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音响系统扩声中振荡(啸叫)形成的过程

发布日期:2020-08-19 浏览量:177次
如果一个室内扩声系统已经建立,所使用的具体扬声器系统、传声器都已在固定位置,那么必定有不少的频率能满足正反馈的条件,或者说产生振荡的条件的两个条件之一相位平衡条件,也就是从扬声器系统辐射出来的声音又从不同的途径返回到传声器,而且相位上满足与原输入传声器该频率声波同相位,此时只要使这些满足相位平衡条件的频率同时满足产生振荡的第二个条件要求,即满足幅度平衡条件,也就是满足闭环电压放大倍数大于1,那么振荡就开始逐步形成,随着音响师将调音台上输出音量控制推子逐步往上推,扩声系统的电压增益逐步增大,或者说电压放大倍数逐步增大,当电压放大倍数增大到那些已经满足了相位平衡条件的频率点中有一个频率的闭环电压放大倍数最先达到大于1时,开始在这个频率点逐渐形成振荡。
那么这个振荡是如何逐步形成的呢?首先我们知道在扩声系统工作的环境中存在的噪声,尽管我们并没有明显感觉这些噪声的存在,并且这些噪声的频谱是非常宽的,当然这种噪声与我们作为声学测量用的粉红噪声,白噪声或模拟节目信号噪声在频谱能量分布上是有差别的,这种环境噪声中,首先满足振荡条件的那个频率的声音进入传声器变成电信号,并且通过从调音台到功率放大器等设备的放大,在经过扬声器系统变成声信号辐射出去,经过某个途径重新回到传声器,由于此频率信号在整个扩声系统中的闭环电压放大倍数已满足大于1的条件,所以再次进入传声器时,以比原先进入传声器的噪声信号幅度增大了,那么经过一个新的循环后,必然在幅度上比第一次从扬声器出来后返回扬声器的信号幅度更大了,如此一个循环一个循环的反复放大,信号幅度也一个循环比前一个循环时大,通过若干次循环后,从扬声器辐射出来的声音已达到我们可以感觉到的响度,此时我们就察觉到啸叫的苗头,继续循环下去,声音会越来越大,最后达到我们不能忍受的程度,当然这个过程比电子电路中振荡形成的时间要长的多,因为在电子电路中由于电子在电路中传输的速度是非常高的,所以每个循环所需时间是非常短的,达到一定振幅所需循环次数一样的话,总的时间会非常短,而在扩声系统中同样多次数的循环需要的时间就长得多,因为在扩声系统的闭环中有一个扬声器辐射出来的声信号,从扬声器系统经过空间传播,或者再加上传播到某个界面后反射出来的声波在在空间传播后才达到传声器的过程,而声波在空间传播的速度是比较低的,按照声波每秒钟传播340m的速度计算,如果扬声器辐射出来的声波通过某个途径返回到传声器需要走17m的路程,并且如果不考虑电信号在设备电路中极快的传输速度所花费的时间,一个闭环循环需要50ms时间。假设闭环增益为1db,也就是闭环放大倍数为1.12稍大于1,同时假定最初进入传声器的该频率噪声信号声压级为20db,则升到60db这个已经能听出啸叫苗头的声压级需要循环40次,也就是需要2s时间。这时如果不赶紧将系统对这个频率的闭环放大倍数拉下来,使之闭环电压放大倍数降到小于1则啸叫声会越来越大,如果我们设法降低了这个频率的闭环放大倍数,则此频率的啸叫将会停止,如果继续将调音台上输出音量控制推子逐步往上推,那么第二个以满足相位平衡频率的闭环电压放大倍数有可能大于1,在这个新的频率上,又会上演与第一个频率一样的形成啸叫的过程,如果继续将调音台上输出音量控制推子逐步往上推,还会出现第三个、第四个…啸叫频率,事实上在一个室内的扩声系统工作中,可能产生啸叫的频率点远多于一两个,可能有几十个、几百个。
在我们了解了啸叫产生的过程后,可以清楚的看到啸叫形成过程有它自己的特点,即每经过一次循环同一频率的信号幅度都比前一次大,这种特性显然与绝大部分节目信号中的情况不同,除了极个别的节目气氛要求对同一个音符随着时间增加强度这种情况外。节目信号几乎不会出现啸叫形成过程中的特性,所以我们可以比较容易的根据啸叫形成过程的特点来判断啸叫正在形成,从而对该频率的增益予以降低,比如降低3d,如果在此频率的信号幅度继续增大,则可能继续降低增益3db,直至该频率的信号不出现继续增大的现象,话说起来容易,实际上做起来就不那么容易了,在早些电子技术还没有达到现在这样的水平,只能靠模拟信号来处理的时候,就不能及时控制啸叫的形成,现在利用数字电子技术,再加上DSP(数字信号处理)的处理速度已非常快,完全能在极短的时间内发现啸叫的形成,并且利用数字技术形成一个以该频率为中心频率的频带非常窄的陷波滤波器将该频段增益降低,达到抑制啸叫的目的,可以这样说,利用专门的设备自动抑制啸叫的机理是根据下降形成过程的特点,而不是根据哪个频率上幅度比其他频率的幅度大这个原则,所以一般来说自动找出啸叫频率点并且抑制他的这种方法,通常是不会影响节目的听感的。
本文节选自音响工程设计与音响调音技术
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