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| 專業(yè)音響系統(tǒng)聲反饋及消除方法 |
| 發(fā)布時(shí)間：2018-1-3 10:42:40 |
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專業(yè)音響系統(tǒng)聲反饋及消除方法
嘯叫是擴(kuò)聲系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的一種不正常現(xiàn)象，廣大專業(yè)音響工作者為了消除它，做了大量的工作但仍不可能將聲反饋完全消除掉。筆者認(rèn)為，消除聲反饋應(yīng)采取綜合防治的方法，從研究聲反饋發(fā)生機(jī)理入手，探索消除聲反饋方法，只有這樣才能逐步提高對(duì)聲反饋的抑制水平。
2、聲反饋產(chǎn)生的原因
聲反饋是音箱聲音能量的一部分通過(guò)聲傳播的方式傳到傳聲器而引起的嘯叫現(xiàn)象，在出現(xiàn)嘯叫前的臨界狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)振鈴聲（即聲音停止后的高頻尾聲），此時(shí)一般也認(rèn)為是聲反饋現(xiàn)象。將音量衰減6dB后，定義為最高可用增益，無(wú)聲反饋現(xiàn)象發(fā)生。
2．1 聲反饋產(chǎn)生的條件
（1）傳聲器與音箱同時(shí)使用；
（2）音箱放送的聲音能夠通過(guò)空間傳到傳聲器；
（3）音箱發(fā)出的聲音能量足夠大、傳聲器的拾音靈敏度足夠高。
在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，當(dāng)使用傳聲器拾音時(shí)，由于傳聲器的拾音區(qū)域與音箱的放音區(qū)域不可能采取隔離措施時(shí)，音箱發(fā)出的聲音通過(guò)空間傳到傳聲器，由于放大電路增益過(guò)高而導(dǎo)致聲反饋（回授）。一般來(lái)說(shuō)，只有在擴(kuò)聲系統(tǒng)中才存在嘯叫問(wèn)題，在錄音和還音系統(tǒng)中根本不具備產(chǎn)生嘯叫條件。如錄音系統(tǒng)中只有監(jiān)聽(tīng)用音箱，錄音棚中傳聲器的使用區(qū)域與監(jiān)聽(tīng)音箱的確良放音區(qū)域是互相隔離的，不具備聲音回授的條件；而在電影還音系統(tǒng)中幾乎不使用傳聲器，即使偶爾使用傳聲器，也是在放映室中做語(yǔ)言近講拾音，放映音箱距傳聲器很遠(yuǎn)，所以也就不可能發(fā)生聲反饋。
擴(kuò)聲系統(tǒng)出現(xiàn)嘯叫的主要原因是系統(tǒng)中某些頻率的聲音（信號(hào)）過(guò)強(qiáng)，當(dāng)提升傳聲器通路增益時(shí)，由于這些過(guò)強(qiáng)的頻率率先到達(dá)聲反饋所需要的強(qiáng)度條件如果該頻率的反饋類型恰為正反饋，則必然在此頻率上出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，自激振蕩頻率的高低，表現(xiàn)為嘯叫聲音音調(diào)的高低。
2．2 聲反饋產(chǎn)生的原因
（1）房間的形狀及聲學(xué)狀況
任何一個(gè)房間都可以被認(rèn)為是一個(gè)聲學(xué)共振腔體，共振會(huì)使某些頻率的聲音被除數(shù)格外加強(qiáng)。按建聲原理，不同體形和容積的房間其共振頻率是不同的，通過(guò)房間簡(jiǎn)正共振公式，可算出一個(gè)房間的共振頻率；另一方面，吸聲材料對(duì)不同頻率的反向和吸收也是不同的，不同材料對(duì)不同頻率的吸聲系數(shù)差異很大，吸聲結(jié)構(gòu)的不同也會(huì)導(dǎo)致對(duì)不同頻率的吸收不盡相同。故房間的聲學(xué)狀態(tài)（主要是聲染色情況）對(duì)于聲反饋的作用不可低估。
（2）音箱頻響的起伏與振鈴模態(tài)
音箱的發(fā)音單元為揚(yáng)聲器，由于材料和結(jié)構(gòu)等多方面原因，任何一只揚(yáng)聲器都不可能保證頻響曲線絕對(duì)平直，肯定會(huì)有某些頻率出現(xiàn)尖峰的情況。于是，在音箱放音時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音就會(huì)出現(xiàn)某些頻率聲音過(guò)強(qiáng)的現(xiàn)象，這個(gè)過(guò)強(qiáng)頻率的聲音就有可能造成嘯叫。揚(yáng)聲器安裝在音箱中，音箱腔體的機(jī)械共振和腔體的聲學(xué)共振會(huì)產(chǎn)生一種振鈴模態(tài)RM（Ring Mode），這種振鈴模態(tài)會(huì)導(dǎo)致聲染色的發(fā)生，即音箱發(fā)出的聲音中某些頻率成分過(guò)強(qiáng)，在此頻率上也可能產(chǎn)生聲反饋。
（3）傳聲器對(duì)某些頻率的拾音靈敏度過(guò)高
傳聲器的頻響特性是決定傳聲器音色和適用范圍的重要條件。與揚(yáng)聲器一樣，傳聲器的頻響曲線也不可能保證絕對(duì)平直，對(duì)某些頻率的拾音靈敏度過(guò)高的情況在所難免，這就是說(shuō)，傳聲器對(duì)于各個(gè)頻率的拾聲靈敏度不同，這就會(huì)造成對(duì)某些頻率的聲音輸出過(guò)強(qiáng)，其結(jié)果就可能在這些頻率出現(xiàn)聲反饋現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，傳聲器在高頻段中的某些頻率靈敏度偏高，故更容易在高頻產(chǎn)生嘯叫。
3、聲反饋的危害
聲反饋現(xiàn)象一旦發(fā)生，輕者會(huì)造成傳聲器通路音量無(wú)法調(diào)大，調(diào)大后嘯叫非常嚴(yán)重，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)演出會(huì)造成惡劣影響，或傳聲器聲音開(kāi)大后出現(xiàn)聲音振鈴現(xiàn)象（即位于聲反饋臨界點(diǎn)時(shí)傳聲器聲音的尾音現(xiàn)象），聲音存在混響感，破壞音質(zhì)；重者導(dǎo)致音箱或功率放大器由于信號(hào)過(guò)強(qiáng)而燒毀。
能否將嘯叫充分抑制，是衡量一個(gè)擴(kuò)聲專業(yè)音響師調(diào)音技術(shù)水平的重要因素。因?yàn)閲[叫抑制得好，用傳聲器演唱和演奏時(shí)，音量可調(diào)空間大，使演唱和演奏得到滿意效果。
由于聲反饋而燒毀音箱高音單元的情況不勝枚舉，因?yàn)樵诼暦答仩顟B(tài)下信號(hào)很強(qiáng)，會(huì)使功放出現(xiàn)削波（切頂）失真，削波失真就產(chǎn)生大量的高頻諧波，這些高頻波送入音箱高音單元后，高音單元無(wú)法承受如此強(qiáng)大的高頻信號(hào)，就會(huì)造成音圈燒毀；再說(shuō)，在聲反饋狀態(tài)下，功放會(huì)由于輸出過(guò)大而發(fā)生過(guò)載，也極可能被燒毀。
綜上所述，聲反饋對(duì)于擴(kuò)聲系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不僅會(huì)使聲音效果不理想，還會(huì)造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞、影響現(xiàn)場(chǎng)演出順利進(jìn)行，造成十分惡劣的影響。
4、聲反饋的抑制方法
在擴(kuò)聲實(shí)踐中，音響師們總結(jié)出了許多抑制音響系統(tǒng)聲反饋的方法，建聲專家采取了一些行之有效的消除聲反饋的措施，電聲專家們研制和開(kāi)發(fā)了多種電聲設(shè)備，以減少聲反饋現(xiàn)象的發(fā)生，這些切實(shí)可行的舉措應(yīng)用后，取得了良好的效果，下面簡(jiǎn)單地介紹抑制、減少和消除聲反饋的方法。
4.1 使音箱的聲音不易傳到傳聲器中
要想使音箱發(fā)出的聲音不易傳到傳聲器中以減少聲反饋現(xiàn)象發(fā)生的可能性，可以采取如下措施。
（1）傳聲器遠(yuǎn)離音箱。這種方法在歌舞廳很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦栉鑿d的面積一般都不大。但在劇院或大型演出場(chǎng)所中，這種方法會(huì)有一定的作用，例如可以考慮將傳聲器吊在樂(lè)隊(duì)或舞臺(tái)上方拾音，這樣既可以保證傳聲器距聲源足夠近，也可以盡可能使傳聲器與音箱遠(yuǎn)離。
（2）利用音箱和傳聲器的指向性。利用音箱和傳聲器的指向特性來(lái)抑制聲反饋嘯叫，往往也會(huì)起到一不定期的作用，如果傳聲器的使用位置不在音箱聲音的輻射區(qū)域，音箱的聲音就不容易傳到傳聲器中；另一方面，在使用指向性傳器時(shí)不要讓其正對(duì)音箱，盡量避免產(chǎn)生嘯叫。在實(shí)際應(yīng)用中，可以適當(dāng)調(diào)整音箱的角度，使音箱的聲輻射區(qū)域盡量不在音箱的放音區(qū)域演唱，而且傳聲器不要正對(duì)音箱。
（3）適當(dāng)減少傳聲器通路的音量。這樣做會(huì)使演唱或樂(lè)隊(duì)拾音受到限制，演出效果受影響，但有時(shí)音響師不得不采取這種減少音量的下策。如根據(jù)演出情況實(shí)時(shí)控制音量大小，當(dāng)有振鈴現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，調(diào)音師要及時(shí)將音量拉下來(lái)，以免出現(xiàn)嘯叫。當(dāng)演員手持或佩帶傳聲器經(jīng)過(guò)音箱前時(shí)，也要注意控制音量，否則也會(huì)造成嘯叫。
（4）如果調(diào)音臺(tái)的參量均衡器帶Q值調(diào)節(jié)，可采取音量補(bǔ)償措施，對(duì)通路的聲音加以適當(dāng)補(bǔ)償方法是：將均衡器的頻帶調(diào)到傳聲器拾音音源聲音的頻帶范圍，將此頻帶進(jìn)行提升處理，出現(xiàn)嘯叫前立刻停止。
4．2 使用能抑制聲反饋的聲處理設(shè)備
消除聲反饋，也可通過(guò)對(duì)聲音信號(hào)的處理來(lái)解決，目前各電聲設(shè)備生產(chǎn)廠家研制了多種可以抑制聲反饋的設(shè)備，這對(duì)抑制聲反饋有很好的效果，下面介紹幾種主要的設(shè)備。
（1）移頻器。這是一種可改變聲音頻率的設(shè)備，工作原理類似變調(diào)器，它能將聲音信號(hào)的頻率增加5Hz，破壞產(chǎn)生聲反饋的條件，從而抑制了聲反饋。但是，該設(shè)備的使用具有一定的局限性，在語(yǔ)言擴(kuò)聲時(shí)使用起來(lái)設(shè)備的使來(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)。這是因?yàn)檎Z(yǔ)言的下限頻率范圍是在130~350Hz之間，僅5Hz的音調(diào)變化不會(huì)使人們有明顯的音調(diào)變高的感覺(jué)，但是在聲樂(lè)和器樂(lè)的下限頻率為20Hz左右，5Hz的音調(diào)變化人耳已經(jīng)明顯地察覺(jué)出來(lái)了。
（2）均衡器和反饋抑制器。這兩種設(shè)備都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。均衡器與反饋抑制器的不同之處在于，均衡器需要根據(jù)嘯叫的頻率手工將饋點(diǎn)拉下來(lái)；而反饋抑制器則可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)聲反饋頻率并將其衰減下來(lái)，衰減的頻帶寬度和衰減量由機(jī)器根據(jù)實(shí)際情況自行決定，幾乎不會(huì)對(duì)音質(zhì)造成任何影響，還會(huì)使傳聲器拾取的聲音變得好聽(tīng)。
（3）壓限器。壓限器是一種根據(jù)輸入信號(hào)強(qiáng)弱自動(dòng)改變輸出信號(hào)放大量（增益）的設(shè)備。用于抑制聲反饋時(shí)可以將壓縮比調(diào)到∞：1（此時(shí)它為限制器），將閾值調(diào)到反饋臨界點(diǎn)。這樣，當(dāng)音量大到即將產(chǎn)生聲反饋時(shí)，聲音信號(hào)強(qiáng)度超過(guò)了閾值，強(qiáng)度也不會(huì)再繼續(xù)增加，因而也就不會(huì)產(chǎn)生聲反饋了。但用壓限抑制聲反饋會(huì)帶來(lái)聲音動(dòng)態(tài)損失，故應(yīng)盡量少用這種方法。
4．3 搞好房間建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)
房間出現(xiàn)聲染色是導(dǎo)致聲反饋的最主要聲學(xué)原因。如前所述，作為一個(gè)腔體的房間，產(chǎn)生聲學(xué)共振是不可避免的，而共振會(huì)使聲音中的某些頻率得到加強(qiáng)，在這個(gè)頻率上產(chǎn)生聲反饋嘯叫是理所當(dāng)然的。消除文章聲染色的主要方法，就是要盡可能減少簡(jiǎn)正共振現(xiàn)象的發(fā)生。
室內(nèi)存在凹面反射會(huì)引起聲聚焦現(xiàn)象的發(fā)生，而聲聚焦會(huì)導(dǎo)致聲場(chǎng)內(nèi)局音量過(guò)強(qiáng)，當(dāng)傳聲器在聲聚焦區(qū)域拾音時(shí)，由于聲音能量的回授量很大，極有可能發(fā)生嘯叫現(xiàn)象。在做室內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要采取各種措施，盡量避免凹面反射聲，如果房間中存在無(wú)法克服的凹凸不平的面組成，這對(duì)減少和抑制聲反饋有積極意義。
在選擇室內(nèi)裝修材料和方案時(shí)，應(yīng)充分考慮吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)對(duì)各個(gè)頻率吸收（反射）均勻的問(wèn)題，以減少對(duì)不同頻率的聲音反射或吸收不一致的情況，這不僅對(duì)房間的頻響特性的改善有好處，而且還可以進(jìn)一步消除聲染色現(xiàn)象。
4.4 合理選用音箱
音箱的指向特性和頻響特性對(duì)聲反饋有重要作用，其指標(biāo)將決定音箱在使用時(shí)聲反饋的嚴(yán)重程度，音箱選用得當(dāng)，聲反饋發(fā)生的可能性會(huì)大大減少。
音箱的指向性是音箱對(duì)各個(gè)方向輻射聲音的能力，指向角度大的音箱，音箱發(fā)出的聲音容易直接送到傳聲器中，聲反饋的可能性增加，指向角度小的音箱減少了音箱聲音直接回授到傳聲器的可能性，聲反饋就不大容易發(fā)生。所以，在滿足聽(tīng)音區(qū)域聲音覆蓋的前提下，選擇指向角度小的音箱對(duì)于減少聲反饋姓來(lái)說(shuō)將更為有利。
前面已介紹過(guò)，影響音箱頻響特性的原因主要有揚(yáng)聲器的頻率特性和音箱的振鈴模態(tài)（RM）。購(gòu)買音箱時(shí)，在保證音色和音質(zhì)的前提下，可考慮挑選頻響曲線平坦且無(wú)明顯尖峰的音箱，因?yàn)檫^(guò)強(qiáng)的頻率尖峰極有可能誘發(fā)嘯叫。1998年，美國(guó)EV公司研制成功了使用帶有RMD技術(shù)的音箱，它采用振動(dòng)阻尼和聲學(xué)吸收的方法，旨在消除共振的腔體聲學(xué)共振和箱體的機(jī)械共振、減少聲染色，不僅音質(zhì)得到了明顯提高，聲反饋現(xiàn)象也得到了一定的抑制。
4．5 合理選用傳聲器
傳聲器的主要作用是拾取聲音信息，在拾音時(shí)應(yīng)盡可能做到拾取需要的聲音，避免拾取到不需要的聲音，這不僅對(duì)于提高拾取的聲音質(zhì)量大有裨益，而且也可以減少聲反饋的發(fā)生。
值得關(guān)注的是，2只頻率響應(yīng)和指向性相同的傳聲器，并不會(huì)因?yàn)閭髀暺黛`敏度高而就容易產(chǎn)生聲反饋。在擴(kuò)聲系統(tǒng)中滿足所需的輸出聲壓級(jí)時(shí)，靈敏度高的傳聲器相對(duì)于靈敏度低的傳聲器，不需要把增益調(diào)得太大，避免了過(guò)大的增益而產(chǎn)生聲反饋，如電容傳聲器靈敏度可達(dá)20mV/Pa，而動(dòng)圈傳聲器靈敏度接近1Mv/Pa，兩者相關(guān)約10倍，故前者較后者放大器增益可以減小（即20dB）。如果因操作不當(dāng)，把增益調(diào)得過(guò)高而產(chǎn)生嘯叫，這不應(yīng)歸咎于傳聲器的靈敏度高。如果誤認(rèn)為傳聲器靈敏度高的比低的易產(chǎn)生嘯叫，而選擇低靈敏度的傳聲器，就可能把高質(zhì)量傳聲器的優(yōu)點(diǎn)（如信噪比高，可以拾取微弱聲音）抹掉了。
指向性是傳聲器對(duì)不同角度聲音的接收能力，指向角度大，拾音區(qū)域廣，但也容易將擴(kuò)聲場(chǎng)的聲音拾取下來(lái)造成嘯叫，如壓力區(qū)傳聲器（PZM）由于拾音角度大（可達(dá)120°）就很容易產(chǎn)生嘯叫。
傳聲器指向性從指向角度方面按從小到大的順序排列分別有強(qiáng)指向、雙向（90°）、銳心形（105°）、超心型（115°）、心型（131°）和無(wú)指向性（360°）等多種。從抑制聲反饋的角度來(lái)看，指向角度越小越好，有些傳聲器說(shuō)明書上標(biāo)明具有軸外排斥特性，也就是它的指向角度比較銳直，有良好的抑制聲反饋的性能。傳聲器指向特性的選取要合理，因?yàn)橹赶蚪嵌忍?huì)造成拾音區(qū)域也相應(yīng)減小，所以在選擇傳聲器指向性時(shí)要綜合考慮，不要顧此失彼。
傳聲器頻響特性曲線出現(xiàn)尖峰也容易引起聲反饋，由于傳聲器的頻率特性不平坦，傳聲器輸出信號(hào)肯定不會(huì)在各頻率上完全一樣，致使輸出信號(hào)在某些頻率上過(guò)強(qiáng)，這就為聲反饋提供了條件。在挑選傳聲器時(shí)應(yīng)注意其頻響特性，盡可能不要有明顯的尖峰，品牌傳聲器在出廠時(shí)要經(jīng)過(guò)頻響曲線的測(cè)試，即使是同一型號(hào)的傳聲器，其頻率曲線也是有一定差異的。
隨著音響技術(shù)的不斷發(fā)展，消除和抑制聲反饋的手段將會(huì)越來(lái)越多，但從理論上講，擴(kuò)聲系統(tǒng)根本消除聲反饋現(xiàn)象是不很現(xiàn)實(shí)的。
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