吉他或麥克風中產生反饋的原因是什麼?

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杜克大學普拉特工程學院的羅伯特·L·克拉克解釋說。

鄭重宣告,反饋實際上是用於控制幾乎所有電子裝置的機制。穩定性是所有這些反饋控制系統中的一個關鍵問題,而所使用的增益或放大級別是其設計中的一個關鍵要素。然而,當音樂家談論反饋時,其含義是負面的,因為這是他們用來描述放大樂器或麥克風的輸出增益過高時產生的尖叫聲的術語。當聲音被放大時,有幾種潛在的機制可能導致反饋。讓我們首先處理麥克風和放大揚聲器的簡單情況。(參見圖,但現在忽略吉他。)當輸入和輸出之間的“環路”閉合時,就會發生反饋。在這種情況下,麥克風充當輸入,放大揚聲器提供輸出。

在我們的示例中,當從放大揚聲器輻射的聲音到達麥克風並隨後再次被放大時,輸入和輸出之間的環路閉合。實際上,就像貓在追逐自己的尾巴。(參見圖中透過聲學反饋將揚聲器連線到麥克風的紅色虛線。)增益是這種情況下的一個重要因素;它也解釋了為什麼均衡器經常被用來控制聲學反饋。均衡器被插入到“環路”中,以便可以調整訊號的放大倍數以減少麻煩的增益。特定頻率處的這種過大增益來自許多因素,包括麥克風和揚聲器之間的距離、麥克風和揚聲器的方向性、聲學環境中反射面的影響以及其他麥克風和放大揚聲器的存在。


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與麥克風不同,吉他(包括原聲吉他和電吉他)可以振動,這些振動發生在特定的頻率上。事實上,原聲吉他的結構振動和吉他箱體的聲學共振是耦合的,並用於“修飾”吉他的聲音。這些諧波是區分特定吉他聲音的原因。更昂貴的原聲吉他的面板通常由實木製成,例如西提卡雲杉,而不太昂貴的吉他通常由層壓木材製成。層壓吉他的表面振動比實木表面吉他的振動衰減得更快。

當使用麥克風放大原聲吉他的輸出時,當來自揚聲器的輻射聲音到達吉他時,放大揚聲器會閉合輸入和輸出之間的環路。(參見圖中綠色虛線。)此時,聲音可以進一步增強吉他的振動。如果增益過大,這種增強會導致音樂家稱為“反饋”的不穩定性。在這種情況下,吉他開始在特定頻率下過度振動,這種振動會產生可聽到的音調。對於吉他,這種情況通常發生在較低頻率,範圍在 100 到 200 赫茲之間,併產生“嗡嗡聲”。

當放大電吉他的輸出時,也會發生類似的機制。由聲學反饋引起的結構振動可以放大吉他中嵌入的感測器產生的訊號,以“拾取”其聲音,從而導致不穩定性。均衡可以控制反饋,方法是降低出現此問題的頻率處的增益。但是,在設定均衡時必須小心,以免消除樂器在所需頻率範圍內的自然諧波。

我的同事和我正在努力採用智慧材料和控制方法,以最大限度地減少聲學反饋對樂器的影響。目前,最佳的控制方法是在適合空間的音量下放大樂器。無論插入均衡系統還是主動控制策略,總會有一個增益或音量會導致系統變得不穩定。

答案最初於 2003 年 9 月 15 日釋出。

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