啸叫检测与抑制的论文

声源与扩音设备之间因距离过近等问题导致能量发生自激，产生啸叫。啸叫是一种回授音。

一、简单来说，啸叫产生的原因为以下三点：

1、话筒与音箱同时使用。

2、音响系统重放的声音能够通过空间传到话筒。

3、音箱发出的声音能量足够大，话筒的拾音灵敏度足够高。

二、啸叫的危害很大，主要表现在以下几个方面：

1．自激时功率放大器会产生很大的功率输出，可能超出扩声设备的承受范围，烧坏功率放大器和发声设备。

2．在反馈系数接近于1时，由于产生梳状滤波效应，延时声场与直达声之间的叠加，会使扩音声场比原声场在音感上变得狭窄。

3．扬声器声场的延时反馈，会使整个系统形成一连串的延时回声，并且这种回声将加重梳状滤波效应，产生明显畸变的混响拖尾——刚响失真。

4．啸叫时输出的声压很大，严重影响各种活动的气氛。

5．高压包的啸叫。

三、消除反馈啸叫要从产生反馈啸叫的必要条件入手，只要能破坏其中一个条件，就可达到目的。

1、调整距离法

既避免啸叫又能提升扩音音量最有效的方法之一就是将话筒尽量靠近声源拾音，同时话筒应使用无指向性的。缩短发声设备与听众的距离，实际上可以提升扩音的响度。可适当的减小系统的总增益。若同时辅以指向性宽的近场音箱，话筒稍微离远点就能避免啸叫。

2、频率均衡法

也叫宽带陷波法，由于话筒拾音和发声设备的频率曲线不是理想平坦的直线（特别是一些质量比较差的放音设备），以及厅堂声场的声学谐振作用，使频率响应起伏很大。可以用频率均衡器补偿扩声曲线，把系统的频率响应调成近似的直线，使各频段的增益基本一致，提高系统的传声增益。

3、反馈抑制器法

也叫窄带陷波法，在要求很高的场合，如一些现场演唱的地方，普遍使用声频反馈自动抑制装置，这种装置可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。其原理就是通过陷波抑制啸叫的。

4、反相抵消法

反相抵消防止自激在高频放大电路比较常见。

可以在音频放大电路中采用两个同规格的话筒分别拾取直达声和反射声，通过反相电路使反射声信号在进入功放前相位相互抵消，能有效的防止啸叫自激。

5、调相法

扩音系统的自激啸叫，其反馈回路是正反馈，如果把话筒信号调相处理，就会破坏自激的相位条件，从而防止系统的自激啸叫。

扩展资料：

啸叫的形成机理

当我们在具体的某个房间设定好音箱和话筒位置后，接下来便正确地联接好扩声系统设备，确保系统设备完好、系统联接正确后于是给系统通电使其预热，然后慢慢调大系统音量（一定是慢慢调大音量）使其开始工作。

这时会发现在音量开到了某个位置（临界位置）时会明显感到啸叫要发生了，再往上开音量肯定立马啸叫，（不管啸叫是在低音还是中高音），于是只好将音量往下回调一点，可听众席位置的声音还太小，音量根本不够用。于是扩声设备就成了摆设无法用了。

需要必须明白的是，人耳感觉声音大或声音小这是声音能量（即空气振动的能量）累积作用于人耳后人主观生理上的感受。

远处飞机轰鸣而过虽声压不大，但我们感到声音低沉、能量充沛，声音很大；近处一个气球暴裂或塑料纸的摩擦声响虽声压很高，但我们感觉不到有多大的声音能量，故也感觉不到声音有多大。

我们知道啸叫是由于反馈声再次被话筒拾到音后引起的，而话筒这种内似“人耳拾音”的东西其拾音的方式与“人耳”确是大不相同。

话筒对声音能量的累积反应（即声音转化为电的过程）要比人耳反应迅速，特别在对突发的相对单一频率成分的声音反应能力上比人耳快的优势明显，往往人耳还未感觉到有什么特别的声音成分在扩声现场，由于话筒的作用系统已经进入了临界状态并要开始啸叫了。

这个特别的频率成分便是前面所讲到的室内扩声现场在话筒参考点位置固有的声压——频率曲线上的峰点对应的频率成分。

一目了然，本不平坦的声压——频率曲线上存在的所有峰点便是形成系统啸叫的真正罪魁祸首，而啸叫产生或刺耳、或轰鸣的声音所对应的频率点就是曲线上峰点所对应的频率，故峰点首先啸叫。

当音量开打过程中，系统大多数频率成分的声音还没放起来的时候，峰点频率的声音确已经很大了，虽人耳不明显感觉到其存在，可系统设备已经发现并引起了啸叫。

啸叫总是率先发生在峰点位置，啸叫点的先后顺序是第一峰点、第二峰点、第三峰点……这样一个顺序。由此可知，房间固有的声压――频率相应曲线中峰点的存在成了语言扩声的严重障碍。这就是在现场实际扩声中啸叫发生的真正内在原因和机理。

参考资料来源：百度百科—啸叫

参考资料来源：百度百科—啸叫点

话筒啸叫的问题及解决办法用话筒进行现场扩音时，就会存在话筒啸叫问题（还有一种线路信号正反馈引起自激啸叫），通俗点说这是当声音信号从音箱发送出去后又从话筒再次输入到扩音系统后又一次进行放大，形成信号叠加，产生正反馈从而出现啸叫，一直以来音响工作者在尝试用各种方式和设备来解决这个问题，但不是很理想，根据我自己的经验总结有以下几种方式，大家可以选择试一下： 1.反馈抑制器：它的工作原理是对信号中出现的较明显的几个或十几个超过预设电平值的频点进行电平抑制从而达到抑制啸叫的目的，这种方法对固定的话筒放置方式和会议扩音还是有一定效果的，但是用在舞台演出却效果不好甚至会产生破坏演出的结果，因为，在舞台演出时演员是不同的地方不停的在动，对频点跟踪很困难，其次演员在演唱时（特别是那些摇滚歌手）动态是很大的，这样就会使很多频点的电平值并非因啸叫而过载，这时候反馈抑制器会误以为出现了啸叫，并对这些频点进行抑制，造成了演出的声压塌陷，破坏正常演出的效果。 2.移频器：它的工作原理是对话筒信号的频点向上或向下移几个或几十个频点，达到不产生正反馈的目的，此种方式同样也只适合在会议扩音时使用，因为在演出时，移频器产生的频率变化的效果会很滑稽，会让所有人找不着北。 3.自动混音台：它的工作原理是利用自动延时噪声门，对有信号输入和无信号输入的话筒进行通/断处理从而达到消除啸叫的目的，这种方式非常适合用在话筒使用数量较多的会议场所，在舞台演出时的语言类节目也可以，但用在歌舞节目上效果不好（原因见噪声门）。 4.噪声门：它的工作原理是利用门限电平对话筒信号进行通/断处理，达到消除啸叫的目的，这种方式一般用在架子鼓的拾音上（用鼓源拾音方式不在此列），只有当击鼓的时候，话筒才会导通，防止舞台返听音箱与架子鼓拾音话筒之间产生信号正反馈而啸叫，用在歌舞节目上却不好，因为有的节目演员发声是很轻的，这时候因为达不到噪声门的门限电平噪声门不导通会造成现场“失声”。 5.压缩器：它的工作原理是当信号超过设定的电平值时，压缩器就开始对信号进行有比例的压缩，防止信号继续扩大达到消除啸叫的目的，这种方式可用在舞台演出的歌舞节目但是对初期出现的并未达到设置电平的啸叫却无能为力。 6.图示均衡器：它的工作原理是将出现啸叫的某些频点衰减或切除从而达到防止啸叫的目的，但是它的缺点是频点的设置是固定的而啸叫出现的频点是不固定的，可能出现在两个频点的前3/4或1/2或后3/4……所以有时候要将相邻的两个频点都要做衰减，再则图示均衡器的带宽都比较大，衰减或切除一些频点后就会造成频率塌陷而失真，所以，图示均衡器只适合用在一些对扩音要求不高的场合。 7.参量均衡器：它的工作原理是，将扫频器扫到出现啸叫的频点，并且调节该点的带宽，然后对该点进行衰减或切除，达到既消除啸叫又保证有用的信号不被衰减或切除，所以参量均衡器，比较适合各种场合。去百科再找点整理一下。

作者：武亭、徐德帅

在日常生活中，声音是人们进行信息传递的重要媒介，为了保证信息的顺利传递，突破距离的限制，往往需要对声音信号进行放大，扩音系统应运而生。

扩音系统是指把声音信号进行实时放大的系统，主要由麦克风、放大器以及扬声器组成，在演奏厅，大教室，会议室等大空间场所得到了广泛应用。但是，扩音系统自使用以来，常常伴随着啸叫问题，极大地影响了用户的使用体验感。啸叫现象是指音频信号通过扬声器播放后，经过一定的传播路径，再次被麦克风拾取，经过放大器的处理后，最后经由扬声器播放，倘若在 “扬声器-麦克风-扬声器”的闭环电路中，存在某种正反馈导致某些音频频率发生自激振荡，就会产生啸叫现象。

啸叫的产生会掩盖正常语音，给人的听感也不好，而且啸叫频点能量很高，严重时甚至能破坏会议中的扩声设备，因此我们需要对啸叫进行抑制。

我们以单通道扩声系统为例说明啸叫产生原理，系统模型如下所示：

该扩声系统由麦克风、功率放大器和扬声器组成，其中G是功率放大器，F是声传播路径，v(t)和x(t)分别为声源信号和反馈信号，y(t)是麦克风的输入信号，u(t)是经过功率放大器处理后的声信号。

根据奈奎斯特稳定准则，当闭环系统的某个角频率w的回路响应的幅度和相位同时满足以下两个条件时，就会引起系统的不稳定，从而引起啸叫。

其中G(w)为放大器的频率响应，F(w)为声传播路径的频率响应。总的来说，产生啸叫必须同时满足振幅条件：反馈增益大于1。相位条件：声源信号的相位和反馈信号的相位是相同的。因此啸叫抑制技术实际上就是破坏啸叫产生的幅度要求或者相位要求。

研究人员针对啸叫抑制主要提出了两大类方法，被动抑制的方法和主动控制的方法。

被动抑制啸叫的原理是减少直达和反射声，我们可以根据声场特性，从声场布局、声场调整、扩音系统设计、扩音设备选型等方向抑制啸叫。主要包括：

（1）从室内建筑声学、如室内的装修，装修材料的选择等方向来抑制啸叫，具体的方法诸如：摆放更多的桌椅，安装天花石膏吊顶，选择吸声材料作为装修材料等等。

（2）合理地摆放麦克风和扬声器：将麦克风和扬声器置于不同的声场显然是最好的方法，可以破坏正反馈，避免啸叫，但这种方法难以实现。因此我们可通过选择合适的麦克风和扬声器的摆放位置来抑制啸叫，如让麦克风尽量不要正对扬声器。

（3）选择合适的扩声设备，如尽量选用低敏感度、高指向性的麦克风。

但是，这种方法只是被动地抑制啸叫，造价和施工难度太大，不具有普遍推广意义。

相较于被动抑制啸叫的方法，主动控制啸叫的方法利用数字设备进行实现，造价低，可复制，能够普遍推广。传统且主流的主动控制方法有三种，分别为相位调制法、增益控制法和自适应反馈抵消法。

相位调制法

相位调制法，简单来说就是移频法和移相法，移频法和移相法进行啸叫抑制的原理是把输入信号的频率分量往前或者往后移动，使得输入信号与声反馈信号频率之间的叠加现象消失，或者使声反馈相位和输入信号的相位产生偏差，破坏了啸叫形成的相位条件，从而达到抑制啸叫的目的。该方法算法简单，且对扩声系统增益有明显提升，可以快速实现啸叫抑制，但是对输入信号进行移频或者移相的操作，对信号的音质损失很大，会导致声信号的音质效果变差。

增益控制法

增益控制法通过降低正反馈环路中的增益，破坏了啸叫形成的幅值条件，达到啸叫抑制的效果。根据需要增益值降低的频带宽度的范围，增益控制法分为三类，自动增益控制法（AGC），自动均衡法（AEQ）和基于陷波滤波器的啸叫抑制法（NHS）。当需要将系统增益降低时，AGC会在信号的整个频带范围内降低增益，有些没产生啸叫的频点幅值也会被降低。AEQ会把声音信号分为几个频段，将啸叫频点对应的频段进行增益衰减，整体受影响不大。而NHS是在特定的频率点进行增益控制，采用陷波滤波器的啸叫抑制法只对自激振荡的频率点附近进行增益控制，在啸叫频率点检测准确的情况下，对附近频率的幅值影响比其它两种方法小，并且计算复杂度低。

自适应反馈抵消法

自适应反馈抵消法（AFC）根据输入信号，对声传播路径进行建模识别，从而估计得到声反馈信号，最后在麦克风的输入信号中减去估计出的声反馈信号，从而实现啸叫抑制。目前AFC的关键在于自适应算法的选择，应用较为普遍的是最小均方误差算法（LMS）。理论上如果可以精确地估计出声传播路径，AFC可以完全地消除啸叫。但是扬声器信号和麦克风信号一般具有一定的相关性，会造成一些估计误差，利用噪声信号法、非线性处理法等去相关技术可降低两种信号的相关性，但是去相关技术会导致一定的声信号失真，因此需要根据实际使用场景在去相关和音质之间做一个权衡。

近年来随着深度学习的发展，研究人员提出了基于深度学习的啸叫抑制解决方案，这类算法包含三个部分，特征提取，学习模型和训练目标。通过把啸叫信号和纯净语音信号混合得到的声信号作为训练样本，最终训练出能够抑制啸叫的网络模型。利用深度学习进行啸叫抑制的处理步骤通常是首先获得掺杂啸叫信号的混合声信号作为输入数据，再对混合声信号提取语音特征，根据期望声信号的不同提取不同的特征，常用的特征有时频特征、频谱、梅尔倒谱(MFCC)、Gamma倒谱（GFCC）等特征，之后建立网络模型，网络模型通常是RNN系列的模型及其变种，例如LSTM、GRU等。最后对网络模型进行训练得到一个可以将混合声信号映射为纯净语音信号的网络模型。目前，利用深度学习进行啸叫抑制的技术正在快速发展，希望在抑制啸叫方面能够达到更好的效果。

总的来说，传统方法和基于深度学习的啸叫抑制方法各有优缺点，我们需要根据实际应用场景来选择最合适的方法。

1 选择灵敏度比较低的话筒，最好使用指向性好的话筒2 尽量使话筒远离音箱，最好在音箱的背面远距离使用3 使用防止啸叫的扩音设备或者专用均衡器，这个使用效果明显