Обратная связь, AEC и аудиоплатформа – в поисках правды

Дорогие друзья, сегодня хотелось бы поговорить о таком эффекте, как обратная акустическая связь, попытках ее устранения при помощи алгоритма AEC и почему это совершенно пустая затея. Для начала давайте разберемся в корне проблемы, для этого сперва необходимо разобраться в терминологии.

Акустическая обратная связь или акустическая петля – эффект, который возникает в системах звукоусиления, при котором сигнал, излучаемый акустической системой, попадает обратно в микрофон, после чего усиливается и опять воспроизводится акустической системой. Субъективно этот эффект похож на резкий и громкий гул или писк, забивающий своей громкостью эфир. Помимо того, что сам по себе звуковой эффект достаточно неприятен на слух, он также представляет опасность для системы звукоусиления, так как при длительном воздействии способен повредить высокочастотные громкоговорители.

AEC (Acoustic Echo Canceler – подавитель акустического эха) – специализированный алгоритм для обнаружения и удаления нежелательных звуков, чаще всего использующийся для удаления эха противоположной стороны. Анализируя одновременно исходный сигнал и тот, который необходимо удалить из тракта, данный эффект пользуется сложными вычислениями и крайне точно вырезает нежелательный звук, учитывая все нюансы: распространение звука в пространстве, нелинейности микрофона и акустической системы. На эту операцию уходит много ресурсов, и это неудивительно, так как задача стоит нетривиальная: удалить голос собеседника из тракта, который отправляется ему же, включая отражения данного звука. Для осуществления данного функционала, как правило, используется выделенный DSP сопроцессор, который на ура справляется с задачей и не расходует ресурсы основного процессора. Например, в продуктовой линейке Symetrix существуют платы расширения AEC, а также есть платформы со встроенным сопроцессором – Radius AEC.
Буферизируя исходный сигнал, алгоритм очищает его от нежелательных составляющих, однако работа не оставляет аудио тракт без изменений: часть звука, которая приходится на пересечение сигналов обеих сторон, неизбежно и безвозвратно деградирует. Эта деградация незначительна и не влияет на разборчивость речи, однако заметна на слух как некоторые частотные корректировки.

Разобравшись в этих определениях, становится понятно, что AEC не решает проблемы обратной связи и предназначен для совершенно иных задач. Для решения проблемы существует ряд других, не менее эффективных инструментов: полосовые вырезающие фильтры, автоматические подавители заводки, автомикшеры. Если с автоматическим подавителем все приблизительно ясно, то чем же поможет автомикшер и как пользоваться полосовым фильтром? Давайте разбираться.

Автомикшер – тема отдельной статьи, но именно он решает большую часть проблем возникновения акустической петли при использовании двух и более микрофонов. Главный секрет заключается в том, что от увеличения количества одновременно открытых микрофонов в системе звукоусиления растет акустическая петля. Автомикшер способен подстраивать чувствительность чувствительных элементов таким образом, чтобы суммарный гейн не увеличивался с каждым новым открытым микрофоном. Некоторые автомикшеры способны плавно управлять чувствительностью таким образом, что суммарный гейн всегда будет равен гейну одного открытого микрофона. Примером такого алгоритма является gain shearing automixer в аудиоплатформах Symetrix. Таким образом, мы имеем систему звукоусиления с минимальным гейном, что само по себе является неблагоприятным фактором для возникновения акустической петли.

Полосовые вырезающие фильтры применимы в фиксированных инсталляциях, в которых положение элементов системы звукоусиления не изменяется, как и акустические свойства аудитории. Используя генератор тестовых сигналов и анализатор спектра, в таких инсталляциях совершенно несложно найти паразитные резонансы – именно их в первую очередь и стоит подавлять полосовым вырезающим фильтром. Коэффициент ослабления и добротность фильтра стоит подбирать исходя из частоты и интенсивности возникшего эффекта.

Завершить статью хотелось бы закреплением материала: акустическая петля – повседневная и насущная проблема, инструменты для решения которой имеются даже у бюджетной серии Symetrix Jupiter. AEC – дорогая и сложная опция, которая используется в конференциях для комфорта противоположной стороны. Ее использование не всегда оправдано, так как большинство программных и аппаратных решений для видеоконференций уже имеют собственный AEC. Внешний AEC на аудиоплатформе Symetrix используется в конференц-залах премиум класса, в которых качество отработки AEC, встроенной в ВКС, является недостаточным.