聲反饋抑制的幾種形式

汪曉琦

在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，傳聲增益（即話筒音量）和聲場穩(wěn)定性（不嘯叫）是一對永恒的話題，它們之間就像矛和盾的關(guān)系。特別是現(xiàn)在的聲學(xué)工程實(shí)踐經(jīng)驗不多的施工調(diào)試人員。通常客戶的需求“不高”——只要聲音大點(diǎn)，清晰點(diǎn)就夠了。而實(shí)際上，面對一個復(fù)雜的聲學(xué)環(huán)境和設(shè)計功底不足導(dǎo)致功能不全的電聲系統(tǒng)，音量與穩(wěn)定性之間最終只能有所取舍，得到一個折中點(diǎn)。

這個取得的折中點(diǎn)，通常都是聲場穩(wěn)定性向傳聲增益妥協(xié)。妥協(xié)的商務(wù)手段不在我們的技術(shù)研討范圍，今天就技術(shù)手段做一個分析，看看有沒有辦法可以把這個折中點(diǎn)提升，既提高穩(wěn)定性，又提升傳聲增益。

在此之前，有個概念必須要先解釋一下。傳聲增益是指擴(kuò)聲系統(tǒng)處于最佳（高）可用增益時，觀眾席上的穩(wěn)態(tài)聲壓級與話筒處的聲壓級之差。說簡單點(diǎn)，就是系統(tǒng)在不嘯叫狀態(tài)下，對話筒的放大量。

而反饋的原因是話筒的聲音經(jīng)過系統(tǒng)放大后，從音箱放大出來后，通過空間直接或反射后間接回到了話筒，重新進(jìn)行放大再從系統(tǒng)中擴(kuò)聲出來的循環(huán)過程。由此得知，要想控制反饋，就必須切斷其反饋的過程。

另外需要說明的是反饋是一種物理狀態(tài)，嘯叫是一種聲學(xué)現(xiàn)象，其內(nèi)涵概念不完全一致。電子線路中常通過負(fù)反饋電路來增加穩(wěn)定性。而嘯叫肯定是一種正反饋的結(jié)果。而反饋也不一定就是話筒嘯叫，比如調(diào)音臺或系統(tǒng)矩陣設(shè)置不當(dāng)，Aux出去的信號又返回到線路輸入，并再次輸出到Aux通道，就是一個反饋的情況。若同時它又送到了主擴(kuò)輸出，從音箱上擴(kuò)聲出來了，就會聽到“嘯叫”的聲音。但這種狀態(tài)只能叫反饋而不能叫嘯叫。（——奇正設(shè)計顧問）本文討論的就是聲反饋，即嘯叫的電聲處理手段。

從聲音的本質(zhì)和傳播特征可以給出不同的方案來提升傳聲增益。通常來說，優(yōu)選是工程設(shè)計本身進(jìn)行空間聲場處理。關(guān)于空間的聲場處理，奇正設(shè)計顧問已經(jīng)建立了一套完整的聲學(xué)理論模型，在這種建聲模式下，可以在保證擴(kuò)聲效果的同時避免反饋的發(fā)生。這個問題以后再專門著文描述。

音頻信號要想周而復(fù)始的在系統(tǒng)中循環(huán)（反饋），它必須維持幾個要素：

1.能量不能衰減；

2.其本身的性狀不能改變。

關(guān)于第1點(diǎn)，實(shí)際上信號是一直存在空間衰減（等比平方定律可知）的，而系統(tǒng)一直是在對輸入信號進(jìn)行放大的。衰減和放大之間是平衡狀態(tài)時，嘯叫的音量就相對恒定；若放大遠(yuǎn)大于衰減時，嘯叫音量就會迅速的變大。

而第2點(diǎn)的條件若改變了就不是原來的信號了，其穩(wěn)定性就會破壞，就不能形成反饋了。要想改變聲嘯叫現(xiàn)象，就是對以上兩點(diǎn)進(jìn)行改變。

從電聲手段上抑制反饋主要有移頻、移相、陷波、比對等四類辦法。

前三類屬于比較成熟的辦法了，比對法是目前最新的技術(shù)。為了能夠區(qū)別它的特點(diǎn)，在此也一同介紹一下其它幾種方法。

一.移頻法

我們知道，需要通過電聲手段處理的反饋多數(shù)情況不是全頻段的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)了非常多的頻段反饋，就需要在聲學(xué)工程（包括建聲和電聲布局）上進(jìn)行處理了。當(dāng)出現(xiàn)局部頻率嘯叫時，一般來說是由于建筑結(jié)構(gòu)的聲聚焦形成的。而這種嘯叫的頻點(diǎn)往往是因為空間結(jié)構(gòu)的尺寸而對特定波長的增強(qiáng)。我們知道，波長與頻率成反比關(guān)系。而空間關(guān)系，也就是波長是相對固定的。因此，當(dāng)音箱和話筒位置相對固定時，反饋的頻率也就相對固定了。我們知道頻率與波長的換算

頻率=波速/波長、波長=波速/頻率

比如，500Hz的反饋頻率波長就是340m/s/500Hz=0.68m。只要反射物體點(diǎn)距離話筒拾音頭0.68米這個物理環(huán)境不變，系統(tǒng)對500Hz的放大就會一直保持。那么這個反射就不會消失。那么當(dāng)擴(kuò)聲系統(tǒng)放大后的信號改變了它的頻率，讓原來輸入的頻率不再回到這個諧震狀態(tài)，反饋就不存在了。

移頻法就是改變輸出的聲音的頻率。常見的設(shè)備叫做移頻器。

移頻法可以很好的提升傳聲增益。但問題很明顯的是，人的聽覺系統(tǒng)對頻率非常敏感。特別是移頻后仍然有反饋逐漸減小但仍然保留一部分在穩(wěn)定邊緣時存在的類似“鑲邊”的效果時（鑲邊：一種聲學(xué)效果），非常難以接受。我本人大概在二十多年前接觸到移頻器，當(dāng)時的主要音響擴(kuò)聲市場就是娛樂演唱，就是由于這種鑲邊的效果，對歌手的聲音有非常大的破壞作用，因此很快就被社會抵制了。但是現(xiàn)在，音響擴(kuò)聲的主要市場轉(zhuǎn)移到了以語音擴(kuò)聲為主的會議市場，而語音類業(yè)務(wù)對此有很好的容忍度，因此，移頻器得到了廣泛的應(yīng)用。再加上現(xiàn)在的DSP算法更先進(jìn)，對聲音的處理也非常人性化了，在kalaOK前級上，也大量使用了移頻技術(shù)。

需要注意的是，若環(huán)境的反射面形成的波長寬度較寬時，改變幾個Hz僅能改變非常微小的波長變化，比如502Hz與500Hz的波長相差不過3mm，

二.移相法

與移頻的原理類似，改變信號的品質(zhì)內(nèi)容之一——相位，那么原來的反饋平衡就破壞了。反饋就不存在了。但遺憾的是，相位是一個不穩(wěn)定的變量。當(dāng)話筒與反饋信號源（音箱或反射面）之間的距離改變時，相位就改變了。

移相器幾乎與移頻器同時誕生了，但是由于誕生之初，市場上的主要擴(kuò)聲用途大都集中在演出市場。話筒都是沒有固定的，因此，在此類應(yīng)用中移相法幾乎不可行。

與移頻不同的一點(diǎn)是，聲音相位的改變對聽覺系統(tǒng)是沒有影響的。（正弦與余弦體現(xiàn)是相位差，也可以理解為時間差。有些人號稱可以聽出相位區(qū)別，只能是在多只音箱組合的情況下，聽出不和諧和梳妝濾波效應(yīng)，單只音箱時是不可能的事情。）現(xiàn)代的一個特殊場所，移相法卻有著不可替代的應(yīng)用。這個就是在kalaOK市場。當(dāng)話筒在一個聲場中獲得一個固定的擴(kuò)聲系統(tǒng)及環(huán)境中的增益常量adB時，當(dāng)兩只話筒的拾音頭放在一個點(diǎn)附近時，系統(tǒng)獲得的總增益量是a+3dB。這增加的3dB就有可能破壞掉整個聲場的穩(wěn)定狀態(tài)，出現(xiàn)聲嘯叫現(xiàn)象。此時，若將其中一只話筒的輸入信號相位反轉(zhuǎn)180度，那么，兩只話筒頭放在同一個點(diǎn)時，它們是不可能獲得額外+3dB的增益的。因此，這種嘯叫的現(xiàn)象就得到了遏制。同時，由于它們獨(dú)立工作時，相位的改變時不會對音質(zhì)有任何的影響的。最終，就是在兼顧品質(zhì)的同時對特定條件的聲場的穩(wěn)定性獲得了提高。

三.陷波法

當(dāng)移頻和移相都不能滿足系統(tǒng)聲反饋的抑制需求時。就只能在聲反饋的第1個條件下下功夫了。我們減小系統(tǒng)的放大量，比如將音量推子下拉到一定的程度，嘯叫自然就不存在了（放大量小于反饋量）。但這自然不是我們能接受的最佳效果。前面講過，嘯叫有可能只是某一個或某幾個固定的反射面形成的聲聚焦（反射是一種鏡面狀態(tài)，只有聚焦才會形成某個嘯叫點(diǎn)），而由于以上原因，嘯叫也只會是莫一個或幾個頻率的事（當(dāng)然，反饋嚴(yán)重時，它的諧波也會積極參與進(jìn)來）。因此，我們需要找到嘯叫的具體頻率，將這個頻率降低就可以了。此時，所使用的手段就是陷波法。

常見的陷波技術(shù)就是均衡器。主要使用參量均衡器。二十多年前出現(xiàn)獨(dú)立的參量均衡器時，由于社會上除了dbx出過頻率檢測器以外，大家都很難獲得頻率及幅度的檢測手段，因此，參量均衡器沒有得到流行。

需要說明一下圖示均衡器（也叫房間均衡器）和調(diào)音臺上的參量均衡也可以對某些頻點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。但它們原始設(shè)計在系統(tǒng)中的作用不是做這個用途的。調(diào)音臺上的均衡器是用來修飾它所對應(yīng)的輸入信號的美化的。而圖示均衡器是為了調(diào)整房間的頻幅特性，由于其Q值不可調(diào)，因此，用它來做陷波是會對整個頻譜有一定破壞的。

由于使用陷波法進(jìn)行反饋抑制的復(fù)雜性以及反饋信號自身有一定的規(guī)律性，市場上出現(xiàn)了專門使用此類技術(shù)的自動化設(shè)備，我們稱為“反饋抑制器”。（也有人把移頻器稱為反饋抑制器，有點(diǎn)魚目混珠的感覺）

四.比對法

比對法是目前最先進(jìn)的技術(shù)。其前身是用于遠(yuǎn)程電視電話會議中的AEC（自動回聲抑制）電路。說得再遠(yuǎn)一點(diǎn)，就是武裝直升機(jī)駕駛員用來屏蔽環(huán)境干擾，提升通話識別度的一種技術(shù)。簡單說就是將外部信號采樣，并將其反相后送入話筒，疊加后使信號抵消，讓話筒不再輸出外部噪聲（此處的噪聲定義為不需要的聲音）。

具有AEC算法的技術(shù)是不能直接用于本地擴(kuò)聲的?，F(xiàn)在有一種比對法，就是將輸入話筒的第一次出現(xiàn)的信號進(jìn)行采樣，并保存在寄存器中，然后與下一個計算周期短信號進(jìn)行比對，若出現(xiàn)相同的內(nèi)容，則將其與原始信號反相、整形后抵消，從而只保留新的輸入信號輸出。由于人耳可聞聲音的頻率高達(dá)20000Hz，為了確保采樣到的信號高保真，CD級的采樣使用44.1kHz，DVD以上級別采用48kHz，而我們的系統(tǒng)采用更高的96kHz進(jìn)行采樣。

比對法需要很高的算法技術(shù)。需要能夠識別什么是原始聲、什么是有效的人聲和不需要的環(huán)境噪聲。因此，是非常具有難度的。得益于現(xiàn)代的DSP技術(shù)，只需要算法而不需要過渡依賴復(fù)雜的硬件就可以達(dá)成此目標(biāo)了。目前深圳奇正設(shè)計已經(jīng)開始研發(fā)此類技術(shù)，經(jīng)過測試及項目應(yīng)用，當(dāng)前的出品可以在幾乎不破壞音質(zhì)的前提下提升傳聲增益約6～8dB。由于比對法的特點(diǎn)，工程施工調(diào)試人員在實(shí)際使用時，幾乎不存在調(diào)試的過程，只需要確定開啟和關(guān)閉這個功能進(jìn)行比對即可。