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Peavey混音器：用最小成本获得最佳声场
2010/10/9/8:44来源：慧聪音响灯光网
     慧聪音响灯光网10月9日报道 随着社会的进步、科技的不断发展，会议室、厅堂、影剧院等扩声场所对音质的要求也越来越高。而目前由于装修材料趋于环保、安全等方面的考虑，尤其是高档场所设计，多采用玻璃、石材等硬制质材料，从而导致严重的建筑声学缺陷，造成大量的声反射、声干涉、声反馈、梳状滤波等声学缺陷。
    随着生活水平的不断提高，人们常在高品质带着声学缺陷的场所里开会、演讲等，而又要保证所有参会者听得到、听得清、听得好，这就给扩声系统带来了难题。
    当一个扩声系统被引入到一个声学环境中，就不可避免的会产生反馈。而在一个声学环境中往往有很多个参会发言者，就意味着有很多拾音设备，当发言者的声音通过不同距离的拾音设备进入到系统中时，使得某些频率增强、某些频率减弱，常引发反馈和声音干瘪等现象，参会者容易产生听觉疲劳、烦闷不安等状态，使得会议无法正常有序的进行。由此可见人们在声学环境中遇到的啸叫、混浊等问题的严重性。那么如何用最小的成本去解决这些问题呢？自动混音器是最理想的选择，它是声学环境中必不可少的设备。
    一、麦克风在声学环境中存在的问题——反馈和梳状虑波是如何产生的
    试想一下，一个灯吊挂在一个白色房间的中央，随着距离的增加，
    光源在房间中的反射从灯泡中发出的强烈的光线不断的衰弱，并经过墙壁的反射后又回到房间中，但是总体来看，房间的光亮度适当。我们把灯泡看作是一个音箱，或者是一个扬声器系统，把反射的光线看作是回响的声音。然而在这个类推法中有重要的区别：第一，我们不能用光线来传输信息，而是用声波来实现。第二，声音传播得慢。房间中反射的光线可以使房间明亮，更加容易看清事物，但是传播速度慢的声波会增加或者阻碍我们的辨听能力。
    在一个大型回响房间里，音量可能很大，声场也比较均匀，但是随机的反射会限制扩声系统的可懂度。那么反射是怎样影响扩声系统的。在一个没有反射的环境中，距离每增加一倍，从点声源发出的声音会衰减6dB。在一个有回响的环境中，该理论一样适用于点声源所发出的直达声。
    当我们在一个点声源的环境中不断移动改变位置，到达一个直达声和回响声相等的临界点。当超越该点的时候，根据回响环境的性质，音量会保持不变，然而，越是贴近音源，直达声就越大，回响声则越小。
    1.1单支麦克风的声场
    当一个扩声系统中的麦克风，将声音转化为电信号，在调音台或前置放大器中进行放大，然后在功放中进一步增加功率，通过扬声器转化为声信号。当来自扬声器的直达声和反射声作用在话筒振膜上的信号大于发言者讲话作用在话筒振膜上的信号时，反馈就发生了。该情况一般发生在某一个频率上，产生啸叫声，就是我们所说的反馈。即使综合声压到达麦克风时略低于发言者讲话的信号，它仍然可以通过该系统，产生影响听觉的鸣叫声。
    为了防止声反馈的问题，我们必须保证从扬声器系统发出的最大的声音音量到达麦克风时要远比发言者讲话时的信号低。为了安全起见，我们一般都要求两者间有6dB的差额。
    1.2多只麦克风的声场
    如果一个声学环境中的扩声系统只有一支麦克风，那么调音工作就很简单。事实上每个声学环境的扩声系统都不止一支麦克风在同时工作，相应的声场处理难度就随之增大。解决方法之一就是调整每支麦克风的位置（距离麦克风的间距减小一倍，系统增益将增大6dB），以使总输出电平均衡，使听众得到均衡的音量，而现场又不允许我们这样做，我们必须按照坐席来调整麦克风的位置。那么我们就要考虑增加麦克风时，系统内部产生的影响扩声效果的原因。
    我们来试想一下，在一个会议室中，两个相距90cm的发言者。如果把一个麦克风放置在他们中间，在他们前60cm的位置，那么每
    个人与麦克风的距离就是80cm。我们还将假设他们每个人发出的声音到达麦克风是70分贝的声压级，并且高于扬声器系统的回响6dB，回响声场也就是64dB。在这些条件下，我们就有一个稳定的扩声系统；当然，我们最好也能给听众区达到64分贝的电平。
    现在让我们来看看同样的情况下使用两个麦克风。每个发言者前40cm的位置各放置一个麦克风。那么相较前面的例子，由于距离缩短了一倍，每个发言者在各自的麦克风中提升了6分贝响度（76分贝）。但是同时来自扬声器的信号都进入了两个麦克风中，信号叠加后，那么系统的总增益就增加3dB，而综合声场跟着增加3dB，即73dB，那么综合声场和发言者的信号只相差3dB。为了恢复到6dB的差额，我们必须要减少每个麦克风3dB的增益，系统总增益减小3dB。
    在前面的例子中，我们可以通过改变麦克风与发言都的距离，来实现6dB的差距，但是麦克风离得太近也会产生问题。随着麦克风与发言者距离的减少，微小的距离改变，音效和音量可以发生很大的变化，小小的6dB从听感上较以前几乎是大了一倍，那么发言者的行动就会受限，因为他微小的移动可以很大程度的影响听众的收听效果。
    从上面的例子中，我们可以得知，当我们双倍的往扩声系统中增加麦克风时，那么系统增益会增加3dB，那么为了防止反馈的发生，每次增加麦克风，都要将每个麦克风的增益减小3dB，当我们能够控制所有的麦克风增益就像一支话筒开启时的状态，就可以通过拉近麦克风的距离，使综合声场得到6dB的增长，而又不会影响反馈的安全差额。
    1.3梳状滤波产生的原因
    当综合声场的信号通过两个不同的路径到达同一支话筒或者到达两只与发言者距离不同话筒的时候，干涉就会明显影响扩声的效果，它是通过相同频率的信号相互增强，不同频率的信号相互削减造成的，这种影响我们称为梳状滤波。如果我们查看频率响应曲线，我们可以看到一系列突起和v型凹槽，就像一把梳子的形状（如下图）。它们可以作为一些特殊效果如镶边等，有时会用在现代音乐中。

不同频率的信号相互削减造成的梳状滤波
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    感受梳状滤波对声场的影响可以借用录音软件，将单支话筒或者两只话筒摆放在桌子上，发言者讲话时，将麦克风从离桌面60cm的高度放回到桌面，从录音回放中可以清晰的听到梳状滤波对声场影响是多么的大。或者把两只麦克风设置相同的音量，一支麦克风在发言者前60cm的位置，同时把第二支话筒缓慢的从远距离的地方移动第一支话筒的位置，它们之间的干涉是非常的明显，同样可以在录音中轻易的听出来。
    当使用多支麦克风的时候，为了避免这个令人讨厌的效果，我们通过试验得出一个结果，就是使其他话筒拾取发言者的音量传输到调音台中比发言者面前的话筒传输到调音台的声音低10dB。要达到此目标有2种方法来解决。第一个，如果所有的麦克风都开启，并且都设置为相同的增益，那么其他麦克风与发言者的距离应该是他与他最近的麦克风距离的3倍。第二个解决方法就是减少除了发言者使用的其他麦克风的增益。
    通过上面的举例论证，要用最小的代价得到最佳的声场，也就是让参会者听得到、听得清、听得好，那么就要合理的解决声反馈、声干涉、梳状滤波效应等这些必然存在的问题。根据科学实验证明，解决这些问题，就是保证系统在两个安全系数内运行，第一：保证发言者与综合回响声之间的差值等于或大于6dB；第二：保证其他话筒拾取发言者的音量传输到调音台中比发言者面前的话筒传输到调音台的音量低10dB。如何用最小的成本的解决这好这些问题，使用调音台不科学，而且也达不到让人满意的效果；使用媒体矩阵，价格昂贵，大多数客户无法接受；使用自动混音器就可以实现以最小的成本得到最佳的扩声效果。
    二、自动混音
    自动混音器，顾名思义，自动混和并处理来自多个麦克风的信号，而不需要系统操作员。在多个麦克风系统中，自动混音器能在反馈之前提高增益，消除梳状滤波，使听众不但听得到，而且还能听得清的必不可少的设备。
    传统的调音台，把各自麦克风信号加在一起，提供给系统的麦克风数目每增加一倍，有效增益就会增加3dB。因此，如果一个系统操作员不在，没有降低麦克风电平或没有关闭未使用的麦克风，就会导致啸叫。综上所述，一个系统中只开启必要的麦克风是最好的手段之一，这就需要一台设备能判定哪支麦克风要开启，哪支要关闭。而实现这一功能的最佳设备——自动混音器。
    自动混音器采用的技术方法：
    1.固定阈值：
    固定阈门使用一个声控开关，即VOX（声控开关）系统，就是在每个麦克风通道中装一个检测器，可以进行简单的切换，只要环境电平达到预设的阈值，VOX系统就会激活麦克风。但是无法最大程度的判断是环境噪音还是有效的麦克风信号，也不能判断来自室内及临近的噪音。
    2.自适应阈值：
    自适应阈值技术有几种不同的应用技术，环境感应、方向感应、高-低扫描、低-高扫描、增益共享等技术。
    2.1环境感应和方向感应：是借用麦克风来感应环境的噪音，不同的区别是，环境感应针对的是整体环境，而方向感应针对的是临近的麦克风，他们都有共同的缺点，即都需要额外的硬件，使得造价大大提高。
    2.2扫描阈值：系统扫描所有输入通道的电平，并激活电平最高的通道，并且始终重复扫描。如果在遇到另外一个通道电平高于先前扫描通道的电平时，就会立即激活该通道，而之前激活的通道会维持短暂的时间然后关闭，这个过程发生的很快，不影响发言。
    2.3增益共享：它是利用电压控制放大器（VCAS）改变每个麦克风通道的增益来代替使用开关。这种方法用一个特殊的控制总线来总和所有的输入通道，每个通道的增益经过调整来适应总电平，整体系统增益保持不变。在这个系统中，有最强信号的麦克风被给予最高的增益，相应的，是低电平的信号的增益就被减少了。具体来讲，每个麦克风通道的衰减是取决于量，以dB的形式，等于麦克风通道和麦克风通道电平的总和的差额。
    3.门控技术；最广泛的就是噪声门（不一定是最好的，但一般是性价比最高的），噪声门（或门）允许高于阈值的信号通过，不允许低于阈值的信号通过。但是，麦克风开启时会产生“噗”的声音，此外它使用的是固定阈值的方法。后来发展到了“过零门限”，当声波过振幅为0的坐标时（过0点）开启，大多数混音器就利用这种门控技术，降低了基本门电路的噪音。除了“过0”这种方法，还有其他电子逻辑电路用在这个技术中，提供了更多更好的方法来区分环境噪音和“真正”的信号。降噪扩展器是一个增益随输入电平减小而减小的放大器，只要前置放大器的输入电平减少，就要继续这种“向下”增益衰减。之所以称为扩展器，就是因为当增益减小时，通过减少信号本底噪音，而且向下的衰减值可以设置。
    4.NOM技术：当只有一只麦克风打开的时候，系统的增益就会保持一致。这就是所谓的NOM=1，或者打开的麦克风数是1。为了执行操作，许多的自动混音器增加NOM衰减电路来统计在系统中打开的麦克风数目，然后会根据预先设置的数量来衰减输出。举个例子，如果有2支麦克风打开的时候，NOM电路就会使输出衰减3dB来保持NOM=1和阻止声音的反馈。输出的衰减量如下表所示。一些系统允许设置NOM衰减量大于10log（NOM）衰减。
    Peavey的自动混音器采用一个独特的增益管理系统，结合了增益共享和向下扩展，利用VCA的最新技术，扩展和NOM计算结合使用。当一个人的说话声进入麦克风时，那么这个麦克风就会获得所有可用的增益；当两个人的说话声进入到两支麦克风时，那么它们就共享可用的增益。这种技术把所需增益与可用增益相互对比，为开启麦克风提供一个完美的开启与关闭之间的过渡，同时也保持增益稳定下有适合的总的整体增益。