лекции_элаизв

При объединении головок в общий корпус с их линейным расположением по вертикали или по горизонтали диаграмма направленности звуковой колонки меняется.

Рупорные громкоговорители обладают резко выраженными направленными свойствами благодаря повышению осевой концентрации излучаемых звуковых колебаний.

Конструкция рупорного громкоговорителя

Катушка 1, совершающая колебания в зазоре 2 магнитной системы 3, скреплена с упругой диафрагмой 4 из тонкoгo металла и представляет собой подвижную часть массой m. Диафрагма соединена с корпусом гибкой подвеской и может рассматриваться как поршень, колеблющийся в воздушной среде подобно диффузору. Перед диафрагмой располагается рассеиватель энергии 6 и узкое входное отверстие рупора 7, в которое направляются излучаемые диафрагмой звуковые волны. Объем между входным отверстием и диафрагмой образует предрупорную камеру - воздушный объем гибкостью См, в котором концентрируется повышенное звуковое давление (механический аналог трансформатора.

Головка рупорного громкоговорителя Наиболее распространены рупоры, площадь сечения которых

изменяется в направлении рабочей оси по экспоненциальному закону: S= Soехр (6х), где So - площадь входного отверстия; 6 - показатель расширения рупора; х - расстояние от входного отверстия в направлении оси симметрии.

Несогласованность волнового сопротивления рупора как звукопровода с сопротивлением среды приводит к отражению звуковых волн от выходного отверстия в обратном направлении за счет снижения излучения в пространство. Возникает предельная (критическая) частота, ниже которой рупор отдавать энергию в пространство не будет. Используется конструкции громкоговорителя со «сложенным» рупором.

Для эффективного излучения звуковых волн с помощью рупора необходимо соблюдать определенные соотношения размеров. Для уменьшения внешних габаритов рупора при сохранении предельно низкой частоты воспроизведения была создана конструкции громкоговорителя со «сложенным» рупором. Как видно на рисунке, звуковая волна, покинув входное отверстие рупора, проходит дополнительный путь через своеобразный отражающий звуковые волны коаксиальный лабиринт.

21

Радиальные громкоговорители

Радиальные громкоговорители называются также звуковыми люстрами. На каркасе в виде усеченного конуса укрепляется

несколько (обычно пять) динамических диффузорных громкоговорителей так, чтобы диффузоры были обращены вниз под некоторым yглoм к металлическому обтекателю, который придает такой системе определенную направленность, необходимую для создания на озвучиваемой поверхности paвномерного распределения звуковой энергии.

Звуковые люстры размещают обычно на высоких столбах.

Радиальный громкоговоритель

АКУСТИКА ПОМЕЩЕНИЙ

Все помещения весьма приблизительно делятся на большие (объемом более 2000 м³)и малые. Их акустические характеристики должны как можно меньше отличаться от характеристик студий. Студия − помещение, специально предназначенное для исполнения речевых и музыкальных фрагментов вещательных программ.

Студии имеют форму параллелепипеда, стороны котopoгo − длина l, ширина b, высота h − находятся в соотношении так называемого «золотого

сечения»: Учитывая, что объем студии V = lbh,

получаем

В больших музыкальных студиях допускается уменьшать высоту h на 10… 20%. Даже в самых крупных студиях (V> 1 0000 м³) высота не должна превышать 14 м. В малых помещениях высота не должна быть менее 3 м.

Удельный объем воздуха, приходящийся на одного человека − не менее 10 м³. а площадь пола − не менее 1,8… 3 м² .

22

В малых помещениях с V < 150 мЗ , площадь пола должна быть не менее 25 м². При этом спектр собственных частот малых помещений должен быть по возможности равномерным.

Волновые процессы в помещении

Помещения представляет собой замкнутый воздушный объем, являясь колебательной системой с распределенными параметрами, что существенно влияет на временную структуру сигнала источника звука, ощутимо изменяя окраску звучания.

Воздух помещения имеет определенную упругocть, массу и оказывает сопротивление распространяющейся в нем звуковой волне. С позиции волновой теории воздушный объем закрытого помещения рассматривается как сложная мнoгopeзонансная колебательная система с распределенными параметрами. При воздействии сигнала от источника звука, в воздушном объеме помещения возбуждаются собственные колебания с частотами:

Спектр собственных резонансных частот

Спектр собственных частот рассчитывается через линейные размеры помещения и натуральный

ряд чисел Видно, что структура спектра

дискретна, особенно в области низких частот. С повышением частоты этот спектр уплотняется (рис).

При > λ частота возбуждающего колебания практически не отличается от частоты собственного колебания. Поэтому усиления отдельных компонент спектра сигнала за счет резонансов воздушнoгo объема помещения не происходит.

Поле в каждой точке помещения является результатом интерференции прямой звуковой волны и значительного числа отраженных волн (отзвуков), с разным числом отражений от поверхностей помещения. Совокупность отраженных звуков образует реверберационный процесс.

Поглощение звуковой энергии в помещении

Процессы преломления звуковой волны в поверхности подчиняются законам геометрической акустики.

Определяются: - коэффициент звукопоглощения

- коэффициент отражения

- коэффициент звукопроводности

23

где Епогл − энергия звуковой волны, теряемая в помещении при отражении;

Епад − энергия звука, падающего на поверхность; Еотр − энергия звука, отраженного от поверхности; Епр − энергия звуковой волны, прошедшей сквозь поверхность в соседнее помещение. Очевидно, что α +β + γ = I, так как

Епогл + Еотр + Епр = Епад.

Следует заметить, что α, β и γ зависят от частоты:

для пористых звукопоглощающих акустических плит (а), для перфорированных звукопоглотителей с наполнителем (6) и для низкочастотных резонансных панелей (в)

Фонды звукопоглощения

Поверхности помещения, обработанные разными материалами с коэффициентами звукопоглощения α , α , ..., αn при площади каждого из них, соответственно равной S , S , ..., Sn, образуют общий фонд звукопоглощения

n

A0 = α S + α S + ... + αnSn = ∑ αiSi. i

Здесь S + S + ... + Sn = S суммарная площадь всех поверхностей помещения. Дополнительный фонд звукопоглощения помещения образуют люди, предметы обстановки (в отношении которых трудно оценить занимаемую ими площадь).

Добавочный фонд звукопоглощения Адоб учитывает проникновение звуковых волн в различные щели и отверстия помещения, колебания разнообразных гибких элементов, поглощение звука осветительной арматурой и т. п. и зависят от частоты.

Cтруктура реверберационного процесса в помещении

Волны, отраженные от поверхностей помещения (отзвуки) образуют реверберационный процесс помещения и отличаются от прямого звука уровнем, спектральным составом, временем и направлением прихода.

Аналитически реверберирующий сиrнал s (t) можно представить в виде

где аi и τᵢ – соответственно, амплитуда и время запаздывания i-гo отзвука (для сигнала прямого звука i = 0); x(t) – временная функция сигнала.

Уровень отзвуков с течением времени постепенно уменьшается, причем в реальных помещениях этот процесс имеет флуктуационный

24

характер. Этот начальный участок реверберациoннoгo процесса несет информацию о геометрических размерах помещения, eгo объеме.

Завершающий участок реверберационного процесса характеризуется поступлением в каждый момент времени достаточно большого числа отраженных сигналов. Он определяет свойственную помещению гулкость звучания.

Нестационарные акустические процессы в помещении

Процесс нарастания звуковой энергии в помещении после включения источника звука сменяется постепенным ее поглощением после выключения источника.

Универсальной энергетической характеристикой звукового поля является плотность звуковой энергии ε = E/V или ε = Iзв /сзв , где Е и Iзв соответственно энергия и интенсивность звуковой волны в закрытом помещении); V и СЗВ объем помещения и скорость распространения звуковой волны.

Процесс нарастания звуковой энергии в помещении происходит до тех пор, пока энергия, соответствующая наиболее запаздывающим повторениям (отзвукам), не снизится до пренебрежимо малого значения.

Плотность энергии будет изменяться согласно выражению

В установившемся режиме, когда мощность, поглощаемая поверхностями помещения, равна мощности, излучаемой источником звука,

имеем Величина называется установившейся плотностью звуковой энереии в помещении.

Процесс спадания звуковой энергии в помещении отображается

25

Поглощение в воздухе

Звуковая энергия поглощается не только поверхностями помещения, но и средой. Эти дополнительные потери обусловлены вязкостью и теплопроводностью воздуха. Поглощение звука в воздухе определяется коэффициентом затухания μ . Тогда

Величины μ и α частотно-зависимы

Время стандартной реверберации

Для оценки акустических свойств помещения вводится понятие времени стандартной реверберации

Т р – времени, в течение котopoгo плотность звуковой энергии е (t) уменьшается в 10 раз, т. е. на 60 дБ. Из этого определения следует

На частотах более 4000 Гц основную роль начинает играть звукопоглощение в воздухе и время стандартной реверберации становится малым, практически уже не влияющим на слуховое восприятие.

Оптимальное время реверберации

Оптимальным временем реверберации называется время, при котором передача воспринимается наилучшим образом. Оно зависит от жанра программы, объема помещения и частоты. Для речевых и музыкальных программ оптимальное значение времени реверберации Тр.опт различно и определяется в частотнoм диапазоне 125 Гц... 4 кГц.

26

Для речевых жанров Для музыкальных жанров Влияние Тр на качество звучания.

Чем меньше время реверберации, тем выше разборчивость речи. Однако слишком малое время реверберации делает звучание слишком

сухим, обедняет eгo в тембральном отношении. Увеличение Тр обогащает звучание, придает ему объемность, гулкость, но ухудшает условия восприятия смысловой информации при речевой передаче.

Для дикторских студий время реверберации должно оставаться практически постоянным (0,3...0,4 с) в полосе частот 125...4000 Гц. Допускается уменьшать это значение до 0,2... 0,25 с в студиях меньшей площади. Поскольку низкочастотные компоненты спектра определяют в основном гулкость звучания, то снижение времени реверберации на низких частотах способствует повышению разборчивости речи. На частоте 125 Гц величина этого спада должна составлять 20... 25 % от значения Тр.опт .

Дополнительные критерии качества помещения

Дополнительные критерии качества помещений являются энергетическими и основаны на оценке энергии Е импульсного отклика помещения рзв (t) для разных вpeмeнныx интервалов

где рзв(t) – изменяющееся во времени мгновеннoe значение звуковoгo давления; t, t и t – текущие моменты времени импульсногo отклика помещения.

Основные энергетические критерии (в децибелах):

Четкость

Прозрачность

Гулкость

27

Пространственное впечатление

Латерализация

Оптимальные значения параметров должны укладываться в допуски: прозрачность от – 1,8 до +2 дБ, гулкость от + 3 до + 8 дБ,

для речевых сигналов гулкость составляет –1,5... –2 дБ, пространственное впечатление от – 10 до + 7 дБ.

Оценка качества речи

Критерием оценки акустического качества помещений при исполнении речевых прогpaмм является разборчивость: слоговая VSA, словесная Vw. Она представляет собой отношение числа правильно понятых слогов или слов к общему их числу, имеющемуся в артикуляционной таблице, и выражается в процентах.

Для речевых сигналов критерий четкости

связан прежде вceгo с высокой разборчивостью.

СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ И ЗВУКОУСИЛЕНИЯ

Системы озвучения и звукоусиления представляют собой совокупность усилительных и электроакустических устройств, предназначенных для воспроизведения звукового сигнала и обеспечивающих хорошую слышимость на достаточно большой площади как в закрытых помещениях, так и на открытых пространствах.

Системы озвучения и звукоусиления используют тогда, когда мощность первичного источника сигнала (оратора, певца, музыканта и т. п.) недостаточна для создания необходимого уровня сигнала на местах, занятых слушателями.

В закрытых помещениях звукоусиление, как правило, требуется при объемах свыше 2000 мᵌ и при расстояниях до слушателей свыше 25 м.

Система звукоусиления отличается от системы озвучения наличием акустической обратной связи, обусловленной тем, что микрофон, принимающий сигнал для усиления, находится в звуковом поле громкоговорителей, излучающих усиленный сигнал. Поэтому система звукоусиления потенциально неустойчива и при некоторых условиях может перейти в режим генерации.

28

В зависимости от расположения громкоговорителей по отношению к озвучиваемой площади системы озвучения и звукоусиления подразделяют на сосредоточенные, зональные и распределенные.

Требования, предъявляемые к системам озвучения и звукоусиления.

Системы озвучения и звукоусиления на озвучиваемой площади должна обеспечить:

-необходимый уровень звукового поля на местах слушателей Na 90... 94 дБ(для музыкальных программ), 80...86 дБ(при усилении речи);

-допустимую неравномерность звукового поля ΔNa - разность между максимальным и минимальным акустическими уровнями на озвучиваемой площади. ΔNa ≤ 6 дБ(при воспроизведении музыки), ΔNa ≤ 8 дБ(при воспроизведении речи);

-слитность звучания - отсутствие заметного или мешающего эхо;

-локализация источников звука - слуховое ощущение местонахождения кажущегося источника звука. Наилучшее восприятие звучаний получается при совпадении зрительного образа со слуховым.

Сосредоточенные системы

Сосредоточенными называют системы, в которых звук к слушателю приходит как бы из одной точки пространства.

Сосредоточенные системы обеспечивают наилучшее соответствие зрительного и звукового образов и поэтому широко используются при стереофоническом звукоусилении, но при этом трудно обеспечить малую неравномерность.

Размещение источников звука над сценой (а) и на стенах (6) при озвучении помещения сосредоточенными системами

Зональные системы

При зональной системе каждая группа громкоговорителей обслуживает свою зону. Зоны стыкуют между собой, но уровни звукового поля внутри каждой зоны определяются только своей системой озвучения.

Такое размещение громкоговорителей применяется для озвучения длинных узких пространств (коридоров здания, улиц) или больших площадей, где сосредоточенная система не может обеспечить требуемого уровня и однородности звукового поля.

29

Размещение источников звука на стенах с дополнительными излучателями озвучения балкона при зональной системе

Рупорные громкоговорители

Рупорные громкоговорители могут иметь прямоугольное и круглое выходное отверстие. Пространственная характеристика направленности рупорного громкоговорителя достаточно хорошо аппроксимируется эллипсоидом вращения, вершина котopoгo находится в рабочем месте излучателя. Диаграмма направленности громкоговорителя с прямоугольным сечением рупора в плоскостях, параллельных длинной и короткой сторонам выходного отверстия, различна: шире в плоскости, параллельной короткой стороне. Диаграмма направленности рупорного гpoмкoговорителя с круглым выходным отверстием одинакова во всех плоскостях.

Диаграммы направленности рупорного громкоговорителя с прямоугольным выходным отверстием (F = 1000 Гц)

В полярных координатах, центр которых совмещен с вершиной эллипса, характеристика направленности громкоговорителя с круглым выходным отверстием имеет вид

где е - эксцентриситет аппроксимирующего эллипса.

Распределение акустических уровней на площади

Поверхность диаграммы направленности рупора есть поверхность равных звуковых давлений (равных рЗВА), поэтому на протяжение всей кривой наземнoгo эллипса акустические уровни будут одинаковыми и равными NaA. Внутри площади наземноrо эллипса уровни будут больше. Вне зоны озвучения уровень будет меньше, чем в удаленной точке А. В точке В акустический уровень NаВ будет максимальным и неравномерность уровней звукового поля в пределах озвучиваемой площади ΔNa=NaB − NaA.

30