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发表于 2016-2-14
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1、啸叫产生的原因及其影响
现场扩声是要使现场任何角落的听众都能听到高品质、清晰而又优美动听的声音。实际上，现场扩声最让音响师担心的就是啸叫，即声反馈。啸叫的产生可以说是整个调音过程中的一个最大的失误，因此，音响师总是想尽办法抑制这一问题的产生。啸叫给听众主观听感上的影响可总结为以下3点：
1)声反馈会破坏会议或演出的效果，引起声音失真，破坏扩声环境气氛，使演员或演讲者感到尴尬，让听众产生腻烦心理。
2)声反馈易烧毁扩声系统中的功率放大器、扬声器的中高音单元，并会限制整个扩声系统的声功率。
3)经常发生声反馈，会造成扩声增益下降。
在扩声过程中，观众当然偏爱于响度够大的演出，所以这就要求扩声工作者将扩声音量尽可能推大，而演员有时又会抱怨返送音量太小以致听不见，但如果音量开大可能导致触发啸叫频率点，引起自激，这便是声反馈发生最可能的情况。声反馈是音箱声功率能量的一部分，再次进入话筒而引起的声学回授啸叫现象。
啸叫产生的实质是声信号在系统中形成正反馈，造成系统的自激振荡。其过程可以简单表示为现场声——扩声系统——音箱——话筒——扩声系统——音箱——产生啸叫声。如图1、图2分别表示两种不同情况的声反馈的形成过程。
简单来说，啸叫产生的条件需满足以下三点。
图1 反射声被传声器拾取引起的声反馈
图2 扬声器辐射波被传声器拾取引起的声反馈
1)话筒与音箱同时使用。
2)音响系统重放的声音能够通过空间传到话筒。
3)音箱发出的声音能量足够大，话筒的拾音灵敏度足够高。
总结其产生原因的本质必须同时满足以下两点。
1)相位条件：要求反馈到传声器的声波信号与传声器原声源输入的声波信号同相位。
2)振幅条件：声反馈环路为正反馈，即反馈增益大于1。
图3声反馈形成过程及环路
如图3声反馈的形成过程表明，整个系统要形成一个闭合环路，而且要同时满足相位和振幅条件。下面从最前端分析，首先作用到传声器的总声压Pm分为两部分：演员、乐器等声源的声压，扬声器的直达声及反射声，即
(1)
P0为声源直接作用到传声器上的声压，P为扬声器发出的直达声和经多次反射作用到传声器的声压。
设声反馈环路的总声反馈系数
结合(1)式，可推出
分情况讨论：
1)当μ<1，P为有限值，不会产生啸叫，扩声系统是稳定的；
2)当μ=1，P无穷大，则导致自激振荡，产生啸叫。
虽然扩声系统的环路特性是引起啸叫的主要原因，但由于整个系统频率响应曲线的不平直性，存在某些频率点或频段突起也能引起信号一定程度的增强，导致通路中增益增大，最容易达到正反馈的条件，最先造成初始声反馈，最先影响系统工作。最常见的表现为以下4种情况：
1)信号源中的某些频率与环境中的某些固有频率相吻合激起的共振峰；
2)扩声用的设备中电声换能器的幅频特性不均匀；
3)人为操纵补偿造成的过均衡；
4)播放的声信号同相叠加。
除此之外，建声方面的缺陷也是导致声反馈产生的不容忽视的因素之一。由于室内建筑结构本身存在一定的缺陷，例如过于规则——长宽高为整数比，强反射面、存在声阴影区，产生驻波点、混响时间过长、频率响应不均匀、存在声聚焦、对某些频率的反射过强等现象，达到正反馈的振幅条件，都可能引起声反馈。
话筒与扬声器的摆位也应特别注意。例如传声器置于扬声器所在的声场中，使两个声场发生了紧密耦合。传声器拾音入射角度与扬声器辐射角度接近，直接拾取重放声。
2、解决声反馈的办法
扩声系统有一项很重要的声学特性指标，即“传声增益”，是指扩声系统应在产生声反馈自激临界点下-6 dB工作，这是一个系统稳定工作的最低标准。在实际扩声中，不管扩声设备有多少，只要一达到这个反馈临界值，音量就不能往上提，此增益叫系统传声增益。所以，这就给在一定程度上提高响度提供了一种可行的方法。音响师可以通过提高系统的传声增益来抑制声反馈的发生，从而提高部分扩音音量。
1)建声方面
由于房间结构本身存在的声学缺陷，房间里会有不同程度的声反射、叠加、干扰、驻波、绕射等现象，而且声聚集、声染色、声场不均匀、混响时间过长等一系列原因导致了频率传输特性不均匀，频响曲线不平直，因此本身存在着自激频率点。对此，可以从以下几点改善房间的声场特性。
(1)设计房间的长宽高不能成整数比，应满足黄金分割比例，这样可以有效控制声染色现象，而且墙面上也应布置些扩散体，有利于声能的良好扩散，使声场分布均匀。
(2)在声学设计或装修时要对观众区进行合理的吸声处理，座椅和地板采用吸声材料，对主扬声器对应的一次反射面进行吸声处理，减少从观众席返回的声能。
(3)舞台返送音箱对应的反射面也应作吸声处理，尤其在有话筒的拾音区避免凹面或镜面反射装饰。
2)电声方面
主要针对传声器的正确选择和扬声器的合理布置，考虑到扬声器与声源的距离、传声器与声源的距离、扬声器的指向性与辐射角、传声器的指向性及灵敏度、传声器指向与扬声器轴向夹角等均能影响系统的传声增益，因此选择传声器时应注意以下几点。
(1)选择频率特性平坦、灵敏度不太高的传声器，不容易由于某点频率过强而引起啸叫。
(2)传声器对着扬声器最不灵敏的方向，也就是传声器位于扬声器正后方，正面轴线偏离扬声器角度尽可能大。
(3)在同一场合尽可能使用同一型号的指向性传声器，使用的数量越少越好，选用强指向性的传声器能提高系统的传声增益。
在布置扬声器时应注意以下几点。
(1)直射式全频音箱尽量避免界面反射。
(2)选用辐射范围较窄的音箱，避免重放的声音再次被传声器拾到引起回授。
(3)布置音箱时，应使听音区域直接获得声音的直达声。在一般情况下，音箱吊挂是房间获得直达声的最好方法。
(4)音箱摆放与房间中心轴线要对称，这样才能营造一个和谐、均匀的声场环境。
(5)可采用声柱作为扩声音箱，因其指向性强，减少混响干扰，供给强直达声，同时可补偿远处声衰减，使声场分布均匀，减少声反馈。也可采用线阵列扬声器系统，能很好地解决水平、垂直平面的覆盖，方向性强，可靠地抑制声反馈。
3)其他专业设备可用来抑制声反馈
(1)利用均衡器
使用均衡器将出现啸叫的某些频点衰减或切除，从而达到抑制声反馈的目的。因啸叫点是频响曲线中凸起的频率，要想使频响相对平直，需要降低该点增益，其原理如图4所示。
图4使用均衡器抑制反馈的连接图
可采用图示均衡器或参量均衡器降低啸叫频点的电平增益，其实质均利用了陷波器，只不过参量均衡器频率可调Q值更高，频段带宽更窄，更直观些。
但利用均衡器抑制啸叫存在如下问题。
(a)较易引起相位失真，尤其当两个相邻频率点之间的增益大于6 dB时，相位失真最严重。
(b)图示均衡器采用1/3倍频程，可能啸叫点频率介于两者频率之间，需要将两个相邻的推杆同时下拉，无疑扩大了调整频率的范围，扩大了对现场扩声的丰满度、音质水准和更宽频率范围声音响度的影响，这样反而抵消了一部分扩声能量。
(c)这种低段位的均衡抑制啸叫，可能影响声音的质量，而且又损失不少声频功率，提高传声增益仅3～5 dB。一般多用来进行音色的修饰，抑制啸叫只是辅助功能。
(2)利用移频器
利用移频法降低声反馈的基本思想是采用偏移频率的方法破坏反馈声与原始信号的同相条件，抑制系统的自激振荡。移频器可以串接在调音台之后。将输入音频信号的频率提升3 Hz、5 Hz或7 Hz，然后输出，经周边设备后送到功率放大器，经扬声器送入声场。如果声音重新进入了传声器，经移频器处理以后，音频信号频率会再增加5 Hz(或3 Hz、7 Hz)由扬声器送入声场，由于频率改变了，所以不会在同一个频率上产生峰值而啸叫。
但移频器存在如下问题：移频器对控制声反馈是非常有效的，但它只适合于以语言为主要内容的节目扩声系统，而对以音乐和歌曲演唱为主要内容的演出扩声则不尽理想。因为频率改变了，音乐的乐音改变了5 Hz，可能在高频不是很明显，但在低频就造成了音不准的问题，这在音准要求很高的音乐扩声中，一般不采用。
(3)利用反馈抑制器
反馈抑制器能够快速扫描自动寻找反馈频率，并能自动生成一组与该频率相同的极性相反的信号消除啸叫的频率信号，从而抑制反馈，提高传声增益。其工作原理图如图5所示。
图5使用反馈抑制器的连接图
反馈抑制器寻找反馈抑制点通常有2种方式。
(1)采用静态模式。将反馈抑制器串接在调音台和功放之间，置于旁路状态，按正常方法调节调音台、功放和其他设备。调试完毕后将反馈抑制器置于工作状态，慢慢增加音量，直到反馈出现，反馈抑制器会快速将反馈抑制掉，此时反馈抑制器的第一个滤波频点设置完毕，并被储存。然后重复以上过程，设置其它滤波频点，直到反馈全被消除。这种方法适用于扬声器位置相对固定的场合。
(2)采用动态模式。设备在运行过程中不断扫描寻找反馈点，在准确分析出啸叫频率后，再利用窄带滤波器进行抑制。
3、音乐剧扩声中啸叫的抑制
下面以音乐剧的扩声为例，具体说明如何利用专业设备对多支话筒进行调试，使之尽量避免啸叫。
音乐剧的演出演员多佩戴无线头戴式话筒，由演出性质所决定，演员的活动范围比较大，再加上整场演出话筒数目比较多，极易发生声反馈啸叫现象。因此尽量选择单指向性的，以防止拾取到舞台返送音箱的反射声。
利用以上提到的设备可以有效地控制反馈的发生。对于单支话筒可利用声反馈抑制器的插入法就可把啸叫声抑制住。但对于多支话筒来说，似乎并不那么简单。例如一场演出需要10支无线话筒，首先在调音台上将这10支话筒编为一组，把各路高、中、低音调EQ钮和各路增益GAIN钮均调在中间位置上，然后把各路辅助音量推子拉下。然后让佩戴好话筒的演员站在舞台上最易发生啸叫的地方，用他们演出时的音量讲话。连接扩声系统，用插入法把反馈抑制器插入这10支话筒对应的编组INSERT接口。设置串接于调音台至功放之间的周边设备于旁路，并将其入输出旋钮设置在0 dB处，功放衰减钮设置在中间位置上，调音台上话筒编组输出推子和主输出推子也设置在0dB处。对各路话筒进行调试，将其中一路话筒的辅助音量推子慢慢地往上推，待稳定的啸叫声出现为止。记住该路推子的位置，然后把该路推子拉下，接着进行第二路话筒的调试，依此类推，直到这10路话筒都调试完。拉下调音台上主输出推子，恢复各路话筒分推子在啸叫声出现的位置上。将声反馈抑制器的旁路键恢复成工作的状态，并选择Sl单点滤波方式，然后将主输出推子慢慢推起，待啸叫声出现后抑制器会逐频点的把这10支话筒的各个啸叫声抑制住，直到抑制器上的各个红色滤波指示灯不再闪动为止。最后按STORE存储键，用旋轮选择好存储号码，再按STORE键将调节结果存储起来。
通过以上对于啸叫产生的原因及解决方法的阐述，为现场扩声的音响设计及调音提供了一定的理论指导。
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