¿Qué causa este ruido extraño en un par de walkie-talkies?

Se llama retroalimentación . Esto es lo que sucede:

Cuando Alice presiona TRANSMIT, enciende el micrófono en su radio y, por lo tanto, comienza a transmitir cualquier ruido que llegue al micrófono. Con la radio de Bob en RECIBIR, su altavoz se enciende y reproduce todo lo que recibe en ese momento, que en este caso es la señal de audio transmitida desde el micrófono de la radio de Alice, que responde a cualquier fuente de sonido cerca de Alice.

Cuando Alice se acerca a Bob, su micrófono comienza a detectar ruidos provenientes del parlante de Bob, que luego su radio transmite a la radio de Bob, que lo reproduce a través del parlante de Bob, que es captado por el micrófono en la radio de Alice, etc., etc. y el la señal da vueltas y vueltas y más vueltas, haciéndose más fuerte todo el tiempo a medida que Alice se acerca a Bob.

El caso crítico para el mejor bucle ocurre cuando un sonido en el bucle tiene una longitud de onda en el aire aproximadamente igual a la distancia entre las dos radios, que a 10 pies es aproximadamente 100 Hz, a 1 pie es 1000 Hz y a 1 pulgada es aproximadamente 12,000 Hz, por lo que el tono de la retroalimentación aumentará cada vez más a medida que las radios se acerquen entre sí.

La respuesta de Niels nielsen describe bastante bien el fenómeno de la retroalimentación de audio , pero no estoy convencido por su explicación de su observación de que el tono del chillido de retroalimentación aumenta a medida que se juntan las radios.

En particular, si el sonido que escuchó tenía una longitud de onda igual a la distancia entre las radios, como parece implicar la respuesta de niels, entonces esperaría escuchar inicialmente un zumbido bajo que solo se eleva a un "chirrido agudo" cuando las radios están muy cerca una de la otra, a solo unos centímetros de distancia. Pero en la práctica, lo que he observado (y lo que usted también parece describir) es que el sonido comienza en una frecuencia bastante alta tan pronto como las radios se acercan lo suficiente como para crear retroalimentación, y solo aumenta moderadamente a medida que se distancian. disminuye

En cambio, sospecho que el efecto de tono ascendente se crea principalmente por las respuestas de frecuencia del altavoz y el micrófono de sus radios. Estas respuestas tienden a alcanzar un pico típicamente en una frecuencia bastante alta, probablemente entre 1 kHz y 10 kHz, y caen más o menos gradualmente tanto por encima como por debajo de eso.

^{Curvas de respuesta de frecuencia de dos micrófonos profesionales de alta calidad (Oktava 319 y Shure SM58) en una escala logarítmica. Imagen original de Gregory Maxwell (© 2005) a través de Wikimedia Commons , utilizada bajo la licencia CC BY-SA 3.0 .}

Ahora, a medida que sus radios se encienden y se acercan lo suficiente, la ganancia del bucle aumentará en todas las frecuencias* simplemente porque cuanto más cerca esté el micrófono del altavoz, más fuerte captará su sonido. En algún momento, la ganancia del bucle superará el 100% para alguna frecuencia y comenzará a resonar en esa frecuencia. Y esa frecuencia dominante inicial será aquella para la cual la respuesta de frecuencia de su altavoz y micrófono, multiplicados juntos, sea más alta.

Ahora, lo que sucede a continuación es que el volumen de la frecuencia dominante aumentará exponencialmente hasta que se vuelva tan fuerte que comience a recortarse o, más generalmente, se distorsione por otras no linealidades en su ciclo de retroalimentación. Esto siempre sucederá eventualmente, porque de lo contrario el volumen aumentaría para siempre sin límite, lo que obviamente es físicamente imposible. Y en la práctica sucederá en unos pocos ciclos de retroalimentación, es decir, en una pequeña fracción de segundo.

Esta distorsión no lineal suprimirá la frecuencia resonante inicial y evitará que su volumen aumente más allá de cierto punto, pero también tiene otro efecto: crea sobretonos en múltiplos de la frecuencia original. Y si esos armónicos también pueden resonar con una ganancia superior al 100 %, lo harán y aumentarán su volumen hasta que también comiencen a recortarse y distorsionarse.

Ahora, en este punto, las cosas se complican bastante, ya que las diferentes frecuencias resonantes interferirán de forma no lineal entre sí. Pero lo que intuitivamente esperaría que sucediera es que la forma de onda final a la que convergerá este proceso de resonancia no lineal es probablemente algo cercano a una onda cuadrada con una frecuencia fundamental cercana a la frecuencia más alta en la que el sistema puede resonar , es decir, donde el La ganancia (lineal, de bajo volumen) del bucle micrófono-altavoz-micrófono está apenas por encima del 100%.

Y, como señalé, la curva de respuesta de frecuencia combinada del altavoz y el micrófono generalmente tenderá a descender más o menos gradualmente por encima de su frecuencia máxima. (La forma gradual dependerá mucho del micrófono y el altavoz específicos que tenga, y también de la electrónica entre ellos). Acercar el altavoz y el micrófono aumentará la curva de respuesta, manteniendo su forma más o menos igual. . Esto aumentará el rango de frecuencia en el que es posible la resonancia con más del 100% de ganancia y, en particular, elevará su extremo superior a una frecuencia más alta. Y dado que las no linealidades en el sistema harán que oscile aproximadamente a esa frecuencia, lo que escuchará es el tono del chirrido de retroalimentación que sube a medida que el altavoz y el micrófono se acercan.

*) Técnicamente, la longitud exacta de la ruta de audio entre sus radios (y cualquier cambio de fase introducido por las propias radios) también es importante, ya que para que una frecuencia experimente una resonancia estable, debe volver a su punto de partida al mismo tiempo. fase como la dejó originalmente. Si no hay cambio de fase en las radios, esto significa que la distancia entre las radios debe ser un múltiplo de la longitud de onda de la frecuencia resonante.

Sin embargo, en la práctica, esto hace una diferencia bastante pequeña, al menos cuando las radios no están una al lado de la otra. Para ver por qué, tenga en cuenta que la velocidad del sonido en el aire es de unos 340 m/s, lo que significa que una onda de sonido de 10 kHz tiene una longitud de onda de unos 3,4 cm (≈ 1,3 pulgadas). Si sus receptores están separados, digamos, exactamente a 3,4 metros, entonces caben exactamente 100 longitudes de onda entre ellos a 10 kHz, por lo que 10 kHz es de hecho una frecuencia resonante para este sistema. Pero también lo son 9,9 kHz y 10,1 kHz, ya que para esas frecuencias la distancia entre el altavoz y el receptor es exactamente de 99 o 101 longitudes de onda respectivamente, y de hecho lo es cualquier frecuencia que resulte ser un múltiplo de la frecuencia fundamental de 100 Hz para esta distancia . .

Ahora, si mueves un poco las radios, esta frecuencia fundamental también cambia un poco. Pero siempre que sea bastante bajo, digamos, unos pocos cientos de Hz, es probable que aún encuentre muchos múltiplos enteros en el rango resonante de un par de kHz. Y uno de ellos, probablemente el más alto, será la frecuencia principal que escuchará en el chirrido de retroalimentación (junto con sus sobretonos creados por la distorsión no lineal).