关於麦克风与喇叭之间的潜在增益及使用技巧.doc

吴老师的一篇好文章！转载图片： 图片： 图片： 图片： F e e d b a c k _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.( 030603 v2.0 ) 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。 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/ 20 Hz 20 Khz，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 160 Hz 以下，或是人們常聽到的 ” ring ” ( 鳴響 ) 在聽覺上大致是出現在 3 6 Khz F$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?FN? 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 Potential Acoustic Gain 簡稱 PAG， ?樁瘓(?利用一些公式我們可以求出在迴授之前 ( Gain Before Feedback ) 系統上應有的增益。在對一系統的調 ?C? 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L 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 = 30 cm， 嘌噴蘾2蟼?D1 = 3 m，D2 = 14 m，D3 = 16 m， H內髁u 設收音麥克風上得到一個持續的 70 dB 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VA5 剛才我們說觀眾與發音者的距離 D3是 16 m， ?慀 xmi 那我們也知道距離每增加一倍就耗損 6 dB 的 萃N钟?i?增益，用看的就知道 70 dB 的音壓從發音者 G鸴g魦 到觀眾的位置就剩下 40 dB，( 在未扣除 DS ) 1?伪蹧 我們來驗證它從發音者到觀眾位置的數據 呐譎摛 是否正確， 醇墬?)?0见畞TZtj _圖 1 - 1 Gain before Feedback 萓濣耤w躋?70 dB ( 20 log D3 DS ) 代入數據， U鵲?eM嫆 gRem躯j?70 dB ( 20 log 16 m 0 . 3 m ) 因為 30 cm = 0 . 3 m， 銨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U h?! 伲湿鰯?蛧?帳犭?70 dB ( 20 log D2 D1 ) 代入數據， 蜐ELB攬) 栰 a劂?LgUGE#许 70 dB ( 20 log 14 m 3 m ) Rx !O郦x ?m鷖?练?萔C軿骊 70 dB ( 20 log 4 . 67 ) 畈砷鰾矞?yzgNq?a?籬sFD 70 dB ( 20 0 . 67 ) 饏灋hF龃?噸 Yo?N 朷?膦$4 70 dB 13 . 4 = 56 . 6 = 57 dB， fhj装縒9?0呠p儧2?vSV籲銁穕?57 dB 36 dB = 21 dB， _O杅? _ 埈.3瓘?9纾噿?這個答案就告訴我們上述的系統在這個音場的聲援，從揚聲器位置到聆聽者，聲音系統開啟與關閉 饢毙_畅酆 之間有效增益是 21 dB。超過此值即會得到任一頻率的 Loop 而產生 Feedback， ?lt;h挨獏1 我一直寫著 ” 任一頻率 ” 之由是因為產生迴授之際，是那一個頻率我們都僅是假設， 擄剳黥?者 當我們在系統上加入一個圖形等化器來修正降低任一頻率的迴授值後，這聲援的系統增益值將會再 鬾n;?蠏 提升不少。不過在此時先不考慮，我們再複習一下，上述的例題裡在未使用聲援系統時， 鸁X?n钱 從聆聽者位置得到 36 dB 的 SPL，在使用聲援系統，因喇叭與麥克風位置的原因使得有效增益是 湪 朕? 21 dB，有了彼此間的數據後，我們可以寫出系統的最大增益是 ( Max Gain ) YCNzT胷祝 4浗: Ap?PAG = ndB 20 log ( D2 D1 ) - 20 log ( D3 DS ) 屶?婴?掔W?厌? PAG = 20 ( 0. 67 + 1. 72 ) ?MF驣簁Q 録耖蔙灥? ?葴3? PAG = 20 ( 1. 05 ) ?奥饳h餍 _hiI芄H勂?n?竲W PAG = 21 dB 怚sb餽洍(E _ 蕵MA它&.?*裹応(x 利害吧！這個結果等於前一式子 Max Gain 式子的答案，而且不用預先知道發音者的音壓值。 u拴F%轠f 多多利用它， ?$潕=歨- 潛在增益 ( PAG ) 也等於當下系統最大增益 ( Max Gain )，現在清楚一下，這 21 dB 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 6 dB， 9蚎楧殲 ?也因此上述的 21 dB 6 dB = 15 dB 這個增益值是絕對安全的，這個 6 dB 是怎麼定義的？ ?L?贖 # 人因為對聲音的大小變化特性是 + - 3 dB 的增減，而這3 dB 的增減已是讓讓後級放大器功率 n y|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 3 dB 來得到動態餘欲的空間，如此才會有這餘欲差數 6 dB，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 ( log D1 - log D2 + log D3 - log DS ) - 10 log NOM - 6 F?F +蕈eX 憜檉縊铘 NOM = ( Number of Open Microphones ) 麥克風開放數量。 楞1 ?/J 6?櫚鈿H3?悾倁?J 當你使用 2 支麥克風時，PAG = 11. 9 dB = 12 dB，使用 3 支麥克風時，PAG = 10 dB， 蕿瘔*$蕳?f匍収泘 梞?趢?使用 4 支麥克風時，PAG = 9 dB， +?|岺?汄 5罙&咴愸?-sx救笈?a 各位不難看出系統上的麥克風數量增加後，PAG 的值相對減少，也應驗電器物理的特性， 团辗?镜 從原有一支 15 dB 兩支 12 dB 三支 10 dB 四支 9 dB，1支與兩支之間相差 3 dB， ttK m? 2 支與 4 支之間相差 3 dB，也應對了麥克風數量每增加一倍 PAG 就耗損 3 dB 的數據， v騑從? 千萬別把這種數學當成是理論的東西，它可以幫你在現場瞭解到 feedback 的狀況，當一頒獎節目上 ?!偄_e?固定開放麥克風的數量能有多少的增益輸出，如何補償音壓的投射點種種，還有一項必需跟各位說明 霅棽 是上述的硬體條件，我們假設那麥克風的特性是全指向的，喇叭揚聲器也是全音域的，所以測試下來 t7s?J 的條件會比較嚴苛些，實際在現場應用的揚聲器包括舞台上監聽喇叭 ( Stage wedge ) 幾乎是兩音路 b筇jnq臍 以上的結構，而且當下的麥克風指向特性大部份是單指向的元件，這對 PAG 的提升都能超出所計算 津?&? 出來的結果。 +缄?厗 _ 吀畸涥jI JV瞅嘁?Shure SM-58，這種單指向的收音方式通稱 誠?觤蟏5?心型 ( Cardioid ) 麥克風，如此一來系統上的 J:恼d?q PAG 值將會多出不少的增益出來。如圖 1 - 2 是 怃諬3珸?一個時常在規格表裡看到的圖形，卻沒有多少 跏c?t ?w 的人可以說出一個適切的解說， fi闖ms?圖 1 - 3 所示，一支監聽喇叭與一支麥克風在舞台 s?&?碥 上所建立起來的最有效聆聽區 ( Sweet Spot ) 袹驊N? 大概是這樣的範圍，另外幾乎會用到的麥克風 ?p_熕?就是主麥克風 ( Lead Vocal Microphone )， w枙9潚1檳 同樣的也幾乎都是採用心型 ( Cardioid ) 單指向 J?V躤ZGZ 麥克風，在監聽喇叭與麥克風之間的擺設技巧 恉!紏瘁?是有典故的，依這心型球面的收音圖示解說， 悖$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 ( Dead Spot )。 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平面圖 潄L%糊y? 如此系統的 PAG就能多出很多來。 猠Q荚痺?左圖是一個立體視覺的 Sweet Spot，這是我 A铗u_妳?自己畫的，透過上述的式子，只要將聆聽者 ?6X:湵zv 的數據變成發音者，( 因為這是監聽模式 )， 7!矻Sp& 穲 因此 D1 = D2，這求出來的 PAG 值將會更高 f殐E偖藖q. 那是一定的，唯實際在 2 way 的喇叭上， 黢篝抽 當演唱者左右移動時，這個 Sweet Spot 塮?註趡?區域將會依左圖所示的範圍而減少， X菗垐?這樣的數據是一般 2 way 的監聽喇叭幾乎都 测x?lt;f遙閥 可以做到的效能，在我們一般同業的朋友， :駍a|2Ng?是不會這樣運用的，因為還必須浪費掉一邊 )掭濰是?的擴大器，所以大都採用 Full Range 的系統， a嬄c?相對的這個最佳聆聽區 ( Sweet Spot ) 也將 ?f?穏i 會縮小其範圍，這原因無它，不過是一系統 ? DJ 效率問題罷了， ?|符焟 所以各位在架設舞台監廳喇叭 ( Stage Wedge ) ?岞黃*? 時，你可以事前的比照自己使用的麥克風 聁X瞆$啇 特性然後來做適當的喇叭位置擺設。 sEv 幦沶 圖 1 - 4 是心型單指向麥克風收音特性立體解 ?徂3S 讀，在此要謝謝我的同學 莫庸幫忙畫出這3D意示圖， 醛Q匴?a &?lt;輓?J/Z 再次說明在其凹陷的地方就是所謂的 渜 g5 柨 無放射區 ( Dead Spot )。 賸JM?;湁 然後你再看看圖 1 - 5 會發現到 Dead Spot 膜蝧濯)Pb 離喇叭更平行，這樣的角度大約 75 度， ?8?箅k鑑 也就是老外常常把麥克風調整到無放射區 潆b?是常常用到的，由於它是超單指向的，在其音頭後方會產生一條收音的尾巴，尤其是 6. 3 Khz glD婶凿恆O 的頻率最長，因此 Vocal 麥克風使用 Beta 87A 時，就必須斜放約 125 度這個位置將會是最好的 浑?fn Dead Spot，可得到較多的 PAG 電平。另外依其曲線特性，在正確的擺設 Wedge 位置下，你試著加 笈E+钄?lt; 大麥克風的收音電平時，它並不會是 Ring 的 feedback ，而是 hollow 低頻迴授產生先，不過各位 Ly鲿n#滾 要清楚的並不是每一種麥克風的頻率響應特性在某一個角度都一樣的反應，然啦！你要擺在正後方也 繰摧U邇? 行，你要造成自己調整上的困擾是沒有人會阻止你的。 Ox衡萕I 剛才圖所示一支監聽喇叭與一支麥克風在舞台上所建立起來的 A柗邘鎳* 最有效聆聽區 ( Sweet Spot ) 大概是這樣的範圍，當第二組的架構建立於旁時，各樂手會依其所須的 萉/ 騩谛% 監聽電平而相互傳送聲音訊號，此時的原則就是有多少支麥克風在你的監聽喇叭上出聲音？ a鐒佯jP?也就是 ( Number of open microphones in a sound system )， 钺?Mb?. _ ?帧 躭糡jh?_圖 1 - 6 超指向麥克風收音圖示 講白一點，兩組 Aux 輸出在舞台上若彼此的 Sweet Spot ?L蚲实鹭 有相互交錯到時，以 Aux 1 為 Lead Vocal，那送至 Aux 2 獱I儲b Lead Vocal 的聲音訊號就不能大於 Aux 1 的電平， 蛫苐?$rr竁 這很好玩的，因為麥克風收音時並不是如圖所示的僅有那麼 ?Q?詭Ul 些的收音範圍，它依環境即其靈敏度還有賦與的電平放大值 d溎e? 也接收到其他的訊號，只不過是依距離的關係， -墓 ?其收到的訊號頻率響應沒有近距離好而已，如果在 Aux 2 j埃%?_A?的 Lead Vocal 電平大到一個程度，在 Aux 1 的 Lead Vocal q=z傟?a?電平會因為麥克風也收到 Aux 2 的同聲音訊號， 刐U椴A#髒 又因位置不同就有距離，有了距離就有了時間差，也就有了 H伐k?v1 相位問題，在相位時間