[资讯] 浅析麦克风与喇叭之间的潜在增益及使用技巧

现在我们把声音系统打开，慢慢的开启放大器的音量开关一直到开始产生回授的现象为止，这样的情况是如何发生的？它是因为喇叭所发出来声音讯号内容跟麦克风拾取的讯号源是同一个，也同一时间。

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如此麦克风本身除了拾取音源外，也同时拾取喇叭所放送出来的声音讯号，然后一次又一次的收音与放送，第一次一倍，第二次两倍三倍.......如此即会出现各组件上某一频率出现突倍增益来产生其回路能量的要素，当达到一个程度时，就出现所谓的 Feedback 。问题是在 Feedback 产生之前，系统能提供多少的增益呢？

这个计算我们可以利用反平方在 D1 与 D2 之间求出这个答案。

70 dB – ( 20 log D2 ÷ D1 ) 代入数据，

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，

这个答案就告诉我们上述的系统在这个音场的声援，从扬声器位置到聆听者，声音系统开启与关闭之间有效增益是 21 dB。超过此值即会得到任一频率的 Loop 而产生 Feedback，我一直写着 ” 任一频率 ” 之由是因为产生回授之际，是那一个频率我们都仅是假设，当我们在系统上加入一个图形均衡器来修正降低任一频率的回授值后，这声援的系统增益值将会再提升不少。不过在此时先不考虑，我们再复习一下，上述的例题里在未使用声援系统时，从聆听者位置得到 36 dB 的 SPL，在使用声援系统，因喇叭与麦克风位置的原因使得有效增益是21 dB，有了彼此间的数据后，我们可以写出系统的最大增益是 ( Max Gain )

PAG = ndB – 20 log ( D2 ÷ D1 ) - 20 log ( D3 ÷ DS )

什么是 ndB？就是你去测得发音者的讯号音压，( 上述例子是 70 dB )，问题是在现场上，实际的工作情形发音者与麦克风距离随时在变，发音者也更不可能等电平输出，不同的变化怎会知道发音者的音压？因此在现场，我们起码知道的数据是硬件间的距离，所以把这式子写成以下:

PAG = 20 ( log D1 - log D2 + log D3 - log DS )

代入上述距离的数值后

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

这个结果等于前一式子 Max Gain 式子的答案，而且不用预先知道发音者的音压值，我们可以多多的利用它。潜在增益 ( PAG ) 也等于当下系统最大增益 ( Max Gain )，现在清楚一下，这 21 dB 是 Feedback 的临界点，将这个电平位置拿来运用是不安全的，很容易因为音源的电平起伏而造成 Feedback 的现象，所以我们必须在这增益数据内酌量加入一个安全的余欲差数 6 dB，也因此上述的 21 dB – 6 dB = 15 dB 这个增益值是绝对安全的，这个 6 dB 是怎么定义的？

人因为对声音的大小变化特性是 + - 3 dB 的增减，而这3 dB 的增减已是让让后级放大器功率+ - 10 倍的变化了，又由于音乐性质的电平瞬息万变，为了让这样的电平变动有一充分的空间发挥，所以我们再加上 3 dB 来得到动态余欲的空间，如此才会有这余欲差数 6 dB，数据的出现。

也许你可以不理会这个计算值，要利用均衡器修正衰减回授的频率，到了最后才发现均衡器上的调整钮已全被动过，甚至反相了都还不能消弭掉回授现象。

各位有无发现上述的计算是以一支麦克风的状况来说明的，在实际操作的现场上不止一支麦克风，所以我们必需在原有的式子里再加上使用的麦克风数量，所以式子即成为 :PAG = 20 ( log D1 - log D2 + log D3 - log DS ) - 10 log NOM - 6NOM = ( Number of Open Microphones ) 麦克风开放数量。

当你使用 2 支麦克风时，PAG = 11. 9 dB = 12 dB，使用 3 支麦克风时，PAG = 10 dB，使用 4 支麦克风时，PAG = 9 dB，…………各位不难看出系统上的麦克风数量增加后，PAG 的值相对减少，也应验电器物理的特性，从原有一支 15 dB 两支 12 dB 三支 10 dB 四支 9 dB，1支与两支之间相差 3 dB，2 支与 4 支之间相差 3 dB，也应对了麦克风数量每增加一倍 PAG 就耗损 3 dB 的数据，虽然仅是利用数学式子计算出现场结果，不过针对在演出时的应用，我们可以将计算的结果做为一个增益调整与喇叭位置的参考。

例如当一颁奖节目上固定开放麦克风的数量能有多少的增益输出，如何补偿音压的投射点种种技术问题，另外还有一项说明，就是上述的硬件条件，我们假设那麦克风的特性是全指向的，喇叭扬声器也是全音域的，所以测试下来的条件将会比较严苛些，实际在现场应用的扬声器包括舞台上监听喇叭几乎是两音路以上的结构，而且当下的麦克风指向特性大部份是单指向的组件，这对 PAG 的提升都能超出所计算出来的结果。

图1-2典型的单指向麦克风收音特性平面图

图1-3一支麦克风与喇叭在舞台上所产生的Sweet Spot

(事先预设出最差的环境条件计算，事后可以得到更优沃的潜在增益)。

Shure SM-58，这种单指向的收音方式通称心型 ( Cardioid ) 麦克风，如此一来系统上的PAG 值将会多出不少的增益出来。如图 1 - 2 是一个时常在规格表里看到的图形，图 1 - 3 所示，一支监听喇叭与一支麦克风在舞台上所建立起来的最有效聆听区 ( Sweet Spot )大概是这样的范围，另外几乎会用到的麦克风就是主麦克风 ( Lead Vocal Microphone )，同样的也几乎都是采用心型 ( Cardioid ) 单指向麦克风，在监听喇叭与麦克风之间的摆设技巧是有典故的，依这心型球面的收音图示解说，在麦克风音头后方最凹深的位置我们称为无放射区 ( Dead Spot )。因为单指向收音的物理特性，在这支麦克风音头后方产生这么一个收音空乏区，因此在摆设监听喇叭的基本原则上就是将角度朝这个临界点对正，将会使产生 Feedback的 Loop因素降低，如此系统的 PAG就能多出很多来。

图1—3是一个立体视觉的 Sweet Spot，透过上述的式子，只要将聆听者的数据变成发音者，( 因为这是监听模式 )，因此 D1 = D2，这求出来的 PAG 值将会更高那是一定的，唯实际在 2 way 的喇叭上，当演唱者左右移动时，这个 Sweet Spot区域将会依左图所示的范围而减少，这样的数据是一般 2 way 的监听喇叭几乎都可以做到的效能，在我们一般同业的朋友，是不会这样运用的，因为还必须浪费掉一边的扩大器，所以大都采用 Full Range 的系统，相对的这个最佳聆听区 ( Sweet Spot ) 也将会缩小其范围，这原因无它，不过是系统效率问题罢了，所以各位在架设舞台监厅喇叭 ( Stage Wedge )时，你可以事前的比照自己使用的麦克风特性然后来做适当的喇叭位置摆设。

图1-4单指向麦克风收音立体图示

图1-5麦克风调整成 75 度的图示

图1-4是心型单指向麦克风收音特性立体解读，再次说明在其凹陷的地方就是所谓的无放射区 ( Dead Spot )。

然后你再看看图1-5会发现到 Dead Spot离喇叭更平行，这样的角度大约 75 度，也就是老外常常把麦克风调整到无放射区最佳角度，离 Feedback 因素更远。

是的你一定会碰到的，当有的人是采用电容式麦克风 ( Condenser Microphone )，如 Shure Beta 87A是常常用到的，由于它是超单指向的，在其音头后方会产生一条收音的尾巴，尤其是 6. 3 KHz 的频率最长，因此 Vocal 麦克风使用 Beta 87A 时，就必须斜放约125度这个位置将会是最好的Dead Spot，可得到较多的 PAG 电平。

另外依其曲线特性，在正确的摆设 Wedge 位置下，你试着加大麦克风的收音电平时，它并不会是 " Ring " 的 feedback ，而是 hollow 低频回授产生先，不过各位要清楚的并不是每一种麦克风的频率响应特性在某一个角度都一样的反应，然啦！你若摆在正后方，在后方位置所造成调整上的困扰将会高过于侧摆。以Beta 87A而言。

图1-6 超指向麦克风收音图示

刚才图所示一支监听喇叭与一支麦克风在舞台上所建立起来的最有效聆听区 ( Sweet Spot ) 大概是这样的范围，当第二组的架构建立于旁时，各乐手会依其所须的监听电平而相互传送声音讯号，此时的原则就是有多少支麦克风在你的监听喇叭上出声音？

也就是 ( Number of open microphones in a sound system )，两组 Aux 输出在舞台上若彼此的 Sweet Spot有相互交错到时，以 Aux – 1 为 Lead Vocal，那送至 Aux – 2 Lead Vocal 的声音讯号就尽可能不要大于 Aux – 1 的电平，这是很有趣的，因为麦克风收音时并不是如图所示的仅有那么些的收音范围，它依环境即其灵敏度还有赋与的电平放大值也接收到其他的讯号，只不过是依距离的关系，其收到的讯号频率响应没有近距离好而已，如果在 Aux – 2 的 Lead Vocal 电平大到一个程度，在 Aux – 1 的 Lead Vocal 电平会因为麦克风也收到 Aux – 2 的同声音讯号，又因位置不同就有距离，有了距离就有了时间差，也就有了相位问题，在相位时间的不同时而至增益抵消，会使得 Aux – 1 原有的 Lead Vocal 增益降低，这种感觉就是一般人所说的声音怎么空空的不实在，当你调整任何一支麦克风适切的电平位置，在主要的收音区以外，虽然因距离的关系频率响应不太好，然它还是会拾取得到的，也因此当这非主收音区的讯号过大，那将影响整体Sweet Spot 的品质。目前我们引述的条件是假设它在 ( 户外 ) Outdoor 开放式的结构，因此没有所谓的二次三次反射音的考虑，我们以图 1 – 6 说明，它是一个超指向麦克风所会产生的特性，并不是一定只会发生在 Beta 87A麦克风上，拿它来比喻是因为普及率较高，1 – 6 麦克风是直线的在监听喇叭面前，而由于尾巴的收音特性使得 Feedback 的因素提高，因此不适用如此的摆设，图 1 – 7 及 图 1 – 8 直接说明在不运用均衡器的状态下更改监听喇叭与麦克风的位置可消弭 Feedback 的机率。

图1-7超指向麦克风收音平面图示

图1-8移动监听喇叭与麦克风位置收音图示