移频扩音法

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在室内会场使用扩音机的人都有这种经验,就是扩音机的音量不能开得太大,否则扬声器就会啸叫不止。这是由于扬声器辐射的声波经过室内的墙壁、天花板及其他物件的反射而返回微音器,形成了声反馈。反馈的声波经过扩音系统一再循环加强,结果就激起振荡,使扩音机发生啸叫,不能发挥最大作用。因此,在一般会场里,音响强度所以受到限制,大都不是因为扩音机功率不足,而是因为产生了声反馈。

任何房间、会场或大厅,都可以看成是一个大的声共振器,因为墙壁及天花板对声音的反射,都会产生共振作用。事实上这种共振过程是十分复杂的。来回反射的声波相互叠加,结果会使某些频率的声音加强,某些频率的声音减弱,造成房间内声音的不均匀,频率响应曲线上出现许多峰和谷(图1)。很明显,在相应于“峰”的频率上,特别是在和几个最突出的“峰”相应的频率上,最容易激起振荡。如果再考虑到,扩音系统的响应在高频和低频处都较差,而在中频处较强,那么就容易了解,为什么所有声反馈啸叫声的音调(频率)总是差不多的了。

图1
图1 🔍原图 (602×356)

减小声反馈影响的办法,通常是改善扬声器及微音器的布置,或者采用单向式微音器以及使用扬声器组合(音柱)。这样处理是有效的,但还不容易获得满意的结果。会场中的墙壁、天花板等用吸音材料装配,可以改善声反射的特性,比之普通的会场,声反馈的问题就小得多了。但是对于一般临时性的或是既定的场所,再作任何对于声学上有利的处理一般是不容易的。因此,减小声反馈的有效办法还是从扩音机电路方面来考虑。有人曾经利用过带阻滤波器把最强的几个反射峰的信号滤除,可以获得2—5分贝的改善。但是这样又会引起相当显著的频率失真。

最近研究出来了一种“移频扩音法”,效果很好。它可以将扩音机的增益提高6—10分贝。再加上采用前面讲过的办法,在大多数场合中可以彻底消除声反馈,获得令人满意的声音响度和分布均匀的声场。

图2
图2 🔍原图 (615×412)

在1千赫附近取出一段频带内的声音响应曲线加以放大(图2),就可以看到,峰与谷之间的距离几乎是相等的。根据统计研究指出,在一般房间内当交混回响时间为1秒左右时,相邻峰谷之间的频率差几乎都等于5赫。移频法就是设法把从微音器送入扩音机的信号频率一律移动5赫。这样,当频率位于“峰”处(图2中A点)的反射声波经微音器送入扩音机后,由于经过移频,扬声器辐射出去的声音,频率己经改变了5赫,刚好位于图2中“谷”的地方(B点)。也就是说,这个反馈的声波再经过房间反射之后,传到微音器时就只是一个极弱的信号(比峰反射低约20—30分贝),这样,振荡也就难以维持了。由于频率只移动了5赫,所以音调的改变几乎是觉察不到的。

图3
图3 🔍原图 (1064×270)

现在我们谈谈实现移频的办法。移频器的方框图如图3所示。由微音器来的电信号f\(_{s}\)经过前置放大器后送入移频器。在调制器①中对石英晶体振荡器②产生的20000赫载波进行调制,产生(20000+fs)赫、(20000-f\(_{s}\))赫及(20000+2fs)赫……等等差拍频率的复合信号。这情况与超外差接收机的混频级十分相似。现在我们用一个所谓“单边带滤波黑”③把这信号的下边带削掉而只保留上边带部分(20000赫+f\(_{s}\)赫)。为了使③工作得更近于理想情况,电路中加入了一级缓冲放大器④。⑤是解调制器,事实上它也可以看成是一个调制器。为了检出原信号并加上5赫的频移,在⑤中又加入用石英晶体振荡器⑥所产生的19995赫的载波。与前相似,它也产生一系列差拍频率的信号,即〔(20000+fs)- 19950〕赫,〔(20000+f\(_{s}\))+19950〕赫……等等。这里它同前面相反,通过低通滤波黑⑦之后,上边带削掉了,保留下来的是下边带〔(20000+fs)-19995)〕赫部分。现在可以看出,括号中的数字正是我们所需要的(f\(_{s}\)+5)赫!

利用移频法来减除会场声反馈的移频扩音系统,在国外曾在某些大会场中成功地使用过。个别会场听众达到两万人,结果十分满意。使用的移频器包含九个晶体三极管及五个二极管,结构是很紧凑的。设备的关键在于单边带滤波器部分。它相当复杂,使用的元件精确度要求很高,并且价格昂贵。如果放宽对滤波器的要求,又将会有较多的下边带窜入上边带,引起严重的互调失真。这是影响移频扩音系统普及应用的主要困难。因此,目前这种扩音系统还只能在盛大的场合中使用,或者与人工立体交混回响设备结合,在大型音乐厅中作为改善及控制音质的设备。(洪钟)