合理設(shè)計(jì)--談音響系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

    聲反饋直接影響擴(kuò)聲系統(tǒng)的音質(zhì)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定，在實(shí)際工程中應(yīng)采取必要的措施予以抑制。本節(jié)結(jié)合擴(kuò)聲系統(tǒng)的調(diào)試著重介紹對(duì)聲反饋的抑制方法。

1．聲反饋的形成

    （1）聲反饋的產(chǎn)生與影響

    在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，聲源除了從傳聲器-放大系統(tǒng)-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一反饋通道。反饋聲再經(jīng)過(guò)傳聲器-放大系統(tǒng)，送回至音箱。如此反復(fù)循環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)將產(chǎn)生自激，進(jìn)而使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

    在室外擴(kuò)聲系統(tǒng)中，聲反饋主要由音箱的直達(dá)聲引起。在室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)中，引起聲反饋的因素除了音箱的直達(dá)聲外，還有室內(nèi)聲場(chǎng)中來(lái)自各壁界面的反射聲。

    實(shí)際上，聲反饋系數(shù)的數(shù)值大小與反饋聲聲壓及聲源聲壓間的相位有關(guān)。通常，聲頻系統(tǒng)的使用頻率范圍為100～8000Hz，因此，在整個(gè)擴(kuò)聲音響系統(tǒng)當(dāng)中，聲反饋隨著頻率的變化，將會(huì)有正反饋和負(fù)反饋出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)正反饋時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)主自激，引起嘯叫。要使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作，其方法就是克服正反饋，條件是聲反饋系數(shù)β＜＜1。為了防止自激，降低對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)音質(zhì)的影響，實(shí)際工作中允許的聲反饋系數(shù)僅為0.2～0.3。

    聲反饋對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的影響如下：

    ① 正反饋和負(fù)反饋兩種現(xiàn)象互存，直接破壞了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重時(shí)影響系統(tǒng)音質(zhì)；

    ② 在一定條件下，自激現(xiàn)象引起嘯叫，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

    ③在室內(nèi)聲場(chǎng)中，聲反饋的延遲會(huì)使混響時(shí)間變長(zhǎng)，產(chǎn)生再生混響干擾現(xiàn)象，對(duì)聽音區(qū)的語(yǔ)言清晰度產(chǎn)生影響。

    （2）最大功率增益

    在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，當(dāng)β≤1且反饋通道信號(hào)傳輸與正向傳聲通道信號(hào)傳輸同相時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定并且產(chǎn)生自激。因此，定義β=1時(shí)，擴(kuò)聲系統(tǒng)輸出的聲功率稱為臨界功率，用WC來(lái)表示。在實(shí)際工程中，為了避免由于聲反饋引起的頻率畸變、系統(tǒng)自激和再生混響干擾，并且使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作，應(yīng)該滿足β＜＜1，也就是實(shí)際擴(kuò)聲系統(tǒng)輸出聲功率要低于臨界功率。定義擴(kuò)聲系統(tǒng)在實(shí)際使用條件下音箱輸出的聲功率為最大聲功率，用WM來(lái)表示。最大功率增益可以作為設(shè)計(jì)擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)選擇音箱與放大器功率容量的計(jì)算依據(jù)，

    （3）傳聲增益

    實(shí)際工程中，聲反饋程度大小還可以用傳聲增益來(lái)評(píng)價(jià)。傳聲增益的定義是：“擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)最高可用增益時(shí)，各聽眾席處音箱所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)與聲源在擴(kuò)聲系統(tǒng)傳產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí)之差。”

2．聲反饋抑制方法

    根據(jù)聲場(chǎng)特性，擴(kuò)聲系統(tǒng)聲反饋抑制應(yīng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、聲場(chǎng)布局、設(shè)備選型直至聲場(chǎng)調(diào)整入手，每個(gè)環(huán)節(jié)都要做好預(yù)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(diào)相等方式，抑制反饋聲能的峰值，從而保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

    （2）控制好廳堂的聲學(xué)條件

    對(duì)于室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，室內(nèi)混響時(shí)間愈長(zhǎng)，其混響聲能愈大，則引起的聲反饋機(jī)會(huì)愈多。因此，適當(dāng)降低室內(nèi)混響時(shí)間，可以有效地降低聲反饋。再有，室內(nèi)聲場(chǎng)的均勻特性好，有利于提高擴(kuò)聲系統(tǒng)的穩(wěn)定性。有關(guān)廳堂建聲指標(biāo)的制定和建聲條件的控制，應(yīng)在廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)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(diào)整它們之間的空間位置，處理好傳聲器與音箱的位置關(guān)系，消除聲反饋通道。理想狀態(tài)應(yīng)是音箱遠(yuǎn)離傳聲器，使音箱發(fā)出的直達(dá)聲根本不能進(jìn)入傳聲器，系統(tǒng)中聲反饋可以處理得很小。音箱的實(shí)際工作位置并不能完全遠(yuǎn)離傳聲器，特別是采用室內(nèi)聲場(chǎng)的集中式布局的音箱系統(tǒng)。因此音箱與傳聲器的位置關(guān)系，應(yīng)保證音箱的供聲使整個(gè)聽眾席獲得足夠的聲能，并且使音箱對(duì)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(guān)位置及指向性特性去分析、處理。

    ① 通過(guò)器件選型消除聲反饋通道

    a．指向性傳聲器可以抑制音箱從其它方向上來(lái)的直達(dá)聲，還可以減少室內(nèi)混響聲能，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因此，在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，特別是室內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)中，其選用應(yīng)完全占主導(dǎo)地位。通常心形指向性傳聲器和無(wú)方向性傳聲器相比，可使系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)進(jìn)一步增益提高。

    b．音箱指向性在滿足觀眾席供聲的聲場(chǎng)覆蓋范圍的基礎(chǔ)上，宜選用指向性較窄的器件。

    c．音柱在低頻段信號(hào)較小，其垂直指向性較窄，易于控制聲反饋，常用作語(yǔ)言擴(kuò)聲的主要放聲器件。,

    d．恒定指向性號(hào)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(duì)降低聲反饋有利，因此對(duì)各種場(chǎng)合的擴(kuò)聲系統(tǒng)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(yīng)盡可能拉大。對(duì)于室內(nèi)聲場(chǎng)，音箱與傳聲器之間距離應(yīng)大于臨界距離DC。

    DC = 0.057（VQL/T60）1/29 @/ P9

    式中：V為房間體積；QL為音箱的指向性因子；T60為室內(nèi)混響時(shí)間。

    在臨界距離以外，直達(dá)聲要小于反射聲，基本可降低了音箱直達(dá)聲對(duì)傳聲器的影響，但須注意音箱在各個(gè)方向擴(kuò)散場(chǎng)的距離是不同的。對(duì)于混響時(shí)間較長(zhǎng)而又以語(yǔ)言擴(kuò)聲為主的會(huì)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(qiáng)聽眾席直達(dá)聲，提高語(yǔ)言清晰度。

    ③ 相關(guān)位置

    a．音箱的聲輻射“死角”，即聲輻射最弱方向，對(duì)著傳聲器靈敏度最差方向，這樣抑制聲反饋效果較好。

    b．音柱以布置在傳聲器上方較好，一方面可以擴(kuò)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。圖8-9示出了音柱與傳聲器的兩個(gè)位置關(guān)系。圖（a）中，音柱安裝較低，且與傳聲器成水平平齊狀態(tài)，由于音柱的水平指向性較寬，對(duì)傳聲器影響大，極易引起聲反饋。圖（b）中音柱置于傳聲器前上方，顯然對(duì)抑制聲反饋有利。

    （4）利用頻率均衡技術(shù)抑制聲反饋:

    對(duì)于室內(nèi)聲場(chǎng)，擴(kuò)聲系統(tǒng)的傳輸響應(yīng)不但與音箱的直達(dá)聲場(chǎng)有關(guān)，而且與廳堂本身的物理特性有關(guān)，有時(shí)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(zhǎng)較長(zhǎng)，音箱低頻輻射無(wú)指向性。再如，聲反饋系數(shù)的相位與聲源同相時(shí)，也極易產(chǎn)生自激，出現(xiàn)嘯叫。此時(shí)，可以在擴(kuò)聲音響系統(tǒng)中插入均衡器，利用頻率響應(yīng)的均衡技術(shù)，抑制聲反饋傳輸響應(yīng)的峰值，提高系統(tǒng)的傳聲增益。采用頻率響應(yīng)均衡技術(shù)不但可以抑制聲反饋，而且還能改善廳堂的音質(zhì)，提高擴(kuò)聲的豐滿度、清晰度和自然度。

    為了在擴(kuò)聲系統(tǒng)中控制房間傳輸響應(yīng)的不規(guī)則性，可以先使擴(kuò)聲系統(tǒng)自激，并測(cè)量該系統(tǒng)在廳堂內(nèi)的對(duì)語(yǔ)言、音樂質(zhì)量影響較大的每一個(gè)自激頻率，然后利用插入系統(tǒng)的均衡器，將其精確地調(diào)諧到每一個(gè)自激頻率，增加足夠的阻尼來(lái)保證所需增加的增益，而不產(chǎn)生自激。調(diào)試過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生新的自激頻率，此時(shí)還要重復(fù)上述過(guò)程，直到系統(tǒng)傳聲增益達(dá)到所需指標(biāo)。

    通常在房間傳輸響應(yīng)上有多個(gè)自激頻率，而且沒有規(guī)律，這就需要作反復(fù)細(xì)致的調(diào)試。近年來(lái)，實(shí)時(shí)分析儀逐漸普及，調(diào)整時(shí)觀察方便，調(diào)試直觀，總的音色平衡容易掌握，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，可以提高系統(tǒng)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(hào)的同相條件，抑制系統(tǒng)的自激振蕩。在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，插入移頻器，使音箱的輸出信號(hào)相對(duì)于傳聲器信號(hào)的所有頻率都偏移一個(gè)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(dāng)擴(kuò)聲系統(tǒng)沒有頻移時(shí)，回路增益極大值超過(guò)0dB系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生自激。因此系統(tǒng)增益的最大允許值取決于傳輸響應(yīng)的極大值，相應(yīng)于回路增益的極大值必須低于0dB，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。

    插入移頻器后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不再取決于回路增益的極大值，而決定于傳輸響應(yīng)的平均增益，只要平均增益低于0dB，系統(tǒng)是穩(wěn)定的。因此，移頻法允許擴(kuò)聲系統(tǒng)增加的增益等于頻率響應(yīng)上極大增益與平均增益的差值。最佳頻移量等于傳輸響應(yīng)上各波峰和相鄰谷之間的平均距離，因?yàn)榇藭r(shí)增益峰值所產(chǎn)生的多余能量會(huì)迅速地在谷值處被“吸收”。實(shí)踐證明，最佳頻移量與廳堂的混響時(shí)間T60有關(guān)，約為1／T60。更大的頻移雖然也能增加擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益，但是，當(dāng)頻移量超過(guò)7Hz后，將會(huì)影響音質(zhì)。

    設(shè)定擴(kuò)聲系統(tǒng)的工作頻率范圍為B。那么，當(dāng)BT60＞5000條件下，擴(kuò)聲系統(tǒng)插入移頻器后，其穩(wěn)定增益的增量ΔG應(yīng)為：

    ΔG = 10Lg（Lg（BT60/2（2））+6.3* q+ [4 ]%

    實(shí)現(xiàn)移頻的方法有好幾種，已經(jīng)做成移頻器的是單邊帶調(diào)制方法和基本頻帶偏移法。

    單邊帶調(diào)制法，是使信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制和解調(diào)，如果兩個(gè)載頻保持給定的頻偏，就可以使輸出信號(hào)在頻率軸上移動(dòng)。

    基本頻帶偏移法，是將信號(hào)通過(guò)一個(gè)分相網(wǎng)絡(luò)，給出兩個(gè)相位彼此相對(duì)偏移90度的信號(hào)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個(gè)正交初級(jí)繞組，利用變壓器的旋轉(zhuǎn)輸出，而獲得頻移量。

    帶有移頻器的擴(kuò)聲系統(tǒng)，在聲反饋接近自激時(shí)有一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，這種現(xiàn)象對(duì)于簡(jiǎn)單的聲反饋系統(tǒng)特別明顯。在過(guò)渡過(guò)程內(nèi)，擴(kuò)聲系統(tǒng)量已不穩(wěn)定，但不會(huì)突然起振，這對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的使用和維護(hù)是有利的。

    （6）利用調(diào)相法改善聲反饋

    引起聲反饋的主要因素在于聲反饋系數(shù)及其相位，如果擴(kuò)聲系統(tǒng)參數(shù)不變，那么相位是決定系統(tǒng)是否產(chǎn)生自激的唯一條件。在擴(kuò)聲系統(tǒng)內(nèi)插入一個(gè)連續(xù)按簡(jiǎn)單周期函數(shù)變化的調(diào)相設(shè)備或頻率調(diào)制設(shè)備，使得反饋信號(hào)相位與主通道信號(hào)相位得到偏離，破壞系統(tǒng)自激條件，改進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    調(diào)相設(shè)備的相位旋轉(zhuǎn)器由阻容式電橋電路組成，變化其中一個(gè)參數(shù)，可使輸出電壓的相位均勻變化。改變可變電阻值，R數(shù)值從0變至∞時(shí)，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(zhuǎn)器的擴(kuò)聲系統(tǒng)中，相位偏差值在140°范圍內(nèi)具有最大的穩(wěn)定度，這時(shí)，允許擴(kuò)聲系統(tǒng)增加的增益為7～8dB。另外，相位變化的頻率對(duì)相位旋轉(zhuǎn)器的有效性影響很大，在聽眾沒有覺察到干擾時(shí)，相位變化頻率的最大允許值為1～4.5Hz。

    頻率調(diào)制設(shè)備是電子式調(diào)相器，當(dāng)相位調(diào)制指數(shù)為1.4～2.4，相位調(diào)制頻率為1Hz時(shí)，則可以使擴(kuò)聲系統(tǒng)的系統(tǒng)增益提高4dB，用這種調(diào)相器抑制聲反饋的特點(diǎn)是可感覺到的畸變很小，尤其適用于音樂擴(kuò)聲系統(tǒng)。