令音频工作人员头疼的“噪声”来源及解决办法

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音频系统搭建和使用中，噪声往往是不可避免的，这常常令音频工作人员头疼。如何避免、查找、消除和削弱音频系统中的噪声，这一定也是音频技术人员经常思考和探索的问题。下面让我们从噪声来源、接地系统以及消噪措施这三方面对音频系统所产生的影响进行分析。

噪声来源

　　一般来说，对于模拟系统，噪声可产生于系统的各个环节，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：设备本身固有噪声、电磁干扰、电源干扰、接地回路噪声等。

1
系统设备本身的固有噪声

　　音响设备毕竟是一种电子设备，使用模块质量优良和制作工艺的高低都会产生或多或少的本底噪声。当一套音频系统里面有多台设备时，音箱所发出来的本底噪声将是由这一套音频系统所有设备本底噪声叠加起来的。当然，由于目前科技的飞速发展，各个设备间的技术指标都在不断提高，单台设备都具有较低的本地噪声。需要说明的一点是，系统的本底噪声是设备固有白噪声，这个是调音师技术层面上较难解决的，最好的解决办法便是选择质量好，本底噪声相对低的设备。



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外部的电磁辐射干扰引起的噪声

　　如手机、对讲机等通讯设备的高频电磁波辐射干扰、周围环境的空调、汽车点火、电焊等电脉冲辐射、演播厅灯光控制采用可控硅整流设备所产生的辐射，都会通过音频传输线直接混入传输信号中形成噪声、或穿过屏蔽不良的机器设备的外壳干扰机内电路产生干扰噪声。值得注意的是，在音频系统中最容易引入干扰的设备便是无线话筒接收机，抗干扰能力差的无线话筒接收机的天线在接收无线话筒信号的同时，也把干扰信号同时引进了音响系统。



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电源干扰噪声

　　音响设备的外部干扰，除电磁辐射方式外，电源部分引入干扰噪声将是另一个产生噪声的主要原因。由于各种照明设备、动力设备、控制设备共同接入，形成了一个十分严重的干扰源。

　　如接在同一电网中的灯光调控设备、空调、马达等设备会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电路，不同频率的纹波电压，通过电源线路窜入音响设备的供电电源，总会有一部分干扰噪声无法通过音响设备的电源电路有效的滤除，将必然会在设备内部形成噪声。尤其是同一电网中的电磁兼容性不达要求的大功率设备，是干扰音响设备的主要原因。

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接地回路噪声

　　在音响系统中，必须要求整个系统有良好的接地，接地电阻要求小于4欧姆。否则，在音响系统中设备由于各种辐射和电磁感应产生的感应电荷将不能够流入大地，从而形成噪声电压叠加在音频信号中。

　　如果在不同设备的地线之间由于接地电阻的不同而存在地电位差，或者在系统的内部接地存在回路时，则会引起接地噪声。两个不同的音响系统互连时，也有可能产生噪声，噪声是由两个系统的地线直接相连造成的。

　　在我们的调试过程中，时常会出现当我们用同一台笔记本电脑同时播放音频和视频的时候，音频和视频都会受到干扰，特别是音频噪声很明显，而当我们单独播音频或者视频时就不会出现类似问题了，这个问题出现的原因就是在于笔记本内部的显卡和声卡模块虽是单独驱动的，但其接地系统却是联通的，因此两个模块之间存在对地电位差，这个电位差便是引起噪声的元凶。



　　以上简述了音响系统中可能出现的几种噪声来源，当然，在实际情况中我们也遇到了不少因为线路的焊线工艺不佳而引起的噪声，这一点也是我们在工程上最不应该出现的问题，一个合格的工程在焊线工艺这个环节上是不需要让我们为之操心的。

解决方法

1
良好的接地处理

　　为使带屏蔽层的电缆能够屏蔽外界的杂散电磁干扰，屏蔽层必须要有正确的连接和良好的接地。实践中，所有的设备悬浮，是在没有专门的地线条件下最常采用的一种措施。

　　但这是一种极不稳定的工作状态，往往会产生不稳定的随机噪声，所以整个系统要良好接地。首先应设有专门的地线，且接地电阻小于4Ω。不能采用电源的零线作为音频系统设备的地线。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左右的钢管或铝合金管插入地下，并做侵盐处理，效果很好。

　　一般的系统都是有多台设备通过电缆连接起来的链路系统。很容易由其屏蔽系统组成链式接地方式。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使得整个系统产生感应电压。进而使系统产生一定的噪声电平，此类干扰在链路较长的音频系统上尤为明显。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。接屏蔽层处各设备的地线通过专门的导线一个接地点连接（如图1所示）。


设备星型接地方法

　　如果信号传输线两端的屏蔽层都接地，必然形成接地回路。当该回路受到其它设备的电磁辐射干扰时，在电缆的屏蔽层必然会出现感应电流，以致产生严重的干扰噪声，形成地回路噪声干扰（如图2所示）。


地回路形成示意图

　　为保证系统不出现地环路结构，要求各设备间只能有一条接地导线互连。在要求不严谨的场合，可以让不平衡的设备悬浮，通过音频信号线公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，否则将使噪声严重增加。

　　机壳间的相连问题也应引起重视，比如许多设备安装在同一机架上，如果每个设备单独连接了地线，2台设备因为安装在同一机架上而使得机壳相连，当然形成了接地回路。

2
系统的隔离

　　在一些大型的音频系统中。往往由很多个子系统组成。这些系统大都是远距离的连接，而且都有独立的接地系统。2个系统一旦接地相连，必然形成接地噪声（如图3所示）。另一方面，由于传输距离较长，传输线屏蔽层的接地电阻增加，就容易引入大量外界电磁场辐射干扰噪声。


系统间的隔离处理

　　在实践中，如果每个系统单独工作，噪声可通过合理的连线和接地控制在允许的电平内。但当多个子系统互连时，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。这时最好的方法就是加装音频隔离变压器。在多个系统之间加装音频隔离变压器使之互相隔离，多个系统的地线不得相连，用光隔离的办法彻底隔离不同的系统，效果更好（如图4所示）。


有2台MD录音机组成的光隔离方法

3
系统的正确连接

　　在音频系统中，一般连接的设备很多。不同设备有不同的接口形式，使用的接插件各不相同。有平衡和不平衡的输入输出形式，为有效地屏蔽外界的电磁辐射干扰，必须统一使用屏蔽电缆并采用正确的方法连接。

　　当音频信号传输采用平衡式时，外部干扰电源对电缆内的2根信号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，2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，应尽可能的采用平衡的连接方法。

　　在与不平衡的输出设备连接时，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，而不采用平衡—不平衡转换器。屏蔽层感应的噪声混入到音频信号中，从而增加噪声，这是引入噪声的一个主要途径。所以，无论是平衡还是不平衡的传输，都应采用双芯屏蔽电缆，并且屏蔽层只在平衡输出或输入的一端接地

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当两端都是不平衡的设备时，如果传输距离较远，最好使用平衡—不平衡转换器或音频隔离变压器转换为平衡式传输（如图6所示）。


　　现在的音频设备的连接普遍采用电压跨接方式连接。即所有音频设备的线路输出都是低阻输出，而作为负载的线路输入端则都采用高阻抗输入，除了功放和音箱的连接外，一般不需要专门考虑阻抗匹配。

4
电源的净化（滤波器）

　　为了隔离公共电网形成的干扰噪声。最好采用隔离净化电源或隔离变压器。隔离变压器或净化电源的接地端一定要有良好的接地，否则隔离的效果不好。要和一些干扰强的大功率电器隔离，单独供电。也可以在音频设备电源的输入端加装滤波器将干扰噪声滤除。

　　实际工作中，也可以通过改变单相供电的音频设备的火线和零线输入的位置，找到噪声最小的一种连接插法。这样也可以使一些噪声干扰降低，还要注意音频传输线不得和电源线平行布线，要将音频线和电源线交叉布线，也可可降低交流噪声干扰。

　　以上对音频系统中产生的噪声问题进行了分析。并根据噪声产生的原因提出了相应的解决方案。实际工作中，如果短时间内无法查明噪声原因，也可以采取利用噪声门降低噪声。


５
噪声门

　　利用噪声门可以在一定程度上消除或抑制话筒拾取的环境噪声以及线路传输中的本底噪声。

　　其原理不必多言。但门限电平的设定、门限的打开及释放时间的设定，都与噪声电平及信号电平息息相关。使用噪声门和设定参数时要十分小心，当门限打开时，噪声与有用信号一起通过。因此，只有在有足够大的信噪比时，才适宜使用噪声门消噪。

　　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，也是十分重要的。

避开广播、通讯频段，防止同频干扰；

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由频道数决定；厂家设置这些频点都经过严格测试，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；

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收效果就一定好，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。以SHURE 810A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；

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，再略将门限调高一点，此时为最佳；

尽量避免将多支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、或多支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。

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地提高信噪比。

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