从滤波器到反馈声抑制器

在扩声系统中，困扰很多音响师的两大难题，一个是噪声问题，另一个就是声反馈问题（一般是表现出啸叫，所以很多人习惯把声反馈直接称作是啸叫）。这两个话题已经有很多人在探讨了，噪声问题的一些解决方法，以后再另写文章。本文试图从陷波滤波器的参数调整上简单介绍一下Sabine2220的使用方法。
   1 啸叫声的产生和类型
   啸叫的产生几乎都是由于音频信号出现了正反馈造成的。在扩声系统中主要有两大类可能性：{dy}是整套系统出现声反馈，这种情况经常发生，也就是在话筒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。(如图1)
   当然出现这种信号环路有很多原因，例如：话筒的指向角直接对准扬声器；还有就是有指向性的话筒在非指向性范围内的电平抑制能力比较差，也就是指话筒的前后抑制比；另一种情况就是我们经常说的房间共振频率（房间的共振频率也叫简正频率，也叫驻波，是房间的固有的物理特性，房间有容积，有长、宽、高，就一定存在简正频率的，只要简正频率不出现简并现象，一般就会被吸声体吸收，也就不会引起共振频率振幅的过大夸张，啸叫也就不成问题了。但是如何避免简并现象的产生，这就是我们通常说的建筑声学，由于这是另外的学科，而不属于本文的讨论范畴，请参阅其它相关文章）。
   第二是系统内部出现反馈，例如：通道信号→辅助输出→效果器→输出通道→又去了辅助输出→又转回了效果器。这样就形成了一个从辅助通道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。只要周边设备与调音台之间采用这种并联连接，都有可能产生这种啸叫。解决的方法也很简单，就是把效果器过回来的信号不要再从辅助输出通道输出就行了，切断了环路，自然就不会啸叫了。
   2 抑制反馈的几种方法
   从前面讨论的产生啸叫的原因可以看出，要想xx反馈只能从切断反馈链路上着手。目前常用三种方式来抑制啸叫：一是采用滤波器降低反馈频率的电平增益，二是采用移频器将频谱搬移，三是采用叫ECHO CANCELLER的技术，按照延时的电平调整，将系统中存在的反馈声隔开，避免了啸叫的产生。在这三种方法中，{dy}种目前使用比较普遍，具体方法下面会详细论述；第二种方法使用起来比较有效，但是由于频谱的搬移，会造成频率和相位失真，在要求比较高的场合不太适合使用。第三种由于技术含量比较高，造价比较高，所以目前还不会普及使用。
   3 滤波器的应用与反馈声的xx
   目前常使用陷波滤波器来xx反馈声，也就是当出现明显的反馈频率时，用一个与反馈频率波形相反的陷波滤波器（以下简称滤波器）将反馈声抵消掉，达到xx反馈声的目的。传统上经常使用多频段房间均衡器来进行频响补偿，通过适当的调节，可以达到xx部分反馈声的效果。但是，由于房间均衡器的可调整频点是固定不变的，加之Q值的随增益的增加而不断变大，所以用均衡器对单频进行处理的时候会频谱宽度比较大，当大幅度推拉房间均衡器的推杆时，会严重影响临近的频率响应(如图2)。这种滤波器称为可变Q值滤波器。其中Q值称作滤波器的频宽，它的定义是将滤波器标称电平下3dB处的宽带频率和滤波器中心频率相比较的比值(如图3):图3中所表示的就是31段房间均衡器在1KHZ处衰减12dB时,Q值为0.905.对于这种滤波器,当衰减量变大时,Q值也会相应变大的。
   总之,调整方便,价格低廉是房间均衡器的一大优点.但是它的缺点是显而易见的:频率已经固定,用户不能更改,而发生啸叫的频率点有可能是任意的声频,很难正好赶上是房间均衡器上面表示的频率点;Q值变化太大,对其它的频率响应有严重的影响,例如衰减了1.25KHZ频率,则1.5KHZ就一定会被影响到.为了克服这些缺点,出现了参量均衡器。
   常见的参量均衡器主要有中心频率\增益和Q值这么三个参数的调整.应用到抑制反馈声上,可以做这样的应用:例如1.7KHZ出现了啸叫,可以将参量均衡器F(频率选择)旋钮调整到1.7KHZ,再将Q值调整到最窄,{zh1}开始衰减增益,直到反馈声必须有精准的参数提供才能进行调整,所以用参量均衡器进行反馈声的抑制比较困难。随着数字化技术的发展,出现了能自动计算反馈点并进行自动衰减的设备----反馈声抑制器(Feedback Exterminator)。
   4 反馈声抑制器的工作原理
   使用过这种设备的朋友应该都知道美国的Sabine(赛宾),它的901就是很经典的一款.下面就以Sabine的{zx1}款抑制器FBX2220为例,简单介绍一下它的工作原理。
   反馈声抑制器的基本原理就是一台自动调协参量均衡器(self-turning parametric EQ),工作时自动查找那些窄带高增益啸叫信号,并且自动生成一个与啸叫频率相同的窄带陷波器,并且自动调节陷波深度,用来抵消产生反馈的频率电平.这种方式比起房间均衡器抑制啸叫来不但速度快,不需要人为干预以外,还精准了中心频率,使Q值极窄,从而对其它无关频率没有造成什么影响,它们的应用对比如图4。
   当用房间均衡器来进行频谱修整的时候,如果相邻的推杆同时向下拉动,则会严重影响该频率的频率响应,破坏声音结构,如图5.可见,只有使用反馈声抑制器具有精准频点的窄带滤波器,才可能达到我们苛刻的要求。
   在前面我们提到了房间均衡器的可变Q值的问题,这会在深度吸收增益的情况下读一邻近频率造成较大的影响。针对这一点,Sabine率先推出了恒定Q值的窄带滤波器，也就是无论陷波深度如何增加，Q 值始终保持在窄带的固定数值上，即使有严重的啸叫出现，也不会对相邻的频率造成大的影响，如图4：
   5 Sabine FBX2220的使用方法
   Sabine FBX2220的连接一般应采用与调音台并联的连接方法来进行，如图7所示。
   图中所示的Sabine FBX2220采用插入到调音台的编组输出端的方式，这样当全部话筒信号编到这一组来以后，就可以用Sabine FBX2220将有可能出现啸叫频率抑制掉，然后再将安全的话筒信号通过TO MIX按钮连接到主声道中来。
   这时一般不应采用将Sabine FBX2220直接串联到主输出通路的方式，当系统的反馈抑制电平过大的时候，这样连接会破坏音源的频率响应。
   Sabine FBX2220的具体调整方法如下：
   （1） 由于室内两个通道的音箱摆放位置不同，产生啸叫的频率也会有区别，所以要一个一个通道来调整Sabine FBX2220，可以用Bypass按钮先关掉另一个通道。
   （2） 按住Reset按钮，使指示灯全部熄灭，Clip闪烁。此时Sabine FBX2220进入了Turbo mode也就是可以进行调试了。
   （3） 把话筒按照实际使用时的位置摆放好，缓慢的推起话筒通道的推子，这时就会发现Sabine FBX2220很快就抑制了将要发生的反馈。不断的提升系统增益电平，一直到12个滤波器指示灯全部被电亮，调试工作就结束了，系统将自动退出Turbo mode。然后将这个通道Bypass，去调试另一个通道。
   * 注意：在您做现场演出的过程中，不要按动Reset按钮，这样做是很危险的，此时Turbo mode被xx，所有的滤波器回零，很可能会出现强烈的啸叫。
   需要另外说明的几个问题：
   （1） 滤波器的数量问题：Sabine FBX2220每个通道有12个滤波器，共24个。按厂家说明的情况是可以通过Set Total No.按钮来减少实际使用的滤波器数目。方法是这样的：按住Set Total No.4秒然后放开它，当指示灯的点亮数目和你要求的一致时，再按一下Set Total No.就可以了。除了特殊的情况下，这个功能一般不使用的。因为出厂时全部24个滤波器已经全部xx了。
   （2） 滤波器宽度的调整问题：Sabine FBX2220允许调整滤波器的宽度（就是前面提及的Q值），在1/10octave按钮选择其中的一种。Fifth octave点亮时是使用1/5oct，这种Q比较宽，虽然xx度不高，但是反馈的抑制能力比较强，多用来处理人声的反馈，如会议室，失真小，但是反馈抑制能力差一些，一般用来处理音乐类信号。
   （3） 固定滤波器于动态滤波器的区别：Sabine FBX2220的全部24个滤波器都乐意工作在固定（Fixed）滤波器和动态（Dynamic）滤波器两种模式下。对于那些和现场节目内容没有关系的啸叫频率点，{zh0}使用固定滤波器，当系统退出Turbo mode后，滤波器就不会随音乐而变动了，也就是被固定到这个频率点上了。比如由于房间的驻波共振引起的啸叫，这些频率只是和房屋的结构、材料有直接关系，与现场的音乐频率没有直接关系，所以使用固定滤波器（Fixed Filter）模式可以防止现场音乐的干扰，始终用来xx房间的驻波频率，从而提供更大的传声增益。对于其它的啸叫频率，则适合使用动态滤波器（Dynamic Filter），比如xx经常在舞台上走动，随时都有可能出现啸叫，此时虽然已经退出Turbo mode，但动态滤波器却始终处于活动状态，随时跟踪并xx有可能产生的啸叫频率。
   （4） 固定滤波器于动态滤波器的设定：那么如何设定它们的数量呢？在Turbo mode下你们只需按住Set fixed按钮4秒钟，此时滤波器的指示灯就会闪亮，达到了您需要的滤波器的数量后，立刻再按一下Set fixed按钮，就可以了。由于每个通道的滤波器是12个，您如果设定了8个固定滤波器（Fixed Filter），那么剩下的4个就是动态滤波器（Dynamic Filter）了。在实际应用中，根据什么来设定它们的数量比例呢？一般来说会议室中使用Sabine FBX2220时，话筒是不会经常移动的，而主要的啸叫原因是来自房间的驻波共振频率，所以应该以固定滤波器为主（可以设置为10个固定滤波器，2个动态滤波器）；而多功能厅则要设定9个固定，3个动态。至于户外使用Sabine FBX2220，由于不存在驻波问题，甚至可以全部使用动态滤波器。总之，声学环境越好的场所，固定滤波器就可以越少，反之就越多。
   （5） 固定滤波器的锁定：由于固定滤波器的作用主要是用来抵消房间的驻波频率的，衰减的电平过少，则不能有效地址啸叫。衰减的电平过多，也会影响到音乐的频率响应。所以一般对固定滤波器设定完成以后，都要将其衰减深度锁定（按下Lock fixed按钮，红灯点亮），这个功能还是挺实用的
   * Sabine FBX2220在出厂时设定了9个固定滤波器和3个固定滤波器。
   （6） Sabine公司在新产品Sabine FBX2220中加入了ClipGuard 技术，使得音响师的操作变得更加轻松和容易，通过一些专利技术使得您的系统增益又轻松提高了近10dB，有了ClipGuard也不会担心会出现系统削波失真……，这在以前的系统中都是不可思议的。