S e r v i c e | R e v i e w | M u s i c W o w | C o n n e c t U s | H o m e
F e e d b a c k _迴授的問題 _________________________主筆_____吳榮宗
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 )
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，
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。
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，
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。
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
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 )
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
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，
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，
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，
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，
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，
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
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 )
它的全文是 Potential Acoustic Gain 簡稱 PAG，
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
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。
我們就進入主題吧。
與收音麥克風 ( Pick-up ) 的距離，我們設為
Ds。發音者 ( Source ) 與揚聲器 ( Speaker )
的距離，我們設為 D1。
揚聲器 ( Speaker ) 與觀眾 ( Listener ) 的距離，
我們設為 D2。
觀眾 ( Listener ) 與發音者 ( Source ) 的距離，
我們設為 D3。然後假設 Ds = 30 cm，
D1 = 3 m，D2 = 14 m，D3 = 16 m，
設收音麥克風上得到一個持續的 70 dB 聲音
訊號，就是發音者到麥克風收取到的音壓。
此時聲音系統是關閉的，僅以置於觀眾位置
的音壓測試麥克風來拾取發音者的聲音，
剛才我們說觀眾與發音者的距離 D3是 16 m，
那我們也知道距離每增加一倍就耗損 6 dB 的
增益，用看的就知道 70 dB 的音壓從發音者
到觀眾的位置就剩下 40 dB，( 在未扣除 DS )
我們來驗證它從發音者到觀眾位置的數據
是否正確，
___________圖 1 - 1 Gain before Feedback
70 dB – ( 20 log 16 m ÷ 0 . 3 m ) 因為 30 cm = 0 . 3 m，
70 dB – ( 20 log 53 . 33 )
70 dB – ( 20 ╳ 1.72 )
70 dB – 34 . 4 = 35 . 6 = 36 dB，
這與上述聲音物理特性，距離每增加一倍就耗損 6 dB的結果是一樣的。
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，
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，
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，
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
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 。
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
這個答案。
70 dB – ( 20 log D2 ÷ D1 ) 代入數據，
70 dB – ( 20 log 14 m ÷ 3 m )
70 dB – ( 20 log 4 . 67 )
70 dB – ( 20 ╳ 0 . 67 )
70 dB – 13 . 4 = 56 . 6 = 57 dB，
57 dB – 36 dB = 21 dB，
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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，
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，
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
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，
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
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 )
PAG = ndB – 20 log ( D2 ÷ D1 ) - 20 log ( D3 ÷ DS )
什麼是 ndB？就是你去測得發音者的訊號音壓，( 上述例子是 70 dB )，
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，
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，
所以把這式子寫成以下:
PAG = 20 ( log D1 - log D2 + log D3 - log DS )
代入上述距離的數值後
PAG = 20 ( log 3 - log 14 + log 16 - log 0. 3 )
PAG = 20 [ 0. 48 – 1. 15 + 1. 20 – ( - 0. 52 ) ]
PAG = 20 ( –0. 67 + 1. 72 )
PAG = 20 ( 1. 05 )
PAG = 21 dB
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多多利用它，
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
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
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，
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？
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
+ - 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，
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。
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
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，
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，
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 :
PAG = 20 ( log D1 - log D2 + log D3 - log DS ) - 10 log NOM - 6
NOM = ( Number of Open Microphones ) 麥克風開放數量。
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，
使用 4 支麥克風時，PAG = 9 dB，…………
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，
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，
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，
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
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
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
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
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
出來的結果。
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心型 ( Cardioid ) 麥克風，如此一來系統上的
PAG 值將會多出不少的增益出來。如圖 1 - 2 是
一個時常在規格表裡看到的圖形，卻沒有多少
的人可以說出一個適切的解說，
圖 1 - 3 所示，一支監聽喇叭與一支麥克風在舞台
上所建立起來的最有效聆聽區 ( Sweet Spot )
大概是這樣的範圍，另外幾乎會用到的麥克風
就是主麥克風 ( Lead Vocal Microphone )，
同樣的也幾乎都是採用心型 ( Cardioid ) 單指向
麥克風，在監聽喇叭與麥克風之間的擺設技巧
是有典故的，依這心型球面的收音圖示解說，
在麥克風音頭後方最凹深的位置我們稱為
無放射區 ( Dead Spot )。
因為單指向收音的物理特性，在這支麥克風
音頭後方產生這麼一個收音空乏區，
因此在擺設監聽喇叭的基本原則上就是將角度
朝這個臨界點對正，將會使產生 Feedback
的 Loop因素降低，
________圖 1 - 2 典型的單指向麥克風收音特性平面圖
如此系統的 PAG就能多出很多來。
左圖是一個立體視覺的 Sweet Spot，這是我
自己畫的，透過上述的式子，只要將聆聽者
的數據變成發音者，( 因為這是監聽模式 )，
因此 D1 = D2，這求出來的 PAG 值將會更高
那是一定的，唯實際在 2 way 的喇叭上，
當演唱者左右移動時，這個 Sweet Spot
區域將會依左圖所示的範圍而減少，
這樣的數據是一般 2 way 的監聽喇叭幾乎都
可以做到的效能，在我們一般同業的朋友，
是不會這樣運用的，因為還必須浪費掉一邊
的擴大器，所以大都採用 Full Range 的系統，
相對的這個最佳聆聽區 ( Sweet Spot ) 也將
會縮小其範圍，這原因無它，不過是一系統
效率問題罷了，
所以各位在架設舞台監廳喇叭 ( Stage Wedge )
時，你可以事前的比照自己使用的麥克風
特性然後來做適當的喇叭位置擺設。
圖 1 - 4 是心型單指向麥克風收音特性立體解
讀，在此要謝謝我的同學 莫庸幫忙畫出這3D意示圖，
再次說明在其凹陷的地方就是所謂的
無放射區 ( Dead Spot )。
然後你再看看圖 1 - 5 會發現到 Dead Spot
離喇叭更平行，這樣的角度大約 75 度，
也就是老外常常把麥克風調整到無放射區
最佳角度，離 Feedback 因素更遠。
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___圖 1 - 3 一支麥克風與喇叭在舞台上所產生的 Sweet Spot
___圖 1 - 4 單指向麥克風收音立體圖示.
______圖 1 - 5 麥克風調整成 75 度的圖示
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
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
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
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
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
行，你要造成自己調整上的困擾是沒有人會阻止你的。
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
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
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？
也就是 ( Number of open microphones in a sound system )，
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______圖 1 - 6 超指向麥克風收音圖示
有相互交錯到時，以 Aux – 1 為 Lead Vocal，那送至 Aux – 2
Lead Vocal 的聲音訊號就不能大於 Aux – 1 的電平，
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
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
也接收到其他的訊號，只不過是依距離的關係，
其收到的訊號頻率響應沒有近距離好而已，如果在 Aux – 2
的 Lead Vocal 電平大到一個程度，在 Aux – 1 的 Lead Vocal
電平會因為麥克風也收到 Aux – 2 的同聲音訊號，
又因位置不同就有距離，有了距離就有了時間差，也就有了
相位問題，在相位時間的不同時而導至增益抵消，
會使得 Aux – 1 原有的 Lead Vocal 增益降低，這種感覺就是
一般人所說的聲音怎麼空空的不實在，很多人對於麥克風的
特性不是很清楚，你知道嗎，只要是有一磁鐵加上振膜加上
線圈，它即能成為一個拾音器。簡單的做法你把一支耳機
插入麥克風輸入端，它也可以當成麥克風來收音，
唯阻抗與結構的問題，頻率響應不會是很好，這個說明是要
再次告訴各位，你調整任何一支麥克風適切的電平位置，
在主要的收音區以外，雖然因距離的關係頻率響應不太好，
然它還是會拾取得到的，也因此當這非主收音區的訊號過大，
那將影響整體 Sweet Spot 的品質。目前我們引述的條件是
假設它在 ( 戶外 ) Outdoor 開放式的結構，因此沒有所謂的
二次三次反射音的考慮，
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麥克風上，拿它來比喻是因為普及率較高，1 – 6 麥克風是直線的在監聽喇叭面前，
而由於尾巴的收音特性使得 Feedback 的因素提高，因此不適用如此的擺設，圖 1 – 7 及 圖 1 – 8 直接
說明在不運用等化器的狀態下更改監聽喇叭與麥克風的位置可消弭 Feedback 的機率。
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____圖 1 -7 超指向麥克風收音平面圖示
_____圖 1 - 8 移動監聽喇叭與麥克風位置收音圖示
到這個段落，下一篇將跟各位剖析 IEM 系統，也就是大家所說的舞台耳機監聽系統的操作應用，
請期待……Soddy
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