10.3. Порядок расчета системы звукоусиления

Расчет систем озвучения и звукоусиления обычно состоит из сле­дующих этапов:

– выбор и расчет требуемых параметров звукового поля;

– выбор системы звукоусиления (озвучения) и типы излучате­лей;

– расчет звукового поля с учетом размещения громкоговорите­лей;

– выбор типа микрофонов (для систем звукоусиления) и звукоусилительной аппаратуры.

Прежде чем приступить к проектированию системы звукоуси­ле­ния необходимо задаться целевым назначение помещения: только для музы­кального исполнения; только для речевых сигналов или универ­сального типа.

Выбор и расчет требуемых параметров звукового поля. Исходя из назначения системы озвучения или звукоусиления по таблице 10.1 выбираются значения:

- требуемого уровня звукового поля L_тр;

- допустимой неравномерности поля уровней прямого звука L, дБ;

- допустимого изменения акустического отношения R_мин , R_макс и среднее значение акустического отношения R_ср.

При этом его значение выбирают в пределах 2  4. Меньшие значе­ния следует выбирать для установки воспроизведения речи, боль­шие - для музыки.

Правильность выбора значения R_ср проверяют путем определения значений R_мин и R_макс, соответствующих выбранным значениям R_ср и L:

(10.1)

Полученные величины должны лежать в пределах, указанных в таблице 10.1. В противном случае необходимо изменить величину R_ср.

Для систем звукоусиления по таблице 10.2 выбирают требуемый индекс усиления _. Затем рассчитывают остальные параметры звукового поля:

– средний уровень прямого звука

(10.2)

– минимальный и максимальный допустимые уровни прямого звука

(10.3)

– уровень диффузного звука

(10.4)

– акустическую мощность излучателей, необходимую для создания диффузного поля

, мВт, (10.5)

где –звукопоглощение в зале на рассчитываемой частоте, определенное при акустическом расчете;

– требуемая полная акустическая мощность излучателей

, мВт (10.6)

где – средний коэффициент поглощения помещения на рассчиты­ваемой частоте, определенный при акустическом расчете.

Выбор системы звукоусиления (озвучения) и типа громкоговорителей. В зависимости от размеров озвучиваемой площади и назначе­ния установки выбирают тип системы: сосредоточенную, зональ­ную, рас­преде­ленную или смешанную.

При небольшой длине озвучиваемой площади (до 25-30 м) предпочтительнее применять сосредоточенную систему, обеспечи­вающую единство слухового и зрительного образов. Громкогово­рители обычно размещают по бокам сцены.

Высота подвеса h излучателей должна выбираться такой, чтобы звук к слушателю в последнем ряду приходил бы под углом не менее 5^ к плоскости, проходящей через уши сидящих слу­шателей. Иначе пер­вая половина рядов в значительной степени по­глотит энергию звуко­вой волны.

В любом случае первые и последние ряды слушателей должны попа­дать в диаграмму направленности в вертикальной плоскости с та­ким расчетом, чтобы уровень звука везде был бы не менее чем и не более чем

.

При длине помещения более 30 м приходится применять доста­точно мощные излучатели с острой диаграммой направленности. При этом возникают трудности с обеспечением равномерного зву­кового поля на первых и последних рядах слушателей.

В этих случаях предпочтительнее применять зональные си­стемы.

Методика расчета таких систем ничем не отличается от мето­дики расчета сосредоточенных систем. Только расчет ведется для каждой зо­ны в отдельности. При этом учитывается звуковое давле­ние, поступа­ющее от всех излучателей в данную точку поля. Так, например, точки, расположенные в первой части зала (ближе к сцене) облучаются только громкоговорителями, расположенными в головной части зала.

Точки, расположенные в последующих зонах, удаленных от сце­ны, могут облучаться как громкоговорителями своей зоны, так и гром­коговорителями предыдущей (ближе к сцене) зоны.

Излучатели обычно размещают на боковых стенах зала.

Поскольку при зональной системе мощность излучателей для каждой зоны требуется значительно меньшая, чем при сосредоточен­ной системе, акустическая обратная связь по прямому звуку здесь также значительно меньше. Следовательно, устойчивость такой си­стемы будет выше.

Однако при зональной системе могут иметь место случаи нару­шения единства слухового и зрительного образа, что требует примене­ния линий задержки.

При залах (коридорах) небольшой ширины (менее 15 м) могут при­ме­нять­ся распределенные системы с использованием ненаправлен­ных (вплоть до средних частот) маломощных излучателей типа або­нентских громкоговорителей, двух или трехполосных акустиче­ских си­стем, разме­щаемых либо на боковых стенах, либо на потолке. При ши­рине помещения менее 7 м может оказаться достаточно одной цепочки излучателей на одной боковой стене.

Надо иметь в виду, что указанные излучатели имеют малую даль­ность действия (порядка 3 7 м).

При ширине помещения более 15 м в распределенной системе приходится применять направленные излучатели типа звуковых коло­нок.

В данном пособии приводится методика расчета сосредоточен­ной системы с использованием диаграмм направленности излучате­лей.

Методика расчета распределенных систем изложена в1,3.

Акустические оси излучателей обычно направляют в вертикаль­ной плоскости в последний ряд слушателей.

В горизонтальной плоскости акустическая ось должна направ­ляться с таким расчетом, чтобы крайние места последнего ряда не вы­пали из диаграммы направленности и уровень в них был бы не менее , что определяется прикидочным расчетом.

После размещения излучателей относительно слушателей с помощью двух проекций опреде­ляется истинное максимальное расстояние до дальнего слу­шателя по акустической оси r_макс.

Зная r_макс, находят требуемое среднее номинальное давление излучателя p₁ (давление, развиваемое излучателем на акустической оси на расстоянии 1 м при подведении номинальной электрической мощности).

По найденному значению в справочниках подбирают тип излучателя, учитывая тре­буемую полосу воспроизводимых час­тот. Необходимо, чтобы p₁ излучателя было бы не меньше, чем

Если значение p₁ у излучателя меньше, чем _, то можно при­менить сдвоенные (поставленные друг на друга) излучатели, при этом значение p₁ удваивается и т.д.

Для звуковых колонок определяют требуемый коэффициент осевой концентрации

, (10.7)

где P_a - требуемая полная акустическая мощность излучателей (мВт);

n - количество отдельных излучателей.

Если колонка составная, то , где n - число ко­лонок, поставленных друг на друга.

В справочных данных 1,3,4 находят значение _кол.

Если , то выбранная звуковая колонка обеспечит необходимую акустическую мощность.

В некоторых справочниках приводится не номинальное звуковое давление p₁ , а стандартное давление p_ст. В этом случае p₁ опреде­ля­ется из формулы

, (10.8)

где – номинальная электрическая мощность излучателя.

Расчет звукового поля с учетом размещения излучателей. На плане зала и его вертикальном разрезе согласно выбраненному типу системы озвучения (в кинотеатрах применяется только централи­зованная система) размещают громкоговорители с указанием направ­ления их акустических осей. На чертежах громкоговорители следует пронуме­ро­вать. На этих же чертежах намечаются рабочие точки, в ко­торых ожи­даются максимальные и минимальные уровни звукового давления, а также промежуточные, величина уровня в которых вызы­вает сомнение. На плане зала целесообразно намечать расчетные точки только в одной половине зала (относительно его продольной оси), т.к. в другой половине точки бу­дут зеркальным отображением точек в пер­вой его половине.

Максимальные уровни обычно ожидаются в первом ряду зрителей под акустической осью соответствующего громкоговорителя. Мини­мальные – в последнем ряду, особенно на его краю, где отклонение точки от акустической оси максимально.

В кинотеатрах основные (заэкранные) громкоговорители распо­ла­гают непосредственно за экраном на специальных стеллажах. Распо­лагают их в горизонтальной плоскости в зависимости от величины зала от двух до пяти.

При этом каждая расчетная точка облучается сразу несколькими громкоговорителями. Суммарное звуковое давление в точке опреде­ляется энергетическим суммированием по формуле

, (10.9)

где p_1, p₂ ,p₃ и т.д. давления, создаваемые в i-той точке первым,

вторым и т.д. громкоговорителями.

В каждую расчетную точку на плане и вертикальном разрезе зала из центров громкоговорителей облучающих ее, проводятся прямые ли­нии.

По этим линиям на обоих чертежах определяется истинное рас­стояние r_i от центра излучателя до i-ой точки.

По ним же определяются (с помощью транспортира) углы между акустическими осями и направлением на i-тую точку в горизонтальной (на плане – _г) и вертикальной плоскостях (на вертикальном разрезе – ) из центра данного громкоговорителя.

Затем по диаграмме направленности в горизонтальной и верти­кальной плоскости в соответствии с найденными значениями углов _г и _в определяют величины радиусов-векторов Rг и R_в, соответственно.