9.2. Особенности озвучения открытых пространств.

Аксиома: открытых пространств, в которых зву­ковые волны распространяются беспрепятственно во всех направлениях, в практике нет. Во всех случаях так называемого открытого пространства имеют дело с отражениями, например, от наземной поверхности, от стен близлежащих зданий и т. п. С некоторой степенью точности можно в первом приближении пренебрегать этими отражениями и учитывать их только при расчете эха, тем более что в ряде случаев от них получается только по одному отражению, которое можно легко учесть. Отражениями от пола (или от земли), занято­го слушателями, обычно пренебрегают из-за высокого коэффициента поглощения.

К открытым пространствам относят: улицы и пло­щади, спортивные площадки и стадионы, открытые пер­роны и сортировочные станции, зеленые театры и лет­ние эстрады, парки и зоны гуляния и отдыха, открытые выставки и площадки показа и рекламы и т. п. Спецификой открытых пространств являются их за­висимость от климатических факторов и атмосферных условий и необходимость учета затухания в воздухе, так как протяженность озвучиваемых зон доходит до нескольких сотен метров и даже километров. Высокие частоты (выше 1000 Гц) затухают очень быстро, осо­бенно при относительной влажности воздуха около 15%: на частоте 10 кГц затухание достигает 28 дБ на каж­дые 100 м. При нормальной влажности (около 50%) затухание получается вдвое меньше. Из-за ветра, дож­дя и снега оно может достигать 8—10 дБ на каждые 100 м. Ветер и неравномерный нагрев поверхности зем­ли вообще могут нарушить передачу звука, так как звуковые лучи из-за искривления траектории могут ухо­дить круто вверх или вниз. К специфике открытых про­странств можно также отнести и более высокий уровень акустических шумов, например от транспорта и различ­ных машин.

Применительно к озвучению открытых прост­ранств введен дополнительный показатель системы оз­вучения— локализация звукового поля — степень уменьшения уровней поля при удалении от зо­ны озвучения. Дело в том, что всякая система озву­чения открытых пространств излучает определенное количество энергии и за пределы озвучиваемой зоны. Если за пределами этой зоны или близко от нее есть другие объекты с людьми, то для них может оказаться помехой любая передача. Поэтому стремятся снизить уровень поля за пределами озвучиваемой зоны так, что­бы в зоне других объектов с людьми он не был выше определенных санитарных норм (при условии подведе­ния номинальной мощности к системе озвучения).

Для озвучения открытых пространств применяют со­средоточенные и зональные системы. Распределенные системы для них применяют в редких случаях, когда требуется озвучить небольшую площадку с достаточно высоким качеством звучания. Применение распределен­ных систем для озвучения больших площадей неэконо­мично, так как для этого требуется очень много гром­коговорителей.

9.3. Сосредоточенные системы озвучения.

Рупорные системы. Рассмотрим озвучение одним рупорным громкоговорителем с круглым выходным от­верстием рупора. Расположим громкоговоритель на высоте h_г 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 точках х₁ и l, а продольная ось эллипса а будет наклонена к озвучиваемой плоскости

Рис. 9.1. К расчету озвучивания плоской поверхности ру­порным громкоговорителем.

под углом а, где tg а = h_г/l. 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 , звуковое давление и уровень звука в точках х₁ и l, а также на всей кривой эллипса озву­чивания будут одни и те же, т. е. везде будет уровень L_мин. Внутри же эллипса уровень будет выше, так как точки, лежащие на озвучиваемой плоскости между х₁ и l, находятся ближе к источнику звука, чем точки, на­ходящиеся на диаграмме направленности между х₁ и l. Максимальный уровень будет в точке с координатой Хм. Заметим, что эта точка не лежит на середине меж­ду x_m и l. 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

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

вблизи подвеса громкоговорителя. Если уменьшить вы­соту подвеса, но одновременно повысить его направлен­ность в вертикальной плоскости (рис. 9.2, кривая 3), 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 , 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 α.

Если поверхность озвучения имеет сложную форму, то ось громкоговорителя также направляют в

Рис. 9.3. Озвучение сложной поверхно­сти.

удаленную точку на границе озвучиваемой зоны (рис. 9.3), а неравномерность озвучения определяют методом коор­динат.

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 h_k над озвучаемой горизонтальной плоскостью, аку­стическую (рабочую) ось ее направим в удаленную точку с наклоном a = arctg (h_k/l) l — расстояние проекции

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

точки подвеса колонки на горизонтальную плоскость до удаленной точки. 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.

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 озвучения при использовании 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).

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. 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.