会议扩声系统中声学回声消除技术运用分析

会议扩声系统中声学回声消除技术运用分析

赵健

苏州朗捷通智能科技有限公司 215004

摘要：会议扩声系统是现代社会中必不可少的工具，经常被使用在一些严肃的场合，如会议、决策等，具有实时性高、传播效率高的优势。在系统发展过程中，回声是影响系统应用和会议、决策进程的主要原因，基于此，相关学者提出利用声学回声消除技术来解决此类问题，本次研究将详细分析现代智能化背景下声学回声消除技术在会议扩音系统中的应用，以此来为用户提供更好的体验感。

关键词：会议扩声系统；声学；回声消除技术

引言：扩声系统能够将声源放大，保证接收人实时听到声源信息，一般来说，应用扩声系统的位置相对空旷，在此过程中会造成较大且循环的回声，声音信号会再次传回扬声器，为受众带来不良的体验感。因此，为保证能够提供更加优质的服务，需要采用针对性措施解决这一问题，对声学回声消除技术运用的研究十分有必要。

1会议扩声系统组成

针对会议扩声系统的研究，其工作流程为：处理信息、传输信息、信息音频放大、电声能转换。该系统常用于指挥调度、远程会议等，目前已经从模拟逐渐演变为数字化、网络化，其组成包括：音频、处理器、调音台、功率放大器以及扬声器。扬声器是最为关键的部分，一旦出现故障会直接造成扩声事故。对于声学回声技术主要包括单通道回声和多通道回声两种，其中单通道回声以单个扬声器装置和麦克风形成声学回声，语音信号传入麦克风后再利用先前布置好的通讯路线进行传播，使得近端发言人能够听见自己的声音。对通道回声则能够增加声音的立体感，给受众带来更好的体验感。

2回声路径消除

我国对会议扩声系统的研究经历了多个阶段，在传统回声路径消除技术中，主要包括物理方式、模拟滤波器方式和数字滤波器方式，详细如下：

（1）物理方式。主要通过改变空间的整体布局来实现声音消除，利用有效的装修减少反射与混响。比较常见的方式包括：第一，选用具有吸音效果的材料来减小回声。第二，通过增设反射面的方式减少反射与混响。在实际应用时务必结合现场空间实际情况来进行优化。

（2）模拟滤波器。回声路径消除模拟滤波器是会议扩声系统中专用的滤波器，其工作原理为：在音频信息信号的路径中进行模拟电路的插入，并根据实际需求调节电阻、电容等元件的参数，调节后的参数能够实现对回声信号的控制，包括去噪处理、音频选择、频率放大或缩小等，从而有效阻隔回音。但该方式的运用也存在一定缺陷，其性能和效果会受到多种因素的影响，如元件质量、参数精度以及温度等。

（3）数字滤波器。相较于模拟滤波器，数字滤波器在回声消除路径中的效果更为明显，且操作相对简单。其原理为：回声路径消除数字滤波器能够根据对信号特征的分析识别其属于回声信号，再经过傅里叶变换转换为频域信号，以此来判断消除目标，最后将其转换为时域信号，完成消除。数字滤波器的回声消除效果也会受到多因素干扰，如系数、阶数等，因此同样需要根据现场实际情况来进行适当调整[1]。

3自适应滤波器

自适应滤波器汇集了以往声学回声消除技术的优势，并对部分缺陷进行了优化，能够实现自动化的调节，无需再手动调节，结合输入信号变化情况实现参数对应，应对一些未知噪声问题。该方式的基本原理为：通过信号处理进行参数调整，实时利用算法对输入信号进行测算，提升性能指标。自适应滤波器在声学回声消除中普遍会选择有限脉冲响应滤波器，输入信号向量为，其中M表示滤波器阶数，能够根据真实环境变化而做出响应。同时，y（n）也会得到回声信号，再从期望信号中减掉回声信号，如此一来能够获得误差信号，可消除处理。

自适应算法主要包括单通道回声消除和多通道回声消除两种。其中单通道回声消除算法相对简单，普遍会采用LMS算法，利用均方误差构成函数，并控制滤波器的权值，保证其运行稳定。但该算法也存在一定问题，如对环境的要求较高，取值相对困难。因此部分学者又提出了NLMS算法，对原有的问题进行处理，将LMS算法中的固定步长因子进行改进，从而进一步加快处理速度。

随着技术的发展，为了更好的满足用户需求，多通道模式开始受到重视，相关学者针对多通道的回声消除设计展开研究。相较于单通道，多通道在运用自适应算法时，输入信号存在相关性，因此会导致滤波器失衡量大。相关学者提出通过多通道协同样条自适应滤波器来实现对回声的消除，将原本的线性滤波器摘除。其结果显示，替换后的自适应滤波器仍能够解决现有的回声问题，由此可见，自适应滤波器具有很好的回声消除效果。

多通道模式能够为用户提供立体声服务，但同时也面临着立体声回声消除的情况，因此，部分学者设计了立体声回声消除方案，采用深度学习模块，对现有的LSTM进行串联测试，提取远端语音参考信息和近端麦克风信号，经过训练后开始消除测试。为保证提取特征的质量，研究还对信息进行了预处理，首先进行预加重，完成后进行分帧和加窗。此步骤的目的在于解决信号突变问题，同时提高信号稳定性，避免频谱遗漏。除此之外，还在原有模块中加入了注意力机制模块，能够更好的获取信号特征，将改进后的算法进行对比，能够发现改进后算法对立体回声的处理结果更好。

4现代智能化系统

在现代化背景下，比较常见的会议扩声系统为了消除回声，还运用了抗噪音传声器技术和混音技术。抗噪音传声器从物理的角度减少噪音量，将接收角度控制在30°以内，能够保证会议声音效果，在0.5—2m内能够实现自动调节，保证信号输出稳定，保证较高的声音清晰度[2]。同时，还能控制声波波束，尽可能保证定向传播，根据现场空间布置情况将声波控制在30°范围内，保证传输效果降低回声干扰。会议扩声系统中还会控制传声器的数量，保证在保证传播效果的条件下减少传声器和话筒，避免造成过大的声反馈现象。此外，现代智能化会议扩音大部分系统已经掌握了自适应滤波器的运用，通过大量的学习与训练，为人工智能技术提供数据信息，确保快速识别回声，甚至在一些复杂环境也能实现对回声的定位，分离不同声音信号，当语音通过话筒传入传声器，再由传声器传回近端时，能够根据语言来进行系统功能控制，判断声音是否为回声噪音，更好的落实回声消除操作。

结束语：总而言之，为了让用户享受更好的服务，会议扩声系统逐渐进行升级改造，致力于解决回声噪音干扰问题，声学回声消除技术的应用能够在保证声音清晰度的同时有效解决噪声问题。目前，我国众多学者对现有的会议扩声系统声学回声消除技术展开多项研究，采用多种算法解决滤波器失调、回声消除质量不佳等问题，如协同函数、协同样条、立体声消除等。在实际设计时应根据现场空间的实际需求，选择合适的技术，不断朝智能化、自动化方向发展。

参考文献：

[1]周文俊,夏秀渝.一种适用于双讲状态的声学回声消除系统[J].数据采集与处理,2022,37(02):437-445.

[2]张伟,王冬霞,于玲.智能音箱中的一种快速回声消除算法[J].计算机应用,2020,40(04):1191-1195.