Функцию «Автоматический микшер» целесообразно применять, когда в системе звукоусиления используется несколько микрофонов, причем эти микрофоны постоянно включены.
Например, на столе заседаний на 8 человек установлено 8 микрофонов (один микрофон для каждого участника).
Использование в системе звукоусиления нескольких одновременно включенных микрофонов приводит к возникновению следующих паразитных явлений, ухудшающих качество речи выступающих:
- Снижение устойчивости системы звукоусиления к возникновению обратной связи.
Каждый дополнительный включенный микрофон снижает устойчивость системы звукоусиления к возникновению обратной связи. Удвоение количества одновременно включенных микрофонов приводит к снижению устойчивости системы звукоусиления к возникновению обратной связи на 3 дБ. Два одновременно включенных микрофона приводит к снижению устойчивости на 3 дБ, Четыре одновременно включенных микрофона на 6 дБ, восемь - на 9 дБ. - Увеличение сигнала шума помещения.
Если включены 8 микрофонов, но говорит только один человек, то все 8 микрофонов воспринимают шум в помещении, т.е. происходит уменьшение соотношения сигнал/шум. 8 микрофонов по отношению к 1 микрофону ухудшают соотношения сигнал/шум на 9 дБ. - Возникновение эффекта гребенчатого фильтра.
Эффект приводит к снижению разборчивости речи.
Использование функции автоматического микширования микрофонных сигналов (автомикшер) позволяет избавиться от вышеперечисленных паразитных явлений.
Можно выделить два основных типа автомикшеров: gating (пороговый) и gain-sharing (компромиссный). Определяющим для типа автомикшера является алгоритм обнаружения входа (или входов), с которого(ых) сигнал должны быть передан на выход.
Функции автоматического микширования сигналов, как правило, встроены во многие цифровые звуковые процессоры. Мы будем рассматривать работу компромисного автомикшера применительно к цифровым звуковым процессорам TendZone серий TYCHO и SOLON.
Gating AutoMixer
В пороговых автомикшерах для каждого входа задается пороговый уровень, причем для каждого входа пороговый уровень может задаваться индивидуально. Если сигнал на каком-либо входе, или нескольких входах превышает заданный пороговый уровень, то такой сигнал проходит на выход автоматического микшера, если сигнал ниже порогового уровня – такой сигнал не проходит на выход.
Функциональная схема порогового автомикшера приведена на рисунке 1
Рис. 1. Функциональная схема порогового автомикшера (Gating AutoMixer)
Для каждого порогового фильтра задается свой пороговый уровень. Если уровень входного сигнала превышает пороговый уровень, фильтр открывается и пропускает через себя входной сигнал. Далее сигналы суммируются и через аттенюатор поступают на выход автомикшера.
Схема управления фиксирует, сколько пороговых фильтров открыто в данный момент, и в зависимости от количества одновременно открытых фильтров ослабляет суммарный выходной сигнал автомикшера. Данное решение позволяет поддерживать примерно одинаковый уровень выходного сигнала в случаях, когда открыто сразу несколько фильтров. Если открыто два фильтра, выходной сигнал ослабляется на 3 dB, если 4, то на 6 dB, если 8, то на 9 dB.
На слух работа порогового автомикшера сравнима с работой плохой IP-телефонии. Если все фильтры закрыты, акустические системы абсолютно безмолвны. При открывании любого фильтра акустические системы воспроизводят речь и акустический шум помещения. После закрытия фильтра акустический шум помещения резко пропадает. Кроме того, возможно пропадание первых и последних слогов речи.
Чтобы нивелировать данные недостатки, используются различные способы: введение временных характеристик для пороговых фильтров (Attack и Release), позволяющих сделать включение и выключение плавным; оставлять открытым последний фильтр при исчезновении входного сигнала, чтобы акустические системы не безмолвствовали, а воспроизводители окружающий шум и т.п.
Gain-Sharing AutoMixer
В компромиссном автомикшере отсутствуют пороговые фильтры и резкие включения входов, присущие пороговому автомикшеру.
Алгоритм работы компромисного автомикшера: система сравнивания сравнивает уровень сигнала каждого входа с суммарным уровнем сигналов всех входов и регулирует уровни входных сигналов таким образом, чтобы уровень суммарного выходного сигнала оставался постоянным. На рисунке 2 приведена функциональная схема компромисного автомикшера.
Рис. 2. Функциональная схема Gain-Sharing AutoMixer
Устройство сравнения каждого канала сравнивает уровень сигнала данного канала с суммарным уровнем сигнала всех каналов. По результатам сравнения вырабатывается сигнал управления для регулировки уровня данного канала.
Таким образом, в компромиссном автомикшере:
- На выходе всегда присутствует сигналы от всех микрофонов;
- Автомикшер не отключает сигналы с низким уровнем, а изменяет (регулирует) соотношение уровней “полезных” и “паразитных” сигналов (маскирование сигналов низкого уровня)
Работа компромиссного автомикшера проиллюстрирована на диаграммах на рисунке 3.
Рис. 3. Диаграмма работы компромисного автомикшера.
Три микрофона установлены в помещении. Уровень шума в помещении составляет 45 dBSPL. Перед микрофонами располагаются участники. Уровень звукового давления, создаваемый участником в точке расположения микрофона, составляет 65 dBSPL.
На диаграмме изображены результаты работы автомикшера для 4-х случаев:
- Все участники молчат. На выходе автомикшера присутствую сигналы шума каждого из 3-х микрофонов (интершум);
- Говорит участник №2, коэф усиления канала 2 увеличен, каналов 1 и 3 уменьшен;
- Участник №2 замолкает, говорит участник №3. Т.к. порогового фильтра нет, переключение между каналами 2 в 3 происходит плавно. Коэф усиления канала 3 увеличен, канала 2 уменьшен, канала 1 остался без изменений;
- Одновременно говорят участники №2 и №3. Коэфф. усиления каналов 2 и 3 увеличены таким образом, чтобы суммарный уровень остался прежним.
На рисунке 4 приведен скриншот программы управления автомикшера цифрового звукового процессора TendZone (для случая 2 на рисунке 3).
Рис. 4. Автомикшер цифрового звукового процессора TendZone.
Каждый канал автомикшера имеет два индикатора уровня: левый индикатор отображает уровень сигнала источника (pre-fader); правый – уровень сигнала после обработки (post-fader).
В отличие от порогового автомикшера, который включает или отключает вход в зависимости от уровня входного сигнала, компромиссный автомикшер регулирует (изменяет) уровень сигнала каждого канала, который присутствует в результирующем выходном сигнале автомикшера.
Автомикшеры используются не только в системах звукоусиления. Например, автомикшер используется в микрофонных блоках систем видеоконференц-связи Polycom Mic Array.
Рис. 5. Микрофонный блок Polycom Mic Array и диаграмма направленности.
В микрофонном блоке установлены 3 микрофонных капсюля с кардиоидной диаграммой направленности, обеспечивая в сумме круговую диаграмму направленности микрофонного блока. Три микрофонных капсюля подключены к 3-х входовому автомикшеру. В отличии от микрофона с круговой диаграммой направленности микрофонный блок Polycom + автомикшер обеспечивает более высокую избирательность.
Речевой сигнал, воспринимаемый микрофонным блоком, передается только на удаленную сторону при проведении сеанса ВКС. Звукоусиления речи в системах видеоконференц-связи не предусматривается.
