Микрофон может принимать не только голос, но и звук того громкоговорителя, к которому он подключён через усилитель. Тогда получается круг: микрофон, усилитель, громкоговоритель, воздух и снова микрофон. Вернувшийся сигнал опять усиливается. Поэтому при разборе такой установки важно включить в неё и путь звука обратно. Дрейзен рассматривает этот механизм в «Курсе электроакустики» для линейной системы в открытом пространстве. [F1]
Два вклада на входе
На входе микрофона нужно различать два воздействия: исходный звук, например голос человека, и звук, вернувшийся от громкоговорителя. Они вместе формируют сигнал, который поступает дальше. Поэтому паспортное усиление усилителя ещё не описывает усиление всей установки относительно исходного звука. На результат уже влияет обратный акустический путь. Чтобы понять поведение системы, его нужно рассматривать вместе с электрическим трактом. [F1]
Кроме расстояния нужно знать, как устройства направлены друг относительно друга. Микрофон может по-разному принимать голос и звук громкоговорителя, потому что они приходят с разных направлений. У громкоговорителя тоже важно, под каким углом к его оси находится микрофон. Поэтому даже с теми же устройствами изменение их положения меняет условия обратной связи. В модели это учитывается через направленные чувствительности. [F1] [F2]
Что происходит за один обход
Затем удобно проследить один полный обход. Дрейзен описывает его «функцией обращения»: она показывает, как изменились амплитуда и фаза после прохождения всей цепочки, включая воздух между устройствами. Амплитуда говорит о величине вернувшегося воздействия. Фаза показывает, в какой момент колебания оно возвращается относительно исходного. Оба свойства нужно учитывать, потому что одинаковый уровень вернувшегося звука ещё не означает одинакового действия на колебание. [F2]
Для самовозбуждения вернувшийся сигнал должен поддерживать колебание при последующих обходах. В рассматриваемом анализе для этого нужны одновременно подходящая величина передачи по кругу и нужное соотношение фаз. Причём условия рассматривают на соответствующей частоте. Одного утверждения, что громкоговоритель сильно слышен в микрофоне, для объяснения автоколебаний мало. Здесь разбирается сам механизм; формулы книги не превращаются в готовую инструкцию по настройке аппаратуры. [F2]
Расстояние меняет не только уровень
Расстояние влияет сразу на уровень и фазу возвращающегося звука. Сначала Дрейзен рассматривает прямую сферическую волну без потерь, затем учитывает потери в воздухе. Для первого случая можно вывести простой пример: при удвоении расстояния амплитуда прямого звукового давления уменьшается вдвое, то есть примерно на 6 дБ. Это расчётное следствие сферического распространения при неизменных направлениях, прочих равных условиях и пренебрежимо малых потерях, а не измерение из книги. Одновременно меняется фаза из-за другого пути. Поэтому пример не обещает такой же прибавки к допустимому усилению всей установки, особенно в помещении. [F3]
Дальше автор получает частный предел усиления для свободного поля и упрощённых характеристик элементов в рабочем диапазоне. В результат входят расстояние и направленные чувствительности микрофона и громкоговорителя. Пользоваться этим выводом можно только вместе с его допущениями: система линейна, рассматривается прямой акустический путь, а частотное поведение коэффициентов упрощено. При другой обстановке сначала нужно выяснить, насколько эта модель ей соответствует. [F4]
Практический смысл разбора в том, чтобы сначала найти исходный и возвращённый сигналы, затем проследить полный круг и уже после этого обсуждать устойчивость. Например, при переносе микрофона имеет значение не только то, тише ли стал прямой звук громкоговорителя, но и как изменились направление и фаза возврата. В зале к этому добавляются отражения, которых рассматриваемая модель открытого пространства полностью не описывает. Поэтому одного расстояния или одного числа усиления для гарантированного устранения обратной связи здесь нет.
Источник: И. Г. Дрейзен. Курс электроакустики. Часть вторая: Звукофикация. Москва, 1940. С. 248–251; страницы PDF 249–252. Сверено со сканами.
Проверенные страницы
- F1: Раздельные вклады прямого источника и акустической обратной связи в сигнал микрофона; внутреннее и внешнее усиление; направленная чувствительность микрофона. Печатные страницы: 248.
- F2: Направление на микрофон относительно оси громкоговорителя; функция обращения описывает амплитуду и фазу полного обхода; условия самовозбуждения зависят от обоих свойств. Печатные страницы: 249.
- F3: Прямолучевая связь, сферическое распространение, учёт потерь в воздухе; зависимость амплитуды и фазы от расстояния. Печатные страницы: 250.
- F4: Частное рассмотрение свободного поля при упрощённых частотных характеристиках; предел усиления связан с расстоянием и направленными чувствительностями. Печатные страницы: 250, 251.