オーディオノイズは、オーディオ実践者が日常の仕事で頻繁に遭遇する厄介な問題であり、迅速に見つけて解決することは困難です。中心的な痛みのポイントは、ノイズの形成メカニズムが複雑であり、原因が多様であるということです。エンジニアがオーディオノイズの問題を効率的に解決し、問題の根本原因を正確に特定し、処理効率を向上させるために、この記事では、一般的なオーディオノイズの種類、形成原理、トラブルシューティングのアイデアと解決策を体系的に要約します。この記事の目的は、既存の技術的知識を整理することであることに注意してください、内容のいくつかは引用されるかもしれません、理解してください。
オーディオノイズ分類
オーディオ作業の実際の経験と組み合わせると、一般的なオーディオノイズは、根本原因に応じて次のカテゴリに分類できます。各タイプのノイズは、次のように、明確な現象、メカニズム、および処理方向に対応します。
図1オーディオノイズの分類
01
電気信号ノイズ
電気信号ノイズは、オーディオシステムで最も一般的なノイズの1つであるオーディオ信号の伝送と処理の過程で異常な電気信号に起因します。その中で、クリッピングノイズ、サンプリング歪み、ボトムノイズによって引き起こされる誤検知は、このようなノイズの3つの最も一般的なケースです。
クリッピングノイズ
クリッピング歪みはオーディオノイズの非常に代表的な現象であり、その典型的な波形を図2に示します。
図2クリッピングノイズの典型的な波形
原因: コアは、信号がパワーアンプによって増幅された後、出力電圧がパワーアンプのPVDDの最大出力電圧を超えることです。その結果、信号波形が「平坦化」され、ノイズが発生します。たとえば、パワーアンプの増幅率が12倍の場合、入力信号電圧は1Vpであり、パワーアンプの最大出力容量は10Vであり、すなわち、出力電圧Vout = 12 × 1Vp = 12Vである。
定格値を超える部分はクリッピング歪みを形成します。このような問題を鑑みれば、AIパワーアンプのAGC (自動利得制御) 技術は効果的な改善を図ることができる。特定の効果については、次のスクリーンショットを参照してください。
図3 AIパワーアンプAGCテクノロジーは、クリッピング歪みを効果的に改善します
トラブルシューティングのアイデア:
音量を半分または1/3に直接下げて (入力電圧を下げて) 、ノイズがないかどうかを確認します。ノイズが大幅に改善された場合、これが問題です。
オーディオリンクからホーンへの電圧波形をつかみ、クリッピング歪みがあるかどうかを観察します
注: 過去のデバッグ経験によると、小型アルミスピーカーの歪み波形の数が少ない場合 (1-3) 、消費者は通常、ノイズを明確に認識しません。実際のシーンに応じて最適化が必要かどうかを判断できます。
02
不十分なサンプリングレートによるノイズフロア
このノイズフロアは隠されており、オーディオスタッフは簡単に無視できます。典型的な現象は、オーディオを再生するときにボトムノイズが明らかに大きいことですが、音源自体に異常はなく、低音量で再生するとボトムノイズがより顕著になります。典型的な波形は図に示されています:
図4不十分なサンプリングレートによるノイズフロア
その形成の理由を明確にするために、「ビット深度」のコア概念を理解する必要があります。ビット深度 (ビット深度) はサンプリング精度とも呼ばれ、単位はビット、これは主にオーディオ信号の信号対雑音比とダイナミックレンジに影響を与えます。サンプリング周波数が音波の水平方向 (x軸) の切断にアナロギズされている場合、ビット深度 (定量的精度) 音波の垂直方向 (y軸) の切断、その最大振幅は、2つのn番目の電力レベルに分割できます (振幅差の2倍は音圧差の6dBに対応します)。ここで、nはビット深度値です。一般的なビット深度の選択には、16ビットと24ビットの2種類があります。
サンプリング定理によれば、完全な波形サイクルでは、波形特性を正確に記述するために少なくとも2点をサンプリングする必要がある。16ビットのサンプリング精度、弱い信号below-78dBの場合、波形サイクルごとに2つのサンプリングポイントしか収集できず、信号自体を完全に復元できないため、サンプリング歪みが形成されます。ボトムノイズの最終性能が大きすぎます。
03
ホーン雑音
オーディオ出力の端末デバイスとして、ホーン自身の故障または異常なアセンブリは、さまざまな原因を伴うノイズの最も一般的な原因です。実際の経験と組み合わせると、一般的な状況とメカニズムは次のとおりです。
FPC共振ノイズ: スピーカーに接続されたFPC (フレキシブル回路基板) は、オーディオ振動プロセス中に共振し、ノイズが発生します。特定の共振位置については、次の図を参照してください。
図5 FPC共振ノイズ
ホーン超振幅とコイル研削磁気鋼: ホーン構造図 (省略) と組み合わせると、ホーンの振動振幅が定格振幅を超えると、コイルまたはコイルホーンが引っ張られて大きな変形が発生し、機械的な歪みとノイズが発生します。特にサイドサウンドホーンの場合、振動が大きい振幅の場合、サウンドホールとサウンドキャビティの間に気圧差があり、それはさらに変形を悪化させます。コイルと磁性鋼の間の距離が小さすぎると、変形はコイルと磁性鋼の間の摩擦を引き起こす (I. E.「磁気鋼を研削する」) 、明らかなノイズを形成する。
ホーン自体には過度のTHD歪みがあります。一部のホーンのタイプ選択が不適切 (品質が悪い) ため、工場を離れるときにTHD (全高調波歪み) 指数が基準を満たしていません。これは自然に過剰なノイズにつながります。この種の問題は、タイプ選択段階で回避する必要があります。
図6ホーン自体の大きすぎるTHD歪み
異常な防塵ネット: 組み立てプロセス中に、防塵ネットがしっかりと貼り付けられていない場合、ペーストはオフセットされ、または防塵ネットの通気性があまりにも悪い、それはホーンの振動を妨げ、騒音を引き起こすでしょう。
異常な漏れ穴: 実験または組み立て中に漏れ穴が誤って塞がれたり、漏れ穴の開口部が大きすぎたりすると、サウンドチャンバーの空気圧バランスが破壊されます。ホーンの通常の振動が影響を受け、ノイズが発生します。
空気漏れの問題: 手動調剤を使用したエンジニアリングサンプル、資格のない超音波シールプロセスを備えたスピーカー、サウンドキャビティ構造の不適切な組み立て、または、サウンドキャビティの泡の厚さが不十分であると、サウンドキャビティの空気漏れ、振動環境の損傷、オーディオノイズの原因となります。
さらに、スピーカーの内部サウンド構造の不合理な設計とリアサウンドキャビティの小さなボリュームもノイズにつながる可能性があります。
そのようなつぶやきの一般的なトラブルシューティングのアイデア:
組み立てられたホーンの歪みテストは、ホーン自体の最も明白な障害を事前に見つけることができます。
徹底的な方法を使用して、空気漏れや共振を引き起こしやすい上記のキー位置を手動で確認し、アセンブリの異常を確認します。
ホーンの振幅をテストして、過大評価されている振幅があるかどうかを判断します。
シニアエンジニアは、さまざまな電圧での周波数スイープテストとオーディションを通じて、ノイズ源 (共振、摩擦など) をすばやく見つけることができます。
04
パワーアンプ周辺デバイスノイズ
オーディオシステムは完全な閉ループであり、周辺アプリケーションデバイスは異常であり、これもオーディオリンクに送信され、ノイズを引き起こします。実用的な操作シナリオと組み合わせると、次のデバイスの異常が最も一般的です。
磁気ビーズによるノイズ
次の図は磁気ビーズの等価式であり、理論的な導出によって次の現在の式が得られます。
図7磁気ビーズの同等の式
特定のメカニズムは次のとおりです。携帯電話のオーディオ回路で一般的に使用される磁気ビーズは、一般的に低いインダクタンスを持っています (例えば、600Ω 磁気ビーズ、インダクタンスは約1uHです)。オーディオ周波数帯域では、誘導リアクタンスX = 2π fLが小さい。磁化中に100% の変化が生じたとしても、X2はR2に対して無視することができる。したがって、上记の * 式では、電流波形振幅V/√(R2 + X2) の部分は、分析なしで一定の値と見なすことができ、Xの変化は、主に電流波形 θ = arctan + X/Rの位相に影響します)。
磁気ビーズに正弦波電圧V0(t) がロードされている場合、磁気ビーズの磁化によって生じる磁束 φ 0(t) は正弦波曲線である。しかし、磁性材料のヒステリシス特性により、 φ 0(t) に示す正弦波曲線によって形成される実際の磁界は、完全な正弦波磁界ではない。磁気ビーズ上の実際の磁界は、磁性材料の磁化曲線ヒステリシスループに従って得ることができ、また、磁界は磁化電流に比例するため、電流波形I(t) が得られる。现在の波形上の目に见える磁気ビーズは、深刻な歪みを有する。磁気ビーズによって引き起こされるオーディオラインの過剰なTHDの理由は、磁性材料のヒステリシス特性であると結論付けることができる。
典型的な特徴: 磁気ビーズのインダクタンスを固定周波数と固定振幅信号でテストします。インダクタンスが大幅に変化する場合は、対応するTHD値が高くなります。そして、磁気ビーズのサイズが小さいほど、インピーダンスが高いほど、そのヒステリシス特性がより明白になり、ノイズのリスクが高い。
図8ヒステリシス歪み
解決策:
磁気ビーズのヒステリシス特性に焦点を当てた、交換用の適切な磁気ビーズモデルのスクリーニング;
FMモードで干渉している場合は、干渉を抑えるために磁気ビーズを出力に追加する必要があります。AiはABモードをサポートするAW87390パワーアンプです。FMモードでABモードに切り替えると、磁気ビーズを追加せずに干渉の問題を直接解決できるため、コストと組み立ての複雑さを軽減できます。
05
ハウリング
ハウリングは、アプリケーションデバイスで非常に認識できるタイプのノイズです。主に容量性ハウリングと誘導ハウリングに分かれています。この2つのメカニズムとソリューションは、次のようにまったく異なります。
コンデンサハウリング: 本質は、静電容量の圧電効果であり、PCB (プリント回路基板) が小さな変形を引き起こし、ハウリングを生成します。抑制の核心は、PCBの変形を減らすか相殺することです。一般的な対策には、同じPCB表面に異なる角度でハウリングを引き起こすコンデンサを配置するか、PCBの前面と背面にコンデンサを配置することが含まれます。変形の効果をオフセットする。
インダクタンスハウリング: 主な原因は、不安定な負荷、軽い負荷/過負荷、またはインダクタンスとキャパシタンスのパラメータの不適切な選択です。これにより、スイッチング電源が自己調整状態になります (チップ調整方法が異なります。一部のチップは動作周波数を下げ、一部のチップは定期的にパルスを失い、断続的な動作を示します)。この調整により、インダクタンス位相が不安定になり、出力スイッチ電流の周波数が音声可聴範囲に入るか、周期的な方形波群の周期周波数が音声範囲に入り、最終的にハウリングが形成されます。
解決策: アダプタの交換を通じて、特定のインセンティブと組み合わせて、デバイスのパラメータ (インダクタンス、容量など) を調整し、負荷の安定性と解決するためのその他の包括的な対策を最適化します。
06
TDD干渉ノイズ
TDD (Time Division Duplex) 干渉によって引き起こされるノイズの形成メカニズムは、Aiの多くのパワーアンプの仕様で詳細に説明されています。詳細については、以下のTDDノイズ理由分析を参照してください。この種の問題は2018年以前に一般的であり、一連のパワーアンプ全体のPSRR (電源拒否率) インデックスは繰り返しアップグレードされています。現在、一連のパワーアンプ全体のPSRRはabove-80dBに達する可能性があり、TDD干渉ノイズは比較的まれです。
トラブルシューティングと解決策:
まず、干渉源が干渉または放射干渉であるかどうかを判断します。
干渉が行われた場合は、異常な電力リンクまたはループルーティングが原因であるかどうかをさらに調査します。
• 放射干渉の場合、シールド構造を増やし、入出力コンデンサを追加することで干渉を抑えることができます。
選択段階では、ソースからの干渉リスクを回避するために、より高いPSRRインジケータを備えた電力増幅器が好ましい。
TDDノイズの原因
GSM携帯電話はTDMA:Time Division Multiple Access (Time Division Multiple Access) タイムスロット共有技術を採用しています。時分割多元アクセスは時間を周期的なフレームに分割し、各フレームはさらに基地局に信号を送るためにいくつかのタイムスロットに分割されます。また、基地局によって複数のモバイル端末に送信される信号も、所定のタイムスロットで送信するために逐次的に配置される。各TDMAフレームは8つのタイムスロットを含み、フレーム全体の持続時間は約4.615msであり、各タイムスロットの持続時間は0.577msである。
GSM携帯電話の場合、RFパワーアンプは4.615ms(217Hz) ごとに信号を送信し、信号送信中に断続的なバースト電流と強い電磁放射が生成されます。断続的なバースト電流は217Hzの電源変動を形成します。900MHzおよび1800MHzの高周波RF信号は、217Hzの無線周波数エンベロープ信号を形成します。217Hzの電源変動は伝導を介してオーディオ信号経路に結合され、217Hzの無線周波数エンベロープ信号は放射を介してオーディオ信号経路に結合されます。保護がうまくいかない場合は、217Hzノイズと217Hzハーモニックノイズ信号を含む可聴TDDノイズが生成されます。
図9 GSM RFが動作するときの電源電圧とRF信号の概略図
RNSテクノロジーは、独自の回路アーキテクチャを通じて、伝導および放射干渉のすべての側面を抑制します。TDDノイズを抑制する能力を効果的に向上させます。
07
超音波相互変調雑音
この種のノイズは、超音波信号とオーディオ信号の相互干渉から発生し、その形成メカニズムは次のとおりです。超音波信号は、電磁結合などの方法でオーディオ周波数帯域に入ります。超音波信号と有用なオーディオ信号が同時にアンプに入り、増幅されると、オーディオシステムは非線形効果の下で絶対線形性を達成できないため、異なる周波数の2つの信号には相互変調効果があり、追加の周波数成分を生成する (I. E.、相互変調積) は、有用なオーディオ信号の周波数と同じか、またはそれに近いものです。これらの追加のコンポーネントは、元のオーディオ信号に属しておらず、ノイズとして現れるオーディオシステムに干渉します。
重要なポイント: オーディオシステムの非線形特性は、そのようなノイズの前提であり、適切に設計されたオーディオシステムでさえ、わずかな非線形性があるため、超音波信号が存在する場合、それはIntermodulationの騒音を作り出すかもしれません。
図10超音波Intermodulationノイズ
08
異常な回路ノイズ
製品が市場に参入した後、売り上げ後のフィードバックのノイズは主に回路の異常に関連しています。BOOST回路の典型的な図と組み合わせると、アフターセールスのシナリオで一般的な異常ノイズの原因とメカニズムは次のとおりです。
SWピンとPVDD電圧端子間の異常な短絡、Boost回路の異常な動作、またはパワーアンプ出力端子の故障によりノイズが発生します。
誘導損傷 (インダクタンス抵抗の異常な増加など) は、出力電圧の低下、異常なオーディオ信号の増幅およびノイズにつながります。
PVDD端子の容量が損傷し、電力増幅器の出力端子に安定した電圧サポートが不足し、電圧の変動が大きすぎてノイズが発生します。
図11 BOOST回路の典型的な図
09
低バッテリーノイズ
低電力ノイズは、消費者向けオーディオ製品 (携帯電話やヘッドフォンなど) の一般的なタイプのノイズです。その形成メカニズムは、パワーアンプのブーストモードに直接関係しています。主にチャージポンプ (チャージポンプ) ブーストとブーストブーストブーストに分かれています。両者のメカニズムおよび解決策は大きく異なり、以下のとおりです。
(I) Chargpumpブーストモードでの低バッテリーノイズ
チャージポンプブーストパワーアンプを使用すると、その出力電圧と電源電圧VDDは固定された多重関係であり、一般的なブースト倍数は1.5倍、2倍、3倍です。バッテリーの電力が低下すると、バッテリーの出力電圧VDDが同期して低下し、パワーアンプの出力電圧が低下し、クリッピング歪みが発生し、最終的にノイズが発生します。
携帯電話を例にとると、特定の値と組み合わせてより明確に理解できます。携帯電話のバッテリーが完全に充電されている場合、出力電圧は約4.4Vであり、そして力が10% の下で落ちるとき、出力电圧は3.6-3.8Vだけです、そしてパワーアンプの対応する出力电圧は次のように変わります:
フルパワー状態: Vout (フルパワー) = 1.5 × 4.4V = 6.6V (通常6Vのパワーアンプは出力電圧を約6Vに制限します);
ローパワー状態: Vout (ローパワー) = 1.5 × 3.6V = 5.4V;
低電力状態では、電力増幅器の出力電圧が低下し、クリッピング歪みの程度がフルパワー状態よりも大幅に高くなることがわかります。エンジニアがテスト段階でフルパワー状態のみをテストする場合、このような問題を無視するのは簡単で、製品を低電力で使用するとノイズが発生します。
解決策：
(Ii) ブーストモードでの低バッテリーノイズ
チャージポンプとは異なり、ブーストブーストモードは安定した出力電圧を実現できますが、低バッテリー状態では、バッテリー電流の抽出が大幅に増加し、ノイズの原因となります。具体的なメカニズムは次のように例で説明されます。
パワーアンプの効率 η = 80% を仮定して、例として5Wオーディオ出力を取ります。バッテリーのピーク電流は、さまざまなバッテリー充電に対応する出力電圧と組み合わせて変換できます (計算を簡単にするために、Rdsonなどの損失係数は考慮されません)。
フルパワー状態 (Vin = 4.4V):I (フルパワー) = 5W/(η × vin) × 2約2.82A;
低電気状態 (Vin = 3.6V):I (低電気) = 5W/(η × vin) × 2約3.46A;
低電力状態では、バッテリーの現在の抽出量がフルパワー状態よりもはるかに高いことがわかります。そして、それに応じて、パワーアンプの電源電圧VDDが低下する。VDD電圧がパワーアンプのターンオフ電圧しきい値よりも低い場合、パワーアンプは「パワーオフ」サイクルに入ります。電流抽出中にVDDが低下し、パワーアンプがオフになります。電力抽出を停止した後、VDDが上昇し、アンプが再びオンになると、サイクルは「クリッククリック」ノイズとして表示されます。マシン全体の電源電流が不十分な場合は、マシン全体がシャットダウンする可能性もあります。
解決策：
VDDラインの設計を最適化し、ラインの長さを短くし、ラインの損失を減らし、電圧降下を減らします。
Aiは、低電力電流抽出の異常な問題を効果的に軽減することができる排他的な低電力アルゴリズムと一致するブーストシリーズ電力増幅器として選択されています。
選択段階では、バッテリー電源電流とパワーアンプの最大ポンピング電流のマッチングに重点を置いて、低電力条件下で安定した電源を確保します。
オーディオノイズの問題は、プラットフォーム、パワーアンプ、回路、スピーカーなどを含めて体系的に検討する必要があります。単一の思考は、エンジニアを誤解に導くことが多く、問題を根本的に解決することはできません。上記は、オーディオノイズの問題のすべてではなく、いくつかの一般的な問題の概要です。たとえば、スペースが限られているため、信号干渉、プラットフォーム + ライン + パワーアンプの複合ノイズなどの難しい問題はあまり発生していません。あなたが遭遇したら私達に連絡することができます。
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