地与电信号(接地)说明与音响地线处理

噪音与接地问题 地与电(信号),这是一对形影不离的双胞胎。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。在广电技术中,以上几种接地类型都会遇到。现就结合实际对某些接地技术问题作一阐述。 一.保护接地 保护接地是为防止绝缘损坏造成设备带电危及人身安全而设置的保护装置,它有接地与接零两种方式。按电力规定,凡采用三相四线供电的系统,由于中性线接地,所以应采用接零方式,而把设备的金属外壳通过导体接至零线上,而不允许将设备外壳直接接地。这在广电系统的配电房中的开关设备,中央空调机、发射机等电源开关设备和大耗电设备中尤为常见。在规划时,应从地网中引出接地母线至各设备上,再将机器外壳用导体连至接地母线上。值得指出的是:接地线应接在设备的接地专用端子上,另一端最好使用焊接。 有时设备外壳会麻手,这是由于交流漏电而设备外壳没 接零造成的。一般可将电源插头拔出调换一下位置再插入即可解决。这在一些常移动的编录设备中,由于接零线常常被忽略,操作人员有的可能会双手同时接触接零和不接零的设备,就有可能发生上述现象。 二. 过压保护接地 这是为防雷电而设置的接地保护装置。防雷装置最广泛使用的是避雷针和避雷器。避雷针通过铁塔或建筑物钢筋入地,避雷器则通过专用地线入地。避雷器每年雷雨季节来临之前须检验,以防失效。如我台的热线电话接入器遭雷击,就是因话线防雷器失效所致。在防雷引下线上,绝不要连接其他设备的地线,防雷引下线只能单独直接入地,否则雷电会通过引下线损坏其他设备。如某台卫星电视接收机曾数次遭雷击,其原困是馈线与房顶金属护栏摩擦而绝缘损坏,而金属护栏与避雷针引下体焊在一起,以至雷电窜入而击坏接收机。 三. 屏蔽地 为防止电磁感应而对视、音频线的屏蔽金属外皮、电子设备的金属外壳、屏蔽罩、建筑物的金属屏蔽网(如测灵敏度、选择性等指标的屏蔽室)进行接地的一种防护措施。在所有接地中,屏蔽地最复杂,有种说不清,道不明的感觉。因为屏蔽本身既可防外界干扰,又可能通过它对外界构成干扰,而在设备内各元器件之间也须防电磁干扰,如大家熟知 的中周外壳、电子管屏蔽罩就是例子。 屏蔽不良、接地不当会引起干扰,这些干扰主要有: 1.交流干扰,这主要由交流电源引起。对交流干扰的防护,通常对电源进行滤波或在电源变压器初次级间加屏蔽层并接地。在大的杂散电磁场外,为防电磁干扰进行屏蔽接地十分必要。例如,我市新亚新商城开工典礼时,录扩设备附近有台变压器,其电磁场就干扰现场的录扩音。后通过把录扩设备屏蔽接地,解决了这一问题。 2.高频干扰。这类干扰来自各类无线发射台的变频或超变频信号,它们窜入电子设备后在机内得到非正常解调而形成声频干扰。 信号频率越高,建筑物或设备的金属网孔眼就应越小,信号线屏蔽层的编织就应越密,否则将失去屏蔽作用。对频繁拔插的信号线,应防止屏蔽层在插头处松动和脱落。因有时仪器设备的屏蔽是通过信号线的屏蔽入地的(它们通过插头插座联接起来),若屏蔽脱落,则很容易造成干扰。如我在汕头某电子厂时,测试人员反应,卫星电视接收机中有时会有一种滋滋作声的干扰并影响图像质量。经跟踪观察,与飞机的经过有关,显然是澄海机场雷达信号的窜入并得到非正常解调所致。经分析查找,原来是信号线的屏蔽层在插头外脱落,使卫星电视接收机屏蔽没接地所致。 四. 信号地 各种电子电路,都有一个基准电位点,这个基准电位点就是信号地。它的作用是保证电路有一个统一的基准电位,不致于浮动而引起信号误差。 信号地的连接是:同一设备的信号输入端地与信号输出端地不能联在一起,而应分开;前级(设备)的输出地只有与后级(设备)的输入地相连。否则,信号可能通过地线形成反馈,引起信号的浮动。这在设备的测试中,信号地的连接尤其要引起注意。例如,本人在某电子公司工作时,质检部门反映卫星接收机质量测试结果不一。原来,质检部的测试仪器,有的外壳接地,有的外壳没接地(测试信号由信号中心传送至各部门),以致信号通过地回馈使测量结果不一致。后把所有接地的测试仪器设为不接地,这种现象就没有 印制电路板设计 目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。实践证明,即使电路原理图设计正确,印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声。因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法。 地线设计 在电子设备中,接地是控制干扰的重要方法。如能将接 地和屏蔽正确结合起来使用,可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点: 1.正确选择单点接地与多点接地 在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz 时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1/20,否则应采用多点接地法。 2.将数字电路与模拟电路分开 电路板上既有高速逻辑电路,又有线性电路,应使它们尽量分开,而两者的地线不要相混,分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。 3.尽量加粗接地线 若接地线很细,接地电位则随电流的变化而变化,致使电子设备的定时信号电平不稳,抗噪声性能变坏。因此应将接地线尽量加粗,使它能通过三位于印制电路板的允许电流。如有可能,接地线的宽度应大于3mm。 4.将接地线构成闭环路 设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时,将 接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于:印制电路板上有很多集成电路元件,尤其遇有耗电多的元件时,因受接地线粗细的限制,会在地结上产生较大的电位差,引起抗噪声能力下降,若将接地结构成环路,则会缩小电位差值,提高电子设备的抗噪声能力。 Hi-Fi 音响制作常识 在自制Hi-Fi 装置时,要想使整个系统有良好的表现,采用发烧元件固然重要,但合理的布局,供电,地线的处理, 各级间的连接形式等细节也绝不能忽视。现将一些行之有效的方法简述如下: 1 、各级的输入线,前置电路输入输出线最好采用屏闭线,以极大地降低感应噪音,提高信噪比。 2 、音量控制级宜设置于末级功放级前,以防止前置板噪音毫无保留地被放大,导致整个系统信噪比的降低。 3 、前置级宜独立供电最好采用前级伺服电源或可调电源板供电,如引自末级功放,须加电阻限流,三端集成稳压并应加强退耦以杜绝通过电源产生的调制失真。 4, 应坚持“简洁发烧”的原则, 切忌图一时新鲜, 将一些“哗众取宠”的板子加入系统中, 功能板也不是越多越好, 否则最终导致过大相移的产生, 信噪比的降低, 开支的增加, 这是得不偿失的。 5, 当末级功放采用直流伺服、电流反馈的恒流功放时, 须注意环变功率及电源整流滤波要预留出足够的余量, 以防止大动态时出现削顶失真及过载失真, 因恒流功放自身要求须具有数倍的功率储备, 这将导致成本的大幅上升, 这也是恒流功放相对于电压功放的一个不足, 也是市售商业功放大多不采用恒流功放的一个原因. 6, 当多级电路相连时, 须注意地线的处理, 应严格一点接地, 接地是抑制噪声和干扰的重要手段. 不合理的接地将引起严重的交流哼声或使放大器出现自激振荡. 常用的接地方式有逐级串联接地法与并联一点接地法. 应根据具体情况采用或同时采用. 各级之间宜采用串联接地为主, 输出地,负载地电源地应采用并联一点接地, 并接机壳. 这样有利于抑制放大器的自激。 7 .各级在机壳内安放, 应注意合理布局,应使信号流向尽量成直线, 若信号走向盘绕曲折, 输入输出电路交叉,宜引起交连耦合, 导致振荡, 产生噪声,小信号电路应远离大电流电路及电源,大电流连线应尽量短而粗,信号线采用屏蔽线,并参考第 6 条将地线接机壳. 散热器、环变等发热器件尽量靠近散热窗安放以利对流散热。并应远离其他元件,以防止热辐射,影响其它元件的电性能。 8 .电源部分(包括变压器,整流滤波电路)内阻要小,最好采用环形变压器,因其漏磁小,机械噪声低,体积小,性价 比高等优点。整流应采用高速桥桥式整流;前级电源还可采用双桥整流,以避免经次级中心抽头流向放大器的纹波电流。滤波电容应采用优质大容量电解并上高频小电容,以贮存足够的能量,满足瞬时大信号对电量的需求,不致产生削波失真。整个电源部分成本应占Hi —Fi 功放成本的3/5 左右。 9 ,为保证充分发挥电路的性能,电源电压应使用推荐值,不可使用极限值,以免造成不可挽回的损失,但也不可降额使用,以免造成电路性能劣化或达不到标称指标。 10,在自制音响电路时,应严格掌握烙铁温度,焊接时间,烙铁头不能漏电,绝源电阻应>10M Ω, 最好采用接地烙铁, 以避免不必要的损失。助焊剂可使用松香, 不可使用焊锡膏等酸性物质。散热器在使用时应用细砂纸仔细打磨安装面,以使功率器件能与之紧密接触,散热面也要清理干净。散热器要采用含杂热阻极低的优质品,同时要在功率元件与安装面间涂适量导热绝缘硅脂。 多媒体音箱单元 市售多媒体音箱所采用的单元大多是一些质次低价的大众货色,其采购价不过为一两元左右至多十余元。在这个价位商上厂家很少有更多的选择,于是都将注意力集中在外 观上其目的就是要吸引消费者,根本无从考虑是否适合多媒体音响的特点与制作。而且用这些单元制作出来的音箱大多不符合高保真国家,更别提Hi-Fi了。笔者就曾测量过一些所谓的大厂名厂的得意之作,其各种失真大的出奇,而且频响范围以及均匀度也达不到要求,试想用这些小音箱来听音乐何来音色,音场,更别提Hi-Fi了。如果要使用来听音乐的话,至于那种采用3D方式的音响系统更是无法满足H i-F i要求的,监听扬声器系统中根本没有以这种方式来重放立体声的。 从性能价格比来看,在多媒体音箱中还是采用大口径单元为好,4.5寸的口径可以认为是最易于做到性能价格比的一种尺寸,同时如果要生产高保真产品的话5寸是一种不错的口径。 我觉得现在的多媒体音箱大都体积偏小,不过惠威的m-200是一种不错的Hi-Fi级产品。我认为现代多媒体音箱应该将箱体控制在4--8升之间,当然还要与相关参数相配合,也就是我们常说的Thiele-Small参数一定要合适,而不是片面的夸大某一参数。在这种情况下,最终设计出来的1000元级别的多媒体高保真有源音箱的频率响应可控制在: 50-22000Hz+/-3db。总谐波失真将低于2/100。最高不失真低频声压可达到96db。单从规格来看已经算得上是高保真了,这时主要的影响音质的问题将转移到使用环境以及电脑内 部的电磁噪声上来。如果再进一步对电脑进行改装,那这套系统可达到高保真的最低标准。 由于低音单元口径小,所以更应该注意低频大动态性能,因为低音单元的震动系统最大线性位移量即反映了扬声器系统的大动态性能。如机械位移量偏小,则在高声压级大动态时,不但低音不能有效重放而且各种失真也会增大,特别是影响音质的奇次谐波失真。现在大多数多媒体音箱的磁路设计也欠佳,磁体小,上下夹板导磁率低,对振盆控制能力低,因此而引起的非线性失真也较大。因此在现代多媒体音箱中的总的失真率将达到7/100左右。这在高保真看起来是不可容忍的。 振盆材料,由于近年来低档PP盆,防弹布盆,玻璃纤维盆,碳纤维盆的价格日益低下,再加上外观好,因此更多的被用在了多媒体音箱上来,但殊而不止,后三种振盆的自阻尼小,工作状态是极难控制的,一般在中高端的某一频率点上会产生很多的失真,大到不可忍受的地步,这个频率点就是我们常说的盆分裂点。因为现代多媒体音箱都没有分频器,再加上设计不合理的箱体,是很难压制这个分裂点的。而第一种振盆即PP盆,虽然听起来韧性好,中频饱满,低频富有弹性,但由于刚性相对较低,因而在大音量下引起的失真也较大。中频的层次感也不是很好。而相对个性较小,较容易控制的纸盆单元,却很难见到有厂家应用。 分频器 现代中低档多媒体有原音箱,其绝大部分都未装有分频器,这在Hi-Fi界几乎是不能容忍的。因为一个设计合理的扎实得分频器,对一对单元起到了调整频率曲线,分配高低音单元功率(声功率与电功率),融合单元之间的差异,使各单元都工作在自己的最佳工作频段内的重要作用。 我在自己做土炮音箱时用电脑扫频仪就曾经发现——国内某些大厂名厂的4寸中低音单元,在工作于10-12.5KHz 时就能听出失真,根据原理及单元材料设计意图,可以分析出这个失真是由防尘帽和磁路设计不当引起的,(注意只有在扫频时才会出现,单听单一频率不会有)而且大多数单元都有中频谷及高频声压爬升的现象,如果不通过分频器对单元进行校正的话,其最终重放声音品质会如何? 电源 这几乎是多媒体劣声的主要根源。在所有的多媒体音箱中,全部用的都是普通E型变压器,E型变压器本没有什麽坏处(虽然现在都在炒环变,但E型在国外却还在使用)让我们先来看一看E型变压器的结构,这是目前使用最为广泛的一种变压器。其特点是:初,次级共用一个骨架,窗口占空系数较高;铁心散热面积较大;铁心可保护绕组;使之不易受到机械损伤;制作简单。但它铜线用量大(效率 低)损耗大,初次级漏感大,易受外来磁场干扰。所以当它装到了音箱内部时,一切恶声皆由它引起,因为E型变压器在工作时会产生很大的漏磁,这个磁场会与扬声器,功放电路产生相互调制,引发多种我们不需要的声音。而且其内部电流变化速度慢,因此在大动态时有声音发浑,底气不足的情况。而且所有的功放内至电源功率都很小,大都在十瓦左右,大的也不过二十余瓦,在这样小的功率下,再加上损耗,实际上功放输出的功率不足五瓦(按电源功率十瓦算)一旦遇到大动态,大音量时,就会因为电源供应不足,出现电源电压低落,功放得不到应有的电压,输出功率自然要打折扣,同时因为晶体管电路的特性所至,此时会出现大量的削波失真,表现在声音上就是不堪入耳。此时整个音响已进入严重的失真中。 因此在选择有源音响时有必要知道电源质量的好坏(虽然不大可能) 放大器 直到现在为止,所有的多媒体有源音响都在使用集成电路功放,原因有两点:1,性能稳定可靠,外围元件简单,组装后无需调试即可投入使用,价格低廉,适合大批量的集成化生产。2,发展到现在,集成电路功放的性能已接近分离元件功放的性能,因此一大批名管被穷人追捧,像TDA1521A,LM3886,LM1875/6,TDA1514,TDA7296等 等。其音质要比街上一,二百元的家用功放强的多,所以绝大多数厂家也乐得其所,顺其自然的采用了集成电路功放。对此我也没什麽好说的,因为多媒体音箱有其局限性,硬要让其使用大型分离元件功放,也是不可能的,因为从价格到维修,都会大大的提升,而音质的提升并不如金钱的提升那样明显。 一般说来,现在绝大多数厂家在高档音响上用的都是LM3886/4766芯片,从音质到功率都已能满足家用需求(发烧友除外)