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声音反馈与抑制的深入探讨

出处:INFOAV CHINA 作者:本刊编辑部 责任编辑: 日期:2007-5-16 10:54:00


 

 图3:反馈频率变化和频率(对应于六种温度)


  
  图3表示了在只考虑温度变化对音速的影响后,反馈频率所产生的变化。有趣的是反馈频率在越高的频率中变化就越大,这些变化很有意义,提供了一些控制反馈的方法——我们将在后面详细讨论。

  小结:
  * 反馈同时由大小和相位决定
  * 增大系统的延时将会增加潜在反馈频率的数量并减小频率之间的间隔
  * 延时也影响着反馈频率增大或衰减的比率
  * 要使反馈频率的电平不再增大,你只需要把它的电平降低到单位电平下。但是,反馈频率电平的衰减比取决于降低的大小和延时的时间
  * 温度变化或者是任何能够改变相位的因素,都会对反馈频率产生影响

  但是,了解反馈是一回事,如何处理这个问题又是另一回事

  目前的制造商在他们生产的设备中主要使用三种方法来控制反馈。自适应滤波模型法(类似于声学回音消除的方法)、频移法、自动陷波法。我们在这里主要讨论的是自动陷波法,因为这是运用最多的一种方法。
  
自适应滤波模型法
  这种方法类似于在电话会议系统中使用的声学回音消除的运算法则。原理是精确的模拟扬声器——话筒之间的传输情况,运用这个模型把扬声器发出的音频部分从话筒信号中全部除去。

 

图4:声学回音消除中使用的自适应滤波器

  图4表示的是在电话会议中的一个应用。扬声器放的是远端发出的语言声,把这个声音在本地话筒中消除掉,否则远端的讲话人就会听到一个像自己讲话的回音一样的声音。远端讲话的声音被用作建模时的整形信号。这个模型是一个实时处理器,因为模型需要不断地与声音信号进行比照。在建模过程中,因为会引起模型的分歧,所以把所有本地的话语都认为是噪声。如果模型不再精确,那么远端的话语就不能被充分移除。事实上,与其在不准确的模型中加入噪声还不如不做回音消除。因此在任何一个语言周期都要尽量小心以避免模型路径上的分歧。

 

 图5:反馈抑制中使用的自适应滤波器

  图5表示了在扩声系统中的一种应用,这里没有远端语言可以用来建模。本地的语言被送往扬声器,同时也是唯一可以利用的整形信号。事实上,整形信号和本地语言是相互关联的(可以看作是整形处理中的噪声),这对基于自适应滤波的模型提出了一个关键性的难题。如果要维持一个精确的宽频带模型,这个问题就特别突出。

  为了解决这个难题,人们提出了一些去相关的形式(比如移频)。虽然解决了宽带模型处理中的问题,但又使信号产生了失真。在电话会议中,如果模型不精确,那么就会产生更多的失真信号,使得这种方法在许多场所并不实用。这类反馈抑制器的优点是在反馈之前可增加的增益比较高,通常超过10dB。
  
频移法
  早在20世纪60年代,频移就在公共广播系统中被用来控制反馈。反馈产生于传输过程中增益高于0dB的那一部分。在房间中测量扬声器——话筒的传输能力时,在电平的大小上会出现波峰和波谷。在移频时,一个信号的所有频率会向上或向下移动几赫兹。移频器的原理是如果反馈在一个区域中得到加强,那么就会在另外一个区域得到衰减。移频器在传输过程中不断的移动产生反馈的频率,直到某一个部分有效的削弱反馈为止。移频的效果取决于系统的传输能力。

  值得指出的是,这种移动绝不是“悦耳的”,因为信号的谐波比例在移频过程中没有被保留下来。频率移动的数量越多,人的语言声就会变得越生硬。虽然“可闻失真”取决于听音者的经验,但大家认为频移最好小于12Hz。

  在反馈前有多少可增加的增益?简单的答案是只有几个分贝。艾伯哈特·哈斯勒和杰哈德·夏米特(在他们的著作《声学回声和噪声控制》)评论了一些研究结果,指出实际增加的电平依赖于混响时间,以及频移的大小。

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