Если коротко. Свист — это звук, который бегает по кругу: микрофон ловит колонку, усилитель делает её громче, колонка снова попадает в микрофон. Если за один круг звук не слабеет, а возвращается «в такт» сам с собой, петля возбуждается и раскачивается до предела. Свистит обычно одна нота — та частота, где у всей цепочки вместе с комнатой самый высокий пик. Лечится не громкостью как таковой, а отношением «голос против колонки»: микрофон ближе ко рту, колонка дальше и в «глухой» зоне микрофона, а узкий вырез эквалайзером на свистящей частоте. Ровный низкий гул — другая болезнь, электрическая, и про неё отдельно ниже.
Я Ozven, композитор. На сцене, в студии и на чужих днях рождения с караоке-колонкой я слышал этот визг сотни раз и видел одну и ту же реакцию: все кидаются к ручке громкости. Иногда помогает, чаще нет. Давайте разберём, что там происходит физически, — тогда станет понятно, какие советы работают, а какие просто передвигают проблему.
Петля: звук гоняется за собственным хвостом
Любая система озвучки — это цепочка: микрофон превращает звук в электрический сигнал, усилитель делает сигнал сильнее, колонка превращает его обратно в звук. Проблема в том, что колонка играет в той же комнате, где стоит микрофон. Часть её звука — напрямую и через отражения от стен — снова попадает в микрофон. Цепочка замыкается в кольцо.
В инженерной литературе это называют акустической обратной связью, а сам вой — эффектом Ларсена, по имени датского физика Сёрена Ларсена, одного из первых, кто её исследовал. Так написано в большом обзоре пятидесяти лет борьбы с обратной связью Тона ван Ватерсхота и Марка Мунена из Лёвенского университета (опубликован в Proceedings of the IEEE в 2011 году). Там же сформулирован и главный критерий — классический критерий устойчивости Найквиста, перенесённый из теории усилителей на акустику.
Человеческим языком у возбуждения два условия, и оба должны выполниться на одной и той же частоте:
Амплитуда. Пройдя круг «микрофон → усилитель → колонка → воздух → микрофон», звук этой частоты возвращается не тише, чем ушёл. Инженеры говорят: усиление по петле равно единице или больше.
Фаза. Вернувшаяся волна приходит «в такт» исходной — гребень на гребень. Тогда она не гасит, а подталкивает саму себя, как родитель, который толкает качели строго в момент, когда они уходят вперёд.
Если оба условия выполнены, любой случайный звук на этой частоте — щелчок, согласная, шорох — начинает расти круг за кругом. Круг занимает миллисекунды, поэтому за долю секунды тихий подзвон превращается в визг, и останавливается он только тогда, когда усилитель или колонка упираются в свой потолок. Если усиление по петле чуть меньше единицы, раскачки нет, но звук на этой частоте долго «звенит» после каждого слова. Звукорежиссёры этот подзвон знают как предвестник: в обзоре ван Ватерсхота отмечено, что для чистого звука систему держат на 2–3 дБ ниже порога, иначе звон уже слышен.
Почему свистит одна нота, а не всё сразу
Вот тут, по-моему, самое интересное. Если бы микрофон, колонка и комната передавали все частоты одинаково, порог возбуждения достигался бы везде сразу и мы бы слышали шипящий рёв. Но так не бывает. У каждого звена своя АЧХ — амплитудно-частотная характеристика, то есть насколько оно усиливает каждую частоту. У вокального микрофона часто есть подъём «присутствия» в районе нескольких килогерц, у колонки свои горбы, а комната вообще устроена как гребёнка из резонансов.
С комнатой разберёмся подробнее. Звук доходит до микрофона не одним путём, а десятками: напрямую, от пола, от потолка, от каждой стены. Пути разной длины, и на одних частотах волны складываются, на других гасят друг друга. В итоге АЧХ комнаты похожа на расчёску с зубцами разной высоты; по оценке Манфреда Шрёдера, которую приводит тот же обзор, соседние пики в отклике помещения отстоят в среднем примерно на 10 Гц. Подробно про отражения и гулкость я писал в отдельной статье.
Теперь сложите все кривые: микрофон, усилитель, колонку, комнату. Когда вы поднимаете громкость, вся суммарная кривая едет вверх целиком. Первым до порога доходит самый высокий зубец, у которого вдобавок совпала фаза. Он и свистит. Остальные частоты ещё в безопасности — именно поэтому вой звучит как чистый тон, а не как шум.
Отсюда простое «ага». Сдвиньте микрофон на полметра — и вой часто меняет высоту или пропадает. Дело не в том, что «там тише»: изменились длины путей, а значит, и то, у какого зубца совпадает фаза. Для масштаба: звук проходит метр примерно за 3 миллисекунды. Это ровно период частоты около 340 Гц, так что даже небольшое перемещение заметно сдвигает весь фазовый рисунок.
Почему поднести микрофон к колонке — худший вариант
Самый быстрый способ вызвать визг знает каждый: направить микрофон на колонку и подойти поближе. Тут работают сразу три механизма.
Закон обратных квадратов
Звук от точечного источника расходится сферой, и его энергия размазывается по всё большей площади. Площадь сферы растёт как квадрат радиуса, поэтому при уменьшении расстояния вдвое уровень растёт примерно на 6 дБ. В комнате отражения немного смазывают эту картину, но вблизи колонки она работает почти точно. Подошли к колонке с двух метров на полметра — в четыре раза ближе, плюс 12 дБ колонки в микрофоне. А голос остался на прежнем расстоянии от сетки. Отношение «голос к колонке» ухудшилось на 12 дБ, хотя никто не трогал ни одной ручки.
Тот же закон работает и в вашу пользу. В справочнике Bose для живого звука прямо сказано: каждое сокращение расстояния от рта до микрофона вдвое даёт примерно 6 дБ дополнительного усиления до обратной связи. Пел с двадцати сантиметров, поднёс к губам на пять — это те же 12 дБ, только в нужную сторону.
Диаграмма направленности
Почти все вокальные микрофоны направленные. Самая распространённая диаграмма — кардиоида, похожая на перевёрнутое сердечко: громче всего микрофон слышит спереди, по бокам хуже, а прямо сзади — меньше всего. В материале Yamaha о борьбе с обратной связью это сформулировано практично: кардиоида лучше всего глушит звук под 180 градусов, туда и ставят сценический монитор. У суперкардиоиды бока подавлены сильнее, но сзади есть маленький «хвостик» чувствительности, поэтому её глухие зоны под углом примерно 120 и 240 градусов, и монитор ставят туда, а не строго сзади.
Направить микрофон сеткой на колонку — значит подставить ей самую чувствительную сторону. Вы буквально меняете местами то, что микрофон должен слышать, и то, что должен игнорировать.
Ладонь на сетке
Отдельная беда — привычка рэперов и караоке-певцов держать микрофон за сетку. Направленность кардиоиды получается за счёт отверстий сзади и сбоку капсюля: через них звук попадает на мембрану с другой стороны и гасит то, что пришло с тыла. Закройте их ладонью — и, как предупреждает Yamaha, направленный микрофон фактически становится всенаправленным и начинает фонить на гораздо меньшей громкости. Ладонь лодочкой перед сеткой тоже плоха: она отражает звук прямо в капсюль.
Мифы: дорогой микрофон и «просто убавь громкость»
«Чем дороже микрофон, тем меньше фонит»
Частично миф. Распространённая версия звучит так: у дорогого микрофона меньше чувствительность, значит, он «не слышит» колонку. Bose специально разбирает это в заметке о чувствительности микрофона и обратной связи: если взять микрофон в два раза менее чувствительный, вы добавите ровно столько же усиления, чтобы голос звучал так же громко, — и колонка в петле вернётся к прежнему уровню. Обратная связь наступит при той же громкости в зале. Решает одно: насколько лучше микрофон слышит нужный источник, чем систему. Чувствительность в это уравнение не входит.
Чем действительно может помочь удачный микрофон — это диаграммой направленности. Диаграмма у любого капсюля немного меняется с частотой, и у одних моделей глухая зона ровнее и глубже, чем у других; суперкардиоида при правильной расстановке монитора может дать больше запаса, чем кардиоида. Но это свойство конкретной модели и её диаграммы, а не цены. Платите вы за глухую зону, а не за волшебный иммунитет. Поставьте дорогой микрофон сеткой к колонке — и он засвистит так же бодро.
«Просто убавь громкость»
Это правда, но неполная. Уменьшить усиление — самый надёжный способ сразу остановить вой: кривая петли целиком опускается под порог. Проблема в том, что голос при этом становится тише ровно на столько же. Отношение «голос к колонке» вы не изменили, а значит, упрётесь в ту же стену, как только захотите, чтобы вас было слышно. Поэтому громкость — аварийный тормоз, а лечение — расстояние, направление и эквалайзер: они меняют саму петлю, и после них ручку громкости можно поднять выше, чем до.
Почему помогают эквалайзер и подавители обратной связи
Раз свистит один зубец, логично срезать именно его, не трогая остальное. Так звукорежиссёры и делают, это называется «прозвонить» систему. Во второй части руководства Yamaha порядок такой: сначала фильтр низких частот на вокальный канал, чтобы убрать гул и низкочастотный вой, затем медленно поднимают громкость, пока что-то не зазвенит, находят эту полосу на эквалайзере и опускают её на несколько децибел. Потом снова поднимают громкость до следующего звона. Типичные подозреваемые, по опыту авторов, — 400 Гц, 630 Гц, 1,6 кГц и 4 кГц, хотя в вашей комнате могут быть другие.
Чем уже вырез, тем меньше страдает тембр голоса, поэтому параметрический эквалайзер с узкой полосой лучше графического. Автоматический подавитель обратной связи делает то же самое сам: ищет в сигнале тон, который подозрительно долго держится и торчит над соседними частотами, и ставит на него очень узкий режекторный фильтр.
Есть и более хитрый приём, придуманный Шрёдером ещё в начале 1960-х: сдвигать весь сигнал по частоте на несколько герц, около 5 Гц. Тогда звук, вернувшийся по петле, каждый раз попадает уже на соседнюю частоту, и пики комнаты перестают накачиваться. Обзор из Лёвена приводит цифры: ручные методы (правильная расстановка и эквалайзер) дают обычно 5–8 дБ запаса, сдвиг частоты — до 6 дБ без слышимых артефактов. Это ощутимо, но не бесконечно: законы физики подавитель не отменяет, он лишь срезает самые высокие зубцы.
Почему фонит микрофон в караоке на колонке
Портативная караоке-колонка собирает все худшие условия в одной коробке. Колонка и микрофон в метре друг от друга, комната маленькая и с голыми стенами, певец держит микрофон на уровне груди и часто опускает его сеткой вниз — прямо на динамик. Плюс ручка эха, выкрученная для красоты: она тянет каждый звук и делает подзвон на грани возбуждения заметнее.
Что из физики следует на практике:
Встаньте за колонкой или сбоку от неё, а не перед динамиком. Колонка излучает в основном вперёд — Yamaha советует ставить колонки перед микрофонами, а не за ними.
Держите микрофон у губ и за ручку, не за сетку. Это бесплатные 6–12 дБ.
Не опускайте микрофон сеткой к колонке в паузах — именно в этот момент он обычно и визжит.
Убавьте эхо и бас на колонке, а громкость микрофона поднимайте после того, как поставили всё на места.
Если свистит всё равно, отойдите на пару шагов: каждое удвоение расстояния до колонки отнимает у петли около 6 дБ.
«Фонит» бывает разным: свист и гул 50 Гц
В быту «фонит» называют две совершенно разные вещи. Первая — всё, о чём было выше: высокий или средний вой, который зависит от того, где стоит микрофон и куда он смотрит. Вторая — ровный низкий гул, «ж-ж-ж» или «у-у-у», который не растёт сам по себе и не зависит от положения микрофона.
Гул — это электричество из розетки, попавшее в сигнал. В нашей сети ток меняет направление с частотой 50 Гц, отсюда низкая нота. Самая частая причина — так называемая петля заземления: два устройства подключены к разным розеткам, между их «землями» есть небольшая разница потенциалов, и через экран соединительного кабеля течёт ток, который и становится частью звука. Механизм подробно разобран в технической заметке Jensen Transformers о фоне в несимметричных соединениях. Там же объяснено, почему противнее всего не сам гул, а «жужжание» — гармоники частоты сети: ухо на тихих уровнях гораздо чувствительнее к частотам 2–5 кГц.
Отличить одно от другого можно за пять секунд. Отверните микрофон от колонки или прикройте его канал на пульте: обратная связь замолкает сразу, а наводка, пришедшая по кабелям после микрофона, остаётся. Гул не меняет высоты, сколько микрофоном ни води, и не нарастает. Как искать источник гула и треска, я разбирал в отдельной статье.
Коротко
— Свист — это петля «микрофон → усилитель → колонка → микрофон», в которой на одной частоте звук за круг не слабеет и возвращается в фазе.
— Свистит одна нота, потому что у цепочки вместе с комнатой АЧХ в зубцах, и первым порог пробивает самый высокий зубец.
— Ближе в 2 раза — громче на 6 дБ. Микрофон ко рту — в вашу пользу, микрофон к колонке — против.
— Колонку ставят в глухую зону микрофона: для кардиоиды прямо сзади, для суперкардиоиды под углом. Сетку ладонью не закрывают.
— Дорогой микрофон сам по себе не спасает, чувствительность вообще ни при чём. Убавить громкость — аварийный тормоз, а не лечение.
— Эквалайзер и подавители срезают узкие пики и дают несколько децибел запаса, но не отменяют физику.
— Ровный низкий гул — не обратная связь, а наводка 50 Гц из сети, и лечится он проводами и розетками, а не эквалайзером.
Пока нет комментариев