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| 專業音響系統聲反饋及消除方法 |
| 發布時間：2018-1-3 10:42:40 |
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專業音響系統聲反饋及消除方法
嘯叫是擴聲系統中經常出現的一種不正常現象，廣大專業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。筆者認為，消除聲反饋應采取綜合防治的方法，從研究聲反饋發生機理入手，探索消除聲反饋方法，只有這樣才能逐步提高對聲反饋的抑制水平。
2、聲反饋產生的原因
聲反饋是音箱聲音能量的一部分通過聲傳播的方式傳到傳聲器而引起的嘯叫現象，在出現嘯叫前的臨界狀態，會出現振鈴聲（即聲音停止后的高頻尾聲），此時一般也認為是聲反饋現象。將音量衰減6dB后，定義為最高可用增益，無聲反饋現象發生。
2．1 聲反饋產生的條件
（1）傳聲器與音箱同時使用；
（2）音箱放送的聲音能夠通過空間傳到傳聲器；
（3）音箱發出的聲音能量足夠大、傳聲器的拾音靈敏度足夠高。
在擴聲系統中，當使用傳聲器拾音時，由于傳聲器的拾音區域與音箱的放音區域不可能采取隔離措施時，音箱發出的聲音通過空間傳到傳聲器，由于放大電路增益過高而導致聲反饋（回授）。一般來說，只有在擴聲系統中才存在嘯叫問題，在錄音和還音系統中根本不具備產生嘯叫條件。如錄音系統中只有監聽用音箱，錄音棚中傳聲器的使用區域與監聽音箱的確良放音區域是互相隔離的，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言近講拾音，放映音箱距傳聲器很遠，所以也就不可能發生聲反饋。
擴聲系統出現嘯叫的主要原因是系統中某些頻率的聲音（信號）過強，當提升傳聲器通路增益時，由于這些過強的頻率率先到達聲反饋所需要的強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自激振蕩現象，自激振蕩頻率的高低，表現為嘯叫聲音音調的高低。
2．2 聲反饋產生的原因
（1）房間的形狀及聲學狀況
任何一個房間都可以被認為是一個聲學共振腔體，共振會使某些頻率的聲音被除數格外加強。按建聲原理，不同體形和容積的房間其共振頻率是不同的，通過房間簡正共振公式，可算出一個房間的共振頻率；另一方面，吸聲材料對不同頻率的反向和吸收也是不同的，不同材料對不同頻率的吸聲系數差異很大，吸聲結構的不同也會導致對不同頻率的吸收不盡相同。故房間的聲學狀態（主要是聲染色情況）對于聲反饋的作用不可低估。
（2）音箱頻響的起伏與振鈴模態
音箱的發音單元為揚聲器，由于材料和結構等多方面原因，任何一只揚聲器都不可能保證頻響曲線絕對平直，肯定會有某些頻率出現尖峰的情況。于是，在音箱放音時，揚聲器發出的聲音就會出現某些頻率聲音過強的現象，這個過強頻率的聲音就有可能造成嘯叫。揚聲器安裝在音箱中，音箱腔體的機械共振和腔體的聲學共振會產生一種振鈴模態RM（Ring Mode），這種振鈴模態會導致聲染色的發生，即音箱發出的聲音中某些頻率成分過強，在此頻率上也可能產生聲反饋。
（3）傳聲器對某些頻率的拾音靈敏度過高
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。與揚聲器一樣，傳聲器的頻響曲線也不可能保證絕對平直，對某些頻率的拾音靈敏度過高的情況在所難免，這就是說，傳聲器對于各個頻率的拾聲靈敏度不同，這就會造成對某些頻率的聲音輸出過強，其結果就可能在這些頻率出現聲反饋現象。一般來說，傳聲器在高頻段中的某些頻率靈敏度偏高，故更容易在高頻產生嘯叫。
3、聲反饋的危害
聲反饋現象一旦發生，輕者會造成傳聲器通路音量無法調大，調大后嘯叫非常嚴重，對現場演出會造成惡劣影響，或傳聲器聲音開大后出現聲音振鈴現象（即位于聲反饋臨界點時傳聲器聲音的尾音現象），聲音存在混響感，破壞音質；重者導致音箱或功率放大器由于信號過強而燒毀。
能否將嘯叫充分抑制，是衡量一個擴聲專業音響師調音技術水平的重要因素。因為嘯叫抑制得好，用傳聲器演唱和演奏時，音量可調空間大，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，因為在聲反饋狀態下信號很強，會使功放出現削波（切頂）失真，削波失真就產生大量的高頻諧波，這些高頻波送入音箱高音單元后，高音單元無法承受如此強大的高頻信號，就會造成音圈燒毀；再說，在聲反饋狀態下，功放會由于輸出過大而發生過載，也極可能被燒毀。
綜上所述，聲反饋對于擴聲系統來說不僅會使聲音效果不理想，還會造成設備的嚴重損壞、影響現場演出順利進行，造成十分惡劣的影響。
4、聲反饋的抑制方法
在擴聲實踐中，音響師們總結出了許多抑制音響系統聲反饋的方法，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發了多種電聲設備，以減少聲反饋現象的發生，這些切實可行的舉措應用后，取得了良好的效果，下面簡單地介紹抑制、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
要想使音箱發出的聲音不易傳到傳聲器中以減少聲反饋現象發生的可能性，可以采取如下措施。
（1）傳聲器遠離音箱。這種方法在歌舞廳很難實現，因為歌舞廳的面積一般都不大。但在劇院或大型演出場所中，這種方法會有一定的作用，例如可以考慮將傳聲器吊在樂隊或舞臺上方拾音，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抑制聲反饋嘯叫，往往也會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不要讓其正對音箱，盡量避免產生嘯叫。在實際應用中，可以適當調整音箱的角度，使音箱的聲輻射區域盡量不在音箱的放音區域演唱，而且傳聲器不要正對音箱。
（3）適當減少傳聲器通路的音量。這樣做會使演唱或樂隊拾音受到限制，演出效果受影響，但有時音響師不得不采取這種減少音量的下策。如根據演出情況實時控制音量大小，當有振鈴現象發生時，調音師要及時將音量拉下來，以免出現嘯叫。當演員手持或佩帶傳聲器經過音箱前時，也要注意控制音量，否則也會造成嘯叫。
（4）如果調音臺的參量均衡器帶Q值調節，可采取音量補償措施，對通路的聲音加以適當補償方法是：將均衡器的頻帶調到傳聲器拾音音源聲音的頻帶范圍，將此頻帶進行提升處理，出現嘯叫前立刻停止。
4．2 使用能抑制聲反饋的聲處理設備
消除聲反饋，也可通過對聲音信號的處理來解決，目前各電聲設備生產廠家研制了多種可以抑制聲反饋的設備，這對抑制聲反饋有很好的效果，下面介紹幾種主要的設備。
（1）移頻器。這是一種可改變聲音頻率的設備，工作原理類似變調器，它能將聲音信號的頻率增加5Hz，破壞產生聲反饋的條件，從而抑制了聲反饋。但是，該設備的使用具有一定的局限性，在語言擴聲時使用起來設備的使來效果很好，對聲音的破壞很小，但是在演唱會和器樂中使用就會有明顯的聲音變調感覺。這是因為語言的下限頻率范圍是在130~350Hz之間，僅5Hz的音調變化不會使人們有明顯的音調變高的感覺，但是在聲樂和器樂的下限頻率為20Hz左右，5Hz的音調變化人耳已經明顯地察覺出來了。
（2）均衡器和反饋抑制器。這兩種設備都可有效地衰減反饋頻率點的增益（拉饋點），擴聲系統之所以產生聲反饋，是因為系統中某些頻率信號過強，如果衰減這些過強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，均衡器需要根據嘯叫的頻率手工將饋點拉下來；而反饋抑制器則可自動發現聲反饋頻率并將其衰減下來，衰減的頻帶寬度和衰減量由機器根據實際情況自行決定，幾乎不會對音質造成任何影響，還會使傳聲器拾取的聲音變得好聽。
（3）壓限器。壓限器是一種根據輸入信號強弱自動改變輸出信號放大量（增益）的設備。用于抑制聲反饋時可以將壓縮比調到∞：1（此時它為限制器），將閾值調到反饋臨界點。這樣，當音量大到即將產生聲反饋時，聲音信號強度超過了閾值，強度也不會再繼續增加，因而也就不會產生聲反饋了。但用壓限抑制聲反饋會帶來聲音動態損失，故應盡量少用這種方法。
4．3 搞好房間建筑聲學設計
房間出現聲染色是導致聲反饋的最主要聲學原因。如前所述，作為一個腔體的房間，產生聲學共振是不可避免的，而共振會使聲音中的某些頻率得到加強，在這個頻率上產生聲反饋嘯叫是理所當然的。消除文章聲染色的主要方法，就是要盡可能減少簡正共振現象的發生。
室內存在凹面反射會引起聲聚焦現象的發生，而聲聚焦會導致聲場內局音量過強，當傳聲器在聲聚焦區域拾音時，由于聲音能量的回授量很大，極有可能發生嘯叫現象。在做室內結構設計時，要采取各種措施，盡量避免凹面反射聲，如果房間中存在無法克服的凹凸不平的面組成，這對減少和抑制聲反饋有積極意義。
在選擇室內裝修材料和方案時，應充分考慮吸聲材料和吸聲結構對各個頻率吸收（反射）均勻的問題，以減少對不同頻率的聲音反射或吸收不一致的情況，這不僅對房間的頻響特性的改善有好處，而且還可以進一步消除聲染色現象。
4.4 合理選用音箱
音箱的指向特性和頻響特性對聲反饋有重要作用，其指標將決定音箱在使用時聲反饋的嚴重程度，音箱選用得當，聲反饋發生的可能性會大大減少。
音箱的指向性是音箱對各個方向輻射聲音的能力，指向角度大的音箱，音箱發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生。所以，在滿足聽音區域聲音覆蓋的前提下，選擇指向角度小的音箱對于減少聲反饋姓來說將更為有利。
前面已介紹過，影響音箱頻響特性的原因主要有揚聲器的頻率特性和音箱的振鈴模態（RM）。購買音箱時，在保證音色和音質的前提下，可考慮挑選頻響曲線平坦且無明顯尖峰的音箱，因為過強的頻率尖峰極有可能誘發嘯叫。1998年，美國EV公司研制成功了使用帶有RMD技術的音箱，它采用振動阻尼和聲學吸收的方法，旨在消除共振的腔體聲學共振和箱體的機械共振、減少聲染色，不僅音質得到了明顯提高，聲反饋現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，在拾音時應盡可能做到拾取需要的聲音，避免拾取到不需要的聲音，這不僅對于提高拾取的聲音質量大有裨益，而且也可以減少聲反饋的發生。
值得關注的是，2只頻率響應和指向性相同的傳聲器，并不會因為傳聲器靈敏度高而就容易產生聲反饋。在擴聲系統中滿足所需的輸出聲壓級時，靈敏度高的傳聲器相對于靈敏度低的傳聲器，不需要把增益調得太大，避免了過大的增益而產生聲反饋，如電容傳聲器靈敏度可達20mV/Pa，而動圈傳聲器靈敏度接近1Mv/Pa，兩者相關約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，把增益調得過高而產生嘯叫，這不應歸咎于傳聲器的靈敏度高。如果誤認為傳聲器靈敏度高的比低的易產生嘯叫，而選擇低靈敏度的傳聲器，就可能把高質量傳聲器的優點（如信噪比高，可以拾取微弱聲音）抹掉了。
指向性是傳聲器對不同角度聲音的接收能力，指向角度大，拾音區域廣，但也容易將擴聲場的聲音拾取下來造成嘯叫，如壓力區傳聲器（PZM）由于拾音角度大（可達120°）就很容易產生嘯叫。
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指向、雙向（90°）、銳心形（105°）、超心型（115°）、心型（131°）和無指向性（360°）等多種。從抑制聲反饋的角度來看，指向角度越小越好，有些傳聲器說明書上標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，因為指向角度太小會造成拾音區域也相應減小，所以在選擇傳聲器指向性時要綜合考慮，不要顧此失彼。
傳聲器頻響特性曲線出現尖峰也容易引起聲反饋，由于傳聲器的頻率特性不平坦，傳聲器輸出信號肯定不會在各頻率上完全一樣，致使輸出信號在某些頻率上過強，這就為聲反饋提供了條件。在挑選傳聲器時應注意其頻響特性，盡可能不要有明顯的尖峰，品牌傳聲器在出廠時要經過頻響曲線的測試，即使是同一型號的傳聲器，其頻率曲線也是有一定差異的。
隨著音響技術的不斷發展，消除和抑制聲反饋的手段將會越來越多，但從理論上講，擴聲系統根本消除聲反饋現象是不很現實的。
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