2-4-1 何謂音頻共振及其成因
包括複金屬燈與超高壓汞燈在內的 HID 燈都有音頻共振(acoustic resonance)的缺點。其發生原因為：輸入燈管的能量（功率）週期性的變化，
造成燈管內的氣體分子有週期性的疏密現象，若氣體分子撞擊燈管管壁的 波形與從管壁反射回來的波形相位相同的話，將造成共振的現象，通常發 生共振現象的頻率在音頻的範圍內。當發生音頻共振時，會有燈管工作電 壓擺動、弧光放電不穩定、弧光輸出閃爍的現象，若嚴重的話，會導致燈 管管壁破裂的情形。[20]
HID 燈發生音頻共振的頻率與放電燈管的幾何形狀、尺寸及填充的氣 體材料有關，所以，不同品牌的 HID 燈，其音頻共振發生的頻率當然不同。
甚至是相同品牌、相同型號的 HID 燈因為製造上的些許誤差，或是 HID 燈的使用時數及環境溫度，皆會造成燈管內氣體的壓力、溫度與密度的改 變，進而影響 HID 燈發生音頻共振的頻率範圍。
雖然理論上可以計算出精準的音頻共振發生的頻率[27,28]，但是實際 上，實驗卻顯示了更多會發生音頻共振的頻率[29]，如圖 2-9，這是因為燈 管的特性方程式是非線性的，並且複雜龐大，因此諸如溫度、壓力、氣體 組成成分、燈管形狀等等，許多難以精確掌握的變數，都會影響計算的結 果，何況燈管的形狀更是隨製造商而異，且燈管內也有許多不同震盪路 徑，次諧波與高次諧波也有可能造成音頻共振，使得音頻共振的發生十分 難預測。
圖 2-9 (a)音頻共振頻譜理論計算結果 (b)音頻共振頻譜實驗結果[30]
2-4-2 克服音頻共振的方法
目前已有許多克服音頻共振的方法[10-13,31-33]，如：
[1] 低頻操作
HID 燈音頻共振發生的頻率高於數 KHz 以上，所以使用傳統電 磁耦合式的安定器，必無音頻共振問題。但是由於需額外提供啟動 高壓的點燈電路，使安定器成本增加；同時也會喪失電子安定器體 積小、重量輕、效率高等優點。
[2] 超高頻操作
將複金屬燈操作於遠高於發生音頻共振的頻域，譬如大於 500KHz，以避免發生音頻共振。然而，操作於這麼高的頻率會降低 HID 燈的發光效率，增加切換損失，電磁干擾的問題也更嚴重。
[3] 頻率穿梭
雖然 HID 燈在某些頻率範圍內可能產生音頻共振，但是若將工 作頻率在某兩個頻率之間來回穿梭，使燈管電弧來不及變化，也可 能讓音頻共振現象不會發生。然而，前提是要選對穿梭的頻率、範
圍和中心頻率，而且如此設計必然增加安定器電路的複雜度。
[4] 定頻操作
找出不會音頻共振的頻帶範圍，再將電子安定器的工作頻率很 精準地設計在某個不發生音頻共振且較寬的頻帶中心，就可以保證 不發生音頻共振現象。但即使是同一品牌、型號的燈管，製程上也 必然會產生些微的差異，另外燈管使用的時數也都會改變燈管特 性，進而改變音頻共振的發生點，使得定頻控制的難度及不確定性 大為增加。
[5] 低頻方波電流輸出
以固定頻率的正弦波電壓、電流供應燈管時，其對於燈管所提 供的功率如圖 2-10 所示，可以發現燈管的功率變化為兩倍電源頻率 的弦波。如果以理想的方波電壓、電流供應燈管時，其所提供的功 率如圖 2-11 所示，燈管的功率將不隨輸入頻率而變，因為幾乎沒有 瞬時功率的變化，所以不會激發音頻共振。這種電路設計通常採用 全橋式換流器，使驅動電路增加，但是卻能徹底解決音頻共振的問 題。然而這種理想的方波根本不存在，因此在零電壓交越處，方波 電壓的上升、下降時間必定會使功率波形存在漣波的成分，如此一 來切換頻率的影響又會出現，進而引發音頻共振，所以低頻的方波 電壓、電流輸入成為一個折衷的方法。
圖 2-10 以弦波電壓及電流供應 HID 燈的波形[34]
圖 2-11 以方波電壓及電流供應 HID 燈的波形[34]