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[扬声器] 如何从扬声器当中获得更大的声压级而不产生“回授”?

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发表于 2019-3-23 19:38:45 | 显示全部楼层 |阅读模式
如何从扬声器当中获得更大的声压级而不产生“回授”?
( ^" G0 C, S  ?  t- A$ V4 `回授问题是现场扩声工作者都必须面对的问题,尤其是返送扬声器系统的回授,对演出成功与否起着至关重要的作用。回授是声源被传声器拾取之后被扩声系统多次放大(扬声器发出的声音再次被传声器拾取)而产生的结果。如何从扬声器当中获得更大的声压级而不产生回授是所有工程师关注的重点。
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  一.回授的发生条件
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: N  d& J4 g% z+ I$ O: T5 c! Z9 X/ u  回授的发生主要取决于两个条件:增益条件和相位条件。比较声源到达传声器的声音信号和返送扬声器达到传声器的声音信号(本文所研究的条件是1位演奏者使用1支传声器对应1个返送扬声器的情况),当两者同时满足增益条件和相位条件时,回授发生。5 l/ m. W* ~6 W2 d% o3 y4 kwww.zghifi.com zghifi.com

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  二.能够获得多少回授前增益?! u# f, O2 x% P# xwww.zghifi.com zghifi.com

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  无论使用何种方法,都无法回避一个基本的原则:即系统整体增益(Unity Gain)为1时,回授开始出现,这意味着当扬声器到达传声器的声能和声源到达传声器的声能相等时,系统开始回授。6 p2 B. q1 ]/ Twww.zghifi.com zghifi.com


* Z6 O) P0 T: V" v  假设传声器是一个全指向,在任何方向上对任意频率的灵敏度相同的换能器,而返送系统对全频段的信号有相同的放大增益。在这种情况下,只要返送扬声器到达传声器的声能和声源到达传声器的声能相等,就会发生全频段的回授。1 y( c  o# w( r$ t9 W) z3 V) vwww.zghifi.com zghifi.com

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  在实际的返送系统当中,使用的传声器具有指向型,对不同频率的灵敏度有所不同,且返送系统对于不同频段的放大增益也不相同。在这种情况下,系统在哪个频段的整体增益到达1,或者说扬声器到达传声器和声源到达传声器的声能在哪个频段*早达到相等,哪个频段就开始回授。
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- h1 ^2 r- J7 ^3 S* j3 {  同时,在考虑增益条件的基础之上,还需要考虑两个信号(在某些频段)之间的相位关系。当它们在传声器处满足增益条件且相位差在±120°之内(考虑距离差,相位差范围通常相差若干个周期)时,系统开始回授。相位条件的引入使得回授的问题变得复杂化,需要考虑两个信号在传声器处的相位干涉问题,将干涉产生的信号增幅(或衰减)计入系统整体放大增益当中:当两个信号在传声器处于抵消状态时,系统的整体增益实际上被削弱了,这意味着可以从返送扬声器当中获得更高的声能而不发生回授,这也是一部分工程师习惯于将返送扬声器的输出做整体的相位极性(Polarity)返转的原因。
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  (图片来自于网络)# T3 K$ d1 s+ ?2 l$ Bwww.zghifi.com zghifi.com

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  三.如何处理回授问题9 v6 T: P  I7 L  F; m1 z$ ywww.zghifi.com zghifi.com

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  一、针对增益条件- @$ ~$ J4 @: u3 Z6 J: C. cwww.zghifi.com zghifi.com


, v  L' A& y( }" a9 P7 @  针对回授产生的要素,也可以通过两方面的手段来对其进行处理。
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  首先,针对回授产生的增益条件,我们需要防止某些频段的系统整体增益过早到达1,这可以从传声器和返送扬声器两个方面入手。
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  (1)尽可能使用强指向性的传声器,且不同频率的指向性应尽可能相似。1 O, `' _8 g( }3 Vwww.zghifi.com zghifi.com


+ d3 r; K! v& X  通常,传声器对高频的指向性控制要优于低频,其指向性从低频到高频呈现逐渐增强的趋势。在实际工作中,可以对传声器做适当低切(High-Pass)处理,通过衰减低频能量来弥补指向性的不足,并且尽量将返送扬声器辐射的轴向对着传声器指向性*弱的部分。此外,工程师还应该努力和演员建立一个良好的沟通,改善其使用传声器的习惯,保证传声器的指向性不受破坏。这主要是由于部分传声器是通过声学入口的方式来获得指向性的,握住传声器头的不良使用习惯堵住声学入口,进而破坏指向性。
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  (2)对于返送扬声器来说,尽可能使其输出频率响应达到一个平直的状态,是防止某些频段的系统增益过早达到1的关键。3 \% k/ L" [  Owww.zghifi.com zghifi.com

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  在这个问题上,扬声器的分频处理是*为重要的。返送扬声器通常使用两分频的设计,由于分频网络本身的特性,它的高音单元和低音单元势必会同时回放一部分相同的频率,这两个信号在听音区域的相互作用对于扬声器在这一频率的指向性会有着复杂的影响。通常通过延时器将高音和低音单元间的物理间距进行校准,并借助极性反转、IIR均衡器、FIR均衡器和全通滤波器等工具使其获得一个平坦的频率和相位响应。这种调试基于音频测量的结果展开,而测量结果受到测试传声器位置的影响,因此在进行测试时,可以考虑将测试传声器放置在扩声工作中传声器实际摆放的位置上。由于扬声器的分频问题较为复杂,很多因素会影响扬声器的频率和相位响应,在此不做深入探讨,仅提取重点加以说明。
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6 ~! Y" _* ?8 \; R2 T8 d9 K) X9 x' U  在正确的分频处理之后,可以借助均衡器来进行频率响应的进一步修正。这种均衡修正来自于两个方面:
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  一是对扬声器整体的频率响应做修正(通常作为无法对扬声器分频网络进行调整时的手段);
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  二是在输入通道上对输入信号做衰减均衡处理,以补偿现场扩声中近距离拾音带来的部分能量过于突出的问题,此为另一话题,在此不做赘述。7 n3 J5 w; K3 d& O9 c% pwww.zghifi.com zghifi.com

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  需要注意的是,当使用普通的参量均衡和图示均衡对输入输出通道进行处理时,信号和系统的相位响应也在发生着改变。一个均衡的使用可能同时缓解(或者加剧)了增益和相位的问题。
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- i! N0 B: [7 Q( [/ Y  二、针对相位条件. _, v* E+ C7 {www.zghifi.com zghifi.com


' b" A- h5 y% ^& w' @5 ~  针对回授产生的相位条件,除了将扬声器的输出信号极性整体反转之外,还可以使用全通滤波器的方式来对某些频率的相位进行反转(SSL Live调音台即可实现此功能)。当然,在实际工作中能够大量使用全通滤波器的机会很少,即便如此,也应该学会从相位的角度处理回授问题。
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) S8 d" ]3 }# t& r: V# G' k  当两个同频率、同强度的信号在相位差在±120°以内时,它们相互作用的结果是增幅的,可以看作某一频率的两个声波在传声器处进行了某种程度的叠加,即到达该位置时,两个声波的传播相差±1/3个波长以内。% R" w' A7 p: Uwww.zghifi.com zghifi.com


' c$ H+ K7 f8 M4 `- Y1 g1 X  如果从相位的视角转换到波长的视角,会发现新的问题——随着温度和湿度的改变,声速会发生改变,而声音的频率不变,因此该频率的波长会发生改变,即随着温度和湿度的改变,导致回授的声波波长并没有发生改变,但频率变了。这就是为什么在走台时通过均衡的方式处理掉回授之后,在演出时还会出现新的回授频率的重要原因:均衡器只针对频率作用,而不针对波长作用。" g7 X0 N# ~0 Kwww.zghifi.com zghifi.com


/ d' h3 T/ y2 g, d! u( S  这一现象带来的启示是,窄带均衡陷波器和全通滤波器在反馈处理上具有局限性。在使用图示均衡进行反馈均衡修正时,应适当做“过量”的处理,增加均衡器所影响的频率范围,以避免温度和湿度变化带来新的反馈频率。当然,这种过量也是一种妥协,它对于返送的音质会产生很大的影响。+ M% o; ~+ i& r, `2 ^0 wwww.zghifi.com zghifi.com

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  四.结语
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( o; `+ c/ n* G! z  *后需要说明的是,返送扬声器的音量*终能开多大,归根到底还是取决于演员的演唱和演奏音量,演奏和演唱的音量越大,系统整体增益在到达1之前返送扬声器能够送出的音量就越大。所谓“羊毛出在羊身上”。
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