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惊人的声音来源：你知道电感器和变压器是如何制造噪音的吗？
在我们的日常生活中，经常会听到来自电器的嗡嗡声或嘶嘶声。这些声音的主要来源，往往是我们不太关注的电感器和变压器。这种现象被称为电磁诱发噪音，它是由于材料在电磁力的刺激下震动所产生的。在本文中，我们将探讨为什么这些设备会产生噪音的原因，以及如何解释这些让人困惑的声音。
电磁诱导噪音是由材料在电磁力的刺激下所引起的显著振动声音。
电磁诱导噪音，常被称为线圈噪音，源自电器工作时形成的电磁场，这些场会对装置中的材料造成微妙的振动。当这些振动的频率在20Hz至20kHz之间时，便会形成可听见的声音。电感器、变压器及某些旋转电机等设备，都是这种声音的主要制造者。这种音响现象可以被视为微音效应（microphonics）的对应物，后者描述机械振动或声响如何导致不必要的电子扰动。
电磁噪音的基本概念
电磁力的来源在于电磁场的存在，它们包括由麦克斯韦应力张量、磁致伸缩及洛伦兹力等因素引起的力。这些力量在不同的介质之间转换时，会导致材料的变形，产生不同的振动和噪音。当结构模态的自然频率与外界电磁力的频率相符合时，则会加剧这些频动，从而产生更大的声音。简单来说，这种声音是由于电场和磁场的变化造成的材料共振。
电机中的电磁噪音
在电动机中，电磁力会导致转矩的变化，这些转矩的变化又会引起转子和定子的扭转振动。特别是在永久磁同步机中，「齿轮转矩」（cogging torque）便是一种显著的变化，导致了结构传递的噪音。而这种噪音的尺寸和严重程度往往依赖于装置的设计、工作状态以及材料的特性。
结构传播噪音源于转子轴线振动的扩散，当这些振动影响到机架和轴线时，便会产生额外的噪音。
电感器与变压器的音响特性
在电感器中，电磁能量储存在磁路的空气间隙中，造成的噪音与空气间隙的材料及磁路几何形状密切相关。变压器同样如此，当载荷变化时，其绕组和层压核心中的磁致伸缩也会引起振动和噪音。而电容器能够储存电压，也会在电压不稳定时产生电声效果，这被称为「歌唱电容器」效应，所带来的一切都让人惊讶。
减少电磁噪音的方法
减少电磁噪音和振动的技术具体而言包括设计方面的改进，如选择合适的槽/极组合和绕组设计，避免共振，以及增加材料的阻尼性等。此外，对于特定设备的改变，例如在电视机上添加一层胶水，可以有效降低「线圈噪音」，这些简单的解决方法往往能够大幅改善使用者体验。
音响设计的改进主要集中在减少电磁激励的强度和结构反应的强度上，以减少噪音。
实验示例与数字模拟
要理解电磁噪音的工作原理，进行实验或数字模拟是相当有用的。通过移动一个直流磁场或施加变频电流，可以观察到不同的音响效果，这些示例不仅增强了我们对噪音生成的理解，也让我们了解到当应用正确的物理理论时，这些现象是如何发生的。
无论是静态设备还是旋转设备，电磁噪音的存在都是一个庞大且复杂的课题。研究和了解这些设备所产生的声音，能够帮助我们不仅在电机设计中提升效能，还能在日常生活中改善各种产品的使用感受。然而，这些现象是如何影响未来的电器设计及其使用的呢？
