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中短波接收的底噪来自家中的开关电源——中波能听多远,取决于发射功率和所处环境的电磁噪声

广播发烧网 发布于 电路及维修

中波节目里的嗡嗡声有时与家里某一盏灯的开关相关。开灯时背景多一层沙沙声,关灯后声音干净一截。换台没有用,调整天线方向收效也有限,因为噪声不在电台那头,就在身边。

这种情形在中短波上很常见。决定你能不能听清一个台的,除了发射功率和距离,还有你所处环境的电磁噪声水平。这一项最近二十年变差了不少,原因不在广播。

▲图:国际电联的无线电噪声模型把环境分成四档,从城市到安静乡村,人造噪声的差距可以到24 dB,相当于功率差两百多倍。同一个发射台,落在不同的环境里,收听结果完全不同。

 

环境噪声决定接收下限

接收机有自己的灵敏度极限,但在中短波频段,这个极限通常不是瓶颈。真正的瓶颈是环境里已经存在多少噪声:周围有多少台设备在往外漏高频能量,决定了你的接收机能听到多微弱的信号。

这条规律在规划里是明写的。国际电联的无线电噪声建议书按城市、居民区、乡村、安静乡村四个等级给出噪声水平,城市和安静乡村之间可以差到24 dB。而且噪声功率密度在频率越低时越高,中波和短波正好落在受影响最重的那一段。

所以同一座中波台,在城市里的有效收听范围明显小于在安静乡村。这不是发射端偏心,是接收端的底噪不同。安静的地方,底噪压得低,微弱信号才能被接收。

▲图:人造噪声在频率低的一头更重,中短波正好落在这一段。同一座城市里的调频收听,受的影响就小得多。

 

开关电源成为主要噪声源

二十多年前,家里的电源大多是工频变压器加整流滤波,结构笨重、效率低,但它工作在50 Hz,噪声主要落在极低频,对中波没什么影响。

现在的电源换了类型。为了效率和小型化,手机充电器、路由器、机顶盒、电视、变频空调、太阳能逆变器、电动车充电桩,用的都是开关电源:先把交流整流成直流,再用几十kHz到几百kHz的开关频率去转换。效率上去了,体积下来了,代价是内部那些快速通断的方波。方波的边沿很陡,阶梯式的谐波一路向上铺,能一直铺到几十MHz。

一个开关电源在实验室里可以做得相当干净,加滤波、加屏蔽、优化布局就行。难点在于数量和价格。同一个小区里同时工作的开关电源可能有几千个,每一个都是一台小发射机;它们凑在一起,把整个环境的底噪抬起来。

LED驱动电路的噪声

LED要恒流驱动,本质上就是一个开关电源,而且它往往安装在离接收天线最近的位置:天花板上、书桌上、床头。一支灯管的驱动电路和天线之间可能只有两三米,而发射台在几十公里外,这个距离比例决定了哪一方的干扰更容易被接收到。

调光功能还会再加一层。调光电路靠快速通断来调亮度,通断本身就是噪声源;有些低成本的滤波做得简单,噪声更明显。所以常见的情形是,换一盏灯,中波就干净一截;把灯关掉,那阵沙沙声立刻消失。

这不是LED这种器件的问题,是驱动电路和成本取舍的问题。同样瓦数的两支灯,一支安静,一支吵,差别全在那一小块电路板上。

▲图:一间普通住宅里的噪声源分布。灯和充电器离天线最近,路由器、变频家电、智能电表各自贡献一份,合起来决定这台收音机听到多少底噪。

电力线传导的噪声

中短波上的噪声不只从空气里来,还能顺着电线走。

电力线通信用在智能电表和部分电力线组网上,做法是把高频信号直接注入电力线路。这些信号的频率和中短波频段有重叠。噪声一旦上了电线,整条线路就是一根天线,旁边的接收天线会就近把它拾取进来。

这也解释了一些现场经验。同样的电器,换一个插座,噪声程度不一样;设备关掉电源但插头还插着,噪声仍然在;把插头拔掉,声音才干净。顺着电线找源头,比顺着空气找更有效。

单台合规与总体噪声抬升

电磁兼容标准是按单台设备设限的:一台设备在指定的测试条件下发射不超过某个值,就算合规。这套办法管的是"这一台",不是"这一片"。

城市里的现实是成千上万台设备同时工作。每一台都在自己的限值以内,合起来的底噪是它们叠加的结果,而没有任何一项测试来衡量这个总和。个体合规、总体抬升,结构就是这样。

所以环境噪声变差,很难归因到某一台设备、某一项标准或者某一家单位身上。它是产品形态整体换代之后的一个副产品:用电设备越来越多地用开关方式工作,而广播恰好工作在对这些副产品最敏感的那一段频率上。

▲图:设备一台一台测,每台都在限值以内;把一大片设备放在同一片空间里,叠加起来的底噪可以越过单台的限值线。标准管的是单台,管不到这个总和。

接收端与设备端的措施

环境噪声一时不会变好,能做的动作只能落在两头。

接收这一头,最有效的办法是让天线离噪声源远一点。中短波的噪声主要是近场源辐射出来的,距离拉远,影响随之减小;把天线从室内移到阳台或者室外,效果常常比换一台更好的接收机明显。用电池供电做一次对比也有用:拔掉所有充电器,如果底噪明显下降,源头基本就在室内。

找源头有简便办法:拿一台便携收音机调到中波的空白频率,逐个靠近各个电器试听,哪个电器附近的沙沙声最重,基本就能确定。

设备这一头则是滤波和选择。给电源线加一个磁环、换一支做工更好的灯、把噪声大的适配器挪远,都是花小钱的动作。对公共收听场所来说,几支灯的差别就能决定中波能不能听清,这件事值得在采购时留意一下。

接收环境的不可控因素

一座中波台的覆盖,通常按发射功率、地波衰减和接收机灵敏度来算。这套算法里,接收端的噪声环境是一个输入条件,不是一个能被发射端改变的量。

这就带来一个不太好说清的现实:同样一座台、同样的功率,在电磁环境干净的年代能覆盖的地方,现在可能因为底噪抬高而无法听清。发射端没有变化,接收端的环境变了。广播能够控制的是发射侧,另一部分取决于大量分散在用户家中的用电设备。

 

来源:纽格立科技

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