電吉他-電磁波干擾EMI-噪音改善全紀錄

友人一直抱怨電吉他有斷斷續續的噪音，也就是受到電磁波干擾，一般在業界稱為Electromagnetic Interference (EMI)。在好奇心的驅使之下，我到現場觀察，發現他樓下剛好就是一個小型的工廠，但台灣的人口密度高，這也是沒辦法的事情，於是我想或許能幫他做點改善，做多少算多少，於是電磁波大作戰就此開始。

在作戰之前，我們先來認識一些電磁波的行為特性，掌握這些觀念之後，將來你或許也能自己處理。但我得先說，處理EMI是個非常專業的學問，我也只略知一二，若真的要卯起來做，會需要很多專業儀器涉入，甚至還需要一點運氣，像我們這種想空手奪白刃的人，就只能先了解基本知識。

電吉他的天線效應 Antenna Effect

若各位有使用擴大機的經驗，應該多少有遇過手指不小心碰到擴大機的訊號接頭，因而產生噪音的事情，這個就是天線效應。因為人體也算能導電的電阻，雖然不算金屬導體，但還是能被當作天線感應電磁波，透過手指傳遞到訊號線，最後透過擴大機放送出來。這件事情在示波器上也會發生，請看這篇手摸示波器探棒-為何有弦波? 原因在這裡。

事實上，即便你只是把擴大機訊號線插頭靠近雜訊源，一樣能讓擴大機產生很大的雜音。如下圖，左後方白色的方塊是擴大機，中間紅色插頭則是擴大機的輸入訊號線，當它靠近筆電的時候，擴大機就會滋滋叫，產生很刺耳的雜音。因為筆電內部有很多電源轉換電路，它們會產生很強烈的電磁波，拿來當雜訊源剛剛好，這是最便宜的作法。

屏蔽效應 Shielding Effect

各位應該有聽過若要阻擋電磁波，就需要包一層金屬在外殼上，基本上這個思考方向正確，但還有一個動作一定要做，那就是接地。

如下圖，這個電吉他的Mono接頭它有兩截，一截較長是地Ground、另一截較短是訊號Signal，我用鋁箔的兩端接觸Ground，並在Signal接頭周圍繞一圈，光這樣就能抵擋電磁波，啥! 真的? 對是真的。當我把這個裝置放到筆電上方的時候，擴大機幾乎沒有雜音，但只要把其中一端的鋁箔放開，雜音馬上就出現。很明顯的，接地金屬的罩子對於防治電磁波有很立竿見影的效果。

那鋁箔中間的空洞難道不會讓其他電磁波穿透過去嗎? 會的，但只有像Wifi或藍芽之類的2.4GHz/5GHz高頻訊號才穿得過去，它們的波長很短只有6cm~12cm，而一般音頻的訊號，波長非常的長，大約是100公里左右，若把鋁箔圓圈當作波導管，音頻波長的長度遠大於鋁箔圓柱的直徑，因此音頻波通過圈圈時，會快速衰減。

另外若屏蔽的效果要好，在可以施作的前提下，鋁箔與接地的接觸面積就要盡量大，以上圖為例，鋁箔兩端都接地的噪音，會比只有一端接地要來得小。因此幾乎所有的電子電路，都會把Ground層的面積做到最大，就是為了降低電磁波干擾。

集膚效應 Skin Effect

接地的金屬罩有很好的隔離效果，但如果不接地呢? 這時候就要拚厚度了，因為電磁波在金屬內部傳導的時候，衰減非常快速，頻率越高衰減越多，所以電流幾乎都在金屬表面。當我們由金屬表面往內觀察時，若振幅衰減為原來的37%時，這個深度就定義為集膚深度Skin Depth，這個效應就稱為集膚效應Skin Effect。

以市電為例，當60Hz的交流電通過磚塊尺寸的銅塊時，集膚深度為8.4mm，也就是從銅塊表層往內8.4mm的地方，電流會變為表層的37%，若再繼續往內8.4mm，就會再打折37%也就是電流會更小。所以如果銅線半徑超過8.4mm，由於主要電流都在表層，它的整體銅線使用效率就沒這麼好，這時就要用多股銅線去纏繞形成中心線，所以將高壓電覽線切片的話，就是長得像下圖這個樣子。

如果是微波爐，它用的是2.4GHz的電磁波，通過銅製金屬時，集膚深度更淺，經過計算為1.33um，比一張紙還薄上百倍。所以微波爐其實只需要一般鐵板就可以阻擋大部分的電磁波，那小部分呢? 由於微波爐並不是焊死的鐵盒子，它一定有縫隙，小部分的電磁波就會從這些縫隙跑出來，這些功率通常非常小，就看你能不能接受。

至於聲音的頻率，大約在20Hz~20KHz之間，若以一般稍微高音的聲音頻率5KHz來算，音頻的電子訊號在鋁材的集膚深度大約是1.16mm，所以2mm厚度的金屬大約可以降低八成的音頻電磁波。

因此到底要用多少厚度的金屬來隔離電磁波，就端看你想讓哪個頻段達到多少衰減量，當然理論上是越厚越好。所以如果你想要連同60Hz都要完全靜悄悄，那只好把擴大機關在一個完全密閉的金屬箱內，而且厚度要超過8.4mm，當然啦! 是越厚越好，如果厚個10倍我想即便金屬沒接地也是可以達到隔離效果。

但這樣的話，密閉金屬內的擴大機電源是要接哪裡呢? 那不就沒得插電了，所以我們還是得考慮現實狀況，所謂完美的封閉金屬是很難達成的，一般的測試用金屬隔離箱最脆弱的就是門框，門框銜接處一定還是有縫隙，隔離度要求越高，縫隙就得越少，維護上也較花心思。

還好音頻電磁波的波長非常的長，有上百公里，就算縫隙開個1cm，音頻電磁波也幾乎都會被拒於門外，僅有很小部分會進來，無奈拾音器有8000到10000圈，等於又會放大一些回來，所以在隔離上我們只能盡量做。

改造電吉他

為了把電磁波隔離做好做滿，我必須先測量琴身的凹槽，由於凹槽內部並不是很平整，所以測量起來也很費力，我甚至還用鋁箔紙放進去壓模，用來確認圓弧的半徑。

接著就是要畫工程CAD圖，這種圖可不是Windows小畫家弄一弄就好了，它是一種向量圖，有精準度的要求，才能讓機器做雷射切割，由於要考量將來的組裝，這張圖我也花了好些時間繪製。

最後裁切出來是長這個樣子，原本在電腦裡的東西突然變成真實的零件，老實說第一眼看到的時候還真是感動。另外一個原因則是，從圖到樣品這個階段非常曲折，花了我非常多的時間。

原先我以為雷射切割甚麼都可以切，最先是寄了一片MuMetal過去，據說磁導係數非常高，但由於我自己不小心把金屬板折到，雖然有再扳回去，但廠商說表面不平沒辦法切。後來我再寄了一塊銅板過去，這次廠商說雷射對銅沒有反應也沒辦法切，只能用線切割，以我這圖來看，線切割似乎是個很麻煩的加工方式。最後只好使用傳統的黑鐵材，給它雷射一下很快就切出來了。Wow原來不同金屬需要用不同加工方式，真是隔行如隔山，也上了一課。

如下圖，把鐵板試著擺一下，還不錯是我期望中的樣子，但是我發現凹槽內層有黑色的漆，據說這是導電漆，導電? 真假，我試著測量一下任兩點的阻抗，大約是20 ohm~50 ohm左右，這個值對金屬來說也太大了，它只是具有比較小的電阻而已，一般的金屬電阻大約會是0.01 ohm左右，甚至更小。所以這個導電漆可能只適用於靜電排除，對於隔離電磁波的任務是無法達成的。

所以我決定在鋪設鐵板之前，先貼上一層銅箔，由於銅箔有背膠，而背膠不會導電，所以貼的時候還需要想辦法上兩片交疊的銅箔能導電才行。

弄了個老半天，銅箔與鐵板終於都貼上了，最後還把拾音器的傳輸線套上接地編織帶，完全就是把接地與隔離做好做滿的概念，當時還有點得意。

只是人還是要謙虛一點，正要把音量的可變電阻裝回去的時候，突然發現剛剛加裝的鐵板竟然卡到可變電阻了，就差那麼一咪咪，只好把鐵板拆下來，銅箔也要重貼。

另外音源插座的訊號線與地線的接點之間也會形成感應電流的迴圈，所以我連插座也用銅箔圍起來了，務必要做到滴水不漏，至少我個人是這麼期望的。

最後再來巡一下，看到下圖的調音電路，原本的地線是一條普通的黑色電線，當我把手指放在電線塑膠皮上的時候，擴大機會有明顯的嗡嗡聲，我想是它太細的緣故，所以改以接地編織帶Ground Braid取代，施工之後果然無論手指有沒有觸碰金屬面，嗡嗡聲都不再出現，我當時可得意了。

只是我天生好奇，為了確認真的是更換這條Ground Braid的緣故，我又再把那條細細的接地線給換回去了，理論上應該嗡嗡聲會重新出現對吧? 怪的是，嗡嗡聲就再也沒出現了。是的，處理EMI就是這麼古怪又惱人，我對這件事情的解釋是，原先的接地線沒焊好，當我換成Ground Braid的時候，勢必得重新焊接，於是就順便修好了，即便想回復嗡嗡聲的狀態，目前看來是回不去了，以上純屬臆測，僅供參考。

電吉他最終測試

每次修東西最緊張的就是這個步驟，搞了半天到底有沒有效? 這才是大家最關心的。所以我把電吉他還給友人，請他試一個星期，看看是否真的有改善。結果他很委婉的說，只有8KHz以上的噪音有改善，也就是說8KHz以下的噪音都還存在就是了。

雖然我知道EMI這種東西很難對付，但是花了那麼久的時間卻依舊失敗，心中總是難免失望。這就是人生啊，有努力不一定有收穫，沒有努力一定沒有收穫，但至少這個過程我也學到不少東西。

既然友人說8KHz以上的噪音有改善，我們就來聽聽看甚麼是8KHz的噪音，然後我再來加工一下讓各位比較。於是我找了一首很像噪音的音樂，各位先聽看看它原本的樣子，如下Player。

濾波之前的音樂

接著我把等化器Equalizer調整在8KHz以上拉低，由於此軟體的級距沒有8KHz，我就從6KHz~15KHz逐漸拉低，意思一樣。

接著再請各位聽看看，拉低8KHz的聲音，變成甚麼樣子? 請聽下面的Player。

濾波之後的音樂

各位是不是覺得聲音有點悶? 沒錯，因為高頻訊號不見了，只剩下較低頻的訊號，意思就是低頻的噪音依舊惱人，所以其實就是效果不大的意思，整體看來就是挑戰失敗。

電吉他的噪音改善建議

根據上面的實驗，我們可以得到一個結論，如下圖單線圈的拾音器Pickups構造雖然簡單，由於是單一線圈繞出來的，因此只要有電磁波擾動，它都會照單全收，因為根本無法分辨訊號是來自琴弦還是雜訊，它們是混在一起的。

面對單線圈的拾音器，你能做的就是改善環境，像是離噪音源遠一點，或是直接把房間貼滿銅箔、鋁箔並接地，我相信會有改善，因為我曾試過把接地金屬板放在電吉他的正前方，噪音就明顯變小，但這樣手就沒法彈琴了，所以我們只能把這個概念放大到整個房間，只是得花點時間貼牆壁就是了，而且還要想辦法裝飾一下，不然你的房間看起來會很像人造衛星。

至於正式演出的時候，通常是在大場地或是一般民宅，一般不會有雜音干擾源出現，除非你很倒楣，剛好隔壁有快炒店的大型冷凍櫃，裡面的壓縮機24Hr運作，啟動關閉的瞬間就會產生很強的電磁波，這樣可能會有影響，但比起工廠工具機電磁閥運作，冷凍櫃的開關次數應該低很多。

如果你對於雜音這件事情非常在意，那我會建議你使用雙線圈的Pickups，它是利用方向相反的線圈做到將雜訊抵銷，所以在功能上稱為Humbucker，也就是去除交流嗡嗡聲的意思，我這個門外漢一開始還以為Humbucker是品牌名稱。