聲反饋直接影響擴聲系統的音質,嚴重時會破壞整個系統的穩定,在實際工程中應采取必要的措施予以抑制。本節結合擴聲系統的調試著重介紹對聲反饋的抑制方法。
1.聲反饋的形成
1)聲反饋的產生與影響在擴聲系統中,聲源除了從傳聲器→放大系統→音箱這一正向電傳輸通道外,還存在著音箱直接回授給傳聲器這--反饋通道。反饋聲再經過傳聲器和放大系統,送回至音箱。如此反復循環,整個系統將產生自激,進而使系統無法正常工作。
在室外擴聲系統中,聲反饋主要由音箱的直達聲引起。在室內擴聲系統中,引起聲反饋的因素除了音箱的直達聲外,還有室內聲場中來自各壁界面的反射聲。實際上,聲反饋系數的數值大小與反饋聲聲壓及聲源聲壓間的相位有關。通常,聲頻系統的使用頻率范圍為100~8000Hz,因此在整個擴聲音響系統當中,聲反饋隨著頻率的變化,將會有正反饋和負反饋出現。當出現正反饋時,系統才會產生自激,引起嘯叫。要使整個系統穩定工作,方法就是克服正反饋,條件是聲反饋系數隊1。為了防止自激,降低對擴聲系統音質的影響,實際工作中允許的聲反饋系數僅為0.2~0.3。
聲反饋對擴聲系統的影響如下。
(1)正反饋和負反饋兩種現象互存,直接破壞了系統的頻率響應,產生略變,嚴重時影響系統音質:
(2)在一定條件下,自激現象引起嘯叫,破壞了系統的穩定性;
(3)在室內聲場中,聲反饋的延遲會使混響時間變長,產生再生混響干擾現象,對聽音區的語言清晰度產生影響。
2)最大功率增益在擴聲系統中,當B≤1且反饋通道信號傳輸與正向傳聲通道信號傳輸同相時,系統將不穩定并且產生自激。因此,定義B=1時,擴聲系統輸出的聲功率稱為臨界功率,用W。來表示。在實際工程中,為了避免由于聲反饋引起的頻率畸變、系統自激和再生混響干擾,并且使系統能夠穩定地工作,應該滿足B<<1,也就是實際擴聲系統輸出聲功率要低于臨界功率。定義擴聲系統在實際使用條件下音箱輸出的聲功率為最大聲功率,用WM來表示。最大功率增益可以作為設計擴聲系統時選擇音箱與放大器功率容量的計算依據。
3)傳聲增益實際工程中,聲反饋程度大小還可以用傳聲增益來評價。傳聲增益的定義是:“擴聲系統達到最高可用增益時,各聽眾席處音箱所產生的穩態聲壓級與聲源在擴聲系統產生的穩態聲壓級之差。”
2. 聲反饋抑制方法
根據聲場特性,擴聲系統聲反饋抑制應從系統設計、聲場布局、設備選型直至聲場調整入手,每個環節都要做好預防聲反饋的工作。具體方法有:

 1)抑制聲反饋峰值采用均衡、移頻、調相等方式,抑制反饋聲能的峰值,從而保證系統工作的穩定性。
2)控制好廳堂的聲學條件 對于室內擴聲系統來說,室內混響時間越長,其混響聲能越大,則引起的聲反饋機會越多。因此,適當降低室內混響時問,可以有效地降低聲反饋。再有,室內聲場的均勻特性好,有利于提高擴聲系統的穩定性。有關廳堂建聲指標的制定和建聲條件的控制,應在廳堂音質設計的初始予以充分考慮。
3)消除聲反饋通道利用傳聲器與音箱的指向特性,調整它們之間的空間位置,處理好傳聲器與音箱的位置關系,消除聲反饋通道。理想狀態應是音箱遠離傳聲器,使音箱發出的直達聲根本不能進入傳聲器,系統中聲反饋可以處理得很小。音箱的實際工作位置并不能完全遠離傳聲器,特別是采用室內聲場的集中式布局的音箱系統。因此音箱與傳聲器的位置關系,應保證音箱的供聲使整個聽眾席獲得足夠的聲能,并且使音箱對傳聲器的影響降低至最小,這就要從音箱與傳聲器間距離,相關位置及指向性特性去分析、處理。
(1)通過器件選型消除聲反饋通道。
①指向性傳聲器可以抑制音箱從其他方向上來的直達聲,還可以減少室內混響聲能,
提高系統工作的穩定性。因此,在擴聲系統中,特別是室內擴聲系統中,其選用應完全占主導地位。通常心形指向性傳聲器和無方向性傳聲器相比,可傳系統的穩定度提高5dB,而超心形和超指向性傳聲器與心形指向性傳聲器相比,還可使系統進一步增益提高。
② 音箱指向性在滿足觀眾席供聲的聲場覆蓋范圍的基礎上,宜選用指向性較窄的器件。
③ 音柱在低頻段信號較小,其垂直指向性較窄,易于控制聲反饋,常用作語言擴聲的主要放聲器件。
④恒定指向性號筒式音箱具有多種恒定指向角度可選擇,而且在指向性主聲束之外,沒有副聲束旁瓣,對降低聲反饋有利,因此對各種場合的擴聲系統均適用。
(2)利用臨界距離消除聲反饋通道。在條件許可下,音箱與傳聲器的距離L應盡可能拉大。對于室內聲場,音箱與傳聲器之間距離應大于臨界距離Dc。臨界距離Dc的計算公式為
Dc=0.057(VQVT60)1/2
式中,V為房間體積;Q1為音箱的指向性因子;T60為室內混響時間。
在臨界距離以外,直達聲要小于反射聲,基本可降低了音箱直達聲對傳聲器的影響,但需注意音箱在各個方向擴散場的距離是不同的。對于混響時間較長而又以語言擴聲為主的會堂,采用分散布局方式,有利于拉開音箱與傳聲器間距離,阻斷聲反饋通道,加強聽眾席直達聲,提高語言清晰度。
(3)相關位置。
①音箱的聲輻射“死角”,即聲幅射最弱方向,對著傳聲器靈敏度最差方向,這樣抑制聲反饋效果較好。
② 音柱以布置在傳聲器上方較好,一方面可以擴大聲輻射距離與范圍,另一方面可利用音柱較窄的垂直指向性,抑制聲反饋。音柱安裝較低,且與傳聲器成水平平齊狀態,由于音柱的水平指向性較寬,對傳聲器影響大,極易引起聲反饋。音柱置于傳聲器前上方,顯然對抑制聲反饋有利。
4)利用頻率均衡技術抑制聲反饋 對于室內聲場,擴聲系統的傳輸響應不但與音箱的直達聲場有關,而且與廳堂本身的物理特性有關,有時單靠處理音箱與傳聲器的位置不能完全奏效。例如,在低頻段,聲波波長較長,音箱低頻輻射無指向性。再如,聲反饋系數的相位與聲源同相時,也極易產生自激,出現嘯叫。此時,可以在擴聲音響系統中插入均衡器,利用頻率響應的均衡技術,抑制聲反饋傳輸響應的峰值,提高系統的傳聲增益。采用頻率響應均衡技術不但可以抑制聲反饋,而且還能改善廳堂的音質,提高擴聲的豐滿度、清晰度和自然度。
為了在擴聲系統中控制房間傳輸響應的不規則性,可以先使護聲系統自激,并測量該系統在廳堂內對語言、音樂質量影響較大的每一個自激頻率,然后利用插入系統的均衡器,將其精確地調諧到每一個自激頻率,增加足夠的阻尼來保證所需增加的增益,而不產生自激。調試過程中,還會產生新的自激頻率,此時還要重復上述過程,直到系統傳聲增益達到所需指標。
通常在房間傳輸響應上有多個自激頻率,而且沒有規律,這就需要做反復細致的調試。近年來,實時分析儀逐漸普及,調整時觀察方便,調試直觀,總的音色平衡容易掌握,經過反復調整,可以提高系統的傳聲增益。
5)利用移頻法降低聲反饋 利用移頻法降低聲反饋的基本思想是采用偏移頻率的方法
去破壞反饋聲與原始信號的同相條件,抑制系統的自激振蕩。在擴聲系統中,插入移頻器,使音箱的輸出信號相對于傳聲器信號的所有頻率都偏移一個適量,這種方法可以有效地抑制聲反饋并降低頻率畸變和再生混響干擾。
當擴聲系統沒有頻移時,回路增益極大值超過0dB系統就會產生自激。因此系統增益的最大允許值取決于傳輸響應的極大值,相應于回路增益的極大值必須低于0dB,否則系統不穩定。插入移頻器后,系統的穩定性不再取決于回路增益的極大值,而決定于傳輸響應的平均增益,只要平均增益低于0dB,系統是穩定的。因此,移頻法允許擴聲系統增加的增益等于頻率響應上極大增益與平均增益的差值。最佳頻移量等于傳輸響應上各波峰和相鄰谷之間的平均距離,因為此時增益峰值所產生的多余能量會迅速地在谷值處被“吸收”。實踐證明,最佳頻移量與廳堂的混響時間T60有關,約為1/T60。更大的頻移雖然也能增加擴聲系統的增益,但當頻移量超過7Hz后,將會影響音質。

 設定擴聲系統的工作頻率范圍為B。那么,當BT60>5000條件下,擴聲系統插入移頻器后,其穩定增益的增量AG應為AG=101g(1g(BT60/22)+6.3實現移頻的方法有好幾種,已經做成移頻器的是單邊帶調制法和基本頻帶偏移法。
單邊帶調制法,是使信號經過調制和解調,如果兩個載頻保持給定的頻偏,就可以使輸出信號在頻率軸上移動。基本頻帶偏移法,是將信號通過一個分相網絡,給出兩個析位彼此相對偏移90°的信號,通過旋轉變壓器的兩個正交一次繞組,利用變壓器的旋轉輸出,而獲得頻移量。帶行移頻器的擴聲系統,在聲反饋接近自激時有一個過渡過程,這種現象對于簡單的聲反饋系統特別明顯。在過渡過程內,擴聲系統量已不穩定,但不會突然起振,這對擴聲系統的使用和維護是有利的。
6)利用調機法改善聲反饋 引起聲反饋的主要因素在于聲反饋系數及其相位。如果擴聲系統參數不變,那么相位是決定系統是否產生自激的惟一條件。在擴聲系統內插入一個連續按簡單周期函數變化的調相設備或頻率調制設備,使得反饋信號相位與主通道信號相位得到偏離,破壞系統自激條件,改進系統的穩定性。
調相設備的相位旋轉器由阻容式電橋電路組成,改變其中一個參數,可使輸出電壓的相位均勻變化。改變可變電阻值,R數值從0變至00時,輸出電壓與輸入電壓之間的相位變化從0°變化至180°。在插入相位旋轉器的擴聲系統中,相位偏差值在140°范圍內具有最大的穩定度。這時,允許擴聲系統增加的增益為7~8dB。另外,相位變化的頻率對相位旋轉器的有效性影響很大,在聽眾沒有覺察到下擾時,相位變化頻率的最大允許值為1~4.5Hz。
頻率調制設備是電子式調相器,當相位調制指數為1.4~2.4,相位調制頻率為1Hz時,則可以使擴聲系統的系統增益提高4dB,用這種調相器抑制聲反饋的特點是可感覺到的畸變很小,尤其適用于音樂擴聲系統。