声反馈的产生及其解决方法

众所周知，无论是剧场、会议厅、体育比赛场馆，还是卡拉ＯＫ厅，各种类型的扩声系统都普遍存在声反馈现象，常常在将传声器的音量进行较大的提升的同时，音箱发出的声音传入传声器引起啸叫。

声反馈的存在不仅破坏了音质、限制了传声器的音量，使传声器拾取的声音不能良好地再现，而且深度的声反馈还会使系统信号过强而烧毁功放或音箱，特别是烧毁音箱的高音扬声器。

在实际扩声工程中，只有充分了解声反馈的成因及影响，我们才能采取必要措施予以抑制。

１　声反馈的产生声反馈的产生几乎都是由于音频信号出现了偏高的正反馈造成的。

扬声器的声音折回到传声器，传声器输出的信号再送到扩声系统放大并再经扬声器送出，而后又折回到传声器，如此循环所致（如图１所示）。

引起反馈的信号往往是一个单一频率信号，而且还是一个逐渐增大的信号，经过几次反复后，同相位叠加逐步增大，从而形成自激振荡，自激振荡频率的高低，体现在啸叫的音调频率的高低。

在室外扩声系统中，声反馈主要由音箱的直达声引起；在室内扩声系统中，除了音箱的直达声外，还有来自各壁界面的反射声，室内空间的共振特性，以及系统内部电路的设计等方面。

下面主要分析声反馈产生的这两大类型。

（１）　整套系统出现声反馈（如图２所示）。

这种情况经常发生，也就是在传声器和扬声器之间形成了环路，信号被不断放大，最终超出了系统的有效放大能力而产生啸叫。

当然，出现这种信号环路有很多原因，例如，传声器的指向角直接对准扬声器；还有就是有指向性的传声器在非指向性范围内的电平抑制能力比较差，也就是指传声器的前后抑制比较差；另一种情况就是，我们经常说的房间共振频率。

在平均吸声系数较小的房间内，当声源发声时常会激发出某些固有频率的振动，这种现象称为房间共振。

房间出现共振时会声反馈的产生及其解决方法【提要】　声反馈现象在扩声现场中常有发生，是许多音响师倍受困扰的难题之一。

本文通过介绍声反馈在扩声工程中的影响与危害，对该现象的成因进行了分析，指出其产生的类型，并探讨了可行的解决途径。

【关键词】　啸叫 声反馈 振荡 抑制图１　声反馈原理图使声源发出的声波在室内往返传播，在这些频率上得到加强，这种现象称为声染色（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｃｌｏｌｏｕｒｉｎｇ）。

房间的共振频率也叫简正频率（Ｎｏｒｍａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ），或叫驻波，是房间的固有的物理特性。

当声源在房间内发声时，实际上整个室内空间都会随着发生振动。

房间四壁、天花板、地板以及室内陈设对不同频率分量的反射和吸收不同，就会有不同响应。

室内房间的共振和吸收频率取决于房间的大小、形状、尺寸比例、装饰材料等因素。

只要简正频率不出现建筑声学上的所谓简并现象（简正频率的简并现象会使简并频率附近的声音信号得到加强，从而产生声染色现象），一般就会被吸声体吸收，啸叫也就不会产生。

至于如何避免简并现象的产生，由于建筑声学是另门学科，本文就不在此讨论了。

（２）　系统内部出现反馈。

例如，通道信号→辅助输出→效果器→输出通道→反馈回辅助输出→又转回了效果器，这样就形成了一个从辅助输出到效果器之间的小循环，当环路电平增益达到一定数值，就会产生啸叫。

一般而言，周边设备与调音台之间采用这种并联连接，都有可能产生啸叫。

只要把从效果器返回来的信号不再从辅助输出通道输出，切断了环路，啸叫问题就自然解决了。

２　声反馈的影响要使整个系统稳定工作，就要克服偏高的正反馈。

作用到传声器的声压Ｐｍ为：Ｐｍ＝（Ｐｏ２＋Ｐ２）１／２式中Ｐｏ为声源作用到传声器的声压，Ｐ是扬声器发出的直达声和多次反射作用到传声器的声压。

经推导：Ｐ＝βＰｏ／（１－β２）１／２式中β为声反馈环路的总声反馈系数。

当β＝１时，Ｐ无穷大，那么，如果室内有点声响，将导致自激振荡，产生啸叫；当β＜１时，实际扩声系统输出声功率低于临界功率，Ｐ为有限◎吴靖雯广州人民广播电台图２　声反馈的形成环路值，扩声系统工作稳定，不会产生啸叫。

通常，为了防止自激，降低对扩声系统音质的影响，实际工作中允许声反馈系数β仅为０．２～０．３。

声反馈对扩声系统的影响如下：（１）　随着声音频率的变化，系统内部电路将会有正反馈和负反馈出现。

两种现象的互存，直接破坏了系统的频率响应，严重时影响系统音质；（２）　在一定条件下，自激现象引起啸叫，破坏系统的稳定性；（３）　在室内声场中，声反馈的延迟会使混响时间变长，产生再生混响干扰现象，对听音区的语言清晰度产生影响，尤其在低频范围。

３　声反馈啸叫问题的解决途径从前面讨论的啸叫产生的原因可以看出，要想消除反馈只能从切断反馈回路上着手，消除产生啸叫振荡的条件。

根据振荡原理可知，产生自激振荡必须满足两个条件：一是相位条件，要求反馈到传声器的声波信号要与传声器原声源输入的声波信号同相位；二是振幅条件，要求声反馈环路应为正反馈，即反馈增益大于１。

在实际工程中，声反馈程度大小还可以用传声增益或声音增益来评价。

传声增益定义是：“扩声系统达到最高可用增益时，观众区的平均声压级与传声器处声压级ｄＢ数的差。

”声音增益定义是：“系统打开，并增大到最大可用增益（即声反馈临界的增益减去６ｄＢ后的增益）时在指定的观众位置上测得的声压级ｄＢ数减去系统关闭时在同一位置测得的声压级ｄＢ数的差。

”两种定义表达同一物理现象，是重要的声特性指标，它们的区别仅在于测量方法和表达方式不同而已。

图３中，根据扩声系统的声反馈原理，从最大可用系统声音增益方程式：Ｇｍａｘ＝２０ｌｇＤ０－２０ｌｇＤｓ＋２０ｌｇＤ１－２０ｌｇＤ２－６（ｄＢ）（注：已增加６ｄＢ的安全余量）可得出以下几点结论：（１）　声音增益（或传声增益）不依赖讲话者的声压级；（２）　缩短讲话者与传声器间的距离ＤＳ可有效地增加声音增益；（３）　增加传声器与扬声器之间的距离Ｄ１可增加声音增益，即减小扬声器与传声器之间的声音反馈耦合，可增加声音增益。

因此，利用强指向性传声器和指向性好的扬声器可提高声音增益。

３．１　反馈啸叫问题的解决方法为了提高系统声音增益（或传声增益），消除或抑制声反馈，人们采取各种行之有效的方法。

下面，我们就探讨一下声反馈啸叫问题的解决方法。

（１）　利用传声器和扬声器的指向特性抑制声反馈，合理正确处理好扬声器和传声器之间的安装位置。

选择指向性好的传声器和扬声器箱。

传声器不应太靠近扬声器箱，不能处于扬声器箱的正前方，尽量拉开它们的空间距离和空间方位，以避开扬声器传来的直达声和反射声的影响，避免声反馈。

实践证明，对于室内扩声系统，心形和八字形指向性传声器与无方向性传声器相比，系统稳定度可提高约５ｄＢ，传声器的音量提高５ｄＢ～１０ｄＢ；（２）　适当降低室内混响时间，抑制由混响声引起的声反图３　声音增益的计算馈。

改善室内的声学环境，合理安排吸声材料，增加四周墙面、天花板和地面的吸声系数，减少声音的多次反射和减少混响时间。

房间结构满足黄金分割值（约为１．６１８∶１∶０．６１８），避免某些声频分量加强，某些声频分量减弱，产生声染色和声集中现象；（３）　接通压限器，其压缩比应设置为≤２∶１，动作时间为１０ｍｓ，释放时间为０．３ｓ；（４）　在扩声系统进入啸叫的临界状态时，虽然还未听到刺耳的啸叫声，但系统的频率特性出现极不规则的变化，声音发生很大畸变。

如果要使系统正常运行，那么系统的增益应留有６ｄＢ的余量，使它远离系统啸叫（系统自激振荡）的临界状态。

所以，在调音台上的混响调节和音量避免开得过大，利用单通道均衡器进行调整，降低“啸叫”所在的频率范围的增益，单通道的均衡器避免大范围的提升；（５）　采用均衡、移频、调相等方式，抑制反馈声能的峰值，从而保证系统工作的稳定性；（６）　在电声系统中设置反馈抑制装置，吸收衰减有害的反馈频率；（７）　当听众通过热线电话参与节目时，让听众尽量把身边的收音机音量调小或关闭，直接在电话里与主持人交谈，防止收音机所发出的节目信号通过电话机返回电声系统，引起啸叫。

此外，将主持人的传声器信号与调音台的其它音频信号一起由编组输出输送到电话调制解调器，把广播节目信号通过电话传送给电话另一端参与热线的听众。

但不能将听众热线电话的输入信号设置到调音台的连接电话调制解调器的那一路编组，避免热线电话的音频信号和调音台上的电话调制解调器的电话信号构成音频回路，形成正反馈。

利用调音台编组功能将节目信号分别送给编组总线和输出总线，而调音台的热线电话输入信号直接送到输出总线，不再送到编组总线。

这样，听众热线电话的音频信号在电声系统中就不能构成音频回路，有效抑制系统声反馈；（８）　在多传声器扩声系统中，音响线路的设计要简捷，避免或减少同功能设备叠加使用。

采用多传声器自动管理装置（如自动混音器），传声器信号编组后单独送入反馈抑制等设备，防止多个传声器同时使用时引起更大、更多的声反馈啸叫频点。

３．２　抑制声反馈的专门装置为有效地抑制声反馈啸叫，提高传声增益，经电声工程师们几代人的努力，开发研制了多种专门装置，这些装置有：（１）　移频器移频器是把扩声系统传输的音频频谱用几赫兹的超低频进行变频调制，使扩声系统的输入信号频谱与输出信号频谱发生“迁移”，从而达到破坏啸叫振荡的相位平衡条件。

音频信号经变频调制后会发生畸变，并随着变频调制频率的增大而使失真迅速增加，因此，通常只能作几赫兹的“小频移”。

由于频移范围不大，对抑制高频声反馈的作用微不足道。

此装置在２０世纪６０～７０年代仅用于语言扩声系统，现已很少应用了。

（２）　自动混音器当同时使用多个传声器时，传声器混音器（或调音台）信号混合后的输出电平将会把多个传声器的输出信号按均方值相加。

由于混音器输出电平增加，系统会产生两种情况：①系统发生过载；②系统发生声反馈啸叫。

为防止这两种情况发生，使用多传声器系统时，不得不降低各路传声器放大器的增益，保证混音器的输出电平与使用单个传声器时同样的输出电平。

如图４（ａ）所示。

每路传声器放大器的增益下降为：每路传声器放大器的增益降低＝１０ｌｇＮＯＭ（ｄＢ）式中ＮＯＭ为同时打开使用的传声器数量。

如果扩声系统中打开一个传声器时的系统传声增益为－６ｄＢ，那么，同时打开两个传声器时的传声增益就会降低３ｄＢ，则每个传声器的传声增益变为－９ｄＢ。

可是，这样的方法降低了每路传声器的增益。

采用图４（ｂ）自动混音器就能解决多传声器同时使用时对每个传声器传声增益降低的问题，并抑制声反馈现象。

自动混音器的工作原理是在每路传声器放大器中设有一个声音信号的触发门槛电平。

打开的传声器如果没有声音信号输出，那么它输出的噪声电平低于触发门槛电平，该路放大器的通道被阻塞。

只有传声器有声音信号输出时，并且它的输出信号高于触发门槛电平，该路放大器通道被自动打开。

此外，在每路传声器放大器中还抽出一个信号送到电压控制衰减器，由这个衰减器的输出控制自动混音器输出放大器的增益，确保混音器的输出电平与使用单个传声器时的输出电平相同。