断藕合通道或在藕合通道上将干扰源衰减;降低接收机的灵 敏度。但是在一般情况下,从干扰源和被干扰接收机上解决问题都是不太可能的,成 本和不可控性也比较高,所以干扰问题的解决措施多数都集中在藕合通道上。 分析、解决音响系统的噪声问题、我们也要将眼光集中在干扰三要素中的 藕合通道上。因为一方面音响系统的地位无法与某些重要场所的核心设备相比 拟,所以不可能对干扰源作严格要求或控制,而且要想抑制音频范围的干扰源所 需要付出的代价更高;另一方面,绝大多数用户对音响设备抗干扰性进行改造的 可能性很小,况且绝大多数音响设备都是经过电磁兼容性测试和认证的,系统本 身向外辐射干扰或机器自身能接收到干扰源信号的可能也不大。因此从实用性 8 和可行性方面看,音响系统噪声问题的分析、解决也不得不将眼光集中在干扰传 输的藕合通道上。 2.4设备内部的电路噪声干扰 音响设备都有一项指标-信噪比。由于内部电子元件因电子热运动产生的 热噪声,在一台设备单独工作时,可以达到要求的指标,但是当多台设备级连时, 噪声就会积累加。 3. 扩声音响系统噪声消除的方法 3.1由元器件产生的噪声的抑制 合理选择和正确使用元器件对降低放大器噪声起着至关重要的作用。对于 由放大器元器件本身引起的噪声,以设法降低第一级放大器的噪声最为重要,这 是因为第一级放大器产生的噪声将会被后面各级放大器放大。 3.1.1放大元器件的选择 首先应考虑选用噪声系数小的元器件。对于晶体管,还须注意选择电流放大 系数大的管子,作为音频放大器一般不宜选用特征频率 ft 300mhz的管子,否 则容易出现隧道效应而引起自激振荡;对于集成电路不应一味追求高转换速率, 高的转换速率可以减小瞬态失真,但不利于高频噪声的抑制。 3.1.2 电阻器的选择 在要求低噪声的低电平电路中,应选用温度特性和频率特性都优良的金属膜 电阻器,即使在要求不太高的电路中,在关键部位仍以选用金属膜电阻器为好,其 它部位可用碳膜电阻器以降低成本;另一方面,电阻器的额定耗散功率越大,电阻 膜就越厚,则噪声越小、温升也较低,故电阻器的额定功率应有足够的裕量。 3.1.3 电容器的选择 电容器的漏电流将会引起噪声,尤以前置放大器的输入耦合电容器为甚,所 以前置放大器的输入耦合电容器最好采用漏电流小的钽电解电容器,并且要注意 电解电容器在任何时候都不能出现负极电位高于正极电位的情况,即使微量、瞬 9 时的反偏也会造成很大的漏电流而产生噪声。 3.2 由电路设计引起噪声的抑制 3.2.1 放大器电路的设计 由于第一级放大器的噪声要被后面各级放大器放大,所以第一级放大器的增 益要尽量高。第一级放大器的输入阻抗应远大于信号源内阻,输入耦合电容器应 有足够的容量以防等效的信号源内阻在低频段增大。对于晶体管放大器,一般静 态工作点 ic升高,低频噪声(1/f 噪声)将增大,故应选择适当的 ic,从降低噪声 的角度考虑 ic,通常取 0.05ma0.1ma。另外在输出电压许可的前提下,工作电 压 uce以低些为宜。 3.2.2 稳压电源 从降低电源纹波考虑,应选用容量足够大的滤波电容器以及优良的稳压电路,选 用漏磁通小的电源变压器(如 c型铁芯变压器)并采取全屏蔽措施以及选择最佳 的安装位置。为防止由于电源内阻引起的电路间的耦合,前置放大器的电源应加 滤波网络。由于大容量电容器等效电感的存在,将使电源的高频内阻增大,这时 可在大容量电容器两端并接小容量的高频电容器。 3.3 由布线不合理引起噪声的抑制 3.3.1系统的正确连接 在一个音响系统中,一般用到的设备有很多,有专业的也有民用的。不同的 设备各有不同的接口形式,使用的接插件各不相同。有平衡式的、也有不平衡式 的输人输出形式。为了有效的屏蔽外界的电磁辐射干扰,就必须要统一使用屏蔽 电缆并采用正确的方法连接。 我们知道当音频信号传输采用平衡式传输方式时,则外部干扰源对平衡式电 缆内的两根信号线的每根线产生的共模干扰电平对地环路几乎相等,在设备内部 放大器的输人端,两根信号线上的共模电压将换成差模电压而相互抵消,形成不 了干扰电压。所以应尽可能的使用平衡式的连接方式。 10 在和一些不平衡输出设备连接时,现在大多为了节省成本,方便省事,直接用 单芯屏蔽电缆,将平衡设备的端口和不平衡设备的端口连接起来,而不采用平衡 不平衡变换器,这种连接屏蔽层也在音频回路中,屏蔽层感应的噪声也混人了 音频信号中,从而增加噪声,这将是引人噪声的一个主要途径。正确的做法是,无 论是平衡或不平衡的传输,都采用双芯屏蔽电缆。这时的屏蔽层只在平衡输出或 输人的一端接地,如图 1示。 当两端都是不平衡的设备时,如果传输距离较大,最好使用平衡一不平衡转 换器或音频隔离变压器转换为平衡式传输。如图 2示 。 现在的音响设备的连接普遍采用电压跨接的方式,其出厂时都符合 iec268 一 15标准规定,即所有音响设备的线路输出都是低阻输出,而作为负载的线路输 人端则都采用高阻抗输人。除了功放和音箱的连接外,一般不需要专门考虑阻抗 匹配。 3.3.2良好的接地处理 我们知道,为了采用带屏蔽层的电缆能够屏蔽外界的杂散电磁干扰必须要屏 蔽层有正确的连接和良好的接地。实践工作中,所有的设备悬浮,是在没有专门 的地线的条件下最常用的一种措施,这是一种极不稳定的工作状态,往往会产生 11 不稳定的随机噪声。所以一定要将整个系统良好接地。 首先要有专门的地线,接地电阻小于 4欧姆,不能使用电源的零线作为音响 系统设备的地线。在专门的录音和扩音场所,一般在修建时就考虑了专门埋设的 地线,通常会根据设备的多少使用不同宽度的铜皮引人室内,接地电阻非常小。 在没有专门地线的临时性室内场所,可以用自来水管或暖气管道连接地线,但是 由于铁制的管道接地电阻往往太大,这样的地线虽然有一定的作用但效果不太好。 在室外场所可以考虑埋设临时性地线,最简单的办法是用一根一米长的钢管或铝 合金管材插人地下,可以取得很好的效果 。 一般的音响系统都是由多台音响设备通过音频电缆串接起来的链路系统,很 容易由其屏蔽系统组成了链式接地方式。当某台设备上产生电磁辐射或静电感 应噪声时,会由于传输线的屏蔽层和铁质设备外壳组成的接地系统的内阻较高使 得整个系统的电荷平衡速度较慢而产生感应电压。此感应电压即可使系统产生 一定的噪声电平。此类干扰在链路较长的音响系统上尤为明显。所以系统要尽 量避免使用链式接地方式,而应使用星型接地方式,即每一台设备通过专门的地 线接到统一接地点上。这就要求连接所有设备的音频电缆的屏蔽层要一端接地 (接屏蔽层),而各设备的地线通过专门的导线连接到一个接地点(通常是在调音 台附近)。如图 3所示 。 为了保证系统不出现地环路的结构,要求其各设备之间只能有一条接地导线 互连。不平衡的连接设备不能一端接屏蔽层,只能采用地线相连。这时只能是采 用前面提到的转换为平衡传输方式。在要求不严谨的场合,可以让不平衡设备悬 12 浮,通过音频信号线共用下一级设备的地线,也就是采用链形接地。这种链形接 地的级数不能太多,一般不超过两级,否则将会噪声增加严重。机壳间的相连问 题也应引起注意,比如好多音响设备安装在同一机架上。如果每个设备单独接了 地线,两设备因为安装在同一机架上而使得机壳相连,就形成了接地回路。 3.3.3系统的隔离 在一些大型的音响系统中,往往由多台调音台为中心的子系统组成,或要和 视频设备系统互连。有时还要向远端的音视频系统传输信号,广播电台甚至常用 电话线路传输音频广播直播信号。这些远距离的连接,由于不同的子系统都有各 自独立的接地系统,两个系统一旦地线相连,必然形成接地噪声。另一方面,由于 传输的距离较长,传输线屏蔽层的接地电阻增加,甚至用了非屏蔽传输线,就容易 引人大量的外界电磁场辐射干扰噪声。 在实践中,如果每个系统单独工作,噪声可以通过合理的连线和接地控制在 允许的电平,但是当两个子系统互连后,就不好控制了。即使用了单端屏蔽接地、 长线分段接地处理,也没有办法解决长距离传输造成的辐射干扰噪声。尤其用庞 大的电话网络传输时,弄不好传输的信号更本就不能用。这时最好的措施就是采 用隔离的办法,在两个系统之间加装音频隔离变压器使之互相隔离。如图 5所示 ,两 个系统的地线不可以相连接。 用光隔离的办法彻底隔离不同的子系统,效果最好。笔者在没有购买使用专 门的光隔离设备的条 13 件下,用两套 md录音机就可以很好的组成一个光隔离装置,效果很好,完全可以 控制噪声。如图 6所不。将两台 md录音机用一根光纤连接起来,一台机子的模 拟输人连接一个音响子系统,另一台机子的光纤输人接收前一台机子的光纤输出 信号,再以其模拟输出端口输出信号到远端的音响子系统,两台机子都设定到录 音准备工作模式(recready 状态)就可以工作了。 3.4 对由电磁感应产生噪声的抑制 按照电磁干扰的常规传播途径,干扰可以通过传导祸合和辐射祸合将干扰源 信号传递给被干扰接收机设备。传导祸合是通过导体传输干扰的,导体包括传输 线、电感和电容等;辐射祸合是通过电磁波传输干扰的,藕合部件有导线、电感、 电容等。针对于使音响系统产生噪声的常见干扰藕合传输途径,下面我们对音响 系统的干扰传输形式作简单分析 。 3.4.1传导藕合 ( l ) 公共阻抗祸合这时干扰源和被干扰设备往往是共用某些导体,比如: 共用一个回路、电源线、公共接地等,如图 7所示 。 14 图 7 图中千扰源和被干扰设备共用一个地,并作为信号传输回路,显然干扰源输出的 干扰信号毫无阻碍地包含在有用信号中传输到下级设备,即便上级设备不存在干 扰源 ,但作为信号传输回路的公共地一旦出现地电流,干扰电流也会和有用信号 一起被传输到下级设备,而下级设备对“寄生”到有用信号中的干扰信号是无法 抑制的,最终会将干扰传导出去。下面看实际音响工作中的实例,如图 8所示 。 图 8 这种信号传输线路的焊接方式是将屏蔽层作为信号传输的回路,虽然在信号 传输上可以保证信号畅通,但会使上级设备输出的干扰信号没有障碍地传人下级 设备,而且在两端设备接地的情况下,一旦存在干扰“地电流”,屏蔽层将把干扰 “地电流”继续传输到下级设备,最终形成干扰噪声。同时,这种焊接方法还会 使得辐射场干扰在信号线上产生的干扰信号呈现难以抑制的差模特性(这个问题 将在后文进行说明)。采用这种连接方法的技术人员的理由是:这样连接可以通 过线路绞和抑制干扰;绞和后线路截面积增加,信号传输更畅通。针对这个观点 我们会在后面实际解决噪声问题时进行分析。 ( 2)电源线藕合是指电源受到干扰源的干扰后,通过共用的电源回路将干扰 传输到其他设备的现象,如图 9所示 。 15 图 9 显然,这种电源的供电方式使得被干扰源干扰(污染)的电源同时会被其他设 备使用,特别是对电源品质要求比较高的音响系统,干扰源的影响是无法避免的, 在实际使用音响系统中往往会经常面临与可控硅、电机、电焊等对 电源干扰明 显的设备共用电源回路的矛盾 。 图 10是一个实际音 响工作中的图例。 图 10 在这种供电方式下(tn 系统),其他系统和音响系统的电源都从同一个变压 器的下口供应,动力设备的使用经常会引起电压的波动,特别是电机、调光、整 流设备在使用期间会形成谐波电流,通过系统阻抗形成各种谐波电压叠加到电源 的基波电压上,从而使电压波形发生变化,这样提供给音响系统的电源质量就会 被“人为”降低 ,虽然经过整流、滤波,但谐波成分依然存在,而真正在音响系 统的信号传输环节实施最终“做功”的是电源,本来希望“干净”的电源本身就 存在谐波成分,显然会使音 响系统产生不同程度的噪声。 3.4.2辐射藕合的形式 ( l ) 共模场祸合 这时干扰源通过电磁辐射形式在被干扰电路形成的环路 16 和公共电平参考面上引起共模电压信号线路上寄生了一个共模干扰信号如果处 理不当就会对下级设备形成干扰,如图 11所示。 图 11 由于上下级设备信号连接必须具有回路,图中的干扰源向外辐射磁场或电场 时,首先这个信号回路受电磁场影响要产生感应电压;另外由于上下级设备存在 公共电平参考面(接地即为一种形式)构成了图中的一个环路,在干扰源向外辐射 磁场或电场时,这个环路也受电磁场影响要产生感应电压,这两个感应电压具有 共模特性,都包含干扰源信号,在系统中会很顺利地被传输,如果在音响系统中这 种共模电压不能被抑制,那么在干扰线路中形成电流后最终就会产生噪声。 图 12 图 12是一个实际音响工作中的图例。 这是典型的不平衡线路连接方法,在音响系统中经常采用这种连接方法来传 输信号,有关这种连接方式的争议也比较大。如果单就信号传输方面看,这种连 接方法是可以采用的,而且它对防止干扰信号的直接传导比图 2 所采用的方法 要得当一些,但是这种连接方法会降低设备的抗干扰能力,下面我们在技术上进 行分析。 根据电子技术知识,为了保证较高的信号质量和设备抗干扰能力,在多级放 17 大电路中通常利用差分电路进行放大。所谓差分是指利用两只特性相同的管子, 组成两半完全对称的电路,各自负责信号的正负半周放大。差分放大电路对差模 输人信号具有较好的电压放大作用,而在双端输出的情况下,差分放大电路对共 模输人信号几乎没有反应,这对于干扰的抑制是最理想 的状况了。在差分放大 电路中,衡量电路抗干扰性能(包括零漂)的参数是共模抑制比 kcmr，而 kcmr=20lg|ad/ac|其中 ad是电路对差模电压的放大倍数, ac是电路对共模电压的 放大倍数。原理上 kcmr这个值越大越好,它表征放大电路对有用信号的放大和对 干扰信号的抑制能力,对于双端输人双端输出的差分电路,由于无用的干扰信号 在差分管的两个输人端大小相等,相位相同。所以,原理上在输出端不会得到共 模电压 ,即 ac=0,则 kcmr,显然信号双端输人双端输出是我们希望的理想状 态 ,在电磁干扰排除技术里 ,很多措施都是围绕共模抑制 比 kcmr进行工作的。 对于音响系统而言,所谓双端输入输出即要求信号平衡式传输,这种信号传输方 式不仅能够保证音响设备对有用信号的放大能力,而且在处理受干扰源辐射产生 的共模干扰电压时具有较强的抑制能力,所以专业音响系统都要求采用平衡式线 路连接。 虽然差分电路具有这样的优点,但在实际工作中很多信号的输出或设备的输 人接口都可能出现单端的情况,即信号不平衡传输方式。这就是差分电路中介绍 的输人输出的另外 3种接法:双端输人单端输出、单端输人双端输出和单端输人 单端输出。这几种接法都会在参数指标上劣于双端输人双端输出,具体表现就是 对有用信号的放大能力和对干扰信号的抑制能力的降低,所以专业音响系统一般 都建议不要采用非平衡式线路连接。 再回到图 11,无论音响系统各设备之间的信号采用什么方式传输,一旦外界 干扰源通过电磁波辐射干扰时,在信号正和信号负的线路上都会感应干扰信号, 而且它们具有共模特性,如果这时采用平衡方式传输信号,在下级设备的差分放 大电路处理时,干扰信号就能很容易被抑制 掉,最终不会让干扰信号传递下去形 成噪声。但如果象图 12的这种连接方法,上级设备单端输出利用不平衡信号传 18 输,进人下级设备的单端输人,这时上下级设备对干扰信号的抑制能力都会受到 “人为”影响,干扰源信号可能不会得到很好抑制,可能继续沿着线路传导下去, 最终经过不断增益而形成噪声。由此可见,线路的连接方式决定信号的传输方式,信 号的传输方式决定设备是否能发挥最理想的抑制干扰能力,这也是音响系统噪声 问题解决中需要引起特别注意的地方。 ( 2)差模场藕合 这时干扰源通过电磁辐射形式被传输信号的导线“对”或 电路板引线吸收,形成差模电压,同样使得信号线路上“寄生”了干扰信号,处理 不当也会对下级设备形成干扰,如图 13所示。 图 13 这种辐射藕合是信号传输线的导线对在电磁波的感应下,在信号的正、负线 路上产生大小相等,相位相反的千扰电压,在两条线路上表现为差模特性。这种 差模信号和有用信号的形式是一致的,在下级设备中肯定会被放大,最终形成干 扰噪声 。 图 14是一个实际音响工作中的图例 。 19 图 14 上面这两种线路焊接方法不仅对上级设备输出的干扰信号形成直接传导,而 且会在地电流存在的情况下通过上下级设备的地(在上图中为信号副)形成直接 传导(前面已经做过说明);同时这种连接方法将辐射干扰直接转化为与有用信号 特性一样的差模信号,使得下级设备失去干扰抑制能力,屏蔽层也没有屏蔽能力, 这是音响系统信号传输中存在的常识错误 。 ( 3 ) 线间藕合 (串扰)当两个不同的电路由于导体或部件之间相互交连,通 过电场藕合作用(存在电容)和磁场祸合作用(存在电感),被干扰电路将感应到干 扰电压,如图 15所示。 图 15 3.5扩声音响系统中话筒啸叫的抑制 20 在音响界,最初解决回声啸叫的办法是降低响系统的增益来使系统稳定工作, 缺点是不能完全满足扩音音量的需要;后来消除回声啸叫主要从两个方面来解决 问题:一是在室内建筑声学、结构声学以及室内装饰装修方面下功夫以解决回声 反馈啸叫;二是根据啸叫形成原理,在电子技术层面上解决啸叫问题,先后开发了 均衡、移频、移相、参量均衡等几种方案,基本上能满足现代扩音要求。本文就 第二种情况进行讨论。出现“啸叫”现象是影响音响效果好坏的最明显的标记。 一直以来音响工作者在尝试用各种方式和设备来解决这个问题,下面讨论用现代 电子技术防止啸叫的办法。电子技术防啸叫有均衡、移频、移相、参量均衡等 方案, 这些方案都有可行实施的理论依据和可行的产品问世和使用,各有优劣。 3.5.1均衡方式抑制啸叫 均衡器(这里特指图示均衡器)是将 20hz20000hz内的声音频带按照一定 的倍频程(倍数关系)划分段落,常见 15段和 31段均衡器。一般来说,15 段均衡 器按 2 /3倍频程关系分段选取中心频点,共分 15段;而 31段均衡器按 1/3倍频 程关系分段选取中心频点,共分 31段。均衡器的频率点位完全固定,每一频点上 设置的推杆都可以对本频率点上的声压进行 6、7 倍音量的提升或衰减。 均衡器是怎样抑制扩音啸叫的呢? 它的工作原理是将出现啸叫的某些频点 衰减或切除从而达到防止啸叫的目的。使用均衡器防啸叫的正确步骤是:首先将 均衡器各频率点上的推杆置于中心点,保证均衡器在音频范围的响应平直;慢慢 增大系统音量,使系统第一啸叫点临界发生,通过人耳主观判断啸叫点的频率; 快速在均衡器上找到分管该频率点的推杆,并迅速拉下该推杆,这时系统将减小 对该频点的放大量,啸叫消失;同理,继续增大系统音量,使系统第二啸叫点临界 发生,后面的操作以此类推直到系统音量满足为止。根据经验一般同一时间 只有一个自激谐振频率,此频率附近可下拉 35db,其余频点仍应保持原先记录 的位置。 从上面均衡器防啸叫的操作过程来看,有如下特点:一、采用人工手动的方 法; 二、需要人耳非常熟悉发音的频率是多少;三、动作要迅速,判断频率和操 21 作要迅速到位,不能出错,否则长期啸叫可能引发系统不稳和烧毁。 事实上,均衡器用来抑制啸叫还有如下的问题存在:均衡器的中心频点是事 先设定好的,而不同扩音现场话筒位置的峰点变化是千差万别的,固定的中心频 点往往对不准峰点从而导致抑制能力下降,调试时往往需要同时下拉相邻的两段 推杆,拉下相邻的两组推杆无疑是在更宽频率范围内影响现场扩音的丰满度、音 质水准和更宽频率范围声音的响度,这样就反而抵消了一部分扩音能量。显然, 一台均衡器的分频段数越多,用于啸叫的抑制现实意义就越大;有的均衡器往往 会有单双 5、7、9 段,这种低段位数的均衡器用于抑制啸叫是不切实际的,因为 这种低段位的均衡器虽能抑制啸叫,但会严重降低音质。事实上,均衡器用于抑 制啸叫只是其辅助功能,更主要功能是当扩音或录制节目时,对现场房间声压 频率特性曲线进行弥补、修正作用或对节目内容和演出器材音色进行补充修饰、 调试作用,均衡器设备在扩音系统中大量使用的真正原因就在此。 3.5.2移频方式抑制啸叫 移频器是基于通过改变输入信号的频率来不断回避房间峰点施加的影响, 从而破坏构成声反馈的条件,最终达到抑制啸叫的目的。 所有自然界的声音包括人声,不管声音差异多大,不管动听、难听,这些声 音均有固有的频率组成,都可分解为无数单一音频的频率(基波和无数谐波)。移 频器一般会移动输入信号频率 38hz,即有 38hz的移频数可调。例如,输入 一个 2000hz信号时,当正方向移频 38hz时,移频器将会输出一个 2003 2008hz的信号;当反方向移频 38hz时,移频器将会输出一个 19971992hz的 信号。 移频器防啸叫过程如下:首次强烈反馈到话筒输入端的第一次反馈信号,经 过移频器放大后发生了频率上的改变;这时输出信号在峰点位置便发生了 3 8hz的移动,再次反馈到话筒时(第二次反馈声)频率偏离了峰点 38hz,声压降 低了;二次反馈声进入移频器后再次被移动了 38hz,致使第三次反馈到话筒的 信号频率又偏离了峰点 38hz,声压继续降低以此类推。由此反馈的信号 22 每循环一次便减弱一次,最终使峰点位置信号稳定工作,啸叫消失。 从上面可以看出,移频器的工作有如下特点: 一、操作过程简便。使用时只需启动移频功能开关即可,移频数 38hz之 间连续可调。二、抑制啸叫过程自动完成,无须人工调试。三、抑制啸叫的能力 比较显著。由于以上特点,移频技术从 20世纪 70年代诞生以来一度成为防啸叫 的经典技术。 移频技术存在的问题: ( l ) 整个声音频率范围内的频率失真。移频器输出的信号和本身的输入 信号相比频率发生了变化,输出信号是失真了的频率信号。也就是说,移频器是 通过对整个音频范围内的有意失真来抑制啸叫的。 ( 2 ) 频器对扩音环境没有鉴别。实际扩音现场的扩音条件千差万别,而移 频器在扩音时的防啸叫功能与现场毫无关系,即使扩音现场本无啸叫点,也会不 停地“移动频率”制造新的失真的声音信号。 移频方式抑制啸叫适合在会议扩音时使用,而在演出时不适合,因为移频器 产生的频率毕竟有变化,从而影响演出效果以至于会出现失真现象。 3.5.3移相方式抑制啸叫 所谓移相就是移动相位空中某点,当反馈回来的声音和原始声音同时压缩或 扩张了该点空气,称反馈声与原始声相位“同相”,该点声音增大;相反,如果一 个声音压缩该点空气的同时另一个声音却扩张了该点的空气,称这两个声音相位 “反相”,该点声音减弱。移相器正是基于通过改变输入信号的相位来破坏房间 峰点,抑制啸叫的过程,从而破坏构成声反馈条件,最终达到防止啸叫的目的。 3.5.4 参量均衡抑制啸叫 参量均衡的工作原理是,先用扫频器扫到出现啸叫的频点,调节该点的带宽, 然后对该点进行衰减或切除,达到既消除啸叫又保证有用的信号不被衰减或切除, 所以参量均衡器,比较适合各种场合。 3.5.5常见的话筒啸叫问题进行分析 23 (1) 关于领夹话筒(胸麦)容易啸叫的问题 这与领夹话筒的拾音指向性和拾音电平有关,一般领夹话筒的拾音指向性都 比较宽(全指向性或扇形),而使用时一般是夹在胸前的衣服上或衣领上,离演员 的嘴比较远,因此其输出电平和调音台该路输入电平都调的比较大,所以,领夹话 筒发生啸叫的可能性就比较大,如果出现这种情况可以将以上两个地方的电平稍 微调小一点,这样就可以既保证演出效果又不会出现啸叫。另外,有的领夹话筒 是用于会议和教学用的,它的拾音器一般是驻极体的,很小,这种领夹话筒是不可 以拿来用于舞台演出的,因为它的声音有点失真,容易啸叫,而舞台演出用的是电 容式或动圈式的,没有失真也不容易啸叫。 (2) 关于话筒啸叫与手持方式 在娱乐场所唱歌经常出现以下情况:当有人把话筒头用手握住或者开关打开,放 置于茶几之上时,经常出现令人心烦的尖锐啸叫,这是由于声反馈引起的。不合 理的手持方式和随意性放置话筒,使声波绕射和声反馈,严重的长时间啸叫,将设 备瞬间负荷加大,若其音箱内系统的保护电路不完善,烧音箱在所难免,更严重的 后果是功放出现过载,电路板发热厉害,直到燃烧。就算当场没烧毁,长此以往, 电子元件耗损,整体性能会下降。 (3) 关于抑制器在多支话筒中的应用 使用声反馈抑制器时,如果用单支话筒时发生啸叫,运用声反馈抑制器就可 以较为理想地把啸叫声抑制住;当同时使用多支话筒时,抑制啸叫效果往往不够 理想,常常会出现只有其中的几支甚至是一支话筒的抑制效果较好,其余的话筒 在推大音量时,啸叫声并未得到抑制。那么,其原因何在呢? 由于话筒的结构及特点,不同品牌话筒的频响、阻抗、灵敏度、指向性等指 标是不一致的,即使是同一品牌的话筒在这些指标上