No Image

Устройство подавления акустической обратной связи

СОДЕРЖАНИЕ
1 просмотров
10 марта 2020

В системах звуковоспроизведения, работающих от микрофона, очень часто наблюдаются возбуждения на звуковых частотах из-за акустической обратной связи между излучателями и микрофоном. Предлагаемое устройство позволяет несколько ослабить эту связь за счет того, что спектр излучаемого сигнала сдвигается по частоте на несколько герц вверх или вниз. При использовании подавителя обратной акустической связи в работе с мощной звукоусилительной системой удается повысить уровень воспроизведения сигнала на несколько децибелл .

Входной звуковой сигнал проходит через фазовращатель , изменяющий фазу сигнала на 90° в широком диапазоне частот. Полученные сигналы модулируют несущие, сформированные из тактовых частот, которые также сдвинуты по фазе на 90° одна относительно другой. После этого полученные сигналы складываются. В результате формируется сигнал, частота которого равна сумме частот входного и тактового. Далее промодулированный сигнал перемножается со второй несущей, частота которой отличается на несколько герц (Δf ) относительно частоты первой несущей. На выходе перемножителя появляется сигнал, имеющий две составляющие. Высокочастотная легко подавляется фильтром, так как ее частота составляет удвоенную тактовую, а вторая составляющая представляет собой низкочастотный сигнал, спектр которого смещен на величину Δf. Необходимо заметить, что если вторая тактовая частота вы-ше первой, то частота звукового сигнала уменьшается и наоборот. Схема устройства подавления акустической обратной связи показана на рисунке.

Фазовращатель собран на ОУ DA2—DA3. Он обеспечивает поворот фазы сигнала на 90±0,5° в полосе частот 50. 7000 Гц. Отклонения фазового смещения от 90° приводит к появлению низкочастотных биений и нежелательной окраске спектра звукового сигнала. Амплитудная модуляция тактовой частоты полезным сигналом происходит в пере-множителе, который включает в себя инвертор DA1.4 и два ключа на элементах DD1.1 и DD1.2. Инвертированный и неинвертиро-ванный полупериоды звукового сигнала поочередно пропускаются через соответствующие ключи и складываются на ОУ DA1.2. Тактовая частота, смещенная на 90°, имеет свой перемножитель , собранный на ОУ DA1.3 и ключах DD1.3, DD1.4. Сигнал с выхода этого перемножителя также поступает на вход ОУ DA1.2. Цели R40C12 и R41C13 служат для развязки перемножителей .

Из-за того, что тактовый сигнал имеет прямоугольную форму, его спектр содержит гармоники более высокого порядка. Фильтр на ОУ DA4.1 подавляет их, оставляя только промодулированную первую гармонику. Отфильтрованный сигнал повторно перемножается со второй несущей частотой. Разница между двумя тактовыми частотами определяет смещение спектра входного сигнала. Фильтры ФВЧ и ФНЧ, собранные на ОУ DA4.3 и DA4.4, подавляют нежелательные высокочастотные составляющие и возможные колебания инфранизкой частоты, ограничивая полосу только сигналами звуковых частот.

Тактовые генераторы собраны. на микросхемах DD3 и DD5. Микросхема 4060 представляет собой генератор со счетчиком. В качестве частотозадающих элементов используются кварцы на 8 МГц. Счетчики микросхем делят генерируемые колебания на 16 и на их выходах Q3 формируются тактовые сигналы с частотами 500 кГц.

Триггеры DD4.1, DD4.2 и DD6.1, DD6.2 делят эту частоту на 4 и обеспечивают требуемое смещение фазы 90° между тактовыми сигналами, снимаемыми с выхода каждого из триггеров. На выходе триггеров несущая имеет частоту 125 кГц.

Устройство потребляет ток не более 50 мА. Для работы с ним можно использовать двуполяр-ный источник питания с напряжением + 5. 8 В.

Двухлучевым осциллографом просматривают сигналы звуковых частот на входе и выходе устройства, синхронизация от входного сигнала. В наличии частотного смещения можно убедиться по движению выходного сигнала по экрану осциллографа. Более точно установить величину частотного смещения можно, если суммировать входной и выходной сигналы и выделить на интегрирующей RC цепочке частоту биений. Полученная частота биений и есть величина смещения спектра звукового сигнала.

При использовании устройства для речевых сигналов величина Δf выбирается в пределах 1 . 30 Гц. Для озвучивания эстрадных программ величину Af следует ограничить и выбирать в диапазоне 1. 6 Гц. При больших значениях частотного смещения эффект становится заметным на слух, а исполнитель начинает заметно выпадать из общего строя.

Читайте также:  Html meta charset utf 8

Elektor Elektroniks , 1990, February , p . 34—37.

Микросхемы TL074 можно заменить отечественными К1401УД2 (четыре усилителя в одном корпусе), но возможно использование и других ОУ общего применения, например К140УД7.

Микросхема 4013, содержащая два триггера, аналогична К176ТМ2, ключи 4066 можно заменить микросхемой К561КТЗ, Генератор с счетчиком не имеет аналогов в советской электронике, поэтому потребуется выполнить их на отдельных микросхемах.

Для обеспечения необходимой близости тактовых частот в генераторе желательно использовать микросхемы и кварцевые резонаторы, выпускаемые одним изготовителем и по возможности из одной партии.

Все корпусы микросхем цифровой и аналоговой частей схемы должны быть зашунтированы по питанию емкостями 0,1 . 0,1 5 мкФ (на схеме не показаны).

В цепях фазовращателя и задающих генераторов необходимо использовать элементы с разбросом номинальных значений не более 1 %. Если для вас детали такой точности являются недоступными, в фазовращателе для настройки каждого частотного звена можно использовать подстроечные резисторы. В этом случае требуется более сложная настройка фазовращателя во всем частотном диапазоне.

Наверняка каждый, кто пользовался радиомикрофоном, да и обычным проводным тоже, рано или поздно сталкивался с эффектом резкого и неожиданного гула возникающего в акустических системах при расположении вокалиста или ведущего с микрофоном в руке на определенном небольшом расстоянии от колонок. Это паразитный эффект носит название акустической обратной связи или «самовозбуждения». Мы решили уделить этому вопросу отдельное внимание в данной статье. (Первую часть статьи читайте здесь).

Физика процесса такова – звук, попадая в микрофон, преобразуется в электрический сигнал, который, обработанный и усиленный, подается в акустические системы. Акустика преобразует электрический сигнал обратно в звуковые колебания. Если микрофон расположен относительно недалеко от колонок, то эти звуковые колебания снова могут быть преобразованы в электрический сигнал, повторно усилены и снова поданы на акустику… Как вы понимаете этот процесс будет продолжаться бесконечно, и довольно быстро уровень помех достигнет максимального и вызовет дискомфорт у слушателей.

По счастью такой эффект самовозбуждения возникает не всегда. И избавиться от него можно довольно простыми способами – например, расположить вокалиста или ведущего позади акустических систем направленных в зал. У этого решения есть и свои минусы, связаны они как раз, с тем, что звуковые колебания, генерируемые акустикой, направлены от вокалиста в зал. Из-за этого, звук, который слышит вокалист, немного изменяется по частоте. То есть исполнитель слышит звук другого тона, чем слушатели. Пример из жизни – автомобиль, двигающийся с сиреной. Когда он движется к вам сирена одного тона, а когда уже проехал – другого. Невольно вокалист начинает подстраиваться под тот звук, который слышит, а слушателям кажется, что он поет фальшиво. И тут мы начинаем бороться со следствием нашей попытки недорогого решения проблемы самовозбуждения, используя дополнительное оборудование – так называемую мониторную линию. Проще говоря – это акустические системы, задачей которых является то, чтобы обеспечить вокалиста звуком правильной частоты. Естественно все это сильно удорожает стоимость проекта, даже если брать звуковое оборудование в аренду.

Но даже если не принимать во внимание ценовой вопрос, не всегда технически есть возможность расставить оборудование и выступающих правильно. Особенно это актуально для неподготовленных помещений, куда как раз и заказываются прокат звуковой аппаратуры. Выше мы говорили о том, что звуковой сигнал после микрофона не только усиливается, но и обрабатывается. Крайне удачно так же, что физические характеристики помещений и оборудования вызывают самовозбуждение только на нескольких частотах, а не на всем звуковом диапазоне частот от 0 до 20000Гц. Благодаря этому мы можем использовать устройства фильтрующие частоты, на которых возникает акустическая обратная связь и полностью избавиться от этого эффекта.

Читайте также:  Симс 3 не отвечает

Одним из таких устройств является DSP (Digital Signal Processor). У предлагаемого нами устройства DSP Behringer SHARK DSP110 имеется широкий арсенал возможностей по обработке микрофонных и линейных аудиосигналов, как сбалансированных, так и небалансных. Принцип работы устройства таков: предварительно, на sound-cheсk’е, до мероприятия можно настроить профиль частот подлежащих фильтрации. Прибор создает этот профиль в автоматическом режиме, пользователю нужно лишь включить режим обучения и спровоцировать самовозбуждение в аудиотракте. После завершения создания профиля тракт готов к работе – практически со 100% вероятностью вы и ваши слушатели не услышите эффекта обратной связи.

Совместно с цифровыми процессорами следует использовать микрофоны с направленной диаграммой чувствительности, имеющие кардиоидную характеристику, они обладают наибольшей чувствительностью по направлению вдоль оси микрофона. Это дает возможность отделять нужный звук от помех. Существуют варианты: суперкардиоиды и гиперкардиоиды, которые обладают меньшими углами, чем кардиоиды и сильнее отсекают лишние призвуки. При правильном использовании, они позволяют получить более фокусированный съем звука с меньшим количеством помех.

Итак, мы рассмотрели один из вариантов использования DSP — мы выяснили, как цифровой сигнальный процессор позволит избежать эффекта обратной акустической связи и обеспечит достойное качество звучания, без применения дорогого дополнительного оборудования. Очень важно, что правильно настроенное оборудование не нуждается в контроле специалиста, а все настройки выполняются заранее. Обратите так же внимание, что сообщая нам заранее максимум подробностей о характеристиках помещения, вашем проекте и о том результате, которого вы желаете достичь, вы получите наиболее исчерпывающую консультацию от сотрудников нашей компании. Ведь подготовительный процесс – это самый главный этап, от которого зависит судьба любого культурно-массового события, и, следовательно, подходить к нему нужно едва ли не серьезней чем к самому мероприятию.

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.

Читайте также:  Sony icd p320 драйвер

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 (AFCAcoustic Feedback Cancellation) цифровых звуковых процессоров Tendzone серий SOLON и TYCHO.

Рис. 6. Меню управления подавителем Tendzone.

На рисунке изображено меню управления цифровым звуковым процессором Tendzone, НО отладочной версии ПО. На рисунке видны результаты работы системы управления подавителя обратной акустической связи: первые пять заграждающих фильтров настроены должным образом.

На рисунке видно, что управление гораздо шире: можно задавать различные типы фильтров, задавать количество, ширину и т.п. Но в рабочих версиях это недоступно, чтобы не усложнять работу по настройке системы.

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.

Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector