声反馈直接影响扩声系统的音质,严重时会破坏整个系统的稳定,在实际工程中应采取必要的措施予以抑制。本节结合扩声系统的调试着重介绍对声反馈的抑制方法。
1.声反馈的形成
1)声反馈的产生与影响在扩声系统中,声源除了从传声器→放大系统→音箱这一正向电传输通道外,还存在着音箱直接回授给传声器这--反馈通道。反馈声再经过传声器和放大系统,送回至音箱。如此反复循环,整个系统将产生自激,进而使系统无法正常工作。
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,引起声反馈的因素除了音箱的直达声外,还有室内声场中来自各壁界面的反射声。实际上,声反馈系数的数值大小与反馈声声压及声源声压间的相位有关。通常,声频系统的使用频率范围为100~8000Hz,因此在整个扩声音响系统当中,声反馈随着频率的变化,将会有正反馈和负反馈出现。当出现正反馈时,系统才会产生自激,引起啸叫。要使整个系统稳定工作,方法就是克服正反馈,条件是声反馈系数队1。为了防止自激,降低对扩声系统音质的影响,实际工作中允许的声反馈系数仅为0.2~0.3。
声反馈对扩声系统的影响如下。
(1)正反馈和负反馈两种现象互存,直接破坏了系统的频率响应,产生略变,严重时影响系统音质:
(2)在一定条件下,自激现象引起啸叫,破坏了系统的稳定性;
(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。
2)最大功率增益在扩声系统中,当B≤1且反馈通道信号传输与正向传声通道信号传输同相时,系统将不稳定并且产生自激。因此,定义B=1时,扩声系统输出的声功率称为临界功率,用W。来表示。在实际工程中,为了避免由于声反馈引起的频率畸变、系统自激和再生混响干扰,并且使系统能够稳定地工作,应该满足B<<1,也就是实际扩声系统输出声功率要低于临界功率。定义扩声系统在实际使用条件下音箱输出的声功率为最大声功率,用WM来表示。最大功率增益可以作为设计扩声系统时选择音箱与放大器功率容量的计算依据。
3)传声增益实际工程中,声反馈程度大小还可以用传声增益来评价。传声增益的定义是:“扩声系统达到最高可用增益时,各听众席处音箱所产生的稳态声压级与声源在扩声系统产生的稳态声压级之差。”
2. 声反馈抑制方法
根据声场特性,扩声系统声反馈抑制应从系统设计、声场布局、设备选型直至声场调整入手,每个环节都要做好预防声反馈的工作。具体方法有:

 1)抑制声反馈峰值采用均衡、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。
2)控制好厅堂的声学条件 对于室内扩声系统来说,室内混响时间越长,其混响声能越大,则引起的声反馈机会越多。因此,适当降低室内混响时问,可以有效地降低声反馈。再有,室内声场的均匀特性好,有利于提高扩声系统的稳定性。有关厅堂建声指标的制定和建声条件的控制,应在厅堂音质设计的初始予以充分考虑。
3)消除声反馈通道利用传声器与音箱的指向特性,调整它们之间的空间位置,处理好传声器与音箱的位置关系,消除声反馈通道。理想状态应是音箱远离传声器,使音箱发出的直达声根本不能进入传声器,系统中声反馈可以处理得很小。音箱的实际工作位置并不能完全远离传声器,特别是采用室内声场的集中式布局的音箱系统。因此音箱与传声器的位置关系,应保证音箱的供声使整个听众席获得足够的声能,并且使音箱对传声器的影响降低至最小,这就要从音箱与传声器间距离,相关位置及指向性特性去分析、处理。
(1)通过器件选型消除声反馈通道。
①指向性传声器可以抑制音箱从其他方向上来的直达声,还可以减少室内混响声能,
提高系统工作的稳定性。因此,在扩声系统中,特别是室内扩声系统中,其选用应完全占主导地位。通常心形指向性传声器和无方向性传声器相比,可传系统的稳定度提高5dB,而超心形和超指向性传声器与心形指向性传声器相比,还可使系统进一步增益提高。
② 音箱指向性在满足观众席供声的声场覆盖范围的基础上,宜选用指向性较窄的器件。
③ 音柱在低频段信号较小,其垂直指向性较窄,易于控制声反馈,常用作语言扩声的主要放声器件。
④恒定指向性号筒式音箱具有多种恒定指向角度可选择,而且在指向性主声束之外,没有副声束旁瓣,对降低声反馈有利,因此对各种场合的扩声系统均适用。
(2)利用临界距离消除声反馈通道。在条件许可下,音箱与传声器的距离L应尽可能拉大。对于室内声场,音箱与传声器之间距离应大于临界距离Dc。临界距离Dc的计算公式为
Dc=0.057(VQVT60)1/2
式中,V为房间体积;Q1为音箱的指向性因子;T60为室内混响时间。
在临界距离以外,直达声要小于反射声,基本可降低了音箱直达声对传声器的影响,但需注意音箱在各个方向扩散场的距离是不同的。对于混响时间较长而又以语言扩声为主的会堂,采用分散布局方式,有利于拉开音箱与传声器间距离,阻断声反馈通道,加强听众席直达声,提高语言清晰度。
(3)相关位置。
①音箱的声辐射“死角”,即声幅射最弱方向,对着传声器灵敏度最差方向,这样抑制声反馈效果较好。
② 音柱以布置在传声器上方较好,一方面可以扩大声辐射距离与范围,另一方面可利用音柱较窄的垂直指向性,抑制声反馈。音柱安装较低,且与传声器成水平平齐状态,由于音柱的水平指向性较宽,对传声器影响大,极易引起声反馈。音柱置于传声器前上方,显然对抑制声反馈有利。
4)利用频率均衡技术抑制声反馈 对于室内声场,扩声系统的传输响应不但与音箱的直达声场有关,而且与厅堂本身的物理特性有关,有时单靠处理音箱与传声器的位置不能完全奏效。例如,在低频段,声波波长较长,音箱低频辐射无指向性。再如,声反馈系数的相位与声源同相时,也极易产生自激,出现啸叫。此时,可以在扩声音响系统中插入均衡器,利用频率响应的均衡技术,抑制声反馈传输响应的峰值,提高系统的传声增益。采用频率响应均衡技术不但可以抑制声反馈,而且还能改善厅堂的音质,提高扩声的丰满度、清晰度和自然度。
为了在扩声系统中控制房间传输响应的不规则性,可以先使护声系统自激,并测量该系统在厅堂内对语言、音乐质量影响较大的每一个自激频率,然后利用插入系统的均衡器,将其精确地调谐到每一个自激频率,增加足够的阻尼来保证所需增加的增益,而不产生自激。调试过程中,还会产生新的自激频率,此时还要重复上述过程,直到系统传声增益达到所需指标。
通常在房间传输响应上有多个自激频率,而且没有规律,这就需要做反复细致的调试。近年来,实时分析仪逐渐普及,调整时观察方便,调试直观,总的音色平衡容易掌握,经过反复调整,可以提高系统的传声增益。
5)利用移频法降低声反馈 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
去破坏反馈声与原始信号的同相条件,抑制系统的自激振荡。在扩声系统中,插入移频器,使音箱的输出信号相对于传声器信号的所有频率都偏移一个适量,这种方法可以有效地抑制声反馈并降低频率畸变和再生混响干扰。
当扩声系统没有频移时,回路增益极大值超过0dB系统就会产生自激。因此系统增益的最大允许值取决于传输响应的极大值,相应于回路增益的极大值必须低于0dB,否则系统不稳定。插入移频器后,系统的稳定性不再取决于回路增益的极大值,而决定于传输响应的平均增益,只要平均增益低于0dB,系统是稳定的。因此,移频法允许扩声系统增加的增益等于频率响应上极大增益与平均增益的差值。最佳频移量等于传输响应上各波峰和相邻谷之间的平均距离,因为此时增益峰值所产生的多余能量会迅速地在谷值处被“吸收”。实践证明,最佳频移量与厅堂的混响时间T60有关,约为1/T60。更大的频移虽然也能增加扩声系统的增益,但当频移量超过7Hz后,将会影响音质。

 设定扩声系统的工作频率范围为B。那么,当BT60>5000条件下,扩声系统插入移频器后,其稳定增益的增量AG应为AG=101g(1g(BT60/22)+6.3实现移频的方法有好几种,已经做成移频器的是单边带调制法和基本频带偏移法。
单边带调制法,是使信号经过调制和解调,如果两个载频保持给定的频偏,就可以使输出信号在频率轴上移动。基本频带偏移法,是将信号通过一个分相网络,给出两个析位彼此相对偏移90°的信号,通过旋转变压器的两个正交一次绕组,利用变压器的旋转输出,而获得频移量。带行移频器的扩声系统,在声反馈接近自激时有一个过渡过程,这种现象对于简单的声反馈系统特别明显。在过渡过程内,扩声系统量已不稳定,但不会突然起振,这对扩声系统的使用和维护是有利的。
6)利用调机法改善声反馈 引起声反馈的主要因素在于声反馈系数及其相位。如果扩声系统参数不变,那么相位是决定系统是否产生自激的惟一条件。在扩声系统内插入一个连续按简单周期函数变化的调相设备或频率调制设备,使得反馈信号相位与主通道信号相位得到偏离,破坏系统自激条件,改进系统的稳定性。
调相设备的相位旋转器由阻容式电桥电路组成,改变其中一个参数,可使输出电压的相位均匀变化。改变可变电阻值,R数值从0变至00时,输出电压与输入电压之间的相位变化从0°变化至180°。在插入相位旋转器的扩声系统中,相位偏差值在140°范围内具有最大的稳定度。这时,允许扩声系统增加的增益为7~8dB。另外,相位变化的频率对相位旋转器的有效性影响很大,在听众没有觉察到下扰时,相位变化频率的最大允许值为1~4.5Hz。
频率调制设备是电子式调相器,当相位调制指数为1.4~2.4,相位调制频率为1Hz时,则可以使扩声系统的系统增益提高4dB,用这种调相器抑制声反馈的特点是可感觉到的畸变很小,尤其适用于音乐扩声系统。