音響放大器「電流聲」的成因 ──　(第一講) 交流啍聲 Humming

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• 綠色字是技術分析，對此沒興趣的可以略過，當然曾 Sir 很明白「多一條公式，少一個讀者」這個道理。
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摘要：
　　有很多朋友經常受到放大器的「電流聲」困擾，大部份朋友都認為電流聲是因為接地不良所致，於是便努力把放大器的外殼接地，甚至把整個放大器用金屬罩子屏蔽，但電流聲依舊，苦無對策……

各人對「電流聲」定義不一，先要找出你遇上哪一種「電流聲」。

• 超過一半的情況下，都不是接地出了問題。
• 「電流聲」更加不是由靜電引起。
• 但綜觀不同朋友的描述，「電流聲」都是：
• ● 連續不斷的噪音
• ● 噪音的響度頗為穩定
• ● 通常都是低頻噪音

綜合各方朋友的遭遇，「電流聲」可籠統歸納為以下幾種情況引致：

• 電源漣波噪音 (Ripple noise) ，即交流啍聲 (Humming)
• 感應雜訊 (Pick-up noise) 包括人體拾波雜訊 (Body pick-up)
• 線路板走線 (Layout) 或接地佈局 (Grounding topology)
• 不良地線噪音 (Ground noise) 及迴圈接地 (Ground loop)
• 機內佈線及屏蔽策略不良 (Bad wiring and shielding strategy)

 

第一講：交流啍聲
　　交流啍聲的成因是電源濾波器設計不當，甚或偷工減料，導致市電的交流電訊號有一部份溜進了放大器。這種電流聲的特色是頻率很低 (在香港是100Hz)，大部份情況下都很微弱，要把耳朵貼著揚聲器才聽到，而且即使把音量調到最低，噪音依然存在。

濾波電容 (水塘)，除了容量愈大愈好外，其等效串聯電阻 (ESR) 也是愈小愈好！

　　以曾 Sir 的經驗，這是電流聲中最常見的一種。一般情況下一些平價的山寨放大器較易遇到這種情況，反而 DIY 的放大器較少遇上這問題，為甚麼呢？因為這種電流聲最普遍的成因是電源濾波器用料不足，濾波電容器的容量不足，一些平價產品因為吝嗇於昂貴的大容量電容器（俗稱水塘），所以比 DIY 放大器更容易出現問題（因為一般人 DIY 都會不惜工本）。

　　如何解決這種電流聲？那要看看你的放大器是使用外置還是內置變壓器（火牛），如果是使用內置變壓器，情況較為複雜，需要把水塘換上更大容值的電容器，甚至增加電容器的數目，數只電容器並聯時其容值會相加，但這種方法會受到機內空間所限，需要隨機應變。

　　由於這個噪音的頻率很低（100Hz），而且通常都很輕微，若碰上小口徑的揚聲器，這些廉價放大器往往可以矇混過關，不過想檢測電源漣波噪音，有一個很簡單的方法，只要在放大器開啟時用手摸一摸低頻單元的震膜，若在無訊號或音量調到最低時仍感受到揚聲器的震膜震動，這便是一個很明顯的交流啍聲的證據。

　　如果是用外置變壓器（例如一般迷你放大器），當然以上的方法都適用，但有另一個更簡單的做法　──　換上一個開關式電源變壓器(SMPS) ，問題便會迎刃而解！

　　很驚訝吧！發燒友對開關電源都嚏之以鼻，曾 Sir 竟然教大家用開關電源？曾 Sir 在戲弄大家嗎？曾 Sir 並沒戲弄你們！首先開關電源的音質是不是很差，往後日子有機會我會再跟大家分析，但是單就解決交流啍聲，開關式源變壓器的確有立竿見影之效。(當然使用開關電源可能會誘發另一問題，往後有機會再詳細探討。)

原理：
　　我們用的市電為交流電，香港市電的頻率是 50Hz，美、日等地則為 60Hz，但是放大器必須以直流電操作，所以電源變壓器（火牛）除了負責把 220V 的電壓升／降至合適的電壓之外，還擔任著把交流電轉變成直流電的角色，這個過程叫「整流」。在放大器內最常見的整流方式為「橋式整流」，橋式整流會把市電的交流電變成變化不定的直流電，技術一點來說，這是一個包含著 50Hz x 2 = 100Hz 交流訊號的直流電源，我們稱之之為「漣波」，而這個 100Hz 的漣波若未能清除掉，便會讓它溜到揚聲器，形成噪音，由於這些漣波的頻率都很低，所以需要很大容量的濾波電容 (水塘) 來把其吸掉。

　　為何開關式電源變壓器可解決交流啍聲？因為開關電源的操作頻率並不是 50Hz 或 60Hz，而是動輒過十萬Hz，愈高頻的漣波愈易被水塘吸收 (但太高又反而吸不掉)，況且它的操作頻率遠超於耳朵及揚聲器的工作範圍，所以電源的漣波噪音一不能在揚聲器上再生 (頻率太高)，二更不能被耳朵接收再傳到大腦 (都是頻率太高)，那又何來噪音？

其他成因：
1. 濾波電容失效（俗稱乾塘）
　　由於濾波電容成本高、體積大，一般情況下都不會選用耐高温的電容，所以在發熱量高的功率放大器中，水塘往往會是壽命較短的零件。

2. 輸出功率管偏置電流失調
　　輸出功率管需要在一定的偏置電流下操作，若此電流值因種種原因增加了，導致放大器的靜態電流不尋常地上升，也會增加水塘的負荷，從而加強了交流啍聲。

3. 訊號地 (Signal ground) 與大地 (Earth) 即地線接上了，這個情況我們會在 Ground loop 部份詳細分析。

4. 變壓器的電磁干擾，這個情況會在 Wiring and shielding 部份詳細分析。

備註：

濾波器的規模隨著放大器消耗的電流量而提升。
甲類放大器因需要龐大的靜態電流，因而令電源漣波噪音更易被察覺，所以濾波器的規模往往很大。
電容器的等效串聯電阻 (ESR) 愈低，其濾波性能愈佳。
除了並聯電容器以增加電量容，也可以串聯電感器作 LC 甚至 Pi 形 (π) 濾波，但成本較高。