專利名稱：抑制電聲反饋的方法
技術領域：
本發明涉及一種抑制音頻系統中電聲反饋的方法，前述音頻系統包括通過放大器驅動揚聲器系統的麥克風，具體來說，該音頻系統是播音(public address，PA)系統的一部分，播音系統包括通過放大器驅動揚聲器系統的麥克風。
背景技術：
電聲表演，例如實況轉播音樂演出，經常使用帶有麥克風的PA系統，使得能夠通過揚聲器來對人聲和樂器進行電聲檢測、放大和播放。放大的麥克風信號的反饋會出現在麥克風—放大器路徑上，在揚聲器上產生響亮的令人不悅的聲音。這種反饋尤其會發生在麥克風選擇的揚聲器聲音信號與麥克風有效信號同相通過麥克風—放大器路徑時。這些信號可以通過反饋環逐漸增加，通過揚聲器產生高的以及極高的聲音幅度，這些幅度具有經一段時間而變化的典型的反饋頻率。
以前的針對反饋后果采取的防范措施是關閉PA系統或者至少大幅度降低它的放大效果。另外，眾所周知，由于反饋頻率的范圍由經驗決定，因此可能或多或少地濾除音頻波段，但這樣做會在播放時缺失該頻率范圍。
一種更為有效的方法是一種通用方法，在該方法中確定反饋頻率并進行自動濾除。但是，該方法不是在所有實際應用中都夠快或夠準確，它對播放質量也會有些不利影響，所以需要有一種方法來抑制音頻系統中的電聲反饋，從而能夠快速并可靠地防止反饋后果的出現，并且不影響播放質量，前述音頻系統包括通過放大器驅動揚聲器系統的麥克風。
發明內容
本發明的目的是提供一種抑制音頻系統中電聲反饋的方法，它能夠有效抑制反饋后果，而不影響音頻系統的播放質量。該目的通過以下步驟實現a)監控麥克風-放大器路徑上的麥克風信號的電平；b)當麥克風信號的電平超過閾值時，確定發生反饋準備就緒；c)確定麥克風信號電平超過閾值時的臨界頻率，將該頻率視為反饋頻率；以及，d)將反饋頻率從麥克風信號中濾除，以抑制反饋；其中，在步驟a)之前，通過快速傅立葉變換(FFT)，將麥克風信號從時域轉換成頻域，麥克風信號最大電平超過閾值的頻率被視為反饋頻率，前述閾值的形式為麥克風信號的最大電平占麥克風信號總電平的預定比率。
按照本發明的基本思想，根據現有技術，a)監控麥克風-放大器路徑上的麥克風信號的電平；b)當麥克風信號的電平超過閾值時，確定發生反饋準備就緒；c)確定麥克風信號電平超過閾值時的臨界頻率，將該頻率視為反饋頻率；以及，d)將反饋頻率從麥克風信號中濾除，以抑制反饋在時域中進行，反饋在頻域上出現，其中麥克風信號通過快速傅立葉變換(FFT)進行了轉換。這種情況下，按照本發明將反饋頻率視為麥克風信號最大電平超過閾值時的頻率，前述閾值的形式為麥克風信號的最大電平與麥克風信號總電平的預定比率。
為了在反饋頻率檢測中優化準確性，在創新方法中提出，在執行通用方法的步驟之前，利用全通濾波，結合快速傅立葉變換(FFT)，將麥克風信號從時域轉換到Bark-scaled頻域。該反饋頻率最好作為窄帶濾除，具體可采用陷波濾波器，它可以利用倍頻帶1/60來實現，按照本發明進行使用，不會對有效音頻信號產生不利影響。為了能夠在高檢測率下準確確定反饋符號以及出現的反饋頻率和電平，按照本發明，提出了涉及頻率和電平的修正過程，其可以實時實現而沒有時間損失。
最大麥克風電平需要參照低頻和/或高頻的兩個相鄰較低電平進行誤差修正。反饋頻率最好參照麥克風信號電平小于最大電平的兩個相鄰頻率進行誤差修正。反饋頻率的值最好通過替換進行修正，反饋頻率的值替換為從兩個相鄰頻率值的線性內插得到的值。
此外，反饋頻率的信號值需要針對相鄰頻率值進行修正。這種修正最好針對兩個相鄰信號電平的鄰近信號電平來進行，該鄰近信號電平的值與反饋頻率的信號電平最為接近。
總之，采用這種創新方法可以得到以下好處a)可以快速檢測到反饋并采取對應措施，尤其是通過快速傅立葉變換(FFT)。
b)可以準確檢測到反饋并采取對應措施，尤其是采用全通濾波器網絡，將FFT轉換到Bark-scaled頻域。
c)采用很窄頻段濾波器抑制反饋，音頻信號，也就是麥克風信號基本上沒有損失。
d)通過修正窄帶濾波器的濾波頻率，可以即時跟蹤反饋頻率的任何遷移。
e)最后，按照本發明，在反饋頻率經過一段時間變化時，過濾反饋頻率的窄帶濾波器將被修正。通過這種方式，即使反饋頻率有所變化，仍可以采用窄帶濾波方法，而不會為此增加寬帶濾波的不利因素。
通過后續描述，可以清楚理解本發明的前述目的以及其他目的。請結合附圖閱讀說明書，附圖是說明書的一部分，附圖中示出本發明的優選實施方式來進行說明。但是，這種實施方式不一定覆蓋了本發明的所有范圍，而是需要參照權利要求書來理解本發明的范圍。
圖1是一種PA音頻系統的示意圖，說明了反饋環的形成；圖2示出了具有倍頻帶寬1/60的陷波濾波器的濾波曲線；圖3采用頻率/電平圖，示意性地表述了頻率修正過程的工作方法；以及圖4是電平修正過程的示意性表示。
具體實施例方式
圖1示出了一種PA系統，它一般用于實況轉播演出，該PA系統包括麥克風1，麥克風1的麥克風信號通過混音控制臺2饋送到功率放大器3，功率放大器3用放大的麥克風信號驅動揚聲器4。在該系統中，當揚聲器所發送的聲音被麥克風1捕獲、并與麥克風的有用信號同相地傳送給放大器時，反饋環出現，麥克風的有用信號例如被樂器演奏家或聲樂家所用，然后由揚聲器發送。該反饋環由圖1中的循環箭頭指示。
按照本發明，通過檢測麥克風-放大器路徑上的麥克風信號的電平來抑制反饋環中反饋的形成，從而在麥克風信號的電平超過閾值時，檢測到反饋的發生就要出現。將該臨界電平上麥克風信號的頻率視為反饋頻率，為了抑制反饋，通過窄帶濾波器，例如陷波濾波器從該麥克風信號中濾除該頻率，陷波濾波器的頻率特性在圖2中給出。
為了能快速并準確地確定反饋頻率，結合使用全通濾波器網絡和快速傅立葉變換(FFT)，將麥克風信號從時域變換到頻域。這種結合對應于變形的FFT，導致出現Bark-scaled頻譜，其與對數縮放非常相象。在該頻譜中，確定最大電平，并通過兩個相鄰頻率值(圖3)對其進行誤差修正。一旦該電平達到了麥克風信號總電平的預定比率(一個根據結果來定義的閾值)，該電平處出現的頻率被視為，也就是被定義為反饋頻率，利用窄帶濾波器將該頻率從頻譜中濾除。如果需要，在該頻率附近已經存在的濾波器可以移動到該頻率的位置，并在該頻率工作。
圖3示出了在若干頻率點測得的能量。利用線性內插可以確定準確的反饋頻率，這在圖3中由兩條直線示出。反饋頻率附近的兩個頻率值帶有斜率(+/-)。這導致了在兩條直線的交點具有最大能量的頻率內插位置Δf＝k+[3·f(x+1)+f(x-1)]/[f(x-1)+f(x+1)]。
按照圖4，基于某張表得到的修正值k修正最大電平，k與頻率f(x)處最大電平和相鄰頻率f(x+1)處電平的差值“peakdiff”成反比。差值(“peakdiff”)越小，因子k越大，從而電平修正值Δp＝k(peakdiff)也越大。
當特定時刻確定的反饋頻率的變化隨時間變化較小時，最好適當地不中斷跟蹤陷波濾波器的濾波頻率(圖2)。
雖然這里示出并描述了目前認定的本發明優選實施例，但本領域技術人員顯然明了，在不偏離后附權利要求書所定義的本發明范圍的前提下，可以做出各種變化和改動。
權利要求
1.一種抑制音頻系統中電聲反饋的方法，前述音頻系統包括通過放大器驅動揚聲器系統的麥克風，具體來說，前述音頻系統是播音系統的一部分，該方法包括以下步驟a)監控麥克風-放大器路徑上的麥克風信號的電平；b)當麥克風信號的電平超過閾值時，確定發生反饋準備就緒；c)確定麥克風信號電平超過閾值時的臨界頻率，將該頻率視為反饋頻率；以及d)將反饋頻率從麥克風信號中濾除，以抑制反饋；其特征在于，在步驟a)之前，通過快速傅立葉變換(FFT)，將麥克風信號從時域轉換成頻域，麥克風信號最大電平超過閾值的頻率被視為反饋頻率，前述閾值的形式為麥克風信號的最大電平占麥克風信號總電平的預定比率。
2.按照權利要求2的方法，其特征在于，在執行步驟a)之前，利用全通濾波，結合快速傅立葉變換(FFT)，將麥克風信號從時域轉換到Bark-scaled頻域。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，最大麥克風電平需要參照低頻或高頻的兩個相鄰較低電平進行誤差修正。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于，反饋頻率參照麥克風信號電平小于最大電平的兩個相鄰頻率進行誤差修正。
5.按照權利要求1的方法，其特征在于，反饋頻率值針對相鄰頻率值進行修正。
6.按照權利要求5的方法，其特征在于，反饋頻率的值通過替換進行修正，反饋頻率的值替換為從兩個相鄰頻率值的線性內插得到的值。
7.按照權利要求6的方法，其特征在于，經過兩個相鄰頻率值畫相同斜率的直線，其交點確定了臨界頻率值。
8.按照權利要求1的方法，其特征在于，反饋頻率的信號電平需要針對鄰近信號電平進行修正。
9.按照權利要求8的方法，其特征在于，修正針對兩個相鄰信號電平的鄰近信號電平來進行，該鄰近信號電平的值與反饋頻率的信號電平最為接近。
10.按照權利要求8的方法，其特征在于，反饋頻率的信號電平需要這樣進行修正，即在鄰近電平乘上修正值之后加上該電平差，該修正值與電平差成反比并優選以表格的形式存儲。
11.按照權利要求1的方法，其特征在于，利用濾波器從窄帶濾除反饋頻率，抑制來自麥克風信號的反饋。
12.按照權利要求11的方法，其特征在于，窄帶濾波器是陷波濾波器。
13.按照權利要求11的方法，其特征在于，在窄帶濾波器的臨界頻率經過時間變化時，修正該臨界頻率。
全文摘要
一種抑制音頻系統中電聲反饋的方法，前述音頻系統包括通過放大器驅動揚聲器系統的麥克風，具體來說，前述音頻系統是播音系統的一部分，該方法包括以下步驟a)監控麥克風－放大器路徑上的麥克風信號的電平；b)當麥克風信號的電平超過閾值時，確定發生反饋準備就緒；c)確定麥克風信號電平超過閾值時的臨界頻率，將該頻率視為反饋頻率；以及，d)將反饋頻率從麥克風信號中濾除，以抑制反饋；其特征在于，在步驟a)之前，通過快速傅立葉變換(FFT)，將麥克風信號從時域轉換成頻域，麥克風信號最大電平超過閾值的頻率被視為反饋頻率，前述閾值的形式為麥克風信號的最大電平占麥克風信號總電平的預定比率。
文檔編號H04R3/02GK1809220SQ20051000881
公開日2006年7月26日 申請日期2005年2月23日 優先權日2005年1月19日
發明者馬丁·伯爾施 申請人:成功芯片有限公司