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遇到的线间干扰主要是电力线对信号线缆的干扰

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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电平一般在- 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10m,当两者间距大于500px,其感应的噪声电平小于-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(对而言)3dB。

图5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,相应地,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不高,只能用在系统的前级或小型演出系统中。

下面谈一谈音频系统中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是10Hz~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,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,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,它有极高的共模抑制比、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,这类转换器的共模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。

将非平衡输出转换为平衡输出;

阻抗变换(将高阻抗输出调整为标准输出阻抗);

增益调整(调整传输电平,获得较好的电平匹配);

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,有效地降低干扰,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。如图7,US和RS为前级设备的输出电压和输出阻抗,RO、RL1、RL2分别为后级设备输入阻抗、传输线阻抗。RO、RS远大于RL1、RL2。

UO=US × RO/(RO RS RL1  RL2)≈US ×RO/(RO RS)

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。

音分一般有无源音分和有源音分两种。无源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,无源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。

d. 噪声门

利用噪声门消除噪声也是较为常用的方法。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。