CN201967002U - 啸叫抑制系统 - Google Patents

Abstract

一种啸叫抑制系统，包括少一个语音话筒；A/D转换器，将至少一个语音话筒所采集的模拟信号转化成数字信号；中央控制设备，接收所转化的数字信号；啸叫产生检测部，确定来自中央控制设备的数字信号中是否存在啸叫信号，如果确定存在啸叫信号，则向啸叫频率信号选择部发送表示产生了啸叫的信息，并使啸叫频率信号选取啸叫的固定频率的信号和表表示该固定频率的信号和命令标识码，并将其发送至移相电路控制部；该移相电路控制部在收到命令标识码时，启动DSP移相电路将啸叫信号的相位移动180度；信号相消电路，将来自DSP移相电路已经倒相的啸叫信号和来自中央控制设备的数字信号进行相加处理。

Description

啸叫抑制系统

技术领域

本实用新型涉及一种有效抑制扩声系统中啸叫并且不影响输出语音质量的系统，结合了多媒体会议的应用特点，具体的说是提出了一种无损语音质量的啸叫抑制系统。

背景技术

众所周知，对于特定的房间，有它固有的房间声学频率响应特性，这种特性只与房间的几何结构尺寸和材料及内饰物的表面吸音和反射能力及位置有关。在房间里，当一个声音发出去以后，直达声呈扇面球状立体发散的传递，这些无数角度方向发出去的直达声音在遇到房间房顶、地板、四面墙壁以及内饰物、陈列物后一部分声音能量被其吸收掉，另一部分被其反射回来形成反射声；反射声经过空中传递后又进入这些物体一部分被其吸收另一部分又被其再次反射；周而复始，直到最原始的声音能量被空气和这些物体吸收殆尽为止。

理论和实践表明：对于特定的某个房间，只要音箱位置固定或声源的方向固定，房间空间中的任何一点都有相应固定不变的声压——频率响应曲线，该曲线表征了房间特定某一点上声音在20Hz～20000Hz(人耳可听声音频率范围)不同频率点位上的直达声和反射声叠加后对该频率点声压施加的影响。

很显然，当房间的声压——频率相应曲线越平坦，峰谷点分布越少说明该房间还音效果越好，房间混响适中；相反曲线落差越大，峰谷点分布越多说明该房间还音效果差，该房间的混响偏重。

在我们使用扩声系统时，尤其室内使用拾音器(俗称话筒)扩声经常产生啸叫，原因就是房间固有的存在前面提到的回声现象，当音箱产生的回声返回时通过了话筒，会再次被话筒拾到声音，使回声再次进入扩音系统进行了放大，如果回音和初始音相位相同则两个声音会产生叠加加强，系统产生 了正反馈，加强的声音再次回声到话筒放大，再次加强，周而复始，如此循环直到输出信号强度稳定地达到系统设备的满度，这便是自激振荡，又叫声音啸叫。这种现象破坏了扩声系统的稳定，有效的声音进不去也扩不出来，也听不到，整个设备不能正常工作。所以，产生啸叫的根本原因是回声(回声正反馈)引起的。这种回声啸叫，不仅会使人感到刺耳、难受，而且会导致机器无法正常工作，更为严重的是，这种回声啸叫有时会使器材因自激过载而损坏。

在音响界，最初解决回声啸叫的办法是降低扩声系统的增益(放大量)来使系统稳定工作，但其有显而易见的缺点，就是不能完全满足扩大音量的需要，所以工程技术人员又在室内建筑声学、结构声学以及室内装饰装修方面下功夫以解决扩声难题和回声反馈啸叫，这方面最典型的是北京的中国音乐厅，它基本上可以不用现在的扩声器材，但它的造价及施工难度非常大，不具备普遍推广意义；故工程技术人员又通过仔细认真研究啸叫形成机理又在电路上想办法解决这一扩声难题，先后研究出了均衡、移频、移相等方法。

均衡器(这里特指图示均衡器，其面板推杆分布同实际声压频谱图，直观明了故得其名)是将20Hz～20000Hz内的声音频带按照一定的倍频程(倍数关系)划分段落，最常见有15段和31段均衡器等。国际惯例上，15段均衡器按2/3倍频程关系分段选取中心频点，由低频端到高频端中心频点分别在25Hz、40Hz、63Hz、100Hz等共15段；而31段均衡器按1/3倍频程关系分段选取中心频点，由低频端到高频端中心频点分别在20Hz、25Hz、31.5Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz等共31段。均衡器的频率点位完全固定，每一频点上设置的推杆都可以对本频率点上的声压进行提升或衰减。均衡器将音频进行了预先的频率分段后，引发扩声啸叫的房间峰点总会落在均衡器划分好了的某个频段里面。这样，首先将均衡器各频率点上的提衰推杆置于中心点，保证均衡器在音频范围的响应平直；慢慢增大系统音量，使系统第一啸叫点临界发生，通过人耳主观判断啸叫点的频率；迅速在均衡器上找到分管该频率点的推杆，并迅速拉下该推杆，这时系统将减小对该频点的放大量，啸叫消失；同理，继续增大系统音量，使系统第二啸叫点临界发生，后面的操作以此类推......直到系统音量满足为止。

从上面均衡器防啸叫的操作过程来看，有如下特点：一、是采用人工手动的的方法；二、需要人耳非常熟悉发音的频率是多少；三、动作要迅速，判断频率和操作要迅速到位，不能出错，否则长期啸叫可能引发系统不稳和烧毁。很明显对操作人员的要求极高，非专业人士难以胜任。

顾名思义，移频就是移动频率，移频器通过改变输入信号的频率来不断回避房间峰点施加的影响，从而破坏构成声反馈的条件，最终达到防止啸叫的目的。具体过程是，由于啸叫是需要时间累积的，是一次比一次反馈信号变强的N次循环放大后的结果表现形式。移频器防啸叫过程如下：当房间峰点位置频率信号在反馈中满足了闭环增益＞1，便有了首次强烈反馈到话筒输入端的第一次反馈信号，该信号经过移频器放大后却发生了频率上的改变(即在原始信号频率基础上增加或减少了3～8Hz)；这时输出信号在峰点位置便发生了3～8Hz的移动，我们知道峰点位置声压最高，意思就是这时的输出信号在再次反馈到话筒时(第二次反馈声)声压降低了；二次反馈声进入移频器后再次被移动了3～8Hz，致使第三次反馈到话筒的信号频率又偏离了峰点3～8Hz，声压继续降低…以此类推。由此反馈的信号每循环一次便减弱一次，最终使峰点位置信号满足闭环增益＜1的稳定工作条件，啸叫就不可能发生。

总而言之，移频器的工作方式就是：当正向移频时，将引发啸叫的峰点一步一步往音频的高频端“赶”，直到“赶”出音频的范围；反之，当正向移频时，将其一步一步往音频的低频端“赶”，目的是同样“赶”出音频范围。

移频器的工作有如下特点：一、操作过程简便。使用时只需启动移频功能开关即可，移频数3～8Hz连续可调。二、抑制啸叫过程自动完成，无须人工去鉴别调试。三、抑制啸叫的能力比较显著，效果明显。但正是由于频率移动，导致了整个声音频率范围内的频率失真等缺陷。

移相就是移动相位。在空中某点，当反馈回来的声音和原始声音同时压缩或扩张了该点空气，我们称反馈声与原始声相位“同相”，该点声音增大；相反，如果一个声音压缩该点空气的同时另一个声音却扩张了该点的空气，我们称这两个声音相位“反相”，该点声音减弱。原始声和反馈声(或直达声和反射声)在空中相遇后使音量增大还是减小了与其之间的相位紧密相关，移相器正是通过改变输入信号的相位来破坏房间峰点和啸叫的累积建立过 程，从而破坏构成声反馈条件，最终达到防止啸叫的目的。

本实用新型正是为了解决现有啸叫抑制技术中的一些问题，结合扩声系统的应用特点，采用了移相理论而提出的一种改进技术。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是：克服上述现有扩声系统中现有的啸叫现象，而提供一种可较大程度消除回声啸叫的系统。

本实用新型充分研究了啸叫现象产生的根本原因，即话筒将语音信号转变成电流并进行功率放大，然后送到扬声器以发出更大的声音以后，这种扬声器发出的声音，它又可以通过声波直接的辐射或者间接的一次或多次“反射”而最终又回输到话筒上，这就是“回声反馈”，而这种“回声反馈”又使话筒产生更大的“回声”感应电流，然后功率放大器又将这种“回声”感应电流再进行功率放大，又再由扬声器放出更大的“回声”声音，然后这“回声”又再经“辐射”或“反射”回输到话筒上产生新的“回声”电流…于是就因这恶性循环产生了这种自激性的“回声啸叫”。因此从消除这种“回声反馈”或者变“回声反馈”的“正”的声反馈为“负”的声反馈入手，进而完成了本实用新型的设计工作。

本实用新型提供了一种啸叫抑制的系统，主要思路是：在扩声系统中，当语音话筒将语音信号转变成电流，并经过语音放大电路进行功率放大，送至扬声器。而扬声器发出的声音又可以通过声波直接的辐射或者间接的一次或多次“反射”，而最终又回输到话筒上语音话筒，再经过语音放大，如此循环，则会产生扩生系统的啸叫现象。此时控制部自动启动DSP移相电路和回声相消电路，使回声话筒的语音信号产生180度倒相。在回声相消电路中与原话筒采集的语音信号相消，从而实现去除导致啸叫的正反馈信号，实现抑制啸叫。

根据本实用新型的一方面提供了一种啸叫抑制系统，该系统包括：至少一个语音话筒；A/D转换器，将所述至少一个语音话筒所采集的模拟信号转化成数字信号；中央控制设备，其用于接收所转化的数字信号；啸叫产生检测部， 用于确定来自所述中央控制设备的数字信号中是否存在啸叫信号，如果确定存在啸叫信号，则向啸叫频率信号选择部发送表示产生了啸叫的信息；所述啸叫频率信号选择部接收到该表示产生了啸叫的信息后，从所述数字信号中选取具有固定频率的啸叫信号和表示产生了啸叫的命令标识码，并将该固定频率的啸叫信号和命令标识码发送至移相电路控制部；该移相电路控制部在收到所述命令标识码时，启动DSP移相电路将所述啸叫信号的相位移动180度；信号相消电路，用于将来自所述DSP移相电路已经倒相的啸叫信号和来自中央控制设备的数字信号进行相加处理，从而使未倒相的啸叫信号与经倒相的啸叫信号互相抵消。

根据本实用新型提供了另一种啸叫抑制系统，该系统包括：至少一个语音话筒；第一A/D转换器，将所述至少一个语音话筒所采集的模拟信号转化成数字信号；至少一个回音话筒，用于采集所述啸叫抑制系统中的回声；第二A/D转换器，将所述至少一个回音话筒所采集的模拟回音信号转化成数字信号；DSP移相电路，用于将来自所述第二A/D转换器的回声信号的相位移动180度，以使所述回声信号的波形倒相；回声相消电路，用于将经所述DSP移相电路倒相的回音信号和所述第一A/D转换器输出的数字信号进行相加处理，从而消除回声。

本实用新型与已有技术相比，特点是抑制啸叫效果好，而且结构简单，使用的话筒无需特制，容易普及推广。

附图说明

附图1示出了根据本实用新型第一实施方式的一种简单地采用本实用新型啸叫抑制的扩声系统的结构图；

附图2示出了根据本实用新型第二实施方式的一种采用回声话筒的啸叫抑制的扩声系统的结构图。

具体实施方式

在说明实施例的所有的图中，具有相同功能的部分采用相同的符号，省略反复的说明。

下面，结合附图对本实用新型的实施例进行说明。

第一实施方式

附图1示出了根据本实用新型第一实施方式的一种简单地采用本实用新型啸叫抑制的扩声系统的结构图。主要包括了以下装置：至少一个语音话筒101，用来采集发言者的语音信号，实现语音到电信号的转换；语音放大电路102，用来放大来自所述话筒的电信号；A/D转换器103，将模拟信号转化成数字信号，并将数字信号传输给中央控制设备中央控制设备104将所接收的数字信号传输给啸叫产生检测部105，其中该数字信号包括来自发言者的语音信号，在出现啸叫的情况下该数字信号包括来自发言者的语音信号以及啸叫，啸叫产生检测部105用于确定扩声系统是否产生了啸叫(具体判断方法在下文中叙述)，如果产生了啸叫，则向啸叫频率信号选择部106发送表示产生了啸叫的信息，啸叫频率信号选择部106接收到该表示产生了啸叫的信息后，选取啸叫的固定频率的信号(具体选取方法在下文叙述)和表示产生了啸叫的命令标识码，并将该固定频率的信号和命令标识码发送至移相电路控制部107，该移相电路控制部107在收到所述命令标识码时，启动DSP移相电路108；上述DSP移相电路108用于将啸叫信号的相位移动180度，使其波形倒相；信号相消电路109，用于将来自DSP移相电路已经倒相的啸叫信号和来自中央控制设备的包含发言者的语音信号和未倒相的啸叫信号的信号进行相加处理，从而使未倒相的啸叫信号与经倒相的啸叫信号互相抵消，从而可以消除回声；消除了啸叫的语音信号再经功率放大电路110放大后，就可以送到语音信号输出电路111，供喇叭放音，从而抑制了啸叫现象。

啸叫产生检测部105判定扩声系统的是否产生啸叫的方法是：采用DSP模块检测语音信号中是否有固定频率的信号，由于在数字会议系统中，语音主要来自于发言者的发声，根据人的语音发声特性知道，人讲话时产生的语音信号是没有固定频率的，如果所述啸叫产生检测部106检测出语音信号中含有固定频率的周期信号，说明具有该固定频率的周期信号为啸叫信号，该固定频率即为啸叫信号的频率，从而确定出扩声系统产生了啸叫，否则判定此时没有产生啸叫。

在判定没有产生啸叫的情况下，不需要进行上述消减啸叫的处理，即，啸叫产生检测部105向啸叫频率信号选择部106发送表示没有产生啸叫的信息，啸叫频率信号选择部106将不进行啸叫频率信号的选取、并将表示未产生啸叫的第二命令标识码发送至移相电路控制部107，移相电路控制部107收到该第二命令标识码后将不启动DSP移相电路108，这样信号相消电路109只会收到来自中央控制设备的仅包含发言者的语音信号，并使不包含啸叫信号的语音信号再经功率放大电路110放大后，送到语音信号输出电路111，供喇叭放音。

所述的啸叫频率信号选择部106通过DSP单元(属于啸叫频率信号选择部106内部的部件，未示出)通过检测信号中的具有固定频率的信号而选取啸叫信号。

第二实施方式

附图2示出了根据本实用新型第二实施方式的采用回声话筒的啸叫抑制的扩声系统的结构图。主要包括了：至少一个语音话筒101，用来采集发言者的语音信号，并将其转变成电信号；语音放大电路102，用来放大来自所述话筒的电信号；至少一个回声话筒103，用来收集回声信号；回声放大电路104，用来对来自所述回声话筒的电信号进行与语音信号相同倍数的放大；DSP移相电路105用来将来自所述回声放大电路信号的相位移动180度，以使回声的波形倒相；回声相消电路108，用于将经DSP移相电路倒相的回音信号和语音放大电路的信号进行相加处理，可以消除回声，保证只有发言者的语音信号进入后续的功率放大器109；语音输出电路110，用来将功放输出地信号发送出去，送到扬声器放音；A/D转换器111和A/D转换器112的作用是将话筒产生的模拟电信号转换成数字信号。

在第一实施方式中，是在检测到啸叫后迅速地通过对啸叫频率的信号进行倒相来进行啸叫信号消减，但是由于是在检测到啸叫之后才进行的处理，因此仍然会对发言者的声音产生一定的干扰。在本实施方式中，进一步地采用了回音话筒，收集回音，并直接对回音话筒里收集到的回音进行倒相处理，并将倒相后的回音与语音话筒里收集的语音相加，从而进行回音的消减。采 用这一方式，由于在尚未发生啸叫之前就先进行了回声消减，从而有效地避免了啸叫的产生，进一步改善了语音信号的质量。

其中，可以省略上述语音放大电路102和回声放大电路104。

其中，在实际使用中，优选将该上述回音筒调节到既离发言用语音话筒较远又有利于收集回声的任何角度和指向，从而可以准确的收集到回声。

本实用新型还拥有更多的实施例，其中语音话筒和回声检测话筒均可根据实际需要，设计成一个或多个语音话筒和与此数量相对应的话筒输入电路。而其中的回声相消电路108除了可用运放式差分电路外，也可使用其他具有相同功能的功能电路，只要它的输出信号是由其两个输入信号的差值决定的即可。

另外，为了节省成本和使电路简化的目的，在实际使用时，图2中的功率放大电路109，语音信号输出电路110可以只选其一。这样，保留语音信号输出电路110而舍弃功率放大电路109时，可以利用原有的音响设备作放大；若保留功率放大电路109而舍弃语音信号输出电路110，则电路会大大简化，利于节省电路板体积。

虽然为了说明的目的，本实用新型是参照所选择的特定实施例描述的，但显而易见的，本领域的技术人员可以对其进行各种修改而不脱离本实用新型的基本原理和范围。

Claims (6)

1.一种啸叫抑制系统，该系统包括：

至少一个语音话筒(101)；

A/D转换器(103)，将所述至少一个语音话筒(101)所采集的模拟信号转化成数字信号；

中央控制设备(104)，其用于接收所转化的数字信号；

啸叫产生检测部(105)，用于确定来自所述中央控制设备的数字信号中是否存在啸叫信号，如果确定存在啸叫信号，则向啸叫频率信号选择部(106)发送表示产生了啸叫的信息；

所述啸叫频率信号选择部(106)接收到该表示产生了啸叫的信息后，从所述数字信号中选取具有固定频率的啸叫信号和表示产生了啸叫的命令标识码，并将该固定频率的啸叫信号和命令标识码发送至移相电路控制部(107)；

该移相电路控制部(107)在收到所述命令标识码时，启动DSP移相电路(108)将所述啸叫信号的相位移动180度；

信号相消电路(109)，用于将来自所述DSP移相电路已经倒相的啸叫信号和来自中央控制设备的数字信号进行相加处理，从而使未倒相的啸叫信号与经倒相的啸叫信号互相抵消。

2.根据权利要求1所述的啸叫抑制系统，其中，所述啸叫产生检测部(105)根据所述数字信号中是否含有固定频率的周期信号来判断该数字信号中是否存在啸叫信号。

3.根据权利要求1或2所述的啸叫抑制系统，其中，所述啸叫频率信号选择部(106)通过所包含的DSP单元检测所述数字信号中的具有固定频率的信号而选取啸叫信号。

4.一种啸叫抑制系统，该系统包括：

至少一个语音话筒(101)；

第一A/D转换器(112)，将所述至少一个语音话筒(101)所采集的模拟信号转化成数字信号； 

至少一个回音话筒(103)，用于采集所述啸叫抑制系统中的回声；

第二A/D转换器(111)，将所述至少一个回音话筒(101)所采集的模拟回音信号转化成数字信号；

DSP移相电路(105)，用于将来自所述第二A/D转换器(111)的回声信号的相位移动180度，以使所述回声信号的波形倒相；

回声相消电路(108)，用于将经所述DSP移相电路倒相的回音信号和所述第一A/D转换器(112)输出的数字信号进行相加处理，从而消除回声。

5.根据权利要求4所述的啸叫抑制系统，其中该系统还包括：

语音放大电路(102)，用来放大来自所述语音话筒的电信号，并将放大后的电信号输出至所述第一A/D转换器(112)进行A/D转化；以及

回声放大电路(104)，用来对来自所述回声话筒的电信号进行与语音信号相同倍数的放大，并将放大后的回音信号输出至所述第二A/D转换器(111)进行A/D转化。

6.根据权利要求4或5所述的啸叫抑制系统，其中

所述回声相消电路(108)是运放式差分电路。