音频系统中的噪声

音频系统中的噪声
音频系统搭建和使用中，噪声往往会不可避免的出现，往往这也令音频工作人员最头疼的事。

如何避免、查找、消除和削弱音频系统中的噪声，我想，这一定也是你常常思考和探索的问题。

下面，我就将自己在实际工作中学习和掌握的一些经验和方法谈一谈，与大家共勉，并请大家批评指正。

一般来说，对于模拟系统，噪声可产生与系统的各个环节，而数字设备，噪声窜入的薄弱环节总是设备中的A/D、D/A转换部分。

但不论是数字还是模拟音频系统，产生噪声不外乎以下几个方面：配电系统、信号系统、设备配接、电磁干扰等。

一、电源系统：
音频系统的供电多为单相三线制（火线、零线、地线），一些用电量较大的音频系统也常采用三相五线制（三条火线、零线、地线）分配供电。

在实际工作中，有些工程人员往往零线、地线关系混淆，不明白其作用，要么地、零接法不规范，要么地线弃置不用，这都是不正规、不安全的做法，并且种下了系统噪声的隐患。

在电力系统中，零线是参考0电势电流回路线，即中性线，它在电网前端接地；而地线是可重复多点接入大地的安全保护线，在工程操作中，对于一套音频系统，应当就地做独立的接地，不能与电网共用接地。

接地要按照电工操作规范施工，不能简单的以自来水管、暖气管等作为接地点，这样做不但起不到可靠接地的作用，而且往往会引起很大的噪声干扰。

一般来说，低压供电电网都十分规范，大都采用三相四线制输电至局部电网。

对于一套音频系统，尤其是固定使用的系统，如演播室、录音棚等环境，在局部电网加保护地线，变为三相五线或单相三线供电（如图1）；若是移动演出的音频系统，电网采用三相四线供电，且又受环境限制不方便加保护地线，此时也要保证系统地线可靠相连，并将系统地线与电网中性线连通，以消除因地线开路，在设备机壳产生感应电压而引起交流噪声的隐患（如图2）。

图1
图2
当系统配电做完后，我们可以对系统接地做一下检查。

用万用表测一下设备机壳与电源地线及地线与零线之间的电压，若这一电压为零或很小，则保护接地或保护接零良好。

若测出的电压在几十伏到一百多伏之间，那一定存在接地不良，这一电压是由于设备外壳接地电阻与零线或地线接地电阻大小相当，当出现接地故障时，设备外壳的带电电压
U壳=U相*R壳/（R壳+R零）≈1/2 U相
相电压220v，所以我们测出的漏电电压多为相电压的一半左右，即漏电电压100v左右。

由此我们也可作为系统接地状况判断的依据：当测得设备机壳与地线间存在百伏左右的电压、或者肌肤接触系统相关金属部件时发生电击，可判定存在系统设备接地不良、或设备间存在接地方式不统一的现象。

在流动演出中，容易出现设备接地方式不统一的现象，因此，在工作中应避免带电插拔设备，防止因为机壳带电毁坏设备或受到漏电电击。

另外值得注意的是，在同一系统中，不可同时存在图1和图2两种接地方式，也就是说，不能有一些设备接地，另一些设备保护接零的状况存在，这是因为如果接地设备出现接地故障，外壳带有浮电时，会导致采用接零方式的设备外壳也带电或设备间产生压差，造成安全和噪声隐患。

有时我们会碰到一些没有接地端的两指插头的设备，或者有些电源接插板就是没有接地空的，这样有时会引起因为电源相位不统一及设备供电方式不一致（变压器供电、开关电源供电，冷底板、热底板等）而引起的电源交流噪声，这时，试着一个一个地插上插头，当插上某一个插头时产生了噪声，则将其拔下调转180°插入，以调整电源相位，消除噪声。

二、信号系统接地：
信号系统的接地是指将整个系统的信号传输参考电位统一。

屏蔽线应在一点接地：
信号接地不同与电力系统接地。

信号系统接地不能像电力系统那样，可多点重复接地；对于信号系统来说，接地点就是信号系统0电势参考点，由于大地各点电势不同，两点或多点接地，就存在接地点间的电势差，这一电势差，就成为了干扰源。

首先，我们先分析一下为什么要对信号屏蔽线一点接地。

设Us为某系统前级输出电平，Rs为其输出电阻；R L1为信号芯线等效阻抗，R L2为屏蔽线等效阻抗；Rin为后级输入电阻；U G和R G分别为两节地点的电势差和大地阻抗。

如下图所示。

(a) (b)
由上图(a)可知，A、B两个接地点的间的电压
U AB= U G ×R L2 /（R G+ R L2），
由于R G＜＜R L1、R L2，
那么U AB≈U G，
由此，加在Rin上的干扰电压
U Rin=U AB×Rin /（Rs+R L1+ R L2+Rin），
Rs、Rin又因远大于R L1、R L2，
所以，干扰电压
U Rin= U G ×Rin /（Rs +Rin）。

通常，音频设备的输出阻抗和输入阻抗分别为600Ω和10kΩ，则干扰电压U Rin= U G ×10kΩ/（600Ω+10kΩ）=0.94 U G。

由此可见，绝大部分的干扰信号都加在了后级电路上，产生共模干扰。

若将A接地点断开不接地，相当于在A点与地之间加了一个阻值非常大的电阻Rx，如图(b)所示，此时，A、B两个接地点的间的电压
U AB= U G ×R L2 /（R G+ Rx+R L2）
≈U G ×R L2 / Rx，
R L2 与Rx大小悬殊，比值趋于0，则电压U AB趋于0，干扰电压U Rin也趋于0。

这种现象常常存在于两套系统的连接过程中，例如电视晚会的现场扩声系统与录音转播系统的连接中，常常存在两套系统各自存在信号接地现象：场内设备接地了，场外的转播车也做了接地，不管二者是否是同一供电来源，此时就会形成两点接地的闭环回路干扰，所以在这种情况下二者之间要加一个信号隔离变压器或断开其中一端的信号地。

专业工程中涉及的“地”有几种：一是电源地，二是系统信号地，三是高要求音控室接地端子。

其中，电源地是电气工程中埋设的，用以保护人身安全，音响系统最好不要借用；信号地是系统的零电平参考点，各设备连接起来后，其信号地就是屏蔽层；音控室的接地端子是在要求较高场合或有强电干扰时，音响工程中专门埋设的地线，其对地电阻不能大于4欧姆。

这几种地的意义不同、作用不同，不能混淆，否则，接地系统的混乱带来的问题要比设备带来的问题更难解决。

闭环回路（图a）的产生一是由于多条信号线两端都有接地，二是由于屏蔽层与电源地形成的。

一旦形成闭环电路，电磁砀干扰就会在屏蔽层上产生感应电流，给音响系统带来噪声干扰。

解决的办法有：屏蔽层一端接地（一般在信号末端）；设备背板上的接地开关置于悬浮挡，并判断设备后背的接地线柱是否与外壳相通，若相通就不用，若不相通即将它们集中于调音台的接地线柱上，最后接入音控室的真地。

当然，如果没有电磁场干扰，闭环回路也不会带来噪声，但作为规范的施工，应尽量避免闭环回路。

另外，音控室或录音棚是否需要单独设置抗干扰接地端子，要看环境是否允许以及是否有较强的电磁场干扰，因为电磁场干扰是通过闭环回路产生作用的，与系统是否接入音控室的接地端没有关系；而对电磁场的干扰，就要求屏蔽层接入抗干扰接地端子，其抗干扰作用才会显示出来。

信号地的分类 信号“地”；信号“地”又称参考“地”，就是零电位的参考点，也是构成电路信号回路的公共段。

1 直流地：直流电路“地”，零电位参考点。

2 交流地：交流电的零线。

应与地线区别开。

3 功率地：大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。

4模拟地：放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。

5 数字地：也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。

6“热地”：开关电源无需使用变压器，其开关电路的“地”和市电电网有关，既所谓的“热地”，它是带电的。

7“冷地”：由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合、既能传送反馈信号又将双方的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，它不带电。

8保护“地”；保护“地”是为了保护人员安全而设置的一种接线方式。

保护“地”线一端接用电器，另一端与大地作可靠连接。

不同地线的处理方法。

1. 数字地和模拟地应分开；在高要求电路中，数字地与模拟地必需分开。

即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开，仅在系统一点上把两种“地”连接起来。

2. 浮地与接地；系统浮地，是将系统电路的各部分的地线浮置起来，不与大地相连。

这种接法，有一定抗干扰能力。

但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ，一旦绝缘性能下降，就会带来干扰。

通常采用系统浮地，机壳接地，可使抗干扰能
力增强，安全可靠。

3一点接地；在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。

通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。

4. 多点接地。

在高频电路中，寄生电容和电感的影响较大。

通常频率大于10MHz的电路，采用多点接地。

地与电（信号），接地，通常是指用导体与大地相连。

可在电子技术中的地，可能就与大地毫不相关，它只是电路中的一等电位面。

如收音机、电视机中的地，它只是接收机线路里的一电位基准点。

接地，在电力和电子技术中，既简单，又复杂，而且还必不可少。

按接地的作用，可分为工作接地、保护接地、过压保护接地、防静电接地、屏蔽接地、信号地等多种。

三、设备配接与抗干扰
在达到系统需求，使用合理的条件下，系统构成越简单，发生故障、产生噪声的几率就越小，系统性能越好，也越成功。

系统的最前级，信号的拾取是十分重要的一个环节。

首先，我们来谈一谈线材的选用。

对于音频信号线，不论是平衡还是非平衡，其结构都是有芯线和屏蔽线组成，屏蔽线要遵循上面所讲得应在一点接地的原则。

信号线有话筒线和线路音频线之分。

话筒线一般用于话筒等低电平音频设备，当然也可用于线路电平信号的传输；在要求较高的场所，如话放的前级输入以及较强电磁干扰的场所，不能以线路信号线代替话筒信号线。

这是因为，话筒等低电平信号比线路电平信号要小几十分贝，高质量话筒线的抗噪性能是普通线路音频线性能的3到5倍，而且，高质量的话筒线都采用4芯星绞的结构，话筒线的分布参数也比一般音频线要小许多。

一两支话筒时这一差别也许不明显，但在使用话筒较多、做高品质母带处理等环境，这两个级别的线材的差异就显得较为突出了。

另外，话筒有高阻抗与低阻抗之分。

高阻抗的数值约1000～20000欧姆，它可直接和放大器相接；面低阻抗型为50～1000欧姆，要经过电路匹配后，才能和放大器相接。

高阻抗话筒的输出电压略高，但引线电容所起的旁路作用较大，使高频下降，同时也易受外界的电磁场干扰，所以，话筒引线不宜太长，一般以10～20米为宜。

低阻抗输出无此缺陷，所以噪音水平较低，传声器引线可相应的加长，有的扩音设备所带的低阻抗传声器引线可达100米。

如果距离更长，就应加前级放大器。

音频信号线上的交流干扰信号
在我们的日常工作中，遇到的线间干扰主要是电力线对信号线缆的干扰。

在移动演出活动中，常常存在此类电磁噪声干扰。

例如，大型演出中，从舞台到音响控制台，电力线与信号缆线往往是近距离并行几十米。

对于单相电流10A以下的电力线，这样几十米的并行，对于无质量问题的单根信号线缆的干扰噪声点平一般在- 80dB以下；若是10kW左右，甚至几十千瓦的大功率电力线，这种干扰就显得较为突出，尤其是对于信号线中的话筒低电平信号，这样的干扰是难以忍受的。

测试表明，2kW的电力线，若与一根4芯星绞的结构的信号线平行10米，当两者间距大于20cm，其感应的噪声点平小于-93dB。

电力线线载功率、平行距离、间距三者相对噪声电平近似呈对数关系，也就是说，三者其一，每增大或减小一倍，噪声电平相继增、减或减、增（对于间距而言）3dB。

上图可作为一般室外或非穿管布线时，信号线与电力线之间距离的参考。

若是演播室或录音棚应当采用金属管穿管布线的方式，这样，相互干扰会降低，而且，穿管布线可适当减小信号线与电力线间距，相应的，同等条件下，电力线功率容量和并行距离都增大。

说到电力线对信号线的干扰，就不能不说说灯光对音响的干扰。

我们都知道，演出系统中，灯光、音响两工种的用电要做到独立、分开，也就是说，两路用电须出自两个电力变压器。

灯光对音响的干扰主要是来自于灯光的硅箱，由于灯光可控硅的调控信号是频谱很宽的脉冲信号，这一信号很容易通过电力线串扰到音响系统之中，而且是各种滤波设备难以滤除的。

所以，除了做到与灯光用电分开，也应该避免音响电源线与灯光电源线长距离、近距离并行。

有时我们会遇到这样的现象，虽然灯光、音响供电独立，而且走线规矩，但是灯光一开，噪声就产生了，这是一定存在音频信号线或电力线的接地线或屏蔽线断开或开焊的故障，导致系统抗干扰能力下降。

有些演出环境中，受条件限制，音频系统不得不与灯光用同一电力变压器输出的电源，此时应当与灯光师协调，将音频系统的用电至少是调音台等前级设备的用电与灯光的非硅控设备压在同一相电上，例如电脑灯、低功率追光灯等，并做好接地。

当然，能做电源的隔离净化最好，但一般的电源隔离变压器、电源净化器承载功率大都在其千瓦以下，只能用在系统的前级或小型演出系统中
下面就谈一谈音频系统中大家常用到的有抑制和消除噪声作用的设备。

a.音频隔离变压器
音频隔离变压器的工作频率范围一般从10～20000Hz。

它主要用于系统间或设备间的音频信号传输，可以完全隔离两个系统间的电位差，避免由于接地问题造成的交流声干扰，防止过高的电位差对设备输入级的损害，实现音频信号的安全传输的音频设备。

一般用于系统间或设备间的隔离连接。

他对消除或抑制噪声有良好的效果。

其原理是将隔离变压器初级的信号耦合到次级，使为平衡输出，使从初级串入的干扰噪声在次级成为对地等幅、反相的一对共模信号，在后级电路中相互抵消，达到消除、抑制噪声的作用。

差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线（hot）与地（ground）之间传输，属于非对称性干扰。

在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。

不是共模信号，隔离变压器是隔离不了的。

若是前级输出设备因为自身故障而使其输出的信号中有噪声成分，此时隔离变压器对这类噪声是不起隔离作用的，这也是判断产生系统噪声故障的一个小窍门。

b. D.I box
D.I box ( Direct Input box)从电路原理上将它相当于调音台的线路输入的前置放大器部分。

它分为输出变压器型和差动电路输出型两种形式。

输出变压器型是将输入信号利用变压
器的耦合作用和阻抗变换作用辅以电路的工作原理，它有极高的共摸抑制比、输入输出完全隔离、无直流、无地线引起的交流声、接成非平衡时， 反向输出端接地， 增益无变化。

它的缺点是优质的平衡变压器造价较高，频响较难做到平直，频带相对较窄。

而差动电路输出型是将信号直接由差动放大器变换输出，这类转换器的共摸抑制比一般不会高于其电路的供电电压（ 约正负15 伏），有可能因重复接地引起交流声，接成非平衡输出时， 反向输出端（信号线的3脚或“－”端）必须悬空不能接地，接成非平衡输入时，反向输入端（信号线的3脚或“－”端）必须接地不能悬空。

有些设备，例如电琴、电吉他、贝斯、合成器、声卡等，一般均为非平衡输出模式，而且，这类设备都有较高的输出阻抗、增益可调节范围较小，这些因素的存在，使得信号不宜做长距离传输，电平不宜匹配，从而容易引入噪声，产生相位及幅度等失真。

D.I box的作用：
1．将非平衡输出转换为平衡输出；
2．阻抗变换（将高阻抗输出调整为标准输出阻抗）；
3．增益调整（调整传输电平，获得较好的电平匹配）；
4．带通选择，前后级隔离。

基于以上几点，D.I box能够使设备获得良好的传输性能，有效的降低干扰，抑制噪声。

c.音分
音分的作用就是在阻抗匹配的条件下将信号分为多路送出。

因此，我们先谈一谈音频系统的阻抗匹配。

有电路常识的人都知道，阻抗匹配是指当前级设备的输出阻抗等于后级设备的输入阻抗时，后级负载可获得最大功率。

当然，这是指功率传输。

对于音频非功率信号的传输，这样的匹配并不适用。

看下图，Us和Rs为前级设备的输出电压和输出阻抗，Ro、R L1、R L2分别为后级设备输入阻抗、传输线阻抗。

Ro、Rs远大于R L1、R L2。

后级输入阻抗Ro上获得的信号电压
Uo=Us ×Ro／(Ro+Rs+ R L1+ R L2)≈Us ×Ro／(Ro+Rs)
要是Ro上获得较高的信号电压，则应使Ro>>Rs。

同时又要满足一定的功率传输，Ro与Rs又不宜相差太悬殊，因此，业内定为Ro与Rs之比为5:1。

当一路信号分送多路，例如，一个话筒信号分送多个调音台，多台功放或有源音箱用同一信号串接时，势必会使后级阻抗因多台设备并联而降低，从而使得信号的长距离传输性能下降，频响劣化，抗噪性能降低。

此时应当使用音分或线路驱动设备，将信号分为多路分别送出。

音分一般有无原音分和有源音分两种。

无原音分大多是变压器输出型，但由于变压器输出存在损耗和功率衰降，此类音分的输出一般都少于四个，由于是变压器型，无原音分也可作为隔离变压器使用；有源音分因为可在电路上作增益调整，消除损耗，因此可做到较多的输出端。

另外，无线话筒的正确使用，将由于无线设备引起的断频、干扰等消除，也只十分重要
的。

1．避开广播、通讯频段，防止同频干扰；
2．正确设定话筒频率。

一般来说，厂家生产出的话筒，都预先设定了若干编组和频道，同一场合，一个频段内只可使用一个编组，同一编组内的可同时使用的话筒数量有
频道数决定；厂家设置这些频点都是经过严格测试，都是在频带范围内，按照带宽
要求，避开了差频干扰、谐波干扰，满足电磁兼容而设定。

所以，尽可能按照厂家
设定的频点设置话筒。

3．正确使用天线和天线放大器。

不论是手持话筒还是领夹话筒，其发射天线都是1/4波长单极天线，发射条件也都相似，这里就不作讨论了。

现在的无线话筒大都是双
天线接收，对于安装在接收机上的一对天线，应对称与地面成45度角放置，以防
止两天线接收条件过于相似，达不到双接收的效果；并且置于两米左右的高度，以
减弱地面衰耗。

对于有方向性天线（如八木天线、对数天线等），要保证天线主波
瓣对着无线话筒的活动范围。

天线放大器是用于补偿馈线损耗或远距离接收，并不
是加了放大器接受效果就一定好，放大器的增益也不是越高越好，应为信号太强会
引起射频自激，也会使噪声信号被放大，是接收机噪声门限失效。

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天线放大器来说，当馈线长度在5米左右时，应设置放大器增益为3dB, 当馈线长
度在25米左右时，应设置放大器增益为10dB；
4．设置接收机噪声门限。

开启其他话筒，关掉将要调节的接收机所对应的话筒，现将接收机噪声门限调到最低，此时应会听到噪声或者是接收机场强表有显示，然后逐
步调高噪声门限，直到恰好听不到噪声或接收机场强表无显示时，在略将门限调高
一点，此时为最佳。

5．尽量避免将多只开着的无线话筒放在一起，因为这样容易引起差频干扰。

这是因为无线话筒接收机的解调电路都存在一中频（例如：10.7MHz)、二中频（455kHz)等，多品牌无线话筒、或多只未按厂家设定频点的无线话筒在一起时，无线信号相互作
用，产生的差频有可能刚好与某一接收机的频段相近或与某一中频频段相近，这样
就产生了差频干扰。

不要将开着的无线话筒放在接收机上，因为这样会使较强的射
频信号直接作用于接收机电路上，从而引起自激或干扰；避免将无线发射设备（如
无线耳机返送发射机）与接收机近距离放在一起或装在同一机柜里。

6．正确选择接收机输出电平。

许多无线话筒接收机音频输出接口都有MIC/LINE两档输出可选。

两档输出电平相差26dB,不同的场合、不同的要求、不同的调音台，合
理选择输出电平也可有效的提高信噪比。

好了，关于音频噪声的话题就先说到这里。

由于水平所限，不免有不足之处，敬请大家多多包涵，并不吝提出宝贵意见和建议。

谢谢！。