扩声系统防啸叫

扩声系统防啸叫技术简介硬件维修扩声系统防啸叫技术简介(ZT)一、啸叫的常识简介┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈1.1.为什么要啸叫┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄-1.1.解决回声啸叫的办法┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄-2.二、啸叫的形成机理┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┄-2.1、声音的一些基本特点┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2.2、峰点的形成——房间固有声学响应┄┄┄┄┄┄┄┄┄6.3、反馈——啸叫的形成条件┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8.4、房间啸叫的形成机理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12.5、实践中需注意的问题┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄15.三、防啸叫技术方案实施的原理及优劣对比┄┄┄┄┄┄-17.1、均衡方式抑制啸叫┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄17.2、移频方式抑制啸叫┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄20.3、移相方式抑制啸叫┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄23.4、参量均衡方式抑制啸叫┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25.5、DSP技术的运用┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄28.一、啸叫的常识简介1、为什么要啸叫？不知各位还记得小时侯到礼堂、空旷的大房间以及山谷中去玩耍打闹、高声喧哗时产生的回声吗，这些地方为什么产生回声呢？是因为我们发出的声音经过空气传播出去后（声音致使空气产生压缩和扩张，并按340米/秒的速度将这种压缩和扩张进行四散传播），遇到了墙壁、高山使声音返回来再次传到我们的耳朵里，就听到有重音或回声；由于声音通过空气的传输能量会逐次递减（变成空气热量而消耗掉），所以我们听到的回声会一次比一次弱小以致最后消失，不会产生啸叫。在我们使用扩声系统时，尤其室内使用拾音器（俗称话筒）扩声经常产生啸叫，原因就是房间固有的存在前面提到的回声现象，当音箱产生的回声返回时通过了话筒，会再次被话筒拾到声音，使回声再次进入扩音系统进行了放大，如果回音和初始音相位相同则两个声音会产生叠加加强，加强的声音再次回声到话筒放大，再次加强，如此周而复始，便产生了强烈的刺耳的啸叫，从而破坏了扩声系统的稳定，有效的声音进不去也扩不出来，也听不到，整个设备不能正常工作。所以，产生啸叫的根本原因是回声（回声反馈加速引起的）。2、解决回声啸叫的办法在音响界，最初解决回声啸叫的办法是降低扩声系统的增益（放大量）来使系统稳定工作，缺点是不能完全满足扩声音量的需要；所以工程技术人员又在室内建筑声学、结构声学以及室内装饰装修方面下功夫以解决扩声难题和回声反馈啸叫，这方面最典型的是北京的中国音乐厅，它基本上可以不用现在的扩声器材，但它的造价及施工难度非常大，不具备普遍推广意义；故工程技术人员又通过仔细认真研究啸叫形成机理又在电路上想办法解决这一扩声难题，先后开发了均衡、移频、移相、参量均衡等方案，基本上能满足现代扩声要求，具有普遍推广意义。二、啸叫的形成机理前面讲了，回声是形成啸叫的根本原因，没有回声则永远不会啸叫。那针对某个房间啸叫具体是怎样形成的？相位又是什么呢？何为峰点、谷点？1、声音的一些基本特点我们首先要记住声音的一些基本知识：1、声音是靠空气振动传播的（在真空中人是听不到声音的）。2、空气中声音传播速度为340米/秒。3、声音的传播需要能量。即传播需要消耗功率，没有能量的注入就不会有声音的传播；声音在空气中的传输能量会被空气逐渐吸收转化为热量消耗从而声音会越传越弱小以至消失；海面上声音往往传不远，这是因为海水比空气和陆地对声音能量的吸收要厉害的多，故往往轮船汽笛喇叭的功率要求达到上万瓦特甚至十几万瓦特。4、人耳可听声音频率范围：20Hz（赫兹）~20000Hz（赫兹），即空气每秒振动的次数在20次到20000次人耳能听到，每秒振动次数低于20次以下称为次声波，每秒高于20000次称为超声波。5、人声语言的音频范围：一般在200Hz~4000Hz之间。男性的频率成分偏中低频，女性的频率成分偏中高频。这就是为了尽量不占频带资源而电话机的带通频率一般设在300Hz~3000Hz的真正原因，而我们都知道电话机的通话音质完全可以接受。6、音强：即声音的大小强弱，空气压缩或扩张的程度越强则声音越大，相反压缩或扩张的程度越弱则声音越小。7、声压：声音的大小用分贝（即dB）来表示，人耳可听音强范围在0dB~140dB左右。8、分贝：分贝是对声压的对数表示方式，即参照物按乘除法的方式变化时我们的对数（即分贝）按加减法的方式来表示。其中人耳听力曲线是与对数曲线非常相近，即当音量成倍增大时，人耳听觉对音量的这种增大感觉要迟缓，越是到了高声压级（大音量）后，感觉越迟缓。用分贝表述声压单位符合人耳的听觉特性。举例：音量增加了10倍，我们分贝表示增加了20dB；当音量再增加10倍即原来的10＆#215;10＝100倍时，我们的分贝值再增加20dB即20＋20＝40dB；同理，当一个声音增加了100000倍即10＆#215;10＆#215;10＆#215;10＆#215;10＝100000倍，我们用分贝值表示此声音增加了20＋20＋20＋20＋20＝100dB；显然用分贝数表示声压比直接表示声压值要显得易读和省事（至少少写了许多的“0”，不信试着写出并读出200dB声压的声音增加了多少倍？10000000000倍）；实际倍数和分贝换算之间还有一个方式即：声压每增加1倍，分贝值增加6dB；再增加1倍即2＆#215;2＝4倍，分贝值增加6＋6＝12dB；以此类推。相反，当声音减弱多少倍，分贝值则相应地按上述换算关系减去多少分贝。值得注意的是对功率的表示值是功率每增加10倍产生的声压分贝值只增加10dB，功率每增加1倍产生的声压分贝值只增加3dB，这刚好是前面换算的一半。这是因为功率是一个复合参数（电压和电流同时作用才叫功率），大家不必知道这是为什么，只是必须知道是这么一回事，因为在实际的扩声中，有能量的消耗才会有声音产生，功率是能量的实际表征，故功率的换算方式具有实际意义。9、人耳听觉音强范围描述：0dB音强指在完全消音的房间里人耳刚刚能听到或感到声音存在时的声音大小（显然，这种理论上的环境是不会存在的，完美的消音室也做不到0dB的声音出来）；人们正常音量讲话口腔位置发出的声压在100dB左右，在环境相对安静时人们耳朵感觉最舒服的音量大小在88dB~92dB左右（这一点尤为重要，我们在常规语言扩声领域追求的每一听众位置能得到的平均声压就在这一数值，声压过弱过强人耳都容易感觉疲劳）；大多数人在声压达到130dB~140dB即感到耳疼、头痛、头皮发炸，即痛域值；我们知道宇航员在火箭升空过程中耳朵要承受160dB的噪音是多么不容易，痛域值比常人简单的多出20~30dB这意味着经过训练的宇航员他的要比常人能承受的极限声音还可以高出10倍到30倍左右。10、波长：20Hz的声音每振动一次声音已走了17米（即20Hz声音的波长为17米=340米/秒除以20Hz）、20000Hz的声音每振动一次声音已走了0.017米（即波长1.7厘米）；11、直达声：声音在空气中直接进入人耳的声音叫直达声；12、反射声：声音经过建筑物反射后进入人耳的声音叫反射声；声音在传播中遇到障碍物（比如墙面、地面、桌椅等）时，一部分进入障碍物被其吸收，一部分被障碍物反射回去（即回声，其反射方向同镜子反射光线一样）；一次反射声：声音被障碍物第一次反射后的声音叫一次反射声，一次反射声弱于直达声；二次反射声：声音被障碍物第二次反射后的声音叫二次反射声，二次反射声弱于一次反射声；N次反射声：声音被障碍物第N次反射后的声音叫N次反射声；N次反射声弱于N-1次反射声；13、房间声音的描述：当一个房间完全吸收声音能量，则该房间完全没有反射声只有直达声，这种房间我们称之为消音室，这时人耳听到的声音发干、干瘪。当一个房间完全不吸收声音能量而只有反射称为不吸音，这时反射声的能量不衰减，叫反射声过强；这时人耳听到的声音浑浊、混沌。直达声和反射声往往先后作用于人耳，实验表明当两者时间相差50ms（0.05秒）以内，人耳听不到两个声音，反射声起到补充直达声的作用，声音变得厚实、丰满；14、房间混响时间：无数次的反射声和直达声共同形成了混响，当一个房间的混响时间在1秒到2秒之间为混响适中，人感觉听感舒适；当混响时间大于4秒则听感浑浊，说明房间反射过强、吸音过弱，应增加一些吸音措施；当混响时间小于1秒则听感干瘪，说明房间吸音过强、反射过弱，应减少一些吸音措施；15、声音的相位：我们知道声音是通过空气的压缩和扩张来传播的，对空间的某一点来说，当直达声压缩该点的空气，而反射声反射到该点时有两种情况：一、同样地在压缩该点的空气，我们称反射声和直达声在该点的相位相同，则该点空气压缩的程度变强，音强得到增加，声压得到了提高；二、相反地在扩张该点的空气，我们称反射声和直达声在该点的相位相反，则该点空气压缩的程度变弱，音强得到减弱，声压得到了降低。一句话：相位相同声音变大，相位相反声音变小。2、峰点的形成——房间固有的声学响应有了以上的声音的一些基本知识我们回头分析啸叫的形成机理，对于特定的房间，有它固有的房间声学频率响应特性，这种特性只与房间的几何结构尺寸和材料及内饰物的表面吸音和反射能力及位置相关。这种固有的频率特性是什么，又是怎样得来的呢在房间里，当一个声音发出去以后，直达声呈扇面球状立体发散的传递，这些无数角度方向发出去的直达声音在遇到房间房顶、地板、四面墙壁以及内饰物、呈列物后一部分声音能量被其吸收掉，另一部分被其反射回来形成反射声；反射声经过空中传递后又进入这些物体一部分被其吸收另一部分又被其再次反射；周而复始，直到最原始的声音能量被空气和这些物体吸收怠尽为止。我们来具体看这个过程。很显然在声音完全消失前，房间空间的任何一点都充斥着：原始直达声＋N次反射声＝N+1次的叠加，这些无数次的反射声到达空间该点的方向、大小强弱是杂乱无章的。有的反射声到达该点与原始直达声相位相同，声音变大，声压提高；有的反射声到达该点与原始直达声相位相反，声音变小，声压降低；一般来说，越后面的反射声能量越小，对该点声压的影响越小，越可以忽略不计，通常只考虑直达声和前两三次反射声对空间某一点声压实施的影响。理论和实践表明：对于特定的某个房间，只要音箱位置固定或声源的方向固定，房间空间中的任何一点都有相应固定不变的声压――频率响应曲线，该曲线表征了房间特定某一点上声音在20Hz~20000Hz不同频率点位上的直达声和反射声叠加后对该频率点声压施加的影响。可以看出20Hz~20000Hz的音频范围内，声压的大小是各不相同的（不是标准的一条直线），这是由于不同频率声音的波长不同，反射到该点路径不同，最终在该点和原始直达声的相位不同。有的频率点直达声和所有反射声相位相同，声压显著提高，我们称该频率点为峰点，声压最高的频率点叫第一峰点，声压次高的频率点叫第二峰点，依次类推；有的频率点直达声和个别反射声相位相同，声压有所提高；有的频率点直达声和个别反射声相位相反，声压显著降低我们称该频率点为谷点，声压最低的频率点叫第一谷点，声压次低的频率点叫第二谷点，依次类推；从声压－－频率曲线图还可以看出，峰点谷点往往在声音频率的中低频率段分布更多一点，10000Hz以上要少一些，这是由于材料和空气对高频的声音能量吸收快，反射少，反射声少则意味着高频声音在空间由于相位不同造成的叠加机会少，故高频段的峰谷点分布少；而中低频段的峰点分布多的重要原因是低频声音具有强绕射能力（前面讲过越是低频波长越长，20Hz时波长可达17米，明显长波在传递过程中可以很轻松地饶过障碍物，即绕射能力强）同时不易被材料和空气吸收能量，故峰点在中低频段分布多一些。很显然，当房间的声压――频率相应曲线越平坦，峰谷点分布越少说明该房间还音效果越好，房间混响适中；相反曲线落差越大，峰谷点分布越多说明该房间还音效果差，该房间的混响偏重。房间的声压――频率响应曲线可通过粉红噪声发生仪和声压计以及扫频仪来测得。测试证明，世界一流的音乐厅，其房间听众位置的任何一点的声压――频率响应曲线更完美；这是因为建筑声学和