РАЗДЕЛ 8. ОЗВУЧЕНИЕ И ЗВУКОУСИЛЕНИЕ

8.1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СИСТЕМ ОЗВУЧЕНИЯ

Озвучение — громкоговорящее воспроизведение акустических сигналов (вещания, звукозаписи, различной информации, в том числе сигналов гражданской обороны и др.) в заданных местах расположения слушателей в помещении или на открытом воздухе.

Максимальный и минимальный уровни поля — максимальная и минимальная величины уровня прямого звука (т. е. без учета интенсивности отраженного звука), создаваемые системой озвучения на озвучиваемой поверхности при подведении номинальной мощности к громкоговорителям, входящим в систему озвучения. Озвучиваемой поверхностью называют поверхность, проходящую на уровне голов слушателей. Для сидящих слушателей считают, что эта поверхность находится на высоте от пола, а для стоящих — на от поверхности, на которой стоят слушатели. Величины этих уровней зависят от назначения системы озвучения. В табл. 8.1 приведены рекомендуемые расчетные величины минимальных уровней поля для музыкальных передач и ориентировочные величины этих уровней для речевых передач в условиях невысоких уровней акустических шумов (не выше

Неравномерность озвучения — разность между максимальной и минимальной величинами уровня поля в пределах озвучиваемой поверхности В табл. 8.1 приведены предельные значения этой неравномерности (с учетом интерференционной неравномерности).

Неравномерность частотной характеристики системы озвучения в основном определяется неравномерность частотной характеристики электроакустической аппаратуры и частично затуханием в воздухе (при распространении звука на большие расстояния).

Акустические шумы — шумы в пределах озвучиваемой поверхности, создаваемые публикой, различными агрегатами и т.п., и шумы, приходящие извне, например от транспорта. Обычно уровни и спектры этих шумов или бывают заранее заданы, или должны быть измерены в реальных условиях. Стремятся к их уменьшению, но в ряде случаев они неизбежны. На рис. 8.1 приведены типовые акустические шумы для помещений и открытых пространств. Большинство из них имеет преобладание на низких частотах, но некоторые шумы, как, например, шумы в колоннах демонстрантов, имеют значительное преобладание в диапазоне частот свыше 1000 Гц. Влияние шумов учитывают только при расчете понятности речи.

Слитность звучания — отсутствие заметного или мешающего эха. Для музыкальных передач не должно быть заметного эха, т. е. следует стремиться к тому, чтобы разность уровней, запаздывающих и основных сигналов была ниже значений, приведенных на кривой 2 рис. 2.21. Для речевых передач эхо не должно снижать понятность речи, поэтому эта разность должна быть ниже значений, приведенных на кривой 3 рис. 2.21.

По расположению громкоговорителей системы озвучения делятся на сосредоточенные (централизованные), зональные (децентрализованные) и распределенные.

К сосредоточенным системам относятся системы, имеющие размеры (расстояние между крайними громкоговорителями) в несколько раз меньшие расстояния от них до ближайших слушателей. При этом если расстояние между

Таблица 8.1. (см. скан) Уровни поля и неравномерность озвучения

Рис. 8.1. Частотные зависимости спектрального уровня акустических шумов: 1 - шумы на стадионе во время футбольного матча; 2 — тракторные шумы без глушителя; 3 — транспортные шумы; 4 — шумы на демонстрации; 5 — разговорные шумы; 6 — речевые шумы на открытом воздухе

соседними громкоговорителями больше наиболее длинной звуковой волны в передаваемом диапазоне частот, то в каждой точке звукового поля складываются интенсивности звука или квадраты звуковых давлений, создаваемые каждым громкоговорителем: При близком расположении одинаковых громкоговорителей друг к другу (почти вплотную) складываются звуковые давления:

К зональным системам относятся системы озвучения, представляющие собой сосредоточенные системы, каждая из которых обслуживает в основном свою зону озвучения. Эти зоны, как правило, стыкуют между собой. На стыках зон складываются интенсивности от ближайших громкоговорителей. На линиях стыка, если громкоговорители создают одинаковые интенсивности, уровень увеличивается на в углах зон — на (см. § 8.4).

К распределенным системам относятся системы озвучения, в которых громкоговорители распределены по всему озвучиваемому пространству или помещению и для которых уровни поля в каждой точке поля определяются суммарным действием всех или большинства громкоговорителей, входящих в систему.

В достижении малых неравномерностей озвучения большую роль играет направленность громкоговорителей. Для звукофикации громкоговорители по направленности делят на четыре типа: ненаправленные, звуковые колонки, рупорные и радиальные громкоговорители. К ненаправленным относят диффузорные громкоговорители небольших размеров. Их применяют для звукофикации небольших по размерам объектов. Для этого используют маломощные громкоговорители. Звуковые колонки мощностью и более за редким исключением (звукофикация удаленных зон) ставятся на узкую баау, и поэтдму их направленность в вертикальной плоскости значительно больше, чем в горизонтальной. Характеристика направленности их многолепестковая, но для упрощения расчетов она заменяется огибающей этих лепестков и потому имеет вид полуэллипсоида в передней полусфере и сферической — в задней, звуковое давление на 180° составляет примерно от звукового давления на оси (0°). Диаграмма направленности в передней полусфере аппроксимируется полуэллипсами в вертикальной и горизонтальной плоскостях, проходящих через ось колонки, а центры эллипсов располагаются в рабочем центре колонки. Как и принято, эти эллипсы характеризуются эксцентриситетами соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскости. Величины эксцентриситетов зависят от частоты (т. е. длины волны) и соответствующих размеров колонки. В первом приближении

С учетом влияния ряда факторов более точная эмпирическая формула имеет вид

Здесь соответствующий размер колонки (высота или ширина), частота, Гц.

При расчетах уровней звукового поля часто пользуются усредненным значением эксцентриситетов (точнее, взвешенным их значением для шумового спектра речевого типа). В табл. 8.2 приведены усредненные значения эксцентриситетов для ряда звуковых колонок и там же даны их размеры Усредненное значение эксцентриситета для вертикальной

плоскости приближенно определяется по эмпирической формуле

( в метрах).

В горизонтальной плоскости из-за влияния размера по глубине колонки эта формула верна только для широких колонок. Взвешенное значение эксцентриситета соответствует частоте около 500 Гц, поэтому значения, приведенные в табл. 8.2, могут быть пересчитаны на другие частоты по вышеприведенной формуле.

Таблица 8.2. (см. скан) Усредненные значения эксцентриситетов громкоговорителей

Если колонку ставят одну на друтую или несколько колонок друг на друга, то в первом приближении результирующий эксцентриситет определяется из формулы

где число колонок; эксцентриситет одиночной колонки. Иногда колонки ставят друг подле друга, тогда результирующий эксцентриситет в горизонтальной плоскости будет определяться по аналогичной формуле.

Пример. Высота колонки Определить усредненное значение эксцентриситета. Имеем

Для такой колонки эксцентриситет в вертикальной плоскости на различных частотах будет иметь следующие значения:

как видим, усреднённое Значение Эксцентриситета и его значение для частоты 500 Гц почти одинаковы.

Пример. Три колонки поставлены друг на друга, определить результирующий эксцентриситет

а для равноценной ей по высоте колонке имеем Сдвоенная колонка имеет а равноценная ей по высоте колонка имеет

В некоторых руководствах указывается, что эллиптическая аппроксимация характеристики направленности для звуковых колонок справедлива только для углов не более 70° (по отношению к оси излучателя), на самом деле она справедлива до углов 90°.

Рупорные громкоговорители имеют паспортную мощность и более (мощные громкоговорители используются для специальных целей: оповещение, озвучение удаленных и дальних зон до Большинство рупорных громкоговорителей, используемых для звукофикации, имеют круглое выходное отверстие, но при комбинации двух и более рупорных громкоговорителей, устанавливаемых Друг на друга, получается рупорный громкоговоритель, эквивалентный рупорному громкоговорителю с прямоугольным выходным отверстием. Применяемые рупорные громкоговорители с ячеистым рупором имеют широкую диаграмму направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях и для них расчеты звукового поля ведутся как для ненаправленных громкоговорителей

Характеристика направленности рупорного громкоговорителя аппроксимируется эллипсоидом, вершина которого находится в рабочем центре излучателя, т. е. примерно в центре выходного отверстия рупора. Для круглых рупоров характеристика направленности имеет вид эллипсоида вращения. Диаграммы направленности имеют вид эллипсов. Эксцентриситеты этих эллипсов, как и для звуковых колонок, для вертикальной и горизонтальной плоскостей, проходящих через ось рупора, обозначаются как Они зависят от частоты и размеров отверстия рупора.

Для расчетов уровней звукового поля обычно пользуются усредненными значениями этих эксцентриситетов в рабочем диапазоне частот ( Гц). Простых приближенных формул для расчета частотных зависимостей характеристик направленности рупорных громкоговорителей пока нет, и поэтому расчеты проводят только для усредненных значений эксцентриситетов. Но следует указать на то, что на низких частотах рупорные громкоговорители излучают довольно значительную мощность и назад (в тыльную полусферу). Для наиболее часто применяемых рупорных громкоговорителей в табл. 8.2 приведены усредненные значения эксцентриситетов. Как показано в таблице,эксцентриситеты имеют два

значения 0,77 (круглый рупор или узкая база Сдвоенного рупорного громкоговорителя) и 0,95 (широкая база рупора).

Радиальные громкоговорители, выпускаемые для звукофикации пространственных зональных систем, имеют характеристику направленности в форме шляпки гриба: круговая диаграмма направленности в горизонтальной плоскости и сплющенная в вертикальной плоскости, причем излучение вверх очень мало, а вниз — на меньше чем под углом 70° к вертикальной оси. Более подходящей аппроксимации пока нет.