9.3. СОСРЕДОТОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ

Рупорные системы. Рассмотрим озвучение одним рупорным громкоговорителем с круглым выходным отверстием рупора. Расположим громкоговоритель на высоте над озвучиваемой поверхностью и направим его рабочую ось в удаленную точку плоской озвучиваемой поверхности (рис. 9.1), находящуюся на расстоянии а от рабочего центра громкоговорителя. Согласно установившейся методике будем считать, что характеристика направленности рупорного громкоговорителя с достаточной точностью аппроксимируется эллипсоидом вращения, вершина которого находится в рабочем центре излучателя, т. е. в центре выходного отверстия рупора. При таком условии диаграмма направленности в вертикальной плоскости будет пересекать плоскость озвучивания в

Рис. 9.1. К расчету озвучения плоской поверхности рупорным громкоговорителем

точках а продольная ось эллипса а будет наклонена к озвучиваемой плоскости под углом а, где Линия пересечения эллипсоида с озвучиваемой плоскостью имеет вид эллипса (см. рис. 9.1) и «называется эллипсом озвучивания. Согласно тому, что диаграмма направленности - излучателей сферической волны совпадает с изобарой [и изоклиной звуковое давление и уровень звука в точках а также на всей кривой эллипса озвучивания будут одни и те же, т. е. везде будет уровень Внутри же эллипса уровень будет выше, так как точки, лежащие на озвучиваемой плоскости между и I, находятся ближе к источнику звука, чем точки, находящиеся на диаграмме направленности между Максимальный уровень будет в точке с координатой Заметим, что эта точка не лежит на середине между Разность уровней в этой точке и в удаленной равна неравномерности озвучения в пределах всего эллипса озвучения. Если принять, что зона озвучения вписана в этот эллипс, то эта разность и будет являться неравномерностью озвучения на озвучиваемой плоскости.

Вне зоны эллипса озвучения, в том числе и на участках, лежащих между эллипсом и проекцией точки подвеса громкоговорителя, уровень будет меньше, чем в удаленной точке, т. е. это будет необслуживаемая зона. При необходимости эту зону озвучивают дополнительными громкоговорителями.

Из рис. 9.2 (кривые 1 и 2) следует, что чем ниже подвешен громкоговоритель, тем больше неравномерность озвучения, но меньше необслуживаемая зона вблизи подвеса громкоговорителя.

Рис. 9.2. Влияние высоты подвеса и направленности (рупорного громкоговорителя на величины неравномерности озвучения и неозвучиваемой поверхности: 1 и 2 — влияние высоты подвеса при одинаковой направленности; 2 и 3 — влияние направленности при одинаковой высоте подвеса

Если уменьшить высоту подвеса, но одновременно повысить его направленность в вертикальной плоскости (рис. 9.2, кривая 5), то

можно сохранить величину обслуживаемой зоны и уменьшить неравномерность озвучения.

Для озвучения широких площадей часто применяют рупорные громкоговорители с прямоугольным сечением рупора, ставя их на узкую базу, так как при такой установке ширина обслуживаемой зоны будет наибольшей, а излучение вверх — наименьшим (диаграмма направленности излучателя с прямоугольным сечением в плоскости, проходящей через рабочую ось рупора и поперечную ось излучающего отверстия, имеет больший угол излучения (см. § 6.5), чем диаграмма в плоскости, проходящей через рабочую ось рупора и продольную ось излучающего отверстия). При таком условии неравномерность озвучения будет определяться диаграммой направленности в вертикальной плоскости, а размеры эллипса озвучения определятся направленностью как в вертикальной, так и в перпендикулярной к ней поперечной плоскостях (часто ее неправильно называют горизонтальной, так как в действительности она наклонена к горизонту под углом а).

Рис. 9.3. Озвучение сложной (поверхности

Если поверхность озвучения имеет сложную форму, то ось громкоговорителя также направляют в удаленную точку на границе озвучиваемой зоны (рис. 9.3), а неравномерность озвучения определяют методом координат, который сводится к следующему.

Выберем координаты так, что вершина эллипсоида будет находиться в центре координат, ось и будет совпадать с большой осью эллипсоида, ось с продольной осью выходного отверстия рупора, ось с его поперечной осью (рис. 9.4). При таких условиях в точке с координатами (согласно

совпадению изобары с характеристикой направленности, т. е. с эллипсоидом) звуковое давление

где - звуковое давление на расстоянии от центра координат (от рабочего центра излучателя); эксцентриситеты диаграмм направленности в продольной и поперечной плоскостях Проходящих через рабочую ось излучателя. Значения этих эксцентриситетов «приводятся в справочниках.

Рис. 9.4. (Преобразование системы координат рашете звукснвьгх полей

Для удобства расчетов обычно задают координаты озвучиваемой поверхности в прямоугольной системе по длине поверхности, у — по ширине и по высоте, см. рис. 9.4). Для перехода к координатам используют следующие формулы:

Напомним, что озвучиваемая поверхность проходит выше пола или иной поверхности, на которой находятся слушатели.

Если применяют несколько рупорных громкоговорителей, расположенных на небольших расстояниях друг от друга то звуковое давление для каждого из них определяют методом координат и затем суммируют их по квадратичному закону

где — звуковые давления, развиваемые

каждым из громкоговорителей. В этом случае неравно мерность озвучения можно определить только путем постепенного поиска, т. е. путем определения уровней в ряде точек, в которых наиболее возможны максимальные и минимальные уровни.

Из-за низких качественных показателей рупорные громкоговорители применяют в основном только для передачи речевой информации. Правда, их еще используют и для передачи музыкальных программ во время демонстраций, митингов и т. п., когда уровень акустических шумов большой и другие искажения незаметны. Рупорные громкоговорители имеют высокое номинальное звуковое давление, поэтому ими можно озвучивать большое пространство с одной точки. (Рупорный громкоговоритель имеет номинальное звуковое давление 48 Па, т. е. на расстоянии он создает давление около 0,2 Па, что соответствует уровню звукового давления равному уровню очень громкой речи оратора на расстоянии от него.)

Если два рупорных громкоговорителя поставить друг на друга, то звуковое давление на оси удвоится, а диаграмма направленности в вертикальной плоскости сожмется почти вдвое по ширине (эксцентриситет изменится соответственно в раз). В таком случае уменьшится неравномерность озвучения и возрастет дальность, но не вдвое, так как с увеличением расстояния от громкоговорителей быстро нарастает затухание в воздухе. Озвучение рупорными громкоговорителями дает плохую локализацию звукового поля, в чем легко убедиться, вычислив уровни за пределами озвучиваемой поверхности.

Рупорные громкоговорители имеют хорошую осевую концентрацию излучения, и поэтому их излучение в тыльную полусферу мало, что дает возможность хорошо локализовать поле в этой полусфере (можно располагать громкоговорители близко к жилым помещениям без опасности превышения санитарных норм). Одним из недостатков систем озвучения рупорными громкоговорителями является подчеркивание ими низких частот (бубнение) в зонах, находящихся под большими углами к рабочей оси. Это обусловлено резким уменьшением направленности на частотах ниже 300 Гц, вследствие чего уровни звукового давления, создаваемые под громкоговорителем, оказываются значительно выше на этих частотах, чем в остальном диапазоне частот.

Звуковые колонки. Рассмотрим озвучение с помощью звуковой колонки. Расположим ее на высоте над озвучаемой горизонтальной плоскостью, акустическую (рабочую) ось ее направим в удаленную точку с наклоном расстояние проекции точки подвеса колонки на горизонтальную плоскость до удаленной точки.

Рис. 9.5. (см. скан) К расчету озвучения плоской поверхности звуковой колонкой: а) при высоком подвесе; б) при оптимальной высоте подвеса; в) при низкой подвеске

Согласно установившейся методике характеристика направленности звуковой колонки во фронтальной полусфере аппроксимируется полуэллипсоидом, центр которого совпадает с рабочим центром излучателя, т. е. колонки (рис. 9.5), а оси образующих его эллипсов направлены следующим образом: большая — по рабочей оси колонки, а малые — по

продольной и поперечной осям выходного отверстия. Значения эксцентриситетов этих эллипсов для колонок даются в справочниках, аппроксимация дана на рис. 6.3.

Звуковую колонку можно расположить так, что уровень звука под колонкой будет меньше, чем в удаленной точке (рис. 9.5а), равный ему (рис. 9.56) и больше его (см. рис. 9.5в). Первый вариант применяют при звукоусилении (см. § 9.8), когда под излучателем находится первичный источник звука, второй — преимущественно используется в системах озвучения.

Рис. 9.6. Сравнение неравномерности озвучешя при ишальзоващж одной колонки (кривая 1) и сдвоенной (кривая 2): а) при одинаковой подводимой мощности и оптимальной высоте подвеса; б) при полной подводимой мощности

Третий вариант применяют, если нет возможности применить второй (например, когда ограничена или задана высота подвеса громкоговорителя).

Рассмотрим второй вариант В этом случае (см. рис. 9.56) высота подвеса

Так как по определению то для ряда колонок, у которых Ясно, что во всех точках, находящихся внутри эллипса озвучения, уровень будет выше, чем в удаленной точке. Расчет показывает, что точка с максимальным уровнем находится в середине эллипса озвучения. При этом неравномерность уровней т. е. не превышает

Если колонка имеет большую направленность, то ее

следует подвешивать ниже (соответственно второму варианту). При этом неравномерность озвучения получается меньшей (рис. 9.6а). Применяя сдвоенные колонки (поставленные друг на друга), можно увеличить направленность (диаграмма направленности в вертикальной плоскости сжимается вдвое) и повысить звуковое давление на оси почти вдвое. В результате можно увеличить длину озвучиваемой зоны при уменьшении неравномерности озвучения. При этом ширина озвучиваемой зоны также увеличивается почти вдвое (рис. 9.66).

Если озвучиваемая поверхность имеет сложную форму, то расчет уровней на ней и определение неравномерности озвучения могут быть сделаны методом координат. Аналогично случаю рупорных громкоговорителей (см. рис. 9.4) расположим оси координат по осям эллипсоида, аппроксимирующего характеристику направленности. При этом условии звуковое давление в точке с координатами будет определяться выражением

где имеют те же значения, как и в случае рупорного громкоговорителя.

Для удобства, как и в предыдущем случае, точки на озвучиваемой поверхности задают в системе координат х, у и z и переходят от них к координатам с помощью ф-л (9.1).

Точно также для нескольких звуковых колонок, стоящих не рядом, а на расстояниях, значительно больше максимальной длины волны, звуковое давление определяют по методу координат с последующим суммированием по ф-ле (9.2). Формула (9.3) дает возможность определить уровень во фронтальной полусфере излучения. Излучение в тыльную полусферу у звуковых колонок составляет около 20% от излучения во фронтальную, поэтому локализация звукового поля в тыльную полусферу для них хуже, чем для рупорных громкоговорителей. Звуковые колонки используют для передачи разнообразных программ, так как их качественные показатели достаточно высокие. Но они дают меньшую дальность озвучения ( имеет номинальное давление не выше 20 Па, т. е. меньше рупорного в 2,4 раза).

Поэтому для озвучения больших площадей требуется большее число колонок, чем рупорных громкоговорителей, т. е. озвучение стоит дороже.

Диффузорные и радиальные громкоговорители чрезвычайно редко используются для сосредоточенных систем, так как их дальность действия невелика из-за низкого номинального звукового давления, развиваемого ими.

Звуковое поле для сосредоточенных систем отличается низкой локализацией и чем больше дальность действия системы, тем дальше находится граница зоны, в которой уровень будет выходить за пределы санитарных норм. Поэтому широкое использование сосредоточенных систем из рупорных громкоговорителей, например для железнодорожных товарных станций, недопустимо, если близко к ним расположена жилая зона (в пределах 500 м).