9.8. ЗВУКОУСИЛЕНИЕ

Назначение систем звукоусиления — усилить звук первичного источника (голоса оратора, лектора, солиста, звуки музыкального ансамбля и т. п.) в тех случаях, когда из-за размеров озвучиваемой поверхности или из-за недостаточной мощности первичного источника звука уровень звукового поля на местах слушателей получается ниже требуемого значения. Усиление необходимо даже при большой мощности первичного источника звука, если объем помещения более или расстояние от удаленного слушателя до первичного источника более В идеальном случае звукоусилительная система должна создавать на всех местах слушателей такой уровень поля, который получается у слушателя, находящегося на оптимальном расстоянии

Рис. 9.10. Иллюстрация системы звукоусиления

от первичного источника звука (рис. 9.10). Музыкальные передачи лучше прослушивать на расстоянии, равном а так как микрофон в этом случае находится на расстоянии от оркестра, уровень звука около микрофона будет больше, чем у слушателя, на

Отсюда следует, что громкоговорящая система должна создавать минимальный уровень доля не ниже, чем уровень у микрофона уменьшенный на т. е. или

Разность минимального уровня поля и уровня у микрофона называют индексом передачи тракта (или просто индексом тракта), т. е. Следовательно, оптимальный индекс тракта для музыкальных передач

При определении индексов тракта для речевых передач исходят из получения полной понятности речи в точках с минимальным уровнем поля с учетом уровней шумов в этих точках. При низких уровнях шумов индекс тракта определяют так же, как и для музыкальных передач, но для оптимального расстояния, равного (при расстоянии лектора или оратора от микрофона около В этом случае разность уровней откуда Заметим, что эта величина индекса сугубо ориентировочная.

При звукоусилении сольных программ необходимый индекс передачи следует выбирать исходя из норм, приведенных для речевых передач, хотя некоторые солисты подносят микрофон к самому рту, из-за чего требуемый индекс получается даже меньше, чем для музыкальных программ.

При звукоусилении, как правило, нет необходимости в создании уровней поля вблизи первичного источника звука (оратора, солиста, оркестра и т. п.) таких же, как для удаленных участков озвучиваемой поверхности, поэтому при расчете звуковых полей эти участки обычно исключают из рассмотрения. Можно считать, что озвучивать надо только ту зону, в которой эти источники не могут обеспечить достаточный уровень звука

Когда же приходится рассчитывать звукоусиление слабых голосов ораторов и солистов, надо ориентироваться на озвучение всей зоны расположения слушателей.

Система звукоусиления включает в себя систему озвучения, однако в системе звукоусиления первичный источник звука находится в пределах озвучиваемого пространства или рядом с ним, и поэтому микрофоны оказываются в поле действия громкоговорителей. Это приводит к появлению акустической обратной связи по цепи: громкоговоритель — помещение (или открытое пространство) — микрофон — усилитель-громкоговоритель. В системе озвучения такой обратной связи нет, так как в этом случае микрофон находится в другом месте или воспроизводятся магнитофонная и ей подобные записи. Поэтому все требования, предъявляемые к системам озвучения, имеют силу и для систем звукоусиления, но с учетом обратной связи.

Вследствие обратной связи возможно появление самовозбуждения всей системы звукоусиления. Условием самовозбуждения служит равенство единице модуля коэффициента передачи для всей замкнутой цепи (петле). Фазовые соотношения для возникновения самовозбуждения не имеют значения, так как фаза коэффициента передачи в данном случае бывает самой разнообразной и быстро изменяющейся с изменением частоты. Поэтому вероятность того, что эта фаза будет нулевой на какой-либо из частот передаваемого диапазона (для которой близка к единице. Вследствие большой неравномерности частотной характеристики тракта передачи самовозбуждение возможно при довольно малом среднем значении коэффициента передачи, так как самовозбуждение может возникнуть на одном из пиков этой характеристики. Перед началом самовозбуждения прослушивается позванивание на одной из частот, для которой условие самовозбуждения близко к выполнению, так как из-за больших временных задержек, обусловленных относительно длительным

временем прохождения звуковых волн от громкоговорителей до микрофона, затухание звука от каждого звукового импульса происходит медленно (появляется так называемая регенеративная реверберация). Как известно, в таких условиях частотная характеристика тракта становится еще более неравномерной

Для помещений обратная связь образуется и по прямому звуку, и по диффузному, в открытом пространстве — только по прямому, поскольку в открытом пространстве отраженные звуки имеют меньшую интенсивность, чем прямой звук.

При обратной связи по прямому звуку (рис. 9.11) самовозбуждение возникает при условии, что уровень создаваемый системой громкоговорителей в точке нахождения микрофона с учетом направленности последнего, будет равен или больше уровня создаваемого первичным источником звука у микрофона где учитывает, что прямой звук от громкоговорителя приходит под углом к оси микрофона.

Так как то условие самовозбуждения будет выполнено, если индекс тракта или где разность уровней, создаваемых громкоговорителями в точке минимального уровня поля и у микрофона.

Для создания устойчивой работы системы звукоусиления берут запас около из них запас на неравномерность звукового поля, так как при таком запасе уже начинает прослушиваться регенеративная реверберация. Поэтому предельный индекс тракта

Уровень, создаваемый одиночным громкоговорителем в точке расположения микрофона, где уровень, развиваемый громкоговорителем по оси на расстоянии от него;

коэффициент направленности громкоговорителя и расстояние между громкоговорителем и микрофоном.

Для получения возможно большего предельного индекса тракта необходимо уменьшать уровень, развиваемый громкоговорителем у микрофона Это можно сделать удалением микрофона от громкоговорителя и такой ориентировкой последнего, чтобы в сторону микрофона излучение было по возможности меньшим.

Рис. 9.11. Иллюстрация обратной акустической связи по прямому звуку

Рис. 9.12. Иллюстрация обратной акустической связи по диффузному звуку

В частности, целесообразно применять более направленные громкоговорители. Кроме того, необходимо применять направленные микрофоны и ориентировать их по возможности так, чтобы в сторону громкоговорителя чувствительность была бы минимальная.

При расположении микрофона в диффузном поле (рис. 9.12), для которого диффузная составляющая примерно одинакова во всех точках озвучиваемой поверхности помещения, эффективный уровень интенсивности от диффузного звука на оси микрофона где индекс направленности микрофона для диффузного звука, а минимальный уровень поля прямого звука Откуда для условия самовозбуждения имеем взять запас устойчивости, равный то получим предельный индекс тракта по диффузному полю или где максимальное значение акустического отношения.

Из формулы следует, что необходимо стремиться к увеличению направленности микрофона (его следует выбирать с возможно наибольшим индексом

направленности) и к уменьшению максимальной величины акустического отношения, т. е. к уменьшению диффузной составляющей звукового поля и к увеличению уровня прямогр звука.

При оптимальной величине поглощения диффузную составляющую можно уменьшить только применением более направленных громкоговорителей, а увеличить уровень интенсивности прямого звука можно путем приближения громкоговорителя к слушателю.

В тех случаях, когда предельный индекс тракта по диффузному звуку недостаточен для получения требуемого уровня звука, прибегают к увеличению поглощения поверхностей, расположенных около микрофона, с тем, чтобы понизить уровень диффузного звука около него. Этот уровень удается снизить на

Предельный индекс тракта зависит от частоты, поэтому он определяется для всего передаваемого диапазона. Фактический индекс тракта не должен превышать его.

Заметим, что для помещений, как правило, предельный индекс тракта по диффузному звуку меньше, чем по прямому, так как диффузная составляющая, как правило, больше составляющей прямого звука.

Акустическое отношение 4) завишт от вида системы озвучения и от направленности (громкоговорителей. Так, для одиночного громкоговорителя максимальное акустическое отношение на оси

где общее поглощение помещения; коэффициент осевой концентращии; расстояние от громкоговорителя до удаленного слушателя.

Для распределенных систем из ненаправленных громкоговорителей

где длина и ширина (помещения.

Для распределенной системы из звуковых колонок

где эксцентриситет характеристик направленности в вертикальной плоскости. И для кресельной системы

где поверхность, занятая слушателями.

Сравнивая максимальные акустические отношения для разных систем, видим, что наименьшее (получается для кресельной; наибольшее для сосредоточенной системы. Поэтому, когда нет (необходимости в совмещении зрительного образа со слуховым, используют распределенную систему озвучения.

При звукоусилении с помощью индивидуальных телефонов (что практикуется при слушании в залах с повышенным уровнем акустического шума, а также при переводах речи оратора да другие языки) уровень интенсивности звука у слушателя определяется исходя из необходимости перекрытия уровня шумов в зале. При этом можно считать, что телефоны не создают помех для слушателей, сидящих рядом.

Заметим, что в системах звукоусиления целесообразно применять ограничители уровня, что дает возможность использовать менее мощные громкоговорители.