剖析音响放大器电流声产生的原因

行业动态 · 发表在行业动态 2018-11-17 23:14

相信音响设备发烧友经常受到音响放大器“电流声”的困扰，绝大部份人都认为，电流声是因为接地不良所致，于是便努力把放大器的外壳接地，甚至把整个放大器用金属罩子屏蔽，但电流声依然存在，对此苦不堪言。

　　各人对“电流声”定义不一，先要找出你遇上哪一种“电流声”。
　　超过一半的情况下，都不是接地出了问题。“电流声”更加不是由静电引起。但综观不同朋友的描述，“电流声”都是：1、连续不断的噪音; 2、噪音的响度颇为稳定; 3、通常都是低频噪音。

　　综合各方朋友的遭遇，“电流声”可笼统归纳为以下几种情况引致：
　　1、电源涟波噪音 (Ripple noise) ，即交流啍声 (Humming)；
　　2、感应噪声 (Pick-up noise) 包括人体拾波噪声 (Body pick-up)；
　　3、线路板走线 (Layout) 或接地布局 (Grounding topology)；
4、不良地线噪音 (Ground noise) 及循环接地 (Ground loop)；
5、机内布线及屏蔽策略不良 (Bad wiring and shielding strategy)。

   交流啍声的成因是电源滤波器设计不当，甚或偷工减料，导致市电的交流电讯号有一部份溜进了放大器。这种电流声的特色是频率很低，大部份情况下都很微弱，要把耳朵贴着扬声器才听到，而且即使把音量调到最低，噪音依然存在。

   滤波电容 (水塘)，除了容量越大越好之外，其等效串联电阻 (ESR) 也是越小越好。
这是电流声中最常见的一种。一般情况下一些平价的山寨放大器较易遇到这种情况，反而 DIY 的放大器较少遇上这问题，为甚么呢？因为这种电流声最普遍的成因是电源滤波器用料不足，滤波电容器的容量不足，一些平价产品因为吝啬于昂贵的大容量电容器（俗称水塘），所以比 DIY 放大器更容易出现问题。
   如何解决这种电流声？那就要看放大器是使用外置还是内置变压器，如果是使用内置变压器，情况较为复杂，需要把水塘换上更大容值的电容器，甚至增加电容器的数目，数只电容器并联时其容值会相加，但这种方法会受到机内空间所限，需要随机应变。

   由于这个噪音的频率很低（100Hz），而且通常都很轻微，若碰上小口径的扬声器，这些廉价放大器往往可以蒙混过关，不过想检测电源涟波噪音，有一个很简单的方法，只要在放大器开启时用手摸一摸低频单元的震膜，若在无讯号或音量调到最低时仍感受到扬声器的震膜震动，这便是一个很明显的交流啍声的证据。

如果是用外置变压器（例如一般迷你放大器），当然以上的方法都适用，但有另一个更简单的做法──换上一个开关式电源变压器(SMPS) ，问题便会迎刃而解！

很惊讶吧！首先开关电源的音质是不是很差，但是单就解决交流啍声，开关式源变压器的确有立竿见影之效。

工作原理：　
　我们用的市电为交流电，但是放大器必须以直流电操作，所以电源变压器除了负责把 220V 的电压升／降至合适的电压之外，还担任着把交流电转变成直流电的角色，这个过程叫“整流”。在放大器内最常见的整流方式为“桥式整流”，桥式整流会把市电的交流电变成变化不定的直流电，技术一点来说，这是一个包含着 50Hz x 2 = 100Hz 交流讯号的直流电源，我们称之之为“涟波”，而这个 100Hz 的涟波若未能清除掉，便会让它溜到扬声器，形成噪音，由于这些涟波的频率都很低，所以需要很大容量的滤波电容来把其吸掉。

　　为何开关式电源变压器可解决交流啍声？因为开关电源的操作频率并不是 50Hz 或 60Hz，而是动辄过十万Hz，愈高频的涟波愈易被水塘吸收 (但太高又反而吸不掉)，况且它的操作频率远超于耳朵及扬声器的工作范围，所以电源的涟波噪音一不能在扬声器上再生（因为频率太高），二更不能被耳朵接收再传到大脑 (都是频率太高)，那又何来噪音呢？

其他成因：　
　1、滤波电容失效；
　　2、由于滤波电容成本高、体积大，一般情况下都不会选用耐高温的电容，所以在发热量高的功率放大器中，水塘往往会是寿命较短的零件；
　　3、输出功率管偏置电流失调；
　　4、输出功率管需要在一定的偏置电流下操作，若此电流值因种种原因增加了，导致放大器的静态电流不寻常地上升，也会增加水塘的负荷，从而加强了交流啍声。

特别备注：
　　1、滤波器的规模随着放大器消耗的电流量而提升；
　　2、电容器的等效串联电阻 (ESR) 愈低，其滤波性能愈佳；

　　3、除了并联电容器以增加电量容，也可以串联电感器作 LC 甚至 Pi 形 (π) 滤波，但成本较高；

4、甲类放大器因需要庞大的静态电流，因而令电源涟波噪音更易被察觉，所以滤波器的规模往往很大。