會議系統(tǒng)的音頻常見故障分析

來源：智能建筑與城市信息-2015年第2期-作者：王曉冬，朱建剛，陳寶京更新時(shí)間：2015-05-13

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會議系統(tǒng)的音頻常見故障分析

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)會議室多人現(xiàn)場的一種言語交流，超過40m²的房間，需要增加本地?cái)U(kuò)聲設(shè)備。視頻會議室在現(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，視頻會議就沒有意義。

研究表明，溝通交流約40%的有效信息來自于語音，而只有10%依賴于內(nèi)容。所以聲音通過采集、處理、傳輸和功率放大后，回放出來的音質(zhì)就很重要，如果聲音中出現(xiàn)交流聲、失真、雜音、嘯叫等，將直接影響會議的質(zhì)量。下文通過運(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)常會遇到交流聲干擾的問題，這主要是由于接地不正確引起的。

在音頻心疼中，接地是抑制噪聲和防止干擾，保證設(shè)備電磁兼容性，提供可靠性的重要技術(shù)措施。正確的接地既然抑制干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)射干擾；反之會引入嚴(yán)重的干擾，甚至使設(shè)備無法正常工作。因此先認(rèn)識幾個(gè)概念：視頻會議設(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？

      視頻會議設(shè)備要同時(shí)處理模擬信號和數(shù)字信號。由于數(shù)字信號一般為矩形波，帶有大量的的諧波。如果電路板中的數(shù)字地與模擬地沒有從接入點(diǎn)分開，數(shù)字信號中的諧波很容易干擾到模擬信號的波形。當(dāng)模擬信號為高頻或強(qiáng)電信號時(shí)，也會影響到數(shù)字電路的正常工作。模擬電路涉及弱小信號，但數(shù)字電路門限電平較高，對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)生的噪聲會影響模擬電路，使模擬電路的小信號指標(biāo)變差；克服的辦法是分開模擬地和數(shù)字地。但是，如果分開模擬地和數(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)師會用磁珠、電感、電容或0Ω電阻把交流地和模擬到連接在一起。

      大多數(shù)電子設(shè)備內(nèi)部都有使用開關(guān)電源，直流輸出電壓和電網(wǎng)通過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。如果直流地和機(jī)殼連接，形成浮地，就會造成壓差和靜電積累，摸機(jī)殼是會麻手，甚至造成器件損壞。同時(shí)浮地對供電要求質(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，到帳電器外表帶電，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)生觸電事故的機(jī)率。在大樓的地下有一個(gè)接地體，通過電器豎井的魚骨形分接，接到每一層的用電箱；再用魚骨形分接，一條到時(shí)序電源，一條到常供電設(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機(jī)殼連接到大地，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，錯綜復(fù)雜。對于直流電流或者50HZ工頻電流他們是電阻很低的良好導(dǎo)體，可是對頻率比較高的交變信號就不一樣了。

3.實(shí)例分析

3.1調(diào)光臺對音頻信號的干擾

      某項(xiàng)目在原有傳統(tǒng)會議室的基礎(chǔ)上改造升級成視頻會議室，但終端到調(diào)音臺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)由舞臺燈光系統(tǒng)并有調(diào)光臺，當(dāng)關(guān)閉調(diào)光臺時(shí)，噪音消失，可以確認(rèn)是調(diào)光臺干擾了音頻系統(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)光臺應(yīng)用可控硅相控工作原理，通過控制可控硅的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正玄波電壓斬掉一部分，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)音臺的地線噪音就消失，因此可以明確的知道，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？

      通過開關(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，電位的諧波干擾從安規(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，但上面已經(jīng)說到了，一般的大樓并不是把每個(gè)設(shè)備用導(dǎo)線直接連接到主接地體，而是像魚骨一樣接在主線和分叉上，如圖2所示。

圖2 主線和分叉結(jié)構(gòu)

      對于直流或工頻電流，它們是良好導(dǎo)體，對于頻率比較高的諧波信號，就成了電感電阻和電容的復(fù)合體，根據(jù)阻抗的公式：Z= R+i( ωL–1/（ωC）)

      式中可以看到，對某個(gè)特定頻率段的阻抗很大，對于魚骨中的每一段，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，在有電流流過時(shí)都會形成一定電壓，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)來了。

問題找到了，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；因而辦法是音頻信號傳輸之間加裝音頻隔離變壓器，通過電磁耦合切斷設(shè)備之間的信號地的直接連接，問題解決了。

3.2       VGA對音頻信號的干擾

      上例中干擾是通過地線引入的，但有的地方?jīng)]有地線也有干擾。某項(xiàng)目中，主席臺有n個(gè)信號接入點(diǎn)，分別是比較本的VGA信號和小三芯的音頻信號，通過地板下的電纜連接到遠(yuǎn)端控制室的音頻矩陣。當(dāng)同時(shí)接入VGA和音頻信號時(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信號干擾音頻信號，是如何干擾的呢？

      VGA的紅綠藍(lán)在60Hz時(shí)大約是130MHz的交流信號，行場分別是幾十赫茲和幾十千赫茲的方波信號，存在大量的諧波信號。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、行場信號和音頻信號共地。再看矩陣，音視頻信號共地，由于VGA線路較長，地線抗阻大，信號在地線回路中形成較大的干擾電動勢；對于音頻信號來講，兩個(gè)地不同電勢，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，則問題解決。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，是的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)深度等多種措施來達(dá)到項(xiàng)目實(shí)施要求。

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

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