音频系统要求良好接地,如何将接地电阻应控制在4欧姆以内
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噪音的科学定义是噪声,从生理学观点来看,凡是干扰人们休息、学习和工作以及对人们所要听的声音产生干扰的声音,即不需要的声音,统称为噪声。当噪声对人及周围环境造成不良影响时,就形成噪声污染。物理学上,噪声指一切不规则的信号(不一定要是声音),比如电磁噪声,热噪声,无线电传输时的噪声,激光器噪声,光纤通信噪声,照相机拍摄图片时画面的噪声等。
噪声的分类方式有多种。按其来源,噪声可分为外部噪声和内部噪声。外部噪声主要源自系统外部的电磁波干扰或电源串扰,例如电气设备运行时产生的噪声以及天体放电现象等。而内部噪声则多由系统内部设备电路、电器机械运动、器材材料本身等引起。另外,从统计理论角度看,噪声可分为平稳和非平稳两类。平稳噪声的统计特性不随时间变化,而非平稳噪声的统计特性则会随时间发生变化。在实际应用中,这两种噪声可理解为:前者对通信系统的干扰是持续稳定的,后者则随信号的变化而变化。此外,根据噪声与信号之间的关系,还可将噪声分为加性噪声和乘性噪声。加性噪声独立于有用信号,始终存在并干扰信号,对通信系统的危害不可避免。而乘性噪声则与信号同步存在,信号消失时,乘性噪声也随之消失。
音频系统要求良好接地,接地电阻应控制在4欧姆以内。否则,设备产生的感应电荷无法流入大地,会导致噪声电压叠加在音频信号上。此外,不同设备地线间的电阻差异或系统内部接地的回路问题,也可能引发接地噪声。当两个音频系统互连时,若地线直接相连,也可能产生噪声。不良接地会引起接地回路噪声,良好的接地电阻控制和星型接地设计可以减少这种噪声。
在音频系统中,设备的连接方式至关重要。由于不同设备具有不同的接口和接插件,因此必须确保使用正确的连接方式来有效屏蔽外部电磁辐射干扰。平衡式传输是常用的有效方式,它能确保外部干扰源对电缆信号线产生的共模干扰电平相互抵消,从而消除干扰电压。因此,在条件允许的情况下,应优先考虑采用平衡式连接。当与不平衡输出设备连接时,虽然可以直接使用单芯屏蔽电缆连接平衡设备和不平衡设备,但这样做可能会增加噪声,因为屏蔽层可能感应到噪声并混入音频信号中。建议的做法是,无论采用何种传输方式,都使用双芯屏蔽电缆,并且确保屏蔽层仅在平衡输出或输入的一端接地。如果两端都是不平衡连接且传输距离较远,最好使用平衡-不平衡转换器或音频隔离变压器将传输转换为平衡式。
白噪声,顾名思义,是一种覆盖全频域的随机噪音。它给人的感觉就像是持续不断的“嘶嘶”声,与电视无信号时播放的雪花噪音颇为相似。白噪音多源于设备内部的增益装置或功放。当音量调节至过高水平时,底噪问题便会凸显。针对这一问题,我们需要仔细检查声卡、软件以及音箱的输出音量,确保各环节均未出现过载现象。此外,高灵敏度的麦克风,例如电容麦,能够捕捉到环境中极为微弱的噪音,如空调运行声、外界交通噪音以及风声等,这些因素也可能对白噪音的产生造成影响。
数字失真产生的声音通常呈现为刺耳的“嗡嗡”声,与自然界的声响迥然不同。其表现会因电脑运行的进程而有所差异,例如,在使用不同的软件或效果器时,数字失真的特性也会相应变化。数字失真多与声卡的问题相关,或是由于监听音箱与电脑共享同一电源插座所引起。为确保避免数字失真,应确保监听音箱或其他放音设备从独立的电源插座获取电力,而非与电脑等其他数字设备共用。
回授啸叫多因话筒与音箱距离过近,导致话筒拾取到音箱发出的声音,从而引发自激现象。一旦发生回授,会听到刺耳的高频啸叫声,这在一些小型乐队演出时的调音过程中较为常见。为避免回授啸叫,录音时可以选择使用耳机进行监听,这样话筒就不会再拾取到音箱的声音,进而消除自激现象。
这些声音大致可分为两类:首先是随机分布的噼啪声,这往往与软件的参数设置不当有关。其次是有节奏的噼啪声,例如每半秒响一次,这可能是由于声卡故障或驱动未正确安装所引起。对于这两种情况,解决方法也有所不同。对于随机分布的噼啪声,尝试增加缓存大小通常可以解决问题;而对于有节奏的噼啪声,则常需要检查声卡的软件或驱动是否兼容。对于音频设备来说,信噪比是一个比较重要的参数,它指音源产生最大不失真声音信号强度与同一时刻背景噪音强度之间的比率,即信号噪声比,简称信噪比(SIGNAL-NOISE RATIO),通常以S/N或者SNR表示,单位为分贝(dB)。信噪比越高表示底噪控制得越好,现在的音频设备一般都能达到60dB以上。
因为在大多数应用中,信噪比越大,就越能提供更清晰的信号、更低的失真、更高的带宽效率和更好的通信可靠性。例如,在无线通信、音频设备如麦克风中,高信噪比意味着设备能更好地区分信号和噪声,捕获更清晰、真实的音频。具体到某些设备如无线领夹麦克风,信噪比超过70dB被认为是表现良好,而80dB以上则是优秀。而信噪比低时,小信号输入时噪音严重,整个音域的声音明显感觉是混浊不清,所以信噪比低于80dB的有源音箱不建议购买,而低音炮70dB的低音炮同样原因不建议购买。为提高SNR,人们会采用提高信号发射功率、优化接收端处理算法、使用噪声抑制技术等手段,同时需考虑功耗、成本、复杂度等限制。
然而,信噪比过高可能对信号产生不利影响。因此,有必要依据具体应用场景选择适当的信噪比。理想的音频功率放大器,若不考虑该功率放大器的增益大小,输入一定频率的正弦波信号,其输出也应该是没有失真(波形没有变形)、没有噪声的正弦波信号。但真实的音频功率放大器的输出音频信号总会有一点失真,并且叠加了噪声(在正弦波上叠加了高频杂波)。这种失真是较小的,从波形图中也难看出来,只有用失真仪才能测出。波形的失真是由于在正弦波上加了多种高次谐波造成的(如3次谐波、5次谐波等)所以称为总谐波失真。理想的音频功率放大器没有谐波失真及噪声,所以THD+N=0。实际的音频功率放大器有各种谐波造成的失真及由器件内或外部造成的噪声,它有一定的THD+N的值。这个值一般在0.000n%-10%之间(n=1~9)。从输出信号的频谱上分析,除了基波及各次谐波外,还有噪声的影响,音频设备噪声是随机噪声,通常用宽带白噪声表示。
白噪声,这一在音频领域广泛应用的测试信号,以其频率分布的均匀性,成为评估和校准音频系统的得力工具。通过白噪声的测试,我们可以确保系统各频段的响应均衡,进而保障音频产品的性能和质量。在电子音乐中,白噪声常被用作声音效果或合成声音的基础,比如许多打击乐器就含有丰富的白噪声成分。此外,白噪声还常用于掩盖其他声音,利用人脑对频率的筛选机制,通过引入白噪声来降低其他噪声的干扰。粉红噪声,又被称为1/f噪声或闪烁噪声,与白噪声有相似之处,但它的独特之处在于每个倍频程中的能量分布是均匀的。在技术层面,其功率谱密度与频率的倒数呈现正比关系。在音频工程中,粉红噪声被广泛应用于测试系统的频率响应是否平坦。通过将白噪声送入粉红滤波器,可以轻松地生成粉红噪声。这种滤波器会随着频率的上升而逐渐消除更多能量,大致每倍频程减少3 dB。
粉红噪声,这一特殊的音频现象,在音频处理和音乐制作中,尚未得到充分的研究与发掘。其潜在的效果与价值,如同未被开采的宝藏,等待着专业人士的深入探索。尽管白噪声与白光相似,代表着所有频率的平等分布,但粉红噪声却与可见光谱下端的光有关,即红光。这种联系也进一步加深了我们对粉红噪声特性的理解。接下来,我们将探讨另一种噪声——褐噪声。与粉红噪声相似,褐噪声也有其独特的性质和应用。在音频工程中,褐噪声同样扮演着重要的角色。褐噪声,又被称为布朗噪声,是一种模拟布朗运动所产生的随机性信号噪声。在扩声、录音和检测等多个领域中,1KHz的正弦波常被用作标准预制信号,进行电平校准等关键应用。为了更好地理解这种随机性信号噪声,我们可以将其与1KHz正弦波进行对比。这种对比将有助于我们更全面地把握这种随机性信号噪声的特征。