Скачать 1.64 Mb.
|
В Б К 32.872 А64 УДК 534.86 WOLFGANG AHNERT, WALTER REICHARDT GRUNDLAGEN DER BESCHALLUNGSTECHNIK Анерт В., Райхардт В. — М. А64 Основы техники звукоусиления: Пер. с нем. Радио и связь, 1984. — 320 с., ил. В пер.: 1 р. >80 к. Представлены самые современные сведения по теоретическим и практическим проблемам построения систем звукоусиления для открытых пространств и закрытых помещений. Дана количественная оценка направленных свойств микрофонов и громкоговорителей, усиления звукового давления, влияния систем звукоусиления на архитектурно-акустические параметры помещений. Рассмотрены практические примеры применения систем звукоусиления. Для инженерно-технических работников, занимающихся исследованием, проектированием и эксплуатацией систем звукоусиления, а также для работников радиовещания, телевидения, студий грамзаписи.- ББК 32.872 6Ф2.7 2402030000-107 А 99-84 046(01)-84 © VEB Verlag Technik, Berlin, 1981. Перевод на русский язык, предисловие редактора перевода, примечания редактора и переводчика, издательство «Радио л связь», 1984 ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА Предлагаемая читателям книга посвящена проектированию и расчету систем звукоусиления, ставших неотъемлемой частью всех крупных общественных сооружений — театров, концертных залов, стадионов, и т. п., — предназначенных, как правило, для многотысячной аудитории. Совершенно очевидно, что умение на стадии проектирования правильно рассчитать параметры будущей системы звукоусиления имеет огромное значение. В мировой практике строительства концертных залов бывали случаи, когда неудовлетворительное качество звучания заставляло полностью переоборудовать зал, несмотря на связанные с этим значительные расходы. К сожалению, на русском языке нет ни одной книги, в которой достаточно полно и на современном уровне излагались бы вопросы техники звукоусиления. Вышедшие в СССР книги (Дрейзен И. Г. Система электронного управления акустикой залов и радиовещательных студий.— М.: Связь, 1967; Папернов Л. 3., Молодая Н. Т., Метер Ч. М. Расчет и проектирование систем озвучсния и звукоусилсния в закрытых помещениях.—М.: Cвязь, 1970; Фурдуев В. В. Стереофония и многоканальные звуковые системы.—М.: Энергия, 1973) представляют собой монографии, в которых рассматриваются, хотя и с достаточной глубиной, лишь отдельные, частные вопросы многогранной проблемы озвучения открытых пространств и закрытых помещений. К тому же в упомянутых книгах отсутствуют идеи, базирующиеся на современных технических средствах, которые за последние годы претерпели значительные изменения. В связи с этим предлагаемая читателям книга, содержащая самые последние сведения по теоретическим и практическим проблемам построения систем звукоусиления, будет полезна, на наш взгляд, для большинства специалистов, занимающихся в нашей стране исследованием, проектированием систем звукоусиления, а также их эксплуатацией. Несомненной заслугой авторов книги, обобщивших огромный литературный материал (библиография к книге насчитывает почти 300 наименований) и результаты собственных исследований, является четкое и ясное изложение материала. Продуманная и подробная разбивка материала на отдельные разделы, не нарушая цельности и последовательности изложения, позволяет использовать книгу как справочное пособие и быстро находить з нужные сведения. Этому способствует и помещенный в конце книги предметный указатель. При написании книги были использованы результаты работ многих советских авторов. Это обстоятельство выгодно отличает предлагаемую книгу от аналогичных зарубежных изданий, так как позволяет читателю при необходимости обратиться к легко доступным первоисточникам. Особый интерес представляет описание системы озвучения Дворца Республик в Берлине. Эта система, построенная по принципам временной стереофонии (дельта-стереофония), обеспечивает высокое качество звучания и уверенную локализацию источников сигнала. Авторы книги принимали самое активное участие в создании наряду со многими другими и данной системы звукоусиления. Как это часто бывает, при переводе книги встретились терминологические трудности, обусловленные в основном тем, что авторы вводят некоторые новые понятия и параметры. В частности, такие термины, как «стандартное расстояние», «реверберацион-ная поглощающая способность» и другие используются на русском языке впервые. Наряду со специалистами, занимающимися проектированием систем звукоусиления и их эксплуатацией, книга будет также полезна работникам радиовещания, телевидения, студий грамзаписи, а также студентам, изучающим электроакустику. Б. Г. Белкин, ПРЕДИСЛОВИЕ В последние годы одна из новых областей электроакустики— техника озвучения — приобретает все большее значение. Если раньше задачей систем озвучения являлось в основном усиление человеческого голоса (ораторов и певцов), то теперь в больших помещениях, рассчитанных на 1000—3000 слушателей, требуется усиление и звуковых сигналов, создаваемых музыкальными инструментами. Кроме того, электроакустические системы все шире и шире используются во всех общественных сооружениях для информационной службы, как средства обеспечения тех или иных звуковых эффектов, для усиления музыкальных и речевых фрагментов, сопровождающих действие в драматических театрах. С помощью таких систем можно улучшить «акустику» помещений или согласовать их акустические особенности с разнообразными по характеру программами. Чем больше становятся размеры сцены и самих залов, тем сложнее обеспечить надежную локализацию источников сигнала. Современные линии задержки звуковых сигналов создали необходимые предпосылки для решения этой задачи; они требуют, однако, иных принципов построения систем звукоусиления. Особенности постановок на больших сценах нередко заставляют, кроме того, располагать микрофон на значительном расстоянии от источника сигнала. Очень важное значение при этом приобретает задача устранения акустической обратной связи. От решения этой задачи в значительной мере зависит общее достижимое качество звучания системы звукоусиления; поэтому проблеме устранения акустической обратной связи должно уделяться особое внимание. Проектирование систем звукоусиления не может осуществляться эмпирически. Оно должно опираться на особенности восприятия звуковых сигналов человеческим ухом. Изучение этих особенностей должно предшествовать решению собственно технических проблем. Со времени публикации книги Петцольда [1] в печати не появлялись работы, посвященные последовательному рассмотрению проблем техники озвучения. За прошедшие годы системы озвучения претерпели, однако, существенные изменения, обусловленные как более точными сведениями о лежащих в их основе физических и психофизиологических закономерностях, так и применением новейших электронных элементов и приборов. Пришло время обобщить достигнутые результаты и количественно описать те взаимосвязи, которые до сих пор рассматривались лишь качественно. Речь идет об учете направленных свойств микрофонов и громкоговорителей, об усилении звука, о воздействии электроакустических устройств на архитектурно-акустические параметры помещений, об амбиофонии и т. п. Мы постарались изложить материал книги таким образом, чтобы проектировщики или специалисты, обслуживающие системы звукоусиления, могли быстро найти необходимые указания или расчетные соотношения. Так как некоторые формулы при точном учете влияния всех входящих в них параметров получаются очень громоздкими, их вывод, представляющий интерес, по-видимому, лишь для немногих читателей, приводится в приложении. Книга будет, кроме того, полезна всем тем читателям, которые изучают технику систем озвучения или хотят расширить свои знания в этой области. При написании книги мы получили много полезных советов от доктора техн. наук Г. Кашинского и дипломированного инженера Г. Штайнке. Им, а также Л. Анерт, критически просмотревшей рукопись, мы хотели бы выразить сердечную благодарность. Но особенно мы признательны нашему редактору дипломированному инженеру Р. Фишеру за исключительно тщательную подготовку рукописи к печати. Мы благодарим также издательство «Ферлаг Техник» за хорошее оформление книги. Вольфганг Анерт, Вальтер Райхардт эквивалентная поглощающая поверхность, стационарная поглощающая способность помещений спектр сигнала первичного источника эквивалентная поглощающая поверхность элементов оборудования зала реверберационная поглощающая способность потери артикуляции согласных показатель звукопоглощения -сигнал, функция от времени — ширина полосы частот -спектр звукового сигнала в месте расположения слушателя -чувствительность громкоговорителя по напряжению
— чувствительность громкоговорителя по мощности --частотный.интервал, интервал; влажность воздуха
-интервал частот; сдвиг по частоте -ширина критической полосы частот - модуль усиления в петле обратной связи -параметр связи -уровень чувствительности электроакустических преобразователей -стандартная гулкость - коэффициент передачи по мощности -интенсивность звука кажущаяся интенсивность звука в месте расположения микрофона -интенсивность прямого звука интенсивность диффузного звука - интенсивность звука, измеренная с учетом посто янной времени слуха
- коэффициент разборчивости, учитывающий нали чие высоких частот -коэффициент разборчивости, учитывающий наличие низких частот -коэффициент связи - невзвешенное значение уровня звукового давления -уровень звукового давления, измеренный со взве шивающим фильтром А уровень звукового давления, создаваемый импульсным источником сигнала (кривая А) - уровень возбуждения -уровень звукового давления в месте расположения слушателя -уровень характеристической чувствительности -уровень громкости -субъективно воспринимаемый уровень громкости -взвешенное значение уровня звукового давления -уровень звукового давления в диффузном звуковом поле -разность уровней - снижение уровня, соответствующее коэффициен ту К а разность уровней, метод Куттруффа снижение уровня, соответствующее заданному времени реверберации повышение уровня выигрыш по усилению в петле обратной связи (п означает переключаемые микрофоны) расстояние средняя длина пробега уровень чувствительности микрофона показатель затухания энергии громкость число (источников звука, путей распространения звука, каналов звукоусиления и т. п.) акустическая мощность акустическая мощность ненаправленного излучателя акустическая мощность громкоговорителя акустическая мощность i-то громкоговорителя акустическая мощность на открытом пространстве акустическая мощность первичного источника сиг нала; реактивная мощность поглощаемая акустическая мощность акустическая мощность в закрытых помещениях мощность прямого звука электрическая мощность -частичная акустическая мощность падающая мощность; мощность, поглощаемая в реверберационном процессе -звуковое давление -звуковое давление, уровень которого принимается за нуль - звуковое давление, измеренное ненаправленным микрофоном -звуковое давление, измеренное направленным микрофоном
-звуковое давление, равногромкое с тоном частотой 1 кГц, эффективное значение -эффективное звуковое давление, создаваемое ненаправленным громкоговорителем эффективное звуковое давление в диффузном поле -эффективное звуковое давление на расстоянии г от источника звука 9 эффективное звуковое давление в направлении, задаваемом углом 9 коэффициент обратной связи индекс пространственного впечатления коэффициент обратной связи :татистический индекс пространственного впечатления расстояние импульсный отклик участка звукопередачи между громкоговорителем и микрофоном импульс Дирака коэффициент взаимной корреляции (C8o и R) радиус гулкости СМ. rст расстояние между громкоговорителем и слушате* лем , расстояние между громкоговорителем и микрофо-ном -расстояние между источником звука и слушателем на открытом пространстве -расстояние между первичным источником звука и слушателем - расстояние между первичным источником звука и микрофоном -расстояние между i-м излучателем и /-м микро-фоном -стандартное расстояние
-функция от времени -время реверберации -чувствительность микрофона по свободному полю -естественное время реве'рберации -время реверберации помещения -требуемое время реверберации - коэффициент передачи усилительного канала -граничное время реверберации (C8o>O дБ) -граничное время реверберации (С5о>О дБ) -время реверберации с системой озвучения -время -время задержки -интервал времени
—.объем
-плотность звуковой энергии -общая плотность звуковой энергии
-плотность энергии прямого звука -плотность энергии в диффузионном поле - перепад между средним значением частотной ха рактеристики звукопередачи и порогом самовоз буждения -величина \p\2{f)/p2 -субъективная высота тона - коэффициент поглощения -средний коэффициент поглощения -коэффициенты поглощения для поверхностей Sp и SR - коэффициент затухания -коэффициент поглощения элемента поверхности -коэффициент обратной связи между громкоговорителем и микрофоном; ослабление звука в помещении - коэффициенты звукопередачи -характеристика направленности -характеристика направленности громкоговорителя характеристика направленности микрофона ' -характеристика направленности первичного источника сигнала коэффициент осевой концентрации; коэффициент направленности коэффициент осевой концентрации слушателя 11 коэффициент осевой концентрации громкоговорителя -коэффициент направленности микрофона - эквивалентный коэффициент осевой концентрации - коэффициент осевой концентрации первичного ис точника сигнала - коэффициент затухания -вероятность ошибки -коэффициент полезного действия
-длина звуковой волны - коэффициент передачи электронных устройств; коэффициент усиления
- автокорреляционная функция квадрата звукового давления - постоянная времени спада энергии -постоянная времени интегрирования уха -постоянная времени спада энергии, соответству ющая времени реверберации помещения - постоянная времени спада энергии, соответствую щая требуемому времени реверберации -угол излучения -фаза коэффициента передачи петли обратной свя« зи, фазовый угол
1. О ТЕМАТИКЕ КНИГИ Задачей акустики помещений является обеспечение хорошей слышимости в аудиториях, концертных залах, театрах и т. п. Так как еще сравнительно недавно эти задачи решались, как правило, лишь строительно-техническими средствами, в некоторых языках акустику помещений объединяют со строительной акустикой в единое понятие «архитектурной акустики». В немецком языке такой обобщенный термин отсутствует. В литературе на немецком языке под строительной акустикой подразумевают строительно-технические средства подавления мешающих шумов. Понимаемая таким образом строительная акустика не является предметом техники озвучения, хотя заданные уровни шума в помещении с работающей или выключенной системой звукоусиления обеспечиваются именно строительными средствами. Акустика помещений, напротив, служит основой при создании электронных систем озвучения, рассмотрению которых посвящена данная книга. Действительно, при всей изощренности средств, разработанных за последние десятилетия для улучшения слышимости с помощью одного пли нескольких усилительных трактов (микрофон — усилитель — громкоговоритель), прежде всего необходимо достигнуть оптимума совершенствованием акустических параметров самого помещения, т. е. строительно-техническими средствами. Достоинством таких средств является то, что они долговечны и не требуют обслуживания. Этими соображениями определяются как сильные, так и слабые стороны всех электроакустических систем, используемых для улучшения слышимости. Параметры систем звукоусиления легко согласовать с теми или иными конкретными требованиями, но очень часто системы ока-, зываются весьма далекими от оптимальных. Как правило, это обусловлено неудачным размещением преобразователей и неправильным выбором величины усиления, а также неквалифицированным обслуживанием. Именно поэтому опытные творческие ра-ботники и опытные слушатели скептически относятся к системам звукоусиления. В то же время, в общественных и зрелищных сооружениях все более прочное место завоевывают залы многоцелевого назначения. В них устраиваются самые разнообразные мероприятия и представления. Большие залы многоцелевого назначения способствуют повышению эмоционального воздействия художественной 13 программы, воспринимаемой совместно всеми слушателями. Важно лишь с самого начала решить, предназначен ли зал в основном для прослушивания речи или в нем предполагается слушать музыку. Высокое качество звучания музыки следует, как прави--ло, обеспечивать исключительно архитектурно-акустическици средствами. Объясняется это тем, что с помощью системы звукоусиления, т. е. электроакустическими средствами, легче и дешевле обеспечить хорошую разборчивость речи в излишне гулком помещении, чем добавить «пространственность» в помещении, предназначенном для речи и имеющем, следовательно, сравнительно небольшое время реверберации для того, чтобы звучание музыки приобрело требуемые целостность и полноту. К сказанному можно добавить, что электроакустические системы в больших залах необходимы прежде всего для усиления человеческого голоса. Высокое качество звучания музыки в очень больших помещениях (более 3000 мест) достижимо только при соответствующей акустике таких помещений. Архитектурно-акустическое оформление крупных залов наталкивается в связи с этим на значительные трудности, и одной из дополнительных задач систем звукоусиления становится увеличение времени реверберации в случае использования зала для музыкальных программ. И та, и другая задачи— обеспечение разборчивости речив крупных помещениях и повышение пространственности звучания в залах с небольшим временем реверберации — успешно решаются сегодня с помощью систем озвучения. Рассмотрение возникающих при этом проблем и основы расчета систем звукоусиления и составляют сущность данной книги. К технике озвучения необходимо причислять и те средства, которые используются для озвучения на открытых пространствах, (например, зеленых театров, площадей, где проходят демонстрации, стадионов и т. п.). Особое внимание при этом надо обращать на близлежащие строения. Если окружающие здания не содействуют улучшению слышимости за счет ранних отражений или же обусловливают появление эха в отдельных зонах расположения слушателей, то и в этом случае электроакустические системы могут быть чрезвычайно полезными. Объем данной книги не позволяет, однако, рассмотреть все возможные виды систем звукопередачи, включающих в себя электроакустические тракты, начиная от микрофона и кончая громкоговорителем. По вопросам дальней передачи (телефония, радиовещание) и записи сигналов имеется обширная литература. Телефонии и монофоническому радиовещанию, однако, присущи принципиальные недостатки, от которых страдает достоверность передачи сигналов во всех тех случаях, когда должны быть сохранены разборчивость и художественная форма транслируемой программы. Стереофония, в том числе и самый последний ее вариант — стерео- 14 системы озвучения фония с искусственной головой,— а также призваны преодолевать эти недостатки. I Наряду с отсутствием искажений решающим признаком вы-сакого качества системы озвучения должна стать возможность передачи информации о направлении прихода звука. Только с помощью такой информации можно правильно воспроизвести в другом месте или в другое время акустическую обстановку, в которой производилась запись. Относительно такого рода задач мы тоже вынуждены дать лишь ссылки на соответствующую литера-туру [2, 6]. Ограничимся здесь рассмотрением условий повышения качества звучания в случае, когда сигналы прослушиваются непосредственно в том месте, где они излучаются. Именно при этом возникают особенно большие трудности: акустическая обратная связь и возможное рассогласование зрительного и слухового впечатлений. И то, и другое необходимо .исключить. Системы озвучения не должны препятствовать правильной локализации источников сигнала. Такого рода дефекты настолько неприятны, что сводят практически на нет преимущества, обеспечиваемые электроакустическими средствами путем повышения громкости звучания или разборчивости речи. Естественная неискаженная локализация способствует прозрачности звучания и совершенно необходима для создания контакта между слушателями и исполнителями на сцене. В связи с проблемой обеспечения правильной локализации возникает задача, близкая к той, которую приходится решать и в системах стереофонии с искусственной головой. В обоих случаях восприятие направления прихода звуковой волны обеспечивается наличием у человека двух ушей. Лишь недавно стало известно [16], каковы могут быть те небольшие различия между сигналами на правом и левом ухе, чтобы нервная система еще была способна реагировать на них и формировать представление о размещении источников сигнала ил,и направлении прихода отражений. Только знание этих различий позволило настолько повысить качество давно известных систем записи сигналов с помощью искусственной головы и их дередачи слушателям, что они обеспечивают звучание, весьма близкое к натуральному. Задача соответствующих аппаратурных средств сводится при этом в основном к сохранению различий в сигналах на правом и левом ухе искусственной головы. Системы озвучения не ограничиваются двумя каналами передачи звуковых сигналов к слушателю. Если в зале с системой озвучения к слушателю первым приходит звук от исполнителей или усиленный звуковой сигнал от источников, расположенных на прямой, соединяющей слушателя с исполнителем, а сигналы, приходящие от тех же источников позднее, не превышают по интенсивности первоначальные сигналы и задерживаются на не слишком большое время, то проблему надежной локализации можно считать в такой системе решенной. Иначе говоря, в системах зву- |
Поиск на сайте Главная страница Литература Доклады Рефераты Курсовая работа Лекции |