,
акустические основы
построения
систем озвучивания
Учебное пособие
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2010
Министерство культуры РФ
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ КИНО И ТЕЛЕВИДЕНИЯ»
_________________________________________________
Кафедра акустики
,
акустические основы
построения
систем озвучивания
Учебное пособие по дисциплине «Акустические системы озвучивания помещений»
для студентов специальности «Аудиовизуальная техника»
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2010
УДК 534.843
, Уваров основы построения систем озвучивания: Учебное пособие. – СПб.: Изд. СПбГУКиТ, 2010. – 64 с, ил.
В соответствии с учебной программой в настоящем учебном пособии рассматриваются вопросы, посвященные основным акустическим проблемам, возникающим при озвучивании помещений.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся на очном и заочном факультетах.
Рецензент: к. т.н., профессор
Рекомендовано к изданию Советом факультета аудиовизуальной техники СПбГУКиТ. Протокол № 4 от 01.01.2001 г.
Ó , , 2010
Ó СПбГУКиТ, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие «Акустические основы построения систем озвучивания» предназначено для студентов заочного факультета специальности «Аудиовизуальная техника».
Изложенный в пособии материал охватывает содержание соответствующей дисциплины специализации, читаемой студентам на выпускном курсе.
Пособие содержит три раздела, посвященных основным акустическим проблемам, возникающим при озвучивании помещений.
В первом разделе рассматриваются общие проблемы звукоусиления, включая естественное усиление с помощью отражений, озвучивание помещений и открытых пространств с помощью различных электроакустических систем, в том числе стереофонических. В этом же разделе рассмотрены вопросы локализации источника звука в системах звукоусиления, а также объективные и субъективные оценки их качественных показателей.
Второй раздел посвящен громкоговорителям, используемым в системах озвучения. Рассмотрены вопросы формирования характеристик направленности громкоговорящих систем, а также определения параметров звукового поля и выбора мощности и марки громкоговорителей для получения требуемых технических и физических характеристик озвучиваемого пространства.
Третий раздел посвящен теории акустических процессов в озвучиваемых помещениях. На основе анализа работы линейной системы звукоусиления сформулированы условия стабильной работы такой системы, рассмотрены явления регенеративной реверберации в условиях открытого пространства и помещения. В этом же разделе рассмотрены некоторые особенности микрофонов, используемых в системах звукоусиления, и методы подавления акустической обратной связи.
Материал, изложенный в учебном пособии, может быть полезен инженерам и специалистам, занимающимся проектированием и технической реализацией систем озвучивания и звукоусиления.
3
Раздел 1. Общие вопросы усиления звука
1.1. Естественное усиление звука
Возможностями естественного усиления звука (при отсутствии электроакустических аппаратов) человечество пользовалось еще со времен постройки древнеримских и древнегреческих аудиторий и театров.
Это усиление достигалось за счет использования естественных свойств звука, в частности, способности звуковых волн распространяться в заданных направлениях, а также отражаться от различных преград. До нас дошли работы древних ученых, посвященные изучению свойств звуковых волн. Одной из наиболее известных является работа древнеримского инженера и архитектора Витрувия (I век до н. э.), который в своих «Десяти книгах об архитектуре» подробно описал свойства звуковых волн и дал рекомендации по их практическому использованию [1].
Рассмотрим некоторые из них, проиллюстрированные рис. 1.1 и рис. 1.2.
 |
Рис. 1.1. Профиль поверхности зрительских мест в древнегреческом
открытом театре: звуковой луч «ползет» вдоль линии рядов
Такой профиль поверхности позволял звуковому лучу распространяться по зрительским местам, обеспечивая достаточным уровнем звукового давления аудиторию до 20000 мест. Примером использования энергии отраженных лучей могут также служить древние «форумы»: круглые площадки, в центре которых располагались ораторы. Еще один пример – «Колизей» в Риме - открытый театр, вмещавший до 40000 зрителей.
4
Необходимые направления распространения звуковых волн задавались, кроме местоположения источника звука, еще и наличием масок на лицах актеров с ротовыми отверстиями в виде рупоров.
Другой пример использования свойства звукового луча «ползти» вдоль какой-либо поверхности – «шепчущие» галереи в Западной Европе (рис. 1.2). Это большие, выполненные из камня, хорошо отражающие криволинейные поверхности, вдоль которых звуковой луч мог распространяться почти без затухания (замки, соборы, башни и т. п.).
ИЗ
 |
Башня
 |
 |
Галерея
 |
ПЗ
Рис. 1.2. Профиль поверхности «шепчущей» галереи: ИЗ – источник
звука; ПЗ – приемник звука
Однако отсутствие стен и потолка в рассмотренных примерах не позволяло в полной мере использовать для усиления звука энергию отражений. В закрытых помещениях Западной Европы (где климат не позволял строить открытые театры) отраженные от ограничивающих поверхностей волны могли в значительной степени усилить первоначальный сигнал. А для того, чтобы направить полученные отражения в зону зрительских мест, поверхности залов делались профилированными.
Так, в 1927 году немецкий архитектор Петцольд разработал метод построения профилированного потолка для залов драматических театров. Идея метода, показанная на рис. 1.3, заключается в том, чтобы спроектировать такой профиль потолка, который позволил бы направить отраженные от него звуковые лучи в зону зрительских мест.
5
 |
В последний ряд
 |
 |
Рис. 1.3. Усиление звука с помощью отражений от потолка
Пример закрытого театра ХУ111 – Х1Х веков, имеющего высокий потолок при многоярусных стенах, приведен на рис. 1.4.
 |
Рис. 1.4. Профилированные поверхности закрытого театра
6
В этом случае слушатели сидят на «стенах», что обеспечивает их сравнительно близкое расположение относительно сцены и позволяет сделать небольшими различия во времени прихода прямого и отраженного лучей к каждому слушателю. А именно этот фактор является решающим в достижении положительного эффекта усиления звука за счет отражений, поскольку слух, обладая интегрирующими свойствами, суммирует энергию звуков, приходящих к уху с временем запаздывания друг относительно друга Δτ, не превышающим 50 мс. Учитывая вышеизложенное, можно сформулировать основные условия естественного усиления звука за счет отражений.
1. Cоответствующим выбором размеров и расположения отражающих поверхностей помещения обеспечить разницу времен прихода прямого и отраженных лучей в заданную точку звукового поля Δτ, не превышающую 50 мс. Это означает, что разность длин отраженного lотр и прямого lпр лучей не должна превышать 17 м.
Δτ = ( lотр – lпр)/ с0 ≤ 50 мс, если (lотр – lпр) ≤ 17м. (1.1)
Здесь с0 = 340 м/с – скорость звука в воздухе.
Можно отметить, что если два сигнала окажутся когерентными, то усиление интенсивности звука произойдет в 4 раза при условии, что p1= p2= p.
При этом p∑= 2p, a I∑ = (2p)2 /ρ0c0 = 4·I.
Если два взаимодействующих сигнала некогерентны, то их усиление по интенсивности произойдет в 2 раза, так как р∑ = 21/2 р = 1,41 р, а I∑ = 2·I.
2. Если не удается выполнить условие (1.1), и разность длин отраженного и прямого лучей (lотр – lпр) > 17 м, то есть Δτ > 50 мс, то отсутствия мешающего действия таких отражений можно добиться, уменьшив их уровень интенсивности на 15 – 18 дБ относительно прямого сигнала и друг друга.
3. При формировании структуры отражений необходимо добиться ее максимальной равномерности во времени: без значительных временных «сгущений» или «разрежений».
7
