|
Скачать 1.64 Mb.
|
|
96 налов при многократном эхе. Подобно тому, как это делается при озвучении закрытых помещений, прежде всего и лучше всего можно обеспечить требуемое заполнение, вводя реверберационный сигнал, создаваемый с помощью тех или иных ревербераторов (листовые, пружинные и т. п. ревербераторы, см. гл. 12). Поскольку в свободном пространстве отсутствует собственный отзвук, то он и не может быть искажен введением искусственной реверберации.. Необходимо лишь следить за тем, чтобы не создавалось неестественного звучания. Решение возможно, так как для устранения эха достаточно незначительной и мало заметной на слух доли ре-верберационной энергии (с небольшим временем реверберации). Ошибочно полагать, что источники шумов, всегда имеющиеся на открытом пространстве (ветер, транспорт, зрители, птицы и т. п.), тоже заполняют промежутка между отдельными повторениями сигнала и тем самым способствуют уменьшению опасности возникновения эха. Посторонние шумы имеют совершейно иной характер (спектр, временные параметры и т. п.), чем полезный сигнал и его эхо. Промежуточные сигналы подавляют эхо только в том случае, если они несут ту же информацию, что и исходный сигнал. Посторонние шумы значительно увеличивают вероятность возникновения эха, так как для их перекрытия приходится увеличивать усиление речи значительно больше, чем это принято и делается в системах озвучения закрытых помещений. При этом, естественно, эхо может быть настолько громким, что оно отчетливо воспринимается слушателями как неприятное, мешающее явление. Иногда очень большие площадки, вмещающие до 10000 зрителей, используются для устройства концертов на открытом пространстве. Такие представления были бы невозможны без систем звукоусилении. Однако такие системы нередко строят исходя из тех же принципов, что и при построении систем усиления речи. Неизбежным следствием этого являются высокая, а может быть и слишком высокая, прозрачность и отсутствие пространственного впечатления. Возникает вопрос, нельзя ли с помощью известных средств ввести «дискретные отражения» и «реверберационный звук», чтобы обеспечить плавные переходы, более мягкое установление, хорошую слитность и гармоничное единство звучания. В принципе такой подход заслуживает одобрения. Необходимо только предостеречь от излишнего увлечения дополнительными «ревер-берационными» сигналами. У посетителя концерта на основании зрительных впечатлений от окружающей обстановки формируется и «ожидаемое» представление о характере звучания. Если реальные слуховые впечатления будут резко отличаться от ожидаемых, то слушателя это раздражает и он оценивает звучание как неудовлетворительное. Посещая концерт на открытом воздухе, хотят услышать звучание, отличное от привычного звучания в закрытых помещениях. Если же пространство, на котором располагаются зрители, окружено естественными толстыми стенами ( как, например, в Рате- 4-1133 97 4. УСИЛЕНИЕ ЗВУКА ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ 4.1. ПОСТРОЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАНАЛОВ УСИЛЕНИЯ Поскольку в дальнейшем будем часто пользоваться понятием «усилительный канал», необходимо пояснить, что под этим подразумевается. Говоря о канале усиления, имеют в виду цепь, включающую в себя микрофон, усилитель и громкоговоритель (рис. 4.1). Такая цепь может быть размещена в закрытом помещении или на открытом пространстве либо и там и там. При использовании понятия «электроакустический канал звукоусиления» неважно, имеют ли электроакустические преобразователи круговые диаграммы направленности или же, например, излучатели представляют собой направленную группу громкоговорителей, а микрофон обладает кардиоидной диаграммой направленности. В то же время это понятие предполагает, что оба преобразователя, относящиеся к данному каналу, находятся в одном и том же помещении (или на открытом пространстве). В цепь канала может входить еще одно помещение (эхо-комната, рис. 4.2). На рис. 4.3 тоже представлен канал, включающий в себя микрофон, усилитель и громкоговоритель. Но такая система исполь- 4* 99 не, где сцена и ограждающие поверхности образованы скалами), то слушатель не воспринимает естественный отзвук, обусловленный этими стенами, как ненатуральный даже в том случае, когда он несколько подчеркивается с помощью системы звукоусиления для повышения пространственного впечатления и выравнивается по тембральной окраске. 3.11,4. Влияние ожидаемого слухового впечатления Упомянутое только что влияние ожидаемого слухового впечатления на оценку качества звучания имеет место и в закрытых помещениях. Если в передних рядах концертного зала ощущается избыток реверберационного звука (приходящего к тому же сзади), то, как показывает опыт, слушателям это не нравится. Точно так же плохими считаются места в последних рядах, на которых из-за излишнего направленного отражения звука кажется, что музыканты сидят совсем рядом. В обоих случаях оценка качества звучания может быть самой высокой, если слушатель сидит с закрытыми глазами и не представляет себе окружающей его обстановки. Влияние ожидаемого слухового впечатления на оценку качества звучания необходимо учитывать при проектировании систем звукоусиления. 3,11.5. Слаженность исполнения. Громкоговорители озвучения сцены Тенденция увеличения размеров сцены уже неоднократно упоминалась. Совместное исполнение оркестром музыкального произведения или слаженное выполнение на спортивных площадках упражнений в музыкально-ритмическом сопровождении значительно облегчается при наличии громкоговорителей «подзвучки». Иногда без таких громкоговорителей вообще нельзя обойтись. В данном случае задачей усилительных каналов является компенсация времени пробега звука с помощью электронных устройств. Они не работают, таким образом, непосредственно «на зрителя», а служат для исполнителей. Вспомним, что при протяженности сцены или открытой площадки, равной 34 м, время пробега звука составляет 100 мс, т. е. достаточно для возникновения эха. Если открытая площадка, например стадион, не может быть озвучена с одного края с допустимыми временами пробега, то необходимо прибегнуть к распределенной системе громкоговорителей, расположенных по всей «подзвучиваемой» поверхности. Сигналы для этих громкоговорителей надо формировать таким образом, чтобы запаздывание на время пробега не мешало ораторам и исполнителям слышать самих себя (эффект Ли [143]). Эти сигналы должны, напротив, повышать разборчивость и четкость. 98 Рис, 4.1. Простейший канал усиления Рис. 4.2. Увеличение времени реверберации помещения 1 с помощью эхо-ком на ты Рис. 4.3. Система звукопередачи Рис. 4.4. Система воспроизведения звука зуется для передачи звуковых сигналов из помещения 1 в поме щение 2. Поскольку излучаемый громкоговорителем звук не может в этом случае снова воздействовать на микрофон, такие и подобные им системы не будут рассматриваться в данной книге. В отличие от этой системы звукопередачи, на рис. 4.2 показана структурная схема комбинированного канала звукоусиления, позволяющего изменять реверберационные параметры озвучиваемого помещения. Такие системы будут далее рассмотрены подробно. Если, как показано на рис. 4.4, с помощью громкоговорителя излучаются сигналы, воспроизводимые магнитофоном, проигрывателем и т. п., то используется лишь часть канала усиления. Этот случай будет рассмотрен в разделе, посвященном воспроизведению. Таким образом, в данной книге будут изложены в основном вопросы расчета и построения таких каналов усиления, в которых 1) содержатся микрофон, усилитель и громкоговоритель и 2) сигнал от громкоговорителя может снова поступать к микрофону (возможна акустическая обратная связь). 4.2. ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАНАЛОВ ЗВУКОУСИЛЕНИЯ Во всех случаях, когда микрофон и громкоговоритель любого усилительного канала находится в одном и том же помещении, усиление ограничивается возникновением акустической обратной связи (усиление петли обратной связи v2s-->1, появляются громкие свисты и вой). Даже если граница самовозбуждения еще не до-, стигается, наблюдаются линейные (и нелинейные) искажения, называемые регенеративными искажениями (см. гл. 5). Устойчивость, т. е. надежность подавления самовозбуждения, является главным критерием оценки возможности применения системы звукоусиления. Следующим по важности критерием является эффективность использования системы. Для того чтобы обеспечить требуемое повышение интенсивности звука на всех слушательских местах (или при заданном повышении интенсивности необходимую стабильность), надо попытаться, с одной стороны, использовать минимальное усиление канала v, а с другой стороны, снизить, насколько это возможно, обратную связь b между громкоговорителем и микрофоном. На первых этапах развития техники звукоусиления в той или иной степени эмпирически были найдены решения, которые отчасти используются еще и сегодня. Сюда прежде всего можно отнести правило расположения микрофона возможно ближе к исполнителю, а громкоговорителя — возможно ближе к слушателю. Правда, при слишком малом расстоянии между оратором и микрофоном становятся ощутимыми колебания громкости. Если же первичным источником является один из инструментов оркестра, а не человек, то при близком расположении микрофона звучание этого инструмента будет выделяться из общего звучания оркест- pa. В этом случае может помочь использование большого числа микрофонов — «микрофонный лес»,— но при этом значительно усложняется чисто техническая сторона обработки многочисленных сигналов от микрофонов. Слишком близкого расположения громкоговорителей приходится избегать, так как излучаемый ими звук приходит в этом случае не со стороны первичного источника и, следовательно, акустическое и зрительное впечатления о направлении на источник сигнала не совпадают. Хотя с этим можно бороться, вводя задержку сигнала громкоговорителя [76], такой способ распределенного озвучения предпочтительно использовать в залах конгрессов, научных симпозиумов и т. п. (т. е. для речи). Чтобы уменьшить опасность самовозбуждения системы, необходимо придерживаться следующих общих правил: 1) в помещении архитектурно-акустическими средствами должно быть обеспечено достаточное звукопоглощение; 2) громкоговорители должны быть направлены на слушателей, а не на микрофоны и стены. Эффективным средством обеспечения определенной направленности является использование направленных систем громкоговорителей (групповых излучателей). Акустическую ось такой группы следует направить на последнюю треть слушательских мест, а микрофон расположить в интерференционном минимуме диаграммы направленности [1, 144]. Петцольд рекомендует также использовать микрофон с диаграммой направленности в виде суперкардиоиды, так как при этом уменьшается чувствительность микрофона к звуку, приходящему от громкоговорителей [145]. Уже давно известно, что значительная неравномерность частотной характеристики системы усиления часто ведет к самовозбуждению системы. Поэтому необходимо всегда стремиться к получению возможно более гладкой частотной характеристики. Напряжение на выходе микрофона, обусловленное сигналом от громкоговорителей, зависит, как известно, от частоты —коэффициент звукопередачи «по воздуху» — зависит от частоты), так что на пиках частотной характеристики звукопередачи при излишнем усилении легко возникает самовозбуждение. Из всего сказанного следует, что существуют два способа подавления самовозбуждения систем звукоусиления:
Поскольку предотвращение самовозбуждения систем звукоусиления, обусловленного акустической обратной связью, является центральной проблемой использования каналов звукоусиления, 101 в гл. 5 будут рассмотрены общие вопросы теории систем, охваченных акустической обратной связью. Результаты этого анализа необходимо учитывать при звукоусилении или повышении пространственности звучания с помощью электроакустических систем. Они способствуют также лучшему пониманию методов подавления положительной акустической обратной связи. 4.3. МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ЗВУКА И ПОВЫШЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОСТИ ЗВУЧАНИЯ Далее будут рассмотрены важнейшие работы, которые дают представление о современном уровне электроакустических средств, используемых на практике для усиления звука и (повышения пространственного звучания. Наряду с многочисленными патентами и публикациями по от дельным частным вопросам имеется незначительное число работ, представляющих собой систематизированное рассмотрение проблем техники озвучения. К последним прежде всего относятся работы советских авторов (Фурдуев [146, 147], Индлин [147], Суха реюский [149, 150], Кофман [151], Хрущев [151] и др.), работы акустиков США (Шредер [153—155], Атал [156], Бонер [157—159], Дэвис [160], Клеппер [161] и др.) и ФРГ (Майер, Кутруфф [162— 165, 43]). 4.3.1. Усиление звука Первое обобщающее сообщение, касающееся уровня развитие электроакустики и применения электрических систем для усиления звука, было сделано Майером [162] в 1954 г. на I Международном акустическом конгрессе в Дельфах. В 1957 г. Петцольдт, основываясь на большом практическом опыте, опубликовал работу [1], содержащую рекомендации по построению сосредоточенных и распределенных систем звукоусиления. Он уточнил понятие «акустической обратной связи» и вывел формулу для расчета в закрытых помещениях максимально допустимой акустической мощности, излучаемой громкоговорителем* при которой еще не достигается порог самовозбуждения: (4.1) Здесь Ps — мощность источника; Рак—акустическая мощность громкоговорителя; гн — радиус гулкости громкоговорителя; г8м — расстояние между источником и микрофоном. Используя найденные Петцольдтом уравнения, а также приводимые им графики и примеры расчета, можно лишь весьма приближенно определить параметры электроакустических систем озвучения закрытых помещений. Влияние направленности микрофонов и громкоговорителей на порог самовозбуждения системы было оценено Кашинским [166, 167]. Он не пользовался, как это делается до сих пор в такого рода исследованиях, радиусом гулкости, а ввел два, новых понятия: эквивалентной дистанции и граничной дистанции. При определении этих параметров учитывались как характеристики направленности, так и коэффициенты направленности используемых преобразователей. Кашинский экспериментально показал, что максимальный выигрыш по усилению без самовозбуждения системы может быть получен только в том случае, если расстояние между микрофоном и источником будет меньше граничной дистанции, а расстояние между излучающим громкоговорителем и микрофоном — больше эквивалентной дистанции. Варнинг [145] исследовал влияние характеристик направленности микрофонов. Он показал, что порог возникновения самовозбуждения может быть значительно смещен с помощью остронаправленного или суперкардиоидного микрофона, если громкоговоритель расположен в направлении интерференционного минимума характеристики направленности микрофона. Кроме того, было показано, что н аправленные микрофоны воспринимают меньшую долю диффузного звука и таким образом как бы увеличивают радиус гулкости. Благодаря этому громкоговоритель, расположенный со стороны пониженной чувствительности микрофона, может излучать большую мощность без возникновения самовозбуждения. Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования положительной акустической обратной связи в системах звукоусиления провели Фурдуев и Индлин [146—148]. Они исследовали, в частности, как зависит максимально реализуемое усиление от требуемой устойчивости системы, включающей в себя микрофон и излучающие громкоговорители (направленные и ненаправленные). Авторы учитывали при этом статистический характер частотных характеристик звукопередачи в помещении. Фурдуев провел, кроме того, исследование устойчивости стереофонических систем звукоусиления. Анализ принципа действия двухканальной системы передачи (соответствующие микрофоны и громкоговорители находятся в одном и том же помещении) позволил найти коэффициенты, характеризующие явление паразитной обратной связи. С помощью этих коэффициентов можно легко найти порог возбуждения в многоканальных системах. Хотя в расчетах был сделан ряд упрощающих допущений, экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретически полученными значениями. Бопер и Попер [157], а также Дэвис [160] получили простое выражение для расчета максимально возможного усиления Vm (в децибелах) системы озвучения: (4.2) где D1 — разность уровней звукового давления LPQ (источник) — LH(слушатель); D2 — разность уровней звукового давления LPL (громкоговоритель)—LM (микрофон); D3 — разность уровней звукового давления LPQ (источник)—LM (микрофон); D4 — разность уровней звукового давления LPL (громкоговоритель) — LH (слушатель). Все разности должны быть выражены в децибелах Величина VM характеризует повышение уровня плотности энер гии в той точке, где находится слушатель, по сравнению с уров нем плотности энергии в отсутствие системы озвучения. Это мак симальное усиление (самовозбуждение!), которое можно получить от системы. Хотя выражение (4.2) представляет собой прибли женную формулу, оно дает тем не менее вполне надежные исход ные значения. Кроме того, оно получено в предположении что имеется лишь один канал звукоусиления; его можно, однако в расширенном виде использовать и для более сложных систем зву коусиления. J Дэвис [160,169] исследовал влияние размещения громкоговори телей на основные параметры систем озвучения. Хотя он и ста вил себе задачу определения такого расположения громкоговори телей (сосредоточенных или распределенных), при котором обес печивается оптимальное озвучение помещения при минимальных затратах и гарантированной устойчивости системы, ее решение оказалось возможным лишь при определенных ограничениях 06^ щее решение этой проблемы им не было найдено; с помощью при водимых в работах Дэвиса графиков возможны лишь ориентиро вочные оценки. . |
|
Поиск на сайте Главная страница Литература Доклады Рефераты Курсовая работа Лекции |