音響放大器「電流聲」的成因 ── (第二講) 感應雜訊與機內佈線及屏蔽策略
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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：
感應雜訊的成因很多而且很複雜，不過佔首兩位的相信是：
- 機內佈線混亂
- 屏蔽策略不良
此外，以下的情況我們也很容易會遇上：
- 器材被置於強烈電磁干擾的環境下
- 數碼噪音滲進模擬訊號內
- 接線不穩妥 / 線路出現冷銲 / 假銲現象
對策：
一般使用者：
- 使用屏蔽良好接線。
- 把接線穩穩地插在插座上。
- 把器材遠離通訊設備或電腦等能發出強烈電磁波的東西。
- 你可能不相信 ── 電源過濾拖板在這個情況下多數不能幫到你的！
DIY 達人們：
- 記著訊號地 / 公共地 (Signal ground / Common ground) 與大地 (Earth) 只容許單點相接 (若需連接的話)。
- 機內接線必需雙絞 (Twisted) 或屏蔽 (Shielded) 處理。
- 使用環牛 (環狀變壓器) 會有不錯的效果。
- 線路板走線及機內接線必需單點接地 (訊號地 / 公共地)。
- 放大器與數碼音源 (如聲效卡) 間的連接只容許單點接地。
 金屬外殼對外來干擾有優良的抗疫力，但記著先要把它接地！ |
昨天探討過交流啍聲的問題，相信已幫助超過 30% 朋友查找出「電流聲」的出處，不過，現在將要討論的感應雜訊，也是不少發燒友曾經面對過的頭痛問題。若你遇上設計不良的放大器，相信這篇文章找到它的讀者了，一部設計良好的放大器，是應該能夠承受一定程度的電磁干擾而不產生噪音的。
有一個簡單(但不準確)的測試方法可讓你粗略地得知放大器的防干擾性能，把手提電話接通，總之是在通話狀態下，把手提電話移近放大器，若手提電話在老遠的地方已開始干擾到你的器材，那你便得花花心思為它好好地屏蔽一下。有少數例子，噪音的來源只因為接線不穩妥，甚至接線「內傷」地線斷開了 (不少廉價國產 RCA 線都存在這問題)，所以未進行詳細檢查之前，應先做好這些「例行公事」。
上面提到那些廉價接線，有很多即使是新買回來，其屏蔽工藝都做得不足，地線 (即裸露沒外皮那些銅絲) 並未有好好的包著訊號線，有些更嚴重的就只得兩三根頭髮絲般銅絲濫竽充數，所以買接線時要當心一點，曾 Sir 絕不鼓勵動輒數百甚數千元去買一根接線，但數十元港幣，買一些外觀平實點、不太炫的、老牌的，肯定比起那些貴二、三十元但金光閃閃的來得實在。
現代人生活己進入了數碼時代，現在不論電視或音響，都逃不離數碼的魔掌，當然每家人都有至少一副數碼工廠 ── 電腦。很悲劇地，數碼器材所產生的干擾往往都是傳統模擬器材的天敵，儘管大多數碼產品都符合 FCC Part 15 認證，但大家別想歪，FCC 認證絕不是為音響器材而設，所以 FCC 並不能幫到你。把音響器材盡量遠離電腦及通訊器材，雖然有少許斬腳趾避沙蟲的感覺，但這個是簡單有有效的方法，如果真的避不了，往後日子我會探討 HTPC 與放大器之間的連接問題，到時我會再詳細討論。(噢！開了太多支票！)
其實一般金屬外殼對外來干擾已有良好的抵抗力，當然如果你的器材是直接接上市電的話，金屬外殼必須連接大地 (Earth)，有很多 DIY 達人為了避免 gound loop 的問題而不把外殼接上大地，這樣做實在不妥，因為任何情況之下，安全第一！而訊號地 / 公共地 (Signal ground / Common ground) 可以不接上外殼嗎？在設計優良的情況下，這的確可以做到而又不被外來雜訊干擾的，但這需要很高水平的設計技巧，所以不少 DIYers 都傾向把 Signal ground 接上機殼；另一方面有一點不能不提的，輸入端子的外殼千萬不要接上外殼，這會為你帶來更多頭痛的問題！
此外，音量控制的外殼都應該好好的接地，因為音量控制器往往是人體拾波雜訊 (Body pick-up) 的專用通道！所謂人體拾波雜訊，是人體在室內充滿市電 (50Hz) 的電磁場下，令人體感應到微弱的 50Hz 電流，由於放大器的輸入抗阻很高，動輒數十 kΩ，甚至過百 kΩ，所以即使身體上拾到的電流很微弱，也很容易把雜訊放大。大家可以即時做一個實驗：把手指拈著放大器輸入端 (別觸及地端，即是 RCA 線中間突出的部份，不要觸及外圍)，放大器自會轟轟作響，很多人以為這是靜電，這顯然是誤解！
作為 DIY 達人，當然會比一般人有更多的板斧，同時也能更徹底地解決感應雜訊的問題。首先 DIY 一座放大器時，環形變壓器幾乎是大家的必然選擇，環形變壓器對環境干擾是眾多變壓器中最少的，令機內的佈線甚至零件的佈局都變得相對簡單，這對於一般業餘的 DIY 人士尤其重要。
所有訊號線都必須屏蔽或作雙絞處理，雙絞線可減低外來干擾的同時，也減低了線內訊號對外的干擾。老實說，以曾 Sir 的經驗，把訊號線雙絞已經可以應付大部份的情況，除非環境真的很惡劣，否則用到屏蔽線的機會不多，另外，曾 Sir 建議一些新手 DIYers 先用銅線，待技術有所進步才考慮銀線，而且也不用太粗的機內接線，這只會增加難度從而提升了出岔子的可能！
此外，屏蔽線，尤其是粗的屏蔽線，是很難讓你擺得它貼貼服服的，我看過很多 DIYers 的器材，入面有很多粗得不成比例的訊號線，但礙於空間問題只能讓它們到處亂竄，結果當然會弄巧反拙，因為機內有好一些地方都是訊號線的禁地，例如電源附近，或輸出管一帶的地方，都不應讓訊號線擅闖。
最後有關單點接地及線路板走線等問題，我放在下一段「原理」內，因為比較技術性……
原理：
作為一位 DIY 達人，都知道環形變壓器的成本比 C-core 或 EI-core 都要貴，原因是環形變壓器的製作工序既繁且難，但環形變壓器的鐵芯是一體化的，當中沒有罅隙，所以其磁阻低、效率高、體積小、磁漏少，磁漏少很重要，因為變壓器漏出來的磁場往往會闖進放大器的線路裏，形成類似交流啍聲的噪音！由於環形變壓器的磁芯被線圈完全包圍著，所以其磁漏少得幾乎可以忽略，所以環形變壓器的屏蔽罩子可說是可有可無，大部份情況下，只是錦上添花而已！
不過由於環形變壓器的製作比較困難，所以市面上亦同時充斥著大量不及格的環形變壓器，最普遍的情況當然是變壓器造的不穩固，操作時產生振動，令變壓器嗡嗡作響，曾 Sir 購買環形變壓器時，往往都是相信一些老牌廠家，雖則國產的有很多較平價的選擇，但國產的品質素往往良莠不齊，曾 Sir 不太願意當白老鼠，而且他們的 QC 亦不嚴謹 (簡直是兒嬉)，即使這一次你買到了好東西，但下一次就算買回同一個型號，也可能會有天淵之別！
為何要把機內接線作雙絞處理？大家都知道，放大器只會對輸入端對地端的差分訊號 (Differential signal) 放大，而對共模訊號 (Common mode signal) 有著天然的抵抗力，甚麼是共模訊號？簡單地說，就是同時存在於地端與輸入端的訊號，在理想的情況下，任何位置的地端都應為 0V，但世事那有這麼理想，經過漫長的接線後，外來的干擾往往就此溜了進來，地端也無可避免地會出現雜訊，雙絞線讓訊號端與地端共同進退，同時間接受相同的干擾雜訊，然後放大器自然會使出它對共模訊號的抗疫本能，把雜訊技術性擊倒！但很可惜，由於地端與訊號端的抗阻並不一樣，所以對單端輸入的放大器來說，這個方法並不徹底。
若論對共模訊號的抗疫力，一般單端輸入的放大器絕對不是平衡輸入放大器的對手，平衡輸入放大器利用兩組輸入訊號，而兩組訊號是一模一樣的但相位恰恰相反，換句話說，一個是正訊號，一個是負訊號，而且兩個號端的抗阻相等，對共模訊號的抗疫力近乎完美！平衡放大器不單在對抗訊號干擾方面有著優異的性能，而且對抗迴圈接地也有一手，只可惜提供平衡訊號輸出的器材都是價值不菲的高級器材，以致一般人都很少能享用到平衡放大器的優異性能！
很多 DIY 達人設計或製作線路板時，甚或在使用萬用板時，都忽略了佈線的重要性，當然，佈線的第一秘訣是「短」，相信這個不用我多解釋，而第二秘訣，就是星形接地，要解釋單點接地或星形接地的原理，實在不是一百幾十字可以做到，但曾 Sir 即管極簡單地打個比喻，一個完整的訊號路徑必定以地端為終站，我們可以想像為河水最後流出大海，如果每條河都獨自流入大海，每條河都可以互不相干，正正是河水不犯井水，但如果小河滙聚成大河再流入海，小河可能會因為隔鄰的小河氾濫而遭殃；而星形接地就是確保每一個訊號不受干擾，平平安安的流進地端。夠清楚了罷！
小結：
其實物理學的世界是用數學來解決問題的，以上所說的東西其實包含了不少算式在內，都被曾 Sir 一一略過！不過，即使略去算式，大家都應該理解一下音響的原理，曾 Sir 相信凡事必有因，充實自己的知識，以科學頭腦來對待疑問，才會讓人對音響發燒友給予幾分面子，否則我們只會停留在人們眼中一群又迷信又人云亦云的瘋子而已！