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| 专业音响系统声反馈及消除方法 |
| 发布时间：2018-1-3 10:42:40 |
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专业音响系统声反馈及消除方法
啸叫是扩声系统中经常出现的一种不正常现象，广大专业音响工作者为了消除它，做了大量的工作但仍不可能将声反馈完全消除掉。笔者认为，消除声反馈应采取综合防治的方法，从研究声反馈发生机理入手，探索消除声反馈方法，只有这样才能逐步提高对声反馈的抑制水平。
2、声反馈产生的原因
声反馈是音箱声音能量的一部分通过声传播的方式传到传声器而引起的啸叫现象，在出现啸叫前的临界状态，会出现振铃声（即声音停止后的高频尾声），此时一般也认为是声反馈现象。将音量衰减6dB后，定义为最高可用增益，无声反馈现象发生。
2．1 声反馈产生的条件
（1）传声器与音箱同时使用；
（2）音箱放送的声音能够通过空间传到传声器；
（3）音箱发出的声音能量足够大、传声器的拾音灵敏度足够高。
在扩声系统中，当使用传声器拾音时，由于传声器的拾音区域与音箱的放音区域不可能采取隔离措施时，音箱发出的声音通过空间传到传声器，由于放大电路增益过高而导致声反馈（回授）。一般来说，只有在扩声系统中才存在啸叫问题，在录音和还音系统中根本不具备产生啸叫条件。如录音系统中只有监听用音箱，录音棚中传声器的使用区域与监听音箱的确良放音区域是互相隔离的，不具备声音回授的条件；而在电影还音系统中几乎不使用传声器，即使偶尔使用传声器，也是在放映室中做语言近讲拾音，放映音箱距传声器很远，所以也就不可能发生声反馈。
扩声系统出现啸叫的主要原因是系统中某些频率的声音（信号）过强，当提升传声器通路增益时，由于这些过强的频率率先到达声反馈所需要的强度条件如果该频率的反馈类型恰为正反馈，则必然在此频率上出现自激振荡现象，自激振荡频率的高低，表现为啸叫声音音调的高低。
2．2 声反馈产生的原因
（1）房间的形状及声学状况
任何一个房间都可以被认为是一个声学共振腔体，共振会使某些频率的声音被除数格外加强。按建声原理，不同体形和容积的房间其共振频率是不同的，通过房间简正共振公式，可算出一个房间的共振频率；另一方面，吸声材料对不同频率的反向和吸收也是不同的，不同材料对不同频率的吸声系数差异很大，吸声结构的不同也会导致对不同频率的吸收不尽相同。故房间的声学状态（主要是声染色情况）对于声反馈的作用不可低估。
（2）音箱频响的起伏与振铃模态
音箱的发音单元为扬声器，由于材料和结构等多方面原因，任何一只扬声器都不可能保证频响曲线绝对平直，肯定会有某些频率出现尖峰的情况。于是，在音箱放音时，扬声器发出的声音就会出现某些频率声音过强的现象，这个过强频率的声音就有可能造成啸叫。扬声器安装在音箱中，音箱腔体的机械共振和腔体的声学共振会产生一种振铃模态RM（Ring Mode），这种振铃模态会导致声染色的发生，即音箱发出的声音中某些频率成分过强，在此频率上也可能产生声反馈。
（3）传声器对某些频率的拾音灵敏度过高
传声器的频响特性是决定传声器音色和适用范围的重要条件。与扬声器一样，传声器的频响曲线也不可能保证绝对平直，对某些频率的拾音灵敏度过高的情况在所难免，这就是说，传声器对于各个频率的拾声灵敏度不同，这就会造成对某些频率的声音输出过强，其结果就可能在这些频率出现声反馈现象。一般来说，传声器在高频段中的某些频率灵敏度偏高，故更容易在高频产生啸叫。
3、声反馈的危害
声反馈现象一旦发生，轻者会造成传声器通路音量无法调大，调大后啸叫非常严重，对现场演出会造成恶劣影响，或传声器声音开大后出现声音振铃现象（即位于声反馈临界点时传声器声音的尾音现象），声音存在混响感，破坏音质；重者导致音箱或功率放大器由于信号过强而烧毁。
能否将啸叫充分抑制，是衡量一个扩声专业音响师调音技术水平的重要因素。因为啸叫抑制得好，用传声器演唱和演奏时，音量可调空间大，使演唱和演奏得到满意效果。
由于声反馈而烧毁音箱高音单元的情况不胜枚举，因为在声反馈状态下信号很强，会使功放出现削波（切顶）失真，削波失真就产生大量的高频谐波，这些高频波送入音箱高音单元后，高音单元无法承受如此强大的高频信号，就会造成音圈烧毁；再说，在声反馈状态下，功放会由于输出过大而发生过载，也极可能被烧毁。
综上所述，声反馈对于扩声系统来说不仅会使声音效果不理想，还会造成设备的严重损坏、影响现场演出顺利进行，造成十分恶劣的影响。
4、声反馈的抑制方法
在扩声实践中，音响师们总结出了许多抑制音响系统声反馈的方法，建声专家采取了一些行之有效的消除声反馈的措施，电声专家们研制和开发了多种电声设备，以减少声反馈现象的发生，这些切实可行的举措应用后，取得了良好的效果，下面简单地介绍抑制、减少和消除声反馈的方法。
4.1 使音箱的声音不易传到传声器中
要想使音箱发出的声音不易传到传声器中以减少声反馈现象发生的可能性，可以采取如下措施。
（1）传声器远离音箱。这种方法在歌舞厅很难实现，因为歌舞厅的面积一般都不大。但在剧院或大型演出场所中，这种方法会有一定的作用，例如可以考虑将传声器吊在乐队或舞台上方拾音，这样既可以保证传声器距声源足够近，也可以尽可能使传声器与音箱远离。
（2）利用音箱和传声器的指向性。利用音箱和传声器的指向特性来抑制声反馈啸叫，往往也会起到一不定期的作用，如果传声器的使用位置不在音箱声音的辐射区域，音箱的声音就不容易传到传声器中；另一方面，在使用指向性传器时不要让其正对音箱，尽量避免产生啸叫。在实际应用中，可以适当调整音箱的角度，使音箱的声辐射区域尽量不在音箱的放音区域演唱，而且传声器不要正对音箱。
（3）适当减少传声器通路的音量。这样做会使演唱或乐队拾音受到限制，演出效果受影响，但有时音响师不得不采取这种减少音量的下策。如根据演出情况实时控制音量大小，当有振铃现象发生时，调音师要及时将音量拉下来，以免出现啸叫。当演员手持或佩带传声器经过音箱前时，也要注意控制音量，否则也会造成啸叫。
（4）如果调音台的参量均衡器带Q值调节，可采取音量补偿措施，对通路的声音加以适当补偿方法是：将均衡器的频带调到传声器拾音音源声音的频带范围，将此频带进行提升处理，出现啸叫前立刻停止。
4．2 使用能抑制声反馈的声处理设备
消除声反馈，也可通过对声音信号的处理来解决，目前各电声设备生产厂家研制了多种可以抑制声反馈的设备，这对抑制声反馈有很好的效果，下面介绍几种主要的设备。
（1）移频器。这是一种可改变声音频率的设备，工作原理类似变调器，它能将声音信号的频率增加5Hz，破坏产生声反馈的条件，从而抑制了声反馈。但是，该设备的使用具有一定的局限性，在语言扩声时使用起来设备的使来效果很好，对声音的破坏很小，但是在演唱会和器乐中使用就会有明显的声音变调感觉。这是因为语言的下限频率范围是在130~350Hz之间，仅5Hz的音调变化不会使人们有明显的音调变高的感觉，但是在声乐和器乐的下限频率为20Hz左右，5Hz的音调变化人耳已经明显地察觉出来了。
（2）均衡器和反馈抑制器。这两种设备都可有效地衰减反馈频率点的增益（拉馈点），扩声系统之所以产生声反馈，是因为系统中某些频率信号过强，如果衰减这些过强的频率就能抑制声反馈。均衡器与反馈抑制器的不同之处在于，均衡器需要根据啸叫的频率手工将馈点拉下来；而反馈抑制器则可自动发现声反馈频率并将其衰减下来，衰减的频带宽度和衰减量由机器根据实际情况自行决定，几乎不会对音质造成任何影响，还会使传声器拾取的声音变得好听。
（3）压限器。压限器是一种根据输入信号强弱自动改变输出信号放大量（增益）的设备。用于抑制声反馈时可以将压缩比调到∞：1（此时它为限制器），将阈值调到反馈临界点。这样，当音量大到即将产生声反馈时，声音信号强度超过了阈值，强度也不会再继续增加，因而也就不会产生声反馈了。但用压限抑制声反馈会带来声音动态损失，故应尽量少用这种方法。
4．3 搞好房间建筑声学设计
房间出现声染色是导致声反馈的最主要声学原因。如前所述，作为一个腔体的房间，产生声学共振是不可避免的，而共振会使声音中的某些频率得到加强，在这个频率上产生声反馈啸叫是理所当然的。消除文章声染色的主要方法，就是要尽可能减少简正共振现象的发生。
室内存在凹面反射会引起声聚焦现象的发生，而声聚焦会导致声场内局音量过强，当传声器在声聚焦区域拾音时，由于声音能量的回授量很大，极有可能发生啸叫现象。在做室内结构设计时，要采取各种措施，尽量避免凹面反射声，如果房间中存在无法克服的凹凸不平的面组成，这对减少和抑制声反馈有积极意义。
在选择室内装修材料和方案时，应充分考虑吸声材料和吸声结构对各个频率吸收（反射）均匀的问题，以减少对不同频率的声音反射或吸收不一致的情况，这不仅对房间的频响特性的改善有好处，而且还可以进一步消除声染色现象。
4.4 合理选用音箱
音箱的指向特性和频响特性对声反馈有重要作用，其指标将决定音箱在使用时声反馈的严重程度，音箱选用得当，声反馈发生的可能性会大大减少。
音箱的指向性是音箱对各个方向辐射声音的能力，指向角度大的音箱，音箱发出的声音容易直接送到传声器中，声反馈的可能性增加，指向角度小的音箱减少了音箱声音直接回授到传声器的可能性，声反馈就不大容易发生。所以，在满足听音区域声音覆盖的前提下，选择指向角度小的音箱对于减少声反馈姓来说将更为有利。
前面已介绍过，影响音箱频响特性的原因主要有扬声器的频率特性和音箱的振铃模态（RM）。购买音箱时，在保证音色和音质的前提下，可考虑挑选频响曲线平坦且无明显尖峰的音箱，因为过强的频率尖峰极有可能诱发啸叫。1998年，美国EV公司研制成功了使用带有RMD技术的音箱，它采用振动阻尼和声学吸收的方法，旨在消除共振的腔体声学共振和箱体的机械共振、减少声染色，不仅音质得到了明显提高，声反馈现象也得到了一定的抑制。
4．5 合理选用传声器
传声器的主要作用是拾取声音信息，在拾音时应尽可能做到拾取需要的声音，避免拾取到不需要的声音，这不仅对于提高拾取的声音质量大有裨益，而且也可以减少声反馈的发生。
值得关注的是，2只频率响应和指向性相同的传声器，并不会因为传声器灵敏度高而就容易产生声反馈。在扩声系统中满足所需的输出声压级时，灵敏度高的传声器相对于灵敏度低的传声器，不需要把增益调得太大，避免了过大的增益而产生声反馈，如电容传声器灵敏度可达20mV/Pa，而动圈传声器灵敏度接近1Mv/Pa，两者相关约10倍，故前者较后者放大器增益可以减小（即20dB）。如果因操作不当，把增益调得过高而产生啸叫，这不应归咎于传声器的灵敏度高。如果误认为传声器灵敏度高的比低的易产生啸叫，而选择低灵敏度的传声器，就可能把高质量传声器的优点（如信噪比高，可以拾取微弱声音）抹掉了。
指向性是传声器对不同角度声音的接收能力，指向角度大，拾音区域广，但也容易将扩声场的声音拾取下来造成啸叫，如压力区传声器（PZM）由于拾音角度大（可达120°）就很容易产生啸叫。
传声器指向性从指向角度方面按从小到大的顺序排列分别有强指向、双向（90°）、锐心形（105°）、超心型（115°）、心型（131°）和无指向性（360°）等多种。从抑制声反馈的角度来看，指向角度越小越好，有些传声器说明书上标明具有轴外排斥特性，也就是它的指向角度比较锐直，有良好的抑制声反馈的性能。传声器指向特性的选取要合理，因为指向角度太小会造成拾音区域也相应减小，所以在选择传声器指向性时要综合考虑，不要顾此失彼。
传声器频响特性曲线出现尖峰也容易引起声反馈，由于传声器的频率特性不平坦，传声器输出信号肯定不会在各频率上完全一样，致使输出信号在某些频率上过强，这就为声反馈提供了条件。在挑选传声器时应注意其频响特性，尽可能不要有明显的尖峰，品牌传声器在出厂时要经过频响曲线的测试，即使是同一型号的传声器，其频率曲线也是有一定差异的。
随着音响技术的不断发展，消除和抑制声反馈的手段将会越来越多，但从理论上讲，扩声系统根本消除声反馈现象是不很现实的。
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