扩声过程中啸叫的产生机理和抑制方法.doc

扩声系统产生啸叫的机理以及控制措施【摘要】论述了在扩声过程中啸叫产生的机理，介绍了控制啸叫的措施，比较了几种抑制啸叫设备的优缺点，说明了抑制扩声系统啸叫的调整方法【关键词】振荡；声回授；啸叫；窄带滤波器；反馈抑制器Generating Principle and Suppressing Method of Howl in the course of Reinforcing Course of Reinforcing Sound【Abstract】The generating principle of howl in the course of reinforcing sound is introduced. The method of suppressing howl is put forward. Several kinds of equipment used to suppress the howl are compared. The adjusting method to suppress howl is explained.【Key words】 oscillate； sound feedback； narrowband filter； feedback exterminator1.啸叫形成的机理 啸叫是扩声系统中存在正反馈而产生的振荡，正反馈是扩声系统的声回授。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，所为振幅平衡就是当某个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。所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信号，并将其变为电信号，电信号经过调音台及周边设备到功率放大器等设备的放大，然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相位相同。当这两个条件同时满足时即产生振荡，表现为啸叫。扬声器系统服射出来的声音可以直接返回传声器，即直达声返回扬声器，也可以通过界面反射后再返回到传声器，甚至经过多次界面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，也就是说只要想办法使振幅条件不满足或者相位条件不满足，就能使系统不振荡，达到抑制啸叫的目的。事实上对于一套扩声系统来说，要绝对地避免啸叫是不可能的，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，那么此系统的啸叫问题就算得以解决。2振荡（啸叫）形成的过程 如果建立一个室内扩声系统后，所使用的扬声器系统、传声器系统都已固定在位置，那么必定有不少的频率能满足正反馈条件，即产生振荡的两个条件之一相位平衡条件，也就是从扬声器系统辐射出来又从不同的途径返回扬声器，并且相位满足与原输入传声器该频率声波同相位。此时只要使这些满足相位平衡条件的频率同时满足产生振荡的第二条件要求，即满足振幅平衡条件，也就满足闭环电路放大倍数大于1，那么振荡就开始逐步形成。随着将调音台上输出音量控制推子逐步望上推，扩声系统的电压增益逐步放大，即电压放大倍数逐步增大，当电压放大倍数增大到1时，开始在这频率点逐渐形成振荡。那么这个振荡是如何逐步形成的呢？首先在扩声系统工作的环境中存在噪声，尽管并没有明显感觉这些噪声的存在。并且这些噪声的频谱非常宽，当然这种噪声与作为声学测量信号用的粉红噪声、白噪声或模拟节目信号噪声在频谱能量分布上是有差别的。这种环境噪声中首先满足振荡条件的那个频率的声音进入扬声器变成电信号，并且通过从调音台到功率放大器等设备的放大，再经过扬声器系统变成声信号辐射出来，经过某个途径又回到传声器，由于此频率信号在整个扩声系统中的闭环电压放大倍数已经满足大于1的条件，所以再次进入传声器时，就比原先进入传声器的噪声信号幅度要大，那么经过一个新的循环后幅度上比第一次从扬声器出来后返回传声器的信号幅度要大一些，如此一个循环、一个循环地反复放大，信号幅度也越来越大，通过若干次循环后，从扬声器辐射出来的声音以达到可以感觉到的响度，此时就察觉到啸叫的苗头。继续循环下去，声音就会越来越大，最后达到不能忍受的地步。当然，这个过程比电子电路中的振荡形成的过程要慢的多。主要原因是声音在空气中传播的速度要远远低于电子在电路中传导的速度。这时如果不赶紧将系统对此频率的闭环电压放大倍数降下来，使闭环电压放大倍数小于1，则啸叫会越来越大。如果设法降低了此频率的闭环放大倍数，则此频率的啸叫将被抑制，如果继续将调音台上输出音量控制推子逐步向上推，那么第二个已满足相位平衡的频率的闭环电压放大倍数又可能大于1，在这个新的频率上又会产生啸叫。如果继续增大调音台输出音量，还会出现第三、第四以及更多个啸叫频率。事实上在一个室内扩声系统工作中可能产生啸叫的频率点可能会有几十个，甚至更多。在了解啸叫的形成过程后，可以清楚的看出，啸叫形成过程有她自己的特点，即每经过一次循环同一频率的信号幅度都比前一次大。这种特性显然与节目音乐信号的情况不同，除了少数节目对同一音符随着时间增加其强度外，节目音乐几乎不会形成啸叫，所以可以根据啸叫的形成过程判断出啸叫正在形成，从而对出现啸叫的频率实施降低3分贝，如果不能抑制啸叫没那么就要继续降低三分贝。过去使用模拟电子设备时不能及时找到啸叫形成的过程，现在利用数字电子技术，以及最新的DSP（数字信号处理）的速度非常快，可以在短时间内发现啸叫的过程，并利用软件技术形成一个以该频率为中心的窄带陷波滤波器，抑制啸叫频率，达到控制啸叫的目的。可以这样说，利用专门的设备自动抑制啸叫的机理是根据啸叫形成的过程的特点，而不是根据那个频率比那个频率幅值大，而去简单的抑制幅值大的频率，因此一般来说不会影响音乐效果。3减少啸叫的措施为了减少啸叫的产生，保证良好的音响效果，首先要从厅堂的建筑声学设计上考虑，厅堂内部尺寸、形状以及后来的装修都会影响将来的扩声效果，但是，现今很多厅堂在设计时往往没有这方面的考虑，绝大多数时在后来音响设备安装时才发现厅堂内部的声学缺陷，如果在进行厅堂装修设计时能够对该厅堂的建筑声学进行初步的估算，看看是否在传声器附近有较强的反射面，或者初步估算一下混响时间是否过长，那么都可以在装修时采取必要的措施，比如在墙壁上使用空腔结构加强对低频声音的吸收，使用软包结构加强对中高频声音的吸收，另外，市场上还有很多吸音装饰材料可供选择，都可以有效的减少声音的反射，从而达到抑制啸叫，缩短混响时间的目的。在建筑声学有了保证后，进行正确的音响系统设计，是减少声反馈引起啸叫重要方面，首先，使传声器尽可能不处于扬声器直达的声场内，这是减少啸叫的重要条件，也就是说要正确布置扬声器系统和传声器的位置，包括选择扬声器系统的指向性、放置位置、角度等；传声器指向特性的选择放置位置的正确以及传声器面对的界面是否为强反射界面、距离的远近、传声器附近是否有强反射体，当传声器附近有强反射面比如光滑的墙壁、玻璃时可以考虑加挂窗帘，选用吸音较好的多褶且较厚的面料，可以有效的减少声反射的发生。需要强调的是扬声器系统和传声器系统的频率响应特性也是影响啸叫产生的重要因素，当扬声器系统幅频响应曲线出现较多尖峰时，就容易形成啸叫，因为这些尖峰所在的频率点的增益比平均增益大，那么，这些频率点的闭环放大倍数就容易满足大于1的条件，从而产生啸叫，同样，传声器的幅频响应曲线上出现较多的尖峰时也容易产生啸叫，所以在选择扬声器系统和传声器系统时应该注意他们的幅频响应曲线是否相对比较平滑，出现尖峰的频率点越少越好，尤其是要避免选择有较大尖峰的器件。同意扩声系统中使用扬声器的数量越多，产生啸叫的频率点也越多，比率几乎是成倍地增加，抑制啸叫的难度也越来越大，所以在现场扩声过程中，一些暂时不使用的传声器应该置于关闭的状态。在这些工作的基础上使用一些音响设备来进一步抑制啸叫，一种常见的办法是使用13倍频程均衡器将啸叫点频率的增益衰减36分贝，这样的操作对于工作人员要求比较高，首先要通过听觉判断出啸叫频率，然后在均衡器上找到与啸叫点频率最近的频段进行衰减，由于这种均衡器一个推子是13倍频程宽，操作时啸叫点附近的频率也将被衰减，这样对音质产生比较大的影响，尤其是当啸叫点比较多时，影响就更大了。另外很多扩声系统中都配备了反馈抑制器，常见的是塞宾的反馈抑制器，它能够根据啸叫形成的机理能够自动找到多个啸叫频率，存储下来，并以这个频率为中心形成一个15或110倍频程的窄带陷波滤波器降低该频率的幅值，因为这种陷波方式比均衡器陷波方式要窄很多，所以听觉上难以分辨，对音质的影响也比较小。很多时候我们发现音响系统中也既用了均衡器也使用了反啸叫抑制器，为什么啸叫的情况还是经常发生，这要从多方面分析这个问题，一是前期对厅堂声场的设计是否合理，是否为防治啸叫采取了响应的设计，并在后来的装修中采取了相应的措施，做了吸音处理，如果没有这方面的考虑也没有采取措施，声学条件比较差，那么，抑制啸叫就是一件非常困难的事情，此时单凭音响系统中的反啸叫设备是不能完成抑制啸叫的。