Глава 10. Расчет систем озвучения и звукоусиления Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к системам звукоусиления и озвучения?

2. Какие системы озвучения и звукоусиления называются сосредоточенными?

3. Поясните области использования зональных систем.

4. Поясните порядок акустического расчета помещения.

5. Каким образом рассчитываются параметры звукового поля?

6. Каким образом выбирается микрофон для системы звукоусиления?

10.1. Требования к системам звукоусиления и озвучения

Из практики известно, что если помещение имеет объем свыше 2000 м³ или длину более 20 м, то голоса человека, как правило, уже не­достаточно для того, чтобы создать уровень громкости, необходимый для полной понятности переда­ваемой речи в удален­ных точках этого помещения. А если уровень шумов в помещении превосхо­дит 60 дБ, то и в не­больших помещениях (объемом около 200 м³), мощности чело­веческого голоса недостаточно для получения пол­ной понятности речи. В этих случаях необходимо применять звукоусилительную аппа­ратуру, состоящую из микрофонов, усилителей и громкоговорителей.

То же самое можно сказать и в отношении сольных номеров и ка­мерной музыки. Для исполнителей со слабым голосом необхо­димо звуко­усиление и в небольших помещениях. Для больших орке­стров, играющих даже в большом помещении, не требуется звуко­усиления. Но если оркестр небольшой, а необходимо создать впе­чатление боль­шого, то при соответствующем звукоусилении этого можно добиться (в этом случае говорят о подусилении оркестра). Сейчас распростра­нена поп-му­зыка с довольно высокими уровнями исполнения. Это также требует при­менения звукоусилительной ап­паратуры.

В системах звукоусиления микрофоны обычно находятся в поле действия громкоговорителей, т.е. налицо акустическая обратная связь по звуковому давлению, приводящая к возбуждению системы звуко­усиления. Это явление ограничивает возможности системы звуко­уси­ления. Но ино­гда приходится иметь дело с передачей информации в помещения, изоли­рованные от первичного источника звука (от дик­тора, лектора и т.п.). В таких случаях для пере­дачи информации при­меняется система озвуче­ния, состоящая из вторичных источников звука – громко­говорителей. Классическим примером использования системы озвучения являются кинотеатры. При этом уже нет ограничения индекса тракта в форме обратной связи. Системы озвучения являются частным случаем систем звукоусиления (величина обратной связи для них равна нулю).

Рассмотрим требования, предъявляемые к системам зву­коуси­ле­ния и озвучения. При передаче речи определяющим яв­ляется обес­пе­чение требуемой разборчивости речи во всех точ­ках по­ме­щения, даже самых уда­ленных от источника звука. Иначе раз­раба­тываемая си­стема не бу­дет выполнять своего основного наз­начения. Так при нор­мальных условиях речь хорошо слышна и по­нятна на расстоя­нии 0,51,0 м. При этом перед слушателем соз­дается уровень звуко­вого давле­ния L_сл = 80  86 дБ. Следовательно, система звукоусиле­ния речи должна создавать такие же уровни на всех мес­тах слушателей в зале (L_тр = 80  86 дБ).

Как следует из предыдущего, для выполнения этого требова­ния необходимо, чтобы тракт обеспечивал соответствующее пре­вышение спек­тральных уровней речи над спектральным уровнем помех и шу­мов, а это зависит как от общего уровня речи на местах слушателей, так и от спектра частот шума.

Для музыкальных передач главным требованием является соз­дание соот­ветствующего уровня громкости на местах слушателей. Известно, что хоры, ор­кестры лучше всего слушать в концертных залах, сидя в вось­мом - пятнадцатом рядах партера (10 12 м от ис­полнителей). При этом у слушателей создаются уровни звукового давления L_сл = 94 100 дБ и более. Однако при воспроизведении музыки ограничиваются уров­нями L_тр = 94 96 дБ из соображений экономии электроэнергии. Известно, что уве­личение уровня на 3 дБ требует удвоение мощности усилителя.

В таблице 10.1 приведены рекомендуемые номинальные уровни зву­кового давления L_тр.

Таблица 10.1 – Требуемые параметры звукового поля

			Акустическое отношение
Назначение установки	Lтр, дБ	L,дБ	Rмин	Rмакс
Воспроизведение музыки и теат­ральных эффектов	 100	 6	 1	8-10
Воспроизведение музыки, подусиление солистов	9496	 6	 1	8-10
Усиление речи, воспроизведения музыки	9496	 8	 1	4-6
Усиление речи	8086	 8	 0,5	4-6
Усиление речи при повышен­ном уровне шума	Lтр=Lш+10 15 дБ (но не более 96 100 дБ)

Вторым по важности требованием к любым трактам звукопередачи, чаще всего к по­следнему его звену – помещению, являются оптимальность звуча­ния и отсутствие его различных дефектов. К дефектам звучания можно отнести: эхо, бубне­ние из-за резонансов отдельных небольших объемов, резкого изме­нения времени реверберации из-за резонансов, по­вышения уровня в отдельных точках помеще­ния из-за фокусировки энергии, создаваемой куполами и другими концентраторами энергии. Все эти дефекты влияют на разборчи­вость речи в отдельных точках помещения и снижают качество зву­чания любых передач. Поэтому по возможности они должны быть устранены.

Важной характеристикой помещения (кроме рассмотренного в предыдущих главах времени реверберации) является, так называемое, акустическое отношение.

Известно, что плотность энергии в помещении состоит из двух частей: плотности энергии пря­мого и многократно отраженного звуков. Поле отраженного звука обычно называют диффузным. Отношение диффуз­ной составляющей к составляющей прямого звука называют акустиче­ским отношением, т.е.

Если перейти к уровням и обозначить через L_д уровень диффуз­ной составляющей, а через L_пр уровень прямого звука, то разность этих уровней

, дБ.

Акустическое отношение является одним из количественных по­каза­телей акустики помещения. Если оно велико, то речь становится нераз­борчивой, а му­зыка, особенно при быстром исполнении, становится не­благозвучной. Если акустическое отношение меньше единицы, то музыка звучит отрывисто, теряется плавность исполнения. Речь звучит также отрывисто, но если акустическое отношение нес­колько больше 0,5, то разборчивость речи не снижается. Поэтому стре­мятся для речевых пере­дач обеспечить акустическое отношение в пре­делах 14, а для музы­кальных – 210. Заме­тим, что для некоторых видов исполнения (органная музыка) это от­ношение допускается до 1620. Рекомендуемые величины пределов из­менения приведены в таблице 10.1.

Естественно, что для обеспечения указанных требований, показа­тели тракта (неравномерность частотной характеристики; номинальное звуковое давление, развиваемое громкоговорителями; направленность и чувствительность громкоговорителей и микрофонов; мощность уси­литель­ного устройства; нелинейные искажения; шумы и т.п.) должны удовлет­ворять соответствующим нормам на эти показатели.

Третьим требованием к системам звукоусиления и озвучения яв­ля­ется возможно меньшая неравномерность озвучения, т.е. по возмож­ности минимальное изменение уровня звучания от точки к точке. Ве­личина неравномерности L определяется как разность , где и – максимальный и минимальный уровни прямого звука, создаваемые системой озвучения.

Неравномерность озвучения приводит к тому, что если в самых уда­лен­ных точках помещения обеспечен необходимый уровень , то в ряде точек он может оказаться завышенным. Следствием этого яв­ляются не­нужная перегрузка слуха; излишний расход мощ­ности; не­приятное ощу­щение, испытываемое слушате­лем при его перемещении по помещению. Поэтому в помещениях не допускается неравномер­ность озвучения больше 68 дБ. Вообще же всегда, когда это не противо­речит требованиям эконо­мичности и техники обслуживания, стремятся к снижению неравномерно­сти озвучения. В таблице 10.1. приведены мак­симально допустимые значе­ния неравно­мерности озвучения.

Одной из важных характеристик установок звукоусиления явля­ется индекс усиления , который равен разности уровня пря­мого звука, приходящего к микрофону от первичного источника L₁ и уровня зву­ка, приходящего к слушателю от громкоговорителя

Поскольку зависит от положения слушателя, будет изме­няться от точки к точке, причем это изменение равно неравномерности прямого звука.

Индекс усиления характеризует эффективность системы передачи звукового сигнала от точки, где установлен микрофон, принимающий звук первичного источника, до места размещения слушателя.

Требуемая величина индекса усиления определяется характером звучания. Идеальная система звукоусиления должна обеспечить для всех слушателей условия, эквивалентные лучшим местам концертного зала, аудитории и т.д.

Максимальная величина , которую можно получить в дан­ной си­стеме звукоусиления, определяется порогом самовозбужде­ния. Од­нако для нормальной работы системы звукоусиления недо­статочно от­сутствия самовозбуждения. Если усиление близко к кри­тическому, то в системе звукоусиления резко воз­растают переходные процессы. За­паздывающая обратная связь приводит к возник­новению так назы­ваемой регенера­тивной реверберации, т.е. к постепенному затуханию звука после выклю­чения первичного источ­ника. При усилении в за­крытом помещении появ­ление регенера­тивной реверберации приводит к кажущемуся увеличению гулкости и соответствующему ухудшению качества звучания.

В таблице 10.2. приведены рекомендуемые значения для уста­новок различного назначения.

Таблица 10.2 – Значение . для различных установок
Назначение установки
Усиление речи	-10  -14
Усиление оркестров, хоров, ансамблей	- 12
Подусиление солистов при удаленном (12 м) микрофоне	- 10
То же при близко (0,51 м) размещенном микрофоне	- 16