信噪比的信噪比与噪声

如题所述

在一个音响系统中,由于信号是串联的,因此一件设备的噪声会进入下面的设备中被放大,所以系统最后的噪声是系统中所有设备噪声的累加。但是,当我们了解了系统中每一件器材的信噪比指标后,是否就可以确定整个系统的信噪比指标了呢?不,远远不能。这就要从噪声的来源和种类说起了。
噪声的来源
我们把噪声的来源分为内部和外部两种,由于实验室的测试条件通常都十分优越,所以在这种条件下测试的信噪比指标实际是设备内部噪声的反应,内部噪声主要是由于电路设计、制造工艺等因素,由设备自身产生的,而外部噪声是由设备所在的电子环境和物理化学环境(自然环境)所造成的,外部噪声是不可能反映在信噪比指标中的。这一点通常会被很多人所忽略,经常听到有人说:这唱机的信噪比指标不是挺高的吗?怎么听起来噪音这么大,骗人的吧……。这就是没有搞清楚信噪比指标含义所造成的误解。
外部噪声通常被称为“干扰”,这种干扰可能是电磁干扰,也可能是机械振动干扰,也可能来自温度变化的干扰……总之,都不是器材自身产生的。于是此时另一个不太起眼的指标凸现出了它的意义-电磁兼容性。
电磁兼容性有两个层次的含义,一是设备在运行时不会对其它设备产生干扰,二是耐受干扰的能力强,在一定的外界干扰下仍能正常工作。第一层意思容易理解,而第二层意思对于音响设备来说,还有更进一步的含义,那就是如何定义“正常工作状态”。这个正常工作不应该仅仅是“出声就好”,还应该是保证一定的性能指标,这其中就包括有信噪比。也就是说,一个电磁兼容性能优良的设备器材,在一定的外界干扰条件下,其信噪比指标不应该有明显的劣化。
实际上,很多音响产品在电路设计中都有“电磁兼容”的影子,比如在电源输入端设计滤波器、压敏电阻,外壳采用金属材料,内部信号线采用屏蔽线等等,实践证明,这些措施对于抑制干扰有很大的作用。
噪声的三种来源
噪声的来源很复杂,我们可以把它们大致归结为三种,第一种是元器件产生的固有噪声,电路中几乎所有的元器件在工作时都会产生一定的噪声,晶体管、电阻、电容,这种噪声是连续的,基本上是固定不变的,并且频谱分布很广泛,这种噪声除了改进元器件的材料和生产工艺外,几乎没有任何办法消除,也就是说,这种噪声几乎可以不用实验,在图纸上进行计算就可以推算出来。好在现在很多优质元器件的固有噪声都很小,在设计电路时选择优质元器件就可以把这种噪声压制到非常小的水平,小到我们根本不会听见。
第二种噪声来源于电路本身的设计失误或者安装工艺上的缺陷,电路设计失误往往会导致电路的轻微自激(一种自由振荡状态),这种自激一般在我们可以听到的声音范围之外,但是在某些特定条件下它们会对声音的中高频产生断续的影响,从而产生噪声。安装工艺失误就稍微复杂一些,比如接插件接触不良,接触表面形成二极管效应或者接触电阻随温度、振动等影响发生变化而导致信号传输特性变化,产生噪声。还有元器件排布上的失误,将高热的元器件排布在对温度敏感的元器件旁边,或者将一些有轻微振动的元器件放在对振动敏感的元器件旁边,或者没有足够的避震措施……等等这些,都会产生一定的噪声。这些噪声可以说都是人为造成的,对于经验丰富的电子设计师来说,这些噪声都是可以避免或者大大减轻的。
第三种噪声则是非常广泛的,也是经常被提起的干扰噪声。这种噪声来源很复杂,主要包括几个方面:
空间辐射干扰噪声:任何导体通过交变电流的时候都会引起周围电场强度的变化,这种变化就是电场辐射,同样,像变压器这样的磁体也会引起周围磁场强度的交替变化。我们知道,交变电场和磁场中的闭合导体会产生和电场磁场变化频率相同的交变电流,也叫感应电流。音响设备中所有的元器件、导线、电路板上的铜箔都是电导体,因此不可避免地会产生感应电流。这种感应电流叠加在信号中就会产生噪声。
线路串扰噪声:某些电气设备会产生干扰信号,这些干扰信号通过电源、信号线等线路直接窜入音响设备中。
传输噪声:这种噪声是信号在传输过程中由于传输介质的问题产生的,比如接插件的接触不良、信号线材质不佳、地电流串扰等等。其中,地电流串扰是经常容易被忽视的问题。由于民用音响器材大多采用非平衡传输方式,信号线的外屏蔽层实际上也参与的信号的传输,通常屏蔽层与音响器材的“地”连接,大多数音响器材的地是和设备的外壳相连的,并且和住宅供电线路提供的“大地”相连接。在正常情况下,住宅供电的大地是非常理想的,它使得所有连接线路的“地”都是平等的。但是,一旦这个接地出现故障,甚至某些不负责任的电力公司将这个地与市电的“零线”连接,就会出现问题了。此时消耗功率大的器材的“地”电压比别的器材要“高一点”,比且这个高低 的差别还会随着消耗功率的大小发生变化,我们知道,一般的音频信号线中传输的信号是很微弱的,这变化则足以使得信号线中传输的信号产生很大的变化。这变化除了产生失真外,也包含了一定的噪声。并且,由于接地不良,空间辐射对于信号传输的影响也会加剧。 前面我们对噪声有了一些了解,那么我们如何来分辨这么多种类的噪声呢?当然是靠听了。我这里总结一下我们经常听到的噪声以及它们的来源:
稳定的咝咝声或沙沙声:这是放大器电路元器件产生的固有噪声,一般非常轻微而且稳定,不会随着音量调节而变化。除了改变放大器的电路设计,这种噪声无法消除。
嗡声:这是通常所说的“交流声”,来源非常复杂,器材工艺设计的不合理、连接线缆的屏蔽能力等都会产生这样的声音。有时,供电电压过低导致内部电路工作不正常也会产生交流声。
噼啪声:所谓的放电声,器材内部积累灰尘过多是产生这种声音的主要原因。有时元器件超过使用寿命而失效也会产生这种声音。遇上这种情况应该立即修理检查,否则有可能产生更大的问题。
流水声:这是一种高频自激的现象,是电路设计不良造成的,属于质量问题。
啸叫声、汽船声:典型的高频、低频自激,应该马上关闭你的系统电源,检查器材之间的连接是否有误。
偶尔的滋滋声:交流供电线路的串扰。当交流电的供电质量非常糟糕的时候,也会产生这种现象。
噗噗声:内部元器件出现故障的现象。
广播声:电路设计不良,放大器的开环频响很差,非线性失真严重,并且没有进行适当的处理就会产生这种现象。这种现象往往是设计者片面追逐过宽的闭环频响,而放大器电路本身开环性能不良产生矛盾造成的。这种情况很多时候会引发高频自激,严重时会导致喇叭或者耳机烧毁。 噪声对于音质的影响,尤其是对于主观音质评价的影响是非常大的,有时会起到决定性的作用。音响行业从模拟音频向数字音频进化的一个主要目的就是提高信噪比,减少噪声。盒式磁带录音机的信噪比指标约为-20~40dB,采用杜比降噪技术后最大可达到-67dB,LP唱片约为-30~50dB,开盘式磁带录音机约为-50~60dB,一般的CD唱机则可以达到-90~110dB,而最新的DVD-A和SACD可以达到-120dB以上,从这个进步上看,音响行业对于信噪比指标式十分看重的。
噪声对于音质的表现主要有几个方面:
一是过大的噪声会严重干扰听音者对音乐本身的关注,这是对于那些幅度很大的噪声信号而言的,这情形就像听音乐会时你了邻座不断大声聊天、手机乱响、磕瓜子劈劈啪啪,在这种环境下听音乐,听者不会有好心情的。
二是噪声会影响音乐细节的再现。我们知道,人耳的听觉具有“遮蔽效应”,在遮蔽效应中,除了强音对于弱音具有“屏蔽作用”外,还包括另一个现象,就是当两个声音的响度相差不大的时候,往往我们会把这两种声音混淆在一起,或者会感到出现时间比较长的那个声音的存在,出现时间短的声音就会弱化。正常情况下,噪声电平通常都不高,而音乐中的某些细节和噪声电平相当,这样,这些细节就会被“淹没在噪声的海洋中”,使得我们无法感受到它们。而这些细节(也称为弱信号)在声音重播环节中往往起到非常微妙的作用,我们所谓的“临场感”“空气感”“堂音”“泛音”等等主观音质中的元素就靠它们来实现,没有了它们“高保真”的效果就会大打折扣。
三是某些类型的噪声时系统故障的先兆或者诱因,如果不及时解决和避免,可能对系统的安全造成隐患,这一点前面前面已经有所说明了,这里不再赘述。
此外,很多时候,噪声并不是孤立的,信噪比指标的不好有可能暗示着器材设计上的失误,这一点对于设计者来说很重要。 对于一般的消费者来说,是不可能消除器材本身的固有噪声的,遇上这种情况除了更换器材没有其它方法。但是,对于外部干扰,我们是可以用一些办法解决的:
电磁屏蔽:对于空间辐射干扰,我们可以选择金属质地的机柜来承载我们的系统,并且将金属机柜有效接地,就可以抵挡很多空间辐射。此外,对信号线、电源线也采取特殊的屏蔽处理,可以有效消除电子辐射干扰。对于那些漏磁比较严重的器材,我们可以将其放到距离其它器材较远的地方,或者加一个铁制机柜包起来,也可以大大消除磁场辐射。
净化电源:对于从供电线路中窜入的干扰信号,采用交流净化电源是个非常有效的方法,这种电源分为有源和无源两种形式,前者兼具交流稳压作用,除了可以滤除干扰外,还可以稳定供电电压,保证器材的正常工作状态。后者仅仅起到滤除干扰的作用,通常是以电源插座的形式出现,如果家中供电电压比较稳定,这样的电源净化器也有不错的效果。某些交流净化电源除了稳压滤波作用外,还有功率因数补偿、波形校正的功能,这种净化电源是最理想的电源净化设备,可惜价格不菲,一般人难以接受。
牢靠连接:采用高质量的接插件,保证信号线接头部位接触良好。
保养维护:爱惜你的器材,不要让它们长期工作在恶劣的环境下。总之,你去看看使用说明书,厂家的提示一般都说得非常清楚了。

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