汽車揚(yáng)聲器異音問題排查及設(shè)計改進(jìn)

陳 興，劉 聰

（一汽技術(shù)中心乘用車電子電氣開發(fā)部，吉林 長春 130011）

1 故障現(xiàn)象

某自主車型在發(fā)動機(jī)起動狀態(tài)下，音響主機(jī)開啟并將音量調(diào)至靜音，在無外部干擾源的情況下（如信號塔、高壓線、接打手機(jī)等）踩下油門踏板使轉(zhuǎn)速上升，此時可從左右前門高音揚(yáng)聲器處聽到類似“吹哨”的高頻異音，此聲音與音響主機(jī)靜音情況下，揚(yáng)聲器本體的噪聲不同，且隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升而增大。用戶認(rèn)為此聲音嚴(yán)重影響聽感，抱怨非常強(qiáng)烈。

2 故障排查

筆者接手該問題后，一時間無處下手，但可初步判斷是整車高音揚(yáng)聲器受電磁干擾導(dǎo)致，應(yīng)首先確認(rèn)干擾源位置。

2.1 確認(rèn)干擾源位置

1）調(diào)查同款車型的其他車輛，在不同時間、地點，只要發(fā)動機(jī)起動、音響主機(jī)靜音的情況下踩油門均可在高音揚(yáng)聲器聽到類似異音。由此可排除個體車輛受外界干擾導(dǎo)致的該異音，干擾源應(yīng)來自車輛自身。

2）選取異音較大的整車，在EMC試驗室內(nèi)進(jìn)行整車輻射發(fā)射及傳導(dǎo)發(fā)射檢測后，鎖定干擾揚(yáng)聲器的干擾源為發(fā)電機(jī)，這與異音隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升而增大的特性相符，而通過優(yōu)化發(fā)電機(jī)自身降低干擾信號發(fā)射的可能性非常小，只能通過外部手段將該干擾信號衰減過濾掉。

2.2 確認(rèn)受干擾位置

對該車輛的音響娛樂系統(tǒng)進(jìn)行全面分析。為提高音頻播放品質(zhì)，該車音響主機(jī)內(nèi)部采用數(shù)字音頻傳輸方案，并且采用專門的音頻DSP處理器處理系統(tǒng)音頻。經(jīng)DSP處理后的音頻輸出與功率放大器相連，由功率放大器對音頻信號進(jìn)行處理與放大后，輸送給高音揚(yáng)聲器，如圖1所示。

圖1 整車音響系統(tǒng)連接

1）根據(jù)系統(tǒng)工作情況，可能的受干擾位置有:①干擾信號被天線、AUX線或USB線接收到之后發(fā)給音響主機(jī)，通過音頻線使揚(yáng)聲器產(chǎn)生異音；②干擾信號通過電源線傳導(dǎo)到音響主機(jī)或功率放大器，產(chǎn)生異音；③干擾信號通過空間直接干擾音響主機(jī)至功率放大器的音頻線或功率放大器至高音揚(yáng)聲器的音頻線，產(chǎn)生異音。

2）采用排除法，確定受干擾位置。①將音響主機(jī)背部面板上的天線插頭、AUX線插頭及USB線插頭拔除（圖2），噪聲依舊，排除這3種線束竄入干擾信號的可能；②保持上一步狀態(tài)，將音響主機(jī)及功率放大器原車電源線斷開，采用外部12 V電源供電（圖3），噪聲依舊，排除電源線傳導(dǎo)干擾信號的可能；③保持上兩步的狀態(tài)，將音響主機(jī)至功率放大器的音頻線斷開（圖4），噪聲立即消失，至此可鎖定干擾信號竄入的位置為音響主機(jī)至功率放大器的音頻線。

圖2 拔除天線、AUX及USB線束插頭

圖3 去除原車電源，使用外部純凈電源

圖4 去除音響主機(jī)至功放音頻線

3 原因分析

經(jīng)實車排查，鎖定干擾信號的串入位置，針對該回路進(jìn)行詳細(xì)分析。該車音響單元至功率放大器的音頻線使用的是屏蔽效果較好的三芯屏蔽線，如圖5所示。

其中1根黑色的是屏蔽線，另2根是音頻傳輸線，此3根導(dǎo)線纏繞在一起，外面包裹單層聚酯鋁箔作為屏蔽層，黑色的屏蔽線與鋁箔屏蔽層導(dǎo)通將外部干擾信號導(dǎo)出，如圖6所示。

圖5 三芯屏蔽線

圖6 三芯屏蔽線結(jié)構(gòu)示意

屏蔽布線系統(tǒng)源于歐洲，它是在普通非屏蔽布線系統(tǒng)的外面加上金屬屏蔽層，利用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應(yīng)（所謂趨膚效應(yīng)是指電流在導(dǎo)體截面的分布隨頻率的升高而趨于導(dǎo)體表面分布，頻率越高，趨膚深度越小，即頻率越高，電磁波的穿透能力越弱），實現(xiàn)防止電磁干擾及電磁輻射的功能，屏蔽系統(tǒng)綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用，因而具有非常好的電磁兼容（EMC）特性。通常屏蔽線的接法為屏蔽線一端搭鐵，另一端懸空，也有兩端同時搭鐵的情況，但信號失真會增大。

本文所排查的有異常噪聲的車輛共有4路音頻傳輸線路，均采用三芯屏蔽線連接，其屏蔽線的連接及搭鐵方式如圖7所示。

圖7 原車屏蔽線搭鐵方式

由于該車音響主機(jī)和功率放大器布置位置的限制，4路屏蔽線必須分布在2根線束上（儀表線束和車身線束），中間不可避免地需要有對接，而為了減少占用對接連接器的孔位，在對接處將4路屏蔽線合并為1根導(dǎo)線，在同一對接連接器內(nèi)還分布有功率放大器的電源線等電流較大的電源回路，干擾信號很容易在對接處串入音頻回路。與此同時屏蔽線搭鐵通過音響主機(jī)內(nèi)部PCB板回路后再搭鐵，這樣的搭鐵效果相當(dāng)于沒有搭鐵。

綜合以上，可以明確該車高音喇叭的異常噪聲的產(chǎn)生原因，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的異常干擾信號通過對接附近的大電流導(dǎo)線回路串入三芯屏蔽線，而屏蔽線由于沒有有效搭鐵，對該干擾信號缺少抗擾性能，最終產(chǎn)生異音。

4 改進(jìn)方案

基于以上理論結(jié)合實際分析，改進(jìn)方案主要圍繞屏蔽線的搭鐵展開。

首先，將屏蔽線在儀表線束和車身線束的對接取消，可極大地減弱干擾信號串入的強(qiáng)度；其次，在儀表線束和車身線束內(nèi)對屏蔽線分別采用單點搭鐵方式，同時在2段線束均對干擾信號進(jìn)行有效屏蔽，如圖8所示。

該改進(jìn)方案經(jīng)實車批量驗證，可有效地將異常噪聲減弱消除。其實，最優(yōu)解決方法應(yīng)對4路屏蔽線分別進(jìn)行搭鐵，但由于實車搭鐵端子的限制，只能將其合并為1根線后搭鐵。

圖8 更改后屏蔽線搭鐵方式

至此該問題得到徹底解決。

5 總結(jié)

本文的異常噪聲的干擾源為發(fā)電機(jī)，利用排除法鎖定車輛音響系統(tǒng)的受干擾位置。根據(jù)屏蔽線的抗干擾原理，對原車的音頻回路屏蔽線的搭鐵方式進(jìn)行分析及優(yōu)化，最終采用屏蔽線分段單點搭鐵的方式，將異音徹底消除。通過該案例，可積累一種解決車載娛樂系統(tǒng)異常干擾問題的設(shè)計改進(jìn)思路。