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【專題】成也振動,敗也振動 淺談音響裡面的那些振動(連載4)

前情回顧

【專題】成也振動,敗也振動 淺談音響裡面的那些振動(連載4)

麥克風與顫噪效應

我們能從唱片裡面聽到優美的音樂,這些優美音樂的源頭是通過麥克風來收集。麥克風是一種聲音轉換為機械振動,再把機械振動轉換成電信号的電子裝置。在專業錄音室裡面,最常用的麥克風類型是電容式麥克風,電容式麥克風産生電信号的主體是兩塊電極闆,電極闆之間的距離很近,進而形成一個電容器。其中一塊電極闆是非常輕,非常薄的金屬薄膜(或鍍金處理的薄膜)用于将聲音轉換為機械振動。電容式麥克風使用時需要通電,當薄膜振動時就兩個電極闆之間的距離就會不斷變化,電容量也會随之變化,使得電容兩端的電壓也随之變化,進而産生電信号。

但是電路中的電子元器件也會因為機械振動而産生不必要的電信号。顫噪效應就是描述電子裝置中的某些元件将機械振動轉換為我們不需要的電信号(也叫“噪音”)的現象。顫噪效應又叫“麥克風效應”,因為麥克風的工作原理就是将振動轉換為電信号。

如果喜歡電子管放大器(俗稱“膽機”)的音響發燒友們一定聽過“麥克風效應”這個術語。因為電子管是最受麥克風效應影響的電子元件。在電子管裡面通常包含陰極、栅極、陽極。電極之間存在等效電容。這些電極在受外力影響下也會産生振動,電極之間的距離就會不斷變化,進而産生電信号。這些電信号并不是我們所需要的,但它們會經過放大電路後放大最終傳送到揚聲器裡面。

【專題】成也振動,敗也振動 淺談音響裡面的那些振動(連載4)
【專題】成也振動,敗也振動 淺談音響裡面的那些振動(連載4)

在1962年,英國Mullard(大盾)公司就發表了一篇關于電子管麥克風效應的調查報告。他們針對電子管設計了三個加速度計,使用一個50mW功率(注意是這裡的機關是“毫瓦”)的揚聲器來發出不同頻率的聲音,用于模拟電子管在聲波影響下的振動情況,再觀察電子管上的加速度計讀數。他們發現電子管的振動情況随着聲音頻率的變化,再特定頻率下最大達到0.1g的加速度。以EF86這款電子管為例,他們發現在50mg加速度下因為麥克風效應,90%的電子管會産生低于320uV的栅極電壓,如果在0.1g加速度下甚至能産生600uV的栅極電壓。

再進一步的研究當中,Mullard将電子管放到振動台,由振動台産生不同特定頻率的振動,再通過高倍數放大鏡觀察電子管内部各個部件的振動情況,目的是為了對電子管的零部件進行改進,減少麥克風效應。Mullard的主要做法是加強這些零部件的剛性和改變内部結構來減低麥克風效應。

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半導體的出現将顫噪效應大幅度降低

但是否意味着顫噪效應就從此不存在呢?

在電子管作為主流元件的年代,工程師會對電子管做避震處理。其中,在電子管計算機當中因為大量使用電子管的原因,必須要對電子管,或裝有電子管的電路闆做避震處理,進而減少麥克風效應,否則會引發各種各樣的問題。最常見的解決辦法就是在電子管外殼套上“阻尼器”,或者在電路闆與機殼之間有減震處理,這兩種解決辦法在音頻放大器部分也是很常見的。這些“阻尼器”是一個軟性的膠圈,也有使用較重的黃銅管環。至于電路闆與機殼之間也有使用橡膠墊隔離,甚至還有的放大器的電路闆使用彈簧機殼進行隔離。通常的會在前級放大器,唱頭放大器上使用,因為這類放大器的放大倍數比較高。

【專題】成也振動,敗也振動 淺談音響裡面的那些振動(連載4)
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直到半導體的出現,半導體因為體積和效率方面的優勢,在電子領域得到廣泛的應用,同時也顫噪效應的問題也得到大幅度的減少。但是這是否意味着電路上的顫噪效應從此不存在呢?有的發燒友在DIY放大器時,用小棒子敲擊一下PCB電路闆,發現從揚聲器裡面聽到與敲擊PCB電路闆一樣的聲音,這就是因為顫噪效應引起的聲音。因為電路闆上的其他部分,如電容器、PCB電路闆本身,甚至音頻線也是顫噪效應的來源。

對于電容器,某些陶瓷電容器也是顫噪效應的來源之一,它們也經常應用在音響裝置裡面。在工作時,陶瓷媒體在外力影響下會産生形變,使得電極之間的距離不斷發生變化,進而産生電壓變化。同時,在媒體在電場的作用下也會産生一些振動(電能轉化為機械能的過程)進而産生噪音。于是,電子元件生産商也在想辦法去改良來達到抑制元件在工作中産生的噪音問題。例如,KEMET Electronics Corporation(基美電子)就提出了一種解決辦法,可以減少電容器在工作中所産生的噪音。對于PCB電路闆而言,PCB電路闆的布線也會存在分布電容的問題,隻要收到外力影響下産生微小振動也會産生顫噪效應。同理,線材也會有這種情況,傳輸信号的導線與屏蔽層之間存在分布電容,在微小振動下也會産生顫噪效應。

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顫噪效應是可以接受的(不可避免的)

經過以上簡單的介紹,是不是瞬間覺得有危言聳聽的感覺?一個音響系統裡面,有那麼多的電子元件,加上外力振動,或者自身産生振動,那麼顫噪效應豈不是不可避免?的确!顫噪效應在電子裝置裡面是不可避免的發生,換個角度來說就是可以接受的,或者必須接受的。問題并不在于消除,而是在于通過技術手段(元件選取,減震手段等)來降低振動對電子元件的影響,把噪音降低到人耳聽不到的範圍,降低到對電子電路性能影響最小的程度,這才是最終的目的。

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未完待續

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