Подавители обратной акустической связи

Самовозбуждение в системах звукоусиления (“feedback”).

Самовозбуждение системы звукоусиления (“feedback”) - возникновение положительной акустической обратной связи между приемником (микрофоном) и источником сигнала (громкоговорителем).

Рис. 1. Схема системы звукоусиления.

Причиной самовозбуждения является нелинейность частотных характеристик всех компонентов системы звукоусиления:

• микрофона;
• усилителей;
• громкоговорителя;
• акустики помещения. При распространении звука в помещении возникают различные резонансные явления, а также интерференция отраженных звуковых волн. Причем явления возникают на частотах, зависящих от геометрии помещения. Это вносит существенный вклад в нелинейность суммарной частотной характеристики системы звукоусиления. Частотная характеристика помещения имеет свои максимумы и минимумы.

 
На рисунке 2 приведен пример суммарной частотной характеристики системы звукоусиления помещения.
 

Рис. 2. Суммарная частотная характеристика системы звукоусиления

Самовозбуждение (“feedback”) в первую очередь возникает на частотах, совпадающих с “горбами” суммарной частотной характеристики (в данном примере частоты: 63 Гц; 300 Гц; 790 Гц; 3200 Гц и 9300 Гц). Такие частоты часто называют доминирующими частотами.

При подъеме общего коэффициента усиления системы звукоусиления начало самовозбуждения (генерации) проявляется в виде “позванивания” на одной из наиболее вероятной (доминирующей) частоте самовозбуждения и далее происходит лавинообразный рост амплитуды сигнала на этой доминирующей частоте. В громкоговорителях слышен вой и свист, который уменьшается и исчезает совсем при уменьшении коэффициента усиления.

Для борьбы с самовозбуждением системы звукоусиления используются специальные звуковые приборы – подавители обратной акустической связи (в англ. языке можно встретить различные названия: feedback suppressor, feedback eliminator и т.п., но всегда присутствует ключевое слово feedback в названии прибора).

Подавители обратной акустической связи.

Принцип действия большинства подавителей обратной акустической связи основан на уменьшении коэффициента усиления отдельных доминирующих частот (частот, совпадающих с “горбами” суммарной частотной характеристики звукового тракта), на которых вероятно возникновение самовозбуждения.

Для уменьшения коэффициента усиления доминирующих частот суммарной частотной характеристики системы звукоусиления используются заграждающие (режекторные) фильтры высокой добротности (1/10…1/5 октавы). Такие узкополосные фильтры позволяет снизить до минимума искажения, вносимые подавителем.
 

Рис. 3. АЧХ заграждающего фильтра.

Подавители обратной акустической связи существую и в виде отдельных устройств, и виде функциональных блоков, встроенных в цифровые звуковые процессоры. В обоих случаях, подавитель – электронный (цифровой) блок, имеющий набор управляемых заграждающих фильтров и систему управления.

Подавитель устанавливается между микрофоном и усилителем мощности системы звукоусиления.
 

Рис. 4. Схема системы звукоусиления с подавителем.

Подавитель обратной акустической связи, включенный в цепь системы звукоусиления, не имеет информации (“не знает”) о суммарной частотной характеристики системы, не знает ни значений частоты, ни количества доминирующих частот. Поэтому система управления подавителя постоянно сканирует весь диапазон звуковых частот тракта звукоусиления (20 - 20 000 Гц).

При обнаружении первых, еще не заметных на слух, признаков возникновения самовозбуждения (позванивание, еще до начала лавинообразного роста амплитуды), система управления определяет частоту возникновения самовозбуждения и включает один из заграждающих (режекторных) фильтров. При возникновении самовозбуждения на другой частоте, подключается следующий соответствующий ей фильтр и т.д. (рисунок 5б).

Подавитель отслеживает и подавляет пики (доминирующие частоты), расширяя динамический диапазон звуковой системы. Однако при дальнейшем повышении общего уровня усиления системы количество доминирующих частот резко возрастает и процесс их подавления теряет смысл. Поэтому необходимо снижать общий уровень усиления или изменять взаимное расположение микрофонов и громкоговорителей.
 

Рис. 5. Иллюстрация работы системы звукоусиления с подавителем.

Процесс работы подавителя обратной акустической связи описан в значительной мере упрощенно (исключительно для понимания физики процесса), реально система управления может иметь гораздо более сложные алгоритмы работы, например: плавное подключение фильтров, изменение ширины каждого фильтра, изменение глубину подавления каждого фильтра и т.п.

В любом случае, подавитель обратной акустической связи не может быть панацеей от всех бед. Он всего лишь позволяет увеличить динамический диапазон системы звукоусиления в пределах 6 - 9 dB.

Большинство цифровых звуковых процессоров имеют встроенные подавители обратной акустической связи. Как правило, такие подавители полностью автоматические, вмешательство в их работу (включая настройку) не предполагается.

На рисунке 6 представлено меню управления подавителя обратной акустической связи (AFC – Acoustic Feedback Cancellation) цифровых звуковых процессоров Tendzone серий SOLON и TYCHO.
 

Рис. 6. Меню управления подавителем Tendzone.

Если требуется управление настройкой и работой подавителя обратной акустической связи вмешательство, то можно использовать подавители, выполненные в виде самостоятельных приборов. Такие подавители имеют более широкие возможности для настройки и управлению, но требуют более детальных знаний и глубокого опыта.

Невольно возникает вопрос: почему у цифровых звуковых процессоров такое убогое управление подавителем обратной акустической связи? Да потому, что у цифровых звуковых процессоров, кроме подавителя масса других не менее простых приборов обработки звука. Глубоко управлять всеми эти приборами очень и очень сложно. Простому пользователю разобраться невозможно.