8.8. ЗВУКОУСИЛЕНИЕ

Назначение систем звукоусиления заключается в том, чтобы усилить действие первичного источника звука (оратора, лектора, солиста, музыкального ансамбля и т.п.) в тех случаяк, когда из-за больших размеров озвучиваемой поверхности или из-за недостаточной мощности этого источника звука уровень поля на местах слушателей получается ниже требуемого значения. Но даже при достаточной мощности первичного источника звука усиление необходимо, если объем помещения более или расстояние от удаленного слушателя до первичного источника более

Система звукоусиления включает в себя систему озвучения, но в системе звукоусиления первичный источник звука находится в пределах озвучиваемого пространства, и поэтому микрофоны оказываются в поле действия громкоговорителей. А это приводит к появлению акустической обратной связи по цепи: громкоговоритель — помещение (или открытое пространство) — микрофон — усилитель — громкоговоритель. Поэтому все требования, предъявляемые к системам озвучения, имеют силу и в отношении систем звукоусиления, но с учетом близости первичного источника звука к слушателям и наличия обратной акустической связи.

Дополнительным требованием для систем звукоусиления является необходимость локализации вторичного источника звука, так как слуховое ощущение местонахождения виртуального (кажущегося) источника звука определяется суммарным действием первичного и вторичного источников звука. В том случае, когда слушатель, видит первичный источник звука, наилучшее восприятие звука получается при совпадении зрительного образа со слуховым. Этот показатель очень важен для музыки, поэтому при передаче музыкальных программ стремятся к совмещению этих образов.

Задача звукоусилительной системы для передачи художественных программ заключается в том, чтобы громкоговорители создавали уровень поля на местах слушателей не менее того, который получается у слушателя, находящегося на оптимальном расстоянии от первичного источника звука (рис. 8.16) т. е. в типовых условиях слушания система должна создавать минимальный уровень поля не менее ( где уровень у микрофона, расстояние исполнителя от микрофона.

Разность уровней в точке с минимальным уровнем поля и у микрофона называют индексом передачи тракта микрофон — удаленный слушатель (или просто индексом тракта), т. е.

Оптимальный индекс тракта для музыкальных передач Для речевых передач при определении индексов тракта исходят из получения полной понятности речи в точках с минимальным уровнем поля с учетом уровней шумов в этих точках. Но для случая низких уровней шумов индекс тракта можно определить так же, как и для музыкальных передач, в этом случае

Заметим, что эта величина индекса ориентировочная.

При звукоусилении сольного пения необходимый индекс передачи следует выбирать, исходя из норм, приведенных для речевых передач, хотя некоторые певцы подносят микрофон к самому рту, и поэтому величина требуемого индекса в этих условиях получается меньше, чем для речевых программ.

При звукоусилении, как правило, нет необходимости в создании громкоговорителями уровней поля вблизи первичного источника звука таких же, как для удаленных участков озвучиваемой поверхности, поэтому при расчете звуковых полей эти участки обычно исключают из рассмотрения или допускают для

Рис. 8.16. Иллюстрация системы звукоусиления

Рис. 8.17. Частотная характеристика тракта звукоусиления: а — без обратной связи; с обратной связью, близкой к самовозбуждению

них снижение уровня по отношению к удаленной части помещения или пространства. Например, при звукоусилении с помощью рупорного громкоговорителя его устанавливают или в плоскости микрофонов, или немного впереди ее. Это создает зону с пониженным уровнем поля у микрофона, озвучиваемую непосредственно первичным источником звука. Ранее был дан пример расчета поля с рупорным громкоговорителем, и там была определена необслуживаемая зона до от громкоговорителя. При звукоусилении со звуковыми колонками для этой же цели их располагают по первому варианту (см. рис. 8.8, а), т. е. пониженным уровнем под колонками. В этом случае высота подвеса

где

— расстояние, не обслуживаемое первичным источником звука; эксцентриситет диаграммы направленности в вертикальной плоскости.

Пример. Звуковая колонка, имеющая должна быть подвешена на такой высоте над озвучиваемой плоскостью, чтобы не обслуживаемая зона была не более при длине зала

Рис. 8.18. Иллюстрация обратной связи по прямому звуку

Имеем

а если бы эта колонка подвешивалась для озвучения, то высота подвеса была бы

Из-за обратной связи возможно появление самовозбуждения всей системы звукоусиления. Условие самовозбуждения системы звукоусиления — равенство единице модуля коэффициента передачи по всей петле от выхода усилителя через громкоговорители, помещение (или открытое пространство), микрофоны, усилитель до его выхода. Самовозбуждение возникает на одном из пиков частотной характеристики тракта. Перед началом самовозбуждения прослушивается позванивание на одной из наиболее вероятных частот самовозбуждения, получается так называемая регенеративная реверберация. В таких условиях частотная характеристика тракта становится еще более неравномерной (рис. 8.17, на котором приведены частотные характеристики без обратной связи — кривая а и при связи, близкой к самовозбуждению [коэффициент обратной связи — кривая б).

В помещении обратная связь получается двух типов: по прямому звуку и по диффузному, а в открытом пространстве она образуется только по прямому звуку.

Обратная связь по прямому звуку показана на рис. 8.18. В этом случае самовозбуждение возможно при условии, что уровень в точке нахождения микрофона, действуя через микрофон, усилитель и систему громкоговорителей, создает в той же точке с учетом направленности микрофона уровень не меньше

Для одиночного громкоговорителя уровень, создаваемый громкоговорителем в точке микрофона:

где уровень, развиваемый громкоговорителем на оси на расстоянии коэффициент направленности громкоговорителя, определяемый из его диаграммы направленности; - расстояние между громкоговорителем и микрофоном. Применяемая для расчетов диаграмма направленности для рупорного громкоговорителя (в пределах ) имеет вид

где эксцентриситет в соответствующей плоскости; угол между осью громкоговорителя и заданным направлением, а для звуковой колонки (в пределах ±90°)

Для сложных громкоговорящих систем этот уровень вычисляют по методу координат (см. § 8.7). Для создания устойчивой работы системы звукоусиления индекс тракта берут ниже критического значения примерно на из них запас на неравномерность звукового поля, так как при запасе меньше уже начинает прослушиваться регенеративная реверберация. Поэтому предельный индекс тракта где разность уровней, создаваемых громкоговорителями в точке минимального уровня поля микрофона направленность микрофона под углом

Пример. Определить предельный индекс тракта для кардиоидного микрофона, если угол между осью микрофона и направлением на рупорный громкоговоритель 100°, расстояние между микрофоном и громкоговорителем а между громкоговорителем и удаленным слушателем при уровне (на расстоянии от центра громкоговорителя), равном (т. е. при звуковом давлении 31,6 Па) (см. § 1.4).

Уровень в удаленной точке а в точке микрофона так как а направленность громкоговорителя под углом и эксцентриситете

Направленность микрофона под углом

Предельный индекс тракта

Если диффузная составляющая поля по уровню больше прямого звука, то самовозбуждение наступает, когда диффузная составляющая, воздействуя на микрофон, создает с помощью громкоговорителей диффузное поле с таким же уровнем (рис. 8.19). В этом случае предельный индекс тракта (с запасом на устойчивость работы) , где индекс направленности микрофона для диффузного звука; максимальное значение акустического отношения,

Для достижения более устойчивой работы необходимо стремиться к уменьшению максимального значения акустического отношения и к увеличению направленности микрофона. В тех случаях, когда величина предельного индекса тракта по диффузному звуку недостаточна для получения требуемого уровня звука, прибегают к заглушению поверхностей около микрофона с тем, чтобы уменьшить отражения от них следовательно, понизить уровень диффузного звука около микрофона. Удэется снизить уровень его на

Пример. Определить предельный индекс тракта по диффузному применить микрофон кардиоидного типа, для которого а максимальное значение акустического отношения

Рис. 8.19. Иллюстрация обратной связи по диффузному звуку

Имеем

На предельный индекс тракта существенно влияет направленность микрофона, поэтому при звукоусилении выбирают микрофон с возможно большим Значением индекса направленности. Предельный индекс тракта зависит от частоты, поэтому он определяется для всего передаваемого диапазона частот и Во всем диапазоне он не должен превышать фактический индекс тракта.

Заметим, что, как правило, в помещениях предельный индекс тракта по диффузному звуку получается меньше, чем по прямому. Величина акустического отношения зависит от вида системы озвучения и от направленности громкоговорителей. Так, для одиночного громкоговорителя максимальное акустическое отношение на оси

где общее поглощение; коэффициент осевой концентрации (см. табл. 8.9); расстояние от громкоговорителя.

Для распределенных систем из ненаправленных громкоговорителей

где и длина и ширина помещения.

Для распределенной системы из звуковых колонок

где - эксцентриситет характеристик направленности в вертикальной плоскости. Для решеток и кресельных систем

где поверхность, занятая слушателями.

Сравнивая их, видим, что наименьшее акустическое отношение получается для кресельной системы, наибольшее — для сосредоточенной системы. Поэтому в тех случаях, когда нет необходимости в совмещении зрительного образа со слуховым, используют

Таблица 8.9. (см. скан) Коэффициенты концентрации для громкоговорителей

распределенную систему озвучения, дающую наименьшие значения акустического отношения.

Пример. Найдем максимальные значения акустического отношения для одного и того же помещения: при использовании разных систем: для одиночного громкоговорителя 10)

для распределенной системы из диффузорных громкоговорителей

из звуковых колонок

для потолочной системы

При звукоусилении с помощью индивидуальных телефонов (что практикуется как при слушании в залах с повышенным уровнем акустического шума, так и при переводах речи оратора на другие языки) уровень звука у слушателя определяется исходя из необходимости перекрытия уровня шумов в зале.

Рис. 8.20. Показ обратной акустической связи в дуплексной громкоговорящей связи

Можно считать, что телефоны не создают помех для слушателей, сидящих рядом.