오디오 노이즈는 오디오 전문가가 일상 업무에서 자주 겪는 까다로운 문제이며 신속하게 찾아 해결하기가 어렵습니다. 중심 통증 포인트는 소음 형성 메커니즘이 복잡하고 원인이 다양하다는 것입니다.엔지니어가 오디오 노이즈 문제를 효율적으로 해결하고 문제의 근본 원인을 정확하게 식별하며 처리 효율성을 향상시키기 위해이 기사에서는 다음을 제공합니다. 형성 원칙, 문제 해결 아이디어 및 솔루션.이 기사의 목적은 기존 기술 지식을 구성하는 것이며 일부 내용은 인용 될 수 있으므로 이해하십시오.
오디오 노이즈 분류
오디오 작업의 실제 경험과 결합 된 일반 오디오 노이즈는 근본 원인에 따라 다음 범주로 나눌 수 있습니다. 각 유형의 노이즈는 명확한 현상, 메커니즘, 다음과 같이 처리 방향:
그림 1 오디오 노이즈 분류
01
전기 신호 소음
전기 신호 노이즈는 오디오 시스템에서 가장 일반적인 노이즈 중 하나 인 오디오 신호의 전송 및 처리 과정에서 비정상적인 전기 신호에 기인합니다. 그 중에서도 클리핑 노이즈, 샘플링 왜곡 및 하단 노이즈로 인한 잘못된 긍정이 이러한 노이즈의 가장 일반적인 세 가지 경우입니다.
클리핑 노이즈
클리핑 왜곡은 오디오 노이즈의 대표적인 현상으로, 일반적인 파형은 그림 2 에 나와 있습니다.
그림 2 클리핑 노이즈의 일반적인 파형
원인: 핵심은 신호가 전력 증폭기에 의해 증폭 된 후 출력 전압이 전력 증폭기의 PVDD의 최대 출력 전압을 초과한다는 것입니다. 결과적으로 신호 파형이 "병합" 되고 노이즈가 생성됩니다. 예를 들어, 파워 앰프의 증폭 계수가 12 배이면 입력 신호 전압은 1Vp 이고 파워 앰프의 최대 출력 용량은 10V 이다. 출력 전압 Vout = 12 × 1Vp = 12V.
정격 값을 초과하는 부분은 클리핑 왜곡을 형성합니다. 이러한 문제를 고려하여 AI 파워 앰프의 AGC (자동 게인 제어) 기술을 효과적으로 개선 할 수 있습니다. 특정 효과는 다음 스크린샷을 참조하십시오.
그림 3 AI 파워 앰프 AGC 기술로 클리핑 왜곡을 효과적으로 개선
문제 해결 아이디어:
노이즈가 없는지 확인하려면 볼륨을 직접 절반 또는 1/3 로 줄이십시오 (입력 전압을 줄이십시오). 소음이 크게 개선되면 이것이 문제입니다.
오디오 링크에서 경적까지 전압 파형을 잡고 클리핑 왜곡이 있는지 관찰합니다.
참고: 과거의 디버깅 경험에 따르면 소형 알루미늄 스피커의 왜곡 파형 수가 작 으면 (1-3) 소비자는 일반적으로 노이즈를 명확하게 인식하지 못합니다. 실제 장면에 따라 최적화가 필요한지 여부를 결정할 수 있습니다.
02
불충분 한 샘플링 률로 인한 노이즈 플로어
이 소음 층은 숨겨져 있으며 오디오 직원은 쉽게 무시할 수 있습니다. 일반적인 현상은 오디오를 재생할 때 하단 노이즈가 분명히 크지 만 음원 자체에 이상이 없으므로베이스 볼륨으로 재생할 때 하단 노이즈가 더 두드러집니다.일반적인 파형이 그림에 나와 있습니다.
그림 4 샘플링 속도 부족으로 인한 노이즈 플로어
그것의 형성 이유를 명확히하기 위해, "비트 깊이" 의 핵심 개념을 이해할 필요가있다. 비트 심도 (비트 심도) 는 샘플링 정확도라고도하며 단위는 비트이며 주로 오디오 신호의 신호 대 잡음비 및 동적 범위에 영향을 미칩니다.샘플링 주파수가 음파의 수평 (x 축) 절단에 비유되는 경우 비트 심도 (정량적 정확도) 음파를 수직 방향 (y 축) 으로 자르면 최대 진폭은 두 번째 n 번째 출력 레벨로 나눌 수 있습니다 (진폭 차이의 두 배는 음압 차이의 6dB 에 해당합니다).여기서 n은 비트 심도 값입니다. 공통 비트 심도 선택에는 16 비트와 24 비트의 두 가지 유형이 있습니다.
샘플링 정리에 따르면 완전한 파형 주기에서 파형 특성을 정확하게 설명하기 위해 적어도 두 개의 점을 샘플링해야 합니다. 16 비트 샘플링 정확도, 약한 신호 below-78dB, 파형 사이클 당 2 개의 샘플링 포인트만 수집할 수 있고 신호 자체를 완전히 복원할 수 없기 때문에 샘플링 왜곡이 형성됩니다.하단 노이즈의 최종 성능이 너무 큽니다.
03
경적 소음
오디오 출력의 터미널 장치로서, 혼의 자체 고장 또는 비정상적인 조립은 다양한 원인이있는 잡음의 가장 일반적인 원인입니다. 실제 경험과 결합 할 때 일반적인 상황과 메커니즘은 다음과 같습니다.
FPC 공진 노이즈: 스피커에 연결된 FPC (플렉시블 회로 기판) 가 오디오 진동 과정에서 공진하여 노이즈를 유발합니다. 구체적인 공명 위치는 다음 그림을 참조하십시오.
그림 5 FPC 공진 소음
혼 슈퍼 진폭 및 코일 연삭 마그네틱 스틸: 혼의 진동 진폭이 정격 진폭을 초과 할 때 혼 구조도 (생략됨) 와 결합, 코일 또는 코일 혼이 당겨져 큰 변형을 일으켜 기계적 왜곡 및 소음이 발생합니다.특히 진동의 진폭이 큰 측면 사운드 혼의 경우 사운드 홀과 사운드 캐비티 사이에 압력 차이가있어 변형을 더욱 악화시킵니다. 코일과 마그네틱 스틸 사이의 거리가 너무 작 으면 변형으로 인해 코일과 마그네틱 스틸 사이의 마찰이 발생합니다 (I.E. "연삭 마그네틱 스틸"), 명백한 소음 형성.
경적 자체에 과도한 THD 왜곡이 있습니다. 일부 뿔의 유형 선택 불량 (품질 저하) 으로 인해 THD (총 고조파 왜곡) 지수는 공장을 떠날 때 기준을 충족시키지 못합니다. 이것은 자연스럽게 과도한 소음을 유발합니다.이러한 종류의 문제는 유형 선택 단계에서 피해야합니다.
그림 6 너무 큰 THD 혼 자체의 왜곡
비정상적인 방진 그물: 조립 과정에서 방진 그물이 단단히 붙어 있지 않으면 페이스트가 오프셋됩니다. 또는 방진 그물의 통기성이 너무 좋지 않으면 경적의 진동을 방해하여 소음이 발생합니다.
비정상적인 누출 구멍: 실험 또는 조립 중에 누출 구멍이 실수로 막히거나 누출 구멍의 구멍이 너무 크면 사운드 챔버의 공기 압력 균형이 손상됩니다. 경적의 정상적인 진동이 영향을 받아 소음이 발생합니다.
공기 누출 문제: 수동 디스펜싱을 사용하는 엔지니어링 샘플, 부적합한 초음파 밀봉 프로세스가있는 스피커, 사운드 캐비티 구조의 부적절한 조립 또는, 사운드 캐비티의 폼 두께가 불충분하면 사운드 캐비티의 공기 누출, 진동 환경 손상 및 오디오 노이즈가 발생합니다.
또한, 스피커의 내부 사운드 구조와 후방 사운드 캐비티의 작은 볼륨의 불합리한 디자인은 또한 소음을 유발할 수 있습니다.
이러한 트윗에 대한 일반적인 문제 해결 아이디어:
조립 된 혼의 왜곡 테스트는 혼 자체의 가장 명백한 결함을 미리 발견 할 수 있습니다.
조립 이상을 점검하기 위해 공기 누출 및 공진이 발생하기 쉬운 위의 키 위치를 수동으로 점검하는 데 철저한 방법이 사용됩니다.
호른의 진폭을 테스트하여 과대평가된 진폭이 있는지 확인합니다.
수석 엔지니어는 주파수 스윕 테스트와 다양한 전압에서의 오디션을 통해 소음원 (공명, 마찰 등) 을 신속하게 찾을 수 있습니다.
04
전력 증폭기 주변장치 소음
오디오 시스템이 완전히 닫힌 루프이며 주변 응용 프로그램 장치가 비정상이며 오디오 링크로 전송되어 잡음이 발생합니다. 실제 운영 시나리오와 결합하면 다음과 같은 장치 이상이 가장 일반적입니다.
마그네틱 비드로 인한 소음
다음 그림은 자기 비드에 대한 등가 공식이며 이론적 유도는 다음과 같은 전류 공식을 제공합니다.
그림 7 마그네틱 비즈에 대한 등가 공식
특정 메커니즘은 다음과 같습니다: 휴대 전화 오디오 회로에 일반적으로 사용되는 마그네틱 비드는 일반적으로 인덕턴스가 낮습니다 (예: 600Ω 마그네틱 비드, 인덕턴스는 약 1uH). 오디오 주파수 대역에서 유도 리액턴스 X = 2π fL은 작습니다.자화에 100% 변화가 발생하더라도 R2 에 대해 X2 는 무시할 수 있습니다. 따라서 위의 방정식 * 에서 현재 파형 진폭 V/π (R2 + X2) 의 부분은 분석없이 상수 값으로 간주 될 수 있습니다. X의 변화는 주로 현재 파형의 위상에 영향을 미칩니다 θ = arctan + X/R).
자기 비드에 정현파 전압 V0(t) 가로드 될 때, 자기 비드의 자화에 의해 야기 된 자속 φ 0(t) 은 정현파 곡선이다. 그러나, 자성 물질의 히스테리 시스 특성으로 인해, φ 0(t) 에 표시된 정현파 곡선에 의해 형성된 실제 자기장은 완벽한 정현파 자기장이 아니다.자기 비드의 실제 자기장은 자기 물질의 자화 곡선 히스테리 시스 루프에 따라 얻을 수 있으며, 또한 자기장이 자화 전류에 비례하기 때문에, 현재 파형 I (T) 를 얻습니다. 현재 주름에 보이는 자기 구슬은 심각한 왜곡을 가지고 있습니다.자기 비드에 의해 야기 된 오디오 라인의 과도한 THD에 대한 이유는 자성 물질의 히스테리 시스 특성이라고 결론 지을 수있다.
일반적인 특징: 고정 주파수 및 고정 진폭 신호로 자기 비드의 인덕턴스를 테스트하십시오. 인덕턴스가 크게 변경되면 해당 THD 값이 높아집니다. 그리고 자석 구슬의 크기가 작을수록 임피던스가 높아지고 히스테리시스의 특성이 더 분명해지고 소음의 위험도 높아집니다.
그림 8 이력 왜곡
해결책:
자기 비드의 히스테리 시스 특성에 초점을 맞춘 교체를위한 적합한 자기 비드 모델의 스크리닝;
FM 모드에서 간섭하는 경우 간섭을 줄이기 위해 출력에 마그네틱 비드를 추가해야합니다. Ai는 AB 모드를 지원하는 AW87390 파워 앰프입니다. FM 모드에서 AB 모드로 전환하면 마그네틱 비드를 추가하지 않고도 간섭 문제를 직접 해결할 수 있으므로 비용 및 조립 복잡성이 줄어 듭니다.
05
하울링
하울링은 응용 장치에서 매우 인식 할 수있는 노이즈 유형입니다. 그것은 주로 용량 성 하울링과 유도 하울링으로 나뉩니다. 두 가지 메커니즘과 솔루션은 다음과 같이 완전히 다릅니다.
콘덴서 하울링: 본질은 PCB (인쇄 회로 기판) 가 작은 변형을 일으키고 하울링을 생성하는 커패시턴스의 압전 효과입니다. 억제의 핵심은 PCB의 변형을 줄이거 나 상쇄하는 것입니다. 일반적인 조치는 동일한 PCB 표면에 다른 각도로 울부 짖는 소리를 일으키는 커패시터를 배치하거나 PCB의 앞면과 뒷면에 커패시터를 배치하는 것입니다.변형의 효과를 상쇄합니다.
인덕턴스 하울링: 주요 원인은 불안정한 하중, 가벼운 부하/과부하 또는 인덕턴스 및 커패시턴스 매개 변수의 부적절한 선택입니다. 이것은 스위칭 전원 공급 장치를 자체 조절 상태로 만듭니다 (칩 조정 방법이 다릅니다).일부 칩은 작동 주파수를 감소시키고 일부 칩은 정기적으로 펄스를 잃어 간헐적 인 동작을 나타냅니다. 이 조정으로 인해 인덕턴스 단계가 불안정 해지고 출력 스위치 전류의 주파수가 오디오 가청 범위로 들어가거나주기적인 사각형 파 그룹의주기 주파수가 오디오 범위로 들어갑니다. 결국 울부 짖음이 형성됩니다.
해결책: 어댑터를 교체하여 특정 인센티브와 함께 장치의 매개 변수 (인덕턴스, 용량 등) 를 조정하여 부하 안정성 및 기타 포괄적 인 조치를 최적화하십시오.
06
TDD 간섭 노이즈
TDD (시간 분할 이중) 간섭으로 인한 노이즈 형성 메커니즘은 Ai의 많은 전력 증폭기의 사양에 자세히 설명되어 있습니다. 자세한 내용은 아래의 TDD 노이즈 이유 분석을 참조하십시오.이러한 종류의 문제는 2018 년 이전에 일반적이며 일련의 전력 증폭기에 대한 PSRR (전력 거부율) 지수가 반복적으로 업그레이드되었습니다. 현재, 일련의 전력 증폭기에 걸친 PSRR은 above-80dB 도달 할 수 있으며 TDD 간섭 노이즈는 비교적 드뭅니다.
문제 해결 및 솔루션:
먼저 간섭 원이 간섭 또는 방사선 간섭인지 확인하십시오.
간섭이 발생하면 비정상적인 전원 링크 또는 루프 라우팅 때문인지 추가 조사할 것입니다.
• 방사선 간섭의 경우 차폐 구조를 증가시키고 입력/출력 커패시터를 추가하여 간섭을 줄일 수 있습니다.
선택 단계에서는 소스로부터의 간섭 위험을 피하기 위해 PSRR 표시기가 더 높은 전력 증폭기가 선호됩니다.
TDD 소음의 원인
GSM 휴대 전화는 TDMA: 시간 분할 다중 액세스 (시간 분할 다중 액세스) 시간 슬롯 공유 기술을 채택합니다. 시간 분할 다중 액세스는 시간을 주기적 프레임으로 나누고 각 프레임은 기지국에 추가 신호를 보내기 위해 여러 시간 슬롯으로 나뉩니다.기지국에 의해 복수의 이동 단말기로 전송되는 신호는 또한 소정의 타임 슬롯에서의 전송을 위해 순차적으로 배열된다. 각 TDMA 프레임에는 8 개의 시간 슬롯이 포함되어 있으며 전체 프레임의 지속 시간은 약 4.615ms 이며 각 시간 슬롯의 지속 시간은 0 입니다.577ms.
GSM 휴대 전화의 경우 RF 전력 증폭기는 4.615ms(217Hz) 마다 신호를 전송하고 신호 전송 중에 간헐적 인 파열 전류 및 강한 전자기 방사가 생성됩니다. 간헐적 인 버스트 전류는 217 Hz의 전원 공급 장치 변동을 형성합니다.900MHz 및 1800MHz 고주파 RF 신호는 217Hz 무선 주파수 엔벨로프 신호를 형성합니다. 217Hz 전원 공급 장치 변화는 전도를 통해 오디오 신호 경로에 연결되고, 217Hz 무선 주파수 엔벌로프 신호는 방사선을 통해 오디오 신호 경로에 연결됩니다.보호가 작동하지 않으면 217Hz 노이즈 및 217Hz 고조파 노이즈 신호를 포함하여 가청 TDD 노이즈가 발생합니다.
그림 9 GSM RF가 작동 할 때의 전원 공급 장치 전압 및 RF 신호의 개략도
독특한 회로 아키텍처를 통해 RNS 기술은 전도 및 방사선 간섭의 모든 측면을 억제합니다. TDD 노이즈를 억제하는 능력을 효과적으로 향상시킵니다.
07
초음파 상호 변조 소음
이러한 종류의 잡음은 초음파 신호와 오디오 신호의 상호 간섭으로부터 생성되며, 그 형성 메커니즘은 다음과 같습니다: 초음파 신호는 전자기 결합과 같은 방식으로 오디오 주파수 대역으로 들어갑니다. 초음파 신호와 유용한 오디오 신호가 동시에 증폭기에 들어가 증폭되면 오디오 시스템은 비선형 효과 하에서 절대 선형성을 달성 할 수 없습니다. 주파수가 다른 두 신호는 상호 변조 효과를 가지며 추가 주파수 구성 요소를 생성합니다 (I.이., 상호 변조 제품) 은 유용한 오디오 신호의 주파수와 같거나 가깝습니다. 이러한 추가 구성 요소는 원래 오디오 신호에 속하지 않으며 노이즈로 나타나는 오디오 시스템을 방해합니다.
중요한 점: 오디오 시스템의 비선형 속성은 이러한 노이즈의 전제이며 잘 설계된 오디오 시스템조차도 약간의 비선형 성을 가지고 있습니다. 초음파 신호가 있으면 상호 변조 노이즈가 발생할 수 있습니다.
그림 10 초음파 상호 변조 노이즈
08
비정상적인 회로 소음
제품이 시장에 진입 한 후 판매 후 피드백의 소음은 주로 회로 이상과 관련이 있습니다. BOOST 회로의 일반적인 다이어그램과 결합 된 A/S 시나리오에서 공통적 인 이상 소음의 원인과 메커니즘은 다음과 같습니다.
소음은 SW 핀과 PVDD 전압 단자 사이의 비정상적인 단락, Boost 회로의 비정상적인 작동 또는 파워 앰프 출력 단자의 고장으로 인해 발생합니다.
유도 된 손상 (예: 인덕턴스 저항의 비정상적인 증가) 은 출력 전압, 비정상적인 오디오 신호 증폭 및 노이즈를 감소시킵니다.
PVDD 단자의 커패시턴스가 손상되고 전력 증폭기의 출력 단자에 안정적인 전압 지원이 부족하며 전압 변동이 너무 커서 소음이 발생합니다.
그림 11 BOOST 회로의 전형적인 다이어그램
09
낮은 배터리 소음
저전력 노이즈는 소비자 오디오 제품 (예: 휴대폰 및 헤드폰) 에서 일반적인 유형의 노이즈입니다. 그 형성 메커니즘은 파워 앰프의 부스트 모드와 직접 관련이 있습니다. 주로 충전 펌프 (충전 펌프) 부스트와 부스트 부스트로 나뉩니다.이 둘의 메커니즘과 솔루션은 크게 다르며 다음과 같습니다.
(I) 충전 펌프 부스트 모드에서 낮은 배터리 잡음
충전 펌프 부스트 파워 앰프의 경우 출력 전압 및 공급 전압 VDD는 고정 된 다중 관계이며 일반적인 부스트 배수가 1.5 배, 2 배 및 3 배입니다. 배터리의 전력이 감소되면 배터리의 출력 전압 VDD가 동기화 및 감소하고 전력 증폭기의 출력 전압이 감소하며 클리핑 왜곡이 발생합니다. 결국 소음이있을 것입니다.
휴대 전화를 예로 들면 특정 값과 결합하여 더 명확하게 이해할 수 있습니다. 휴대 전화 배터리가 완전히 충전되면 출력 전압은 약 4.4V 이고 힘이 10% 미만으로 떨어지면 출력 전압은 3.6-3 입니다.8V 일 뿐이며 전력 증폭기의 해당 출력 전압은 다음과 같이 다양합니다.
최대 전력 상태: Vout (최대 전력) = 1.5 × 4.4V = 6.6V (일반적으로 6V 전력 증폭기는 출력 전압을 약 6V 로 제한 함);
저전력 상태: Vout (저전력) = 1.5 × 3.6V = 5.4V;
저전력 상태에서는 전력 증폭기의 출력 전압이 감소하고 클리핑 왜곡의 정도가 최대 전력 상태보다 상당히 높다는 것을 알 수있다. 엔지니어가 테스트 단계에서 최대 전력 상태만 테스트하는 경우 이러한 문제를 무시하기 쉽고 제품을 저전력으로 사용하면 소음이 발생합니다.
해결책:
(Ii) 부스트 모드에서 낮은 배터리 잡음
충전 펌프와 달리 부스트-부스트 모드는 안정적인 출력 전압을 얻을 수 있지만 배터리 상태가 낮 으면 배터리 전류 추출이 크게 증가하여 소음이 발생합니다. 특정 메커니즘은 예제에서 다음과 같이 설명됩니다.
전력 증폭기 효율 η = 80% 를 가정하여 5W 오디오 출력을 예로 들어 보겠습니다. 배터리의 피크 전류는 다른 배터리 요금에 해당하는 출력 전압과 함께 변환 될 수 있습니다 (계산을 쉽게하기 위해 Rdson과 같은 손실 요인은 고려하지 않음).
최대 전력 상태 (Vin = 4.4V):I (최대 전력) = 5W/(η×vin) × 2 약 2.82A;
낮은 전기 상태 (Vin = 3.6V):I (저 전기) = 5W/(η × Vin) × 2 약 3.46A;
저전력 상태에서 배터리의 전류 추출 볼륨은 최대 전력 상태보다 훨씬 높다는 것을 알 수 있습니다. 그런 다음, 파워 앰프의 전원 공급 전압 VDD는 그에 따라 감소합니다. VDD 전압이 전원 증폭기의 끄기 전압 임계값보다 낮 으면 전원 증폭기는 "전원 끄기" 주기로 들어갑니다.전류 추출 중에 VDD가 감소하고 전원 증폭기가 꺼집니다. 전력 추출을 중지한 후 VDD가 상승하고 앰프가 다시 켜지면주기가 "클릭-클릭" 노이즈로 나타납니다. 전체 기기의 전원 전류가 충분하지 않으면 전체 기기가 종료 될 수도 있습니다.
해결책:
VDD 라인의 설계를 최적화하고 라인의 길이를 줄이며 라인의 손실을 줄이며 전압 강하를 줄입니다.
Ai는 저전력 추출의 비정상적인 문제를 효과적으로 완화 할 수있는 독점적 인 저전력 알고리즘과 일치하는 부스트 시리즈 파워 앰프로 선정되었습니다.
선택 단계는 저전력 조건에서 안정적인 전원 공급을 보장하기 위해 배터리 전원 전류를 전원 증폭기의 최대 펌핑 전류와 일치시키는 데 중점을 둡니다.
플랫폼, 전력 증폭기, 회로, 스피커 등을 포함하여 오디오 노이즈 문제를 체계적으로 고려해야합니다. 단일 사고는 종종 엔지니어가 오해를 일으키고 근본적으로 문제를 해결할 수 없습니다.위의 내용은 모든 오디오 노이즈 문제가 아니라 몇 가지 일반적인 문제에 대한 개요입니다. 예를 들어, 제한된 공간으로 인해 신호 간섭, 플랫폼 + 라인 + 파워 앰프의 결합 된 노이즈 등과 같은 어려운 문제가 자주 발생하지 않습니다.만나면 저희에게 연락하실 수 있습니다.
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