Что вызывает этот странный шум в паре раций?

Это называется обратная связь . Вот что происходит:

Когда Алиса нажимает кнопку ПЕРЕДАЧА, она включает микрофон ее радиоприемника и, следовательно, начинает передавать любой шум, попадающий в микрофон. Когда радиоприемник Боба находится в режиме ПРИЕМ, его динамик включен, и он воспроизводит все, что он принимает в данный момент, что в данном случае является аудиосигналом, передаваемым с микрофона в радиоприемнике Алисы, который реагирует на любой источник звука рядом с Алисой.

Когда Алиса приближается к Бобу, ее микрофон начинает улавливать шумы, исходящие из динамика Боба, которые ее радиоприемник затем передает на радиоприемник Боба, который воспроизводит его через динамик Боба, который улавливает микрофон в радиоприемнике Алисы, и т. д., и т. п. Сигнал зацикливается снова и снова, становясь все сильнее по мере того, как Алиса приближается к Бобу.

Критический случай для наилучшего зацикливания возникает, когда звук в петле имеет длину волны в воздухе, приблизительно равную расстоянию между двумя радиостанциями, которое на расстоянии 10 футов составляет около 100 Гц, на расстоянии 1 фута — 1000 Гц, а на расстоянии 1 дюйма — около 12 000 Гц. Гц, поэтому высота обратной связи будет повышаться и повышаться по мере приближения радиостанций друг к другу.

Ответ Нильса Нильсена довольно хорошо описывает явление звуковой обратной связи , но я не уверен в их объяснении вашего наблюдения о том, что высота визга обратной связи возрастает по мере того, как радиоприемники собираются вместе.

В частности, если звук, который вы слышите, имеет длину волны, равную расстоянию между радиоприемниками, как, по-видимому, подразумевает ответ Нильса, то вы ожидаете, что сначала услышите низкий гул, который только поднимается до «пронзительного визга», когда радиоприемники расположены очень близко друг к другу, всего в нескольких дюймах друг от друга. Но на практике то, что я наблюдал (и то, что вы, кажется, также описываете), это звук, начинающийся на довольно высокой частоте, как только радиоприемники сближаются достаточно близко друг к другу, чтобы вообще создать обратную связь, и только умеренно нарастает по мере их удаления. уменьшается.

Вместо этого я подозреваю, что эффект повышения высоты тона в основном создается частотными характеристиками динамика и микрофона вашего радиоприемника. Эти отклики обычно имеют пик на довольно высокой частоте, вероятно, где-то между 1 кГц и 10 кГц, и более или менее постепенно падают как выше, так и ниже этой частоты.

^{Кривые АЧХ двух качественных профессиональных микрофонов (Октава 319 и Shure SM58) в логарифмической шкале. Исходное изображение Грегори Максвелла (© 2005) с Wikimedia Commons , используется по лицензии CC BY-SA 3.0 .}

Теперь, когда ваши радиоприемники включены и расположены достаточно близко друг к другу, усиление контура будет расти на всех частотах* просто потому, что чем ближе микрофон к динамику, тем громче он улавливает звук. В какой-то момент усиление контура превысит 100% для некоторой частоты и начнет резонировать на этой частоте. И эта начальная доминирующая частота будет той, для которой частотная характеристика вашего динамика и микрофона, умноженных вместе, будет самой высокой.

Далее происходит то, что громкость доминирующей частоты будет расти экспоненциально, пока она не станет настолько громкой, что начнет обрезаться или, в более общем смысле, искажаться другими нелинейностями в вашей петле обратной связи. Это всегда произойдет в конце концов, потому что в противном случае объем будет увеличиваться бесконечно, что, очевидно, физически невозможно. А на практике это произойдет всего за несколько циклов обратной связи, т.е. за малые доли секунды.

Это нелинейное искажение будет подавлять начальную резонансную частоту и останавливать дальнейшее увеличение громкости после определенной точки, но оно также имеет еще один эффект: оно создает обертоны с частотой, кратной исходной. И если эти обертоны также могут резонировать с усилением более 100%, они будут делать это и становиться громче, пока они тоже не начнут обрезаться и искажаться.

Теперь все становится довольно сложно, поскольку разные резонансные частоты будут нелинейно интерферировать друг с другом. Но я интуитивно ожидаю, что окончательная форма волны, к которой будет сходиться этот нелинейный резонансный процесс, будет, скорее всего, чем-то близким к прямоугольной волне с основной частотой, близкой к самой высокой частоте, на которой система может резонировать , т. е. где (линейный, низкий уровень громкости) коэффициент усиления контура микрофон-динамик-микрофон чуть превышает 100%.

И, как я уже отмечал, комбинированная кривая частотной характеристики динамика и микрофона обычно имеет тенденцию более или менее плавно снижаться выше пиковой частоты. (Насколько постепенно это будет во многом зависеть от конкретного микрофона и динамика, а также от электроники между ними.) Сближение динамика и микрофона увеличит кривую отклика, сохраняя при этом ее форму более или менее одинаковой. . Это увеличит диапазон частот, в котором возможен резонанс с усилением более 100%, и, в частности, поднимет его верхнюю границу до более высокой частоты. И поскольку нелинейность в системе заставит ее колебаться примерно на этой частоте, вы услышите, что высота визга обратной связи возрастает по мере того, как динамик и микрофон приближаются друг к другу.

*) Технически точная длина аудиотракта между вашими радиостанциями (и любой фазовый сдвиг, вносимый самими радиостанциями) также имеет значение, поскольку для того, чтобы частота испытала устойчивый резонанс, она должна вернуться к исходной точке в одно и то же время. фаза в том виде, в каком она была первоначально оставлена. Если в самих радиоприемниках нет фазового сдвига, это фактически означает, что расстояние между радиоприемниками должно быть кратно длине волны резонансной частоты.

На практике, однако, это мало что меняет, по крайней мере, когда радиостанции не расположены рядом друг с другом. Чтобы понять почему, обратите внимание, что скорость звука в воздухе составляет около 340 м/с, а это означает, что звуковая волна частотой 10 кГц имеет длину волны около 3,4 см (≈ 1,3 дюйма). Если ваши приемники находятся, скажем, на расстоянии ровно 3,4 метра друг от друга, то между ними укладывается ровно 100 длин волн на частоте 10 кГц, поэтому 10 кГц действительно является резонансной частотой для этой системы. Но таковы же 9,9 кГц и 10,1 кГц, поскольку для этих частот расстояние между говорящим и приемником составляет ровно 99 или 101 длину волны соответственно, и действительно, такова любая частота, которая оказывается кратной основной частоте 100 Гц для этого расстояния . .

Теперь, если вы немного переместите радиоприемники, эта основная частота также немного изменится. Но пока он довольно низкий — скажем, несколько сотен Гц — вы, вероятно, все еще найдете множество его целых кратных в резонансном диапазоне пары кГц. И одна из них — скорее всего, самая высокая — будет основной частотой, которую вы услышите в визге обратной связи (вместе с его обертонами, создаваемыми нелинейным искажением).