聲反饋直接影響擴(kuò)聲系統(tǒng)的音質(zhì),嚴(yán)重時(shí)會破壞整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定,在實(shí)際工程中應(yīng)采取必要的措施予以抑制。本節(jié)結(jié)合擴(kuò)聲系統(tǒng)的調(diào)試著重介紹對聲反饋的抑制方法。
1.聲反饋的形成
1)聲反饋的產(chǎn)生與影響在擴(kuò)聲系統(tǒng)中,聲源除了從傳聲器→放大系統(tǒng)→音箱這一正向電傳輸通道外,還存在著音箱直接回授給傳聲器這--反饋通道。反饋聲再經(jīng)過傳聲器和放大系統(tǒng),送回至音箱。如此反復(fù)循環(huán),整個(gè)系統(tǒng)將產(chǎn)生自激,進(jìn)而使系統(tǒng)無法正常工作。
在室外擴(kuò)聲系統(tǒng)中,聲反饋主要由音箱的直達(dá)聲引起。在室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)中,引起聲反饋的因素除了音箱的直達(dá)聲外,還有室內(nèi)聲場中來自各壁界面的反射聲。實(shí)際上,聲反饋系數(shù)的數(shù)值大小與反饋聲聲壓及聲源聲壓間的相位有關(guān)。通常,聲頻系統(tǒng)的使用頻率范圍為100~8000Hz,因此在整個(gè)擴(kuò)聲音響系統(tǒng)當(dāng)中,聲反饋隨著頻率的變化,將會有正反饋和負(fù)反饋出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)正反饋時(shí),系統(tǒng)才會產(chǎn)生自激,引起嘯叫。要使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作,方法就是克服正反饋,條件是聲反饋系數(shù)隊(duì)1。為了防止自激,降低對擴(kuò)聲系統(tǒng)音質(zhì)的影響,實(shí)際工作中允許的聲反饋系數(shù)僅為0.2~0.3。
聲反饋對擴(kuò)聲系統(tǒng)的影響如下。
(1)正反饋和負(fù)反饋兩種現(xiàn)象互存,直接破壞了系統(tǒng)的頻率響應(yīng),產(chǎn)生略變,嚴(yán)重時(shí)影響系統(tǒng)音質(zhì):
(2)在一定條件下,自激現(xiàn)象引起嘯叫,破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性;
(3)在室內(nèi)聲場中,聲反饋的延遲會使混響時(shí)間變長,產(chǎn)生再生混響干擾現(xiàn)象,對聽音區(qū)的語言清晰度產(chǎn)生影響。
2)最大功率增益在擴(kuò)聲系統(tǒng)中,當(dāng)B≤1且反饋通道信號傳輸與正向傳聲通道信號傳輸同相時(shí),系統(tǒng)將不穩(wěn)定并且產(chǎn)生自激。因此,定義B=1時(shí),擴(kuò)聲系統(tǒng)輸出的聲功率稱為臨界功率,用W。來表示。在實(shí)際工程中,為了避免由于聲反饋引起的頻率畸變、系統(tǒng)自激和再生混響干擾,并且使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作,應(yīng)該滿足B<<1,也就是實(shí)際擴(kuò)聲系統(tǒng)輸出聲功率要低于臨界功率。定義擴(kuò)聲系統(tǒng)在實(shí)際使用條件下音箱輸出的聲功率為最大聲功率,用WM來表示。最大功率增益可以作為設(shè)計(jì)擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)選擇音箱與放大器功率容量的計(jì)算依據(jù)。
3)傳聲增益實(shí)際工程中,聲反饋程度大小還可以用傳聲增益來評價(jià)。傳聲增益的定義是:“擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)到最高可用增益時(shí),各聽眾席處音箱所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)聲壓級與聲源在擴(kuò)聲系統(tǒng)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)聲壓級之差。”
2. 聲反饋抑制方法
根據(jù)聲場特性,擴(kuò)聲系統(tǒng)聲反饋抑制應(yīng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、聲場布局、設(shè)備選型直至聲場調(diào)整入手,每個(gè)環(huán)節(jié)都要做好預(yù)防聲反饋的工作。具體方法有:

 1)抑制聲反饋峰值采用均衡、移頻、調(diào)相等方式,抑制反饋聲能的峰值,從而保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。
2)控制好廳堂的聲學(xué)條件 對于室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)來說,室內(nèi)混響時(shí)間越長,其混響聲能越大,則引起的聲反饋機(jī)會越多。因此,適當(dāng)降低室內(nèi)混響時(shí)問,可以有效地降低聲反饋。再有,室內(nèi)聲場的均勻特性好,有利于提高擴(kuò)聲系統(tǒng)的穩(wěn)定性。有關(guān)廳堂建聲指標(biāo)的制定和建聲條件的控制,應(yīng)在廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)的初始予以充分考慮。
3)消除聲反饋通道利用傳聲器與音箱的指向特性,調(diào)整它們之間的空間位置,處理好傳聲器與音箱的位置關(guān)系,消除聲反饋通道。理想狀態(tài)應(yīng)是音箱遠(yuǎn)離傳聲器,使音箱發(fā)出的直達(dá)聲根本不能進(jìn)入傳聲器,系統(tǒng)中聲反饋可以處理得很小。音箱的實(shí)際工作位置并不能完全遠(yuǎn)離傳聲器,特別是采用室內(nèi)聲場的集中式布局的音箱系統(tǒng)。因此音箱與傳聲器的位置關(guān)系,應(yīng)保證音箱的供聲使整個(gè)聽眾席獲得足夠的聲能,并且使音箱對傳聲器的影響降低至最小,這就要從音箱與傳聲器間距離,相關(guān)位置及指向性特性去分析、處理。
(1)通過器件選型消除聲反饋通道。
①指向性傳聲器可以抑制音箱從其他方向上來的直達(dá)聲,還可以減少室內(nèi)混響聲能,
提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。因此,在擴(kuò)聲系統(tǒng)中,特別是室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)中,其選用應(yīng)完全占主導(dǎo)地位。通常心形指向性傳聲器和無方向性傳聲器相比,可傳系統(tǒng)的穩(wěn)定度提高5dB,而超心形和超指向性傳聲器與心形指向性傳聲器相比,還可使系統(tǒng)進(jìn)一步增益提高。
② 音箱指向性在滿足觀眾席供聲的聲場覆蓋范圍的基礎(chǔ)上,宜選用指向性較窄的器件。
③ 音柱在低頻段信號較小,其垂直指向性較窄,易于控制聲反饋,常用作語言擴(kuò)聲的主要放聲器件。
④恒定指向性號筒式音箱具有多種恒定指向角度可選擇,而且在指向性主聲束之外,沒有副聲束旁瓣,對降低聲反饋有利,因此對各種場合的擴(kuò)聲系統(tǒng)均適用。
(2)利用臨界距離消除聲反饋通道。在條件許可下,音箱與傳聲器的距離L應(yīng)盡可能拉大。對于室內(nèi)聲場,音箱與傳聲器之間距離應(yīng)大于臨界距離Dc。臨界距離Dc的計(jì)算公式為
Dc=0.057(VQVT60)1/2
式中,V為房間體積;Q1為音箱的指向性因子;T60為室內(nèi)混響時(shí)間。
在臨界距離以外,直達(dá)聲要小于反射聲,基本可降低了音箱直達(dá)聲對傳聲器的影響,但需注意音箱在各個(gè)方向擴(kuò)散場的距離是不同的。對于混響時(shí)間較長而又以語言擴(kuò)聲為主的會堂,采用分散布局方式,有利于拉開音箱與傳聲器間距離,阻斷聲反饋通道,加強(qiáng)聽眾席直達(dá)聲,提高語言清晰度。
(3)相關(guān)位置。
①音箱的聲輻射“死角”,即聲幅射最弱方向,對著傳聲器靈敏度最差方向,這樣抑制聲反饋效果較好。
② 音柱以布置在傳聲器上方較好,一方面可以擴(kuò)大聲輻射距離與范圍,另一方面可利用音柱較窄的垂直指向性,抑制聲反饋。音柱安裝較低,且與傳聲器成水平平齊狀態(tài),由于音柱的水平指向性較寬,對傳聲器影響大,極易引起聲反饋。音柱置于傳聲器前上方,顯然對抑制聲反饋有利。
4)利用頻率均衡技術(shù)抑制聲反饋 對于室內(nèi)聲場,擴(kuò)聲系統(tǒng)的傳輸響應(yīng)不但與音箱的直達(dá)聲場有關(guān),而且與廳堂本身的物理特性有關(guān),有時(shí)單靠處理音箱與傳聲器的位置不能完全奏效。例如,在低頻段,聲波波長較長,音箱低頻輻射無指向性。再如,聲反饋系數(shù)的相位與聲源同相時(shí),也極易產(chǎn)生自激,出現(xiàn)嘯叫。此時(shí),可以在擴(kuò)聲音響系統(tǒng)中插入均衡器,利用頻率響應(yīng)的均衡技術(shù),抑制聲反饋傳輸響應(yīng)的峰值,提高系統(tǒng)的傳聲增益。采用頻率響應(yīng)均衡技術(shù)不但可以抑制聲反饋,而且還能改善廳堂的音質(zhì),提高擴(kuò)聲的豐滿度、清晰度和自然度。
為了在擴(kuò)聲系統(tǒng)中控制房間傳輸響應(yīng)的不規(guī)則性,可以先使護(hù)聲系統(tǒng)自激,并測量該系統(tǒng)在廳堂內(nèi)對語言、音樂質(zhì)量影響較大的每一個(gè)自激頻率,然后利用插入系統(tǒng)的均衡器,將其精確地調(diào)諧到每一個(gè)自激頻率,增加足夠的阻尼來保證所需增加的增益,而不產(chǎn)生自激。調(diào)試過程中,還會產(chǎn)生新的自激頻率,此時(shí)還要重復(fù)上述過程,直到系統(tǒng)傳聲增益達(dá)到所需指標(biāo)。
通常在房間傳輸響應(yīng)上有多個(gè)自激頻率,而且沒有規(guī)律,這就需要做反復(fù)細(xì)致的調(diào)試。近年來,實(shí)時(shí)分析儀逐漸普及,調(diào)整時(shí)觀察方便,調(diào)試直觀,總的音色平衡容易掌握,經(jīng)過反復(fù)調(diào)整,可以提高系統(tǒng)的傳聲增益。
5)利用移頻法降低聲反饋 利用移頻法降低聲反饋的基本思想是采用偏移頻率的方法
去破壞反饋聲與原始信號的同相條件,抑制系統(tǒng)的自激振蕩。在擴(kuò)聲系統(tǒng)中,插入移頻器,使音箱的輸出信號相對于傳聲器信號的所有頻率都偏移一個(gè)適量,這種方法可以有效地抑制聲反饋并降低頻率畸變和再生混響干擾。
當(dāng)擴(kuò)聲系統(tǒng)沒有頻移時(shí),回路增益極大值超過0dB系統(tǒng)就會產(chǎn)生自激。因此系統(tǒng)增益的最大允許值取決于傳輸響應(yīng)的極大值,相應(yīng)于回路增益的極大值必須低于0dB,否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。插入移頻器后,系統(tǒng)的穩(wěn)定性不再取決于回路增益的極大值,而決定于傳輸響應(yīng)的平均增益,只要平均增益低于0dB,系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因此,移頻法允許擴(kuò)聲系統(tǒng)增加的增益等于頻率響應(yīng)上極大增益與平均增益的差值。最佳頻移量等于傳輸響應(yīng)上各波峰和相鄰谷之間的平均距離,因?yàn)榇藭r(shí)增益峰值所產(chǎn)生的多余能量會迅速地在谷值處被“吸收”。實(shí)踐證明,最佳頻移量與廳堂的混響時(shí)間T60有關(guān),約為1/T60。更大的頻移雖然也能增加擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益,但當(dāng)頻移量超過7Hz后,將會影響音質(zhì)。

 設(shè)定擴(kuò)聲系統(tǒng)的工作頻率范圍為B。那么,當(dāng)BT60>5000條件下,擴(kuò)聲系統(tǒng)插入移頻器后,其穩(wěn)定增益的增量AG應(yīng)為AG=101g(1g(BT60/22)+6.3實(shí)現(xiàn)移頻的方法有好幾種,已經(jīng)做成移頻器的是單邊帶調(diào)制法和基本頻帶偏移法。
單邊帶調(diào)制法,是使信號經(jīng)過調(diào)制和解調(diào),如果兩個(gè)載頻保持給定的頻偏,就可以使輸出信號在頻率軸上移動?；绢l帶偏移法,是將信號通過一個(gè)分相網(wǎng)絡(luò),給出兩個(gè)析位彼此相對偏移90°的信號,通過旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個(gè)正交一次繞組,利用變壓器的旋轉(zhuǎn)輸出,而獲得頻移量。帶行移頻器的擴(kuò)聲系統(tǒng),在聲反饋接近自激時(shí)有一個(gè)過渡過程,這種現(xiàn)象對于簡單的聲反饋系統(tǒng)特別明顯。在過渡過程內(nèi),擴(kuò)聲系統(tǒng)量已不穩(wěn)定,但不會突然起振,這對擴(kuò)聲系統(tǒng)的使用和維護(hù)是有利的。
6)利用調(diào)機(jī)法改善聲反饋 引起聲反饋的主要因素在于聲反饋系數(shù)及其相位。如果擴(kuò)聲系統(tǒng)參數(shù)不變,那么相位是決定系統(tǒng)是否產(chǎn)生自激的惟一條件。在擴(kuò)聲系統(tǒng)內(nèi)插入一個(gè)連續(xù)按簡單周期函數(shù)變化的調(diào)相設(shè)備或頻率調(diào)制設(shè)備,使得反饋信號相位與主通道信號相位得到偏離,破壞系統(tǒng)自激條件,改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
調(diào)相設(shè)備的相位旋轉(zhuǎn)器由阻容式電橋電路組成,改變其中一個(gè)參數(shù),可使輸出電壓的相位均勻變化。改變可變電阻值,R數(shù)值從0變至00時(shí),輸出電壓與輸入電壓之間的相位變化從0°變化至180°。在插入相位旋轉(zhuǎn)器的擴(kuò)聲系統(tǒng)中,相位偏差值在140°范圍內(nèi)具有最大的穩(wěn)定度。這時(shí),允許擴(kuò)聲系統(tǒng)增加的增益為7~8dB。另外,相位變化的頻率對相位旋轉(zhuǎn)器的有效性影響很大,在聽眾沒有覺察到下擾時(shí),相位變化頻率的最大允許值為1~4.5Hz。
頻率調(diào)制設(shè)備是電子式調(diào)相器,當(dāng)相位調(diào)制指數(shù)為1.4~2.4,相位調(diào)制頻率為1Hz時(shí),則可以使擴(kuò)聲系統(tǒng)的系統(tǒng)增益提高4dB,用這種調(diào)相器抑制聲反饋的特點(diǎn)是可感覺到的畸變很小,尤其適用于音樂擴(kuò)聲系統(tǒng)。