谈论一款数控啸叫抑制系统的设计及调试
1 啸叫的产生
当使用扩声设备时,由于声源和放声的扬声器同处于一个区域内,来自传声器的声音经电声系统再由扬声器辐射,经室内表面反射,再次反馈到传声器,这就是声反馈。当这种声反馈成为正反馈,就会产生啸叫。
2 数控啸叫抑制系统设计方案
我们知道, 扩声系统因声音正反馈出现“呜呜”啸叫时,这些啸叫声对应着一些固定的频率点。所以,很多场合会采用系统庞大的窄带均衡滤波器,通过专业人员反复调试来把这些啸叫的频率点消除。在这里,我们的基本设计思想是,用一个自动检测频率的电路把啸叫频率点找出来,然后再用一个可即时自动调整陷波参数的窄带陷波电路将此频率滤除。这样,既可实现系统啸叫的消除,同时又避免了手动调试图示均衡器的麻烦。在这思想指导下,我们设计了一种数控啸叫抑制系统,其结构框图如下图1钻攻中心 所示。
系统主要分为三大单元:cpu 处理单元由单片机89c52构成;滤波处理单元由数控滤波芯片max260 构成;测频单元由运放构成比较器将音频信号转换为测频用的脉冲信号。下面我主要讨论一下测频单元、数控滤波处理单元及 cpu 程序设计的具体实现细节。
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2.1 测频单元
由于器件限制,本系统主要应用于话音扩声场合, 系统语音通道的带宽范围设计为100hz~3400hz。如前所述,扩声系统出现啸叫时,这些啸叫声对应着一些固定的频率点。测频单元就是负责把这些啸叫的频率点判断出来。
由系统结构框图可知, 话音信号一路经max260 滤波处理后输出;另一路采用比较电路将话音信号转换成脉冲信号同时送入单片机的int1 和t1 引脚,利用int1 中断、t1计数功能以等精度测频方式对语音频率进行测量监控。当系统发生啸叫时,测频单元会连续检测到同样的频率。
采用单片机进行等精度测频原理简介:如右图2所示,设在t0时刻系统开始初始化,t1、t0 分别设置成16 位的计数器、定时器来对输入信号和时标信号来计数,它们初始值均为0。时标信号的频率在单片机内固定为fc=fosc/12,fosc为单片机的晶振频率。外部中断 int1 设置边沿触发方式, 开放int1 和t0 的中断允许。在t1 时刻,输入信号的跳变沿产生第一次 int1 中断时开放tr0、tr1 计数允许,并关闭int1 自身中断允许。当t0计数溢出时,可在t2时刻产生t0 中断,记录自身的中断次数 n,再次开放int1 的中断允许。t0 溢出中断后将从0 开始继续计数,直到t3时刻由输入信号产生第二次int1 中断,然后关闭 tr0、tr1 以完成一次测频。t1 中的计数值代表了输入信号完整的 n1 个周期。设 t0 中的剩余读数为n2',则被测信号的频率由下式计算:fx=n1/[12 ×(65536 ×n+n2')/fosc]
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2.2 数控滤波处理单元
本单元中,滤波器采用了maxim 公司推出的 cmos 双二阶通用开关电容有源滤波器。微处理器精确控制滤波函数,在不需外部元件的情况下,就可方便的构成各种带通、低通、高通、陷波和全通配置;可在程序控制下设置中心频率f0、品质因数q 和滤波器的工作方式。
滤波器中心频率f0的控制代码可通过下式计算:
nf=2 ×fclk/(f0 ×3.14)-64 ————(a)
fclk为输入时钟频率,nf为中心频率f0控制代码,对应的十进制数为0～63之间。max260 在实际使用时,要保证时钟频率fclk/ 中心频率f0 对比精度在1％。结合音频信号特点及单片机的工作频率,现将可能出现的啸叫频率按频段划分,并利用单片机ale引脚输出的时钟信号进行适当的分频来产生相应的时钟频率fclk。本系统中输入信号频率与选用的时钟频率fclk的关系如下页表一所示。
在本系统中采用了两片max260,并将两芯片都设置为工作方式一,采用陷波输出通道即引脚hp。两片 max260 共有四个陷波通道,以串联方式连接,即系统可动态滤除四个啸叫频率点。如表一可知,对应不同频段的啸叫频率点,应给 max260 相应的通道提供对应的采样时钟信号fclk。不同频段的采样时钟信号fclk由单片机ale引脚的输出信号通过2片计数器74ls161分频获得,再由单片机控制的8选1模拟开关4051选通对应的时钟信号fclk。 我们设计的系统,晶振频率fosc＝12mhz, 则 ale 引脚的输出信号频率fale=2mhz。
综上所述,只要系统检测到啸叫频率f0,并根据公式(a)计算出对应的f0控制代码nf,然后根据表一给max260 提供恰当的采样时钟fclk,即可构成抑制啸叫的数控滤波器，伯特利数控专业生产钻攻中心。
2.3 cpu程序设计
单片机采用89c52,在系统程序设置上主要有三大模块:
(1) 对系统使用环境进行监控捕捉啸叫频点的测频程序;
(2) 对检测到的啸叫频点进行陷波处理的max260 控制参数处理程序;
(3) 调节系统音量的数控衰减器pt2315的控制程序。
程序采用c 语言设计,程序流程图见图3(注:设变量old存放历史测频参数,变量new存放实时测频参数)。
3 调试效果
调试环境:十八平方左右的室内,无任何消音装饰材料。
器材: 高灵敏度驻极体话筒、数控滤波电路板、20w 有源电脑音箱一对。将数控滤波电路的话筒放大增益调制在50db左右,音箱音量开大,话筒正对音箱并离音箱0.5米左右,不使用数控滤波电路时啸叫严重,使用滤波电路后系统能迅速检测到当前使用环境的啸叫频点个数及对应值,并能迅速将啸叫现象抑制下来。并能使系统增益提高4～6db 左右。
因为本系统只采用两片max260 芯片,即多可动态虑除4个啸叫频点,当使用环境超过4 个啸叫频点时系统只能通过自动调节音量来抑制啸叫,系统增益提升量较小。
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2 数控啸叫抑制系统设计方案
我们知道, 扩声系统因声音正反馈出现“呜呜”啸叫时,这些啸叫声对应着一些固定的频率点。所以,很多场合会采用系统庞大的窄带均衡滤波器,通过专业人员反复调试来把这些啸叫的频率点消除。在这里,我们的基本设计思想是,用一个自动检测频率的电路把啸叫频率点找出来,然后再用一个可即时自动调整陷波参数的窄带陷波电路将此频率滤除。这样,既可实现系统啸叫的消除,同时又避免了手动调试图示均衡器的麻烦。在这思想指导下,我们设计了一种数控啸叫抑制系统,其结构框图如下图1钻攻中心 所示。
系统主要分为三大单元:cpu 处理单元由单片机89c52构成;滤波处理单元由数控滤波芯片max260 构成;测频单元由运放构成比较器将音频信号转换为测频用的脉冲信号。下面我主要讨论一下测频单元、数控滤波处理单元及 cpu 程序设计的具体实现细节。
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2.1 测频单元
由于器件限制,本系统主要应用于话音扩声场合, 系统语音通道的带宽范围设计为100hz~3400hz。如前所述,扩声系统出现啸叫时,这些啸叫声对应着一些固定的频率点。测频单元就是负责把这些啸叫的频率点判断出来。
由系统结构框图可知, 话音信号一路经max260 滤波处理后输出;另一路采用比较电路将话音信号转换成脉冲信号同时送入单片机的int1 和t1 引脚,利用int1 中断、t1计数功能以等精度测频方式对语音频率进行测量监控。当系统发生啸叫时,测频单元会连续检测到同样的频率。
采用单片机进行等精度测频原理简介:如右图2所示,设在t0时刻系统开始初始化,t1、t0 分别设置成16 位的计数器、定时器来对输入信号和时标信号来计数,它们初始值均为0。时标信号的频率在单片机内固定为fc=fosc/12,fosc为单片机的晶振频率。外部中断 int1 设置边沿触发方式, 开放int1 和t0 的中断允许。在t1 时刻,输入信号的跳变沿产生第一次 int1 中断时开放tr0、tr1 计数允许,并关闭int1 自身中断允许。当t0计数溢出时,可在t2时刻产生t0 中断,记录自身的中断次数 n,再次开放int1 的中断允许。t0 溢出中断后将从0 开始继续计数,直到t3时刻由输入信号产生第二次int1 中断,然后关闭 tr0、tr1 以完成一次测频。t1 中的计数值代表了输入信号完整的 n1 个周期。设 t0 中的剩余读数为n2',则被测信号的频率由下式计算:fx=n1/[12 ×(65536 ×n+n2')/fosc]
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2.2 数控滤波处理单元
本单元中,滤波器采用了maxim 公司推出的 cmos 双二阶通用开关电容有源滤波器。微处理器精确控制滤波函数,在不需外部元件的情况下,就可方便的构成各种带通、低通、高通、陷波和全通配置;可在程序控制下设置中心频率f0、品质因数q 和滤波器的工作方式。
滤波器中心频率f0的控制代码可通过下式计算:
nf=2 ×fclk/(f0 ×3.14)-64 ————(a)
fclk为输入时钟频率,nf为中心频率f0控制代码,对应的十进制数为0～63之间。max260 在实际使用时,要保证时钟频率fclk/ 中心频率f0 对比精度在1％。结合音频信号特点及单片机的工作频率,现将可能出现的啸叫频率按频段划分,并利用单片机ale引脚输出的时钟信号进行适当的分频来产生相应的时钟频率fclk。本系统中输入信号频率与选用的时钟频率fclk的关系如下页表一所示。
在本系统中采用了两片max260,并将两芯片都设置为工作方式一,采用陷波输出通道即引脚hp。两片 max260 共有四个陷波通道,以串联方式连接,即系统可动态滤除四个啸叫频率点。如表一可知,对应不同频段的啸叫频率点,应给 max260 相应的通道提供对应的采样时钟信号fclk。不同频段的采样时钟信号fclk由单片机ale引脚的输出信号通过2片计数器74ls161分频获得,再由单片机控制的8选1模拟开关4051选通对应的时钟信号fclk。 我们设计的系统,晶振频率fosc＝12mhz, 则 ale 引脚的输出信号频率fale=2mhz。
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(1) 对系统使用环境进行监控捕捉啸叫频点的测频程序;
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(3) 调节系统音量的数控衰减器pt2315的控制程序。
程序采用c 语言设计,程序流程图见图3(注:设变量old存放历史测频参数,变量new存放实时测频参数)。
3 调试效果
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器材: 高灵敏度驻极体话筒、数控滤波电路板、20w 有源电脑音箱一对。将数控滤波电路的话筒放大增益调制在50db左右,音箱音量开大,话筒正对音箱并离音箱0.5米左右,不使用数控滤波电路时啸叫严重,使用滤波电路后系统能迅速检测到当前使用环境的啸叫频点个数及对应值,并能迅速将啸叫现象抑制下来。并能使系统增益提高4～6db 左右。
因为本系统只采用两片max260 芯片,即多可动态虑除4个啸叫频点,当使用环境超过4 个啸叫频点时系统只能通过自动调节音量来抑制啸叫,系统增益提升量较小。
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