10.3. Искажения в передаче движения кажущегося источника звука по глубине

Рис. 10.5. Схема для определения суммарного уровня сигнала, созда- ваемого стереосистемой АВ

Идеальная стереофоническая система должна передавать во вто- ричное помещение пространетвенную картину, в которой положе- ние отдельных КИЗ или их пере- мещение как по глубине, так и по фронту воспринималось бы слу- шателями в полном соответствии с положением или движением действительного источника звука в первичном помещении. Для это- го как минимум требуется, чтобы при равномерном движении дей- ствительного источника вдоль нор- мали к оси системы в пределах между осями крайних микрофо- нов КИЗ совершал бы равномер- ное движение по прямой между ⁴ крайними громкоговорителями

воспроизводящей системы. Это, очевидно, возможно только при ус- ловии, что суммарный уровень N_c сигнала при воспроизведении будет оставаться постоянным, а разность уровней Np — изменяться в соответствии с кривыми на рис. 10.2, а или 10.2, бив зависимости от размещения слушателей в том или ином ряду зала для прослу- шивания.

- Система АВ. Следует выяснить, как выполняется требование относительно суммарного уровня N_c сигнала, передаваемого систе- мой этого типа при перемещении исполнителя параллельно линии микрофонов [5].

Как видно из рис. 10.5, сила, действующая на подвижную сис- тему каждого микрофона, будет зависеть от их характеристик на- правленности Ф(6), углов приема звуковой волны 9i и 62, а также

186

от расстояния dj и d 2 между исполнителем и каждым из микрофо- нов. Эти силы могут быть выражены равенствами:

(10.2а) (10.26)

где ро — звуковое давление, создаваемое источником звука при его размещении на оси микрофона.

Считая коэффициенты усиления каналов, так же как и чувс?ви- тельности микрофонов и громкоговорителей системы, одинаковыми, что является обязательным для системы АВ, можно представить зву- ковые давления, развиваемые громкоговорителями на выхбде, в следующем виде:

(10.3)

где Ф^в') — характеристика направленности громкоговорителей; 6J и Gg — углы приема сигналов слушателями.

Если учесть, что при восприятии стереопередач слушатели це- подвижны, т. е. для каждого из них углы приема 6i и 6⁷2 посто- янны, то выражение для воспринимаемой ими энергии можно напи- сать так:

В этом случае относительное изменение уровня суммарного сигнала при перемещении источника звука параллельно линии микрофонов будет выражаться равенством:

(10.4)

позволяет получить для этих вариантов следующие значения N_G:

Как можно видеть цз рис. 10.5, в этих выражениях

187

Подстановка в это общее выражение значений характеристик на- правленности для всех трех вариантов системы АВ соответствен- но в виде:

(10.7)

Всё расстояния в последних равенствах нормированы по отноше- нию к длине полубазы микрофонов Z.

Результаты расчетов по формулам (10.6), графически представ- ленные на рис. 10.6, показывают, что при движении испрлйитеяя вдоль линии микрофонов суммарный уровень сигнала уменьшается по мере приближения источника звука к линии симметрии систе- мы ОУ (рис. 10.5). Эта уменьшение, судя по кривым 7, Г, и 1" на рис; 10.6, является наибольшим при самых близких расстояниях — = ОД от исполнителя до тнии микрофонов. Такое уменьшение

суммарного .уровня воспринимается слушателями как удаление ис- точника звука, т. е. как искажение в передаче его движения по глу- бине пространства. Эти искажения для первого варианта системы (кривые 1, 2 и 3) будут наименьшими, а для третьего — наибольши- ми (кривые 1",2", 3").

(10.8)

Н ри непараллельном положении осей микрофонов [5], когда оси повернуты внутрь или в стороны на угол '±6„, ^выражения для N_c я° каждому из вариантов системы будут подобными выражениям (10.6) и, в частности, для второго варианта представятся в виде:

Рис. 10.7. Кривые N_c=f(x/l) для вариан- та II системы АВ при нормальном по- ложении микрофонов и их повороте внутрь и наружу

Рис. 10.6^ Зависимость суммарного уров- йя N_c сигнала от размещения испозши- * едя относительно микрофонов системы ИР-i ^~°*1 <*> **>• #/'=0,5 (2,. 2"),

188

где 8_rt — угол, составленный акустическонг осью каждого микрофона и направлением на источник звука.

' Рис. 10.7 иллюстрирует влияние поворота микрофонов системы относительно их нормального положения. Повороту внутрь системы на угол 6_П = 60° -соответствуют кривые 1 и £, повороту наружу на

— кривые

угол

1" и 2"

и нормальному положению микро- 1, 1' и '!"• построены при расстоя-

фонов —кривые 1' и 2'. Кривые нии —=0,1, а кривые 2, 2' и 2" — при расстоянии 0,5. Как следу- ет из сравнения этих кривых, искажения в передаче движения ис- точника звука по глубине увеличиваются, когда оси микрофонов повернуты от центра системы, и уменьшаются при повороте к нему.

Системы -ЛТК и MS> Отмеченная тождественность вариантов этих систем позволяет провести для них одновременный анализ искаже- ний в передаче движения источника по глубине [19].

Для первого варианта системы XT, как это следует из рис. 10.4, в, /, звуковые давления, создаваемые громкоговорителями па выходе каждого канала, будут равны:

(10.9)

Для того же варианта системы MS эти давления на основе рис. 10.4, б, / будут: •

(10.10)

Если, пользуясь .равенствами (10.9) и (10.10), так же как это дела- лось при получении формулы (10.6), провести определение сум- марного уровня сигнала, то для системы XY и MS получим соответ^ стведно

Подстановка в равенства (10.11) и (10.12) выражений, определяю- -щих собой характеристики направленности микрофонов, работаю- щих соответственно в системах XY и MS, приводит к получению одинаковых выражений следующего вида:

(10.13)

Расчеты по формуле (10.13) позволяют построить кривые изме- нения суммарного уровня сигнала при движении исполнителя по

189

прямой, перпендикулярной оси системы для первого варианта сте- реомикрофонов. типа XY и 'MS. Эти кривые (7, 2, 5, 4, 5), приве- денные на рис. 10.8, отвечают случаям, когда расстояние — рав- нялось 0,1; 0,3; 0,5; 1 и 2. Они показывают, что уменьшение рас- стояния приводит к большому изменению суммарного уровня сигнала

Рис. 10.9. Кривые суммарного уровня сиг- нала для вариантов Л и III систем XY

и MS

Рис. 10.8. Кривые суммарного уровня сигнала для варианта I систем XY и MS и разных расстояниях исполнитель — микрофон . .< • •

(до 17 дБ) при смещении исполнителя вправо и влево от оси сим- метрии системы, т. е. к большим искажениям в передаче движения источника звука по глубдне.

Как можно заметить по рис. 10.4, б и^ в, равенства (10.11) и (10.12), определяющие суммарный уровень сигнала для варианта / системы XY и 'MS> могут быть отнесены и к вариантам II и Я/,

- ' Я ' Я т-т

если в них значение — заменить, на —. После такой замены и

2 4

подстановки в новые равенства выражений для характеристик на- правленйости, соответствующих этим вариантам, для них можно получить формулы вида: ^

(10.14) (10,15)

На рис. 10.9 приведены кривые изменения суммарного уровня сигна- ла при перемещении исполнителя вдоль .линии микрофонов на рас- стоянии—равном 0,1; 0,5; 1,0. Группа кривых 7, 2, 3 относится к

варианту Я системы MS, а кривых 1\ 2^f, 3' — к варианту -III сис- тем MS ж XY.

Рис. 10.6, 10.8 и 10.9 позволяют сравнить кривые

полученные при одинаковых значениях — и характеризующие ис-

кажения в передаче движения по глубине для всех вариантов сис- тем АВ XY ж MS. Они показывают, что по величине и этих иска- жений варианты / и III систем XY и MS почти не отличаются от варианта Я (с кардиоидными микрофонами) системы АВ. Что же касается варианта Я системы XY, то он по искажениям близок к варианту /Я системы АВ (с косинусоидальными микрофонами), а тот же вариант системы MS хуже варианта II системы АВ.

Очевидно, когда исполАтель перемещается не по нормали к _N оси систем XY и MS, а по дуге окружности, расстояние от не^о до микрофонов остается постоянным и значения cos 9 в формулах {10.13), (10.14) и (10.15) становятся равными 1. В этом случае ис- кажения в передаче движения по глубине-уменьшаются до 2-^5 дБ для вариантов / и II и вовсе исключаются для варианта III.

В заключение необходимо отметить следующее:

1. Стереофоническим системам типа АВ, XY и MS свойственны искажения в передаче движения по глубине. В системе с ненаправ- ленными микрофонами (вариант 1 системы АВ) они самые малые и в неблагоприятных условиях^- 0,1Jдостигают 15 дБ. Искажения

становятся больше (при тех же условиях до 20 дБ) при сочетании микрофонов ненаправленного и однонаправленного типов (вариант1 системы MS) или двух однонаправленных микрофонов (вариант // системы АВ и варианты /и Я систем XY и MS) и возрастают до 30 дБ и больше при применении в системе микрофонов двухсто- роннего приема (третьи варианты систем АВ, XY и MS).

2. Эти искажения для каждого варианта любой из систем умень- шаются при увеличении относительного расстояния — •

- 3. Перемещение исполнителя от центра систем XY и MS к их краям связано с увеличением искажений по глубине, тогда как для системы АВ они растут при перемещении от краев к центру.

4. Поворот микрофонов друг к другу _чв системе АВ приводит к уменьшению, а поворот друг от друга — к увеличению искажений в передаче движения по глубине. ~

5. В системах XY и Щ8 при движении исполнителя или разме- щении оркестра по дуге окружности с-центром в точке расположе-

^ния микрофонов искажения в передаче движения по глубине или полностью исчезают (вариант Я/), или очень уменьшаются (вари- анты I и Я).