关於麦克风与喇叭之间的潜在增益及使用技巧

吴老师的一篇好文章！！！[转载]图片：图片：图片：图片：Feedback_迴授的問題_________________________主筆_____吳榮宗朶堗@?鳞-_1褍潊(?P\襺墘z庑?敘述有關於麥克風與喇叭之間的潛在增益及使用技巧........(030603v2.0)鹾N粔z巸宯?頻Gz亩?早在數年前我寫了一篇舞台上監聽喇叭的操作及調整，內容完全沒有提到有關的數學計算的問題，?r?鑧h?lt;在郵件的通訊上就可看出概略詢問的事情差不多都有一個方向，為何會迴授呢?怎麼產生的種種，?,;摋i耍這也好，整理完這些信件，就寫篇Feedback的問題跟大家分享，畢竟音樂的動態電平是瞬息萬變的。Ж迪遰?A現在大部份”音響人”對這方面已有些基本的概念，那我們就把這擾人的問題再次拿到檯面上，??邧也適時的加入基本的運算來幫助記憶，各位，接下來將會是很美好的。?Q綮?一般人的直覺總認為Feedback(迴授)的狀況是發生在舞台上，其實不然，原則上從可聽的頻率範圍钊咰k踅鴚/20Hz~20Khz，當任一頻率因鏈接設備的特性或路由錯誤，皆會產生”hollow”(沉悶的無內容的)鳇J`鱋B?在聽覺上是出現在160Hz以下，或是人們常聽到的”ring”(鳴響)在聽覺上大致是出現在3~6KhzF$F牉倌?之間，這種現象皆是某一可聽頻率產生一個持續性的迴路(Loop)，在我們導入這主題前，簓?谹檦我們先要知道在任一個麥克風加上喇叭的架構裡，透過麥克風拾起的電平再藉由放大器送到喇叭輸出，p返麻0E有多少的增益值，這樣的過程是有據可考的，只是太多人已放棄計算了，甚至是不知道，/莤?F@N?全憑所謂的經驗及器材優沃的條件來彌補這使用知識的不足，試問你自己是否就是這一類的，P迂P駏??我們講述一件事情起頭，為的是要讓當家的，對一件事情原有的規則能夠知道，而不是從一半開始的，?Vd罝碲即使做對了都不瞭解系統為會何如此，盡是滿足自以為本身技術要不得！各位，這樣子遲早是會吃虧L??R绔?的，更何況事先知道系統的能耐是比較放心的。而揚聲器與麥克風之間事先應有的潛在增益(PAG)吶l3(?Sw它的全文是PotentialAcousticGain簡稱PAG，?樁瘓(??利用一些公式我們可以求出在迴授之前(GainBeforeFeedback)系統上應有的增益。在對一系統的調€?整上，他能夠幫你得到基本的相關數據，也能解開各位所詢問的疑惑。9u瀫?溸4我們就進入主題吧。浜q訄?親€礞8R炣?就圖面上各位可以看到的是發音者(Source)?b?櫮Rm?與收音麥克風(Pick-up)的距離，我們設為綹褊(僶:d;Ds。發音者(Source)與揚聲器(Speaker)z咈撫茉s?的距離，我們設為D1。\啞*輛[@揚聲器(Speaker)與觀眾(Listener)的距離，鰸婱-矪我們設為D2。蠓N?|u?觀眾(Listener)與發音者(Source)的距離，X)j?鍔我們設為D3。然後假設Ds=30cm，嘌噴蘾2蟼?D1=3m，D2=14m，D3=16m，H內髁設收音麥克風上得到一個持續的70dB聲音SCkXaK訊號，就是發音者到麥克風收取到的音壓。钫N-E5f?此時聲音系統是關閉的，僅以置於觀眾位置谑诛膌阛?的音壓測試麥克風來拾取發音者的聲音，门幫剛才我們說觀眾與發音者的距離D3是16m，?慀xmi那我們也知道距離每增加一倍就耗損6dB的萃N钟?i?增益，用看的就知道70dB的音壓從發音者G鸴g魦⑺到觀眾的位置就剩下40dB，(在未扣除DS)1?伪蹧е我們來驗證它從發音者到觀眾位置的數據ю呐譎摛是否正確，醇墬?)?0见畞TZtj___________圖1-1GainbeforeFeedback萓濣耤w躋?70dB–(20logD3÷DS)代入數據，U鵲?eM嫆g'Rem躯j?70dB–(20log16m÷0.3m)因為30cm=0.3m，銨h唓葸?躍.a??洘v€鷒70dB–(20log53.33)麐vj,?誛'绒夦鼎巪U?!70dB–(20╳1.72))k8K隴[P?睅N,嗌^w?洕]莑暧蜿?70dB–34.4=35.6=36dB，揇T洦upb??趆榕L5$锯胐懀J?這與上述聲音物理特性，距離每增加一倍就耗損6dB的結果是一樣的。L?畗?$衯B瘿rk痕w??僀腢蓔?Ok，現在我們把聲音系統打開，慢慢的開啟放大器的音量開關一直到開始產生迴授的現象為止，:牢'yxS-p這樣的情況是如何發生的？它是因為喇叭所發出來聲音訊號內容跟麥克風拾取的訊號源是同一個，?BP?鸆G5也同一時間。如此麥克風本身除了拾取音源外，也同時拾取喇叭所放送出來的聲音訊號，妦親堶?然後一次又一次的收音/放送，第一次一倍，第二次兩倍三倍.......如此即會出現各元件上某一頻率出現篸}嵍d=谐0突倍增益來產生其迴路的要素，當達到一個程度時，就出現所謂的Feedback。€~垠[嚿??問題是在Feedback產生之前，系統能提供多少的增益呢？我們可以利用反平方在D1與D2之間求出M磮籢鋒M?這個答案。玫拺Uh?!伲^湿鰯?蛧?帳犭?70dB–(20logD2÷D1)代入數據，蜐ELB攬)栰a劂??LgUGE#许70dB–(20log14m÷3m)Rx€!O郦x?m鷖?练?萔C軿~骊70dB–(20log4.67)畈[砷鰾矞?yzg-a~?籬sFD70dB–(20╳0.67)^饏灋hF龃?噸Yo??N朷?膦70dB–13.4=56.6=57dB，fhj装縒9]?0⒋呠p儧2?vSV籲銁穕?57dB–36dB=21dB，_O杅?_@埈.3瓘??9纾
噿??這個答案就告訴我們上述的系統在這個音場的聲援，從揚聲器位置到聆聽者，聲音系統開啟與關閉饢毙_@畅酆之間有效增益是21dB。超過此值即會得到任一頻率的Loop而產生Feedback，?lt;h挨獏1我一直寫著”任一頻率”之由是因為產生迴授之際，是那一個頻率我們都僅是假設，擄剳黥?者當我們在系統上加入一個圖形等化器來修正降低任一頻率的迴授值後，這聲援的系統增益值將會再鬾n;?蠏提升不少。不過在此時先不考慮，我們再複習一下，上述的例題裡在未使用聲援系統時，鸁X?n钱從聆聽者位置得到36dB的SPL，在使用聲援系統，因喇叭與麥克風位置的原因使得有效增益是湪朕?[21dB，有了彼此間的數據後，我們可以寫出系統的最大增益是(MaxGain)YCNzT胷€祝4浗:Ap?PAG=ndB–20log(D2÷D1)-20log(D3÷DS)屶?谘%?灾股(%?礅/U訌榁8=什麼是ndB？就是你去測得發音者的訊號音壓，(上述例子是70dB)，w蔠o8鏈焔問題是在現場上，實際的工作情形發音者與麥克風距離隨時在變，發音者也更不可能等電平輸出，絳Y!艏不同的變化怎會知道發音者的音壓？因此在現場，我們起碼知道的數據是硬體間的距離，筮?2C頣所以把這式子寫成以下:蘯鏺&鏄穈#D&禝_O∟滳=}O??PAG=20(logD1-logD2+logD3-logDS)=庄ㄞ搳?J)潾暈剨G9_鬄８h侬代入上述距離的數值後蛩?昘z~谻螭^$g僼揹佫騾星7*戟PAG=20(log3-log14+log16-log0.3)*訓犒祎衬,7?馋3VwPAG=20[0.48–1.15+1.20–(-0.52)]瀒???婴?掔W?厌?PAG=20(–0.67+1.72)€?MF驣簁Q録耖蔙灥??'葴3PAG=20(1.05)?奥饳h餍_hiI芄H勂?n?竲PAG=21dB怚sb餽洍(E_蕵MA它&.?*裹[応(x利害吧！這個結果等於前一式子MaxGain式子的答案，而且不用預先知道發音者的音壓值。u拴F%轠f多多利用它，?$`潕=歨-潛在增益(PAG)也等於當下系統最大增益(MaxGain)，現在清楚一下，這21dB是Feedback的尯b*還隴?臨界點，將這個電平位置拿來運用是不安全的，很容易因為音源的電平起伏而造成Feedback的P骿?;~品現象，所以我們必須在這增益數據內酌量加入一個安全的餘欲差數6dB，9蚎楧殲?也因此上述的21dB–6dB=15dB這個增益值是絕對安全的，這個6dB是怎麼定義的？?L?贖#人因為對聲音的大小變化特性是+-3dB的增減，而這3dB的增減已是讓讓後級放大器功率ny|cj+-10倍的變化了，又由於音樂性質的電平瞬息萬變，為了讓這樣的電平變動有一充分的空間發揮，抽鴰窭,7?所以我們再加上3dB來得到動態餘欲的空間，如此才會有這餘欲差數6dB，數據的出現。f.媋_dt杹l也許你可以不理會這個值，你自信技術高超，利用等化器修正衰減迴授的頻率，到了最後才發現G媿蘛给等化器上的調整鈕已全被你動過了，甚至反相了都還不知所以然，這樣的人太多了，馆鰀Z灖2_p簊]囫hw)?,M~?M?各位有無發現上述的計算是以一支麥克風的狀況來說明的，在實際操作的現場上不止一支麥克風吧，,紩?;恠V所以我們必需在原有的式子裡再加上使用的麥克風數量，所以式子即成為:椯裌/_蘆?謤鏙魓泯?聧榘g?PAG=20(logD1-logD2+logD3-logDS)-10logNOM-6F~?F+⒓蕈eX憜檉^縊铘NOM=(NumberofOpenMicrophones)麥克風開放數量。楞1
?/J6?櫚鈿H]3?悾倁?J當你使用2支麥克風時，PAG=11.9dB=12dB，使用3支麥克風時，PAG=10dB，蕿瘔*$蕳??}f匍収泘梞??趢?使用4支麥克風時，PAG=9dB，…………+?|岺?汄5罙&咴愸?-sx救笈?a各位不難看出系統上的麥克風數量增加後，PAG的值相對減少，也應驗電器物理的特性，团辗?镜從原有一支15dB兩支12dB三支10dB四支9dB，1支與兩支之間相差3dB，{ttKm?2支與4支之間相差3dB，也應對了麥克風數量每增加一倍PAG就耗損3dB的數據，-@v騑從?千萬別把這種數學當成是理論的東西，它可以幫你在現場瞭解到feedback的狀況，當一頒獎節目上?!偄_e?固定開放麥克風的數量能有多少的增益輸出，如何補償音壓的投射點種種，還有一項必需跟各位說明霅€ぜ棽是上述的硬體條件，我們假設那麥克風的特性是全指向的，喇叭揚聲器也是全音域的，所以測試下來ノt{7s?J的條件會比較嚴苛些，實際在現場應用的揚聲器包括舞台上監聽喇叭(Stagewedge)幾乎是兩音路b筇jnq臍以上的結構，而且當下的麥克風指向特性大部份是單指向的元件，這對PAG的提升都能超出所計算津?&??出來的結果。+缄?厗_@吀畸涥jIJV瞅嘁??ShureSM-58，這種單指向的收音方式通稱誠?觤蟏5?心型(Cardioid)麥克風，如此一來系統上的J:恼d?qPAG值將會多出不少的增益出來。如圖1-2是怃諬3珸??一個時常在規格表裡看到的圖形，卻沒有多少跏c?t?w的人可以說出一個適切的解說，fi闖ms?圖1-3所示，一支監聽喇叭與一支麥克風在舞台s?&?碥上所建立起來的最有效聆聽區(SweetSpot)袹驊N??大概是這樣的範圍，另外幾乎會用到的麥克風?熕?就是主麥克風(LeadVocalMicrophone)，w枙9潚1檳同樣的也幾乎都是採用心型(Cardioid)單指向J?V躤ZGZ麥克風，在監聽喇叭與麥克風之間的擺設技巧恉!紏瘁?是有典故的，依這心型球面的收音圖示解說，悖$盔耗n在麥克風音頭後方最凹深的位置我們稱為齞孔?蕵F?無放射區(DeadSpot)。[J#gP幛a因為單指向收音的物理特性，在這支麥克風雔}嘵?音頭後方產生這麼一個收音空乏區，G?馄??2因此在擺設監聽喇叭的基本原則上就是將角度}?.m嶧悼朝這個臨界點對正，將會使產生Feedback勨???湸的Loop因素降低，咐]2?IB洼盰oc苰@7容N坛鰧?________圖1-2典型的單指向麥克風收音特性