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 Lсл = 80 ... 86 дБ. Следовательно, система звукоусиления речи должна создавать такие же уровни на всех местах слушателей в зале (Lтр = 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 Lсл = 94 ...100 дБ и более. Однако при воспроизведении музыки ограничиваются уровнями Lтр = 94 ...96 дБ из соображений экономии электроэнергии. Известно, что увеличение уровня на 3 дБ требует удвоение мощности усилителя.
В таблице 5.1 приведены рекомендуемые номинальные уровни звукового давления Lтр.
|
Таблица 5.1 – Требуемые параметры звукового поля |
||||
|
Акустическое отношение |
||||
|
Назначение установки |
Lтр, дБ |
DL,дБ |
Rмин |
Rмакс |
|
Воспроизведение музыки и театральных эффектов |
» 100 |
£ 6 |
³ 1 |
8-10 |
|
Воспроизведение музыки, подусиление солистов |
94...96 |
£ 6 |
³ 1 |
8-10 |
|
Усиление речи, воспроизведения музыки |
94...96 |
£ 8 |
³ 1 |
4-6 |
|
Усиление речи |
80...86 |
£ 8 |
³ 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 Lд уровень диффузной составляющей, а через Lпр 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 5.1.
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 DL 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 5.1. 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 5.2. приведены рекомендуемые значения 
для установок различного
назначения.
Таблица 5.2 – 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 |
4.2.1 Сосредоточенные системы
Сосредоточенными (или централизованными) называются системы, в которых звук к слушателям приходит как бы из одной точки. Такие системы могут быть использованы при стереофоническом звукоусилении и звуковоспроизведении. Они являются предпочтительными и в случае монофонического звукоусиления, поскольку обеспечивают хорошую «привязку» зрительного и слухового образов.
При стереофоническом звукоусилении направление на кажущийся (виртуальный) источник звука может меняться.
В закрытых помещениях чаще всего применяются следующие варианты сосредоточенных систем.
Портальная система с верхним размещением громкоговорителей (рисунок 5.1-а) применяется в средних по размерам залах, когда над сценическим проемом имеется достаточно большой портал или когда над авансценой есть козырек, позволяющий установить направленные излучатели в нишах.
Портальная система с боковым размещением громкоговорителей (рисунок 5.1-б) применяется в средних по размерам залах, когда на портале имеются достаточно широкие поверхности по бокам сценического проема. Такая система удобна для озвучения залов с крутым амфитеатром и с балконами. В этом случае можно на разной высоте обслуживать соответствующие места, занятые слушателями. В случае сильно вынесенной вперед авансцены или открытой эстрады, когда основные микрофоны приходится выдвигать в зал за линию портала, такую систему применять нежелательно из-за возможности самовозбуждения.
Система с размещением направленных излучателей на боковых стенах (рисунок 4.2-а) применяется в тех случаях, когда сценический проем не имеет портала или используется открытая эстрада. Громкоговорители выносятся в зал на уровень авансцены или дальше и устанавливаются на кронштейнах или в специальных нишах так, чтобы их основное излучение было направлено в зал. Если по бокам сцены или эстрады имеются специальные отражатели в виде скошенных стен, то громкоговорители могут быть установлены в них в специальных нишах.
Система с центральным размещением излучателей (рисунок 4.2-б) применяется в том случае, когда слушатели не занимают фиксированных положений (танцевальные, выставочные залы и т.п.), или когда слушатели сидят вокруг центральной части помещения (цирк).
а б
В установках озвучения и звукоусиления на открытом воздухе также возможны различные варианты сосредоточенных систем. При звукоусилении можно использовать те же варианты, что и в закрытых помещениях. Для летних театров и эстрад с раковиной или по бокам ее (на специальных мачтах) таким образом, чтобы микрофоны были экранированы от прямого звука громкоговорителей.
При озвучении больших территорий мощные громкоговорители иногда размещают на высоких мачтах и башнях (например, на железнодорожных сортировочных станциях и т.п.).
4.2.2 Зональные системы
Зональными (рассредоточенными или децентрализованными) называются системы, в которых озвучиваемая поверхность разбивается на ряд зон. В каждой из зон звуковое поле создается отдельным источником (или группой источников) звука. Эти системы могут применяться только там, где не требуется строгого совмещения зрительного образа со слуховым. Они непригодны для стереофонического звукоусиления и звуковоспроизведения. Зональные системы применяются в тех случаях, когда сосредоточенная система не может обеспечить требуемого уровня и однородности поля уровней на площади, занятой слушателями. Такие системы применяются в залах больших размеров (рисунок 5.3-а) и в помещениях сложной формы (рисунок 4.3-б).
При использовании зональной системы для установок звукоусиления в вытянутых и больших помещениях необходимо включать линию задержки, которая обеспечивает синхронность звука, приходящего к слушателю от первичного источника и от громкоговорителей, обслуживающих данную зону. Особенно широко применяются зональные системы для озвучения улиц, парков, а также в установках озвучения производственных помещений и территорий.
4.2.3 Распределенные системы
Распределенными системами озвучения называются системы, в которых звук к слушателю приходит от нескольких или многих громкоговорителей с примерно одинаковым уровнем. Особенно часто такие системы применяются для воспроизведения и усиления речи. На рисунке 4.4 изображены основные варианты распределенных систем.
Линейные системы (рисунок 4.4-а) применяются для озвучения и звукоусиления в помещениях вытянутой формы малой высоты (коридоры, платформы станций метро, небольшие аудитории и др.). При озвучении помещений с повышенной гулкостью применяются линейные цепочки из направленных излучателей (например, из звуковых колонок).
Для озвучения больших фойе и других аналогичных помещений иногда применяют системы в виде одной или нескольких цепочек из направленных высококачественных громкоговорителей.
Потолочные системы (рисунок 4.4-б) применяются в двух случаях.
В случае относительно узких помещений (расчетная высота больше 1/2 ширины помещения) с высокими потолками (высота не менее 4 м) применяется одна или две цепочки из направленных громкоговорителей, укрепленных на потолке.
а
б
В помещениях с относительно низким потолком применяются системы с равномерным распределением излучателей по всему потолку. Последние могут использоваться как в установках озвучения, так и в установках звукоусиления, но в этом случае необходимо выключить громкоговорители, расположенные вблизи от микрофона.
Распределенные системы кресельных громкоговорителей, в которых громкоговорители небольшой мощности (порядка 0,1 - 0,25 Вт) вмонтированы в спинках кресел, применяются для усиления речи.
а б
Основными достоинствами такой системы, оправдывающими ее применение в больших аудиториях (несмотря на относительно высокую стоимость оборудования и монтажа), являются: хорошая однородность поля уровней, высокая разборчивость речи и небольшая глубина акустической обратной связи.
Распределенные системы озвучения на открытом пространстве применяются в основном в виде линейных систем в виде сетки из радиальных громкоговорителей, покрывающей большие площади, например, в тех случаях, когда нельзя устанавливать громкоговорители на большой высоте.
Линейные и потолочные системы создают звуковое поле, в котором направление на кажущийся источник звука не совпадает с направлением на видимый первичный источник. При этом происходит так называемый разрыв зрительного и слухового образов. Для борьбы с этим дефектом иногда применяют включение громкоговорителей через линию задержки. Если звук от громкоговорителей приходит позже, чем от первичного источника, то разрыва между зрительным и слуховым образом не будет.
В случае применения кресельной системы звук приходит к слушателям с примерно одинаковой интенсивностью с разных сторон. Благодаря этому слуховой образ не привязывается к определенному направлению. Так как слушатель видит первичный источник звука, то он непроизвольно привязывает к нему и слуховой образ.
В реальных установках озвучения и звукоусиления часто применяется сочетание нескольких систем. Так, например, при сосредоточенной системе озвучения зрительных залов иногда необходимо дополнительное озвучение подбалконных пространств, боковых лож и т.п. Это озвучение выполняется с помощью зональной или распределенной системы с маломощными громкоговорителями. Целесообразность применения той или другой комбинированной системы определяется в каждом конкретном случае в соответствии с назначением установки и акустическими особенностями помещения.
