会议扩声系统中的Mixmuns

　　摘要：声反馈一般也叫回溯，或者是啸叫，是音响扩声中人们一直在回避的一个问题，今天每个调音师都有自己的途径和方法来解决这个难题，通过这篇文章，将向大家介绍一种通过数字音频系统中的DSP运算来解决声反馈的方法。

　　从事专业音响的人尤其是现场扩声专业的人，对音箱啸叫真可谓是深恶痛绝，因为由于啸叫而引来的麻烦举不胜举。人们都知道声音回声原理，在空旷点的大房间或山谷中能产生回声，是因为我们发出的声音经过空气传播出去后，遇到了墙壁、高山使声音返回来再次传到我们的耳朵里，就听到有重音或回声。由于声音通过空气的传输能量会逐次递减，所以我们听到的回声会一次比一次弱小以致最后消失，不会产生啸叫。而在室内扩音系统中，音箱传出声音(直达、返回)被话筒再次拾音，再次送入扩音系统，终于在某个频率点形成震荡，特点一是频率单一，二是越来越强，所以形成声音越来越强刺耳的啸叫。然而具体在哪个频率点会形成啸叫，与音响话筒的摆位、室内形状及装潢、音量大小及频率组成、音响话筒电声特性、甚至供电、电磁波干扰等等因素，具有一定的不确定因素。

　　传统电声处理技术防止反馈啸叫主要是：压限法、均衡法、陷波法、频移法等。压限法是用压限器即一种根据输入信号的强弱自动改变输出信号放大量(增益)的设备，用于抑制啸叫时可以将压缩比调到阂值(此时它为限制器)，将阂值调到反馈临界点，这样，当音量大到即将产生啸叫时，声音信号强度超过阀值，强度不会再继续增加，因此也就不可能产生啸叫了。但是采用压限器抑制啸叫会带来声音动态损失，故应尽量少用这种方法。均衡法是将扩音系统的音频频谱中，将容易产生共振点的频率增益降低，这种方法也叫做宽带陷波法，这种方式明显损失了扩音系统中要求音频频谱响应尽可能一致的要求。于是人们想出尽可能减少这种损失的窄带陷波法，并跟踪啸叫，采用自动抑制装置，用以自动跟踪反馈点频率，自动调整Q值带宽，自动将声反馈消除而又最大限度地保护了音质，是一种由微电脑控制的多段(通常有9、12、24段)窄带陷波自动压限装置，可以较好地区别反馈自激信号与音乐信号。在系统出现自激时，迅速作出反应，并在反馈频点上设定一个很窄的数字滤波器，其陷波深度也会自动设定，滤波带宽只有1/3倍频程，其原理就是通过陷波抵制啸叫的。而这些措施都难以从根本上消除反馈啸叫，于是人们又想出频移法，其原理是能够将话筒声音信号频率全部增加5Hz再送入扩音系统，破坏了产生啸叫的条件，从而抑制了啸叫，但是，该设备的使用具有一定的局限性，在语言扩声时使用起来效果很好，对声音破坏很小，但是在演唱和乐器中就会有很明显的声音变调感。这是因为语言的频率范围是在130至350赫兹之间，仅仅5Hz频率的变化不会使人们有明显的音调变高感觉，但是在声乐和器乐扩声时就会有变调的感觉了。因为声乐和器乐的下限频率为20Hz左右，5Hz的音调变化人耳已经能明显感觉出来了。

　　当音响行业从analog(模拟)时代进入了DSP(数字处理)时代，原先的一些老设备渐渐淡出了人们的视线，今天在一些高端会议扩声系统中比如百威的媒体矩阵系统，在这一类的系统中已经很难再找到专门用于抑制声反馈的一款设备，并不是说使用了高端的专业设备能够摆脱回溯问题的产生，只是说今天已经能够通过更好的技术方式来解决这一问题，而前提则是不破坏音质的情况下。这一类的技术就今天DSP时代的音响行业而言已经是可以轻易完成的了。各家厂商所采用的技术手段各不相同，百威公司在这方面则采用了一种称作Mixminus的技术。

　　Mixminus，从字面上解释的话我们可以读成是混合、减去。这一项技术最早出现在广播播音室的电话访谈节目中，利用这一技术能够直接将打入电话人的声音经过处理后，再返回给收音机旁这位正在打电话的人听，以保证节目的正常播出。模拟器件时期，这样的功能是有一台专门的处理器来完成的，调音台出来的信号直接引入到Mixminus设备中，并同电话那头过来的音频信号进行对比，之后通过特殊的运算方法将电话音频信号同本地的音频信号进行反相混合，之后将这一部分信号传输给输出设备，这样一来经过混合信号再返回给收音机旁的人就不会发生声反馈问题了。

　　(早期广播播音室中Mixminus模块的应用)

　　(Mixminus设备，今天已经不多见了)

　　这里提到的只是广播播音室中Mixminus的一种应用方式，目前多数的广播级数字调音台已经能够通过自身强大的DSP计算方式完美的实现Mixminus这一功能。在实现这一功能的数字音频处理类设备中百威媒体矩阵NION是非常便捷的一类。

　　在这里我们模拟了一个会议室的结构

　　(图1)

　　这里所列举的是比较极端的一种会议室环境，吸顶扬声器被直接固定在了话筒的正上方70cm的位置上，这就导致了整个会议室的电平无法增加，语音清晰度得不到满足，电平可调节范围缩小。一旦电平有略微的增加都会导致整个会议室产生回溯，严重影响了正常会议的进行。而Mixminus在这种场合下运用确实恰到好处。前面提到Mixminus它的原理就是利用波形比对，将额外的音频信号减去，实现信号自动调整防止回溯的产生。在一些音箱与话筒之间摆位不是很理想的现场，利用Mixminus的这一特性能够将整体的电平信号在没有添加这一功能的基础上提到2-3个分贝，这是在不损伤音质的情况下，通过房间均衡、反馈声抑制器等设备来调节整体电平所无法实现的。

　　(图2、Nware软件编程界面，Nware软件是nion主机的控制软件，由于篇幅有限，这里Nware软件的编程部分的知识就不多做介绍了。)

　　在媒体矩阵Nware软件的编程界面中我们要实现Mixminus功能总共需要运用到2个模块，一个是AutoMixer Gain Sharing，另一个则是一个Sparse Mix混音器。而所实现效果是，当“nion#1.mc-1.in.1-mic1”这一路话筒在进行讲话时，与它相对应的“sp1-nion#1.cm-1.out.1”这一路输出会被自动关闭，或者电平降低到不足以引起回溯的程度。

　　以上功能的实现在软件部分首先要做的就是拉出模块，将DSP模块之间的连接线连上，如图2所示。非常简单。不过这一步仅仅只是完成了其中模块与模块之间的连接，要实现功能，我们还必须对其中的AutoMixer Gain Sharing进行调节，双击模块，对Gain share setup进行细微的调整，这里有3个参数模块需要注意Depth、Rest Gain以及Time const。Depth是一个门限的设置开关，默认情况下是-30dB，对于这一个档位一般不做调整。当然也并非绝对，用户可以根据自己的需要，适当增加，以增加可用电平的数值。Rest Gain是某一通道增益增加的幅度，这个数值需要我们根据现场的环境作出适当的调整，幅度太大容易引起回溯，太小音量提升不上去，失去效果。这里系统给出的默认值是-18dB。最后一项，Time const，看第一个字母就知道这是与时间有关了，这里是一个采样时间，系统给出的是10ms，如果是在调试阶段建议将这一时间延长至30-50之间，确保DSP中央处理单元能够将整个环境电平与讲话人直接电平区分开来。AutoMixer Gain Sharing模块在Nware设备库中一共能找到3种，而要实现Mixminus功能只需要Gain share setup模块，因此另两种模块在这里就不多做解释了。整个Mixminus的实现过程基本就完成了。这里还需要注意一点，就是Mixer，在这里我们可以使用Spearse mixer或者是Mixer，前者是Mixminus功能专用的混音器，当然使用普通的Mixer，但是既然在软件中有这样的模块，那么就有它存在的必然因素。首先一点Spearse Mixer相对于普通Mixer而言他的预设位置在模块刚刚被建立起就已经存储好，可以省去用户在这部份调整的时间。其次他的模块运算方式是专门针对Mixminus功能而设计的，因此他在系统资源占用率上要比使用普通Mixer更加出色。因此这里推荐使用Spearse Mixer来进行功能实现。当然也可以根据自己的需要进行更改。

　　到这里采用媒体矩阵来完成的Mixminus功能就算完成了，所实现的功能就如之前所说话筒与对应的音箱之间反相操作，提高整体的音量水平。当然这里仅仅只是简单的介绍，并没有涉及到深层次的内容，这些也仅仅只是媒体矩阵诸多功能中的凤毛麟角，还有更加强大的功能运用等待着我们进一步的开发。如果您对媒体矩阵感兴趣的话也可以与我们联系，期待着与您共同进步。

责编：张慧芳