Подавитель обратной связи AFFD-042

27.04.2024

в наличии

Акустическая обратная связь (feedback, «заводка», «свист» в колонках) — это, пожалуй, главная проблема в системах звукоусиления, где источник сигнала находится в непосредственной зоне озвучивания громкоговорителей. Это явление в особенности характерно для профессиональных систем озвучивания, где прямой или отраженный звук от колонок попадает в микрофон, после чего повторно усиливается в усилителях и передаётся на акустические системы. Звуковая волна с акустических систем снова попадает в микрофон, тем самым образуя петлю обратной связи. Для слушателя обратная связь проявляется как нарастающий писк или гул, уровень громкости которого значительно превосходит основной сигнал.

Факторы, вызывающие обратную связь

Рис. 1. Спектр сигнала с выраженной обратной связью. Красными стрелками отмечены частоты самовозбуждения системы звукоусиления

1. Уровень усиления звукового сигнала и удалённость микрофона от громкоговорителя.

При каждом усилении звуковой волны амплитуда исходного звукового сигнала претерпевает всё большие изменения: какие-то её части складываются и становятся громче, а другие вычитаются, становясь тише. В конечном итоге этот процесс может изменить исходный сигнал до неузнаваемости, как-бы вымывая его, оставляя слышимыми только пустые гармоники. Следовательно, чем громче будет звук, попадающий в микрофон, тем больше вероятность возникновения акустической обратной связи.»

Многократное сложение амплитуд звукового сигнала с незначительным временным смещением приводит к значительному усилению итогового сигнала

Рис. 2. Многократное сложение амплитуд звукового сигнала с незначительным временным смещением приводит к значительному усилению итогового сигнала

2. Диаграммы направленности микрофонов и громкоговорителей.

Большинство вокальных микрофонов, используемых в профессиональных системах звукоусиления имеют кардиодную диаграмму направленности: чувствительность таких микрофонов существенно снижается при отклонении от оси. Похожая история происходит и с громкоговорителями: пик их чувствительности (максимальная громкость) находится на оси драйвера.

Рис. 3. Типовая диаграмма направленности громкоговорителя в двух плоскостях

Рис. 4. Кардиодная диаграмма направленности микрофона. Такая диаграмма используется в большинстве вокальных микрофонов

Если прямо направить микрофон в громкоговоритель включенной системы звукоусиления, то, вероятнее всего, возникнет обратная связь. Однако, стоит повернуть микрофон на 90 градусов, как обратная связь тут же исчезнет. Из этого становится очевидным, что для предотвращения акустической обратной связи, человек с микрофоном должен располагаться в зоне наименьшей чувствительности громкоговорителей (к примеру, за ними). Однако такая расстановка может быть эффективной только в случае, если диктор или спикер не меняют своего положения относительно громкоговорителей и остаются на месте в ходе всего выступления. Если же человек с микрофоном перемещается по сцене, то вероятность возникновения акустической обратной связи значительно возрастает.

3. АЧХ Громкоговорителей и микрофона, а также уровень эквализации сигнала

Выраженные подъёмы в частотной характеристике акустических систем часто становятся первичными зонами возникновения обратной связи, так как громкость сигнала на этих частотах больше общего уровня сигнала. Однако большее влияние на вероятность возникновения обратной связи всё же имеет эквализация, когда уровень сигнала в настраиваемой зоне частот может повышаться на 15 дБ, что значительно превосходит наравномерность АЧХ профессиональных акустических систем. Так, выкрутив низкие частоты на максимум, можно с лёгкостью поймать акустическую обратную связь в низкочастотном диапазоне.

Рис. 5. АЧХ громкоговорителя

Изображенная АЧХ профессионального громкоговорителя имеет выраженный подъем (+6 дБ) на частоте около 16 кГц, что вполне может послужить почвой для возникновения обратной связи на этой частоте.

Рис. 6. АЧХ электретного микрофона

На рисунке 6 представлена типичная АЧХ вокального микрофона, имеющая выраженные подъемы на частотах 5 и 10 кГц. Они также являются благоприятной почвой для возникновения акустической обратной связи.

4. Акустические характеристики помещения.

Размер, форма и отделочные материалы помещения также во многом способствуют возникновению акустической обратной связи. Обычные отделочные материалы имеют различные коэффициенты звукопоглощения на разных частотах, следовательно на каких-то частотах уровень отраженного сигнала будет выше, а на иных — ниже, что приведет к увеличению амплитуды сигнала на некоторых частотах и возникновению т.н. паразитных гармоник. В итоге, попадание переотраженного помещением и, тем самым, измененного звука в микрофон прямо влияет на диапазон частот и вероятность возникновения обратной связи.

Рис. 7. Отражения звуковой волны в пределах комнаты

Так как вокальные микрофоны наиболее чувствительны в средне-высокочастотной зоне, как правило, акустическая связь возникает именно в этом диапазоне частот. При возбуждении обратной связи, ее амплитуда стремится к бесконечности, заставляя усилитель выдавать максимальную мощность в одной или нескольких узких полосах частот, что может привести к выходу из строя ВЧ-драйверов или твитеров акустических систем, а также необратимо повредить слуховую систему человека. По этим причинам подавитель акустической обратной связи является необходимым инструментом в работе звукорежиссера во время живых выступлений.

Фото оборудования

Функциональные возможности и особенности

12-полосные фиксированные фильтры

Пара 12-полосных фиксированных узкополосных фильтров на каждом канале обеспечивает автоматическое ослабление предустановленных частот самовозбуждения.
12-полосные динамические фильтры

Динамические фильтры автоматически настраиваются при обнаружении частот самовозбуждения и обнуляются через заданный промежуток времени.
Мгновенное обнаружение частот самовозбуждения

Время обнаружения и подавления частоты самовозбуждения составляет от 0,1 до 0,5 с в зависимости от превышения уровня паразитной гармоники над уровнем полезного сигнала.
2 независимых канала обработки сигнала

Устройство снабжено двумя независимыми каналами обработки сигнала. Первый канал использует входы A, B, второй канал использует входы C, D. На цифровые выходы поступает сигнал, смикшированный со всех четырех входов.
Настройка уровня входного сигнала по каждому из входов

С помощью четырех регуляторов на задней панели осуществляется точная настройка уровня входного сигнала по каждому из входов.
Компрессор и лимитер

Компрессор используется для сжатия динамического диапазона звуковых сигналов. Лимитер устанавливает жесткое ограничение на максимальный уровень выходного сигнала.
3 цифровых выхода

Подавитель обратной связи содержит три цифровых выхода: AES3, оптический и коаксиальный. Данные выходы передают звуковой сигнал на любые устройства усиления и обработки звука с цифровым входом, позволяя избежать снижения качества сигнала, характерного для аналоговых соединений.

Конструкция

Подавитель обратной связи выполнен в металлическом корпусе высотой 1 юнит, имеет отверстия для крепления в 19" аппаратный шкаф. Основные органы управления расположены на передней панели — они отвечают за настройку режекторных фильтров, шумоподавителя, кроссовера и лимитера. Инверсный информационный дисплей имеет LED подсветку.

Рис. 8. Передняя панель подавителя обратной связи AFFD-042

На задней панели устройства расположены кнопка включения и разъём для шнура питания, разъемы межблочной коммутации, кнопка включения фантомного питания и регуляторы чувствительности входных разъемов, позволяющие использовать входы для подключения микрофонов или источников линейного сигнала, таких, как микшер.

Рис. 9. Задняя панель подавителя обратной связи AFFD-042

В основе схемы подавителя лежит процессор ADSP-2188 производства Analog Devices, работающий на частоте 160 МГц и имеющий аппаратный двухканальный аудиокодек AD73322, производящий обработку цифрового аудио сигнала.

Процессор DSP на плате подавителя обратной связи AFFD-042

Рис. 10. DSP-процессор на плате подавителя обратной связи AFFD-042

Для преобразования входного сигнала используется двухканальный аналогово-цифровой преобразователь (далее — АЦП) AKM AK5394AVS с плавающей частотой дискретизации до 6144 МГц. Каждая пара комбинированных входов, посредством аналоговой схемы микшируется в один канал, после чего сигналы поступают в двухканальный АЦП и преобразовываются в формат 24 бит/96 кГц.

После обработки центральным процессором, два канала звука передаются на цифровые выходы (AES3, оптический и коаксиальный) смикшированными в один канал, или двумя каналами на ЦАП PCM1794-5BM070M (24 бит/192 кГц), где происходит обратное преобразование и передача сигнала на аналоговые выходы. Увеличение частоты дискретизации обрабатывающих элементов позволяет избежать потери качества сигнала по мере его прохождения через электронную схему подавителя обратной связи.

Рис. 11. Передняя панель AFFD-042

1 – Индикатор фиксированного фильтра
2 – Индикатор динамического фильтра
3 – Кнопки управления подавлением обратной связи:
(1) [ON] – включение функции подавления обратной связи
(2) [BY PASS] – отключение функции подавления обратной связи
(3) [CLEAR] – удаление из памяти подавителя всех зафиксированных частот возникновения обратной связи
4 – Дисплей
5 – Энкодер
6 – Кнопки управления дополнительными функциями:
(1) [COMP] – компрессия
(2) [LIMIT] – лимитер
(3) [NOISE GATE] – подавление шума
(4) [SAVE/LOAD] – сохранение/загрузка настроек
(5) [SYSTEM] – настройки системы
(6) [BACK] – выход в основное меню
7 – Индикатор уровня сигнала выходных каналов

Рис. 12. Задняя панель AFFD-042

1 – Разъем подключения питания
2 – Кнопка включения питания
3 – Выходные аудио-разъемы
4 – Цифровой выходной аудио-разъем
5 – Входной аудио-разъем первого канала
6 – Входной аудио-разъем второго канала
7 – Кнопка заземления
8 – Кнопка включения фантомного питания +48 В с индикатором
9 – Регуляторы чувствительности входных разъемов

Основные принципы работы

Устранение эффекта обратной связи производится как в фиксированном, так и автоматическом режимах. Настройка частот фиксированных режекторных фильтров производится при включении или сбросе настроек подавителя (кнопка CLEAR): устройство улавливает выделяющиеся на фоне основного сигнала узкополосные всплески сигнала с превышением уровня на 6 и более децибел, запоминает их, после чего понижает уровень паразитной частоты на 15 дБ. При заполнении всех 12-ти фиксированных фильтров канала, устройство переходит к заполнению 12-ти автоматических фильтров, которые настраиваются в реальном времени, реагируя на изменения положения микрофона относительно громкоговорителей. Очищение памяти автоматического фильтра происходит в случае, если обратная связь на выделенных частотах не появляется в течение трех минут. Фиксированные фильтры очищаются нажатием кнопки CLEAR.

Время обнаружения и подавления частот обратной связи составляет от 0.1 до 0.5 секунды и зависит от следующих факторов:

Скорости изменения основного сигнала по громкости и частоте: частая смена тональности делает статичные частоты самовозбуждения более контрастными, однако частые динамические колебания наоборот ухудшают видимость паразитных частот.
Спектральной плотности сигнала: так как паразитные частоты в отличии от гармоник полезного сигнала напрочь лишены кратных гармонических всплесков на высоких частотах, их идентификация сильно упрощается.
Амплитуды возникающей обратной связи: чем громче будет всплеск амплитуды, тем, соответственно, проще его обнаружить.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что применение подавителя обратной связи будет особенно эффективным при обработке голосового сигнала во время живых выступлений. Однако, алгоритмы работы устройства вполне допускают его использование для обработки комбинированного сигнала с фоновой музыкой и голосом на переднем плане.

Технические характеристики

Наименование	Значение
Тип входных разъемов	4 XLR/TRS комбинированные
Тип выходных разъемов	2 XLR аналоговые XLR цифровой Оптический Коаксиальный
Процессор	32-битный DSP, 24-битный АЦП и ЦАП
Перекрестные искажения между каналами (1 кГц), дБ	> 110
Коэффициент подавления синфазного сигнала (1 кГц), дБ	> 70
Частотный диапазон (-0,5 дБ), Гц	20...20000
Отношение сигнал/шум, дБ	> 110
Коэффициент нелинейных искажений, %	< 0,01
Максимальный уровень входного сигнала, dBu	< +25
Режекторные фильтры	12 фиксированных 12 динамических
Минимальная пропускная способность	1/27 октавы
Максимальная пропускная способность	1/14 октавы
Время нахождения и устранения обратной связи	0,1-0,5 с
Максимальный уровень входного сигнала, dBu	< +25
Входной импеданс, кОм	20
Выходное сопротивление, Ом	100
Количество установочных мест, U	1
Частота дискретизации, кГц	96
Потребляемая мощность, Вт	< 15
Напряжение питания (50/60 Гц), В	90-240
Масса (нетто), кг	3,5
Габаритные размеры (Ш×В×Г), мм	482×44×232

Схема применения

Рис.13 Схема соединения профессиональной звуковой системы с включением подавителя обратной связи AFFD-042

Схема применения иллюстрирует работу подавителя обратной связи AFFD-042 в составе системы профессионального озвучивания актового зала. Благодаря функции автоматического ослабления частот самовозбуждения, подавитель обратной связи AFFA AFFD-042 предотвращает возникновение обратной связи и вызванные ею искажения звука.

Источниками сигналов для системы профессионального озвучивания является высококачественный проигрыватель CD-6208 и профессиональные динамические микрофоны MD-серии с кардиодной направленностью. Эти и любые дополнительные источники сигналов, кроме микрофонов, подключаются к свободным входам микшера MX-1646D, а сигналы с динамических микрофонов проходят через подавитель обратной связи. Аудиосигнал с микрофонов MD-510 подается на каналы A и D через входные разъёмы XLR, после чего передаётся микшеру двумя линейными выходами XLR.