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擴聲過程中嘯叫的產生機理和抑制方法

信息來源:www.zgycwlkj.com | 發布時間:2021年04月08日

音響擴聲中的嘯叫是最讓人頭疼的,也是經常碰到的,同時也是比較難解決的問題,為了抑制嘯叫,我們必須先了解形成嘯叫的原因,只有了解了嘯叫形成的原因才能對癥下藥,采取合理的措施抑制嘯叫。

一、嘯叫形成機理

嘯叫實際上是擴聲系統由于存在正反饋而產生的振蕩,這里的正反饋是擴聲系統的聲回授,按照振蕩形成的原理,一個系統只有在滿足下述兩個條件時才能形成振蕩,及振幅平衡條件和相位平衡條件。對于一個系統來說,所謂振幅平衡就是只有某頻段的反饋信號幅度大于此頻率原先輸入信號的幅度時才能引起振蕩,或者說系統對某頻率的閉環電壓放大倍數必須大于1,所謂相位平衡是指有某頻率的反饋信號與此頻率輸入信號同相位才能引起增大,也就是必須構成正反饋才能引起增大,這兩個條件必須同時滿足,缺一不可,那么我們來對照擴聲系統形成振蕩的情況,擴聲系統中傳聲器接受聲信號,并且將其變為電信號,電信號經過從調音臺周邊設備到功率放大器等設備的放大,然后由揚聲器系統將電功率信號變成聲音輻射出去,輻射出去的聲音中的一部分聲信號通過各種路徑又返回到傳聲器,就是聲反饋,根據前面產生振蕩的兩個條件,就是某頻率從揚聲器系統輻射出去的聲音,又反饋到傳聲器的幅度,必須比此頻率原先輸入傳聲器的聲音幅度大,并且此頻率反饋聲音信號相位上與此頻率原先輸入傳聲器的聲音同相位,當這兩個條件同時滿足了,就產生振蕩,表現為嘯叫,揚聲器系統輻射出去的聲音可以是直接返回到傳聲器,也就是揚聲器系統的直達聲返回傳聲器,也可以是通過界面反射后再返回到傳聲器,甚至經過界面的多次反射后返回到傳聲器,統稱反射聲返回傳聲器,從振幅平衡的角度來說,無論是從什么途徑返回到傳聲器的聲音,只要返回的該頻段聲音比原先送入傳聲器的此頻率聲音大,就滿足了振幅平衡條件,從相位平衡的角度來說,只要返回的該頻率聲音與原先送入傳聲器的此頻率聲音同相位就滿足了相位平衡條件,如果破壞了這兩個條件中的任何一個,振蕩就不可能產生,也就是說只要我們想辦法使振幅平衡條件不能滿足,或者是相位平衡條件不能滿足,就能使系統不振蕩,達到抑制嘯叫的目的,事實上對于一套擴聲系統來說,要的避免產生嘯叫是不可能的,也是不必要的,只要在達到最高使用要求聲壓級的情況下不產生嘯叫,那么此套系統的嘯叫問題可以算是已經得到解決。

 二、振蕩(嘯叫)形成的過程


如果一個室內擴聲系統已經建立,所使用的具體揚聲器系統、傳聲器都已在固定位置,那么必定有不少的頻率能滿足正反饋的條件,或者說產生振蕩的條件的兩個條件之一相位平衡條件,也就是從揚聲器系統輻射出來的聲音又從不同的途徑返回到傳聲器,而且相位上滿足與原輸入傳聲器該頻率聲波同相位,此時只要使這些滿足相位平衡條件的頻率同時滿足產生振蕩的第二個條件要求,即滿足幅度平衡條件,也就是滿足閉環電壓放大倍數大于1,那么振蕩就開始逐步形成,隨著音響師將調音臺上輸出音量控制推子逐步往上推,擴聲系統的電壓增益逐步增大,或者說電壓放大倍數逐步增大,當電壓放大倍數增大到那些已經滿足了相位平衡條件的頻率點中有一個頻率的閉環電壓放大倍數最先達到大于1時,開始在這個頻率點逐漸形成振蕩。

 

那么這個振蕩是如何逐步形成的呢?首先我們知道在擴聲系統工作的環境中存在的噪聲,盡管我們并沒有明顯感覺這些噪聲的存在,并且這些噪聲的頻譜是非常寬的,當然這種噪聲與我們作為聲學測量用的粉紅噪聲,白噪聲或模擬節目信號噪聲在頻譜能量分布上是有差別的,這種環境噪聲中,首先滿足振蕩條件的那個頻率的聲音進入傳聲器變成電信號,并且通過從調音臺到功率放大器等設備的放大,在經過揚聲器系統變成聲信號輻射出去,經過某個途徑重新回到傳聲器,由于此頻率信號在整個擴聲系統中的閉環電壓放大倍數已滿足大于1的條件,所以再次進入傳聲器時,以比原先進入傳聲器的噪聲信號幅度增大了,那么經過一個新的循環后,必然在幅度上比第一次從揚聲器出來后返回揚聲器的信號幅度更大了,如此一個循環一個循環的反復放大,信號幅度也一個循環比前一個循環時大,通過若干次循環后,從揚聲器輻射出來的聲音已達到我們可以感覺到的響度,此時我們就察覺到嘯叫的苗頭,繼續循環下去,聲音會越來越大,最后達到我們不能忍受的程度,當然這個過程比電子電路中振蕩形成的時間要長的多,因為在電子電路中由于電子在電路中傳輸的速度是非常高的,所以每個循環所需時間是非常短的,達到一定振幅所需循環次數一樣的話,總的時間會非常短,而在擴聲系統中同樣多次數的循環需要的時間就長得多,昆明專業音響因為在擴聲系統的閉環中有一個揚聲器輻射出來的聲信號,從揚聲器系統經過空間傳播,或者再加上傳播到某個界面后反射出來的聲波在在空間傳播后才達到傳聲器的過程,而聲波在空間傳播的速度是比較低的,按照聲波每秒鐘傳播340m的速度計算,如果揚聲器輻射出來的聲波通過某個途徑返回到傳聲器需要走17m的路程,并且如果不考慮電信號在設備電路中極快的傳輸速度所花費的時間,一個閉環循環需要50ms時間。假設閉環增益為1db,也就是閉環放大倍數為1.12稍大于1,同時假定最初進入傳聲器的該頻率噪聲信號聲壓級為20db,則升到60db這個已經能聽出嘯叫苗頭的聲壓級需要循環40次,也就是需要2s時間。這時如果不趕緊將系統對這個頻率的閉環放大倍數拉下來,使之閉環電壓放大倍數降到小于1則嘯叫聲會越來越大,如果我們設法降低了這個頻率的閉環放大倍數,則此頻率的嘯叫將會停止,如果繼續將調音臺上輸出音量控制推子逐步往上推,那么第二個以滿足相位平衡頻率的閉環電壓放大倍數有可能大于1,在這個新的頻率上,又會上演與第一個頻率一樣的形成嘯叫的過程,如果繼續將調音臺上輸出音量控制推子逐步往上推,還會出現第三個、第四個…嘯叫頻率,事實上在一個室內的擴聲系統工作中,可能產生嘯叫的頻率點遠多于一兩個,可能有幾十個、幾百個。

在我們了解了嘯叫產生的過程后,可以清楚的看到嘯叫形成過程有它自己的特點,即每經過一次循環同一頻率的信號幅度都比前一次大,這種特性顯然與絕大部分節目信號中的情況不同,除了極個別的節目氣氛要求對同一個音符隨著時間增加強度這種情況外。節目信號幾乎不會出現嘯叫形成過程中的特性,所以我們可以比較容易的根據嘯叫形成過程的特點來判斷嘯叫正在形成,從而對該頻率的增益予以降低,比如降低3d,如果在此頻率的信號幅度繼續增大,則可能繼續降低增益3db,直至該頻率的信號不出現繼續增大的現象,話說起來容易,實際上做起來就不那么容易了,在早些電子技術還沒有達到現在這樣的水平,只能靠模擬信號來處理的時候,就不能及時控制嘯叫的形成,現在利用數字電子技術,再加上DSP(數字信號處理)的處理速度已非???,完全能在極短的時間內發現嘯叫的形成,并且利用數字技術形成一個以該頻率為中心頻率的頻帶非常窄的陷波濾波器將該頻段增益降低,達到抑制嘯叫的目的,可以這樣說,利用專門的設備自動抑制嘯叫的機理是根據下降形成過程的特點,而不是根據哪個頻率上幅度比其他頻率的幅度大這個原則,所以一般來說自動找出嘯叫頻率點并且抑制他的這種方法,通常是不會影響節目的聽感的。

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