王曉冬，朱建剛，陳寶京

（北京真視通科技股份有限公司）

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)會議是多人現(xiàn)場的一種語言交流，超過40㎡的房間，需要增加本地擴聲設(shè)備。視頻會議是在現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)聲音、圖像和文件的實時交互交流，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。下文通過運維服務(wù)中處理的實例，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，會引入嚴重的干擾，甚至使設(shè)備無法正常工作。因此先認識幾個概念：視頻會議設(shè)備涉及的地線主要包括，機箱內(nèi)部分為數(shù)字地、模擬地和直流地，機箱外部有工作地、保護地，其他不予考慮。

2.1 內(nèi)部地

機箱的內(nèi)部地是怎樣的呢？

視頻會議設(shè)備要同時處理模擬信號和數(shù)字信號。由于數(shù)字信號一般為矩形波，帶有大量的諧波。如果電路板中的數(shù)字地與模擬地沒有從接入點分開，數(shù)字信號中的諧波很容易干擾到模擬信號的波形。當模擬信號為高頻或強電信號時，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)計師會用磁珠、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)部都有使用開關(guān)電源，直流輸出電壓和電網(wǎng)通過高頻變壓器實現(xiàn)隔離。如果直流地不和機殼連接，形成浮地，就會造成壓差和靜電積累，摸機殼時會麻手，甚至造成器件損壞。同時浮地對供電要求質(zhì)量比較高，只適合一些實驗室使用，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了設(shè)備的機殼上。

2.2 外部地

再看看設(shè)備機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，接到每個房間的用電箱；最后到視頻設(shè)備機柜，分出兩條線，一條到時序電源，一條到長供電設(shè)備。

從上面兩個階段的描述，可以看出，數(shù)字地、模擬地和直流地通過機殼連接到了大地，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，而是整個樓的每一個電器設(shè)備，錯綜復(fù)雜。對于直流電流或者50Hz工頻電流它們是電阻很低的良好導(dǎo)體，可是對頻率比較高的交變信號就不一樣了。

3 實例分析

3.1 調(diào)光臺對音頻信號的干擾

某項目在原有傳統(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。排除故障時發(fā)現(xiàn)，原有系統(tǒng)有舞臺燈管系統(tǒng)并有調(diào)光臺。當關(guān)閉調(diào)光臺時，噪音消失，可以確認是調(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)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達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，但上面已經(jīng)說到了，一般的大樓并不是把每個設(shè)備用導(dǎo)線直接連到主接地體，而是像魚骨一樣接在主線和分叉上，如圖2所示。

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：

式中可以看到，對某個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，在有電流流過時都會形成一定電壓，這就造成了每個設(shè)備之間的瞬時地電壓不同。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；因而辦法是在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。

圖2 主線和分叉結(jié)構(gòu)

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。某項目中，主席臺有n個信號接入點，分別是筆記本的VGA信號和小三芯的音頻信號，通過地板下的電纜連接到遠端控制室的音視頻矩陣。當同時接入VGA和音頻信號時，音箱中有交流聲，拔掉VGA干擾消除。

由此現(xiàn)象可以確認，VGA信號干擾音頻信號，是如何干擾的呢？

VGA的紅綠藍在1080@60Hz時大約是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，地線阻抗大，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。

4 結(jié)束語

綜上所述，由于音頻信號一般波長較長，不容易受到輻射干擾，更多的是來自地線的干擾。

地線干擾可能來自于上述故障中，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，不僅是單點現(xiàn)象，而是較多點存在問題。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到項目實施要求。

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)中的音頻干擾問題。