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转载:摩机日记（二）降低音响系统噪声的方法：（DIY信号线、电源线）

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发表于 2005-3-26 20:32 |只看该作者 |倒序浏览

摩机日记（二）降低音响系统噪声的方法：（DIY信号线、电源线篇）［转载自HIFI168］作者：ChenYH
摩机日记（二）降低音响系统噪声的方法
陈耀华
（原创作品，如需转载请注明出处。谢谢）
相关链接：
摩机日记（一）
http://bbs.hifi168.com/bbs/article.asp?titleid=63700&ntypeid=10
http://www.jd-bbs.com/read.php?tid=446025&fpage=1

二、自制信号线
我对信号线的认识经过了三个阶段，想写出来看看能否给大家一些有益的启示。
第一步，利用家里现有的耐高温屏蔽线及RCA插头，自己动手焊接了一对长0.95m的信号线。
●实际参数测试：
芯线直流电阻值：R=V/I=5.4mV/50mA=108mΩ；
外导体直流电阻值：R= V/I=2.05mV/50mA =41mΩ；
长度：0.95m；
分布电容值：180pF。
●接上喇叭试听：
（需要说明的是：在我目前的配置下，CD-T100C直接接驳到V8i的后级输入，CD机带数字音量控制输出。有关CD及V8i的摩机情况另篇介绍。）
当CD-T100C处在STOP状态时，为防止产生开机冲击，其模拟输出通道由继电器触点对地短接。但是，从喇叭里仍能听到失真的100Hz噪音；
当CD T-100C处在RUN状态时，音量（满度为100，对数增量曲线）调到10以下，用Sony MDR-E838耳机直接监听功放输出端时，耳机里听到的混有噪声的音乐非常粗糙。
用数字交流毫伏表测量功放输出端噪声电压：Vo=1.0mVAC。
（用FLUKE 187测到的是交流信号的真有效值，失真的100Hz噪音电压可能来自于全波整流及其滤波电路，大容量的滤波电解电容使得整流二极管的导通角变得很小，电流波形呈脉动状。此时的1.0mVAC的峰值可能达2.0mV以上。
这是一个什么样的噪声水平呢？
举个例子：设V8i功放在4Ω的喇叭箱上输出200W RMS正弦功率，则峰值功率为400W，对应的峰值电压是40V；又设CD机的满幅输出正好使得V8i输出获得40V峰值电压，那么16bit的CD的最小分辨电压是：δ=40V/32768=1.22mV；（正极性满幅--7FFFH；双极性零—0000H；双极性零-1 LSB—FFFFH；负极性满幅—8000H）。换句话说，即使调到200W RMS功率的大音量，这2.0mV的峰值噪声电压差不多也是音乐信号分辨率的2倍，相当于信号源少了一位bit的分辨率。更为严重的是不管你的音乐信号幅度是多大，这种噪声电压始终叠加在你的信号上，可影响到几乎Hi-Fi音乐的层次、音场、透明、细腻、纯净、分辨率等各个方面。
若断开CD与功放的信号线连接，用一端短路的信号线插在功放的RCA插座上使功放输入端对模拟地短接，此时功放输出降到Vo=0.234mVAC。耳机监听到的是一种频谱很宽的白噪声，这种失真的100Hz噪音几乎听不到了。
由上述现象可以推测：CD与功放是两个各自带交流电源的独立系统，由于其变压器及负载特性各异，导致各自的模拟地电位必不相等。若用信号线的外层屏蔽导体连接两系统的模拟地，必定有骚扰电流流过信号线的外层屏蔽导体从而产生骚扰电压降；这就是骚扰源。
如果情况真是如此，则要从两方面着手解决：
1），找出导致较大电位差的异常原因，并努力减小它的影响；
2），增大信号线的外层屏蔽导体的横截面积以减小连接阻抗，最大限度地降低骚扰电流在外层屏蔽导体上产生的电压降。关于第一条留在以后讨论。
第二步，按第二条思路验证上述推测。
我在每根信号线的外层屏蔽导体上并联了三根导体横截面积S=0.35平方毫米的镀银铜线以降低其直流电阻值。
●实际参数测量：
芯线直流电阻值不变；
外导体直流电阻值：R= V/I=0.574mV/50mA=11.5mΩ；
降噪效果测试：Vo=0.422mVAC （此前Vo=1.0mVAC）；
这一结果说明上述推测是符合实际情况的：减小外导体直流电阻值有利于降低噪声水平。

第三步，在襄阳路现代电子商厦花50元钱买了一对信号线，RCA插头质量很好。
●实际参数测量：
芯线直流电阻值：R= V/I=1.2mV/50mA=24mΩ；
外导体直流电阻值：R= V/I=0.8mV/50mA =16mΩ；
长度：1.0m；
分布电容值：160pF。
●接入系统试听：
降噪效果测试：Vo=0.45mVAC。
（比较第一根信号线的外导体直流电阻值11.5mΩ，所对应的噪声电压值Vo=0.422mVAC）
在整理线束时又发现一个现象：在待机状态下，用E838耳机直接监听功放输出端，当改变信号线的空中位置时，功放输出噪声电平也会随之改变。当信号线接近电源变压器部位或电源电缆时，噪声水平则明显升高。这一现象说明信号线的屏蔽能力还不够。
改进措施：将两根信号线一起穿入16平方毫米铜编织带内，同时使该铜编织带也成为屏蔽外导体的一部分。这一措施一举两得，既双重屏蔽了信号线又减小了外导体的阻抗值。
●接入系统试听：
降噪效果测试：Vo=0.25mVAC。
此时信号线的空中位置不再影响V8i功放输出的噪声电平，从喇叭里已经很难听到失真的100Hz噪音了。用Sony MDR-E838耳机直接监听功放输出端，微小音量时因噪音已受到抑制，耳机里听到的音乐细腻多了。（通过对CD-T100C及V8i的摩机使得上述静态噪声电压再进一步降低到Vo=0.175mVAC 左右。）

小结一下RCA型音频非平衡信号线抑制噪声的工作机理：
●在大多数情况下，在连接线中传送着三部分信号：其中只有信号源输出的才是真正有用的部分，而下面阐述的是噪声部分需要加以有效抑制。
●RCA型音频非平衡信号线的外屏蔽导体既要传导音频信号，又要连接两个由各自交流电源供电的功能单元的模拟地，它们的电位差必定会在外屏蔽导体内形成骚扰电流，并在外屏蔽导体上产生骚扰电压降，它的一部分会叠加到音频信号上去。
建议：降低由连接产生的骚扰电压降的措施--尽量降低外导体的阻抗值。
●RCA型音频非平衡信号线的芯线受外界电磁场的骚扰会引入干扰电压，通常是以串模形式叠加到信号上的。为了有效地降低这种串模干扰，应尽量减小内外导体间的距离间隙，使得骚扰源的磁力线穿越内外导体间隙的概率减到最小；但距离间隙的减小又会增大信号线的分布电容值。
建议：降低由电磁场感应产生的骚扰电压的措施--使用高导电率材料对信号线作多重屏蔽处理。
●鉴于以上分析，我们是否还可以解释为什么XLR型平衡信号线可以提供高质量的音频信号连接：因为这时候在平衡线外屏蔽导体上形成的骚扰电压是以共模信号的形式传导的（外屏蔽导体并不参与音乐信号的传送，这一点与RCA型非平衡信号线的完全不同），而一般放大器的共模输入抑制比往往达到60dB以上，这部分骚扰就可以忽略不计了；声音也就显得特别纯净、细腻。
另外一个例子是为什么无源前级或由电池供电的前级能提供好声，因为在那里用RCA型信号线连接的前级并不是由交流电源供电的。

三、自制电源线
在讨论信号线时提到过这样一个细节：当还没有双重屏蔽的信号线靠近电源线时，功放输出的噪声水平会明显升高。这说明电源线周围有电磁场辐射存在，并能干扰附近的信号线。
按我对电源线的理解，电源线的直流电阻部分并不是影响音质好坏的主要因素，而电源线周围存在的电磁场辐射骚扰的大小则是问题的实质。
尤其在连接机箱的最初一段，附近一般有对电磁骚扰较敏感的放大器的输入电路或有信号线缆经过。
当功放工作在大功率输出状态下，这种骚扰会随电源线中的电流的增加成平方增加，使得音质明显劣化。
我的改进措施是: 将普通三芯电源线穿入16平方毫米的铜编织带内，屏蔽编织带与电源线的保护接地相连。
这是一种最为简单有效的方法，在很大程度上解决了抑制电源线的辐射骚扰问题。

再举个例子作为佐证：
某世界著名品牌的某种电源线是由七根电线加上外屏蔽层构成的。六根电线分成两组，三根“褐色”相线、三根“兰色”零线相间排列在“黄/绿”保护地线的外围。
这种结构使得电源线周围的电磁场分布很均匀，没有峰值存在，再加上外层屏蔽，可使由电源线产生的电磁场骚扰降到最低程度。
就这种电源线的导体有效横截面面积而言，相线、零线和保护地线也都只有1.69平方毫米而已