擴(kuò)聲過程中嘯叫的產(chǎn)生機(jī)理和抑制方法

擴(kuò)聲系統(tǒng)產(chǎn)生嘯叫的機(jī)理以及控制措施【摘要】論述了在擴(kuò)聲過程中嘯叫產(chǎn)生的機(jī)理，介紹了控制嘯叫的措施，比較了幾種抑制嘯叫設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，說明了抑制擴(kuò)聲系統(tǒng)嘯叫的調(diào)整方法【關(guān)鍵詞】振蕩;聲回授；嘯叫；窄帶濾波器；【關(guān)鍵詞】振蕩;聲回授；嘯叫；窄帶濾波器；反饋抑制器GeneratingPrincipleandSuppressingMethodofHowlinthecourseofReinforcingCourseofReinforcingSound[Abstract】Thegeneratingprincipleofhowlinthecourseofreinforcingsoundisintroduced.Themethodofsuppressinghowlisputforward.Severalkindsofequipmentusedtosuppressthehowlarecompared.Theadjustingmethodtosuppresshowlisexplained.[Keywords】oscillate；soundfeedback；narrowbandfilter；feedbackexterminator1.嘯叫形成的機(jī)理嘯叫是擴(kuò)聲系統(tǒng)中存在正反饋而產(chǎn)生的振蕩，正反饋是擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲回授。按照振蕩形成的原理，一個(gè)系統(tǒng)只有在滿足以下兩個(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)來說，所為振幅平衡就是當(dāng)某個(gè)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)引起的振蕩，或者說，系統(tǒng)對(duì)某頻率的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)必須大于1。所謂相位平衡是當(dāng)某頻率的反饋信號(hào)與此頻率輸入信號(hào)同相位時(shí)引起的振蕩，即必須構(gòu)成正反饋才能引起振蕩，這兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足。對(duì)照擴(kuò)聲系統(tǒng)形成振蕩的情況，擴(kuò)聲系統(tǒng)中傳聲器接受信號(hào)，并將其變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)經(jīng)過調(diào)音臺(tái)及周邊設(shè)備到功率放大器等設(shè)備的放大，然后由揚(yáng)聲器系統(tǒng)將電功率信號(hào)變成聲音輻射出去。輻射出來的一部分信號(hào)通過各種路徑又返回到傳聲器就形成了聲反饋。根據(jù)產(chǎn)生振蕩的兩個(gè)條件，某頻率從揚(yáng)聲器系統(tǒng)輻射出來的聲音又反饋到傳聲器的幅度必須比此頻率原先輸入傳聲器的聲音幅度大，并且此頻率反饋聲信號(hào)要與原先輸入傳聲器此頻率的聲音相位相同。當(dāng)這兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)即產(chǎn)生振蕩，表現(xiàn)為嘯叫。揚(yáng)聲器系統(tǒng)服射出來的聲音可以直接返回傳聲器，即直達(dá)聲返回?fù)P聲器，也可以通過界面反射后再返回到傳聲器，甚至經(jīng)過多次界面反射后返回到傳聲器，統(tǒng)稱反射聲返回傳聲器。如果破壞了這兩個(gè)條件中的任何一個(gè)，振蕩就不可能產(chǎn)生，也就是說只要想辦法使振幅條件不滿足或者相位條件不滿足，就能使系統(tǒng)不振蕩，達(dá)到抑制嘯叫的目的。事實(shí)上對(duì)于一套擴(kuò)聲系統(tǒng)來說，要絕對(duì)地避免嘯叫是不可能的，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，那么此系統(tǒng)的嘯叫問題就算得以解決。2.振蕩（嘯叫）形成的過程如果建立一個(gè)室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)后，所使用的揚(yáng)聲器系統(tǒng)、傳聲器系統(tǒng)都已固定在位置，那么必定有不少的頻率能滿足正反饋條件，即產(chǎn)生振蕩的兩個(gè)條件之一一一相位平衡條件，也就是從揚(yáng)聲器系統(tǒng)輻射出來又從不同的途徑返回?fù)P聲器，并且相位滿足與原輸入傳聲器該頻率聲波同相位。此時(shí)只要使這些滿足相位平衡條件的頻率同時(shí)滿足產(chǎn)生振蕩的第二條件要求，即滿足振幅平衡條件，也就滿足閉環(huán)電路放大倍數(shù)大于1，那么振蕩就開始逐步形成。隨著將調(diào)音臺(tái)上輸出音量控制推子逐步望上推，擴(kuò)聲系統(tǒng)的電壓增益逐步放大，即電壓放大倍數(shù)逐步增大，當(dāng)電壓放大倍數(shù)增大到1時(shí)，開始在這頻率點(diǎn)逐漸形成振蕩。那么這個(gè)振蕩是如何逐步形成的呢？首先在擴(kuò)聲系統(tǒng)工作的環(huán)境中存在噪聲，盡管并沒有明顯感覺這些噪聲的存在。并且這些噪聲的頻譜非常寬，當(dāng)然這種噪聲與作為聲學(xué)測(cè)量信號(hào)用的粉紅噪聲、白噪聲或模擬節(jié)目信號(hào)噪聲在頻譜能量分布上是有差別的。這種環(huán)境噪聲中首先滿足振蕩條件的那個(gè)頻率的聲音進(jìn)入揚(yáng)聲器變成電信號(hào)，并且通過從調(diào)音臺(tái)到功率放大器等設(shè)備的放大，再經(jīng)過揚(yáng)聲器系統(tǒng)變成聲信號(hào)輻射出來，經(jīng)過某個(gè)途徑又回到傳聲器，由于此頻率信號(hào)在整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)已經(jīng)滿足大于1的條件，所以再次進(jìn)入傳聲器時(shí)，就比原先進(jìn)入傳聲器的噪聲信號(hào)幅度要大，那么經(jīng)過一個(gè)新的循環(huán)后幅度上比第一次從揚(yáng)聲器出來后返回傳聲器的信號(hào)幅度要大一些，如此一個(gè)循環(huán)、一個(gè)循環(huán)地反復(fù)放大，信號(hào)幅度也越來越大，通過若干次循環(huán)后，從揚(yáng)聲器輻射出來的聲音以達(dá)到可以感覺到的響度，此時(shí)就察覺到嘯叫的苗頭。繼續(xù)循環(huán)下去，聲音就會(huì)越來越大，最后達(dá)到不能忍受的地步。當(dāng)然，這個(gè)過程比電子電路中的振蕩形成的過程要慢的多。主要原因是聲音在空氣中傳播的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電子在電路中傳導(dǎo)的速度。這時(shí)如果不趕緊將系統(tǒng)對(duì)此頻率的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)降下來，使閉環(huán)電壓放大倍數(shù)小于1，則嘯叫會(huì)越來越大。如果設(shè)法降低了此頻率的閉環(huán)放大倍數(shù)，則此頻率的嘯叫將被抑制，如果繼續(xù)將調(diào)音臺(tái)上輸出音量控制推子逐步向上推，那么第二個(gè)已滿足相位平衡的頻率的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)又可能大于1，在這個(gè)新的頻率上又會(huì)產(chǎn)生嘯叫。如果繼續(xù)增大調(diào)音臺(tái)輸出音量，還會(huì)出現(xiàn)第三、第四以及更多個(gè)嘯叫頻率。事實(shí)上在一個(gè)室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)工作中可能產(chǎn)生嘯叫的頻率點(diǎn)可能會(huì)有幾十個(gè)，甚至更多。在了解嘯叫的形成過程后，可以清楚的看出，嘯叫形成過程有她自己的特點(diǎn)，即每經(jīng)過一次循環(huán)同一頻率的信號(hào)幅度都比前一次大。這種特性顯然與節(jié)目音樂信號(hào)的情況不同，除了少數(shù)節(jié)目對(duì)同一音符隨著時(shí)間增加其強(qiáng)度外，節(jié)目音樂幾乎不會(huì)形成嘯叫，所以可以根據(jù)嘯叫的形成過程判斷出嘯叫正在形成，從而對(duì)出現(xiàn)嘯叫的頻率實(shí)施降低3分貝，如果不能抑制嘯叫沒那么就要繼續(xù)降低三分貝。過去使用模擬電子設(shè)備時(shí)不能及時(shí)找到嘯叫形成的過程，現(xiàn)在利用數(shù)字電子技術(shù)，以及最新的DSP（數(shù)字信號(hào)處理）的速度非常快，可以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)嘯叫的過程，并利用軟件技術(shù)形成一個(gè)以該頻率為中心的窄帶陷波濾波器，抑制嘯叫頻率，達(dá)到控制嘯叫的目的?？梢赃@樣說，利用專門的設(shè)備自動(dòng)抑制嘯叫的機(jī)理是根據(jù)嘯叫形成的過程的特點(diǎn)，而不是根據(jù)那個(gè)頻率比那個(gè)頻率幅值大，而去簡(jiǎn)單的抑制幅值大的頻率，因此一般來說不會(huì)影響音樂效果。3減少嘯叫的措施為了減少嘯叫的產(chǎn)生，保證良好的音響效果，首先要從廳堂的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)上考慮，廳堂內(nèi)部尺寸、形狀以及后來的裝修都會(huì)影響將來的擴(kuò)聲效果，但是，現(xiàn)今很多廳堂在設(shè)計(jì)時(shí)往往沒有這方面的考慮，絕大多數(shù)時(shí)在后來音響設(shè)備安裝時(shí)才發(fā)現(xiàn)廳堂內(nèi)部的聲學(xué)缺陷，如果在進(jìn)行廳堂裝修設(shè)計(jì)時(shí)能夠?qū)υ搹d堂的建筑聲學(xué)進(jìn)行初步的估算，看看是否在傳聲器附近有較強(qiáng)的反射面，或者初步估算一下混響時(shí)間是否過長(zhǎng)，那么都可以在裝修時(shí)采取必要的措施，比如在墻壁上使用空腔結(jié)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)低頻聲音的吸收，使用軟包結(jié)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)中高頻聲音的吸收，另外，市場(chǎng)上還有很多吸音裝飾材料可供選擇，都可以有效的減少聲音的反射，從而達(dá)到抑制嘯叫，縮短混響時(shí)間的目的。在建筑聲學(xué)有了保證后，進(jìn)行正確的音響系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是減少聲反饋引起嘯叫重要方面，首先，使傳聲器盡可能不處于揚(yáng)聲器直達(dá)的聲場(chǎng)內(nèi)，這是減少嘯叫的重要條件，也就是說要正確布置揚(yáng)聲器系統(tǒng)和傳聲器的位置，包括選擇揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性、放置位置、角度等；傳聲器指向特性的選擇、放置位置的正確以及傳聲器面對(duì)的界而是否為強(qiáng)反射界面、距離的遠(yuǎn)近、傳聲器附近是否有強(qiáng)反射體，當(dāng)傳聲器附近有強(qiáng)反射而比如光滑的墻壁、玻璃時(shí)可以考慮加掛窗簾，選用吸音較好的多褶且較厚的而料，可以有效的減少聲反射的發(fā)生。需要強(qiáng)調(diào)的是揚(yáng)聲器系統(tǒng)和傳聲器系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性也是影響嘯叫產(chǎn)生的重要因素，當(dāng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)幅頻響應(yīng)曲線出現(xiàn)較多尖峰時(shí)，就容易形成嘯叫，因?yàn)檫@些尖峰所在的頻率點(diǎn)的增益比平均增益大，那么，這些頻率點(diǎn)的閉環(huán)放大倍數(shù)就容易滿足大于1的條件，從而產(chǎn)生嘯叫，同樣，傳聲器的幅頻響應(yīng)曲線上出現(xiàn)較多的尖峰時(shí)也容易產(chǎn)生嘯叫，所以在選擇揚(yáng)聲器系統(tǒng)和傳聲器系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意他們的幅頻響應(yīng)曲線是否相對(duì)比較平滑，出現(xiàn)尖峰的頻率點(diǎn)越少越好，尤其是要避免選擇有較大尖峰的器件。同意擴(kuò)聲系統(tǒng)中使用揚(yáng)聲器的數(shù)量越多，產(chǎn)生嘯叫的頻率點(diǎn)也越多，比率幾乎是成倍地增加，抑制嘯叫的難度也越來越大，所以在現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲過程中，一些暫時(shí)不使用的傳聲器應(yīng)該置于關(guān)閉的狀態(tài)。在這些工作的基礎(chǔ)上使用一些音響設(shè)備來進(jìn)一步抑制嘯叫，一種常見的辦法是使用1/3倍頻程均衡器將嘯叫點(diǎn)頻率的增益衰減3-6分貝，這樣的操作對(duì)于工作人員要求比較高，首先要通過聽覺判斷出嘯叫頻率，然后在均衡器上找到與嘯叫點(diǎn)頻率最近的頻段進(jìn)行衰減，由于這種均衡器一個(gè)推子是1/3倍頻程寬，操作時(shí)嘯叫點(diǎn)附近的頻率也將被衰減，這樣對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生比較大的影響，尤其是當(dāng)嘯叫點(diǎn)比較多時(shí)，影響就更大了。另外很多擴(kuò)聲系統(tǒng)中都配備了反饋抑制器，常見的是塞賓的反饋抑制器，它能夠根據(jù)嘯叫形成的機(jī)理能夠自動(dòng)找到多個(gè)嘯叫頻率，存儲(chǔ)下來，并以這個(gè)頻率為中心形成一個(gè)1/5或1/10倍頻程的窄帶陷波濾波器降低該頻率的幅值，因?yàn)檫@種陷波方式比均衡器陷波方式要窄很多，所以聽覺上難以分辨，對(duì)