Введение
Аудио обратная связь (также известная как акустическая обратная связь, или просто обратная связь) — это ситуация положительной обратной связи, которая может возникнуть при наличии акустического пути между аудиовходом (например, микрофоном или гитарным звукоснимателем) и аудиовыходом (например, громкоговорителем). В этом случае сигнал, принятый микрофоном, усиливается и воспроизводится через громкоговоритель. Звук из громкоговорителя затем снова поступает в микрофон, усиливается и снова воспроизводится через громкоговоритель. Частота возникающего завывания (воя) определяется резонансными частотами микрофона, усилителя и громкоговорителя, акустикой помещения, диаграммами направленности микрофона и громкоговорителя, а также расстоянием между ними. Принципы аудио обратной связи были впервые открыты датским ученым Сореном Абсалоном Ларсеном, поэтому она также известна как эффект Ларсена. Обратная связь почти всегда считается нежелательной, когда она возникает с микрофоном певца или докладчика на мероприятии с использованием системы звукоусиления или PA-системы. Аудиоинженеры обычно используют направленные микрофоны с кардиоидной диаграммой направленности и различные электронные устройства, такие как эквалайзеры и, начиная с 1990-х годов, автоматические подавители обратной связи, чтобы предотвратить обратную связь, которая ухудшает восприятие мероприятия аудиторией и может повредить оборудование или слух. С 1960-х годов гитаристы в рок-группах, использующие мощные гитарные усилители, акустические системы и эффекты искажения, намеренно создавали гитарную обратную связь для получения различных звуков, включая продолжительные, устойчивые тоны, которые невозможно получить при обычной игре. Звук гитарной обратной связи считается желательным музыкальным эффектом в хэви-метал, хардкор-панк и гранж. Джими Хендрикс был пионером в намеренном использовании гитарной обратной связи в своих гитарных соло для создания уникальных музыкальных звуков.
Audio feedback (also known as acoustic feedback, simply as feedback) is a positive feedback situation that may occur when an acoustic path exists between an audio input (for example, a microphone or guitar pickup) and an audio output (for example, a loudspeaker). In this example, a signal received by the microphone is amplified and passed out of the loudspeaker. The sound from the loudspeaker can then be received by the microphone again, amplified further, and then passed out through the loudspeaker again. The frequency of the resulting howl is determined by resonance frequencies in the microphone, amplifier, and loudspeaker, the acoustics of the room, the directional pick up and emission patterns of the microphone and loudspeaker, and the distance between them. The principles of audio feedback were first discovered by Danish scientist Søren Absalon Larsen, hence it is also known as the Larsen effect. Feedback is almost always considered undesirable when it occurs with a singer's or public speaker's microphone at an event using a sound reinforcement system or PA system. Audio engineers typically use directional microphones with cardioid pickup patterns and various electronic devices, such as equalizers and, since the 1990s, automatic feedback suppressors, to prevent feedback, which detracts from the audience's enjoyment of the event and may damage equipment or hearing. Since the 1960s, electric guitar players in rock music bands using loud guitar amplifiers, speaker cabinets and distortion effects have intentionally created guitar feedback to create different sounds including long sustained tones that cannot be produced using standard playing techniques. The sound of guitar feedback is considered to be a desirable musical effect in heavy metal music, hardcore punk and grunge. Jimi Hendrix was an innovator in the intentional use of guitar feedback in his guitar solos to create unique musical sounds.
История и теория
Условия возникновения обратной связи определяются критерием стабильности Баркхаузена, а именно, при достаточно высоком усилении в контуре обратной связи может (и обычно будет) возникать стабильное колебание, если частота этого контура соответствует такой задержке фазы, которая кратна 360 градусам, а усиление на этой частоте равно 1. Если усиление малого сигнала превышает 1 на какой-либо частоте, система начнет генерировать колебания на этой частоте, поскольку шум на этой частоте будет усиливаться. Звук будет возникать без какого-либо внешнего воздействия. Уровень звука будет нарастать до тех пор, пока выходной сигнал не начнет ограничиваться, снижая усиление контура до единицы. Этот принцип лежит в основе работы электронных генераторов; в этом случае, хотя контур обратной связи является чисто электронным, принцип остается тем же. Если усиление велико, но немного меньше 1, возникнет дребезжание, но только при наличии хотя бы какого-то входного звукового сигнала, проходящего через систему. Первые научные исследования в области акустической обратной связи были проведены доктором С. Полом Бонером. Бонер разработал базовые теории акустической обратной связи, резонансных режимов в помещениях и методов эквализации акустических систем помещений. Бонер пришел к выводу, что обратная связь возникает на строго определенной частоте. Он также предположил, что ее можно подавить, вставив узкополосный режекторный фильтр на этой частоте в цепь сигнала громкоговорителя. Он сотрудничал с Гиффордом Уайтом, основателем компании White Instruments, для ручной настройки режекторных фильтров для конкретных частот обратной связи в конкретных помещениях.
Расстояние
Чтобы максимально увеличить усиление перед обратной связью, количество звуковой энергии, поступающей на микрофоны по каналу обратной связи, необходимо уменьшить настолько, насколько это возможно на практике. Поскольку звуковое давление уменьшается пропорционально 1/r с увеличением расстояния r в открытом пространстве, или до так называемого расстояния реверберации в закрытых помещениях (а плотность энергии – пропорционально 1/r²), важно располагать микрофоны на достаточно большом расстоянии от акустических систем. Также следует избегать размещения микрофонов перед динамиками, а пользователям микрофонов рекомендуется не направлять микрофон на корпуса динамиков.
Директивная сила
Кроме того, акустические системы и микрофоны должны обладать неравномерной диаграммой направленности и располагаться вне зоны максимальной чувствительности друг друга, в идеале – в направлении взаимного подавления. Для обеспечения направленности в среднем и высоком частотном диапазоне (и высокой эффективности) в системах оповещения часто используются рупорные системы. Иногда низкочастотные динамики имеют кардиоидную характеристику. В профессиональных установках для предотвращения обратной связи основные акустические системы размещают вдали от музыкантов или исполнителя, а затем используют несколько небольших акустических систем, известных как мониторы, направленных на каждого участника группы, но в противоположном направлении от микрофонов, используя микрофоны с кардиоидной диаграммой направленности, которые широко применяются в системах усиления звука. Такая конфигурация снижает вероятность возникновения обратной связи и позволяет независимо регулировать уровни звукового давления для аудитории и исполнителей.
Частотный отклик
Почти всегда естественная частотная характеристика систем звукоусиления не является идеально ровной, так как это приводит к возникновению акустической обратной связи на частоте с максимальным коэффициентом усиления в контуре, что может быть резонансом с гораздо большим усилением, чем среднее по всем частотам. Поэтому полезно применять какую-либо форму эквализации для снижения усиления на этой частоте. Обратную связь можно уменьшить вручную, проведя настройку звуковой системы перед выступлением. Звукорежиссёр может постепенно увеличивать уровень микрофона до возникновения обратной связи. Затем инженер может ослабить соответствующую частоту на эквалайзере, предотвращая обратную связь на этой частоте, но сохраняя достаточную громкость на других частотах. Многие профессиональные звукорежиссёры могут определить частоты обратной связи на слух, но другие используют анализатор спектра в реальном времени для определения частоты возникновения резонанса. Для предотвращения обратной связи можно использовать автоматический подавитель обратной связи. Некоторые из них работают, слегка сдвигая частоту, при этом повышение частоты приводит к появлению звука чирпа вместо завывающего звука нескомпенсированной обратной связи. Другие устройства используют узкополосные режекторные фильтры для подавления проблемных частот. Адаптивные алгоритмы часто используются для автоматической настройки этих режекторных фильтров.
Умышленное использование
Чтобы намеренно создать обратную связь, гитаристу, играющему на электрогитаре, нужен гитарный усилитель с очень высоким коэффициентом усиления или гитара, поднесенная близко к динамику. Затем гитарист позволяет струнам свободно вибрировать и подносит гитару близко к громкоговорителю гитарного усилителя. Использование педалей/блоков эффектов дисторшна добавляет дополнительное усиление и облегчает создание намеренной обратной связи.
Ранние примеры популярной музыки
Умышленное использование акустической обратной связи впервые применили блюзовые и рок-н-ролльные гитаристы, такие как Вилли Джонсон, Джонни Уотсон и Линк Рэй. По мнению Ричи Унтербергера из AllMusic, первым примером использования обратной связи на коммерческой рок-записи является вступление к песне "I Feel Fine" группы The Beatles, записанной в 1964 году. Джей Ходжсон согласен с тем, что этот эффект, созданный Джоном Ленноном, прислонившим полуакустическую гитару к усилителю, стал первым хитом, демонстрирующим искажение, вызванное обратной связью. После 1965 года обратную связь активно использовали The Monks, Jefferson Airplane, The Velvet Underground и Grateful Dead, которые включили в свои живые выступления сегмент под названием "Feedback" – многоминутную импровизацию, основанную на эффекте обратной связи. С тех пор обратная связь стала характерной чертой рок-музыки, поскольку электрогитаристы, такие как Джефф Бек, Пит Тауншенд, Дэйв Дэвис, Стив Мэрриотт и Джими Хендрикс, намеренно вызывали её, поднося гитары близко к динамикам усилителей. Пример обратной связи можно услышать в исполнении Хендрикса песни "Can You See Me?" на Монтерейском поп-фестивале – вся гитарная партия была создана исключительно с помощью обратной связи от усилителя. Джазовый гитарист Габор Сабо был одним из первых джазовых музыкантов, использовавших контролируемую обратную связь в своей музыке, что особенно заметно на его концертном альбоме The Sorcerer (1967). В методе Сабо использовалась плоская акустическая гитара с магнитным звукоснимателем. Лу Рид создал свой альбом Metal Machine Music (1975) полностью из петель обратной связи, воспроизводимых на разных скоростях.
Введение, переход и отступление
В дополнение к "I Feel Fine", обратная связь применялась при вступлениях к песням, таким как "Foxy Lady" Джимми Хендрикса, "It's All Too Much" The Beatles, "Crosstown Traffic" Хендрикса, "Little Wonder" Дэвида Боуи, "New York City Cops" The Strokes, "Fair" Ben Folds Five, "Road to Recovery" Midnight Juggernauts, "Radio Friendly Unit Shifter" Nirvana, "Tumbledown" и "Catchfire" группы The Jesus and Mary Chain, "Waterfall" группы The Stone Roses, "Tahitian Moon" группы Porno for Pyros, "Stinkfist" группы Tool и "Prayer For Rain" группы The Cure. Более свежие примеры можно найти в работах, например, Лары Станик, Лесли Фланиган, Рональда Боэрсена и Эрфана Абди.
Отзыв на песню
Мелодичные звуки могут быть созданы целиком из обратной связи, изменяя угол между гитарой и усилителем после создания контура обратной связи. Примеры включают композицию "Jambi" группы Tool, гитарную партию Роберта Фриппа в песне "Heroes" Дэвида Боуи (альбомная версия), а также композиции Джими Хендрикса "Third Stone from the Sun" и его живое исполнение "Wild Thing" на Монтерейском поп-фестивале.
Устройства
Принцип обратной связи используется во многих устройствах для поддержания сустейна гитары. Примеры включают портативные устройства, такие как EBow, встроенные гитарные звукосниматели, увеличивающие сустейн инструмента, и звуковые преобразователи, установленные на головке грифа гитары. Намеренная обратная связь в замкнутом контуре также может быть создана с помощью эффекта, например, педали дилея или эффекта, возвращаемого на микшерный пульт. Обратной связью можно управлять, используя фейдер для регулировки уровня громкости. Boss DF 2 Super Feedbacker и педаль Distortion – это электронный эффект, помогающий гитаристам создавать эффекты обратной связи. Халлодорофон – это электроакустический струнный инструмент, специально разработанный для работы с обратной связью на основе струн.