会议系统的音频常见故障分析

王晓冬，朱建刚，陈宝京

（北京真视通科技股份有限公司）

会议系统的音频常见故障分析

王晓冬，朱建刚，陈宝京

（北京真视通科技股份有限公司）

1 引言

传统会议是多人现场的一种语言交流，超过40㎡的房间，需要增加本地扩声设备。视频会议是在现代通信技术基础上实现声音、图像和文件的实时交互交流，如果抛弃声音，视频会议就没有意义。

研究表明，沟通交流约40%的有效信息来自于语音，而只有10%依赖于内容。所以声音通过采集、处理、传输和功率放大后，回放出来的音质就很重要，如果声音中出现交流声、失真、杂音、啸叫等，将直接影响会议的质量。下文通过运维服务中处理的实例，分析声音被干扰的一些原因。

2 交流声干扰的引入

音响工程施工中经常会遇到交流声干扰的问题，这主要是由于接地不正确引起的。

在音频系统中，接地是抑制噪声和防止干扰，保证设备电磁兼容性，提高可靠性的重要技术措施。正确的接地既能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外发射干扰；反之，会引入严重的干扰，甚至使设备无法正常工作。因此先认识几个概念：视频会议设备涉及的地线主要包括，机箱内部分为数字地、模拟地和直流地，机箱外部有工作地、保护地，其他不予考虑。

2.1 内部地

机箱的内部地是怎样的呢？

视频会议设备要同时处理模拟信号和数字信号。由于数字信号一般为矩形波，带有大量的谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易干扰到模拟信号的波形。当模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工作。模拟电路涉及弱小信号，但数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。在既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差；克服的办法是分开模拟地和数字地。但是，如果分开模拟地和数字地不短接，又存在压差不能正常工作，因此在印制板上，设计师会用磁珠、电感、电容或0Ω电阻把交流地和模拟地连接在一起。

大多数电子设备内部都有使用开关电源，直流输出电压和电网通过高频变压器实现隔离。如果直流地不和机壳连接，形成浮地，就会造成压差和静电积累，摸机壳时会麻手，甚至造成器件损坏。同时浮地对供电要求质量比较高，只适合一些实验室使用，不适合工程商业应用。通过上述分析发现，设备内部器件的地，不管是数字地、模拟地和直流地都连接到了设备的机壳上。

2.2 外部地

再看看设备机箱外部的地是怎样的？

我们用的配电箱一般都是“3+2”结构，其中PE保护地线是为了防止火线的绝缘层老化后发生漏电，导致电器外表带电，容易发生触电事件。接地后，大地的电位为0，这样就可以使用电外表的电位和大地保持一致，降低漏电后发生触电事故的几率。在大楼的地下有一个接地体，通过电器竖井的鱼骨形分接，接到每一层的用电箱；再用鱼骨形分接，接到每个房间的用电箱；最后到视频设备机柜，分出两条线，一条到时序电源，一条到长供电设备。

从上面两个阶段的描述，可以看出，数字地、模拟地和直流地通过机壳连接到了大地，同样也连接到了其他设备的内部，不单单是视频设备，而是整个楼的每一个电器设备，错综复杂。对于直流电流或者50Hz工频电流它们是电阻很低的良好导体，可是对频率比较高的交变信号就不一样了。

3 实例分析

3.1 调光台对音频信号的干扰

某项目在原有传统会议室的基础上改造升级成视频会议室，但终端到调音台的输出一直有交流音不能去除。排除故障时发现，原有系统有舞台灯管系统并有调光台。当关闭调光台时，噪音消失，可以确认是调光台干扰了音频系统，下面分析一下调光系统如何干扰音频以及解决的办法。

调光台应用可控硅相控工作原理，通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，达到控制灯电路供电电压，改变灯光亮度。图1所示为可控硅斩波的图形在整周的某一时刻正弦波被突然关断，形成一定角度的奇型三角波。

图1 奇型三角波

对于三角波、方波等非正弦波，都可以用傅里叶变换分解成基波为主的多频谐波量，从而在电网上产生很多50Hz的谐波。在故障处置中还发现，去掉调音台的地线噪声就消失，因此可以明确地知道，干扰是从地线引入设备内部的。

火线的高频谐波是怎么到地线的呢？

通过开关电源的原理了解到，L与地或N与地之间存在Y电容，也就是安规电容，电网的谐波干扰从安规电容引到了地线。不是地线接到大地了吗，应该泄放到大地了才对，但上面已经说到了，一般的大楼并不是把每个设备用导线直接连到主接地体，而是像鱼骨一样接在主线和分叉上，如图2所示。

对于直流或工频电流，它们是良好导体，对于频率比较高的谐波信号，就成了电感电阻和电容的复合体，根据阻抗的公式：

式中可以看到，对某个特定频率段的阻抗很大。对于鱼骨中的每一段，由于其不同的物理位置和特性，都可以看成不同大小的电阻，在有电流流过时都会形成一定电压，这就造成了每个设备之间的瞬时地电压不同。从前一段的分析，可以知道设备的参考地都在地上，现在设备的地不一样了，参考也不一样了，干扰也就悄悄进来了。

问题找到了，如何解决呢？

直接去掉设备的地不太合适也不能完全解决，如果设备之间各自用各自的参考地，就不存在不同地电压了；因而办法是在音频信号传输之间加装音频隔离变压器，通过电磁耦合切断设备之间的信号地的直接连接，问题解决了。

图2 主线和分叉结构

3.2 VGA对音频信号的干扰

上例中干扰是通过地线引入的，但有的地方没有地线也有干扰。某项目中，主席台有n个信号接入点，分别是笔记本的VGA信号和小三芯的音频信号，通过地板下的电缆连接到远端控制室的音视频矩阵。当同时接入VGA和音频信号时，音箱中有交流声，拔掉VGA干扰消除。

由此现象可以确认，VGA信号干扰音频信号，是如何干扰的呢？

VGA的红绿蓝在1080@60Hz时大约是130MHz的交流信号，行场分别是几十赫兹和几十千赫兹的方波信号，存在大量的谐波信号。在笔记本的电路中，数字和模拟地都是连接到一起的，也就是视频信号、行场信号和音频信号共地。再看矩阵，音视频信号共地，由于VGA线路较长，地线阻抗大，信号在地线回路中形成较大的干扰电动势；对于音频信号来讲，两个地不同电势，造成了不同的参考电压。因此，需在音频回路中加装音频隔离变压器，则问题解决。

4 结束语

综上所述，由于音频信号一般波长较长，不容易受到辐射干扰，更多的是来自地线的干扰。

地线干扰可能来自于上述故障中，甚至地理区域也可能是产生地线干扰的因素。笔者在会议系统的巡检服务中，青藏高原用户反映所辖系统音频噪声干扰大，不仅是单点现象，而是较多点存在问题。调研发现，高原地区气象条件恶劣，特别是冻土地带覆盖面积广，使得土壤接地电阻率普遍较高，降低接地电阻并非易事，需要通过选取接地装置的材料、尺寸，选择安装方式，增加埋设深度等多种措施来达到项目实施要求。

因此，只有正确全面地理解地线在系统中的作用，才能预防和解决系统中的音频干扰问题。