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| 擴(kuò)聲系統(tǒng)中的聲反饋的產(chǎn)生及抑制 |
| 發(fā)布時(shí)間：2017-1-17 22:55:17 |
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接入了傳聲器的擴(kuò)聲系統(tǒng)中，如果將擴(kuò)聲系統(tǒng)的調(diào)音臺(tái)和功率放大器音量進(jìn)行較大的提升，則揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音就會(huì)通過(guò)直接或間接（聲反射）的方式進(jìn)入傳聲器，使整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)形成正反饋而引起嘯叫，這種現(xiàn)象稱(chēng)為聲反饋。
聲反饋嘯叫是一種擴(kuò)聲系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，不僅破壞音質(zhì)，而且限制傳聲器聲音的擴(kuò)聲音量，深度的聲反饋還容易造成擴(kuò)音設(shè)備的損壞，如功放因過(guò)載而燒毀，音箱因系統(tǒng)信號(hào)過(guò)強(qiáng)而燒壞（通常是燒毀音箱的高音單元）。可以說(shuō)，聲反饋的存在對(duì)于聲音再現(xiàn)有百害而無(wú)一利。
聲反饋的產(chǎn)生
在具有傳聲器的音響系統(tǒng)中，由于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲音通過(guò)不同途徑又進(jìn)入傳聲器，與傳聲器的輸入聲信號(hào)疊加，當(dāng)相位相同時(shí)即產(chǎn)生更強(qiáng)的輸入信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，同樣產(chǎn)生更強(qiáng)的輸出聲信號(hào)，反饋到傳聲器。如此多次反復(fù)，引起擴(kuò)聲系統(tǒng)的自激振蕩，出現(xiàn)了擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲反饋“嘯叫”。
1 聲反饋原理
聲反饋的形式不僅與擴(kuò)聲環(huán)境及其建筑聲學(xué)特性有關(guān)，還與揚(yáng)聲器、傳聲器的擺放位置有關(guān)。如擴(kuò)聲系統(tǒng)中揚(yáng)聲器布局不當(dāng)，演唱者使用的傳聲器直接對(duì)準(zhǔn)音箱聲輻射的方向等；還與電聲設(shè)備選擇不當(dāng)有關(guān)，如所選揚(yáng)聲器、傳聲器的指向性以及頻率特性等；還與擴(kuò)聲系統(tǒng)調(diào)試不當(dāng)有關(guān)。如有的設(shè)備處于臨界工作狀態(tài)，稍有干擾即自激，從而產(chǎn)生聲反饋。
通常用“傳聲增益”來(lái)表示聲反饋的程度。“傳聲增益”就是指擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)到最高可用增益時(shí)（臨界增益減去6 dB增益裕量），在指定的各聽(tīng)眾位置上測(cè)得的平均聲壓級(jí)與話(huà)筒處聲壓級(jí)的dB數(shù)差值。這一差值越大，表明擴(kuò)音機(jī)的音量可以開(kāi)得越大，“傳聲增益”也越高。最簡(jiǎn)單抑制“嘯叫”的辦法是減少聲增益，但是也降低了擴(kuò)聲系統(tǒng)的效率。
2、產(chǎn)生聲反饋的條件及過(guò)程
聲反饋（嘯叫）是擴(kuò)聲系統(tǒng)由于存在正反饋而產(chǎn)生的振蕩。根據(jù)振蕩形成的原理，一個(gè)系統(tǒng)只有在滿(mǎn)足下述兩個(gè)條件時(shí)才能形成振蕩，即振幅平衡條件和相位平衡條件。對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，所謂振幅平衡就是只有某頻率的反饋信號(hào)幅度大于此頻率原先輸入信號(hào)的幅度時(shí)才能引起振蕩，或者說(shuō)當(dāng)振幅條件Kp≥1(K為系統(tǒng)放大倍數(shù)，盧為反饋系數(shù))時(shí)才能引起振蕩。所謂相位平衡是只有某頻率的反饋信號(hào)與此頻率輸入信號(hào)同相位才能引起振蕩，也就是相位條件西=2Nπ，即相位為0°或360°的整數(shù)倍，滿(mǎn)足正反饋。這兩個(gè)條件必須同時(shí)滿(mǎn)足，缺一不可。因此解決聲反饋嘯叫問(wèn)題就必須從這兩方面著手，即破壞嘯叫條件，亦即改變相位或減小增益K和反饋系數(shù)β。
對(duì)于任何一個(gè)已經(jīng)建立的擴(kuò)聲系統(tǒng)，也即擴(kuò)聲系統(tǒng)的場(chǎng)地以及實(shí)際所使用的揚(yáng)聲器系統(tǒng)、傳聲器的數(shù)量、布局都已確定，并且放置到位，那么這個(gè)系統(tǒng)中必然存在這樣的頻率聲波：滿(mǎn)足與原先輸入傳聲器該頻率聲波同相位的同時(shí)，從揚(yáng)聲器系統(tǒng)輻射出來(lái)后又從不同的途徑返回到傳聲器。這樣的頻率聲波不在少數(shù)，滿(mǎn)足產(chǎn)生聲反饋產(chǎn)生的兩個(gè)條件之一的相位條件。如果這些聲波同時(shí)又滿(mǎn)足產(chǎn)生聲反饋的兩個(gè)條件之一的振幅條件，即Kβ≥1，則聲反饋形成。
隨著調(diào)音臺(tái)話(huà)放模塊推子逐步往上推（線(xiàn)路輸出模塊推子已預(yù)先推至適當(dāng)位置），擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益逐步增大，聲反饋振幅條件由Kβ＜逐步因系統(tǒng)放大倍數(shù)K的增大而趨近于l，繼續(xù)把推子往上推，當(dāng)某個(gè)頻率最先達(dá)到Kβ≥1時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)在這個(gè)頻率點(diǎn)形成聲反饋振蕩。
另外，在任何擴(kuò)聲系統(tǒng)工作的環(huán)境中都存在著環(huán)境噪聲，并且這些噪聲的頻譜是非常寬的，而由于受聽(tīng)覺(jué)特性所限，并沒(méi)有明顯感知這些噪聲的存在。然而擴(kuò)聲系統(tǒng)中的傳聲器是能夠接收到這些噪聲，并進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換。這些變成電信號(hào)的噪聲中首先滿(mǎn)足振蕩條件的那個(gè)頻率的噪聲聲波經(jīng)過(guò)調(diào)音臺(tái)、功率放大器及周邊設(shè)備的放大，再經(jīng)過(guò)揚(yáng)聲器系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)輻射出去，然后經(jīng)過(guò)某個(gè)途徑重新回到傳聲器。這時(shí)，雖然系統(tǒng)放大倍數(shù)K>1，但是整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kβ＜1，此時(shí)尚未形成聲反饋振蕩，從揚(yáng)聲器輻射出來(lái)的聲音尚未達(dá)到人們可以感覺(jué)到的響度。繼續(xù)把推子往上推，當(dāng)此頻率信號(hào)在整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kβ已滿(mǎn)足大于1的條件時(shí)（這時(shí)起保持調(diào)音臺(tái)推子位置不變），其聲波再次進(jìn)入傳聲器，此已比原先進(jìn)入傳聲器的噪聲信號(hào)幅度增大了，那么經(jīng)過(guò)一個(gè)新的循環(huán)后必然在幅度上比上一次從揚(yáng)聲器出來(lái)后返回傳聲器的信號(hào)幅度更大了。
這時(shí)，雖然調(diào)音臺(tái)推子位置不變，即系統(tǒng)放大倍數(shù)K不變，然而由于Kβ>1，如果不采取措施的話(huà)，整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中的閉環(huán)將繼續(xù)不斷循環(huán)下去。隨著反復(fù)地循環(huán)放大，信號(hào)幅度逐步增大；通過(guò)若干次循環(huán)后，從揚(yáng)聲器輻射出來(lái)的聲音已達(dá)到可以感覺(jué)到的響度，此時(shí)就覺(jué)察到聲反饋嘯叫的苗頭。繼續(xù)循環(huán)下去，聲音會(huì)越來(lái)越大，最后達(dá)到不能忍受的程度。
由于整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中的閉環(huán)循環(huán)中，有一個(gè)揚(yáng)聲器輻射出來(lái)的電信號(hào)從揚(yáng)聲器系統(tǒng)經(jīng)過(guò)（不同途徑）空間傳播，才到達(dá)傳聲器的過(guò)程，而聲波在空間傳播的速度是比較低的。根據(jù)聲波340 m/s的速度計(jì)算，如果揚(yáng)聲器輻射出來(lái)的聲波通過(guò)某個(gè)途徑返回到傳聲器需走34m的路程，那么不考慮電信號(hào)在設(shè)備電路中極快的傳輸速度所花費(fèi)的時(shí)間，一個(gè)閉環(huán)循環(huán)需要100 ms時(shí)間。假設(shè)閉環(huán)增益為l dB，同時(shí)假定最初進(jìn)入傳聲器的該頻率噪聲信號(hào)聲壓級(jí)為20 dB，則升到60 dB這個(gè)已經(jīng)能聽(tīng)出嘯叫苗頭的聲壓級(jí)需要循環(huán)40次，也就是需要4s時(shí)間。當(dāng)然，如果從揚(yáng)聲器輻射出來(lái)的聲波返回到傳聲器如果需要走17 m的路程，則需2s時(shí)間。
這時(shí)，聲反饋振蕩已經(jīng)形成，如果降低此頻率的系統(tǒng)放大倍數(shù)K，即使整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Kβ<1，則此頻率的嘯叫將被抑制。
如果繼續(xù)將調(diào)音臺(tái)上控制推子逐步往上推，那么第二個(gè)已滿(mǎn)足相位平衡頻率的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)又可能大于l，在這個(gè)新的頻率上又會(huì)重復(fù)與第一個(gè)頻率一樣的形成嘯叫的過(guò)程。如果繼續(xù)將調(diào)音臺(tái)上輸出音量控制推子逐步往上推，還會(huì)出現(xiàn)第三個(gè)、第四個(gè)……嘯叫頻率。事實(shí)上在一個(gè)室內(nèi)的擴(kuò)聲系統(tǒng)工作中可能產(chǎn)生嘯叫的頻率點(diǎn)遠(yuǎn)多于一兩個(gè)。
3、防止聲反饋引起嘯叫的措施
對(duì)于任何一個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)必然存在不少的頻率聲波，滿(mǎn)足形成聲反饋的兩個(gè)條件之一的相位條件。事實(shí)上，對(duì)于一套擴(kuò)聲系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要絕對(duì)避免產(chǎn)生嘯叫是不可能的，也是不必要的，只要在達(dá)到最高使用要求聲壓級(jí)的情況下不產(chǎn)生嘯叫，那么此擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲反饋嘯叫問(wèn)題可以說(shuō)得到解決了。
聲反饋的抑制，一般來(lái)說(shuō)就是如何控制產(chǎn)生聲反饋的兩個(gè)條件之一的振幅條件，即使Kβ<1。以下結(jié)合K、β兩個(gè)方面來(lái)談如何進(jìn)行采取措施抑制聲反饋嘯叫的產(chǎn)生。
1) 減小β（反饋系數(shù)）
(1) 從建筑聲學(xué)特性上考慮，擴(kuò)聲場(chǎng)合的混響時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，混響時(shí)間越長(zhǎng)則混響聲能越大，引起的聲反饋機(jī)會(huì)越多。傳聲器附近是否存在強(qiáng)反射的反射面，需要的話(huà)在傳聲器附近增加吸聲處理，以減少反射到傳聲器的反射聲。
(2) 要盡可能使傳聲器不處于揚(yáng)聲器的直達(dá)聲場(chǎng)內(nèi)，利用傳聲器與音箱的指向特性，調(diào)整它們之間的空間位置，盡力消除聲反饋通道。
(3) 選用頻率特性比較平直的傳聲器和揚(yáng)聲器，以免由于有峰值而引起自激。
(4) 采用移頻器抑制聲反饋。它能將聲音信號(hào)的頻率增加5 Hz左右，從而切斷聲音正反饋鏈路，進(jìn)行聲反饋的抑制。但是，該設(shè)備在語(yǔ)言擴(kuò)聲時(shí)使用起來(lái)效果很好，對(duì)聲音的破壞很小，但是在演唱會(huì)和器樂(lè)中使用就會(huì)有明顯的聲音變調(diào)感覺(jué)。當(dāng)然，有的移頻器設(shè)計(jì)成串接在傳聲器和調(diào)音臺(tái)之間使用，專(zhuān)門(mén)針對(duì)語(yǔ)言信號(hào)進(jìn)行移頻（適合會(huì)議等基本以語(yǔ)言為主的擴(kuò)聲系統(tǒng)），然而對(duì)于非語(yǔ)言為主的擴(kuò)聲系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，會(huì)給擴(kuò)聲系統(tǒng)的組成帶來(lái)復(fù)雜性，進(jìn)而給擴(kuò)聲系統(tǒng)的操控增加難度。
2) 減小K（系統(tǒng)放大倍數(shù)）
(1) 采用均衡器抑制聲反饋。這種設(shè)備可有效地衰減反饋頻率點(diǎn)的增益（拉饋點(diǎn)），擴(kuò)聲系統(tǒng)之所以產(chǎn)生聲反饋，是因?yàn)橄到y(tǒng)中某些頻率信號(hào)過(guò)強(qiáng)，如果衰減這些過(guò)強(qiáng)的頻率就能抑制聲反饋。而由于均衡器的濾波器是固定不變的，無(wú)法將其精確定位到回饋點(diǎn)，均衡器的濾波器帶寬較寬（1/3倍頻程）。使用過(guò)程中對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的音質(zhì)有一定影響。
(2) 采用反饋抑制器抑制聲反饋
反饋抑制器是隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展并針對(duì)聲反饋嘯叫形成過(guò)程的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的一種自動(dòng)拉饋點(diǎn)的專(zhuān)業(yè)設(shè)備。
反饋抑制器能夠針對(duì)聲反饋嘯叫形成過(guò)程的特點(diǎn)，快速掃描、自動(dòng)尋找出系統(tǒng)中反饋信號(hào)頻率，并能自動(dòng)生成與其頻率相同的窄帶濾波器，切除“嘯叫”的頻率信號(hào)，從而抑制反饋。
輸入聲反饋抑制器的信號(hào)先被放大，然后再將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。此時(shí)檢測(cè)器不斷掃描，可將50 Hz～15 kHz中的所有反饋頻率識(shí)別，當(dāng)聲反饋信號(hào)找到后，由中央處理器立即告知數(shù)字信號(hào)處理器去設(shè)定頻率，并且自動(dòng)生成窄帶濾波器降低以此頻率為中心的窄頻帶增益，從而破壞幅度平衡條件，達(dá)到使整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)閉環(huán)放大倍數(shù)小于l的目的，使振蕩不能形成。如果再增大傳聲增益，可能又有新的反饋頻率出現(xiàn)，這時(shí)第二路反饋控制聲道將開(kāi)始工作，以抑制反饋的產(chǎn)生。反饋抑制器的濾波帶寬通常為1/5倍頻程或者1/10倍頻程可選；有的甚至為1/60倍頻程；尋找和消除反饋需要的時(shí)間為0.4 s，如果使用得當(dāng)，一般可使擴(kuò)聲系統(tǒng)的傳聲增益提高6~12 dB，既達(dá)到最大程度減少聲學(xué)反饋的目的，又保持原始聲源的音頻特性。
在擴(kuò)聲系統(tǒng)中運(yùn)用反饋抑制器可以有效地抑制聲反饋，使用中應(yīng)注意以下三個(gè)要點(diǎn)：
① 通道A和通道B（左右聲道）必須單獨(dú)、分開(kāi)設(shè)定。設(shè)置第二通道時(shí)，一定要關(guān)閉第一通道音量，用“BYPASS”按鈕跳通第一通道，重復(fù)系統(tǒng)初始化過(guò)程。
② 固定濾波器和動(dòng)態(tài)濾波器數(shù)量的確定。應(yīng)根據(jù)擴(kuò)聲過(guò)程中傳聲器位置是否發(fā)生變化而定。在傳聲器移動(dòng)的情況下，系統(tǒng)設(shè)置時(shí)設(shè)置成能對(duì)單個(gè)的音箱進(jìn)行音量控制，在傳聲器向某個(gè)音箱靠近時(shí)，應(yīng)當(dāng)拉低此音箱的音量，也是減少?lài)[叫的一種有效手段。擴(kuò)聲系統(tǒng)中使用返聽(tīng)音箱的，則必須設(shè)置成對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的音量控制。
③ 由于反饋頻率點(diǎn)與擴(kuò)聲環(huán)境等密切相關(guān)，當(dāng)聲場(chǎng)條件變化后，反饋抑制器中設(shè)置的參數(shù)必須重新調(diào)整。也就是說(shuō)一旦擴(kuò)聲環(huán)境、音箱布局、傳聲器數(shù)量及位置等發(fā)生了變化，反饋抑制器中設(shè)置的參數(shù)必須重新調(diào)整。
一般來(lái)說(shuō)，如果擴(kuò)聲環(huán)境的建聲特性不是特別的差，擴(kuò)聲系統(tǒng)中傳聲器和揚(yáng)聲器的使用、布局等比較合理，那么在擴(kuò)聲系統(tǒng)中使用反饋抑制器來(lái)抑制反饋，對(duì)于擴(kuò)聲場(chǎng)地經(jīng)常變換的擴(kuò)聲系統(tǒng)特別有利，基本能在極短的時(shí)間內(nèi)完成調(diào)試并進(jìn)行正常的擴(kuò)聲工作，達(dá)到最大程度減少聲反饋的目的，其在提高傳聲器增益的同時(shí)，又能保持原始聲源的音頻特性，進(jìn)而獲得較理想的擴(kuò)聲效果。 |
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