Umpan balik audio

Umpan balik audio (juga dikenal sebagai acoustic feedback atau cukup disebut feedback) adalah situasi umpan balik positif yang dapat terjadi ketika ada jalur akustik antara keluaran audio (misalnya, pengeras suara) dan masukan audionya (misalnya, mikrofon atau pickup gitar). Dalam contoh ini, sinyal yang diterima oleh mikrofon diperkuat dan dikeluarkan melalui pengeras suara. Suara dari pengeras suara kemudian dapat kembali diterima oleh mikrofon, diperkuat lebih lanjut, lalu dikeluarkan kembali melalui pengeras suara. Frekuensi dari suara melengking yang dihasilkan ditentukan oleh frekuensi resonansi pada mikrofon, amplifier, dan pengeras suara, akustik ruangan, pola tangkap dan pancar dari mikrofon serta pengeras suara, serta jarak di antara keduanya. Prinsip umpan balik audio pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Denmark, Søren Absalon Larsen, sehingga fenomena ini juga dikenal sebagai efek Larsen.

Diagram blok aliran sinyal untuk loop umpan balik umum^[1]:118

Feedback hampir selalu dianggap tidak diinginkan ketika terjadi pada mikrofon penyanyi atau pembicara di acara yang menggunakan sistem penguat suara atau sistem PA. Teknisi audio biasanya menggunakan mikrofon arah dengan pola tangkap kardioid dan berbagai perangkat elektronik seperti equalizer, dan sejak tahun 1990-an, alat penekan umpan balik otomatis untuk mencegah feedback, yang dapat mengganggu kenikmatan penonton dan bahkan merusak peralatan atau pendengaran.

Sejak tahun 1960-an, pemain gitar listrik dalam band musik rock yang menggunakan amplifier gitar keras, kabinet speaker, dan efek distorsi sengaja menciptakan umpan balik gitar untuk menghasilkan suara yang berbeda, termasuk nada panjang yang tidak dapat dihasilkan dengan teknik bermain standar. Suara umpan balik gitar dianggap sebagai efek musikal yang diinginkan dalam musik heavy metal, hardcore punk, dan grunge. Jimi Hendrix adalah pelopor dalam penggunaan umpan balik gitar secara sengaja dalam solo gitarnya untuk menciptakan suara musikal yang unik.

Sejarah dan Teori

Kondisi terjadinya feedback mengikuti kriteria stabilitas Barkhausen, yaitu bahwa dengan penguatan (gain) yang cukup tinggi, osilasi stabil dapat (dan biasanya akan) terjadi dalam suatu rangkaian feedback pada frekuensi di mana penundaan fase merupakan kelipatan bilangan bulat dari 360 derajat dan penguatan pada frekuensi tersebut sama dengan 1. Jika penguatan sinyal kecil (small-signal gain) lebih besar dari 1 pada suatu frekuensi tertentu, sistem akan mulai berosilasi pada frekuensi tersebut karena derau (noise) pada frekuensi tersebut akan diperkuat. Suara akan dihasilkan tanpa ada yang benar-benar memainkan instrumen apa pun. Tingkat suara akan meningkat hingga keluaran mulai clipping, sehingga mengurangi loop gain menjadi tepat satu (unity). Prinsip ini menjadi dasar bagi osilator elektronik; dalam kasus tersebut, meskipun rangkaian feedback sepenuhnya elektronik, prinsipnya tetap sama. Jika gain besar namun sedikit kurang dari 1, maka akan terjadi ringing, tetapi hanya ketika sudah ada setidaknya sebagian suara masukan yang dikirim melalui sistem.

Penelitian akademis awal mengenai acoustical feedback dilakukan oleh Dr. C. Paul Boner.^[2][3] Boner bertanggung jawab dalam mengembangkan teori dasar mengenai acoustic feedback, room-ring modes, dan teknik room-sound system equalizing. Boner berpendapat bahwa ketika feedback terjadi, hal itu terjadi pada satu frekuensi tertentu. Ia juga berkesimpulan bahwa feedback dapat dihentikan dengan memasukkan penyaring notch yang sangat sempit pada frekuensi tersebut dalam rantai sinyal pengeras suara.^[4] Ia bekerja sama dengan Gifford White, pendiri White Instruments, untuk membuat notch filter sesuai frekuensi feedback spesifik di ruangan tertentu.^[5]

Jarak

Untuk memaksimalkan gain sebelum feedback terjadi, jumlah energi suara yang dipantulkan kembali ke mikrofon harus dikurangi sebisa mungkin. Tekanan suara berkurang sebesar 1/r terhadap jarak r di ruang bebas, atau hingga jarak tertentu yang dikenal sebagai jarak reverberasi di ruang tertutup (dan kerapatan energi berkurang sebesar 1/r²). Oleh karena itu, penting untuk menjaga jarak mikrofon cukup jauh dari sistem pengeras suara. Selain itu, mikrofon sebaiknya tidak ditempatkan di depan speaker, dan pengguna mikrofon harus diingatkan untuk tidak mengarahkan mikrofon ke kabinet speaker.

Directivity (arah pancaran)

Selain itu, pengeras suara dan mikrofon sebaiknya memiliki directivity yang tidak seragam sehingga terhindar dari area sensitivitas maksimum satu sama lain—idealnya diarahkan ke arah yang saling membatalkan. Sistem adres publik sering kali mencapai directivity pada wilayah frekuensi menengah dan tinggi (serta efisiensi yang baik) dengan menggunakan sistem horn. Terkadang bagian woofer memiliki karakteristik kardioid.

Dalam pengaturan profesional, feedback dihindari dengan menempatkan speaker utama jauh dari band atau artis, dan menyediakan beberapa speaker kecil yang dikenal sebagai monitor yang menghadap kembali ke tiap anggota band, tetapi dengan arah berlawanan dari arah mikrofon. Konfigurasi ini memanfaatkan mikrofon dengan pola tangkap kardioid yang umum digunakan dalam sistem penguat suara sehingga mengurangi peluang terjadinya feedback dan memungkinkan pengendalian tingkat tekanan suara secara terpisah antara penonton dan para pemain.

Respons frekuensi

Hampir selalu, respons frekuensi alami dari sistem penguat suara tidak benar-benar datar karena hal ini dapat menyebabkan acoustic feedback pada frekuensi dengan loop gain tertinggi. Frekuensi tersebut bisa berupa resonansi yang jauh lebih tinggi dibandingkan rata-rata gain di seluruh frekuensi lainnya. Oleh karena itu, membantu untuk menerapkan beberapa bentuk equalization guna mengurangi gain pada frekuensi tertentu tersebut.

Feedback dapat dikurangi secara manual dengan melakukan ringing out pada sistem suara sebelum pertunjukan. Teknisi suara akan meningkatkan level mikrofon hingga terjadi feedback, lalu mengurangi frekuensi yang relevan menggunakan equalizer untuk mencegah feedback pada frekuensi tersebut namun tetap mempertahankan volume yang cukup pada frekuensi lainnya. Banyak teknisi suara profesional dapat mengidentifikasi frekuensi feedback secara langsung melalui pendengaran, namun beberapa menggunakan real-time analyzer untuk mengidentifikasi frekuensi ringing.

Untuk menghindari feedback, dapat digunakan automatic feedback suppressor. Beberapa perangkat bekerja dengan sedikit menggeser frekuensi, sehingga menghasilkan suara "chirp" alih-alih suara melengking khas feedback yang tidak tertangani. Perangkat lain menggunakan notch filter tajam untuk menyaring frekuensi yang bermasalah. Algoritma adaptif sering kali digunakan untuk secara otomatis menyesuaikan notch filter ini.

Penggunaan sengaja

Untuk secara sengaja menciptakan umpan balik (feedback), seorang pemain gitar listrik membutuhkan amplifier gitar dengan penguatan (gain) yang sangat tinggi atau gitar yang didekatkan ke speaker. Gitaris kemudian membiarkan senar bergetar bebas dan mendekatkan gitar ke loudspeaker dari amplifier gitar. Penggunaan efek distorsi juga menambah penguatan dan mempermudah terciptanya feedback yang disengaja.

Contoh awal dalam musik populer

Penggunaan feedback akustik secara sengaja dipelopori oleh gitaris blues dan rock and roll seperti Willie Johnson, Johnny Watson, dan Link Wray. Menurut Richie Unterberger dari AllMusic, penggunaan feedback pertama kali pada rekaman rock komersial ada di bagian intro lagu "I Feel Fine" oleh The Beatles, direkam tahun 1964.^[6] Jay Hodgson juga setuju bahwa feedback yang diciptakan oleh John Lennon dengan menyandarkan gitar semi-akustiknya ke amplifier adalah yang pertama tampil di lagu populer yang menempati tangga lagu.^{[1]:120–121} Lagu The Who tahun 1965 "Anyway, Anyhow, Anywhere" dan "My Generation" menampilkan manipulasi feedback oleh Pete Townshend, dengan solo panjang di lagu pertama dan menggoyangkan gitar di depan amplifier untuk menciptakan suara berdenyut di lagu kedua. Lagu "Fried Hockey Boogie" oleh Canned Heat juga menampilkan feedback gitar yang diciptakan oleh Henry Vestine selama solo-nya, menciptakan gaya boogie terdistorsi yang sangat kuat. Pada tahun 1963, Brian May remaja dan ayahnya membangun gitar khasnya, Red Special, yang sengaja dirancang agar bisa menghasilkan feedback.^[7][8]

Feedback digunakan secara luas setelah 1965 oleh The Monks,^[9] Jefferson Airplane, The Velvet Underground, dan Grateful Dead, yang sering menampilkan segmen berjudul Feedback dalam konser langsung mereka—sebuah improvisasi berbasis feedback yang berlangsung beberapa menit. Feedback kemudian menjadi ciri khas dalam musik rock, saat pemain gitar listrik seperti Jeff Beck, Pete Townshend, Dave Davies, Steve Marriott, dan Jimi Hendrix secara sengaja memicu feedback dengan mendekatkan gitar ke speaker amplifier. Contoh feedback bisa didengar dalam penampilan Hendrix pada lagu "Can You See Me?" di festival Monterey Pop Festival, di mana seluruh solo gitar diciptakan dengan feedback dari amplifier.^[10] Gitaris jazz Gábor Szabó adalah salah satu musisi jazz awal yang menggunakan feedback terkontrol, terlihat jelas dalam album live-nya The Sorcerer (1967). Metode Szabó melibatkan gitar akustik datar dengan pickup magnetik.^[11] Lou Reed membuat album Metal Machine Music (1975) sepenuhnya dari loop feedback yang diputar dengan kecepatan berbeda.

Intro, transisi, dan penutupan fade-out

Selain "I Feel Fine", feedback digunakan dalam intro lagu seperti "Foxy Lady" (Jimi Hendrix), "It's All Too Much" (The Beatles), "Crosstown Traffic" (Hendrix), "Little Wonder" (David Bowie), "New York City Cops" (The Strokes), "Fair" (Ben Folds Five), "Road to Recovery" (Midnight Juggernauts), "Radio Friendly Unit Shifter" (Nirvana), "Tumbledown" dan "Catchfire" (The Jesus and Mary Chain), "Waterfall" (The Stone Roses), "Tahitian Moon" (Porno for Pyros), "Stinkfist" (Tool), serta "Prayer For Rain" (The Cure).^{[1]:121–122} Contoh feedback yang dikombinasikan dengan peningkatan volume cepat (volume swell) sebagai transisi terdapat pada lagu "My Name Is Jonas" dan "Say It Ain't So" (Weezer); "Reptilia", "New York City Cops", dan "Juicebox" (The Strokes); "As I Am" (Dream Theater); serta berbagai lagu dari Meshuggah dan Tool.^{[1]:122–123}

Penutupan lagu dengan fade-out feedback kacau biasanya digunakan untuk menimbulkan (bukan mengurangi) ketegangan, sering kali dipadukan dengan cross-fade setelah pelepasan tema dan musik. Contoh dapat ditemukan dalam remix "The Great Destroyer" oleh Modwheelmood (lagu aslinya dari Nine Inch Nails); serta lagu-lagu The Jesus and Mary Chain seperti "Teenage Lust", "Tumbledown", "Catchfire", "Sundown", dan "Frequency".^[1]:123

Contoh dalam musik klasik modern

Meskipun feedback sirkuit tertutup merupakan fitur utama dalam banyak komposisi musik elektronik eksperimental awal, penggunaan feedback akustik secara sengaja sebagai bahan suara mendapatkan tempat penting lewat komposisi seperti Variations II (1961) oleh John Cage, yang dibawakan oleh David Tudor, dan The Wolfman (1964) oleh Robert Ashley. Steve Reich menggunakan feedback secara luas dalam karyanya Pendulum Music (1968), dengan mengayunkan serangkaian mikrofon di depan amplifier-nya masing-masing.^[12]:88 Hugh Davies^[12]:84 dan Alvin Lucier^[12]:91 juga menggunakan feedback dalam karya mereka. Komposer Roland Kayn banyak menggunakan sistem audio berbasis feedback dalam komposisinya, yang ia sebut sebagai "musik sibernetik (cybernetic music)".^[13][14] Contoh lebih baru dapat ditemukan dalam karya Lara Stanic,^[12]:163 Paul Craenen,^[12]:159 Anne Wellmer,^[12]:93 Adam Basanta,^[15] Lesley Flanigan,^[16] Ronald Boersen,^[17] Erfan Abdi,^[18] dan Tyler Quinn.^[19]

Feedback bernada

Melodi bernada dapat sepenuhnya diciptakan dari feedback dengan cara mengubah sudut antara gitar dan amplifier setelah loop feedback terbentuk. Contoh penggunaan teknik ini dapat ditemukan dalam lagu "Jambi" oleh Tool, permainan gitar Robert Fripp pada lagu "Heroes" milik David Bowie (versi album), serta lagu "Third Stone from the Sun" dan penampilan langsung Jimi Hendrix membawakan "Wild Thing" di Monterey Pop Festival.^[1]:119

Mengenai permainan Fripp dalam lagu “Heroes”:

Fripp berdiri di tempat yang tepat, dengan volume di level yang sesuai untuk mendapatkan feedback... Pada masa itu, Fripp memiliki teknik di mana ia mengukur jarak antara gitar dan speaker untuk tiap nada yang akan menghasilkan feedback. Misalnya, nada 'A' akan menghasilkan feedback sekitar empat kaki dari speaker, sedangkan nada 'G' mungkin sekitar tiga setengah kaki. Ia memiliki pita yang diletakkan di lantai, dan ketika memainkan nada 'F#', ia akan berdiri di titik 'F#' pada pita tersebut, sehingga nada 'F#' lebih mudah mendapatkan feedback. Ia benar-benar menghitung hal ini secara ilmiah, dan kami juga memainkan musik ini dengan volume sangat keras di studio.

— Tony Visconti^[1]:119[20]

Penggunaan kontemporer

Audio feedback menjadi ciri khas banyak band rock underground pada tahun 1980-an. Band noise-rock asal Amerika, Sonic Youth, menggabungkan tradisi feedback rock dengan pendekatan komposisi dan musik klasik (termasuk meng-cover karya "Pendulum Music" milik Steve Reich). Grup Big Black milik gitaris/produser Steve Albini juga memasukkan feedback terkontrol dalam struktur lagu-lagu mereka. Dengan munculnya gerakan rock alternatif pada 1990-an, feedback kembali populer di kalangan band-band arus utama seperti Nirvana, Red Hot Chili Peppers, Rage Against the Machine, dan The Smashing Pumpkins. Teknik "no-input mixer", yaitu menghasilkan suara dengan menyambungkan output mixer kembali ke input-nya sendiri, mulai digunakan dalam musik eksperimental elektronik dan noise oleh seniman seperti Toshimaru Nakamura.^[21]

Perangkat

Prinsip feedback digunakan dalam banyak perangkat sustain gitar. Contohnya termasuk alat genggam seperti EBow, pickup internal gitar yang meningkatkan sustain suara instrumen, serta transduser suara yang dipasang di kepala gitar. Feedback dalam sirkuit tertutup juga dapat diciptakan menggunakan unit efek, seperti pedal delay atau efek yang dikembalikan ke konsol mixer. Volume feedback dapat dikontrol dengan fader untuk menentukan tingkat volume. Salah satu contohnya adalah Boss DF-2 Super Feedbacker and Distortion, sebuah unit efek elektronik yang membantu gitaris listrik menciptakan efek feedback.^[22] Instrumen seperti halldorophone adalah alat musik dawai elektro-akustik yang dirancang khusus untuk bekerja dengan feedback berbasis senar.^[23]