При работата на професионални звукови системи акустичната обратна връзка е често срещан и силно разрушителен проблем. Той се проявява като груб вой или писък, който не само сериозно влияе върху изживяването при слушане, но може също да повреди скъпите драйвери на високоговорителите. Основната причина за това явление се крие в образуването на затворен акустичен контур между високоговорителя (изход) и микрофона (вход): микрофонът улавя звука, излъчван от високоговорителя, сигналът се усилва от системата и се излъчва отново от високоговорителя, само за да бъде уловен още веднъж от микрофона... Този цикъл се повтаря, което води до непрекъснато усилване на сигнала и наслагване при определен резонанс честоти. В крайна сметка системата влиза в нестабилно състояние, предизвиквайки неприятния вой.
За да решат ефективно този постоянен проблем, съвременните цифрови аудио процесори обикновено интегрират усъвършенствана функционалност за елиминиране/потискане на обратната връзка. Неговата основна цел е точно да идентифицира и елиминира енергията на сигнала в рамките на обратната връзка, като гарантира стабилност на системата и подобрява разбираемостта на речта и прецизността на музиката. Неговият принцип на работа включва основно следните ключови стъпки:
Основни принципи за премахване на обратната връзка
- Моделиране на пътя на обратната връзка (идентификация на системата):
Първата стъпка за елиминатор на обратна връзка е да идентифицира и моделира пълния път на акустична обратна връзка от високоговорителя до микрофона. Този път включва реакцията на високоговорителя, акустичните характеристики на помещението (като реверберация и стоящи вълни), характеристиките на микрофона и относителните им позиции.
Съвременните цифрови процесори обикновено използват адаптивни алгоритми. Чрез инжектиране на специфични тестови сигнали (като розов шум или синусоида) в системата или използване на действителния програмен сигнал, те анализират корелацията между входа (микрофон) и изхода (референтен сигнал на високоговорителя) в реално-време, като динамично изграждат точен модел на обратната връзка. Този модел по същество е цифров филтър, който симулира характеристиките на реалната акустична обратна връзка.
- Адаптивно филтриране и референтен сигнал:
Въз основа на установения модел на обратна връзка, процесорът вътрешно генерира адаптивен филтър. Основната задача на този филтър е предсказване: той предвижда какъв сигнал ще бъде произведен на входа на микрофона, ако текущият референтен сигнал (т.е. идеалният сигнал, изпратен до високоговорителите, обработен, но *преди* да се добави обратна връзка) премине през действителния път на акустична обратна връзка.
Адаптивният филтър непрекъснато сравнява своята прогноза (предсказания сигнал за обратна връзка) с действителния входен сигнал на микрофона. Разликата между тях (наречена сигнал за грешка) задвижва динамичното-настройване на параметрите на филтъра в реално време. Целта е прогнозираният сигнал за обратна връзка да се доближава безкрайно до действителния компонент на обратната връзка, съдържащ се в сигнала на микрофона. Този процес изисква изключително висока изчислителна скорост и прецизност.
- Прецизно отмяна на сигнала за обратна връзка:
След като адаптивният филтър може точно да симулира компонента за обратна връзка в сигнала на микрофона, процесорът генерира сигнал за анулиране, който е равен по амплитуда, но противоположен по фаза (180 градуса извън фазата).
Този обърнат сигнал се наслагва в реално-време върху оригиналния входен сигнал на микрофона. Чрез прецизна фазова инверсия и съвпадение на амплитудата компонентът на сигнала за обратна връзка е ефективно отменен или значително потиснат при източника (преди входният сигнал да влезе във веригата за обработка на процесора). В крайна сметка процесорът основно обработва желания чист източник на сигнал (глас, инструменти и т.н.), като значително намалява енергията, която причинява виене.
- Динамично проследяване и адаптация-в реално време:
Акустичната среда е динамична. Например движение на хора, отваряне/затваряне на врати или прозорци, преместване на обекти и дори промени в температурата и влажността могат да доведат до промяна на обратната връзка от високоговорителя към микрофона.
Следователно елиминаторът на обратната връзка трябва да бъде в много реално{0}}време и адаптивен. Той трябва непрекъснато да следи сигнала за грешка и динамично да актуализира съответно параметрите на адаптивния филтър. Това гарантира, че моделът винаги е в крак с промените в текущата акустична среда, като поддържа оптимално потискане на обратната връзка. Този процес на "обучение" и "настройване" никога не спира по време на работа на системата.
Широко разпространени приложения на технологията за премахване на обратната връзка
Благодарение на решаващата си роля в стабилизирането на системите и подобряването на качеството на звука, технологията за елиминиране на обратната връзка се използва широко в различни сценарии, изискващи високо-усилване на звука:
- Изпълнение на живо:В концерти, театри и вариететни сцени, където има множество микрофони, високи изисквания за усилване и сложни, променящи се акустични среди, елиминирането на обратната връзка е ключова техническа бариера, осигуряваща плавни изпълнения и предотвратяваща разрушителни внезапни викове, които пречат на артистичното представяне.
- Зали за конференции и лекции:В заседателните зали, аудиториите и класните стаи ясното и разбираемо предаване на реч е от първостепенно значение. Елиминирането на обратната връзка позволява на системата да работи безопасно при по-високи печалби, значително подобрявайки разбираемостта на речта и усилването преди обратна връзка (GBF), гарантирайки, че всеки слушател може да чуе ясно говорещия.
- Излъчване и запис:В професионални аудио производствени среди като радио студиа, телевизионни студиа и музикални звукозаписни студиа всеки незначителен шум или вой е неприемлив. Технологията за елиминиране на обратната връзка помага да се поддържа чисто качество на запис и излъчван сигнал, като се избягват нежелани смущения и се повишава професионалният стандарт на работата.
- Инсталирани и преносими PA системи: Това включва фиксирани места за инсталиране като църкви, аудитории и хотелски бални зали, както и сценарии като KTV стаи, системи за коментари на екскурзоводи и преносими системи за реч. В тези приложения технологията за премахване на обратната връзка значително опростява настройката на системата, подобрява лекотата на използване и слуховия опит на крайния-потребител, като гарантира, че звукът е ясен, стабилен и без виене.
Резюме
Функцията за елиминиране на обратната връзка в цифровите аудио процесори, използваща усъвършенствани алгоритми за моделиране на пътя на акустичната обратна връзка в реално-време и използваща адаптивно филтриране за генериране на обратни сигнали за прецизно премахване, е основната технология за решаване на проблеми с виенето в звуковите системи и осигуряване на стабилност на системата и чистота на звука. Той играе незаменима роля в изпълнения на живо, конференции, лекции, излъчване, записи и различни сценарии за усилване на звука. Това е съществен компонент за „защита“ и „осигуряване на качеството“ на съвременните професионални аудио системи.
Препоръка за продукта
https://www.tendzone.net/audio-processor/web-базирани-audio-processors/ai-audio-processor.html
https://www.tendzone.net/audio-processor/fixed-audio-processors/dante-dsp.html
