音频杂音深度拆解：从成因到破解，告别排查难题

结合音频工作实操经验，常见的音频杂音可按形成根源分为以下几大类，每类杂音均对应明确的现象、机理及处理方向，具体如下：

图1 音频杂音分类

电信号杂音源于音频信号传输、处理过程中的电信号异常，是音频系统中最易出现的杂音类型之一。其中，削波杂音、采样失真及底噪引发的误判，是此类杂音中最常见的三种情况。

削波杂音

削波失真是音频杂音中极具代表性的一种现象，其典型波形如图2所示：

图2 削波杂音典型波形图

形成原因：核心是信号经功放放大后，输出电压超过了功放的PVDD最大输出电压，导致信号波形被“削平”，进而产生杂音。例如，若功放放大倍数为12倍，输入信号电压为1Vp，而功放最大输出能力为10V，则输出电压Vout=12×1Vp=12V。

超出额定值的部分会形成削波失真。针对此类问题，艾为功放的AGC（自动增益控制）技术可实现有效改善，具体效果可参考如下截图：

图3 艾为功放AGC技术有效改善削波失真

排查思路：

• 直接将音量调小到一半或者1/3（降低输入电压），看下是否还有杂音。如果杂音有明显改善大概率就是这个问题

• 抓取音频链路到喇叭端的电压波形，观察是否有截定失真

  
  

注：根据过往调试经验，铝膜小喇叭中，若失真波形数量较少（1-3个），消费者通常不会清晰感知到杂音，可结合实际场景判断是否需要优化。

此类底噪杂音较为隐蔽，易被音频工作人员忽略。其典型现象为：播放音频时底噪声明显偏大，但单独试听音源本身无任何异常，且在低音量播放时，底噪会更加突出，其典型波形如图所示：

图4 采样率不够引起的底噪杂音

要明确其形成原因，需先理解“位深”的核心概念：位深（Bit depth）又称采样精度，单位为Bit，主要影响音频信号的信噪比和动态范围。若将采样频率类比为对声波水平方向（X轴）的切割，那么位深（量化精度）就是对声波垂直方向（Y轴）的切割，其最大振幅可划分为2的n次方个等级（2倍振幅差异对应6dB的声压差异），其中n即为位深数值。常见的位深选择有16Bit、24Bit两种。

根据采样定理，一个完整的波形周期中，至少需要采样2个点才能准确描述波形特征。对于16Bit采样精度而言，-78dB以下的微弱信号，每个波形周期最多只能采集到2个采样点，无法完整还原信号本身，进而形成采样失真，最终表现为底噪偏大。

喇叭作为音频输出的终端器件，其自身故障或装配异常是引发杂音的最普遍原因，诱因多样，结合实操经验，常见情况及机理如下：

• FPC共振杂音：喇叭连接的FPC（柔性电路板）在音频振动过程中发生共振，进而产生杂音，具体共振位置可参考下图:

图5 FPC共振杂音

• 喇叭超振幅与线圈打磨磁钢：结合喇叭结构图（略），当喇叭振动振幅超过其额定振幅时，会拉动线圈或线圈羊角产生较大形变，引发机械失真，进而产生杂音。尤其对于侧出音喇叭，大振幅振动时，出音孔处与音腔内部存在气压差，会进一步加剧形变；若线圈与磁钢间距过小，形变会导致线圈与磁钢发生摩擦（即“打磨磁钢”），形成明显杂音；

• 喇叭自身THD失真过大：部分喇叭因选型不当（自身品质较差），出厂时THD（总谐波失真）指标不达标，会导致杂音天然偏大，此类问题需在选型阶段规避；

图6 喇叭自身THD失真过大

• 防尘网异常：装配过程中，若防尘网粘贴不牢固、粘贴偏移，或防尘网透气性过差，会阻碍喇叭振动，引发杂音；

• 泄露孔异常：实验或装配过程中，若不小心堵塞泄露孔，或泄露孔开孔过大，会破坏音腔气压平衡，影响喇叭正常振动，产生杂音；

• 漏气问题：人工点胶的工程样品、超声密封工艺不合格的喇叭、音腔结构组装不到位，或音腔泡棉厚度不足，均会导致音腔漏气，破坏振动环境，引发音频杂音。

此外，喇叭内部出音结构设计不合理、后音腔体积过小等因素，也可能导致杂音产生。

此类杂音的常见排查思路：

• 对组装完成的喇叭进行失真测试，可提前发现大部分明显的喇叭自身故障；

• 采用穷举法，人工检查上述易引发漏气、共振的关键位置，排查装配异常；

• 对喇叭进行振幅测试，判断是否存在超额定振幅的情况；

• 资深工程师可通过不同电压下的扫频测试及试听，快速定位杂音根源（如共振、摩擦等）。

音频系统是一个完整的闭环，外围应用器件出现异常，同样会传导至音频链路，引发杂音。结合实操场景，以下几种器件异常最为常见：

磁珠引起的杂音

如下图为磁珠的等效公式，通过理论推导可得出如下电流表达式

图7 磁珠等效公式

具体机理如下：手机音频线路中常用的磁珠，电感量普遍较低（如600Ω磁珠，电感量约1uH），在音频频段内，感抗X=2πfL较小，即使在磁化过程中发生100%的变化，X2相对于R2也可忽略，因此上述*式中，表征电流波形幅度的部分V₀/√(R^2+X^2 )可视为恒定值而无须分析，X的变化主要影响电流波形的相位θ=arctan⁡X/R）。

当磁珠上加载正弦电压V0（t）时，磁珠磁化产生的磁通φ0（t）为正弦曲线，然而，由于磁性材料的磁滞特性，形成如φ0（t）所示正弦曲线的实际磁场并非完美正弦磁场，根据磁性材料的磁化曲线——磁滞回线可得到磁珠上实际的磁场，又由于磁场与磁化电流成正比，由此得到电流波形I（t）。可见磁珠上的电流波形发生了严重的畸变。由此可以得出磁珠致音频线路THD超标的原因是磁性材料的磁滞特性。

典型特征：以固定频率、固定幅度的信号测试磁珠电感量，若电感量变化幅度较大，则对应的THD数值偏高；且磁珠尺寸越小、阻抗越高，其磁滞特性越明显，杂音风险越高。

图8 磁滞畸变

解决方案：

• 筛选适配的磁珠型号进行替换，重点关注磁珠的磁滞特性指标；

• 若为FM模式下的干扰，需在输出端加磁珠抑制干扰，可选用艾为AW87390功放，其支持AB类模式，在FM模式下切换至AB类工作模式，可直接解决干扰问题，无需额外添加磁珠，降低成本及装配复杂度。

啸叫是应用器件杂音中极具辨识度的一种，主要分为电容啸叫和电感啸叫两类，二者机理及解决方案差异较大，具体如下：

• 电容啸叫：本质是电容的压电效应，导致PCB（印制电路板）发生微小形变，进而产生啸叫。抑制核心是减少或抵消PCB的形变，常用措施包括：将引发啸叫的电容在同一PCB面以不同角度摆放，或在PCB正反两面正对摆放，抵消形变影响；

• 电感啸叫：核心诱因是负载不稳定、轻载/过载，或电感、电容的参数选型不当，导致开关电源进入自我调节状态（不同芯片调节方式不同：部分芯片降低工作频率，部分芯片周期性丢脉冲，表现为间歇工作）。这种调节会导致电感相位不稳定，输出开关电流的频率落入音频可听范围，或周期性方波群的周期频率进入音频范围，最终形成啸叫。

解决方案：结合具体诱因，通过更换适配器件、调整器件参数（电感量、容值等）、优化负载稳定性等综合措施解决。

TDD（时分双工）干扰引发的杂音，其形成机理在艾为多款功放的规格书中均有详细描述，详情可查看如下TDD Noise原因分析。此类问题在2018年之前较为普遍，后续艾为对全系列功放的PSRR（电源抑制比）指标进行了迭代升级，目前全系列功放PSRR均可达到-80dB以上，TDD干扰杂音已较为少见。

排查及解决方案：

• 首先判断干扰来源为传导干扰还是辐射干扰；

• 若为传导干扰，进一步排查是电源链路还是回路走线异常导致；

• 若为辐射干扰，可通过增加屏蔽结构、增设输入/输出电容等方式抑制干扰；

• 选型阶段优先选用PSRR指标较高的功放，从源头规避干扰风险。

TDD Noise产生的原因

GSM蜂窝电话采用TDMA：Time Division Multiple Access(时分多址)时隙分享技术。时分多址把时间分割成周期性的帧，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，基站发向多个移动终端的信号也都按顺序安排在预定的时隙中传输。这其中每个TDMA帧含8个时隙，整个帧时长约为4.615ms，每个时隙时长为0.577ms。

GSM制式的手机，RF功率放大器每隔4.615ms（217Hz）就会有一次讯号传输，讯号传输时会产生间歇的Burst电流和很强的电磁辐射。间歇的Burst电流会形成217Hz的电源波动；900MHz和1800MHz的高频RF信号形成了217Hz的射频包络信号。217Hz的电源波动会通过传导耦合到音频讯号通路中，217Hz的射频包络信号会通过辐射耦合到音频讯号通路中，如果防护不好，就会产生可听到的TDD Noise，其中包括了217Hz噪声和217Hz的谐波噪声信号。

图9 GSM射频工作时电源电压和RF信号示意图

RNS技术通过艾为特有的电路架构对传导和辐射的干扰进行了全方面的抑制。有效提高对TDD Noise的抑制能力。

此类杂音源于超声信号与音频信号的相互干扰，其形成机理如下：超声信号通过电磁耦合等方式进入音频频段，当超声信号与有用音频信号同时进入放大器被放大时，由于音频系统无法做到绝对线性，在非线性作用下，两种不同频率的信号会发生交调作用，产生与有用音频信号频率相同或相近的额外频率分量（即交调产物），这些额外分量不属于原始音频信号，进而对音频系统形成干扰，表现为杂音。

核心关键点：音频系统的非线性特性是此类杂音产生的前提，即便设计精良的音频系统，也会存在轻微非线性，因此当超声信号存在时，就可能产生交调杂音。

图10 超声交调杂音

产品进入市场后，售后反馈的杂音问题，多与电路异常相关。结合BOOST电路典型图如下图，售后场景中常见的异常杂音诱因及机理如下：

• SW引脚与PVDD电压端发生异常短路、Boost升压电路工作异常，或功放输出端故障，均会引发杂音；

• 电感损伤（如电感阻值异常变大），会导致输出电压降低，音频信号放大异常，产生杂音；

• PVDD端电容损伤，导致功放输出端缺乏稳定的稳压支撑，电压波动过大，引发杂音。

图11 BOOST电路典型图

低电量杂音是消费类音频产品（如手机、耳机）中常见的杂音类型，其形成机理与功放升压方式直接相关，主要分为Chargpump（电荷泵）升压和Boost升压两种情况，二者机理及解决方案差异较大，具体如下：

（一）Chargpump升压模式下的低电量杂音

采用电荷泵升压的功放，其输出电压与供电电压VDD呈固定倍数关系，常见升压倍数为1.5倍、2倍、3倍。随着电池电量下降，电池输出电压VDD会同步降低，进而导致功放输出电压下降，引发削波失真，最终产生杂音。

以手机为例，结合具体数值可更清晰理解：手机电池满电时输出电压约为4.4V，电量降至10%以下时，输出电压仅为3.6-3.8V，对应功放输出电压变化如下：

• 满电状态：Vout（满电）=1.5×4.4V=6.6V（通常6V规格功放会将输出电压限制在6V左右）；

• 低电状态：Vout（低电）=1.5×3.6V=5.4V；

可见，低电量状态下，功放输出电压降低，削波失真程度会显著高于满电状态。若工程师在测试阶段仅针对满电状态进行测试，易忽略此类问题，导致产品在低电量使用时出现杂音。

解决方案：

1. 将低电量测试纳入产品常规测试环节，模拟实际低电量使用场景；

2. 优化输入信号电压，降低削波失真风险；

3. 调整功放放大倍数，适配低电量状态下的供电电压。

（二）Boost升压模式下的低电量杂音

与电荷泵升压不同，Boost升压模式可实现稳定的输出电压，但在低电量状态下，会显著加大电池电流抽取量，进而引发杂音，具体机理结合实例说明如下：

以5W音频输出为例，假设功放效率η=80%，结合电池不同电量对应的输出电压，可换算出电池峰值电流（为简化计算，公式未考虑Rdson等损耗因素）：

• 满电状态（Vin=4.4V）：I（满电）=5W/（η×Vin）×2≈2.82A；

• 低电状态（Vin=3.6V）：I（低电）=5W/（η×Vin）×2≈3.46A；

  
  

可见，低电量状态下，电池的电流抽取量远高于满电状态，此时功放供电电压VDD会随之下降。若VDD电压低于功放关断电压阈值，会导致功放进入“抽电-关断”循环：电流抽取时VDD下降，功放关断；停止抽电后VDD回升，功放重新开启，该循环会表现为“咔哒咔哒”的杂音。若整机供电电流不足，还可能导致整机关机。

解决方案：

• 优化VDD线路设计，缩短走线长度，降低线路损耗，减少电压下降幅度；

• 选用艾为Boost升压系列功放，其搭配专属低电量算法，可有效缓解低电量电流抽取异常问题；

• 选型阶段重点匹配电池供电电流与功放最大抽电流，确保低电量状态下供电稳定。

音频杂音问题尝尝要系统的去考虑，包含平台，功放，线路，喇叭等；单一的思考往往会让工程师陷入误区，问题迟迟无法得到根本解决。以上是我们对常见问题问题的一些归纳总结，并不是音频杂音问题的全部；例如：信号干扰、平台+线路+功放的组合杂音问题等疑难问题因为篇幅有限没有做过多的介绍。如果有遇到都可以联系我们