4.  Порядок расчета системы звукоусиления

Прежде, чем приступать к расчету системы звукоусиления, следет изучить теоретические аспекты их использования.

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.

4.1  Выбор и расчет требуемых параметров звукового поля

Исходя из назначения системы озвучения или звукоусиления по таблице 4.1 выбираются значения: (14)

• требуемого уровня звукового поля L_тр;
• допустимой неравномерности поля уровней прямого звука DL, 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    DL:

                                                                                   (4.1)

Полученные величины должны лежать в пределах, указанных  в таблице 4.1. В противном случае необходимо изменить величину R_ср.

Для систем звукоусиления по таблице 4.2  (15) выбирают требуемый индекс усиления . Затем рассчитывают остальные параметры звукового поля:

– средний уровень прямого звука

                                                                                   (4.2)

–  минимальный и максимальный допустимые уровни прямого звука

                                                                                          (4.3)

– уровень диффузного звука

                                                                                (4.4)

– акустическую мощность излучателей, необходимую для создания    диффузного поля

                                             , мВт,                              (4.5)                               

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

– требуемая полная акустическая мощность излучателей

                                                  ,  мВт                                            (4.6)

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

4.2  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.

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          подбирают тип излучателя (16), 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

                                                    ,                                                (4.7)

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.

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

                                                    ,                                 (4.8)

где  – номинальная электрическая мощность излучателя.

4.3. 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 от