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1、【标题】扩声系统中声反馈抑制的研究 【作者】肖瑜 【关键词】声反馈 扩声系统 传声器 抑制方法 【指导老师】陈光彦 【专业】电子信息科学与技术 【正文】引 言在人们聚集的众多场合，例如会议室、歌舞厅、剧院、体育馆、演播厅等处，都使用着扩声。实践证明，扩声对听闻效率影响很大。良好的扩声效果给人以美的享受。所谓良好的扩声效果是指经扩声系统播放后的声音清晰、频响均衡、声功率分布均匀、无回声现象，能满足听众对声音响度、自然度、清晰度的要求。但是在实际应用中，经常会遇到这样那样的问题，其中由声反馈导致的啸叫现象最令人头痛。各种类型的扩声系统都普遍存在声反馈现象,常常在将传声器的音量进行较大的提升的同时，
2、音箱发出的声音传入传声器引起啸叫。声反馈的存在不仅破坏了音质、限制了传声器的音量,使传声器拾取的声音不能良好地再现，而且深度的声反馈还会使系统信号过强而烧毁功放或音箱，特别是烧毁音箱的高音扬声器。在实际扩声系统中,对原声再现有害无益。要想将扩声中的声反馈现象抑制消除得更干净、彻底，应从研究声反馈发生机理入手，探索抑制消除声反馈的诸多办法，在实践中总结经验，逐步提高对声反馈的抑制水准。1 声反馈形成的过程声反馈是指音频信号的一部分与输入信号同相位地加到输入端.导致增益不断加大而引起某此频率的振荡。也就是人声经传声器换能后通过放大器输出至音箱后其中的一部分再传到传声器中.形成循环的正反馈啸叫，这就
3、是声反馈5。严重的声反馈在扩声系统中表现为啸叫，啸叫是扩声系统存在正反馈而产生的振荡。按照振荡形成的原理, 一个系统只有在满足以下两个条件时才能形成振荡:即振幅平衡条件和相位平衡条件。对一个系统来说, 所谓振幅平衡就是当某频率的反馈信号幅度大于此频率原先输入信号的幅度时引起的振荡, 或者说, 系统对某频率的闭环电压放大倍数必须大于 1，谓相位平衡是当某频率的反馈信号与此频率输入信号同相位时引起的振荡, 即必须构成正反馈才能引起振荡, 这两个条件必须同时满足。对照扩声系统形成振荡的情况, 扩声系统中传声器接受声信号,并且将其变为电信号, 电信号经过从调音台、周边设备到功率放大器等设备的放大, 然
4、后由扬声器系统将电功率信号变成声音辐射出去。辐射出来的一部分声信号通过各种路径又返回到传声器就形成了声反馈。根据产生振荡的两个条件, 某频率从扬声器系统辐射出来的声音又反馈到传声器的幅度必须比此频率原先输入传声器的声音幅度大, 并且此频率反馈声信号要与原先输入传声器此频率的声音同相位。当这两个条件同时满足时即产生振荡, 表现为啸叫。扬声器系统辐射出来的声音可以直接返回到传声器, 即直达声返回传声器, 也可以通过界面反射后再返回到传声器, 甚至经过界面的多次反射后返回到传声器, 统称反射声返回传声器。如果破坏了这两个条件中的任何一个, 振荡就不可能产生。也就是说, 只要想法使振幅平衡条件不能满足
5、, 或者使相位平衡条件不能满足, 就能使系统不振荡, 达到抑制啸叫的目的7。事实上, 对于一套扩声系统来说, 要绝对地避免产生啸叫是不可能的,也是不必要的, 只要在达到最高使用要求声压级的情况下不产生啸叫, 那么此套系统的啸叫问题就算得以解决。2 形成声反馈的主要原因声反馈是音箱声音能量的一部分通过声传播的方式传到传声器而引起的啸叫现象，在出现啸叫前的临界状态，会出现振铃声（即声音停止后的高频尾声），此时一般也认为是声反馈现象8。形成声反馈的主要原因有以下几个方面：（1）房间的形状及声学状况。任何一个房间都可以被认为是一个声学共振腔体，共振会使某些频率的声音被除数格外加强。按建声原理，不同体形
6、和容积的房间其共振频率是不同的，另一方面，吸声材料对不同频率的反向和吸收也是不同的，不同材料对不同频率的吸声系数差异很大，吸声结构的不同也会导致对不同频率的吸收不尽相同。故房间的声学状态（主要是声染色情况）对于声反馈的作用不可低估。（2）音箱频响的起伏与振铃模态。音箱的发音单元为扬声器，由于材料和结构等多方面原因，任何一只扬声器都不可能保证频响曲线绝对平直，肯定会有某些频率出现尖峰的情况。于是，在音箱放音时，扬声器发出的声音就会出现某些频率声音过强的现象，这个过强频率的声音就有可能造成啸叫。扬声器安装在音箱中，音箱腔体的机械共振和腔体的声学共振会产生一种振铃模态 RM（Ring Mode），这
7、种振铃模态会导致声染色的发生，即音箱发出的声音中某些频率成分过强，在此频率上也可能产生声反馈。（3）传声器对某些频率的拾音灵敏度过高。传声器的频响特性是决定传声器音色和适用范围的重要条件。与扬声器一样，传声器的频响曲线也不可能保证绝对平直，对某些频率的拾音灵敏度过高的情况在所难免，这就是说，传声器对于各个频率的拾声灵敏度不同，这就会造成对某些频率的声音输出过强，其结果就可能在这些频率出现声反馈现象。一般来说，传声器在高频段中的某些频率灵敏度偏高，故更容易在高频产生啸叫。总的来说，扩声系统出现声反馈啸叫的主要原因是系统中某些频率的声音过强，当提升传声器录音量时，由于这些过强的频率先到达声反馈所需
8、要的强度条件，如果该频率的反馈类型恰恰为正反馈，则必然在此频率上出现自激振荡现象,自激振荡频率的高低,表现为啸叫声音音调的高低不同。3 声反馈的危害声反馈是扩音调音工作中经常发生的、令人十分头痛的问题, 也是扩声中最忌讳的现象。由于在扩声现场必须使用话筒与扬声器，以及现场固有的建筑声学因素和专业音响师的调音技术水平等诸多因素，而导致正使用中的演出扩音现场产生了严重的声反馈现象，也时有发生，其直接危害有以下两点：(1)首先在人的听觉感官方面，使在场的演员及观众受到严重干扰破坏，直接影响了演员和群众情绪，而且话筒音量开大后，音箱与扬声器共振而产生的声音拖尾镶边现象，也让现场观众听不清台词，破坏了演
9、出的艺术效果6。声反馈现象一旦发生，轻者会造成传声器通路音量无法调大，调大后啸叫非常严重，对现场演出会造成恶劣影响，我们就以在户外广播直播节目为例：通常情况下主持人往往需要手持话筒四处现场采访，与观众进行交流。当话筒接近扬声器时，扬声器发出的音频信号就会直接进入话筒，产生啸叫。另外声音通过周边建筑物墙面的多次反射从四面八方进入话筒，也能引起声音正反馈而产生啸叫。主持人手持话筒的距离较远或者现场的嘈杂声较大，以至于不得不调大电声系统的增益，从而引发啸叫。而在发生这种情况不仅破坏扩声环境气氛还会使主持人感到尴尬, 让听众产生腻烦的心理反应。如果出现啸叫时，我们不能立马进行处理严重的会使得预期的活动
10、不得不取消。(2)在一定程度上会给演出扩声器材造成损坏，甚至今后无法正常使用，在经济上蒙受损失。当传声器声音开大后出现声音振铃现象（即位于声反馈临界点时传声器声音的尾音现象），声音存在混响感，破坏音质；重者导致音箱或功率放大器由于信号过强而烧毁。能否将啸叫充分抑制，是衡量一个扩声专业音响师调音技术水平的重要因素。因为啸叫抑制得好，用传声器演唱和演奏时，音量可调空间大，使演唱和演奏得到满意的效果。由于声反馈而烧毁音箱高音单元的情况不胜枚举，因为在声反馈状态下信号很强，会使功放出现削波（切顶）失真，削波失真就产生大量的高频谐波，这些高频谐波送入音箱高音单元后，高音单元无法承受如此强大的高频信号，就
11、会造成音圈烧毁；再说，在声反馈状态下，功放会由于输出过大而发生过载，也极可能被烧毁。综上所述，声反馈对于扩声系统来说不仅会使声音效果不理想，还会造成设备的严重损坏、影响现场演出顺利进行，造成十分恶劣的影响。并且，经常发生声反馈还会造成扩声增益下降。4 抑制声反馈的方法声反馈直接影响扩声系统的音质，严重时会破坏整个系统的稳定，在实际工程中应采取必要的措施予以抑制。在扩声系统的应用中，音响师们总结出了许多抑制音响系统声反馈的方法，建声专家采取了一些行之有效的消除声反馈的措施，电声专家们研制和开发了多种电声设备，以减少声反馈现象的发生，这些切实可行的举措应用后，取得了良好的效果，下面我们下面简单地介
12、绍抑制、减少和消除声反馈的方法。4.1 使音箱的声音不易传到传声器中要想使音箱发出的声音不易传到传声器中以减少声反馈现象发生的可能性，可以采取如下措施。（1）使传声器远离音箱。这种方法在歌舞厅很难实现，因为歌舞厅的面积一般都不大。但在剧院或大型演出场所中，这种方法会有一定的作用，例如可以考虑将传声器吊在乐队或舞台上方拾音，这样既可以保证传声器距声源足够近，也可以尽可能使传声器与音箱远离。（2）利用音箱和传声器的指向性。利用音箱和传声器的指向特性来抑制声反馈啸叫，往往也会起到一不定期的作用，如果传声器的使用位置不在音箱声音的辐射区域，音箱的声音就不容易传到传声器中；另一方面，在使用指向性传声器时
13、不要让其正对音箱，尽量避免产生啸叫。在实际应用中，可以适当调整音箱的角度，使音箱的声辐射区域尽量不在音箱的放音区域演唱，而且传声器不要正对音箱。（3）适当减少传声器通路的音量。这样做会使演唱或乐队拾音受到限制，演出效果受影响，但有时音响师不得不采取这种减少音量的下策。如根据演出情况实时控制音量大小，当有振铃现象发生时，调音师要及时将音量拉下来，以免出现啸叫。当演员手持或佩带传声器经过音箱前时，也要注意控制音量，否则也会造成啸叫。（4）如果调音台的参量均衡器带 Q 值调节，可采取音量补偿措施。对通路的声音加以适当补偿方法是：将均衡器的频带调到传声器拾音的音源频带范围，将此频带进行提升处理，出现啸
14、叫前立刻停止12。4.2 话筒的合理选用话筒的主要作用是拾取声音信息,在拾取声音信息时应尽可能做到拾取想要拾取的声音,避免拾取到不需要拾取的声音,这不仅对于提高拾取的声音质量大有裨益,而且也可以减少声反馈的发生。话筒对某些频率的拾音灵敏度过高。话筒的频率响应曲线也不可能保证绝对平直，对某些频率的拾音灵敏度过高的情况在所难免，这就会造成对某些频率的声音输出过强，从而有可能在这些频率上出现声反馈啸叫现象。一般来说，话筒的高频灵敏度偏高，容易在高频端产生啸叫。所以如果条件允许,应尽量采用灵敏度较低的话筒拾音,但是,有时在拾取较弱声音和较远拾音时,不得不使用多只灵敏度较高的话筒拾音,这时,音响师一定要
15、有充分的思想准备,采取各种措施,否则声反馈啸叫可能会对演出产生极为不利的影响。指向性是话筒对于不同角度声音的接收能力,指向角度大,拾音区域广泛,但也容易将扩声场的声音拾取下来,造成声反馈啸叫,如压力区话筒(PZM)由于拾音角度大(可达 120 度),就很容易产生啸叫。话筒指向性从指向角度方面按从小到大的顺序排列分别有强指向、双向(90 度)、锐心形(105 度)、超心形(115 度)、心形(131度)和无指向性(360 度)等多种。从抑制声反馈的角度来看,指向角度越小越好,有些话筒说明书上标明具有轴外排斥特性,也就是它的指向角度比较锐直,有良好的抑制声反馈的性能。话筒指向特性的选取切忌失之偏颇
16、,因为指向角度太小会造成拾音区域也相应减小,所以在选择话筒指向性时要综合考虑,不要顾此失彼。话筒拾音的频率响应特性曲线出现峰凸也会引起声反馈啸叫,话筒的频率响应为话筒输出信号随频率变化情况,假如话筒拾取的声音各频率音量一致,由于话筒的频率特性曲线不平坦,话筒输出信号肯定不会在各频率上完全一样,致使输出信号在某些频率上过强,这就为声反馈啸叫提供了条件。在挑选话筒时应注意其频率响应特性,尽可能不要有明显的峰凸,很多好牌子的话筒在出厂时要经过频率响应曲线的测试,并经过责任工程师签字,因为即使是同一型号的话筒,其频率响应曲线也是有一定差异的。4.3 音箱的合理选用与布置现场扩音或重放各种声源，最终都要通过音箱放出声音，所以音箱的质量在整个音响系统中占有极其重要的地位。尽管音箱的使用不像其它音箱设备那样复杂，但是，音箱的正确选配却不是件容易的事。音箱的某些声学特性对声反馈有重要的作用,这些特性主要是指音箱的指向特性和频响特性,其指标将决定音箱在使用时声反馈的严重程度,音箱选用得当,声反馈啸叫发生的可能性会大大减少。（1）音箱的指向
