王曉冬，朱建剛，陳寶京

（北京真視通科技股份有限公司）

會(huì)議系統(tǒng)的音頻常見(jiàn)故障分析

王曉冬，朱建剛，陳寶京

（北京真視通科技股份有限公司）

1 引言

傳統(tǒng)會(huì)議是多人現(xiàn)場(chǎng)的一種語(yǔ)言交流，超過(guò)40㎡的房間，需要增加本地?cái)U(kuò)聲設(shè)備。視頻會(huì)議是在現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)聲音、圖像和文件的實(shí)時(shí)交互交流，如果拋棄聲音，視頻會(huì)議就沒(méi)有意義。

研究表明，溝通交流約40%的有效信息來(lái)自于語(yǔ)音，而只有10%依賴于內(nèi)容。所以聲音通過(guò)采集、處理、傳輸和功率放大后，回放出來(lái)的音質(zhì)就很重要，如果聲音中出現(xiàn)交流聲、失真、雜音、嘯叫等，將直接影響會(huì)議的質(zhì)量。下文通過(guò)運(yùn)維服務(wù)中處理的實(shí)例，分析聲音被干擾的一些原因。

2 交流聲干擾的引入

音響工程施工中經(jīng)常會(huì)遇到交流聲干擾的問(wèn)題，這主要是由于接地不正確引起的。

在音頻系統(tǒng)中，接地是抑制噪聲和防止干擾，保證設(shè)備電磁兼容性，提高可靠性的重要技術(shù)措施。正確的接地既能抑制干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)射干擾；反之，會(huì)引入嚴(yán)重的干擾，甚至使設(shè)備無(wú)法正常工作。因此先認(rèn)識(shí)幾個(gè)概念：視頻會(huì)議設(shè)備涉及的地線主要包括，機(jī)箱內(nèi)部分為數(shù)字地、模擬地和直流地，機(jī)箱外部有工作地、保護(hù)地，其他不予考慮。

2.1 內(nèi)部地

機(jī)箱的內(nèi)部地是怎樣的呢？

視頻會(huì)議設(shè)備要同時(shí)處理模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)一般為矩形波，帶有大量的諧波。如果電路板中的數(shù)字地與模擬地沒(méi)有從接入點(diǎn)分開(kāi)，數(shù)字信號(hào)中的諧波很容易干擾到模擬信號(hào)的波形。當(dāng)模擬信號(hào)為高頻或強(qiáng)電信號(hào)時(shí)，也會(huì)影響到數(shù)字電路的正常工作。模擬電路涉及弱小信號(hào)，但數(shù)字電路門限電平較高，對(duì)電源的要求就比模擬電路低些。在既有數(shù)字電路又有模擬電路的系統(tǒng)中，數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲會(huì)影響模擬電路，使模擬電路的小信號(hào)指標(biāo)變差；克服的辦法是分開(kāi)模擬地和數(shù)字地。但是，如果分開(kāi)模擬地和數(shù)字地不短接，又存在壓差不能正常工作，因此在印制板上，設(shè)計(jì)師會(huì)用磁珠、電感、電容或0Ω電阻把交流地和模擬地連接在一起。

大多數(shù)電子設(shè)備內(nèi)部都有使用開(kāi)關(guān)電源，直流輸出電壓和電網(wǎng)通過(guò)高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。如果直流地不和機(jī)殼連接，形成浮地，就會(huì)造成壓差和靜電積累，摸機(jī)殼時(shí)會(huì)麻手，甚至造成器件損壞。同時(shí)浮地對(duì)供電要求質(zhì)量比較高，只適合一些實(shí)驗(yàn)室使用，不適合工程商業(yè)應(yīng)用。通過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備內(nèi)部器件的地，不管是數(shù)字地、模擬地和直流地都連接到了設(shè)備的機(jī)殼上。

2.2 外部地

再看看設(shè)備機(jī)箱外部的地是怎樣的？

我們用的配電箱一般都是“3+2”結(jié)構(gòu)，其中PE保護(hù)地線是為了防止火線的絕緣層老化后發(fā)生漏電，導(dǎo)致電器外表帶電，容易發(fā)生觸電事件。接地后，大地的電位為0，這樣就可以使用電外表的電位和大地保持一致，降低漏電后發(fā)生觸電事故的幾率。在大樓的地下有一個(gè)接地體，通過(guò)電器豎井的魚(yú)骨形分接，接到每一層的用電箱；再用魚(yú)骨形分接，接到每個(gè)房間的用電箱；最后到視頻設(shè)備機(jī)柜，分出兩條線，一條到時(shí)序電源，一條到長(zhǎng)供電設(shè)備。

從上面兩個(gè)階段的描述，可以看出，數(shù)字地、模擬地和直流地通過(guò)機(jī)殼連接到了大地，同樣也連接到了其他設(shè)備的內(nèi)部，不單單是視頻設(shè)備，而是整個(gè)樓的每一個(gè)電器設(shè)備，錯(cuò)綜復(fù)雜。對(duì)于直流電流或者50Hz工頻電流它們是電阻很低的良好導(dǎo)體，可是對(duì)頻率比較高的交變信號(hào)就不一樣了。

3 實(shí)例分析

3.1 調(diào)光臺(tái)對(duì)音頻信號(hào)的干擾

某項(xiàng)目在原有傳統(tǒng)會(huì)議室的基礎(chǔ)上改造升級(jí)成視頻會(huì)議室，但終端到調(diào)音臺(tái)的輸出一直有交流音不能去除。排除故障時(shí)發(fā)現(xiàn)，原有系統(tǒng)有舞臺(tái)燈管系統(tǒng)并有調(diào)光臺(tái)。當(dāng)關(guān)閉調(diào)光臺(tái)時(shí)，噪音消失，可以確認(rèn)是調(diào)光臺(tái)干擾了音頻系統(tǒng)，下面分析一下調(diào)光系統(tǒng)如何干擾音頻以及解決的辦法。

調(diào)光臺(tái)應(yīng)用可控硅相控工作原理，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達(dá)到控制燈電路供電電壓，改變燈光亮度。圖1所示為可控硅斬波的圖形在整周的某一時(shí)刻正弦波被突然關(guān)斷，形成一定角度的奇型三角波。

圖1 奇型三角波

對(duì)于三角波、方波等非正弦波，都可以用傅里葉變換分解成基波為主的多頻諧波量，從而在電網(wǎng)上產(chǎn)生很多50Hz的諧波。在故障處置中還發(fā)現(xiàn)，去掉調(diào)音臺(tái)的地線噪聲就消失，因此可以明確地知道，干擾是從地線引入設(shè)備內(nèi)部的。

火線的高頻諧波是怎么到地線的呢？

通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的原理了解到，L與地或N與地之間存在Y電容，也就是安規(guī)電容，電網(wǎng)的諧波干擾從安規(guī)電容引到了地線。不是地線接到大地了嗎，應(yīng)該泄放到大地了才對(duì)，但上面已經(jīng)說(shuō)到了，一般的大樓并不是把每個(gè)設(shè)備用導(dǎo)線直接連到主接地體，而是像魚(yú)骨一樣接在主線和分叉上，如圖2所示。

對(duì)于直流或工頻電流，它們是良好導(dǎo)體，對(duì)于頻率比較高的諧波信號(hào)，就成了電感電阻和電容的復(fù)合體，根據(jù)阻抗的公式：

式中可以看到，對(duì)某個(gè)特定頻率段的阻抗很大。對(duì)于魚(yú)骨中的每一段，由于其不同的物理位置和特性，都可以看成不同大小的電阻，在有電流流過(guò)時(shí)都會(huì)形成一定電壓，這就造成了每個(gè)設(shè)備之間的瞬時(shí)地電壓不同。從前一段的分析，可以知道設(shè)備的參考地都在地上，現(xiàn)在設(shè)備的地不一樣了，參考也不一樣了，干擾也就悄悄進(jìn)來(lái)了。

問(wèn)題找到了，如何解決呢？

直接去掉設(shè)備的地不太合適也不能完全解決，如果設(shè)備之間各自用各自的參考地，就不存在不同地電壓了；因而辦法是在音頻信號(hào)傳輸之間加裝音頻隔離變壓器，通過(guò)電磁耦合切斷設(shè)備之間的信號(hào)地的直接連接，問(wèn)題解決了。

圖2 主線和分叉結(jié)構(gòu)

3.2 VGA對(duì)音頻信號(hào)的干擾

上例中干擾是通過(guò)地線引入的，但有的地方?jīng)]有地線也有干擾。某項(xiàng)目中，主席臺(tái)有n個(gè)信號(hào)接入點(diǎn)，分別是筆記本的VGA信號(hào)和小三芯的音頻信號(hào)，通過(guò)地板下的電纜連接到遠(yuǎn)端控制室的音視頻矩陣。當(dāng)同時(shí)接入VGA和音頻信號(hào)時(shí)，音箱中有交流聲，拔掉VGA干擾消除。

由此現(xiàn)象可以確認(rèn)，VGA信號(hào)干擾音頻信號(hào)，是如何干擾的呢？

VGA的紅綠藍(lán)在1080@60Hz時(shí)大約是130MHz的交流信號(hào)，行場(chǎng)分別是幾十赫茲和幾十千赫茲的方波信號(hào)，存在大量的諧波信號(hào)。在筆記本的電路中，數(shù)字和模擬地都是連接到一起的，也就是視頻信號(hào)、行場(chǎng)信號(hào)和音頻信號(hào)共地。再看矩陣，音視頻信號(hào)共地，由于VGA線路較長(zhǎng)，地線阻抗大，信號(hào)在地線回路中形成較大的干擾電動(dòng)勢(shì)；對(duì)于音頻信號(hào)來(lái)講，兩個(gè)地不同電勢(shì)，造成了不同的參考電壓。因此，需在音頻回路中加裝音頻隔離變壓器，則問(wèn)題解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于音頻信號(hào)一般波長(zhǎng)較長(zhǎng)，不容易受到輻射干擾，更多的是來(lái)自地線的干擾。

地線干擾可能來(lái)自于上述故障中，甚至地理區(qū)域也可能是產(chǎn)生地線干擾的因素。筆者在會(huì)議系統(tǒng)的巡檢服務(wù)中，青藏高原用戶反映所轄系統(tǒng)音頻噪聲干擾大，不僅是單點(diǎn)現(xiàn)象，而是較多點(diǎn)存在問(wèn)題。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高原地區(qū)氣象條件惡劣，特別是凍土地帶覆蓋面積廣，使得土壤接地電阻率普遍較高，降低接地電阻并非易事，需要通過(guò)選取接地裝置的材料、尺寸，選擇安裝方式，增加埋設(shè)深度等多種措施來(lái)達(dá)到項(xiàng)目實(shí)施要求。

因此，只有正確全面地理解地線在系統(tǒng)中的作用，才能預(yù)防和解決系統(tǒng)中的音頻干擾問(wèn)題。