l、聲反饋

擴聲系統的特點是聲源和放聲用的揚聲器處于同一地區，在接收人語音信號的同時向聽眾播放。因為傳聲器和揚聲器處在同一區域內，所以經過放大并由揚聲器輻射的聲音會反饋到傳聲器，因而引起畸變或嘯叫 。

聲反饋(acoustical feedback)主要指室內同時使用傳聲器和揚聲器，由揚聲器到傳聲器直接和間接地 傳輸。擴聲的一個特例，即聲反饋系數為零就是放音系統，系統的傳聲增益大于0時，系統處于正反饋工作狀態，系統失控。因此為保證擴聲系統正常工作，擴聲系統應該遠離自振點，一般至少有6dB的穩定度，即系統的傳聲增益為一6dB。因此要減少嘯叫就需使系統的頻率傳輸特性平直，減少再生混響的干擾。

在國家多項擴聲系統指標要求內，都要求系統的主頻段內的頻率傳輸特性在±4 dB以內，實際包括了電聲系統的頻率傳輸特性和房間的頻率傳輸特性；一 般使用的傳聲器的頻率傳輸特性在±3dB以內，因此包括傳聲器在內的擴聲系統的整個主頻段頻率傳輸特性一般控制在±4 dB以內，以減少產生嘯叫的機會。

回聲會使房間的頻率傳輸特性變壞，同時也會產生更大的再生混響干擾。由于揚聲器的再生信號 在傳聲器上引起聲壓逐漸降低的現象和室內混響過程類似，所以稱為再生混響。因為聲反饋系數的頻率特性不均勻度很大，所以各頻率的再生混響時間的變化也非常大，它不像標準混響那樣有利于音質的改進 而是干擾了擴聲系統的正常工作。

擴聲系統的聲反饋越小，由它引起的頻率畸變和再生混響干擾也越小，并且可以穩定地工作。

2、回聲、電子回聲及聲學回聲

回聲(echo)是指大小和時差都足夠大的，在主觀 感覺上可以和直達聲區別的反射聲或因其他原因返回的聲波。在室內聲學中回聲有時可泛指由反射面 傳來的所有聲波，時間延遲較短的反射聲不但不妨礙聽音而且有助于加強聲音。

多重回聲(multiple echo)是單個聲源所發聲音 經歷室內多次反射而形成的一串可分辨的回聲。

回聲是可能導致嘯叫的原因之一。它影響房間 的頻率傳輸特陛及再生混響的形成。

聲學回聲(acoustic echo)是特指在通信網絡中的 聲學回聲。典型的通信網絡中發生的回聲有兩種類型：混合或電子回聲(hybrid echo or electrical echo)和聲學回聲?；旌匣芈暎ㄒ卜Q為“電氣回聲”）是在有線網絡由一個4線到2線傳輸轉換的阻抗不匹配產生，它是通信網絡中主要由網絡產生的回聲。聲學回聲是因揚聲器（如一個小手機的聽筒）和傳聲器之間的聲學隔離不足的結果，特別是當聲波通過墻或天花反射回傳聲器（通常為使用免提裝置）

在有線PSTN網絡中，用戶一般通過2線模擬連接到本地交換機房，一般稱為“本地環路”；從本地交換機，通過4線的數字鏈路進行遠距離信號傳遞，此鏈接、發送和接收路徑中使用單獨的線對。因此兩者之間的聯系方法是混合傳輸方式，如圖1所示。

混合傳輸方式需4線接口轉換成2線接口，兩者之間需進行阻抗匹配；2線的阻抗取決于許多參數，如電纜的長度和類型，以及在客戶端設置電話的阻抗；在實踐中，因為2線回路的阻抗不能事先確定，混合傳輸的阻抗平衡只是名義上的實現，因此產生信號發射。信號的一小部分發射回給發件人，這就是聽到的回聲?；旌匣螂娮踊芈暼鐖D2所示。

混合失衡的程度決定回聲發射的強度?；芈暟l射的強度表示回撥損耗。

聲學回聲發生時的聲音從電話的揚聲器部分一些被拾起并通過傳聲器傳送回。有兩個典型的聲學回聲來源，第一種當耳機和傳聲器間缺乏相互隔離時將產生隔聲回聲或聲學耦合；第二種是環境聲學回聲，在聲學發射環境中舉行電話交談時，會產生這種類型的聲學回聲。在這種情況下，傳聲器首先拾取直達聲然后拾取發射聲及混響聲，如圖3所示。

3、電話會議系統的聲學回聲

在全球網絡化的今天，會議系統已不局限在一個單獨的封閉空間，多會議室的互聯互通已越來越普遍，其中遠程電話會議系統是就是其中一個典型的情況，。近年來，電話/視頻會議系統發展迅速，并已在各行各業都得到充分應用，例如遠程教學、遠程手術等，過去由于技術方面無法完善，時常有小問題會出現，其中聲學回聲就是電話/視頻會議中最常見的聲音問題之一。

下面對一個電話-遠端及一個電話會議室-近端的系統進行分析，如圖4所示。

遇到的問題如下：

（1）聲學回聲，對系統產生再生混響干擾，使系統容易產生嘯叫及聲音模糊。如圖5所示

當一個遠程呼叫者在遠端說話，起聲音通過電話網絡傳輸到系統中，并通過本地會議室內的揚聲器傳遞給聽眾。遠程呼叫者的聲音除了被會議室內的聽眾聽到以外，聲音還通過房間內的發射面間接地進入到會議室的傳聲器中。這些直接和間接的遠端音頻信號和會議室內聽眾的聲音混合在一起，重新傳給遠端呼叫者，遠端呼叫者會因為會議室發射導致聽到的聲音模糊。

（2）電話及交換機的傳輸延時。一般固網電話為單向50ms延時，移動電話為單向300~600ms，網絡電話為單向500~600ms，如圖6所示。

如此聲音經過聲學回聲回到遠端呼叫者，根據哈斯效應，將形成多重回聲，加重聲學回聲的情況，嚴重影響了語言可懂度。
電話及交換機的傳輸延時是無法消除的，因此需消除聲學回聲，以使整個擴聲系統穩定，減少聲反饋，提高語言清晰度和可懂度。

4、聲學回聲的消除

要消除聲學回聲，一種方法是讓系統處于半雙工工作狀態，如對講機，但更多的用戶希望系統在全雙工工作狀態下去消除聲學回聲。最早回聲抑制是在20世紀50年代為衛星電話開發的，60年代AT&T的貝爾實驗室發展了回聲消除理論，因電子元器件的限制到70年代才開發出第一臺商用回聲消除器。聲學回聲控制(Acoustic Echo Control,AEC)所使用的方法不同于混合回聲消除?；旌匣芈曅盘柺蔷€性的、靜止的，這意味著一旦回聲模型建立，期沒有延遲，其特征通常沒有變化，因此可以構造一個不變回聲變化模型實現回波抵消器。但聲學回聲的特點，取決于多種外部因素，如房間的建聲情況、揚聲器的直達聲輻射、傳聲器的拾音特性等，這些變量將影響聲學回聲的非平穩和非線性。出于這個原因，如果采用傳統的混合回聲消除方法去消除聲學回聲，回聲將不斷分流和重新融合，產生一個非常糟糕的結果。

與混合回聲消除不同，沒有標準的聲學回聲控制塊設計。因此各供應商之間的回聲控制方法各不相同?；镜穆晫W回聲消除（AEC）的工作過程如下：

（1）一個遠程的信號傳送到系統。（2）揚聲器在房間重放遠端的信號（3）在此房間里有一個至少一只傳聲器拾取人的直達聲和由此產生的混響聲，作為一個近端信號。（4）遠端的信號進行濾波和延遲對比出類似的近端信號。（5）將過濾后的遠端信號從近端信號中減去。由此產生的近端信號代表不包括通過揚聲器產生的任何直接或混響的聲音。
核心是通過聲學回聲消除算法從會議室傳聲器拾取的信號中有效地去除不需要的遠端電話信號。在拾取的信號中只剩下會議室內參會者的聲音，并通過電話網絡傳輸到遠端呼叫者，致使遠端對華人的聲音盡量少進入到近端系統輸出信號中，如圖7所示。

回聲消除的主要挑戰是確定正確的過濾器應用到遠端信號，由此消除近端拾取信號中的遠端信號的成分。此過濾器是根據現場擴聲揚聲器，拾音傳聲器和房間的聲學屬性的共同結合而設計的。因此回波消除系統應包括背景噪聲減少模塊，使系統即使在高背景噪聲環境下，仍可以區分語音回聲與噪聲。

下面以美國BBS品牌London系列數字音頻處理器為例，解析系統的實際構建。
首先是一個基本的AEC系統的內部處理接線，核心是遠端電話信號送入近端本地場揚聲器的同時，送入AEC模塊中作采樣作為對比基準信號，如圖8所示

為保證基準信號與揚聲器接收的信號進行正確對比，需遵循3個原則
一是，每個近端傳聲器都需加入AEC模塊進行對比及單獨的聲學回聲消除。因為不通傳聲器對同一信號拾取后的信號疊加將產生大量失真，導致對比失真。如圖9所示

二是采樣端不應混入近端信號，但本地場揚聲器可擴聲近端信號
三是如需對遠端傳聲器拾取的信號單獨進行影響頻響的處理，如均衡等，取樣應盡量取處理后信號，對任何非線性處理必須小心對待，如動態處理，如揚聲器輸出前的信號進行相關處理，必須同步對遠端基準信號進行處理，以確保系統的對比一直在同樣情況下進行，如圖10所示

此系統由4只傳聲器（拾音器）組成一個近端會議系統。4只傳聲器信號經自動混音臺后，近端信號通過電話轉換器與遠端通信。近端傳聲器信號與遠端的信號分別加上低通、高通、參量均衡器等均衡處理后再送給揚聲器在房間內擴聲。遠端的聲音在處理后與近端信號混合前送給近端的參加者。遠端的信號將通過傳聲器傳回遠端，形成聲學回聲。

如果要消除本端的回聲，就需要在對方增加一臺帶回聲消除的設備。如果是多個點的視頻會議，為了達到很好的會議效果，每個點都需要增加一臺帶回聲消除功能的設備。當兩端或者多端同時增加回聲消除設備，就可以保證每個點都能夠聽到清晰流暢的聲音，如圖11所示

5、聲學回聲消除模塊調節

BBS的AEC輸入模塊包括4路傳聲器輸入，可作為BBS800及100系列的輸入卡使用。其AEC算法覆蓋20Hz-8KHz，充分包括人聲的頻譜，系統為全雙工工作，非半雙工工作。內部調節如圖12所示，包括：

（1）一致的AEC參考取樣的AEC消除功能選擇
（2）Echo Return Loss(ERL)顯示，顯示AEC遠端參考取樣信號與近端輸入信號的差；

（3）Echo Return Loss Enhancement(ERLE)顯示，顯示線性AEC算法的回聲消除；

（4）Non-Linear Processing(NLP)調節，調節非線性AEC算法的回聲消除量；

（5）Noise Cancelation(NC)調節，可將近端拾取信號中移去環境噪音(如風扇噪音等)，以便更好識別近端拾取信號中的遠端信號

（6）Auto Gain Control(AGC)本地傳聲器自動增益控制功能，可將本地傳聲器動態范圍控制在16dB以內，以提升低的聲音，減少傳聲器嘯叫的可能；

（7）Gain調節，結合Noise Cancelation(NC)調節以確保系統有足夠的信噪比。

一般一個講話人將在1m處產生64-66dB(A)的聲壓，當系統提供10dB環境噪聲消除，可使系統提供更高的信噪比，提高系統的語言可懂度。如表1所示

6、總結

聲學回聲消除技術(AEC)隨著DSP技術的發展，不斷完善及降低成本。聲學回聲消除技術除可運用在電話會議外，還可運用到同一地點的多會議室間使用，同一地點的多會議室間互聯互通在中國正漸漸成為潮流。多會議室間互聯互通后同樣將形成聲學回聲，只是比電話會議擴聲系統減少了電話的傳輸延時及混合回聲；因此同樣需要至少在系統的一端配備帶AEC處理功能的會議擴聲系統。

以美國谷歌的智能手機”Nexus One”和摩托羅拉的手機”DROID”采用消除周圍噪音的主動降噪功能為契機，預計微機電(MEMS)傳聲器面向手機市場的用途將迅速擴大。具體理由如下：
（1）為了實現主動降噪功能，Nexus One和DROID配備了2只以上的微機電(MEMS)傳聲器和專用噪聲控制大規模集成芯片（LSI）
（2）作為面向主動降噪功能的傳聲器，微機電(MEMS)傳聲器相對于現有的駐極體傳聲器具有優勢。原因是，微機電(MEMS)尺寸小、靈敏度高、信噪比高、與數字信號處理器(DSP)具有較高的適應性。
（3）另外，頭戴式耳機也越來越多地采用主動降噪功能。芬蘭諾基亞2009年2月發布了使用10只微機電(MEMS)傳聲器、配備有主動降噪功能的頭戴式耳機。該主動降噪功能由諾基亞和英國歐勝微電子共同開發。索尼也發布了可將周圍噪聲最大降低99%的頭戴式耳機

除手機以外的其他產品也越來越多地配備微機電傳聲器。iSuppli稱進行拆解時發現，美國蘋果帶視頻拍攝功能的“iPod nano”配備有美國模擬器件公司的微機電傳聲器。此外，筆記本式計算機中配備兩只微機電傳聲器的產品不段增多。

7、結束語

微機傳聲器作為電聲器件領域的一個重要分支，是一支具有強大生命力的生力軍。

自20世紀70年代末駐極體電容分傳聲器引入中國以來，其應用領域與規劃，與產量的激增，遠遠超出了任何人的預期與規劃，消費領域數碼產品層出不窮地更新換代，更加說明微型傳聲器尤其是微型數字傳聲器的市場前景是不可忽視的，相對于認為微型傳聲器已經沒有什么發展前景是不可忽視的，相對于認為微型傳聲器已經沒有什么發展前景的悲觀論點，筆者卻持有樂觀論點。只要人類需要歌唱、對話與交流，只要人來不斷創造夢想的激情不會消失，傳聲器將永遠是人類聲音的忠實代言人。