外部干扰所致的音频噪声该如何防治

2022-09-21 11:32:53    来源：    点击：865    喜欢：5

1 噪声产生的原理(lǐ)

导致噪声产生的電(diàn)磁干扰模式分(fēn)為(wèi)两大类。差模（Differential-mode）与共模（Common-mode）。无论是電(diàn)源線(xiàn)用(yòng)于電(diàn)力传输还是音频電(diàn)缆进行信号传送，至少需要两根导線(xiàn)构成回路。两根导線(xiàn)之间存在不同的干扰電(diàn)压或電(diàn)流，就是差模干扰，见图1。

图1 差模干扰的原理(lǐ)示意图

但更多(duō)的时候，除了这两根导線(xiàn)之外还有(yǒu)第三导體(tǐ)，也就是地線(xiàn)。这时候，还会出现另外一种干扰電(diàn)流，存在于两根导線(xiàn)与地線(xiàn)之间，这就是共模干扰，特点是幅度相同、相位相同，见图2。

图2 共模干扰的原理(lǐ)示意图

举一个形象化的例子，两个人坐(zuò)在小(xiǎo)船两边划船，船體(tǐ)两侧的高度差看作是差模干扰的话，那么，船體(tǐ)距离河底的绝对高度就可(kě)以看作是共模干扰。也就是说，差模干扰是两根信号線(xiàn)之间的干扰，而共模干扰则是指干扰信号与地之间的電(diàn)位差。在实际使用(yòng)中，共模干扰与差模干扰经常是共存的，并且在某些条件下会出现互相转化。

共模干扰可(kě)以通过一些手段进行消除和预防，如：（1）采用(yòng)屏蔽双绞線(xiàn)并有(yǒu)效接入；（2）信号線(xiàn)与電(diàn)源線(xiàn)遠(yuǎn)离；（3）采用(yòng)線(xiàn)性稳压電(diàn)源或高品质的开关電(diàn)源；（4）使用(yòng)差分(fēn)放大電(diàn)路；（5）在信号線(xiàn)或電(diàn)源線(xiàn)中串联共模扼流圈，在地与导線(xiàn)之间并联電(diàn)容器，组成LC滤波器进行滤波。

差摸干扰可(kě)以使用(yòng)差摸扼流圈进行抑制，但前提是减少共模干扰，以防共模干扰转化為(wèi)差摸干扰。

2 复杂外部环境中干扰所引起的噪声问题

复杂外部环境下干扰噪声的源头分(fēn)别是電(diàn)网干扰、電(diàn)磁辐射以及地線(xiàn)环路。

2.1由電(diàn)网串入的共模干扰

在外场音频设备使用(yòng)环境中，往往无法对场馆方提供的電(diàn)源提出苛刻的要求。但有(yǒu)些条件必须满足：電(diàn)源必须只能(néng)是单独的，電(diàn)压相对稳定，是相对纯净的電(diàn)源回路。因此，需要检测電(diàn)压是否稳定、是否接地，输出极性是否正确。然后，对现场的電(diàn)源进行进一步的处理(lǐ)。如果電(diàn)压不够稳定，可(kě)以使用(yòng)稳压器。出于实况转播音质的考虑，对于调音台及周边设备電(diàn)源纯净度的要求更高一点，因此，尽可(kě)能(néng)提供一路单端的電(diàn)源，并且使用(yòng)加装了滤波器的隔离变压器，隔绝来自電(diàn)网的噪声污染。要注意的是，隔离变压器在开机瞬间会产生较大的激磁涌流，有(yǒu)可(kě)能(néng)导致跳闸。当遇到这种情况时，可(kě)以通过加装软启动装置来解决问题。

音响系统的電(diàn)源一定要与灯光及其他(tā)包含電(diàn)动机的系统（如舞台机械）完全分(fēn)开，以防这些系统产生的電(diàn)磁污染影响到音响系统。这种从電(diàn)网串入的共模干扰听起来是一种低频的嗡声（HUM）。

2.2電(diàn)磁辐射干扰

在进行现场音频系统搭建时，需要注意周围是否存在干扰源，干扰可(kě)能(néng)会来自设备電(diàn)弧、附近電(diàn)台，大功率辐射源、交变的磁场产生交变的電(diàn)流会产生共模干扰。

如果音频系统搭建的场地附近存在大型的变電(diàn)设备，干扰会较為(wèi)严重，在这样的情况下，遠(yuǎn)离变压设备是第一选择，如果不行，只能(néng)通过将音频设备屏蔽接地的方式来降低干扰。

辐射的干扰还会来自设备与设备之间。单相供電(diàn)的音频设备的火線(xiàn)零線(xiàn)在插線(xiàn)板上的方向有(yǒu)时候也会引起微弱的低频噪声，原因是由于反相電(diàn)源的功放内部的环型变压器产生的電(diàn)磁场与其他(tā)设备变压器产生的電(diàn)磁场互相干扰。

在进行線(xiàn)缆敷设时，不要将音频信号線(xiàn)缆与電(diàn)源線(xiàn)近距离平行布線(xiàn)，以防感应電(diàn)流的产生。如果需要交越，最好保持90︒垂直。需要提醒的是，信号線(xiàn)缆在距离开关電(diàn)源设备过近时，也会感应到频率较低的共模干扰。

辐射造成的噪声通常听起来较HUM频率要高，有(yǒu)周期性，称之為(wèi)BUZZ。

两种噪声的區(qū)别见表1。有(yǒu)经验的音频工程师能(néng)够根据现场扬声器或者耳机中出现的噪声判断问题可(kě)能(néng)出现在什么环节。

表1 两种噪声的區(qū)别和排除方法

2.3地線(xiàn)环路干扰

地線(xiàn)环路干扰是在音频系统中最常见最复杂也最难以判定的一类干扰。经常出现这样的情况，明明采用(yòng)了平衡接法（见图3）却依旧有(yǒu)可(kě)闻的音频噪声出现，这也是很(hěn)多(duō)从业人员的困惑所在。

图3 平衡接法示意图

平衡接法的设计很(hěn)巧妙，使用(yòng)三根导線(xiàn)，两根用(yòng)于传输信号，另外一根则用(yòng)于屏蔽。两根导線(xiàn)传输的信号幅度相同、相位相反。负责接收信号的差分(fēn)放大器在接收到信号后只负责放大两个信号之间的差值，有(yǒu)效降低共模干扰。所有(yǒu)音响从业人员都记得卡侬接口“一地两正三负”的口诀，这是AES给出的卡侬接口的标准，在國(guó)标GB／T14197—93《声系统设备互连的优选配接值》中，也明确定义使用(yòng)卡侬头用(yòng)于平衡式连接传输时：接点①接屏蔽层，接点②接信号热端，接点③接信号冷端。但是，在一些现场演出实務(wù)的文(wén)章中却建议在输出端做1脚跳空的方式处理(lǐ)；而在发烧音响圈子里，使用(yòng)RCA插头进行非平衡式传输时,则是在发送端连接屏蔽层到负极,接收端跳空屏蔽层。

矛盾来自于哪里？“一地两正三负”的原则没有(yǒu)问题，问题在于这是一个相对较為(wèi)理(lǐ)想的状况。它假设了设备两端的地是以電(diàn)阻无限接近于0的导線(xiàn)相连，两端的地為(wèi)等電(diàn)位。在实际使用(yòng)，尤其是外场大量長(cháng)距离音频線(xiàn)缆连接的情况下，很(hěn)难保证设备两端的地等電(diàn)位。因此，两端地的電(diàn)位差产生的電(diàn)流会在信号通道上感应出环流，从而形成难以抑制的差模干扰，如图4所示，a、b端電(diàn)位差形成的電(diàn)流会在信号通道感应出环流造成难以抑制的差模干扰。電(diàn)位差越大，卡侬1端对应的连接線(xiàn)上产生的電(diàn)流越大，而在同一根音频線(xiàn)中地線(xiàn)与信号線(xiàn)距离如此之近，干扰就尤為(wèi)突出。

图4 地線(xiàn)环路示意图

从图5的地線(xiàn)环路中可(kě)以看出，要消除地線(xiàn)环路造成的差模干扰，只需要断开地線(xiàn)连接就可(kě)以。但这又(yòu)带来其他(tā)的疑问，如果地線(xiàn)断开，平衡接法的优势又(yòu)在哪里呢(ne)？事实上，断开地線(xiàn)连接只是一种不得已而為(wèi)之的应急措施，在演播室这类严格按照规范进行施工的场所，这样的问题并不存在，在实况转播这样的场合却必须考虑。

图5 改进的平衡接法示意图

一般来说，并不需要按照演出实務(wù)上介绍的那样将每一根音频平衡線(xiàn)都断开一段的地，并一一做好标记，完全可(kě)以按照标准的平衡接法进行连接，在某些节点进行地線(xiàn)跳空的操作，如图5。既然地線(xiàn)环路的起因是由于两端地電(diàn)位的不一致，那么容易出现问题的节点往往出现在長(cháng)距离传输以及不是从同一電(diàn)源排插取電(diàn)的设备之间。

3 实例说明

以下举三个常见的地線(xiàn)环路干扰的例子来加以说明。

3.1二级调音台与转播車(chē)之间的噪声问题

较長(cháng)的音频線(xiàn)连接往往会出现在现场调音台与转播車(chē)的信号传输中，现场调音台与转播車(chē)往往電(diàn)源都不是一条線(xiàn)路，两边地有(yǒu)電(diàn)位差是常见的事情，这时候就需要断开地線(xiàn)环路。通常的做法是，使用(yòng)每个声道带有(yǒu)独立音频隔离变压器的信号分(fēn)配器，见图6，并打开earth lift开关。

图6 信号分(fēn)配器

3.2電(diàn)脑播放视频产生的噪声问题

在很(hěn)多(duō)场合，现场需要大屏播放PPT或者视频文(wén)件，電(diàn)脑通过VGA或者HDMI接口提供视频给大屏，而音频信号则是进入调音台进行处理(lǐ)。以VGA接口為(wèi)例，VGA接口有(yǒu)多(duō)脚接地（4,6,7,8,11端），见图7。因此，音频系统与视频系统之间就存在了地線(xiàn)的回路。如果系统中出现了噪声，需要在音频输出点使用(yòng)DI盒，将接地设定為(wèi)断开，地線(xiàn)回路无法成立，便能(néng)解决问题。

图7 VGA接口

图8 DI盒

3.3接入非平衡设备产生的噪声问题

在专业音响领域，使用(yòng)非平衡设备的情况较少，但又(yòu)是无法避免的。比如電(diàn)声乐器的接入，電(diàn)吉他(tā)的音频传输使用(yòng)的是大二芯TS插头，接地端无法断开。从電(diàn)声乐器到调音台的平衡線(xiàn)路输入端经常采用(yòng)乐器DI盒，这里DI盒用(yòng)来将高阻抗高電(diàn)平的非平衡信号转换為(wèi)低阻抗低電(diàn)平的平衡式信号。通常在DI盒上会有(yǒu)一个浮地开关，一旦出现噪声问题，可(kě)以进行断开地線(xiàn)的操作来降低噪声。

图9 乐器DI盒

4 结语

在实际工作中，音频噪声除了前面所提及的電(diàn)信号干扰噪声，还包括其他(tā)各种情况，诸如通过空气传播的空调、风扇、音源串音等。限于篇幅，筆(bǐ)者仅就電(diàn)信号的外部干扰防治做简单说明，整理(lǐ)成文(wén)与业界同行探讨。

选自《演艺科(kē)技》2019年第3期 孔光伟《外部干扰所致的音频噪声防治》，转载请标注：演艺科(kē)技传媒。更多(duō)详细内容请参阅《演艺科(kē)技》。