回授問題是現(xiàn)場擴(kuò)聲工作者都必須面對的問題,尤其是返送揚聲器系統(tǒng)的回授,對演出成功與否起著至關(guān)重要的作用?;厥谑锹曉幢粋髀暺魇叭≈蟊粩U(kuò)聲系統(tǒng)多次放大(揚聲器發(fā)出的聲音再次被傳聲器拾取)而產(chǎn)生的結(jié)果。如何從揚聲器當(dāng)中獲得更大的聲壓級而不產(chǎn)生回授是所有工程師關(guān)注的重點。
回授的發(fā)生主要取決于兩個條件:增益條件和相位條件。比較聲源到達(dá)傳聲器的聲音信號和返送揚聲器達(dá)到傳聲器的聲音信號(本文所研究的條件是1位演奏者使用1支傳聲器對應(yīng)1個返送揚聲器的情況),當(dāng)兩者同時滿足增益條件和相位條件時,回授發(fā)生。
1 能夠獲得多少回授前增益
無論使用何種方法,都無法回避一個基本的原則:即系統(tǒng)整體增益(Unity Gain)為1時,回授開始出現(xiàn),這意味著當(dāng)揚聲器到達(dá)傳聲器的聲能和聲源到達(dá)傳聲器的聲能相等時,系統(tǒng)開始回授。假設(shè)傳聲器是一個全指向,在任何方向上對任意頻率的靈敏度相同的換能器,而返送系統(tǒng)對全頻段的信號有相同的放大增益。在這種情況下,只要返送揚聲器到達(dá)傳聲器的聲能和聲源到達(dá)傳聲器的聲能相等,就會發(fā)生全頻段的回授。
在實際的返送系統(tǒng)當(dāng)中,使用的傳聲器具有指向型,對不同頻率的靈敏度有所不同,且返送系統(tǒng)對于不同頻段的放大增益也不相同。在這種情況下,系統(tǒng)在哪個頻段的整體增益最先到達(dá)1,或者說揚聲器到達(dá)傳聲器和聲源到達(dá)傳聲器的聲能在哪個頻段最早達(dá)到相等,哪個頻段就開始回授。
同時,在考慮增益條件的基礎(chǔ)之上,還需要考慮兩個信號(在某些頻段)之間的相位關(guān)系。當(dāng)它們在傳聲器處滿足增益條件且相位差在±120°之內(nèi)(考慮距離差,相位差范圍通常相差若干個周期)時,系統(tǒng)開始回授。相位條件的引入使得回授的問題變得復(fù)雜化,需要考慮兩個信號在傳聲器處的相位干涉問題,將干涉產(chǎn)生的信號增幅(或衰減)計入系統(tǒng)整體放大增益當(dāng)中:當(dāng)兩個信號在傳聲器處于抵消狀態(tài)時,系統(tǒng)的電學(xué)增益要高于兩個信號,這意味著可以從返送揚聲器當(dāng)中獲得更高的聲能,這也是一部分工程師習(xí)慣于將返送揚聲器的輸出做整體的相位極性返轉(zhuǎn)(Polarity)的原因。
2 如何處理回授問題
針對回授產(chǎn)生的要素,也可以通過兩方面的手段來對其進(jìn)行處理。
首先,針對回授產(chǎn)生的增益條件,我們需要防止某些頻段的系統(tǒng)整體增益過早到達(dá)1,這可以從傳聲器和返送揚聲器兩個方面入手。
(1)盡可能使用強(qiáng)指向性的傳聲器,且不同頻率的指向性應(yīng)盡可能相似。通常,傳聲器對高頻的指向性控制要優(yōu)于低頻,其指向性從低頻到高頻呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢。在實際工作中,可以對傳聲器做適當(dāng)?shù)颓校℉igh-Pass)處理,通過衰減低頻能量來彌補指向性的不足,并且盡量將返送揚聲器輻射的軸向?qū)χ鴤髀暺髦赶蛐宰钊醯牟糠帧4送?,工程師還應(yīng)該努力和演員建立一個良好的溝通,改善其使用傳聲器的習(xí)慣,保證傳聲器的指向性不受破壞。這主要是由于部分傳聲器是通過聲學(xué)入口的方式來獲得指向性的,握住傳聲器頭的不良使用習(xí)慣堵住聲學(xué)入口,進(jìn)而破壞指向性。
(2)對于返送揚聲器來說,盡可能使其輸出頻率響應(yīng)達(dá)到一個平直的狀態(tài),是防止某些頻段的系統(tǒng)增益過早達(dá)到1的關(guān)鍵。在這個問題上,揚聲器的分頻處理是最為重要的。返送揚聲器通常使用兩分頻的設(shè)計,由于分頻網(wǎng)絡(luò)本身的特性,它的高音單元和低音單元勢必會同時回放一部分相同的頻率,這兩個信號在聽音區(qū)域的相互作用對于揚聲器在這一頻率的指向性會有著復(fù)雜的影響。通常通過延時器將高音和低音單元間的物理間距進(jìn)行校準(zhǔn),并借助極性反轉(zhuǎn)、IIR均衡器、FIR均衡器和全通濾波器等工具使其獲得一個平坦的頻率和相位響應(yīng)。
這種調(diào)試基于音頻測量的結(jié)果展開,而測量結(jié)果受到測試傳聲器位置的影響,因此在進(jìn)行測試時,可以考慮將測試傳聲器放置在擴(kuò)聲工作中傳聲器實際擺放的位置上。由于揚聲器的分頻問題較為復(fù)雜,很多因素會影響揚聲器的頻率和相位響應(yīng),在此不做深入探討,僅提取重點加以說明。
在正確的分頻處理之后,可以借助均衡器來進(jìn)行頻率響應(yīng)的進(jìn)一步修正。這種均衡修正來自于兩個方面:
一是對揚聲器整體的頻率響應(yīng)做修正(通常作為無法對揚聲器分頻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整時的手段);
二是在輸入通道上對輸入信號做衰減均衡處理,以補償現(xiàn)場擴(kuò)聲中近距離拾音帶來的部分能量過于突出的問題,此為另一話題,在此不做贅述。
需要注意的是,當(dāng)使用普通的參量均衡和圖示均衡對輸入輸出通道進(jìn)行處理時,信號和系統(tǒng)的相位響應(yīng)也在發(fā)生著改變。一個均衡的使用可能同時緩解(或者加?。┝嗽鲆婧拖辔坏膯栴},這是聽覺上所無法感知的。
針對回授產(chǎn)生的相位條件,除了將揚聲器的輸出信號極性整體反轉(zhuǎn)之外,還可以使用全通濾波器的方式來對某些頻率的相位進(jìn)行反轉(zhuǎn)(SSL Live調(diào)音臺即可實現(xiàn)此功能)。當(dāng)然,在實際工作中能夠大量使用全通濾波器的機(jī)會很少,即便如此,也應(yīng)該學(xué)會從相位的角度處理回授問題。
當(dāng)兩個同頻率、同強(qiáng)度的信號在相位差在±120°以內(nèi)時,它們相互作用的結(jié)果是增幅的,可以看作某一頻率的兩個聲波在傳聲器處進(jìn)行了某種程度的疊加,即到達(dá)該位置時,兩個聲波的傳播相差±1/3個波長以內(nèi)。如果從相位的視角轉(zhuǎn)換到波長的視角,會發(fā)現(xiàn)新的問題——隨著溫度和濕度的改變,聲速會發(fā)生改變,而聲音的頻率不變,因此該頻率的波長會發(fā)生改變,即隨著溫度和濕度的改變,導(dǎo)致回授的聲波波長并沒有發(fā)生改變,但頻率變了。這就是為什么在走臺時通過均衡的方式處理掉回授之后,在演出時還會出現(xiàn)新的回授頻率的重要原因:均衡器只針對頻率作用,而不針對波長作用。
這一現(xiàn)象帶來的啟示是,窄帶均衡陷波器和全通濾波器在反饋處理上具有局限性。在使用圖示均衡進(jìn)行反饋均衡修正時,應(yīng)適當(dāng)做“過量”的處理,增加均衡器所影響的頻率范圍,以避免溫度和濕度變化帶來新的反饋頻率。當(dāng)然,這種過量也是一種妥協(xié),它對于返送的音質(zhì)會產(chǎn)生很大的影響。
最后需要說明的是,返送揚聲器的音量最終能開多大,歸根到底還是取決于演員的演唱和演奏音量,演奏和演唱的音量越大,系統(tǒng)整體增益在到達(dá)1之前返送揚聲器能夠送出的音量就越大。所謂“羊毛出在羊身上”。