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驚人的聲音來源：你知道電感器和變壓器是如何製造噪音的嗎？
在我們的日常生活中，經常會聽到來自電器的嗡嗡聲或嘶嘶聲。這些聲音的主要來源，往往是我們不太關注的電感器和變壓器。這種現象被稱為電磁誘發噪音，它是由於材料在電磁力的刺激下震動所產生的。在本文中，我們將探討為什麼這些設備會產生噪音的原因，以及如何解釋這些讓人困惑的聲音。
電磁誘導噪音是由材料在電磁力的刺激下所引起的顯著振動聲音。
電磁誘導噪音，常被稱為線圈噪音，源自電器工作時形成的電磁場，這些場會對裝置中的材料造成微妙的振動。當這些振動的頻率在20Hz至20kHz之間時，便會形成可聽見的聲音。電感器、變壓器及某些旋轉電機等設備，都是這種聲音的主要製造者。這種音響現象可以被視為微音效應（microphonics）的對應物，後者描述機械振動或聲響如何導致不必要的電子擾動。
電磁噪音的基本概念
電磁力的來源在於電磁場的存在，它們包括由麥克斯韋應力張量、磁致伸縮及洛倫茲力等因素引起的力。這些力量在不同的介質之間轉換時，會導致材料的變形，產生不同的振動和噪音。當結構模態的自然頻率與外界電磁力的頻率相符合時，則會加劇這些頻動，從而產生更大的聲音。簡單來說，這種聲音是由於電場和磁場的變化造成的材料共振。
電機中的電磁噪音
在電動機中，電磁力會導致轉矩的變化，這些轉矩的變化又會引起轉子和定子的扭轉振動。特別是在永久磁同步機中，「齒輪轉矩」（cogging torque）便是一種顯著的變化，導致了結構傳遞的噪音。而這種噪音的尺寸和嚴重程度往往依賴於裝置的設計、工作狀態以及材料的特性。
結構傳播噪音源於轉子軸線振動的擴散，當這些振動影響到機架和軸線時，便會產生額外的噪音。
電感器與變壓器的音響特性
在電感器中，電磁能量儲存在磁路的空氣間隙中，造成的噪音與空氣間隙的材料及磁路幾何形狀密切相關。變壓器同樣如此，當載荷變化時，其繞組和層壓核心中的磁致伸縮也會引起振動和噪音。而電容器能夠儲存電壓，也會在電壓不穩定時產生電聲效果，這被稱為「歌唱電容器」效應，所帶來的一切都讓人驚訝。
減少電磁噪音的方法
減少電磁噪音和振動的技術具體而言包括設計方面的改進，如選擇合適的槽/極組合和繞組設計，避免共振，以及增加材料的阻尼性等。此外，對於特定設備的改變，例如在電視機上添加一層膠水，可以有效降低「線圈噪音」，這些簡單的解決方法往往能夠大幅改善使用者體驗。
音響設計的改進主要集中在減少電磁激勵的強度和結構反應的強度上，以減少噪音。
實驗示例與數字模擬
要理解電磁噪音的工作原理，進行實驗或數字模擬是相當有用的。通過移動一個直流磁場或施加變頻電流，可以觀察到不同的音響效果，這些示例不僅增強了我們對噪音生成的理解，也讓我們了解到當應用正確的物理理論時，這些現象是如何發生的。
無論是靜態設備還是旋轉設備，電磁噪音的存在都是一個龐大且複雜的課題。研究和了解這些設備所產生的聲音，能夠幫助我們不僅在電機設計中提升效能，還能在日常生活中改善各種產品的使用感受。然而，這些現象是如何影響未來的電器設計及其使用的呢？
