Автор: Сапожков М.А.
Теги: электротехника радиосвязь и радиовещание звуковоспроизведение звукотехника
Год: 1985
Текст
М’А'Сапожков
ЗВУКОФИКАЦИЯ
открытых
пространств
Москва
«Радио и связь»
1985
ББК 32.884
С19
УДК 621.396.61(024)
Рецензент доктор техн, наук В. В. ОДНОЛЬКО
Редакция литературы по радиотехнике
Сапожков М. А.
С19 Звукофикация открытых пространствам.!
Радио и связь, 1985. — 304 с., ил.
В перл 1 р. 10 к.
Излагаются основные положения теории передачи и восприятия
звука, описываются методы звукофикации открытых пространств и
методика проектирования устройств озвучения и звукоусиления для
них, приводятся примеры проектирования систем звукофикации наи-
более типичных объектов, находящихся на открытом воздухе (зеле-
ные театры, стадионы, улицы и площади, сортировочные железнодо-
рожные станции, выставки на открытом воздухе, вокзалы).
Для инженерно-технического персонала систем радиообслужива-
ния, проектировщиков систем звукофикации. Может быть рекомендо-
вана студентам-связистам для курсового и дипломного проектиро-
вания.
2402020000-114 ББК 32.884
046(01)-85 61-85 6Ф1.3
© Издательство «Радио и связь», 1985
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 1960 г. вышла книга «Озвучение открытых
пространств» (Л. 3. Папернов. М.: Связь, 1960 г.). За
прошедшие 25 лет опубликован ряд статей в журналах
по этим вопросам, но отсутствуют обобщающие работы.
Ряд вопросов, изложенных в книге Л. 3. Паперного и
в этих статьях, уже требуют уточнений и дополнений и
учета новых методов расчета и проектирования звуко-
фикации открытых пространств. Некоторые из этих ма-
териалов были изложены в книге М. А. Сапожкова
«Звукофикация помещений» (М., Связь, 1979 г.). В дан-
ной книге с учетом специфики открытых пространств
изложены новые методы звукофикации, как, например,
звукофикация длинных улиц бегущей волной (без эха),
методы проектирования систем звукофикации с учетом
частотной зависимости направленности громкоговорите-
лей и микрофонов, метод более экономичного использо-
вания излучения громкоговорителей. В книге изложены
теоретические материалы и методика проектирования
и расчета систем звукофикации. Много места уделено
примерам расчета звукофикации различных объектов
на открытом воздухе. Книга содержит ряд приложений
по аппаратуре звукофикации (громкоговорители, мик-
рофоны, усилительные устройства) и программы рас-
чета звуковых полей и разборчивости речи с помощью
ЭВМ.
При расчетах звукофикации конкретных объектов
иногда использовалась аппаратура старых типов. Но
так как для каждого из них есть современные анало-
ги, пока не вошедшие в справочники, то автор считает
это допустимым.
Материалы по программам для ЭВМ любезно пре-
доставлены доцентами Н. Т. Молодой и В. К. Василье-
вым, ст. преподавателями Ч. М. Метер и И. А. Млод-
зеевской.
Все замечания следует направлять в издательство
«Радио и связь» по адресу: 101000, Москва, Почтамт,
а/я 693.
3
ГЛАВА 1
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕДАЧИ
И ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА
1.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
Звуковые волны, излучаемые источниками
звука, распространяются в окружающем нас воздухе в
форме продольных колебаний, т. е. в виде перемещаю-
щихся сгущений и разрежений воздуха в направлении
от источника звука. Скорость движения волн в возду-
хе при температуре 20 °C и нормальном атмосферном
давлении составляет около 340 м/с. Пространство, в
котором происходят звуковые колебания, называют зву-
ковым полем. Звуковое поле в открытом пространстве
характеризуют звуковым давлением р и интенсивностью
звука /.
Звуковым давлением называют давление, дополни-
тельно возникающее в газообразной или жидкой среде
при прохождении через нее звуковых волн. Звуковое
давление является знакопеременной величиной: в ме-
стах сгущения частиц среды оно положительно, в ме-
стах разрежения — отрицательно. Измеряют звуковое
давление в паскалях1 (Па). Интенсивность звука —
количество звуковой энергии, проходящей в единицу
времени через единицу площади, перпендикулярной к
направлению распространения звуковой волны; ее из-
меряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м2 * 4). Интен-
сивность звука связана с действующим значением зву-
кового давления [1] соотношением
1=р*1рс, (1.1)
где р — плотность среды; с — скорость звука.
Поверхность, соединяющая все смежные точки про-
странства с одинаковой фазой волны, называют фрон-
1 Паскаль равен ньютону на квадратный метр (Н/м2). Ранее
для звукового давления использовали единицу «бар», равную дине
на сантиметр квадратный (1 Па=10 дин/см2).
4
том волны. Фронт волны в каждой из его точек перпен-
дикулярен направлению распространения волны, т. е.
звуковому лучу, проходящему через эту точку.
Различают три основных формы фронта волны:
плоскую, сферическую й цилиндрическую. В плоской
волне энергия не расходится (звуковые лучи идут па-
раллельно друг другу) и поэтому интенсивность звука
и амплитуда звукового давления на небольших расстоя-
ниях практически не изменяются при удалении от
источника звука. При большем удалении они заметно
уменьшаются из-за ряда потерь (вязкость среды, запы-
ленность и т. д.).
В сферической волне при удалении от источника
звука интенсивность убывает по квадратичному зако-
НУ [1]
/=Л/г2, (1.2)
а звуковое давление — по гиперболическому
р=рх!г, (1.3)
где /1 и pi — соответственно интенсивность и звуковое
давление на расстоянии 1 м от источника звука; г —
расстояние от источника звука, м.
В цилиндрической волне интенсивность убывает по
гиперболическому закону:
I=hlr, поэтому р=р1/г1/2. (1.4)
В общем случае звуковые волны отражаются от раз-
личных препятствий и поэтому в результате их интер-
ференции создается сложное поле. Различают поле пря-
мого звука, представляющее поле звуковых волн, рас-
пространяющихся от источника звука до отражающих
поверхностей, т. е. не претерпевших ни одного отраже-
ния, и поле отраженных звуков. Иногда для первых
используют термин «прямая волна», но его можно спу-
тать с плоской волной, поэтому в литературе по звуко-
усилению используют термин «прямой звук». Поле пря-
мого звука определяется так, как если бы источник
звука находился в неограниченном пространстве.
Очень часто параметры поля численно выражают в
их уровнях. Уровень параметра — величина пропор-
циональная логарифму относительного значения пара-
5
метра и измеряется в децибелах. Соответственно уро-
вни интенсивности звука и звукового давления
L, = 101g (Z/Zo) = 101g /4-120; (1.5)
Lp=20 1 g (p/po) =201g p+94, (1.6)
где /, Вт/м2; p, Па.
Принято [13], что нулевому уровню интенсивности
звука соответствует интенсивность /о=1О~12 Вт/м2 (она
близка к порогу слышимости на частоте 1000 Гц). Из
(1.1) следует, что нулевому уровню по звуковому дав-
лению соответствует давление ро=2-1О~5 Па. Разумеет-
ся, что в соответствие с (1.1) оба уровня практически
равны друг другу до тех пор, пока произведение рс по-
стоянно и равно 400 кг/м2 с и при этом можно говорить
просто об уровне звукового поля [1]. А акустическое
сопротивление, равное 400 кг/м2 с, получается только
при температуре 0°С и нормальном атмосферном дав-
лении. Например, при температуре 50 °C скорость зву-
ка увеличивается до 360 м/с, а при температуре —50°С
снижается до 300 м/с. Акустическое сопротивление на
высоте 6 км над уровнем моря составляет только
200 кг/м2 с. Акустическое сопротивление в общем слу-
чае изменяется при изменении атмосферного давления,
при этом изменяется и плотность воздуха. Все это надо
иметь в виду при расчетах.
1.2. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА
Рассмотрим только свойства слуха, исполь-
зуемые в звукофикации.
Порог слышимости — это эффект скачкообразного
появления заметного на слух ощущения звука при плав-
ном возрастании интенсивности звука от нуля или не-
которого ее уровня, не вызывающего слухового ощуще-
ния. Величину порога слышимости обычно характери-
зуют соответствующими параметрами раздражающей
силы, т. е. интенсивностью звука или звуковым давле-
нием. Порог слышимости зависит от ряда факторов и,
прежде всего, от частоты тона (рис. 1.1). Выражая па-
раметры звукового поля в уровнях, можно получить и
порог слышимости безотносительно к интенсивности и
звуковому давлению. Соответственно этому на рис. 1.1
по оси ординат дан масштаб в уровнях звукового поля.
Маскировка — повышение порога слышимости по от-
ношению к порогу слышимости в тишине при появле-
6
нии шумов или помех. Разность порогов слышимости
(для чистого тона 1 заданной частоты) в шумах и в ти-
шине называют эффектом маскировки
А1 = рш—Рт, 0*7)
где
Рш:= 10 1g (Лт.С.ш/Л)) , (1»8)
рт = 101g (/п.с.т/^о); (1.9)
Рш и рт — уровни порога слышимости соответственно в
шумах и в тишине; /п.с.ш и /п.с.т— соответствующие им
интенсивности.
Рис. 1.1. Пороги слышимости:
1 — фронтальный; 2 —диффузный
Эффект маскировки зависит от ряда факторов.
В первую очередь он определяется уровнем маскирую-
щего звука. Существенное значение имеет и форма
спектральной огибающей помех: низкочастотные со-
ставляющие помех маскируют звуки высокой частоты
лучше, чем высокочастотные составляющие помех —
звуки низкой частоты. В случае дискретных спектров
помех эффект маскировки получается наибольшим для
звуков, частотные составляющие которых располага-
ются вблизи частот маскирующих составляющих. По-
этому эффект маскировки для сложных помех можно
определить только экспериментально. Однако для шу-
мов со сплошным спектром, при достаточно равномер-
1 Под чистым тоном подразумевают звуковые колебания сину-
соидальной формы. В дальнейшем для краткости будем опускать
прилагательное «чистый» и под термином «тон» будем иметь в виду
чистый тон.
7
ном распределении его плотности по частотному диа-
пазону, эффект маскировки можно легко рассчитать
исходя из резонансной теории восприятия звука [11].
В основу этой теории положен тот факт, что тон
определенной частоты вызывает колебания только впол-
не определенного волокна (и, лишь частично, соседних
волокон) основной мембрайы, находящейся в улитке
внутреннего уха. Получается нечто похожее на процес-
сы в гребенке резонаторов, настроенных на разные ча-
стоты звукового диапазона: на высокие—в начале
улитки и низкие—в ее конце (рис. 1.2). Такое распо-
ложение резонаторов объясняет большую эффектив-
Рис. 1.2. Эквивалентная электрическая схема внутреннего уха
ность маскирующего действия низкочастотных состав-
ляющих [1]. Каждой из групп волокон соответствует
резонансный контур, ток в котором эквивалентен ско-
рости колебаний волокна. При колебаниях волокон
происходит возбуждение соответствующих им оконча-
ний слухового нерва, в результате чего в мозг поступа-
ют импульсы тона. Нервные окончания возбуждаются
сразу до максимума. Но так как они располагаются на
разных расстояниях от волокна, то при увеличении ам-
плитуды колебаний волокна общее возбуждение слухо-
вого нерва происходит по ступенчатому закону. Естест-
венно, что если наиболее близкая к волокну часть нерв-
ных окончаний будет уже возбуждена шумами то при-
шедшие звуки не возбуждают другие нервные оконча-
ния, если эти звуки имеют уровень ниже уровня шумов.
Когда амплитуда колебаний волокна от действия тона
превышает амплитуду колебаний того же волокна от
действия шума и притом на вполне определенное зна-
чение, появляется слуховое ощущение данного тона.
Поскольку резонатор, соответствущий волокну, интегри-
8
рует интенсивность шума в некоторой полоске частот
(определяемой добротностью резонатора), условие по-
явления ощущения тона приближенно имеет вид [1]
/п.с:ш=/шД/кр, где IAffAf— спектральная
плотность шума, ВТ/м2 Гц; Д/Кр— полоса пропускания
слухового резонатора на уровне — 3 дБ, называемая
критической полоской слуха-, I—интенсивность шу-
ма в узких (не уже критической) полосках частот Д/.
С учетом этого выражение (1.8) преобразовывается к
виду
Рш=Ю 1g (/шД/кр//о) =-Вш4”Лсл, (1.10)
где Вш=10 lg(/m//o)—уровень спектральной плотности
шума \ т. е. уровень интенсивности в полоске 1 Гц; /о—
интенсивность, соответствующая нулевому уровню
(/о = Ю~12 Вт/м2), /Сел = Ю 1g Д/кр — логарифмическая
критическая полоска слуха.
Таблица 1.1
Ширина критических полосок слуха
Л Гц 200 300 400 500 800 1000 1400 2000 3000 4000 5000 6000
15,8 15,4 15,4 15,6 16,0 16,5 17,4 18,4 20,0 21,0 21,9 22,4
^кр- Г« 38 34 34 36 40 45 55 69 100 126 154 166
В табл. 1.1 дана ширина критической полоски слу-
ха для ряда частот речевого диапазона.
Из (1.10) видно, что уровень порога слышимости
равен уровню шумов в критической полоске слуха
Рш = Вш4“/Ссл = /'кр, (1.11)
поэтому этот порог не зависит от порога слышимости
в тишине. Это положение справедливо только для шу-
мов с общим уровнем интенсивности не ниже 40 дБ.
Общий уровень шумов в любом пространстве, в кото-
ром находятся слушатели, как правило, выше этой ве-
личины.
Если повышать уровень шумов в критической полос-
ке слуха более 50 дБ, то маскирующий эффект нара-
стает быстрее, чем уровень шума [5]:
Рш = Вш+/Ссл+^, (1.12)
1 В дальнейшем будем называть его спектральным уровнем.
9
Таблица 1.2
Зависимость дополнительной маскировки т от уровня
акустических шумов La
ДБ 77 83 88 92 96 99 102 105 108 НО
т, дБ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
где т — дополнительная маскировка (табл. 1.2). Появ-
ление ее объясняется нелинейностью слуха.
В соответствии с резонансной теорией слуха [11],
восприятие звуков с дискретным спектром также про-
исходит путем интегрирования спектральных состав-
ляющих звуков, попадающих в одну и ту же критиче-
скую полоску слуха, т. е. на заданной частоте эффек-
тивный уровень такого звука:
Lf=Ву4-/Ссл‘, (1.13)
где Bf — спектральный уровень звука в критической по-
лоске слуха на частоте f.
Уровень ощущения сигнала. Согласно закону Вебе-
ра и Фехнера слуховое ощущение Е раздражающей си-
лы звукового сигнала пропорционально ее логарифму,
т. е. E=a\gI-\-C. Вообще говоря, этот закон сугубо
приближенный, но для уровней выше 40 дБ он доста-
точно точен. По определению порога слышимости, уро-
вень ощущения для него равен нулю, поэтому С=—аХ
Xlg7n.c, откуда Е=а 1g (7/7п.с) или в децибелах
E=101g(7/7n.c)=L—рп.с, (1.15)
где 0п.с= Ю lg(7n.c/7o)—уровень порога слышимости;
7п.с — пороговое значение интенсивности звука; L =
= 10 1g (7/70) — уровень тона с интенсивностью 7.
Выражение (1.15) справедливо и для случая звуково-
го сигнала в условиях шума, если в него подставить вели-
чину порога слышимости в шумах, т. е. в соответствии с
(1.13) и (1.11) на заданной частоте f уровень ощущения
Е = Bf-^-Ксл—$m==Bf—Вт> (1.16)
а учитывая (1-12):
E=Bf—Вт—т. (1.17)
10
Слитность звучания. Слуховое ощущение звука пос-
ле его прекращения исчезает не сразу, а постепенно,
плавно уменьшаясь до нуля. Длительность задержки
слухового ощущения характеризуют постоянной време-
ни слуха. Вследствие этого свойства наблюдается ин-
тегрирование кратковременных звуковых импульсов и
слитное восприятие звуков, запаздывающих относи-
тельно друг друга. Для слитного восприятия двух зву-
Рис. 1.3. Пороги слитного и раздельного восприятия звуков в за-
висимости от временного интервала между ними и разности уров-
ней: 0 —зона, в которой запаздывающий звук не слышим;
/ — зона слитного восприятия; // — зона слышимости эха; /// — зона замет-
ного эха; IV — зона мешающего эха
ков необходимо, чтобы последующий звук запаздывал
на промежуток времени не более 50 мс (рис. 1.3, зо-
на I). Но и при большем запаздывании слитность зву-
чания может не нарушиться, если последующий звук
имеет уровень, значительно ниже первого. На рис. 1.3
(кривая 1) приведена зависимость необходимой разно-
сти уровней обоих звуков от времени запаздывания,
при которой последующий звук не воспринимается на
слух (граница зоны 0). Если разность уровней этих зву-
ков не превышает определенного предела (см. кри-
вую 2), то запаздывающий звук можно услышать (зо-
на II), при превышении этого предела запаздывающий
звук заметен, но не снижает разборчивость речи (зо-
на III). При разности уровней выше кривой 3 (зо-
на IV) разборчивость речи снижается.
При многократном повторении звуков, если разность
между общим уровнем и уровнями запаздывающих
звуков в зависимости от разности времени их запазды-
11
вания не выходит за пределы, ограниченные кривой 2,
звучание будет слитным. При большом числе запазды-
вающих звуков с разными значениями времени запаз-
дывания часть интенсивности звуков, запаздывающих
более чем на 50 мс, как бы добавляется к интенсивно-
сти основного звука, усиливая его. При этом чем боль-
ше время запаздывания звука, тем меньше его вклад в
интенсивность основного звука. Остальная часть интен-
сивности запаздывающих звуков является помехой
приему основного звука. Звуки, запаздывающие на вре-
мя более 100 мс, являются помехой. Исходя из этого
приближенно считают [4], что интенсивность звуков,
запаздывающих на 60 мс и менее, полностью суммиру-
200 300 500 80014002000 Г, Гц
Рис. 1.4. Индекс на-
правленности слуха при
двуухом слушании шу-
мов, приходящих с раз-
ных сторон
ется с интенсивностью основного
звука, а звуки, запаздывающие
на 60 мс и более, — полностью
являются помехой.
Индекс направленности слуха.
При перпендикулярном падении
звуковой волны на ухо имеет ме-
сто ее дифракция и отражение от
головы. Соотношение между ин-
тенсивностями отраженной и ди-
фрагирующей волн зависит от
отношения длины звуковой волны
к размеру головы. Из-за отраже-
ния волн от головы звуковое дав-
ление у уха повышается. Это по-
вышение на частотах ниже
200 Гц менее 1 дБ. На этих ча-
стотах звуковое давление возле уха примерно равно
звуковому давлению в той точке неискаженного звуково-
го поля, в которой находится центр головы (под термином
неискаженное поле подразумевается звуковое поле до
внесения в него рассматриваемого приемника звука в
данном случае головы слушателя). На частоте около
2000 Гц при перпендикулярном падении звуковой волны
на ухо звуковое давление около него удваивается, т. е.
уровень повышается на 6 дБ.
В случае падения звуковой волны спереди явление
ее отражения от головы почти не сказывается и поэто-
му звуковое давление около ушей примерно равно зву-
ковому давлению в неискаженном поле. При косом па-
дении волны на ухо явление ее отражения от головы
12
начинает сказываться на более высоких частотах, чем
при перпендикулярном падении. Поэтому для диффуз-
ного поля приращение звукового давления у уха по
сравнению с звуковым давлением в неискаженном по-
ле получается меньше, чем для перпендикулярного па-
дения волны. И частотная зависимость приращения
уровня получается более пологой, чем при перпендику-
лярном падении звуковой волны на ухо (рис. 1.4).
Как видно из рисунка, на частотах 200—300 Гц при-
ращение уровня звукового давления составляет 1 дБ
и только на частотах 6000—7000 Гц это приращение
равно 6 дБ.
Согласно определению индекса направленности при-
емника звука [1], для уха он получается отрицатель-
ным, так как сигнал принимается не по оси приемника
(уха), а под углом 90° к нему. Величина индекса слу-
ха обозначается через ДЛГ или ДВГ, в зависимости от
того, идет ли речь об уровне звука или о спектральном
уровне.
1.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧЕВОГО
И МУЗЫКАЛЬНОГО СИГНАЛОВ
Частотный спектр речевого сигнала. Много-
численные исследования речевого сигнала [4], и в ча-
стности, спектрального состава русской речи [5], пока-
зали, что в среднем спектр имеет вид, представленный
на рис. 1.5: средний спектральный уровень речи на са-
Рис. 1.5. Огибающая спектра речи на расстоянии 1 м от рта
13
мых низких речевых частотах 200—300 Гц почти по-
стоянен, затем начинает спадать с крутизной до
10 дБ/окт1, а на самых высоких речевых частотах
4000—5000 Гц крутизна спектра уменьшается до
6 дБ/окт.
В соответствии с определением спектральной плот-
ности общий уровень речевого сигнала 2
£р = 101g -J- рр (f) df = 101g J10° ’ 1S₽(f) df
0 0
~Ю1 (1.18)
fe=l
где Bp(f)—спектральный уровень речи на частоте f;
Заметим, что в случае, когда затухание или усиле-
ние тракта во всем речевом диапазоне частот одинако-
вое, то
ВР2=ВР1+ (Lp2—Lpl), (1-19)
где Bpi и Lpi — соответственно спектральный и общий
уровни речи на входе тракта передачи речи (или на
входе одного из его участков); Вр2 и Lp2 — то же на
выходе тракта или его участка.
Если рассматривать речевой сигнал как случайный
процесс (теоретически это верно только для интерва-
лов времени не менее 5—15 с), то общий уровень (1.18)
равен усредненному уровню речи за длительный проме-
жуток времени. На практике с ошибкой не более 1 дБ
это положение справедливо и для интервалов времени
0,2—0,5 с.
Амплитудное распределение уровней речевого сиг-
нала. Исследование амплитудного распределения
уровней речевого сигнала для различных участков ча-
стотного диапазона показали, что по форме они почти
одинаковы. Поэтому с достаточной для практики точ-
1 окт — октава — единица высоты звука — отношение частот,
равное 2.
2 В расчетах будем иметь дело со средним спектром речевого
сигнала, являющимся сплошным, что дает право интегрировать спек-
тральную плотность.
14
ностью можно считать рас-
пределение одинаковым во
всем речевом диапазоне ча-
стот.
На рис. 1.6 приведено ин-
тегральное распределение
уровней для среднего голо-
са. По оси абсцисс отложена
разность между текущим и
средним уровнями в данной
полоске частот, а по оси ор-
-36-30-24-18 -12-6 0. _ П 12,
н------------->1
В~Вср>Дб
Рис. 1.6. Амплитудное рас-
пределение уровней речи:
Д — динамический диапа-
зон; П — пик-фактор речи
динат — относительная дли-
тельность пребывания уров-
ня сигнала не ниже его те-
кущего значения. Из этих
данных следует, что длитель-
ность пребывания уровня выше среднего значения со-
ставляет 20 %, а общая длительность уровня,
превышающего средний на 12 дБ и более, равна 1 %••
Заметим, что уровни, занимающие не более 1 % от об-
щей длительности передачи, не воспринимаются слухом
и поэтому принято считать, что пиковый уровень неис-
каженной речи превышает средний на 12 дБ. Вследст-
вие этого пикфактор речи П считается равным 12 дБ
(см. рис. 1.6). На рис. 1.6 также показан динамиче-
ский диапазон речевого сигнала Д как разность уров-
ней сигнала с вероятностями появления 0,99 и 0,01.
Уровни речевого сигнала. При определении уровней
речевого сигнала следует иметь в виду, что в зависи-
мости от условий произнесения речи и субъективных
данных говорящего общий уровень ее может изменять-
ся в широком диапазоне значений. Статистические иссле-
дования [7] показали, что мощность голоса имеет сле-
дующее распределение по отношению к средней:
Менее
12
7
—124- —9 9 -94- —6 14 -64-—3 18 -3-7-0 22 04-3 17 34-6 9 64-9 4 Выше 9 0
дБ
Таким образом, 2/3 голосов имеют разброс уровней
±6 дБ, а общий разброс составляет более 20 дБ.
Далее, в тихом помещении при беседе уровень речи
на расстоянии 1 м от рта говорящего в среднем равен
68 дБ. При разговоре по телефону в хороших условиях
15
(низкий уровень акустических шумов и электрических
помех) этот уровень обычно достигает 71 дБ. При речи
оратора в условиях низких уровней шумов в зале созда-
ется средний уровень (на расстоянии 1 м от рта), рав-
ный 74 дБ, а при повышенных уровнях шумов и гром-
ком голосе оратора средний уровень речи иногда может
быть даже 77—80 дБ. Следовательно, средний уровень
речевого сигнала может изменять свои значения в пре-
делах не менее 12 дБ. Наблюдение за уровнями речи
показали, что при произнесении докладов, лекций и дру-
гих информационных сообщений наиболее часто средние
уровни находятся в пределах 71—74 дБ.
Очевидно, разборчивость речи для уровня 74 дБ
всегда будет несколько выше, чем для уровня 71 дБ,
поэтому для создания некоторого запаса в разборчи-
вости речи, а также запаса устойчивости тракта в отно-
шении его самовозбуждения следует ориентироваться на
средний уровень речи 71 дБ на расстоянии 1 м от рта.
А для определения необходимой номинальной мощности
громкоговорителя и усилителя необходимо ориентиро-
ваться на передачу пикового уровня речи, т. е. на 86 дБ
для расстояния 1 м от рта. В этих условиях пики речи
для ее среднего уровня, равного 77 дБ, будут ограниче-
ны только на 3 дБ.
При передаче речи со средним уровнем выше 71 дБ
можно уменьшать усиление тракта на соответствующее
значение, а ораторам со средним уровнем речи ниже
71 дБ (таких голосов немного) рекомендуют прибли-
жаться к микрофону или форсировать голос.
Разборчивость и понятность речи. Определяющим
требованием к любому тракту передачи речи является
обеспечение им полной понятности передаваемой речевой
информации, иначе данный тракт не будет выполнять
своей функции.
Понятность речи является качественной характерис-
тикой. Поэтому введено понятие разборчивости речи,
являющееся количественной характеристикой тракта пе-
редачи речи. Под разборчивостью речи подразумевают
отношение числа элементов речи, правильно принятых
слушателями, к общему числу элементов, переданных по
тракту. В качестве передаваемых элементов речи исполь-
зуют звуки, слоги, слова, цифры, фразы. В связи с этим
определяют звуковую, слоговую, словесную, цифровую
или фразовую разборчивость речи. Между всеми этими
16
видами разборчивости существуют вполне определенные
статистические взаимозависимости. Для каждого языка
эти взаимозависимости количественно различны, но по
форме они сходны. На рис. 1.7 приведена соответствую-
щая взаимозависимость между слоговой S и словесной
W разборчивостью для русской речи [7].
Хорошо известно, что
тренированные слушатели
принимают большее число
элементов речи, чем нетре-
нированные. При этом тре-
нировка иногда может про-
ходить быстро (например,
при слушании слов в услови-
ях низких уровней шумов и
помех), а иногда — медленно
(например, при приеме сло-
гов в условиях значитель-
ных искажений и помех).
Поэтому для получения ста-
бильных результатов изме-
рение разборчивости прово-
Рис. 1.7. Зависимость сло-
весной W и звуковой
D-разборчивости от слоговой S
дят с помощью специально натренированной бригады
слушателей и дикторов. Такую бригаду называют арти-
куляционной. Для артикуляционной бригады получают
разборчивость речи, максимально возможную в задан-
ных условиях передачи и приема речи, т. е. отличаю-
щуюся от данных для обычного слушателя, но однако
эти результаты достаточно стабильные и повторяющие-
ся. Поэтому разборчивость речи, измеренная артикуля-
ционной бригадой, для какого-либо тракта сама по се-
бе еще ничего не говорит о величине понятности речи
для обычных слушателей. Для определения ее необхо-
димо знать связь между понятностью речи для обыч-
ных слушателей и разборчивостью речи, полученной с
помощью артикуляционной бригады. Для определения
этой связи были проведены массовые испытания с
обычными разговаривающими абонентами [7]. В каче-
стве последних были взяты все возможные категории те-
лефонных абонентов по возрасту, подготовке с различ-
ной степенью тренировки к слушанию речи, различны-
ми слуховыми и речевыми данными и т. п. Каждый из
слушателей и дикторов участвовал в испытаниях крат-
ковременно и поэтому не получал какой-либо дополни-
2—190
17
тельной тренировки. Тракты были взяты самые разно-
образные и условия варьировались в широком диапа-
зоне. Это было сделано для того, чтобы охватить все
возможные условия приема и передачи речи. Разговор
велся в обе стороны под контролем людей, фиксировав-
ших как понимали друг друга разговаривающие або-
ненты. Для удобства разговора и отражения свойств
русской речи были использованы специальные разго-
ворники-тесты.
Таблица 1.3
Разборчивость речи для различных градаций
понятности
Понятность Разборчивость, %
слоговая словесная
Предельно допустимая 25—40 75—87
Удовлетворительная 40—55 87—93
Хорошая 55-80 93—98
Отличная 80—100 98—100
Оценка отлично ставилась абонентам, которые не
переспрашивали друг друга. Оценку хорошо, — если
абоненты переспрашивали отдельные слова, главным
образом редко встречающиеся. Оценка удовлетвори-
тельно — при частых переспросах и утомительном на-
пряжении слуха при разговоре. Наконец, оценка пре-
дельно допустимо давалась при неоднократных пере-
спросах одного и того же материала и полном напря-
жении слуха. Одновременно с помощью тренированной
бригады артикулянтов были измерены величины слого-
вой и словесной разборчивости. Этим способом были
установлены градации понятности речи и соответствую-
щих им величин разборчивости речи. В табл. 1.3 приве-
дены стандартизованные результаты этих испытаний.
Данные табл. 1.3 используют при передаче речи с
неограниченным лексиконом слов и в том числе со спе-
циальной терминологией. Для ограниченного лексикона
те же градации понятности могут быть получены при
меньшей разборчивости. Так, например, для передачи
информации в форме кратких служебных сообщений
отличная понятность получается при слоговой разбор-
чивости 50 %, вместо 80 % — Для общего случая. По-
18
этому для диспетчерских систем необязательна слого-
вая разборчивость речи, превышающая 50 %.,
Например, в зеленых театрах и на концертных пло-
щадках требуется отличная понятность, а при проведе-
нии собраний, митингов допускается хорошая понят-
ность речи. Но во всех случаях стремятся получить воз-
можно более высокую разборчивость речи с учетом эко-
номических и технических требований.
С помощью теории формантной структуры речи,
увязанной с основными свойствами слуха и характери-
стиками трактов передачи речи, была разработана тео-
рия разборчивости речи и со-
ответствующая методика ее
расчета.
Понятие формант. При про-
изнесении звуков речи человек
перемещает язык, нижнюю
челюсть, губы и небную «за-
навеску», т. е. весь артикуля-
ционный аппарат речи по
вполне определенному закону
для каждого звука речи. Не- 10
Вр,дБ
60 Г“Т
S5
SO
45
40
35
30
25\
20 -
15 -
точность их перемещения при- 300400600 100014002000 Г,Гц
водит к неточности произнесе-
ния этого звука, а следователь-
но, снижению его разборчиво-
сти. Поэтому дикторы должны
Рис. 1.8.
огибающие
-----«в»,
-Х-Х-
Спектральные
звуков речи:
---------«т»;
«м»
иметь правильное произноше-
ние. При точном для каждого звука расположении арти-
куляционного аппарата получаются вполне определен-
ные резонансные частоты полостей рта и носа. В ре-
зультате происходит усиление спектральных составля-
ющих диапазона (рис. 1.8).
Области концентрации энергии в частотном диапазо-
не, получающиеся при произнесении какого-либо звука
речи, носят название его формант. Каждый звук речи
имеет несколько формант. Кроме формант есть еще ан-
тиформанты, т. е. области нулевых значений спектра.
Они имеют большое значение для распознавания неко-
торых звуков речи, но в расчетах разборчивости речи
их обычно не учитывают, так как они маскируются шу-
мами.
Каждая из формант для заданного звука находится
на определенном месте в диапазоне частот, конечно,
2* !9>
при правильном его произнесении. Для ряда звуков
речи в течение времени их произнесении, происходит
перестройка артикуляционного аппарата и соответст-
вующее изменение резонансных частот, поэтому для та-
ких звуков введено понятие формантных переходов.
Формантные переходы для каждого из таких звуков
располагаются в определенных
Рис. 1.9. Плотность распределения
формат по частному диапазону
участках частотного
диапазона. Кроме
того, для них имеет
значение не только
расположение фор-
мант, но и тенден-
ция их изменения.
Все это учитывается
при распределении
формант по частот-
ному диапазону.
Частотное рас-
пределение формант.
Речь состоит из
большого количества
звуков (основных фонем1 в русской речи 41,
с позиционными вариантами их более 120, а с ин-
дивидуальными очень много). Поэтому форманты
полностью заполняют весь частотный диапазон
речи от 150 до 7000 Гц. В нем нет «пустых» промежут-
ков, форманты располагаются не только вплотную, но
даже перекрывают друг друга. В зависимости от часто-
ты повторения звука, частость встречаемости формант
того или иного звука различна. Поэтому и встречае-
мость формант в определенной полоске частот различ-
на. На рис. 1.9 приведена плотность распределения
формант по частотному диапазону для русской речи,
т. е. вероятность появления их в полоске шириной 1 Гц.
Установлено, что каждая из формант дает свою
часть информации о звуке речи и что эти части незави-
симы друг от друга. Это позволяет арифметически сум-
мировать вероятности появления формант. Иными сло-
вами, вероятности появления формант обладают свой-
1 Фонема является минимальной единицей речи, существующей
в виде конкретных физических реализаций, называемых звуками
речи. По отношению к звуку речи фонема представляет то же са-
мое, что и конкретная рукописная буква в письме по отношению
к точному начертанию ее в изолированном виде (фонема — это то,
что человек хочет сказать, а звук речи — это то, что он произносит).
20
Таблица 1.4
Границы полос равной разборчивости для русской речи
Номер полосы Диапазон, Гц Номер полосы Диапазон, Гц
1 200—330 11 1800—2020
2 330—465 12 2020—2260
3 465—605 13 2260—2530
4 605—750 14 2530—2840
5 750—900 15 2840—3200
6 900—1060 16 3200—3630
7 1060—1230 17 3630—4150
8 1230—1410 18 4150—4790
9 1410—1600 19 4790—5640
10 1600—1800 20 5640—7000
Рис. 1.10. Зависимость
слоговой разборчивости от
формантной
ством аддитивности. Поэтому если взять полосы частот-
ного диапазона с одинаковой вероятностью появления
формант в каждой из них, расположенные в разных
участках речевого диапазона, то разборчивость речи
(при передаче каждой из этих полос) будет одинако-
вой. Такие полосы назвали полосами равной разборчи-
вости, а суммарную вероят-
ность появления формант во
всем диапазоне называют
формантной разборчивостью,
В соответствии с этим свой-
ством формант и частотным
распределением вероятности
появления формант (см.
рис. 1.9) весь частотный
диапазон речи делят на 20
полос равной разборчивости
(табл. 1.4). В каждой из
этих полос содержится 5 %
формантной разборчивости.
Для перехода к другим
видам разборчивости речи
были найдены их зависимо-
сти от формантной. На
рис. 1.10 приведена зависимость слоговой разборчиво-
сти S от формантной А для русской речи.
Распределение уровней формант. Как показали ис-
следования [4], мощность формант в диапазоне выше
300 Гц по отношению к мощности речи в этом же диа-
21
пазоне составляет 98%. И это вполне понятно, посколь-
ку форманты являются концентрациями спектра речи.
Ввиду этого уровни формант практически совпадают с
уровнями речи в одних и тех же полосах частот. Соот-
ветственно средний уровень формант в полосе частот,
например, в полосе равной разборчивости, почти равен
среднему уровню речи в той же полосе. Аналогично
можно сказать и о спектральной плотности интенсивно-
сти формант. Таким образом, амплитудное распределе-
ние уровней формант, во-первых, почти одинаково для
всех полос равной разборчивости и, во-вторых, оно сов-
падает с амплитудным распределением уровней речи
(см. рис. 1.6). Соответственно этому на рис. 1.6 по оси
абсцисс отложена разность между средним и текущим
уровнями формант, а по оси ординат—интегральная
вероятность появления формант с уровнем не ниже дан-
ного (текущего), т. е. относительное время пребывания
уровня формант на данном текущем значении и выше.
Восприятие формант. Если уровни формант даже
самые минимальные по значению в какой-нибудь доста-
точно узкой (см. § 1.2) полосе частот будут выше уров-
ней шума в той же полосе, то в соответствии со свойст-
вами слуха (1.16), (1.17) все форманты в этой полосе
будут восприняты слухом. В таком случае формантная
разборчивость в этой полосе будет максимально воз-
можной. Если эта полоса равна одной из 20 полос рав-
ной разборчивости, то формантная разборчивость для
нее равна 0,05, или 5 %. Если же уровень шума в этой
полосе будет превышать минимальный уровень фор-
мант в той же полосе частот, то в зависимости от это-
го превышения та или иная часть формант будет за-
маскирована шумами и поэтому не будет воспринята
слухом. Введено понятие коэффициента разборчивости
(по другой терминологии — коэффициента восприятия),
под которым подразумевается относительная величина
снижения формантной разборчивости в полосе частот
по сравнению с полным значением формантной разбор-
чивости в этой полосе.
Иными словами, при наличии шумов, по уровню
превышающих уровни некоторых формант, коэффициент
разборчивости становится меньше единицы. Чем боль-
ше уровень шумов, тем больше формант маскируется и
уменьшается коэффициент разборчивости. Таким обра-
зом, величина разборчивости формант, например в А-й
22
полосе, равной разборчивости, ДЛл=О,О5х0*, где Wk —
коэффициент разборчивости (восприятия) в этой полосе
частот.
Коэффициент разборчивости может быть отождест-
влен с интегральной вероятностью появления формант,
имеющих уровни, превышающие порог слышимости,
создаваемый шумами (рис. 1.11). Зависимость, приве-
денная на рис. 1.11, идентична зависимости на рис. 1.6,
но с переменной знака по оси абсцис. На рис. 1.11 для
иллюстрации показан пример определения коэффициен-
та разборчивости по заданному порогу слышимости.
Рис. 1.11. Зависимость коэффициента восприятия от уровня ощу
щения формант
В соответствии с (1.15) под уровнем ощущения фор-
мант понимают превышение их уровня над порогом
слышимости. Поэтому зависимость, приведенную на
рис. 1.11, можно рассматривать как зависимость коэф-
фициента разборчивости от уровня ощущения формант.
Согласно такому отождествлению на рис. 1.11 по оси
абсцисс дан масштаб для уровней ощущения.
С учетом направленности слуха ДВГ уровень ощуще-
ния формант (1.16)
Е=Вф-}-Ксл—рш—ДВГ,
(1-20)
где Вф—спектральный уровень формант, численно рав-
ный среднему спектральному уровню речи в той же поло-
се равной разборчивости, т. е.
£=ВР+Ксл—₽ш—ДВГ. (1.21)
23
Так как уровни шумов в вещании и звукоусилении
часто не настолько велики, чтобы учитывать дополни-
тельную маскировку, то уровень ощущения формант
Е=ВР—Вш—ЛВГ, (1.22)
где Вш — суммарный спектральный уровень всех шумов
и помех.
Учитывая (1.22), приведенную на рис. 1.11 зависи-
мость можно рассматривать как зависимость коэффици-
ента разборчивости от разности средних уровней речи и
шумов.
Зависимость коэффициента разборчивости от уровня
ощущения формант (см. рис. 1.11) с достаточной для
практики точностью может быть заменена прямой на
участке уровней ощущения от 0 до +18 дБ по отноше-
нию к среднему уровню ощущения формант. Поэтому ко-
эффициент разборчивости для таких уровней ощущения
может быть вычислен по приближенной формуле:
w= (£+6) /30. (1.23)
Определение величины разборчивости речи. Если из-
вестны спектральные уровни речи и шумов (с помехами)
во всем диапазоне частот, т. е. для всех полос равной
разборчивости, то по ним из (1.22) и (1.23) могут быть
найдены коэффициенты разборчивости Wk и общая фор-
мантная разборчивость
20 20 20
А = J] ЬАк = £ 0,05^ = J] wK, (1.24)
k=l k=l k=l
где Wk— коэффициент разборчивости в Л-й полосе. Зная
значение формантной разборчивости Л, по рис. 1.10 и 1.7
нетрудно найти слоговую 3 и словесную W разборчи-
вости, а по табл. 1.2 определить градацию понятности пе-
редачи.
Характеристики музыкального сигнала. Как и рече-
вой сигнал, музыкальный сигнал характеризуют частот-
ным и динамическим диапазонами и усредненными уров-
нями (средним и пиковым). Но более подробный анализ
частотных и амплитудных распределений при прохожде-
нии музыкальных сигналов через тракты звукоусиления
и озвучения обычно не проводится, так как отсутствует
метод расчета качества звучания принимаемых слушате-
лем музыкальных сигналов, аналогичный методу расчета
разборчивости и понятности речи. Поэтому тракты звуко-
24
фикации для передачи музыкальных сигналов оценивают
только по пропускаемым ими частотным и динамическим
диапазонам, а реальный тракт оценивают с помощью
субъективных экспертиз. Для этого разработаны методы
проведения таких экспертиз.
Частотный диапазон передаваемого музыкального
сигнала симфонического оркестра лежит в пределах 30—
15000 Гц, по новым данным для высококачественного
звучания необходимо передавать еще более широкий
диапазон (20—20000 Гц).
Динамический диапазон музыкального сигнала со-
ставляет для симфонического оркестра 65—75 дБ, для
камерных оркестров 55—65 дБ. Такой диапазон не всег-
да можно передавать через весь тракт, поэтому его обыч-
но сжимают в трактах передачи сигнала до 50—60 дБ,
а для радиотрактов КВ до 30—40 дБ.
Средние уровни музыкального сигнала, определяемые
в точках пространства при оптимальном расстоянии слу-
шателя от оркестра или исполнителя, составляют: для
симфонического оркестра при громкости форте-фортисси-
мо 95—100 дБ, для камерных оркестров и небольших
ансамблей при той же громкости 90—95 дБ. Для соль-
ного исполнения с музыкальным сопровождением полу-
чается такой же уровень, хотя при струнном музыкаль-
ном сопровождении средний уровень не превышает 85—
90 дБ.
Пиковые уровни для музыкальных сигналов превы-
шают средние (для той же громкости исполнения) на
20 дБ для симфонического оркестра и на 12 дБ для пе-
ния.
1.4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТКРЫТЫХ
ПРОСТРАНСТВ
Прежде всего следует сказать, что полностью
открытых пространств в практике звукофикации не су-
ществует. Рассматриваемые пространства, по крайней
мере, ограничены снизу. В большинстве случаев они
ограничены еще и с других сторон, например, стенами
строений, располагающихся или вплотную друг к другу,
или с разрывами. Такие открытые пространства, как
стадионы, часто бывают открытыми только сверху.
К открытым пространствам относят площади и ули-
цы, зеленые театры и концертные эстрады, стадионы и
спортивные площадки, выставки и площадки показа и
25
рекламы, парки и зоны отдыха, железнодорожные перро-
ны и вагонные сортировочные горки и т. д. Звукофика-
ция их бывает как со стационарных установок, так и пе-
редвижных. Открытые пространства в отношении их зву-
кофикации по сравнению с помещениями обладают
рядом специфических особенностей. К ним прежде всего
относят размеры, которые, как правило, значительно
большие, чем у помещений. Можно разделить открытые
пространства по их размерам на два вида: первый — от
десятков метров до нескольких сотен метров и второй —
от 0,5 км до нескольких километров. Для первого вида
систему звукофикации рассчитывают как для дальней,
так и для ближней зон, а для второго—только для даль-
ней зоны. Во всех случаях при расчете систем звукофи-
кации имеем дело не только с прямым звуком, но и отра-
женными. Конечно, уровень последних практически ни-
когда не превосходит уровень прямого звука, как это на-
блюдается в помещениях, но в открытых пространствах
отраженные звуки могут запаздывать по отношению
к прямому звуку на большие интервалы времени, чем
в помещениях.
При отражении от наземной поверхности звуковые-
волны, как правило, запаздывают на время, гораздо
меньшее 50 мс, и потому их действие суммируется с дей-
ствием прямого звука, т. е. они являются полезными от-
ражениями. Звуковые волны, отраженные от боковых по-
верхностей строений, ограничивающих рассматриваемое
пространство, могут запаздывать и на время, большее
50 мс, и тогда может возникнуть явление эха, если раз-
ность уровней прямого и отраженного звука будет превы-
шать пределы, показанные кривой 1 рис. 1.3. Аналогич-
ное явление (эхо) наблюдается и при работе нескольких
громкоговорителей, расположенных относительно далеко
друг от друга, так что к слушателю звуки будут прихо-
дить от них с разностью хода более 17—20 м (запазды-
вание на 50—59 мс). Если за основу расчета эха взять
разность хода d, м, то при расстоянии у, м, между гром-
коговорителями и высоте подвеса h, м, для точки, нахо-
дящейся на расстоянии х, м, от одного из громкоговори-
телей по линии, перпендикулярной линии, соединяющей
громкоговорители, разность хода звуковых волн от гром-
коговорителей
d= (x2+y2+h2) '/2~ (x2+/i2) ’/2. (1.25)
26
Например, при высоте подвеса А=15 м и расстоянии
между громкоговорителями 35 м для точки, находящейся
на расстоянии 10 м от одного из громкоговорителей, раз-
ность хода звуковых волн
d= (1024-352+152) ’/2— (102+152) V2=21,34 м.
Получилось расстояние больше критического. И если при
этом разность уровней будет меньше величины, опреде-
ленной по кривой 1 рис. 1.3, то эхо может быть заметно.
Можно определить предельное расстояние между гром-
коговорителями, при котором разность хода больше d.
После преобразований имеем:
y^=d [ 1+(2/d) (x2+ft2) V2] 1/2. (1.26)
Например, при х=10 м, й=15 м разность хода равна
20 м при расстоянии между громкоговорителями 33,5 м.
При работе громкоговорителей навстречу друг другу
при высоте подвеса h и расстоянии между ними I полу-
чаем для точки, находящейся на линии между громкого-
ворителями при расстоянии х метров от одного из них
следующую разность хода звуковых волн:
d= (х24-й2) V2— [Л2+ (/—х)2] V2, (1.27)
откуда для заданной разности хода находим расстояние
от громкоговорителя до искомой точки
x=0,5{/-H [1+4А2/(/2—d2)]I/2}. (1.28)
Например, при х=40 м, Л=10 м и 1=50 м разность хода
d=20,7 м, а разность хода, равная 20 м, будет при рас-
стоянии от одного из громкоговорителей 14,09 м. При
небольшой высоте подвеса h по сравнению с расстояни-
ем между громкоговорителями d x=0,5(l±d). Так, при
d=20 м х=15 и 35 м.
Если время запаздывания больше 50—60 мс и раз-
ность уровней основного и запаздывающего звуков пре-
вышает величины, показанные кривой 2 на рис. 1.3, то
наблюдается ухудшение качества звучания без заметно-
го снижения разборчивости речи. Если же разность уров-
ней превысит данные, определяемые кривой 3 рис. 1.3,
и время запаздывания будет превышать 100—150 мс, то
кроме снижения качества звучания наблюдается замет-
ное снижение разборчивости речи. В этом случае запаз-
дывающий сигнал играет роль речевой помехи с соответ-
ствующим уровнем. При запаздывании менее 100—150 мс
наблюдается расщепление звучания, но без снижения
разборчивости речи. Предельное значение времени за-
27
паздывания зависит от темпа речи: при медленном темпе
разборчивость речи может не снижаться при запазды-
вании более 150 мс, а при быстром — запаздывание на
время, даже равное 100 мс, уже влияет на разборчивость
речи. Поэтому при расчете систем звукофикации откры-
тых пространств должна проводиться проверка на воз-
можность появления эха. Однако в первом приближении
с некоторой точностью система звукофикации открытого
пространства рассчитывается только по прямому звуку.
Если запаздывание отраженных волн невелико, то его
действие суммируется с действием прямого звука. Это
наблюдается, например, при отражении от стены здания,
расположенного сзади громкоговорителя на расстоянии
не более 8 м. При запаздывании звуковой волны, идущей
от второго источника, менее 50 мс происходит объедине-
ние источников звука: слушатель слышит один (вирту-
альный) источник. Этот источник звука располагается
в точке местоположения ближнего источника звука, если
он создает уровень в точке расположения слушателя да-
же несколько меньше уровня запаздывающего звука (на
10 дБ). Если запаздывающий звук будет иметь уровень
больше чем на 10 дБ, то кажущийся источник звука бу-
дет находиться на его месте.
К специфике звукофикации открытых пространств
также относится зависимость условий распространения
звуковых волн от климатических факторов и состояния
атмосферы в данный момент (запыленности, наличия ту-
~ к затуханию звука при
его распространении,
особенно на большие
расстояния. Так, изве-
стно, что при распро-
странении звуковых
волн на расстоянии бо-
лее 10 м, для частот
выше 1000 Гц, необхо-
димо учитывать моле-
кулярное затухание в
воздухе и затухание
из-за его вязкости.
Были измерены ко-
эффициенты затухания
звука в воздухе при
различных значениях
это приводит
мана и т. д.;.
6000Гц
ЮООГц
- 4000
- 2000
/4 ,
0,035 -
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Относительная влажность, °/о
Рис. 1.12. Зависимость коэффици-
ента затухания звука в воздухе от
влажности и частоты
28
температуры, влажности и частоты. Эти данные приве- дены на рис. 1.12 для моле- кулярного затухания на ча- стотах от 1000 до 6000 Гц, температуры 20°C в зависи- мости от относительной влажности. Как видим, вы- сокие частоты затухают сильно, причем максимум затухания получается при относительной влажности Зависимое! затухания от частоты Таблица 1.5 ъ коэффициента звука /л в воздухе [ f и влажности <г
f, Гц |S 1/м-Ю4, при <7, %
40 60 80
1000 2000 4000 5 35 85 4 25 61 3 20 ПО
около 10—15 % на частоте 6 кГц и составляет 0,035 на
каждый метр. При влажности 50 % коэффициент зату-
хания втрое меньше (около 0,013). В табл. 1.5 приве-
дены значения коэффициента затухания для ряда частот
и относительной влажности 40—80%.
В открытых пространствах затухание звука в воздухе
большее, чем в помещениях из-за ряда факторов (нали-
чие ветра, потоков воздуха в вертикальном направлении,
изменения температуры по линии распространения звука
и т. д.).
Измерение коэффициентов затухания было проведено
раздельно в зависимости от вязкости и молекулярного
действия. Эти измерения проводились при различных
значениях температуры, влажности и частоты колебаний.
На рис. 1.13,а приведены данные при влиянии вязкости,
а на рис. 1.13,6 для молекулярного затухания. Опреде-
ленная теоретически в децибелах на километр вязкость
ЛГв = 1,715.10’^г[411 + (Т-!)-£-], (1.29)
где р — плотность воздуха, кг/м3; с — скорость звука,
м/с; т] — коэффициент вязкости, Нс/м2; y=CvICv — отно-
шение теплоемкостей при постоянных давлении и объеме
(коэффициент адиабаты); х — коэффициент теплопро-
водности.
Молекулярное затухание зависит от температуры воз-
духа, его влажности и частоты колебаний. Оно опреде-
ляется только по номограмме рис. 1.13,6. Для его на-
хождения следует провести следующие прямые: а) от
заданной точки на оси температур (см. вертикальную
ось внизу на рис. 1.13,6) по горизонтали влево до пере-
сечения с кривой заданной относительной влажности а,
29
далее вверх по вертикали до середины области Г, затем
погоризонтали вправо до пересечения с кривой задан-
ной частоты и после этого — по вертикали вниз до пере-
сечения с осью абсцисс графика частот F; б) от задан-
ной точки на оси температур по горизонтали вправо до
Рис. 1.13. Зависимость затухания звука в воздухе:
а) вязкого — от температуры и частоты; б) — молекулярного — от
температуры, относительной влажности и частоты
30
пересечения с кривой М, далее по вертикали вверх до
пересечения с осью абсцисс графика М.
Полученные таким образом точки на абсциссах гра-
фиков F и М соединяют прямой, в точке пересечения ко-
торой со шкалой затуханий отсчитывают молекулярное
затухание в децибелах на километр.
Например, для температуры 15 °C и частоты 3 кГц
затухание из-за вязкости составляет около 1 дБ/км, а
при относительной влажности 50% молекулярное зату-
хание равно 10,5 дБ. Общее затухание составляет
11,5 дБ/км. А для частоты 1 кГц это затухание не превы-
шает 2 дБ/км.
Рис. 1.14. Траектории звуковых лучей при изменении скорости
звука при удалении от его источника:
а) — уменьшение скорости; б) — увеличение ее
Оказалось, что в реальных случаях звукофикации на
большие расстояния получаются гораздо большие коэф-
фициенты затухания, чем рассчитанные по данным гра-
фикам. И только при попутном ветре затухание может
быть немного меньше расчетного суммарного по вязко-
сти и молекулярному затухания. Фактором, сильнодей-
ствующим на затухание звука при распространении на
большие расстояния, является искривление звуковых лу-
чей. Причиной такого искривления являются ветер, вер-
тикальные потоки воздуха из-за нагрева или охлаждения
наземной поверхности и преломление звуковых лучей из-
за неодинаковой плотности воздуха и атмосферного дав-
ления. Встречный ветер сильно снижает дальность дей-
ствия источника звука. Методика расчета этого снижения
пока не разработана. Действие остальных факторов сво-
31
дится к искривлению звуковых лучей (рис. 1.14) и об-
разованию акустических теней.
Многочисленные исследования по определению зату-
хания звука при распространении на большие расстоя-
ния дали следующие результаты. Затухание для низких
звуковых частот (ниже 100 Гц) примерно одинаково,
а выше 1200 Гц резко увеличивается с увеличением час-
тоты. Затухание звука в децибелах на километр изменя-
ется на низких звуковых частотах от 2 дБ/км в отсутст-
вие тени до 20 дБ/км при ее наличии. На частоте 2000 Гц
эти пределы составляют соответственно 8 дБ /км и более
60 дБ/км.
Рис. 1.15. Спектральные уровни акустических шумов:
/ — футбольный матч (выкрики, громкие разговоры); 2 — то же (трещетки,
выкрики и т. д.); 3—массовое гуляние на площади (разговоры, музыка);
4 — демонстрация на Дворцовой площади в Ленинграде; 5 — двигатели
внутреннего сгорания без глушителей на расстоянии 5 м от двигателя; 6 —
то же с глушителями (цифры на кривых означают суммарный уровень в де-
цибелах)
К специфике звукофикации открытых пространств
также относят высокие (по сравнению с помещениями)
уровни акустических шумов. Акустические шумы в от-
крытых пространствах обычно бывают трех видов: рече-
вые, транспортные и «праздничные». К последним отно-
сят шумы на площадях во время гуляний, оркестровая
музыка во время демонстраций и т. д. На рис. 1.15 и в
табл. 1.6 приведены огибающие спектральных уровней
типовых шумов для открытых пространств. Речевые (1)
и транспортные шумы (5) (6) в основном низкочастот-
ные (рис. 1.15), шумы на гуляниях и во время демонст-
рации имеют спектральную огибающую с максимумом на
32
Таблица 1.6
Спектральные уровни акустических шумов на открытом воздухе
Средняя частота полу- октавы, Гц Спектральные уровни для различных типов шумов, ДБ«
I 2 3 1 4 1 5 1 6 1 7
50 41 70 48 35 57
75 47 37 52 35
100 54 73 51 39 48 50
150 56 40 45 39
200 58 71 52 47 44
300 59 44 45 39 50
400 58 70 48 46 45 38 48
600 57 48 45 45 45
800 54 68 42 50 45 42 42
1200 51 5 45 40 40
1600 47 66 38 51 43 38 38
2400 42 50 41 34 34
3200 35 64 32 47 37 32 32
4800 30 60 43 34 30 30
6400 28 29 35 29 29 29
9600 9 50 30 22
Суммарные уровни 87 104 85 83 77 71 77
* 1—шумы на стадионе (футбол) во время гола; 2—шумы от тракторов вблизи их
м); 3—шумы транспортные; 4—шумы на Дворцовой площади в Ленинграде во
время гуляния; 5—шумы на гулянии в парче; 6—шумы от разговоров; 7—шумы с буб-
частотах выше 1000 Гц (см. рис. 1.15, кривые 4 и 3).
Уровень всех этих шумов может принимать на практике
самые разнообразные значения от 50—60 дБ до 95 и да-
же до 105 дБ (шумы вблизи машин).
По уровню акустические шумы можно классифициро-
вать следующим образом:
1) «полная тишина* (слушателиДаже зата- 35...40 дБ
или дыхание)
2) нормальная „тишина* 45...55 дБ
3) отдельные тихие разговоры 55...60 дБ
4) разговоры многих слушателей 65. ..70 дБ
5) громкие разговоры, крикн 75. ..80 дБ
Часто бывает такое положение, когда спектр шума за-
дан из числа типовых, а общий уровень отличается от
3—190 оо
приведенного выше. В этом случае спектральные уровни
шумов, как в (1.19):
Вш==^Т.шЧ“ (-^Ш-L-r.ni) > (1.30)
где Вт.ш и Лт.ш — соответственно спектральный и общий
уровни табличных шумов; Lm — заданный общий уровень
шумов.
Это равенство основывается на том, что общая ин-
тенсивность шумов связана со спектральной плотностью
линейным соотношением. Общий уровень шумов, как и
в (1.18):
оо оо
Ди = 101g -L- J 4 (f) df = 101g J 10°’1B“ (f> df
о 0
oo
101g_4
k=l
(1.31)
где Bni(f)=101g (Лп//о)—спектральный уровень на час-
тоте f; — спектральная плотность
интенсивности.
1.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОВ ПЕРЕДАЧИ
РЕЧЕВЫХ И МУЗЫКАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Тракт передачи речи начинается у рта дикто-
ра или оратора и заканчивается у уха наиболее удален-
ного слушателя Ч В тракт входят: первый акустический
участок — от рта до точки пространства, в которой будет
помещен микрофон; аппаратурная часть тракта от входа
микрофона до выхода излучателя, и второй акустический
участок — от выхода излучателя до уха слушателя. Для
музыкальных сигналов первый акустический участок
тракта менее определенный, чем для речевого. Он
начинается где-то в центре источника музыкального сиг-
нала.
Коэффициент передачи тракта1 2. Коэффициент пере-
1 Под точкой наиболее удаленного слушателя подразумевают
точку пространства с минимальным уровнем прямого звука.
2 В данном случае лучше использовать термин чувствительность
тракта, а не коэффициент передачи, так как последний относится
к случаю однородных величин на входе и выходе тракта, а здесь
имеют дело со звуковыми давлениями и напряжениями, причем вход
и выход акустического тракта в разных случаях многозначны.
34
дачи тракта представляет отношение звуковых давлений
на выходе и входе аппаратуры при передаче синусои-
дального сигнала, т. е.
К=рвых/ Рвх, (1.32)
стандартный индекс усиления—разность уровней синусо-
идального сигнала на выходе и входе аппаратуры:
Qct=201 g /С=АВых (1.33)
Для громкоговорящих устройств за звуковое давле-
ние и уровень на выходе аппаратуры (рВых и £Вых) при-
нимают звуковое давление pi и уровень Li в неограни-
ченном пространстве на расстоянии 1 м от акустического
центра громкоговорителя по акустической оси, т. е. [см.
(1.6)]
£Bbix=201g pBHI+94=201g P1+94=Li. (1.34)
За звуковое давление и уровень на входе аппаратуры
Рвх и Лвх принимают звуковое давление рм и уровень
звукового сигнала LM в той точке неискаженного поля,
в которой будет расположен акустический центр микро-
фона при условии фронтального падения звуковой волны
на микрофон по его акустической оси. Входное звуковое
давление и входной уровень связаны зависимостью
LBX=201g pBX+94=201g pM+94=LM. (1.35)
В состав аппаратуры обычно входят: микрофоны, ре-
гуляторы, усилители, линия и громкоговорители.
Коэффициент передачи тракта зависит от частоты, по-
этому измерение ее проводят на синусоидальном тоне
для ряда частот заданного диапазона. Для градуировки
аппаратуры звуковое давление или уровень берут чис-
ленно равным общему (по всему спектру) звуковому
давлению или уровню, развиваемому при речи на аку-
стической оси рта на заданном расстоянии микрофона от
него.
Следовательно, коэффициент передачи тракта (1.32)
К=Р1/Рм=КмКрКу/СлКг,
где Км=^м/Рм — чувствительность микрофона; Кр=
=^вх/^м — затухание в регуляторах усиления; Ку=
=UBbixlUBX — общий коэффициент усиления усилитель-
ных устройств; Кх=ит/иъЫх — затухание в линии; Кг—
—P\/Ur — чувствительность громкоговорителя по напря-
жению1; (7М — напряжение, развиваемое микрофоном
1 Под чувствительностью микрофона и громкоговорителя под-
разумевают чувствительность по их акустическим осям.
3* 35
при звуковом давлении рм; UBX — напряжение на входе
усилителя; t/вых — напряжение на выходе усилителя;
UT—напряжение на входе громкоговорителя, а стандарт-
ный индекс усиления (1.33)
QcT = Qm-Op+Qy---Ял-|-(2г=£1—LM, (1.36)
где QM — уровень осевой чувствительности микрофона;
ар — затухание в регуляторах; Qy — усиление усилителя;
ал — затухание в линии; Qr — уровень чувствительности
громкоговорителя. Все величины выражены в децибелах.
Уровень чувствительности микрофона в децибелах опре-
деляют по отношению к 1 B/Па: QM=201g/<M, уровень
чувствительности громкоговорителя — к 1 Па/В: Qr=
=201g tfr.
Ортотелефоническая чувствительность тракта. Орто-
телефоническая чувствительность тракта передачи речи
равна отношению звуковых давлений прямого звука
₽ точке нахождения наиболее удаленного слушателя и на
стандартном расстоянии от рта говорящего (за стандарт-
ное расстояние от рта обычно принимают 1 м). В этом
случае полный индекс тракта [12] для синусоидального
тона представляет собой разность уровней прямого зву-
ка в точке удаленного слушателя Lc и на стандартном
расстоянии от рта L'p:
QoT=Qp.M~|~QcT_bQr.c“-t-C L', (^’37)
где Qp.M — изменение уровня звуковых колебаний на
первом акустическом участке; QCT — стандартный ин-
декс усиления аппаратуры; Qr.c — затухание звуковых
колебаний на участке от громкоговорителя (вернее, от
точки на расстоянии 1 м от него) до расчетной точки
пространства, т. е. точки удаленного слушателя. Прямой
звук, идущий от источника звука в неограниченное про-
странство, ослабляется в соответствии с законом распро-
странения сферической волны (1.2) и (1.3), т. е. для лю-
бых двух точек а и Ь:
IalIb=p\IP2b=r\lr\ (1.38)
или для уровней
La—Lb=101g (Za//b)=201g (гь/го),
поэтому
QP.M=L'p-Lp.M=201g (l/rM), (1.39)
где L'p — уровень речи на расстоянии 1 м от рта; £рл —
уровень речи у микрофона (точнее, в точке свободного
поля, в которую должен быть помещен акустический
36
центр микрофона); гм—расстояние от рта до микрофона.
В расчетах часто приходится иметь дело с разностью
между уровнями прямого звука, создаваемыми громко-
говорителем в точке наиболее удаленного слушателя, и
уровнем на входе микрофона, создаваемым первичным
источником звука. Есть два аспекта этой разности. Один
из них — разность между уровнем прямого звука, созда-
ваемым громкоговорителем в точке слушателя, и уров-
нем на входе микрофона, создаваемым источником сину-
соидального сигнала. Эта разность равна разности спек-
тральных уровней речи, шумов и т. п., создаваемыми со-
ответствующими источниками, на частоте синусоидаль-
ного сигнала. Она называется индексом передачи тракта
или просто индексом тракта:
Qm.C=A/c--А/м=Д/С---Bfu. (1.40) *>
Другой аспект — разность между общим уровнем пря-
мого звука, создаваемым в точке слушателя при переда-
че речи, и общим уровнем речи, создаваемым диктором
(оратором) на входе микрофона. Эту разность иногда
тоже называют индексом передачи тракта [6]. Для
устранения многозначности назовем ее «взвешенным»
индексом тракта. Объяснить этот термин можно тем, что
этот индекс зависит от формы частотной характеристики
тракта. Только в тех случаях, когда неравномерность ча-
стотной характеристики тракта, по крайней мере, в диа-
пазоне частот 200—2000 Гц близка к нулю, можно гово-
рить о примерном равенстве взвешенного индекса пере-
дачи тракта и среднего значения индекса передачи трак-
та в этом диапазоне. Итак, взвешенный индекс тракта
(опускаем слово «передачи»)
Qe3B=Ap.C-L-рм- (1.41)
Частотная характеристика тракта. Под частотной ха-
рактеристикой тракта подразумевают зависимость коэф-
фициента передачи или индекса тракта от частоты.
Обычно представляет интерес неравномерность частот-
ной характеристики тракта. Акустические участки трак-
та можно считать в первом приближении частотно-неза-
висимыми. Частотная характеристика усилителя и регу-
лирующих устройств также почти идеальна, а затухание
короткой линии в звуковом диапазоне частот тоже почти
не зависит от частоты. Поэтому неравномерность частот-
*> В дальнейшем опускаем и индекс f.
37
ной характеристики тракта почти исключительно опреде-
ляется неравномерностью системы микрофон — громко-
говоритель.
Следует указать на то, что частотная характеристика
тракта передачи речи должна иметь форму, создающую
одинаковое превышение уровня речи над уровнем помех
на выходе тракта, поэтому в общем случае для передачи
речи необходимо предусматривать коррекцию частотной
характеристики тракта. Так, если помехи имеют равно-
мерный спектр, то оптимальной частотной характеристи-
кой тракта передачи речи в отношении ее разборчивости
является характеристика с подъемом в сторону высоких
частот (с крутизной 6 дБ/окт). Например, применяют
так называемые речевые микрофоны с частотной харак-
теристикой, имеющей подъем в сторону высоких частот
с крутизной до 6 дБ/окт.
В этом случае неравномерность частотной характери-
стики тракта передачи речи оценивают по отношению
к крутизне 6 дБ/окт.
При помехах только речевого типа одинаковое превы-
шение речи над помехами получают при частотной ха-
рактеристике тракта, параллельной оси частот («глад-
кой» или «равномерной»). Такая частотная характери-
стика и будет в данном случае оптимальной. Во всех
других случаях оптимальной частотной характеристикой
будет такая, при которой превышение спектральных
уровней речевого сигнала над суммарным спектральным
уровнем шумов и помех будет во всем частотном диапа-
зоне одинаковым.
Для передачи музыкальных программ оптимальной
частотной характеристикой является равномерная час-
тотная характеристика.
Динамический диапазон тракта. Под динамическим
диапазоном тракта подразумевается разность между ма-
ксимально возможным уровнем сигнала в точке удален-
ного слушателя и суммарным уровнем шумов и помех
в той же точке. Максимально возможный уровень сигна-
ла обычно соответствует наступлению перегрузки трак-
та при повышении входного уровня сигнала или возник-
новению самовозбуждения тракта из-за обратной акусти-
ческой связи (см. § 2.7). При правильном согласовании
работы отдельных звеньев тракта перегрузка наступает
одновременно в тех звеньях, которым это свойственно.
Обычно перегрузка наступает на частоте 400 Гц, так как
38
на этой частоте громкоговорители имеют минимальное
входное сопротивление.
Суммарный уровень шумов и помех у уха слушателя
складывается из следующих составляющих: акустиче-
ских шумов в точках, где находятся слушатели; акусти-
ческих шумов, проникающих через тракт из помещения
или пространства, в котором находится микрофон (при
звукоусилении — это шумы в точке микрофона); шумов,
создаваемых аппаратурой, помех от самомаскировки ре-
чи 1 и создаваемых отраженными звуками. Аппаратур-
ные шумы для систем озвучения имеют очень низкий
уровень, поэтому ими всегда пренебрегают. Акустические
шумы, проникающие в тракт через микрофон (если он
находится в студии), обычно также бывают невысокого
уровня, так как в студиях и им подобных помещениях
уровни шумов невелики, а в тех случаях, когда передача
ведется из шумного помещения, применяют направлен-
ные микрофоны, значительно понижающие выходной
уровень шумов. Поэтому приходится считаться только
с акустическими шумами в точках, в которых находятся
слушатели, и с помехами от самомаскировки [И] речи.
Последние определяют исходя из уровня речи в точке
приема, т. е. в месте слушателя. Как известно, [4] спек-
тральный уровень помехи от самомаскировки речи
Впом==Вр.с—24.
Далее, к помехам относятся отраженные звуковые
волны, приходящие к слушателю с запаздыванием свы-
ше 50—60 мс, и помехи от других громкоговорителей,
входящих в данную систему. Все эти помехи складыва-
ются по интенсивности. Поэтому суммарный уровень по-
мех
В = (Вр с - 24) (+) (Вр с-дотр) (+) (Вр.с - Дв п) =
= Bp.c+101g[10-0’lA°TP+ КТ^’+КГ2’4], (1.42)
где Дотр и Дв.п — превышения уровня речи в месте слу-
шателя (в расчетной точке) над уровнями помех там же
от соответственно отраженных звуков и от других гром-
коговорителей.
Компрессия и ограничение динамического диапазона
речевого сигнала. Если из-за высоких значений уровней
шумов и помех или невозможности повышения макси-
1 Громкие звуки маскируют следующие за ними слабые звуки
речи [11].
39
мального уровня сигнала в точках удаленных слушате-
лей динамический диапазон тракта оказывается уже,
чем динамический диапазон речевого сигнала, то для
получения высоких значений разборчивости речи прихо-
дится сжимать диапазон речевого сигнала с помощью
компрессоров и ограничителей. Применение их еще обу-
словлено и тем, чта некомпрессированный речевой сиг-
нал имеет относительно широкий динамический диапа-
зон, и поэтому из-за слишком большого пик-фактора ре-
чи аппаратуру (особенно мощные усилители и громко-
говорители) используют нерационально. При сжатии ди-
намического диапазона использование их мощности бо-
лее рационально. Широко применяют инерционные огра-
ничители уровня и компрессоры (см. § 2.5).
^бх.ср ^8х
Рис. 1.16. Амплитуд-
ная характеристика
ограничителя уровней
Работу ограничителя уровня характеризуют зависи-
мостью уровня на выходе ограничителя от уровня на его
входе (рис. 1.16) и постоянной времени. Ограничитель
уровня выравнивает уровни
наиболее громких звуков,
уменьшая их до некоторого
порогового значения Lorp. Ни-
же этого значения уровни оста-
ются в том же соотношении,
что и на входе ограничителя.
Это означает, что при предель-
ном ограничении все голоса
будут одинаково громкими на
выходе ограничителя.
Постоянная времени сра-
батывания ограничителя обыч-
но не превышает доли милли-
секунды, т. е. его срабаты-
вание происходит почти мгновенно, и поэтому о ней
в дальнейшем не говорим. Постоянная времени восста-
новления коэффициента передачи лежит в пределах
0,15—0,7 с. В литературе [2] приведены утроенные зна-
чения стандартной постоянной времени, что лучше ха-
рактеризует длительность переходных процессов. При
постоянной времени около 0,15 с звуки, низкие по уров-
ню и следующие сразу за громкими, остаются в том же
соотношении по уровню, как и до ограничителя, так как
при этом выравнивание происходит по уровням громких
звуков. Поэтому динамический диапазон речевого сигна-
ла сжимается в небольшой степени. При предельном ог-
40
раничении динамический диапазон речевого сигнала
сжимается не более чем вдвое, т. е. до 18—20 дБ. Если
постоянная времени невелика — не более 0,25 с, то огра-
ничитель выравнивает уровни по слогам (вернее по уров-
ням гласных звуков), а если постоянная времени около
0,7 с — по их средней мощности. Интересно сопоставить
эти величины с постоянными времени затухания колеба-
ний в помещениях. Они находятся в пределах от 0,1—
0,2 с (для студий), так как равны времени реверберации
Т, уменьшенной в 6,9 раза. Следовательно, постоянные
времени ограничителя и затухания колебаний в студии
примерно одинаковы.
При ограничении уровня имеют место нелинейные ис-
кажения, возникающие из-за появления переходных про-
цессов при изменении коэффициента передачи ограничи-
теля.
При работе ограничителя уровня происходит сглажи-
вание пиков сигнала, вследствие чего его пик-фактор уменьшается. При пре- дельном ограничении Таблица 1.7 пик-фактор стремится Пик-фактор речевого сигнала к нулю. В табл. 1.7 ПРИ ограничении его уровня
приведен пик-фактор речевого сигнала при различных значениях величины ограничения. Величина ограниче- ния уровня Z. , дБ ог’ Величина подавления слабых звуков дАог- дБ Пик-фактор ограниченного сигнала ’or- ДБ
Как видим, пик-фактор уменьшается при огра- ничении на 20 дБ с 12 до 2 дБ. Это означает относительное увеличе- ние среднего уровня речи (сближение его с пиковым уровнем). 0 3 6 10 16 20 0 0,5 1,о 2,0 4,0 6,0 12,0 9,5 7,6 5,6 3,2 2,0
Рассмотрим два крайних режима работы ограничите-
ля. В одном из них ограничитель подавляет пики рече-
вого сигнала, несколько снижая при этом уровни слабых
звуков речи. Это подавление при ограничении на 10 дБ
составляет 2 дБ, при ограничении на 20 дБ она доходит
до 6 дБ (см. табл. 1.7). Вследствие этого разборчивость
речи несколько снижается. (В таких случаях следует по-
вышать уровень речи после ограничителя.) Этот режим
работы имеет то преимущество, что по сравнению с ра-
ботой без ограничителя пиковый уровень речи будет ни-
41
ков. конечно, при этом
ная характеристика
компрессора (по уров-
ням)
же на величину подавления. А это означает, что можно
использовать менее мощные громкоговорители и усили-
тели. Поскольку динамический диапазон сжимается, то
применение усилителя и громкоговорителей по мощности
становится более эффективным. Подобный режим рабо-
ты ограничителя назовем подавляющим, а ограничитель
в последующем изложении будем называть ограничите-
лем-подавителем.
В другом режиме уровень ограничения остается по-
стоянным, а изменяется коэффициент усиления перед
ограничителем. В этом случае пиковый уровень сигнала
после ограничителя остается постоянным, а увеличение
усиления соответствует повышению уровня слабых зву-
имеет место относительное подав-
ление слабых звуков речи, но
оно может быть компенсирова-
но усилением перед ограничи-
телем или, лучше, после него.
Этот режим работы ограничи-
теля назовем усилительным, а
ограничитель будем в последу-
ющем называть усилителем-
ограничителем.
Работа компрессора харак-
теризуется зависимостью уров-
ня сигнала на выходе компрес-
сора от входного уровня (рис.
1.17). Как видно, сжатие всех
уровней происходит в одинако-
вой степени п. Поэтому слабые
по уровню голоса, хотя и
приближаются к уровням громких голосов, но не полно-
стью, как при предельном ограничении. Компрессоры
имеют такие же постоянные времени, как и ограничите-
ли. Вследствие этого происходит выравнивание значений
уровней по слогам или по мощности голосов. Внутри
этих интервалов динамические диапазоны почти не изме-
няются. Поэтому компрессоры дают сжатие динамиче-
ских диапазонов (даже при малых постоянных времени)
не более чем в 1,5—1,8 раза.
Из-за переходных процессов при компрессии возника-
ют нелинейные искажения. Их коэффициенты примерно
такие же, что и при ограничении уровня.
Сравнение компрессии и ограничения уровня приво-
42
дят к выводу, что для передачи информационной речи
более подходит предельный ограничитель уровня с по-
стоянной времени на восстановление около 0,2 с [2, 15].
Применение его особенно целесообразно в диспетчерских
системах, а также для передачи информационных про-
грамм при высоких уровнях шумов. В первую очередь
это объясняется тем, что ограничитель уровня гораздо
проще по устройству и эксплуатации, чем компрессор.
А нарушение пропорциональности в динамике уровней
информационной речи не сказывается на ее разборчиво-
сти. Для передачи художественной речи компрессор с экс-
пандером будут более подходящими.
Те же самые ограничители уровня и компрессоры
в общем случае пригодны и для передачи музыкальных
сигналов, котя их необходимо использовать осторожно,
так как возможны искажения, заметные при передаче
симфонической музыки по первому или высшему классу
качества [15]. При передаче танцевальной музыки, осо-
бенно поп-музыки, их можно применять, так как повы-
шается общий уровень звука и допускаются большие ис-
кажения (работа по второму классу качества).
Направленность акустических систем. При звукофи-
кации существенное значение имеют направленные свой-
ства микрофонов и громкоговорителей: они определяют
распределение уровней в звуковом поле и устойчивость
систем звукоусиления.
Характеристикой направленности микрофона называ-
ют зависимость его чувствительности от угла прихода
звуковых волн по отношению к акустической оси. Обыч-
но характеристику направленности нормируют по чувст-
вительности на акустической оси, т. е. характеристику
направленности определяют отношением чувствительно-
сти под углом 0 к оси и по оси:
/?(0)=£е/£о. (1.43)
Почти у всех микрофонов характеристика направ-
ленности имеет вид поверхности вращения вокруг аку-
стической оси, совпадающей с геометрической осью. По-
этому ее представляют как след характеристики направ-
ленности на плоскости, проходящей через акустическую
ось, и называют диаграммой направленности (ДН)
(рис. 1.18). Ее изображают в полярных координатах
с центром, располагаемым в акустическом центре микро-
43
фона и отсчетом углов от акустической оси. Часто ради-
ус-вектор диаграммы направленности дают в логариф-
мическом масштабе
W0) = - 2°lg(^/£o)- (1-44)
По направленности микрофоны классифицируют на
ненаправленные (НН), двунаправленные (ДН) с вось-
мерочкой ДН, однонаправленные (ОН) с кардиоидной
характеристикой, остронаправленной (ООН). К нена-
правленным микрофонам относят приемники давления.
Их направленность проявляется только на частотах, для
Рис. 1.18. Диаграмма направленности микрофона для ряда час-
тот, указанных на рисунке
которых длина волн меньше размеров микрофона. А так
как современные микрофоны имеют размеры 2—3 см
в диаметре, то это означает, что направленность прояв-
ляется только на частотах выше 10 кГц. При этом их
чувствительность с тыла становится немного меньше,
чем с фронта (по акустической оси), т. е. можно считать,
что их ДН /?(0)=const. Двунаправленные микрофоны
44
являются симметричными приемниками градиента давле-
ния. Их ДН в полярных координатах имеют вид вось-
мерки:
/?(0)=cos0. (1.45)
Применяют и приемники градиента давления второго
порядка. Их ДН тоже восьмерочная, но более острая:
£(0)=cos20. (1.46)
Эти характеристики направленности почти не зависят
от частоты. Лишь на частотах выше 10 кГц они немного
заостряются. Асимметричные приемники градиента дав-
Рис. 1.19. Диаграммы направленности комбинированных прием-
ников звука (микрофонов):
1 — работает только приемник давления; 2 — одинаковая чувствительность
приемников давления и градиента давления (кардиоида); 3 —приемник
градиента давления в 1,7 раза чувствительнее приемника давления (супер-
кардиоида); 4 — то же, но при соотношении 3 (гиперкардиоида); 5 —рабо-
тает только приемник градиента давления
ления и некоторые из комбинированных микрофонов
имеют ДН в виде кардиоиды:
J?(0)=O,5(l+cosO). (1.47)
Есть комбинированные микрофоны с ДН в виде су-
перкардиоиды и гиперкардиоиды:
^(0) = (0,37+0,63 cos 0) и 7? (0) =0,25 (1+3 cos 0). (1.48)
Применяют остронаправленные микрофоны, состоя-
щие из двух кардиоидных микрофонов с ДН
7?(0)=O,25(l+cosO)2. (1.49)
Диаграммы направленности всех этих типов микро-
фонов даны на рис. 1.19. В ряде случаев используют
45
остронаправленные микрофоны трубчатого типа. Эти ми-
крофоны имеют ДН
/?(0)=sinnx/(nsinx), (1.50)
где
— cos 9) = 2-у-sin2 (0/2).
Как видим, она зависит от частоты. На рис. 1.20 приве-
дены ДН трубчатого микрофона с размерами: длиной
(без капсюля) 0,85 м, чис-
лом трубок п=38 и шагом
d=2,3 см. Последний опре-
деляет максимальную часто-
ту, при которой направлен-
ность максимальная, в дан-
ном случае она равна 7500
Гц. Этот микрофон приме-
няют при звукоусилении с
движущихся машин (при
вертикальном расположении
микрофона) и при передаче
с шумных площадей. В этом
случае его направляют на
того говорящего, голос кото-
рого следует передать.
При передаче в условиях
высоких уровней акусти-
Рис. 1.20. Диаграмма на-
правленности трубчатого мик-
рофона (на 90° — подавление
равно 18 дБ), f==1000 Гц
ческих шумов или для увеличения направленности при-
меняют линейные или пространственные группы микро-
фонов. В первом случае несколько микрофонов соеди-
няют последовательно и располагают преимущественно
на одной горизонтальной линии, при этом оси микро-
фонов направляют к оратору. Для прямолинейной
группы оси микрофонов параллельны друг другу. Про-
странственные группы микрофонов применяются только
в специальных случаях. Они представляют собой не-
сколько микрофонов, расположенных на криволинейной
поверхности или на плоскости, оси их направ-
лены перпендикулярно поверхности. Для плоско-
сти и параболической поверхности они парал-
лельны друг другу, а для гиперболической —
направлены в ее фокус. Для прямолинейной груп-
пы микрофонов характеристика направленности не-
46
одинакова: в плоскости, проходящей через акустиче-
скую ось и линию микрофонов, она имеет острую на-
правленность, а в плоскости, проходящей через акусти-
ческую ось и перпендикулярной первой плоскости, на-
правленность определяется направленностью одиночно-
го микрофона. Общая направленность в первой плоско-
сти определяется как произведение направленности
микрофона и группы: /?(0) =/?гр(0)/?м(0). Направлен-
ность группы определяется из выражения
/?Гр(0) =sin пх/п sin х,
(1.51)
где х= (jid/%)sin 0; п — число микрофонов; d—шаг (рас-
стояние между соседними микрофонами). На рис. 1.21
приведена ДН прямолиней-
ной группы из восьми ми-
крофонов с длиной группы
0,5 м. Обычно она силь-
но зависит от частоты. Для
повышения направленности
увеличивают длину группы
до 0,6—0,8 м.
Направленность громко-
говорителей, как и микрофо-
нов, оценивают характери-
стикой и ДН, т. е. зависимо-
стью звукового давления от
угла между акустической
осью громкоговорителя и
всевозможными направлени-
ями излучения. Характери-
Р и с. 1.21. Огибающая диа-
грамма направленности груп-
пового микрофона (подавле-
ние на 90° равно 20 дБ),
/=200 Гц
стику направленности нормируют также по звуковому
давлению на акустической оси, т. е.
Я (0) = а/ра или Я[дБ] (0) = — 201g R (0), (1.52)
и представляют в виде ДН. В том случае, когда гром-
коговоритель имеет осевую симметрию, характеристику
направленности представляют одной диаграммой в пло-
скости, проходящей через акустическую ось. Поскольку
для озвучения открытых пространств, как правило,
применяются громкоговорители больших размеров, со-
измеримых с длинами акустических волн на частотах вы-
ше 1000 Гц, то их характеристики направленности зависят
47
0,25 0,525 1,0 1,75 3,0
0,875 1,5 2,5 6,0
1.0 1,0 1,0 1,0
Рис. 1.22. Диаграммы направленности прямоугольных излучателей в зависи-
мости от соотношения между размером излучателя и длиной волны X
(параметр)
от частоты в значительной мере и по существу для этой
цели отсутствуют ненаправленные громкоговорители.
На рис. 1.22 приведены ДН для разного соотношения*
размеров излучателей и длин звуковых волн. Направ-
ленность круглого излучателя в плоском бесконечном
экране определяется из выражения
7?(0)=2Л(х)/х, (1.53)
где х= (nd/X)sin 0; d — диаметр излучателя; —функ-
ция Бесселя 1-го порядка.
Для озвучения открытых пространств широко при-
меняют звуковые колонки и рупорные громкоговорите-
ли. Характеристику направленности звуковой колонки^,
имеющей высоту I и ширину Ь, определяют выраже-
нием
(1-54)
\ * / \ У )
где х= (nZ/%) sin 0г; у= (яЬГк) sin 0&,
где 0/ и 0ь — углы в соответствующих плоскостях, про-
ходящие через акустическую ось по высоте и ширине
звуковой колонки, т. е. двумя ДН: по высоте колонки-
и по ширине (в вертикальной и горизонтальной плоско-
стях). Иногда колонки располагают длинной базой в
горизонтальной плоскости, и тогда следует иметь в ви-
ду, что в горизонтальной плоскости будет большая на-
правленность, чем в вертикальной.
Если два громкоговорителя поставить вплотную друг
к другу, то соответствующая им ДН по ширине вдвое
сжимается, а именно: при установке громкоговорителей,
друг на друга сжимается ДН в вертикальной плоскости,
а при установке рядом—в горизонтальной. При этом
для идентичных по параметрам громкоговорителей уро-
вень на оси возрастает на 6 дБ (звуковое давление уве-
личивается вдвое). Если громкоговорители располо-
жить далеко друг от друга (больше максимальной дли-
ны волны), то уровень увеличивается только на 3 дБ.
Для расчетов использование этих ДН приводит к
большим затруднениям из-за большого числа лепестков
характеристики. Но так как в процессе передачи спектр
сигнала быстро изменяется, то не следует использовать.
ДН, полученные для чистого тона. Поэтому целесооб-
разно их сглаживать и в этом случае можно заменять
гладкой кривой, огибающей характеристику по макси-
4—190 49
мумам диаграммы. Такое приближение позволяет заме-
нить сложную кривую более простой: sinx/x на участке
малых углов и 1/х на участке больших углов. Оказы-
вается, что можно сделать хорошее приближение заме-
ной огибающей ДН на эллипс, большая ось которого
равна единице, а малая — максимальному значению ра-
диус-вектор под углом 90°, причем центр его совпадает
с центром излучателя. Величину этого радиус-вектора
определяют из выражения
* = 1/Я(90°)=А-. (1.55)
Эксцентриситет такого эллипса е=[1—(Х/лб/)2]1/2, а
d — размер излучателя. Для сдвоенных громкоговори-
телей эксцентриситет
е=(3+е21)1/2/2, (1.56)
где ei—эксцентриситет одиночного громкоговорителя.
В табл. 1.8 приведены коэффициенты направленности
Таблица 1.8. Коэффициенты направленности колонок р0/ро
в зависимости от угла излучения 0 для различных
эксце нтриситетов
Угол излуче- ния 0, град Эксцентриситет е Угол излуче- ния 0, град Эксцентриситет е
0,985 | 0,979 0,985 | 0,979
0 1 1 45 0,241 0,284
10 0,712 0,77 60 0,199 0,235
15 0,562 0,629 75 0,179 0,212
20 0,457 0,522 90 0,173 0,205
30 0,332 0,386
для звуковых колонок по их эллиптическим приближе-
ниям. Как видим, совпадение их со снятыми шумовым
сигналом получается очень хорошее для всех углов
в пределах +90°. Соответственно в приложении даны
эксцентриситеты ДН для всех типовых звуковых коло-
нок. В этом случае радиус-вектор ДН имеет вид
е2 sin2 в
(1-57)
где е представляет соответствующий эксцентриситет
или ег.
Для круглых рупорных громкоговорителей пригодно
приближение характеристики направленности в виде
50
эллипсоида вращения, центр которого совпадает с цент-
ром излучателя. Диаграмма направленности имеет вид.
эллипса, большая ось которого равна единице, а малая
определяется размером излучателя:
&=Х/М), (1.58)
где d — диаметр выходного отверстия рупора.
Если рупорный громкоговоритель имеет разные раз-
меры по высоте и по ширине, то соответственно будет
эллипсоид с осями, определяемыми из размеров излу-
чателя по (1.55).
Рис. 1.23. Диаграммы направленности рупорных громкоговори-
телей типов:
а) 100 ГРД; б) 10 ГРД-5 и рЮО
4* 5t
Выражение для радиус-вектора ДН имеет вид
(1 — е2) cos 6
1 — б2 cos2 9
/?(6) =
cos 9
1 + (e2/(l — б2)) sin2 9
(1.59)
«где е представляет собой эксцентриситет в соответст-
вующей плоскости. На рис. 1.23 приведены ДН, полу-
ченные при измерениях и расчетным путем по эллип-
соидальной аппроксимации. Как видим, получается хо-
рошее совпадение для углов менее 70°.
В приложении 4 приведены эксцентриситеты для ти-
повых рупорных громкоговорителей.
Довольно широко применяют радиальные громкого-
ворители и веерные. Диаграмма направленности ра-
диальных громкоговорителей в горизонтальной плоско-
сти представляет собой окружность, а в вертикальной
(в нижней половине) приплюснутую окружность (ха-
рактеристика направленности представляет собой полу-
эллипсоид вращения с длинной осью в горизонтальной
плоскости).
Сплющенность диаграммы такова, что радиус-векто-
ры под углом 70° к вертикали и вниз относятся между
собой как 2 : 1 (снижение уровня вниз на 6 дБ по отно-
шению к 70°) (рис. 1.24).
Веерные громкоговорители (рис. 1.25) имеют анало-
гичную ДН, их излучение вниз зависит от входящих в
0° 1
Рис. 1.24. Диаграмма направ-
ленности радиального громкого-
ворителя
меняется с изменением
нее звуковых колонок.
909 Так, веерный громкогово-
ритель из шести колонок
15КЗ-6 имеет ДН, приве-
денную на рис. 1.26. Из-
лучение мощности вниз
для него на 8 дБ ниже,
чем по горизонтали.
Из всех данных сле-
дует, что характеристика
направленности резко из-
частоты колебаний. Это
приводит к значительным изменениям звукового поля
с изменением частоты, т. е. к большой неравномер-
ности звукового поля. Как будет показано в рас-
четах, на высоких частотах при отклонении от оси гром-
коговорителя неравномерность достигает 20 дБ и более.
В свое время были в эксплуатации ячеистые рупорные
громкоговорители, имевшие независимую от частоты
52
характеристику направленности в широком угле излу-
чения. Также были в эксплуатации звуковые колонки
с развернутыми головками на 60° в горизонтальной
плоскости. Их ДН в горизонтальной плоскости также
не зависела от частоты. Теперь, такие громкоговорители
не выпускают и это приводит к тому, что в звукофи-
Вад едоку
Вад сверху
4
1
Рис. 1.25. Расположение колонок в веерном громкоговорителе
(вид сбоку и сверху)
цированных объектах звучание происходит с большими
частотными искажениями. В примерах расчета показа-
но, как улучшается распределение уровней звукового
поля при использовании громкоговорителей с незави-
симой от частоты характеристикой направленности.
53
Рис. 1.26. Диаграмма направленности
веерного громкоговорителя
На рис. 1.27 при-
ведены ДН состав-
ных звуковых коло-
нок, излучающая по-
верхность которых
представляет собой
сферический или эл-
липсоидальный сег-
мент с углами в го-
ризонтальной и вер-
тикальной плоско-
стях до ±60°. Эти
характеристики на-
правленности описы-
ваются функциями
Лежандра.
Для двух коло-
нок, составленных
под углом 0, ДН
в плоскости, прохо-
дящей через продольные оси колонок, представляет со-
бой произведение полусуммы направленностей одиноч-
ных колонок на направленность группы:
/?(0) =0,5 (sin Xi/Xi+sin^/^cosXrp,
Рис. 1.27. Диаграммы направленности излучателей, развернутых
на 60° для разных соотношений размера излучателя и длины вол-
ны (параметр)
54
Рис. 1.28. Диаграммы направленности звуковых колонок типов:
а) 25 КЗ; б) 10 КЗ (усреднены в диапазоне частот 200—2000 Гц)
55
Рис. 1.29. Диаграммы направленности семейства рупорных гром-
коговорителей (параметром является соотношение между разме-
рами рупоров и длиной волны)
56
где
Рис. 1.30. к определению угла
между осью громкоговорителя и
направлением на заданную точ-
ку в плоскости хну
__ 7=/г sin (а+ 9/2) __ гс/2 sin (а — 0/2)
1 — х ; *2— х ;
_ 0,5л (/i + /2)
**ГР X cos (9/2) sin а *
/ь к— длины звуковых колонок; 0 — угол между пло-
скостями колонок; а—угол между осью системы и на-
правлением на заданную точку. На рис. 1.28 приведена
расчетная ДН развернутой на 60° колонки и колонки,
составленной из двух без развертывания их осей (пунк-
тирные линии). Там же приведены экспериментальные
кривые (сплошные линии). Можно составить колонку
из четырех частей с раз-
вертыванием на 40°. Она
будет иметь постоянство
ДН в пределах 40°, чего
вполне достаточно для
озвучения площадей и
улиц на большой протя-
женности с малой нерав-
номерностью звукового
поля на разных 'частотах.
На рис. 1.29 приведены
ДН составных рупорных
громкоговорителей.
Очень часто при рас-
чете звуковых полей тре-
буемся определение коэффициента направленности ру-
порного громкоговорителя. Для этого необходимо знать
угол между акустической осью и направлением на за-
данную точку. При этом бывают заданы только коорди-
наты точки и громкоговорителя. Наиболее простой слу-
чай, когда направленность во всех плоскостях, проходя-
щих через акустическую ось, одинакова (например, для
рупорных громкоговорителей с круглым выходным от-
верстием). Рассмотрим этот случай (рис. 1.30).
Заданы координаты точки х, у и hr при г=0 и изве-
стна точка упора акустической оси в озвучиваемую
плоскость (хо), требуется определить угол между аку-
стической осью и направлением на заданную точку.
Соединяем заданную точку с точкой упора оси и по-
лучаем треугольник со сторонами а, b и с, лежащую
против искомого угла 0. Известно, с2=а2-\-Ь2—2abcosQ.
57
Здесь для стороны а имеем а2 = х20+Л2г, для стороны
b 62 = г/2+^2г+^2, наконец, для стороны с с2=Дх2+*/2,
Лх=х—хо. Подставляя их в первое равенство, после
сокращения получаем
h\= [ (х20 + Л2г) (t/2+x2+/i2r) ] ^'cos 0,
откуда искомый угол
0 = arccos------------i+xxo/V----------- < 1
{[(1 +x02/V) (1 +(x2 + «/2W)]}1/2 ‘
Другой аналогичный случай, когда требуется опре-
делить угол между акустической осью и направлением
на точку, расположенную ближе к громкоговорителю и
дальше по проекции акустической оси на горизонталь-
ную плоскость (рис. 1.31). В этом случае имеем тре-
угольник, у которого квадрат стороны а2 = х2о+Л2г,
квадрат стороны Ь2= (х0±Дх) +й2г и сторона с=±Дх.
Тогда имеем
Дх2=Х2О_|_ 2/г2г+ (х0 ± Дх)2—2 (х2о+А2г)
X [ (*о ± Дх) 2+Л2г] ,/2cos 0,
откуда угол
1 ±Ахх0/(х02+У)
0 arccos------------------------- (1 б1
[1 +(ZU*±2x0Ax)/(V+V)]I/2
Для озвучения больших пространств в целях инфор-
мации населения применяют мощные рупорные громко-
говорители с круговым
излучением. Они состоят
из шести сдвоенных по
вертикали рупорных гром-
коговорителей и образуют
радиальный излучатель.
Его общая пиковая мощ-
ность 600 В (он создает
звуковое давление, 96 Па,
пересчитанное на 1 м от
центра излучателя) при
подведении к нему ком-
прессированного речевого
Рис. 1.31. К определению угла
между осью громкоговорителя и
направлением на точку, лежа-
щую на оси х
сигнала. Дальность действия такого громкоговорителя
(с хорошей разборчивостью) в отсутствие ветра дохо-
дит до 0,5 км при акустических шумах 80 дБ, а для
передачи команд — до 1 км.
58
Применяют рупорные громкоговорители с большой
направленностью для передачи на большие расстоя-
ния. Их устанавливают на телескопических мачтах вы-
сотой до 30 м. Они состоят из нескольких мощных ру-
порных громкоговорителей, устанавливаемых или в го-
ризонтальной плоскости для получения острой
направленности в этой плоскости, или в вертикальной.
Первый вариант применяется для передачи информа-
ции на большие расстояния в узком секторе. В этом
случае излучение в вертикальной плоскости слабо на-
правлено, и поэтому вероятность «попадания» в наме-
ченную озвучаемую зону довольно велика, так как одно
из направлений может после всех изгибов звукового
луча под действием метеорологических факторов достиг-
нуть намеченной точки пространства. Второй вариант
пригоден для передачи в широком секторе, но даль-
ность действия его гораздо меньше, чем первого. Есть
специальные громкоговорители с большей мощностью,
но основанные на тех же принципах. Мощность таких
громкоговорителей доходит до 1 кВт и более.
Для некоторых информационных целей можно при-
менять пневматический громкоговоритель, излучающий
большую акустическую мощность, но с низким качест-
вом звучания. Он пригоден только для передачи огра-
ниченного числа простых команд.
ГЛАВА 2
СИСТЕМЫ ЗВУКОФИКАЦИИ
2.1. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ
ЗВУКОУСИЛЕНИЯ и ОЗВУЧЕНИЯ
Из практики известно, что если озвучивае-
мая поверхность 1 имеет длину более 20 м, то голоса че-
ловека, как правило, недостаточно для того, чтобы со-
здать уровень громкости в удаленных точках этого про-
странства, необходимый для полной понятности пере-
даваемой речи. А если уровень шумов превосходит
60 дБ, то и при меньших расстояниях мощности чело-
веческого голоса недостаточно для получения полной
1 Озвучиваемой поверхностью называют поверхность, проходя-
щую через головы слушателей. Условились считать ее проходящей
на уровне 1 м для сидящих слушателей и на 1,5 м для стоящих по
отношению к поверхности, на которой расположены места слуша-
телей.
59
понятности речи. В этих случаях необходимо применять
звукоусилительную аппаратуру, состоящую из микро-
фонов, усилителей и громкоговорителей.
То же самое можно сказать и в отношении пения,
сольных номеров и струнных оркестров. Для исполни-
телей со слабым голосом, как правило, необходимо
звукоусиление. Для больших оркестров не требуется
звукоусиления даже при расстояниях до 100 м. Но если
оркестр небольшой, а необходимо создать впечатление
большого, то при звукоусилении это можно сделать (в
этом случае говорят о подусилении оркестра). В на-
стоящее время распространена поп-музыка с довольно
высокими уровнями исполнения. Это также требует при-
менения звукоусилительной аппаратуры.
В системах звукоусиления микрофоны обычно нахо-
дятся в поле действия громкоговорителей, поэтому об-
разуется обратная связь через систему звукоусиления.
Это явление ограничивает возможности системы звуко-
усиления. Но когда передают информационные или ху-
дожественные программы, например с магнитофона или
из студии в пространство, изолированное от первичного
источника звука (от диктора, лектора, певца, оркестра
и т. д.), то для передачи соответствующих им сигналов
применяется система озвучения, состоящая из вторич-
ных источников звука — громкоговорителей. В таких
случаях отсутствует ограничение индекса тракта из-за
обратной связи. Вследствие этого системы озвучения
являются частным случаем систем звукоусиления, у
которых коэффициент обратной связи равен нулю.
Таблица 2.1
Оптимальные значения параметров звукового поля
Назначение установки Номинальный уровень, дБ Неравномер- ность озвуче- ния, дБ
Воспроизведение музыки и театральных эффектов 100 6
Воспроизведение музыкальных программ и усиление голосов солистов 94—96 6
Воспроизведение развлекательных музы- кальных программ (танцы), музыки и речи в шумных условиях 94—96 8
Усиление речи при низких уровнях шу- мов 80—86 6
Создание музыкального фона 60—70 8
60
Приведем требования, предъявляемые к системам
звукофикации. При передаче речи определяющим яв-
ляется обеспечение требуемой разборчивости речи во
всех точках озвучиваемого пространства, даже самых
удаленных от основного источника звука, т. е. от лекто-
ра, артиста (чтеца, рассказчика и т. п.), иначе разраба-
тываемая система не будет выполнять своего основного
назначения. Как следует из предыдущего, для выпол-
нения этого требования необходимо, чтобы тракт обес-
печивал соответствующие превышения спектральных
уровней речи над спектральным уровнем помех и шу-
мов, а это зависит как от общего уровня речи на местах
слушателей, так и от частотной характеристики аппа-
ратуры.
Для музыкальных передач первым требованием яв-
ляется создание соответствующего уровня на местах
слушателей, иначе не будет создана натуральность зву-
чания. В табл. 2.1 приведены рекомендуемые номиналь-
ные уровни звукового поля [6].
Вторым требованием к любым трактам передачи
акустических сигналов является оптимальность звуча-
ния (в частности, отсутствие подчеркивания отдельных
диапазонов частот—бубнение, свисты и т. п.), что оп-
ределяется неравномерностью частотной характеристи-
ки, частотным диапазоном и нелинейностью тракта пе-
редачи сигналов.
Для обеспечения этого требования тракт должен
иметь соответствующие показатели в отношении нерав-
номерности своей частотной характеристики, номиналь-
ного звукового давления, развиваемого громкоговорите-
лями, их направленности, направленности микрофона,
мощности усилительного устройства и других количест-
венных и качественных показателей тракта. Для систем
звукофикации зеленых театров и эстрад эти требования
к аппаратуре предъявляются на уровне не ниже I клас-
са качества, а для ряда других объектов с передачей
художественных программ (например, улиц и площадей
с высоким уровнем шумов) — по II классу; для пере-
дачи информационных программ на стадионах, улицах,
площадях, выставках и других объектах предъявляют
требования на уровне хорошей градации передачи речи,
а применительно к диспетчерской службе (железнодо-
рожные пути, вагонные горки и т. п.) на уровне удов-
летворительной градации. Это объясняется тем, что в
61
диспетчерской службе применяют ограниченный лекси-
кон, хорошо принимаемый в условиях удовлетворитель-
ного качества передачи речи.
Третьим требованием к системам звукоусиления и
•озвучения является возможно меньшая неравномер-
ность озвучения, т. е. по возможности минимальное из-
менение уровня звучания от точки к точке:
— Lmax—Lmin, (2*1)
тде Lmax и Lmin — соответственно максимальный и ми-
нимальный уровни прямого звука, создаваемые систе-
мой звукофикации.
Неравномерность озвучения складывается из двух
частей: неравномерности средних значений уровня и
интерференционной неравномерности, создающейся при
использовании нескольких громкоговорителей и из-за
отражения от различных препятствий. Интерференци-
онную неравномерность из-за сложности расчета не
учитывают. Неравномерность по средним значениям
приводит к тому, что если в самых удаленных точках
пространства обеспечен необходимый уровень Lmin, то
в ряде точек он может оказаться завышенным. Недо-
статком этого является ненужная перегрузка слуха:
излишний расход мощности; неприятное ощущение, ис-
пытываемое слушателем при перемещении его по озву-
чиваемой поверхности. Поэтому в большинстве случаев
не допускают неравномерность озвучения больше 8 дБ,
а для зеленых театров и эстрад—не более 6 дБ. Во-
обще же всегда, когда это не противоречит требовани-
ям экономики и техники обслуживания, стремятся к
снижению неравномерности озвучения.
В табл. 2.1 приведены максимально допустимые
значения неравномерности озвучения. Следует также
указать на то, что соответственно основному назначе-
нию системы звукоусиления необходимо, чтобы слуша-
тель, находящийся в любой точке озвучиваемого прост-
ранства имел те же условия слышимости, что и слуша-
тель, находящийся вблизи основного (первичного)
источника звука. В частности, это относится к уровню
передачи. Если считать, что слушатель, находящийся
на расстоянии гс= 1,54-2 м от лектора, оратора, кон-
ферансье, имеет оптимальные условия для прослушива-
ния, а микрофон расположен на расстоянии, гм=0,3-т-
0,5 м от говорящего (рис. 2.1), то согласно (1.40) и
62
рис. 2.1 индекс передачи тракта
Qmc =Lc—Lm — 20 1g (г м/г с) ~
« — 20 lg4=—12 дБ. (2.2)
Поэтому ориентировочный индекс тракта для речи
лежит в пределах —104—14 дБ. Но это значение спра-
ведливо только для случая низких уровней шумов.
Рис. 2.1. Иллюстрация основного принципа звукоусиления
Из аналогичных рассуждений были определены тре-
буемые индексы передачи тракта и для звукоусили-
тельной аппаратуры другого назначения. В табл. 2.2
приведены соответствующие рекомендации [6].
Таблица 2.2
Оптимальные значения индекса передачи
Назначение установки Расстояние от источника звура до микрофона ГМ.М Оптимальное расстояние от источника звука до слушателя Гс. м Оптимальный индекс переда- чи Q, дБ
Усиление речи Усиление оркестров, хо- ров, ансамблей Подусиление солистов при удаленном микрофоне Усиление солистов при близком расположении микрофона 0,3—0,5 3 1-2 0,05—0,1 1—1,5 1 3—6 3—6 —12 — 10 —36
Следующим требованием к системам звукофикации
открытых пространств является слитность звучания,
т. е. отсутствие заметного или мешающего эха. Для му-
зыкальных программ это не должно быть заметным,
63
поэтому стремятся к тому, чтобы уровень мешающего
сигнала эха был ниже порога его заметности (см.
рис. 1.3, кривая 2), а для речевых передач эхо может
^быть заметным, но оно не должно быть мешающим, т. е.
не должно существенно снижать разборчивость речи
(см. рис. 1.3, кривая 3).
Одним из частных требований к системам звуко-
усиления является локализация источника звука, т. е.
создание слухового ощущения местонахождения вир-
туального (кажущегося) источника звука на месте пер-
вичного источника. Это важно только для передачи му-
зыкальных программ, так как человек на слух доволь-
но точно определяет местонахождение источника звука
и наилучшее впечатление от музыки получается при
совпадении зрительного образа со слуховым.
Применительно к звукофикации открытых про-
странств введен дополнительный показатель системы
озвучения — локализация звукового поля — степень
уменьшения уровней поля при удалении от зоны озвуче-
ния. Дело в том, что всякая система звукофикации от-
крытых пространств излучает определенное количество
энергии и за пределы озвучиваемой зоны. Если за пре-
делами этой зоны, близко от нее, находятся объекты
с людьми, например жилые помещения, больницы и
т. п., то для них любая звуковая передача при озвуче-
нии основной зоны может оказаться помехой, независи-
мо от ее содержания. Поэтому стремятся снизить уро-
вень звукового поля за пределами озвучиваемой зоны
до такой степени, чтобы он был не выше заданных [14]
санитарных норм при условии подведения к системе
озвучения номинальной мощности.
2.2. СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ
Установилась следующая классификация си-
стем звукофикации открытых пространств: сосредото-
ченные, зональные, распределенные.
Сосредоточенные системы. Эти системы отличаются
тем, что содержат один или несколько громкоговорите-
лей, расположенных достаточно близко друг от друга
(расстояние между крайними громкоговорителями
должно быть значительно меньше расстояния до бли-
жайших слушателей). К сосредоточенным системам с
некоторым допущением можно отнести и такие, в кото-
рых громкоговорители сосредоточены в двух-трех точ-
€4
ках на одном из краев озвучиваемого пространства с
расстоянием между крайними громкоговорителями
больше расстояния до ближайших слушателей, напри*
мер по бокам сцены, эстрады, но в этом случае для
каждого источника звука проводят раздельный расчет
с последующим суммированием интенсивности в каж-
дой точке.
В сосредоточенных системах направление распрост-
ранения звука легко может быть совмещено с направ-
лением прихода зри-
тельного ощущения,
т. е. легко выполнить
совпадение зрительного
и слухового образов. /:
На рис. 2.2—2.5 даны с
примерные расположе-
ния громкоговорителей
для случаев сосредото-
Озбучиваемая
поверхность
ченных систем. Для всех
этих рисунков hr — высо-
та подвеса громкоговори-
теля над озвучиваемой
поверхностью, х0 и /г—
Хо — координаты точки
пересечения (упора) осей
громкоговорителей с оз-
вучиваемой поверхностью,
xQ х
Рис. 2.2. Пример расположения
одного громкоговорителя
Рис. 2.3. Пример располо-
жения двух громкоговорите-
лей для одинаковой ширины
озвучиваемой плоской по-
верхности
«о — угол между осями
и этой поверхностью, Хо— расстояние точки упора
от громкоговорителя по горизонтали (по оси х) от
центра координат, Zq — высота озвучиваемой поверх-
ности над поверхностью площадки (по оси z), /г — рас-
Р и с. 2.4.
встречного
ния
Пример
озвуче-
стояние между громкоговорителями при встречной ра-
боте, уг — расстояние между громкоговорителями при
работе в одном направлении (по координате у), Гр —
громкоговоритель, 0 — центр координат.
5—190 65
JCq 0 Xq X
Рис. 2.5. Централизованное озву-
чение
Зональные системы.
В зональных системах
озвучивания громкого-
ворители располагают
на таких расстояниях
друг от друга, что уро-
вень в каждой из точек
расположения слушате-
лей создается в основ-
ном одним, ближайшим
стыках зон уровни от
громкоговорителем, и только на
соседних громкоговорителей суммируются по интенсив-
ности. Это приводит к повышению уровня на стыках зон
[9], а соответственно и снижению неравномерности озву-
чения.
Зональные системы используются в тех случаях,
когда размеры озвучиваемого пространства настолько
велики, что не могут быть озвучены сосредоточенной
системой.
Зональные системы делят на линейные и простран-
ственные (рис. 2.6 и 2.7). Линейные системы применя-
ют при озвучении улиц, проспектов, прибрежных зон
отдыха, железнодорожных путей, платформ и т. п., т. е.
объектов, у которых длина превосходит ширину в не-
сколько раз. Пространственные системы применяют
для звукофикации площадей, выставок и т. п. При
звукофикации линейной зональной системы объект де-
лят по длине на зоны, каждую из которых озвучивают
раздельно с центра зон или сбоку (с одной или обеих
сторон). Линейные зональные системы образуются из
громкоговорителей, расположенных по длине объекта
так, что или оси их направлены вдоль длины объекта с
встречной работой или работой в одном направлении
или оси их направлены поперек объекта с одной сторо-
ны при узком объекте и с встречной работой при отно-
сительно широком (см. рис. 2.6,а и 2.6,6). При озвуче-
нии пространственной зональной системой объект де-
лится на квадратные зоны и каждая из них озвучива-
ется с центра зоны.
К зональным системам также относят системы звуко-
фикации круглых и овальных поверхностей по их ра-
диусам. В этом случае зоны имеют вид усеченных сек-
торов, каждый из которых озвучивают своим громкого-
ворителем, расположенным по внутреннему или наруж-
ному краю сектора.
66
Рис. 2.6. Зональное озвучение:
а) рупорными громкоговорителями в длину; б) звуковыми колон-
ками в ширину (hr — высота подвеса колонки над озвучиваемой
поверхностью, d — расстояние между соседними колонками, I —
расстояние от колонки до точки под соседней колонкой, Lmin —
минимальный уровень звука, Lh — уровень под колонкой от своей
колонки, Ц — уровень от соседней колонки)
Распределенные системы. Они представляют собой
группу громкоговорителей, разнесенных на небольшие
расстояния так, что в каждой точке озвучиваемой по-
2л
Рис. 2.8. Распределенная систе-
ма озвучения с одной цепочкой
йёрхиости суммарный урб-
вень получают от дейст-
вия всех или большей ча-
сти громкоговорителей.
Г ромкоговорител и могут
представлять собой ли-
нейную группу, например,
в виде ряда громкогово-
рителей, расположенных
по какой-нибудь линии,
большей частью—прямой.
Такой ряд громкоговори-
телей, расположенных
так, что их акустические
оси направлены в одну
сторону и перпендикуляр-
ны линии, соединяющей
громкоговорители, назы-
вают цепочкой. Цепочки
располагают на одной ли-
нии (рис. 2.8) или на
двух параллельных лини-
ях (рис. 2.9). Распреде-
ленные системы сравни-
тельно редко используют
при озвучении открытых
пространств лишь для
аллей парков и иногда
при звукоусилении на
площади, если зональную
систему применить нельзя,
а трибуна или место первичного источника звука нахо-
дится на середине длинной стороны площади и длина
ее такова, что не позволяет озвучить сосредоточенной
системой с точки, ближайшей к первичному источнику
звука. Поэтому приходится озвучивать ее цепочкой
громкоговорителей, расположенных по длинному краю
площади. Распределенные системы также применяют
на концертных площадках только для усиления речи
лектора или оратора.
В распределенных системах слуховой и зрительный
образы, как правило, не совпадают. Исключением яв-
ляется одиночная цепочка, располагаемая на линии,
проходящей через первичный источник звука. В ряде
68
случаев применяют комбинацию систем озВуЧенйя, йй-
пример сосредоточенную и зональную, сосредоточенную
и распределенную.
2.3. УРОВНИ ПРЯМОГО ЗВУКА
НА МЕСТАХ СЛУШАТЕЛЕЙ1
Сосредоточенные системы, Как уже указыва-
лось, возможны два варианта сосредоточенной системы
озвучения: один или два громкоговорителя, расположен-
ные на одном из концов озвучиваемого пространства
или одна громкоговорящая система —в центре озвучи-
ваемого пространства. Первый вариант системы приме-
няется в зеленых театрах, на эстрадных площадках и
Рис. 2.9. Распределенная система озвучения с двумя цепочками
1 Так как в основном в открытом пространстве преобладает
прямой звук, то в дальнейшем будем рассчитывать только уровни
прямого звука за исключением случаев, когдй надо учитывать по-
мехи от отраженных звуков.
69
небольших площадях, второй — на больших площадях
с возможностью кругового озвучения. В зеленых теат-
рах и на эстрадных площадках громкоговорители обыч-
но располагают по бокам сцены.
Для одиночного ненаправленного громкоговорителя
звуковое давление р и его уровень L на расстоянии
Гг.с от акустического центра громкоговорителя до уда-
ленного слушателя связаны с развиваемыми им теми
же величинами на расстоянии 1 м pi и Ц соответствен-
но (1.3), (1.6), (1.38), следующими зависимостями:
рс=р1/гг.с; (2.3)
Lc=201g (pi/гг.с)+94=Li—20 1g Гг.с, (2.4)
где Li = 201gpi+94.
При озвучении пространства одним направленным
громкоговорителем на расстоянии гг.с под углом 0 к
акустической оси громкоговорителя звуковое давление
(1.3), (1.52)
рс=Р1/?(0)/гг.с, (2.5)
где /?(0) =р(0)/р(О) — радиус-вектор диаграммы на-
правленности под углом 0.
Из (1.38) и (2.5) определяется уровень звукового
давления
Lc=20 lgpc+94=Li—20 lg[rr.c/tf (0) ]. (2.6)
Минимальное значение этого уровня на проекции
оси громкоговорителя на озвучиваемую поверхность
будет в самой удаленной от громкоговорителя точке
пространства
^'cmin=== Li-201g[rmax/J?(e)], (2.6а)
где гтах— расстояние от громкоговорителя до самого
удаленного слушателя (rmax^l); I — длина озвучивае-
мой поверхности.
Выражение (2.5) приближенно можно представить
в более удобной для расчета форме, если воспользо-
ваться эллипсоидальной аппроксимацией характеристи-
ки направленности1 и методом координат [6]. Если
1 Эллипсоидальная аппроксимация диаграмм и характеристики
направленности звуковых колонок дает достаточную точность рас-
четов в пределах ±90° от акустической оси. За этими пределами
звуковые колонки имеют сферическую направленность с радиусом,
равным радиус-вектору эллипсоидальной характеристики под
углом 90°.
70
выбрать систему координат так, чтобы ее центр нахо-
дился в центре эллипсоида, ось и была направлена по
акустической оси колонки, ось ш — по продольной оси
колонки, а ось v — по ее поперечной оси (рис. 2.10,а), то
в этих условиях для звуковой колонки в точке с коор-
динатами и, w, v получим соответственно звуковое дав-
ление и уровень (см. рис. 2.10,6):
P=PiRk (0) /r=pi/ [u24-№2/ (1—е2в) +
+и2/(1—вг)]’^ L=101gp2+94, (2.7)
где г— [m2+w24-o2]'/2 — расстояние от центра колонки
до рассматриваемой точки;
р /Л\ _ Г_______ы2 + w2 + и2______р/2
[ £Z2+w2/(1-^b2)+d2/(1—J
— радиус-вектор характеристики направленности зву-
ковой колонки в заданную точку под углом 0; ев и ег—
эксцентриситеты диаграмм направленности звуковой ко-
лонки в плоскостях, проходящих через акустическую
ось и оси колонки продольную и поперечную. Радиус-
вектор характеристики направленности звуковой колон-
ки можно представить произведением радиус-векторов
диаграмм направленности в вертикальной и горизон-
тальной плоскостях, проходящих через акустическую
ось колонки:
7?к(0)=7?к(0в)7?к(0г), (2.9)
где
>2 (0 ) —___________!_____________________________
<к 1 в) 1 + [^в2/(1 — ^в2)] Sin2 ев — 1—^B2cos29B ’
>2 (0)-----------------!_____________________—
К w— 1 4-[ег2/(1 — ^г2)] sin2 9Г — 1 —0r2cos2 9r ’
0г и 0в—углы между акустической осью колонки и про-
екцией радиус-вектора в соответствующей плоскости.
Для удобства расчета обычно используют систему
координат х, z, у, в которой ось х располагают горизон-
тально по проекции акустической оси колонки на на-
земную плоскость, ось у — в наземной плоскости, пер-
пендикулярно оси х, ось z — вертикально к этой пло-
скости с прохождением ее через акустический центр
колонки. Центр координат получается под центром зву-
ковой колонки нц наземной плоскости (см. рис. 2.10).
7J
В таком случае переходные формулы от координат х,
гпуки, w и v имеют вид:
и=х cos ао+ (г?—z) sin ао;
w— xsinao*— (zr—z)cosao; v = y, (2.10)
где ао “ угол наклона акустической оси колонки к го-
ризонтали в вертикальной плоскости tgao=/zr/xo=
=(*r го)Мо»
Рис. 2.10. Иллюст-
рация расположе-
ния осей координат
по методу коорди-
нат для звуковой
колонки:
а) для плоской по-
верхности; б) при
озвучении сложно-
го профиля озвучи-
ваемой поверхности
72
где х0 — расстояние от начала координат до проекции
на нее точки пересечения акустической оси с озвучи-
ваемой поверхностью 1 и zr, z0 — вертикальные коорди-
наты центра колонки и точки пересечения оси с поверх-
ностью; /гг — высота подвеса колонки по отношению к
той же точке пересечения2.
Для рупорного громкоговорителя с учетом эллипти-
ческой аппроксимации3 * * и выбора системы координат
так, чтобы центр координат находился в вершине эл-
липса (см. рис. 2.11,а), ось и совмещалась с акустиче-
ской осью рупора, ось w совпадала с продольной осью
выходного отверстия рупора, ось v — с его пеперечной
осью, в точке звукового поля с координатами и, w, v
и эксцентриситетами ев и ег получаем соответственно
звуковое давление и уровень:
Р = PlRp (б)/г = И2 + д! _ ^2) + V2/( 1 — ег2);
(2Л1)
L = 101gp2+ 94,
где г=(и2+и?24-п2)1/2 _ расстояние от центра выходно-
го отверстия рупора до заданной точки:
/? (в) = ——+«>2 4-02)1/2
И24-К;2/(1_ев2)4.р2/(1_^2)
— радиус-вектор характеристики направленности в за-
данную точку под углом 6.
Как и для колонки этот радиус-вектор характеристи-
ки направленности можно представить произведением
радиус-векторов диаграмм направленности в вертикаль-
ной и горизонтальной плоскостях, проходящих через
акустическую ось громкоговорителя ЛР(0В), 7?Р(0Г); 0В и
0г —углы между этой осью и проекцией радиус-вектора
характеристики направленности на соответствующую
* х0 может быть равен длине I озвучиваемого пространства по
горизонтали или меньше ее.
2 йг и <Хо имеют знак минус, если удаленные места слушателей
находятся выше центра громкоговорителя (см. рис. 2.8).
3 Для рупорного громкоговорителя эллиптическая аппроксима-
ция дает достаточную точность расчетов в пределах ±70° в сторону
от акустической оси. В тыльную сторону рупорный громкоговори-
тель почти не излучает на частотах выше 500 Гц.
73
Рис. 2.11. Иллюст-
рация расположе-
ния осей коорди-
нат по методу ко-
ординат для рупор-
ного громкогово-
рителя: а) для
плоской поверхно-
сти; б) при озвуче-
нии сложного про-
филя озвучивае-
мой поверхности
плоскость. Эти радиус-векторы для рупорного громкого-
ворителя имеют вид:
п /л ч__ cos 9В (1 — ев2) cos 9В
l+(eB*/(l-eB2)]sin2flB e 1—^cos*9В S
(2.13)
Р /й ч __________cos9r______________(1 — гг) cos9r
W" 1+P?r«/(1—er2)]sin29r ~ 1 —£ГСО52 9Г •
Вспомогательные оси координат х, г и у при озвучении
рупорными громкоговорителями располагают так же,
как и для колонки, т. е. центр координат располагают
под громкоговорителем на уровне наземной поверхности,
74
ось х совмещают с проекцией акустической оси гром-
коговорителя на горизонтальную плоскость, проходя-
щую по наземной поверхности, ось у—перпендикулярно
оси х в той же горизонтальной плоскости, ось z— вер-
тикально с прохождением через центр громкоговорите-
ля. Переходные соотношения от координат х, у и z к
координатами и, w и v остаются теми же, что и для
звуковой колонки.
Метод координат особенно удобен при расчете зву-
кового поля для сложной формы озвучиваемой поверх-
ности, например типа амфитеатра (см. рис. 2.11,6).
В этом случае акустическую ось направляют в относи-
тельно удаленную точку озвучиваемой поверхности (не
обязательно в самый конец ее), т. е. в так называемую
расчетную точку, где могут располагаться слушатели.
Если точка подвеса громкоговорителя находится ниже
уровня головы этих слушателей, то угол между акусти-
ческой осью громкоговорителя и осью х будет отрица-
тельным.
Если пространство озвучивается не одним, а несколь-
кими громкоговорителями, то расчеты проводят для каж-
дого из них и суммируют квадраты звукового давления,
создаваемые ими в каждой точке. Для п громкоговори-
телей, расположенных близко друг от друга (в пределах
не более самой длинной волны) и имеющих параллель-
ные акустические оси, уровень звука в расчетной точке
повышается по сравнению с уровнем для одного гром-
коговорителя на AL201gn, дБ.
В общем случае квадраты звуковых давлений сум-
мируют с учетом направленности громкоговорителей и
расстояний их от рассматриваемой точки по следующе-
му выражению:
п
pl=P?2 (2.14)
k=l
где гк — расстояние от рассматриваемой точки до Л-го
громкоговорителя; R(Qk) — направленность k-ro громко-
говорителя под углом Qk к его оси в направлении на рас-
сматриваемую точку. Отсюда уровень звукового давле-
ния
L =.- 201g (А/ге) + 94 = L, - 201g rs,
(2.15)
75
где
1/^=2
&=1
В этом выражении величина гл/Д(0л) может быть
заменена через координаты точки и эксцентриситеты эл-
липсов ев и ег согласно (2.11).
Зональные системы. Для зональных линейных и про-
странственных систем уровень звукового давления на
местах слушателей рассчитывается как для сосредото-
ченных систем в пределах своей зоны. На стыках зон
квадраты звуковых давлений от громкоговорителей со-
седних зон суммируются. Поэтому на границе зоны для
линейной системы (см. рис. 2.6) уровень звукового дав-
ления увеличивается на 3 дБ, а для пространственной
системы (см. рис. 2.7) на середине стыков на 3 дБ, а
в углах, где действуют четыре громкоговорителя, — на
6 дБ.
При расчете зональных систем обычно возникает
вопрос: какова разность хода звуковых волн от «своего»
и соседних громкоговорителей в различных точках сво-
ей зоны и какова разность уровней, создаваемых этими
громкоговорителями, что необходимо для определения
возможности появления заметного или мешающего
эха. Вследствие чего расчет уровней проводится не
только в пределах своей зоны, а для ряда точек сосед-
них зон.
Для зональных систем чаще всего используют ра-
диальные громкоговорители и системы из нескольких
звуковых колонок в виде веера и, иногда, из рупорных
громкоговорителей. Последние целесообразно применять
для объектов с большими размерами, но в таких случаях
трудно избежать появления эха. Поэтому в большинстве
случаев озвучения рупорными громкоговорителями при-
ходится мириться с наличием зон эха, в пределах кото-
рых разборчивость речи может заметно снижаться. Или
же идут на расстыковку зон, т. е. между зонами созда-
ются участки с пониженной разборчивостью речи из-за
низкого уровня речи.
Автором предложен метод бегущей волны для линей-
ных зональных систем. Сущность его заключается в
следующем. Между громкоговорителями включают ли-
нии задержки с таким расчетом, что звуковая волна, при-
шедшая от первого громкоговорителя, оказывается син-
76
хронной с излучаемой звуковой волной вторым громко-
говорителем в направлении движения волны. Поэтому
звуковая волна, пришедшая от первого громкоговорите-
ля, не мешает восприятию звука, излучаемого вторым
громкоговорителем, а помогает ему. Оба излучения при-
ходят к третьему громкоговорителю в тот момент, когда
он начинает излучать то же самое, что и первые два
и т. д. направление излучения громкоговорителей долж-
но совпадать с осью озвучиваемого объекта (улицы, про-
спекта, железнодорожных путей и т. п.). Отраженные
от боковых препятствий звуковые волны (для громко-
говорителей с высокой направленностью) обычно запаз-
дывают по отношению к прямой волне на допустимое
значение.
Для радиальных громкоговорителей звуковое поле
рассчитывается с помощью аппроксимации характери-
стики направленности в нижней полусфере эллипсоидом
вращения вокруг вертикальной оси, являющейся малой
осью эллипсоида. Эксцентриситет эллипса примерно ра-
вен 0,8. Если ось и направить по горизонтали, а ось w
вниз по вертикали, то переходные формулы от коорди-
нат и и w к х и z будут: и=х, w=hr (где йг—-высота
подвеса громкоговорителя над озвучиваемой плоско-
стью), v=y.
Из (2.7) с учетом осей координат, указанных выше
для координат х и йг, квадрат звукового давления
п2 _ ______Р12______________Pl2____ (С)
+ — — Х24-Лг2/О,36 •
При отклонении от оси, равном у, вместо х2 надо брать
х2+у2.
Для системы из четырех-шести звуковых колонок,
расположенных по кольцу диаметром 2—4 м на неболь-
шой высоте, звуковое давление рассчитывается по сек-
торам для каждой колонки в отдельности на проекции
акустической оси колонки на озвучиваемую поверхность
и на границах ее секторов. При этом квадраты звуково-
го давления на границе удваиваются. Квадрат звуко-
вого давления определяется по (2.7).
Для такой же системы из колонок или рупорных гром-
коговорителей, расположенной на большой высоте с на-
правлением акустических осей вниз, звуковое давление
рассчитывается как суммарное от всех громкоговорите-
лей, т. е. как для сосредоточенной системы. Наконец,
для нескольких рупорных громкоговорителей, располо-
77
женных на крышках высотных домов и направленных
вниз, например вдоль улицы, расчет квадрата звукового
давления ведется по (2.12).
Распределенные системы. В случаях применения рас-
пределенной системы громкоговорителей разность хода
звуковых волн от громкоговорителей ко всем точкам,
находящимся на озвучиваемой поверхности, редко пре-
вышает 15—20 м, т. е. запаздывание получается не бо-
лее 60 мс, так как такие объекты имеют небольшие раз-
меры. Поэтому звук от всех громкоговорителей будет по-
лезным. Однако в случае звукофикации больших пло-
щадей часто используют одну или две цепочки громко-
говорителей, расположенных по краям площади, так как
зональная система часто неприменима из-за невозмож-
ности установки громкоговорителей на самой площади.
В этом случае наблюдаются взаимные помехи громкого-
ворителей из-за большой разности хода звуковых волн
от разных громкоговорителей.
Рассмотрим распределенную систему в виде одной
цепочки диффузорных громкоговорителей средней мощ-
ности (1—3 Вт), направленность которых начинает дей-
ствовать для частот выше 1000 Гц. Если объект озвуче-
ния, например аллея парка или небольшая площадка, то
цепочка громкоговорителей располагается сбоку аллеи
или площадки. В таком случае оси громкоговорителей
направляют на противоположный край аллеи (см.
рис. 2.6). Известно [6], что уже на расстоянии r^0,6d,
где d — шаг цепочки, звуковая волна является цилин-
дрической, поэтому интенсивность звука убывает по ги-
перболическому закону (1.4). Пропорциональный интен-
сивности звука (1.1) квадрат звукового давления
00
(тг + 2 г® + (Ы)2 ) —
k=l
kfiKpi2 nr
cth ktp^]rd. (2.16')
Так как при r^0,6d множитель cth (nz/d)^cth 0,6л=
= 1,023, поэтому им можно пренебречь. Соответственно
уровень звукового давления
b = 101g^ + 94 = £14-101g^-,1)
Здесь и в дальнейшем величина л в расчетах заменяется на 2,
так как учитывается только прямая волна и отбрасываются состав-
ляющие тангенциальной волны.
78
где ke=R (0) —коэффициент направленности громкогово-
рителя под углом 0 к его оси; pi — звуковое давление,
создаваемое одним громкоговорителем на расстоянии
1 м от его центра по акустической оси; г — расстояние
заданной точки от линии громкоговорителей: г2=х2+
+йц2; х — расстояние по горизонтали в плоскости озву-
чиваемой поверхности до заданной точки под линией
громкоговорителей; /гц — высота подвеса громкоговори-
телей над озвучиваемой плоскостью; 0 — угол между
осью громкоговорителя и направлением на заданную
точку. Выражение (2.16) справедливо для бесконечной
цепочки, но оно дает достаточную точность при длине,
в несколько раз превышающей ширину объекта. Для
большого числа (п) громкоговорителей длина цепочки
1ц—nd. Подставляя ее в (2.16), получаем
г— kfFnP*
Р ~~ iu(x’ + V),/2
Образование цилиндрической волны является преиму-
ществом распределенной системы в виде цепочки перед
сосредоточенной системой, для которой интенсивность
звука с расстоянием убывает по квадратичному закону.
Минимальный уровень звука в этом случае будет на
противоположной стороне аллеи. Если ширина ее рав-
на Ь, то минимальный квадрат звукового давления и
его уровень на озвучиваемой поверхности.
2 к^пРг
Рт1п~~ 1ц (Ь* + /1ц*)112 ’
Если ширина объекта (аллеи) превосходит 4 м, то
целесообразно озвучивать ее двумя цепочками, располо-
женными на противоположных сторонах аллеи с направ-
лением осей громкоговорителей на продольную ось озву-
чиваемой плоскости. В этом случае в заданной точке
озвучиваемой плоскости квадрат звукового давления и
его уровень будут суммироваться от обеих цепочек:
j92=W(1/g + iM)^;
(2.19)
= 10 lg k?.p* (1 /г, + 1 lr2)ld + 94 = Л, +
+ iQlgk^(i/rl + l/r2)ld,
79
где Г12=х2-}-Лц2 и г22= (&1г-х)2+йц2; Ьц—ширина объ-
екта (расстояние между цепочками). Для п громкогово-
рителей в каждой цепочке эти выражения будут иметь
вид:
p2=Z!eW12(l/r1+l/r2)//ud; L= 101gрЧ-94.
Минимальный уровень в этом случае будет на продоль-
ной оси озвучиваемой плоскости или под цепочками. На
продольной оси квадрат звукового давления и его уро-
вень соответственно равны
2ktftnp1t #
L=L.-101ET£r~i.-101«
А1&Ц
k^n *
(2.20)
где го=/гц2+О,256ц2 — расстояние от линии громкогово-
рителей до продольной оси озвучиваемой плоскости.
Цепочки из звуковых колонок. Определим уровень
звукового давления для случая озвучения открытых
пространств с помощью цепочек направленных громко-
говорителей типа звуковых колонок.
Рассмотрим случай одной цепочки с колонками, рас-
положенными так, что их акустические оси параллельны
между собой и направлены вниз под углом ао перпен-
дикулярно линии, соединяющей центры колонок (см.
рис. 2.8). Если длина цепочки 1а достаточно велика и
ее можно считать бесконечно большой, обозначить шаг
цепочки d, высоту подвеса /гц (над озвучиваемой по-
верхностью), то согласно (2.7) создаваемый цепочкой
звуковых колонок в расстоянии г от цепочки квадрат
звукового давления
Рг = Pi ^.(-^/(l + <?в2) Ь
оо I
+ 2 У] И2 4-Юг/(1—гв2) (1-<?Р«) •
*=!
Сделаем замену согласно равенствам u2+w2/(l—ев2) =
=/2 и (Ы)2/(1—ег2) = (kg)2. При такой замене полу-
чим выражение, идентичное случаю ненаправленных из-
лучателей:
Рг = Pi + 2 J /2 + (Ая)2- .
А=1
80
Поэтому для квадрата звукового Давления получим
Р2 =
ig g ig ’
так как при условии /^0,6g (что почти всегда в практи-
ке имеет место) ctg (nl/g) . При подстановке в это
условие I и g согласно приведенным выше равенствам
для А=1 оно имеет вид
l=[u2+w2/(l—eB2)]V2^o,6d/(l—er2)V2=0,6g.
Учитывая, что u2-j-w2—r2, где г — расстояние от цепоч-
ки до рассматриваемой точки, а минимальное г будет
в точке под цепочкой и равно высоте подвеса цепочки
над озвучиваемой плоскостью Лц, получаем координаты
точки u=Ausinao и w—/iucos cto, где ao — угол наклона
акустической оси к плоскости. В результате преобразо-
ваний получаем условие, приведенное выше в следую-
щей форме:
h Г (1 ~~ gr2) (1 sin «») I112 n a.
Ц1 (l-gB2) I ’
В реальных случаях йц>0,6</. Заменяя lug для квад-
рата звукового давления, имеем следующее выражение:
1 — егг
г_ "Л2 Г 1 — ^г2 Г/2=="а2 (1 —gr2//2
Р ~ d [ u2+a2/(l — ев2) J rd
(2.21)
где
cos f} — u[r и R (0) = i 4.^B2/(i_eB2)]sin2 6 •
Сравнивая это выражение с соответствующим ему (2.7)
для одиночной колонки, видим, что здесь направленность
и расстояние до заданной точки входят в первой степе-
ни, а звуковое давление в квадрате, что и является при-
знаком цилиндрической волны. Заметим, что для плос-
кой озвучиваемой поверхности
г2=х24-Л2ц,
где х — координата рассматриваемой точки (расстояние
от линии под цепочкой).
6—190 81
Соответственно создаваемый цепочкой на расстоянии
г от нее уровень звукового давления
L — 101г [_______1~егг______11/2 , g < —
ь —lUlg d L ц2 + ш2/(J _ ) J -|-У4—
= £ +1О1к-^-Г Г2
Минимальное значение L будет на противоположном
конце площадки, т. е. при х=Ь; при этом w—0, и=
=^=(^2-]-/>2)1/2;
L„-„=i,+ 101g-J-(-l=^r)''2. (2.22)
Для двух цепочек квадраты звуковых давлений склады-
ваются, и поэтому его суммарное значение
где
g=d/(l-er2); Z12=u12+a>i2/(1—ев2);
/г2=«22+й'22/ (1 —ев2); Ui=х cos ао+Лц sin ао;
и2=(Ь—x)cosao+ft4sinao; Wi=xsinao—
—/гцсоз ао; w2= (b—-x)sin ao—/i4cos ao;
b — ширина озвучиваемой плоскости; ao — угол наклона
осей громкоговорителей к озвучиваемой плоскости.
Аналогично случаю одной цепочки для двух цепочек
имеем:
= . (2.23)
где
/?(0ft)=i / (i+-rS?-sin9; r*=x*+h^
r22= (6—х)2+йц2; 0fc — угол между акустической осью и
направлением на заданную точку (см. рис. 2.9); k—1
или 2 — номер цепочки.
Следовательно, уровень звукового давления
£ =
ini JnPi2 (1 — ^)1/2 (®1) . (®а)
101г < 5 ——---------------1------
6 I d L гх ~ га
, Г л/1—«2)1/2 Я(02)\1
= ^> + 101g Л -7^+-^-) - (2-24)
L u \ '1 ' '2 /J
82
Минимальное его значение будет на средней линии
между громкоговорителями:
(2-25)
так как /?(0)=1, ri — r2=ro = (/гц2+0,2562)1/2.
2.4. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ОЗВУЧЕНИЯ
Сосредоточенные системы
Неравномерность озвучения в продольном на-
правлении. В [6] приведено выражение для неравномер-
ности озвучения звуковой колонкой, находящейся на
высоте hr над озвучиваемой плоскостью и наклоненной
к ней под углом ао с акустической осью, направленной
в конец озвучиваемой плоскости (рис. 2.12), т. е. при
Хз—Хо оно имеет вид
ALM0=LM-L0=101g[l+(l-eB2)ctg2ao]. (2.26)
Это выражение действительно только на участке Xi—Хо,
т. е. между точками пересечения эллипса направленно-
сти с продольной осью озвучиваемой плоскости. Макси-
мум уровня LM находится при этом на середине между
этими точками. Координаты точек
х, = х0 [-г-г/. 2Ч, х а----11; (2.27)
1 ° [ 1+(1—*B2)ctg2a0 ]’ ' >
Л 2
~ 1 + (1-^ва) Ctg2 a0 • (2 -28)
Координата точки пе-
ресечения акустической
оси с озвучиваемой
плоскостью х0 =
=/irctgao. Эти выра-
жения справедливы и
для того случая, когда
точка Xi расположена
за центром координат
(за пределами зоны
озвучения), т. е. при
отрицательных значе-
ниях х. В частности,
этот случай имеет ме-
сто, когда нет возмож-
ности более высокой
падвески колонки или
Рис. 2.12. Диаграмма направлен-
ности звуковой колонки по отно-
шению к озвучиваемой плоскости
6*
83
когда необходимо создать повышенный уровень под ко-
лонкой. В других случаях его применять нецелесооб-
разно.
В [12] определена неравномерность озвучения на
участках от точки под громкоговорителем х=0 до точ-
ки Xi:
Д£о = L — L = Ю 1g = ДЬГ (2.29)
Oxi Xi о о (1ctg2 а0)2 1 v 7
Определим неравномерность озвучения на участке за
точкой пересечения акустической оси с озвучиваемой
плоскостью. Для озвучения помещений эта точка обыч-
но выбиралась совпадающей с удаленной от излучате-
ля точкой помещения, так как в нем излучение вверх
является полезным в качестве первого отражения. В от-
крытых пространствах нецелесообразно излучать поло-
вину мощности вверх и поэтому точку пересечения оси
с озвучиваемой плоскостью выбирают так, чтобы частью
мощности озвучить пространство за этой точкой.
Это еще возможно и потому, что неравномерность
озвучения на участке Х\—хо обычно невелика. Из
[12] известно, что даже если Xi = 0, то согласно (2.26),
(2.27) ALMO=101g2eB2, т. а меньше 3 дБ, а при х>0
она еще меньше, тогда как допускается неравномер-
ность до 8 дБ. Следовательно, за точкой упора (пересе-
чение акустической оси с озвучиваемой плоскостью)
можно озвучить участок с неравномерностью около
5 дБ. Определим его длину (х—х0).
Из общего выражения (2.7) для звукового давления,
развиваемого звуковой колонкой, можно получить отно-
шение квадратов звуковых давлений в любой точке с
координатами и, w на проекции акустической оси на
плоскость и в точке упора оси в озвучиваемую плос-
кость. Возьмем точку х за точкой хь (см. рис. 2.1).
Имеем
Л? Ц8+и2/(1^)
Заменим в этом выражении координаты иа, w0, и и w
на значения х, х0 и высоту подвеса hr (2.10). После не-
сложных преобразований и замены отношения х0/Лг че-
рез Хо, а отношения x/hr через X получим неравномер-
84
ность озвучения
AL = Le-L=101g^ =
— 101 cr (1+**,)*+ (*-*<,)*/( l-fr,*) (9 пШ
*— W !g (l + ^o4)2 ’
где X=ctga и Xo=ctgao, Lo — уровень в точке упора
оси звуковой колонки. Выражение (2.30) является об-
щим для предыдущих. Так, подставляя в него Х=0, т. е.
выбирая точку х в начале координат, получаем (2.29) —
неравномерность на участке от х—0 до x=xi, а под-
ставляя X=XM=xM/hr, получаем (2.26). Максимальная
неравномерность обычно бывает на участке за точкой
упора, поэтому общая неравномерность от точки макси-
мального уровня до конца озвучиваемой плоскости
Umax = Lu - L = 101g {[1 +(1 - eB’W] X
х----------(i-bV)*--------1 • (Дс51'
а неравномерность на участке 0—хм
Д10М = Lu - L = 101g |[1 + (1 - е*) X?} •
Как видим, из всех выражений для неравномерности
озвучения на малых углах подвеса колонки определяю-
щую роль играет высота ее подвеса над озвучиваемой
поверхностью. Если выбрать ее из равенства
‘.XW'
то уровни в точках х=0 и х=Хо будут одинаковыми и
неравномерность озвучения будет менее 3 дБ. Эту высо-
ту подвеса называют оптимальной: ЬОт=хвХОпт-
Из (2.30) следует то, что чем выше направленность
колонки, тем выше ее следует подвешивать, и при этом
неравномерность уменьшается. На рис. 2.13 приведены
зависимости неравномерности озвучения от отношения
Xo=xolhr для разных значений X=xJhT при нескольких
значениях эксцентриситета звуковых колонок (взяты
наиболее употребительные значения эксцентриситетов
<?в=0,92; 0,95 и 0,985). Эти неравномерности вычислены
для участка от точки максимального ур.овня до самой
85
AL,Jig
ALtAS
86
РйС. 2.13. Зависимость затухания звука от тангенса угла накло-
на звуковой колонки Хо: а) 100КЗ; б) 15КЗ; в) 2КЗ. Парамет-
ром является относительное расстояние от центра координат,
находящегося под звуковой колонкой X^=x)hv
удаленной точки Хз, а на рис. 2.14 и 2.15 даны зависи-
мости Xq от Хз для нескольких значений неравномерно-
сти (6, 8, 11 дБ) и ев. Эти значения выбраны из сооб-
ражений наиболее употребительных в практике (6 дБ-
неравномерность для зеленых театров, 8 дБ — типовая
2
4 6 Х3=х2/Ъг
о)
Рис. 2.14. Требуемый на-
клон оси звуковой колон-
ки от относительной даль-
ности действия Хз для
разных значений неравно-
мерности озвучения ДЬ:
а) 6 дБ; б) 8 дБ;
в) П дБ
предельная неравномерность и 11 дБ — допустимая не-
равномерность для одного громкоговорителя в случае
встречной работы громкоговорителей, так как при этом
на середине между ними уровень будет повышен на
3 дБ и неравномерность снизится до 8 дБ).
Рассмотрим неравномерность озвучения на участке
от точки под колонкой до точки максимального уровня.
Она состоит из неравномерности ALox, на участке от
ТОЧКИ ПОД КОЛОНКОЙ ДО ТОЧКИ Х1 и А£мО от точки Xi до
точки максимального уровня. Эта составляющая, как
87
было показано, йе превышает 3 дВ, если высота подвё-
са колонки больше оптимальной (2.29), (2.32). Величи-
на ALoxi составляет
^0^ = 101g 1. (2.33)
На рис. 2.13 приведены кривые ALOxi+ALMO в зависи-
мости от XQ. Из рассмотрения их следует, что эта не-
Рис. 2.15. Зависимость тре-
буемого наклона оси звуко-
вой колонки от относительно-
го значения дальности дейст-
вия для разных типов коло-
нок:
а) 100КЗ; б) 15КЗ; в) 2КЗ
равномерность имеет максимум около значения Хо=1
(точнее, при X02=2eB2—1), а максимальное значение
неравномерности &L0XK = 101g • Соответ-
ственно для трех значений эксцентриситетов (0,985; 0,95;
0,92) эти неравномерности составляют 9,5; 4,9 и 3,3 дБ.
В этих случаях высота подвеса
hK^x0 I (2ев2— 1) 1^х0, (2.34)
угол подвеса будет около 45°.
Изменение угла подвеса между осью громкоговори-
теля и горизонталью не влияет на отношение Хз/хо,
т. е. увеличение дальности действия громкоговорителя,
88
если JV0 изменяется в пределах 0—3. Для этих значений
Хо увеличение дальности составляет х/х0=Х/Х0—1,5
для всех эксцентриситетов; для неравномерности 8 дБ
(в тех же пределах Хо) отношение х/хо~2 и для 11 дБ
х/х0«2,5. Значения Хо в пределах 0—3 соответствуют
углам подвеса от 90 до 18°. Эти значения углов практи-
чески охватывают весь диапазон возможных углов под-
веса колонок в открытом пространстве. Для меньших
углов подвеса и заданной неравномерности увеличение
относительной дальности х3/хо получается меньшее, чем
приведенное выше. Так, для неравномерности 8 дБ для
эксцентриситета 0,985 при угле подвеса 5,7° увеличение
дальности составляет 1,61 раза, а для эксцентриситета
0,92 уже при угле подвеса 9,5° не получается никакого
увеличения дальности. То же самое при неравномерно-
сти 11 дБ для эксцентриситета 0,985 и угле 5,7° увели-
чение получается в 2,5 раза, а для 0,92 уже при угле 6,3°
нет никакого увеличения дальности. При 45° неравно-
мерность увеличивается. Следовательно, угол наклона
акустической оси следует брать или не больше 20° или
больше его, но с большой высотой подвеса, при этом аб-
солютная дальность действия будет наибольшей.
Сравним оба метода между собой для двух случаев.
Для первого при упоре оси громкоговорителя в конец
озвучиваемой плоскости при оптимальной высоте под-
веса неравномерность будет немного менее 3 дБ. Если
перенести точку упора ближе к громкоговорителю, то
уровень в этой точке может повыситься на 6 дБ, но при
этом неравномерность возрастет примерно до 8 дБ (см.
рис. 2.13), повысится и максимальный уровень, а мини-
мальный будет почти таким же, как и раньше. Следо-
вательно, выигрыш получается только в виде повыше-
ния максимального уровня, что может оказаться целе-
сообразным, например, при озвучении площадей: в цен-
тре площади будет повышенный уровень звука. Во вто-
ром случае ось громкоговорителя пересекает плоскость
озвучения в точке х0<х3. При оптимальной высоте под-
веса неравномерность на участке до х0 будет немного
менее 3 дБ. Если передвигаться далее от громкоговори-
теля, то примерно на расстоянии х3=1,8хо неравномер-
ность достигнет 8 дБ. В этом случае максимальный уро-
вень не изменится, а минимальный будет на 5 дБ ни-
же, чем в точке х0. Озвучиваемая площадь увеличится
в 1,82 раза.
89
В тех случаях, когда необходимо уменьшить уровни
за пределами озвучиваемой территории, целесообразно
использовать метод приближения точки упора оси бли-
же к громкоговорителю. Этот же метод целесообразно
применять при встречном озвучении, так как уменьша-
ется возможность появления мешающего эха. Опреде-
лим неравномерность озвучения для рупорных громко-
говорителей. В [6] приведено выражение для неравно-
мерности озвучения рупорным громкоговорителем, на-
Рис. 2.16. Расположение диаграммы направленности рупорного
громкоговорителя для плоской озвучиваемой поверхности
ходящимся на высоте йр над озвучиваемой плоскостью и
наклоненной к ней (под углом ао) акустической осью,
направленной в конец озвучиваемой плоскости, т. е. при
zo=O (рис. 2.16). Это выражение имеет вид
ALM0=Amox-L0=201gO,5 {1 + [1 + (1-ев2) ctg2ао]'/2}.
(2.35)
Оно справедливо только на участке Xi—хо, т. е. между
точками пересечения диаграммы направленности с ли-
нией озвучиваемой плоскости. Максимум уровня нахо-
дится между этими точками ближе к точке х\. В точках
Xi и Xo уровни будут одинаковыми. Координата точки
максимума уровня
. __ х0 Г 1 + ctg2 д0_________________________
ctg2 <х0 [ [ 1 + (1 _ ев2) ctg2 а0]1
(2.36)
а точки
0 1 + (1 - ej) Ctg2 а0 •
(2.37)
Точка пересечения акустической оси с плоскостью
Xo=ftctgao. (2.3§)
По тем же соображениям, как и для звуковой ко-
лонки, определим неравномерность озвучения за преде-
лами участка Xi—хо в обе стороны. Из общих выраже-
ний (2.11) и (2.12) для звукового давления, развивае-
мого рупорным громкоговорителем в любой точке, можно
получить отношение этих давлений в точках с коор-
динатами и и w на проекции акустической оси на озву-
чиваемую плоскость и в точке упора оси в озвучиваемую
плоскость (но, ®о) (см. рис. 2.16):
Р0 «р[и2 + ^2/(1-ев2)]
Р —«[«р2 + ^р2/(1-^в2)Г
Заменим в данном выражении координаты Uo, Wo, и и
w через переходные формулы от этих координат к коор-
динатам х, хо и высоту подвеса hp (2.10). После неслож-
ных преобразований и замен отношения xo/hp через Хо
и x/hp через X получим
Д£ =L0 — L = 201g-y-=
(l+^0)2 + (^0-^)2/(l-gB2)_,9 эд,
-__________________________________(1+Х*0) (1+*02) ’ 1 '
где X=ctg а и X0=ctg а0.
Выражение (2.39) является общим для любых участков
озвучения. Так, подставляя в него X=XK=xM/hp, полу-
чаем неравномерность на участке от Xi до хо (2.35)
Д£м0=Lmax-L0=201g 0,5 [ 1 + (1 + (1 -ев2) Хо2) %],
(2.40а)
что соответствует высоте подвеса
Л₽ = ^- [(1 - ев2)/(100,1Лм» - 10°’05Лмо)]1/2 ,
91
а подставляя X=0, находим выражение для неравно-
мерности на участке от точки под громкоговорителем
х=0 до точки x—Xi:
ДД>.3 = Lo - L = 201g 1+YXx~g,>2)- • <2-40б>
1 *"Г ^0
Координата точки максимального уровня
^=-ГГ [---------------------—---------П2 - 11 (2.41а)
м *о2 1[1 + (1-*вг) ад' J
и координата точки с уровнем, равным уровню в точке
упора оси,
•** ~ хо 1 + (1—gB2)X02 ’ (2.416)
а максимальный уровень (2.40а)
Lmax=Lo+201g 0,5 [ 1+(1+(1 —ев2) Хо2)'/’].
Для первого участка (от х=0 до х—хм)
М - оо io- и+Хо7(1-^в2)] П + [1+(1—gB2) *o2l1/2]
дьо.м —^lg 2(1+ад
(2.41в)
а для второго участка (хм, х3)
ALM3 = LmflX~L3 = 201g0,5X
v о +п + (1-*в2) ад1/2 }[(i+ад<>)2+(адх0)/(1-^)]
Л и+ад») (1+*о2)
(2.42)
На рис. 2.17 приведены зависимости неравномерности
озвучения для обоих участков и типовых направленно-
стей рупорных громкоговорителей (ев=0,77 и 0,95), а
на рис. 2.18 и 2.19 даны зависимости Хо от X для не-
скольких значений неравномерности (6, 8, 11 дБ) и ти-
повых направленностей.
Сравнение методов разного расположения акустиче-
ской оси рупорных громкоговорителей по отношению к
озвучиваемой плоскости приводит к тем же выводам,
что и для колонки. В этом легко убедиться сравнением
зависимостей, приведенных на рис. 2.14 и 2.15 с зави-
симостями на рис. 2.18 и 2.19. Они попарно очень сход-
ны между собой. Однако есть и существенная разница.
Рупорные громкоговорители почти не излучают энергии
92
йод углом 90° к акустической оси, поэтому неравйомер-
ность на участке от х—0 до Xi часто бывает больше,
чем на участке от хм до х0. Этот участок часто являет-
ся неозвученной зоной.
На первом участке кривой неравномерности озвуче-
ния (от точки под громкоговорителем до точки макси-
мального уровня) неравномерность сильно зависит от
угла наклона акустической оси громкоговорителя озву-
чиваемой плоскости: при малых углах она особенно
велика для остронаправленных громкоговорителей. Ес-
AL, д5
Рис. 2.17. Зависимость затухания звука от угла наклона оси
рупорного громкоговорителя:
а) 10ГРД и б) 100ГРД
93
ли рассматривать неравномерность в пределах от точки
под громкоговорителем до х\ (2.37), то она растет с
увеличением направленности громкоговорителя, тогда
как неравномерность на участке от хм до х0 (2,36)
уменьшается. Можно считать, что участок от точки под
громкоговорителем до х\ практически всегда является
неозвученным и при необходимости должен озвучивать-
ся дополнительно.
Рис. 2.18. Требуемый
наклон оси громкогово-
рителя от относитель-
ной дальности действия
для разных значений
допустимой неравно-
мерности:
а) 6 дБ; б) 8 дБ;
в) П дБ
Из рис. 2.19,6 следует, что при заданной неравно-
мерности 6 дБ изменение угла наклона акустической оси
к горизонтали в пределах 18—90° (Хо=3-т-О) не влияет
на относительную дальность хз/*о (она равна 1,5). Для
неравномерности 8 дБ в тех же пределах угла наклона
акустической оси относительная дальность равна 2 и
для неравномерности 11 дБ — 2,4—2,5. Для малых уг-
лов наклона увеличение дальности получается меньше
и с уменьшением направленности она еще более умень-
шается. Следовательно, целесообразна подвеска мощ-
ных рупорных громкоговорителей под большим углом
(так как уменьшается неозвучиваемая зона) и на воз-
можно большей высоте (так как увеличивается даль-
94
ность действия). Этот метод применяется при озвуче-
нии улиц, центра стадионов и т. п.
Все приведенные графики вычислены для характе-
ристик направленности, определенных для шумового
спектра в диапазоне 200—2000 Гц, т. е. усредненных
в этом диапазоне. В действительности характеристики
направленности сильно зависят от частоты и поэтому
определенная по ним неравномерность озвучения будет
представлять среднее значение.
Рис. 2.19. Зависимость требуемого угла наклона оси громкого-
ворителя от относительного значения дальности для разных ти-
пов рупорных громкоговорителей:
а) 10ГРД; б) 100ГРД
Рассмотрим озвучение поверхностей сложной формы.
Наиболее часто встречающаяся форма — амфитеатр.
В таком случае громкоговоритель часто ставится на
уровне или немного ниже задних рядов амфитеатра, а
иногда и на наземной поверхности. Акустическая ось в
этих случаях направлена вверх, т. е. угол наклона ее
к горизонтали будет иметь отрицательное значение. Пе-
реходные формулы от координат и, w и v к координа-
там х, z и у остаются прежними (2.10) с учетом того,
что значения синусов будут отрицательными. Кроме то-
го, коэффициент при синусе (гг—z0) тоже может ока-
заться с отрицательным значением, если точка упора
оси в озвучиваемую поверхность будет выше точки под-
веса громкоговорителя. Таким образом, величины X и
Хо будут иметь следующие выражения: Xo=xQ/(zr—zQ)
и X=x/(zr—2о), где zr — высота подвеса громкоговори-
теля над наземной поверхностью, т. е. над центром ко-
ординат х, z и у\ zo — вертикальная координата точки
на озвучиваемой поверхности над наземной поверхно-
95
стью, откуда Х/Х&=х/х0. Поэтому (2.7), (2.8), (2.11) и
(2.12) действительны и для любой формы озвучивае-
мой поверхности. Однако неравномерность озвучения
может определяться только по (2.28) для звуковых ко-
лонок и (2.39) для рупорных громкоговорителей и со-
ответственно для их цепочек из колонок (2.22), (2.31),
так как выражения для разных участков озвучиваемой
поверхности к данному случаю неприменимы, как по-
лученные для плоскости. Точно так же неприменимы
выводы об оптимальной высоте подвеса колонки. Точка
пересечения акустической оси громкоговорителя с озву-
чиваемой поверхностью берется или на уровне головы
слушателя, сидящего на заднем ряду амфитеатра или
несколько ниже, в зависимости от заданного значения
неравномерности озвучения. Точный расчет неравно-
мерностей требует в этих случаях большой вычисли-
тельной работы и лучше всего делать его с помощью
ЭВМ или микрокалькуляторов с программой. Програм-
ма расчета на ЭВМ дана в приложении.
Неравномерность озвучения в поперечном направ-
лении. Для звуковых колонок получаем отношение
квадратов звукового давления на проекции акустиче-
ской оси и в стороне от нее на интервале у из (2.7)
TV”" (!—^г2) l««+w*/(l-^»)]’
а для рупорных соответственно из (2.11)
1 + (1-ег8) [««+©’/(!-^в8)Г (2'44)
Неравномерность в децибелах для звуковых ко-
лонок
= 101g р -J- (j _ + Ю2/(1 — ев2) j] (2i45)
и для рупорных громкоговорителей
ДД ур = 201gр + [Ц« 4.и)«/(1 _гв2)]] • (2-46)
Как видим, для рупорных громкоговорителей нерав-
номерность в поперечном направлении вдвое больше,
чем для звуковых колонок. Все эти выражения для не-
равномерности получены для плоской озвучиваемой по-
верхности. Для сложной формы поверхности расчет дол-
жен проводиться по методу координат для ряда точек
96
озвучиваемой поверхности. Что же касается направле-
ния акустической оси, то выбор точки пересечения ее
с озвучиваемой поверхностью определяется путем подбо-
ра или расчета на ЭВМ.
Определим границы площади на озвучиваемой плос-
кости, в пределах которой неравномерность не превы-
шать заданное значение. При эллипсоидальной аппрок-
симации характеристик направленности она имеет фор-
му эллипса. Назовем его эллипсом озвучивания. При
наклоне оси громкоговорителя под углом «о эксцентри-
ситет эллипса озвучивания
е<за — ег cos ао — ! Л11/2 • (2-47)
( 1 Тло /
Для звуковых колонок озвучиваемая площадь имеет
форму эллипса, один из концов большой оси которого
может находиться позади точки под громкоговорителем.
Хотя характеристика направленности звуковой колонки
в задней полусфере отличается от таковой в передней
полусфере, но для удобства расчета величины продоль-
ной оси эллипса будем предполагать одинаковость этйх
характеристик. Однако рассчитывать звуковое поле по-
зади звуковой колонки по этим формулам нельзя из-за
больших ошибок расчета.
Длина эллипса озвучивания, т. е. его большая ось,
может быть определена из условия равенства уровней
в ее дальней точке с координатой хз и в некоторой
ближней к колонке точке с координатой х2. Из (2.30)
получаем условие равенства уровней
(1+Х2Хо)2+(Хо-Х2)2/(1-ев2) = (1+ХзХо)2+
+ (Хз-Х0)7(1-вв2),
где Къ-Х-ч/к*. и Хз=Хз//гк — тангенсы углов, образуе-
мых векторами, идущими из центра колонки к точкам
На оси х, х2 и х3; Лк — высота подвеса звуковой колон-
ки над озвучиваемой плоскостью. Раскрывая это равен-
ство, после несложных преобразований получаем, что
для ближней точки с координатой х2 значение
* = l + (2.48)
где Xu=xK/hK. Так как при заданной высоте ftK отно-
шения величин Xh к соответствующим величинам хя
пропорциональны, то в дальнейшем будем называть их
7—190 97
относительными величинами длин и координат. Заме-
тим, что при высоте подвеса колонки ниже ее оптималь-
ного значения (2.32) величина Х2 принимает отрица-
тельное значение. Поэтому Хы будет относительной ко-
ординатой максимального уровня Lmax. Следовательно,
относительная длина эллипса озвучивания (т. е. боль-
шой оси)
А = X, - X. = a/h. = 2 (^, - . (2.49)
Из (2.47) и (2.49) находим относительное значение
ширины эллипса озвучивания
(1 -<ОЗ)’/2 = А (1 - (2-50)
так как е=[1—(&/а)2],/2.
Для рупорных громкоговорителей эллипс озвучива-
ния на плоскости всегда расположен впереди точки под
громкоговорителем. Хотя эллипсоидальная аппроксима-
ция характеристики направленности рупорного громко-
говорителя неточна для углов между осью и направле-
нием радиус-вектора, близких к 90°, но для вывода фор-
мул будем полагать, что это предположение верно, од-
нако при расчетах звукового поля будем иметь это в
виду. Аналогично случаю звуковых колонок из (2.39)
для равенства уровней в дальней точке х3 и ближней
х2 получаем следующее выражение:
(1+ад)2 + (Х0-Хг)У(1-^)
1+ХаХ„ —
_ (1-}~х3хр)г-{-(х3—хр)9/(1—ев9)
и-ад»
После преобразований получаем выражение для отно-
сительного значения координаты ближней точки (вер-
шины эллипса):
у _ у _ *в2*в(1+ВД)-(*з-*0) (1+*.8)
лг — хг/пр — (1+ад,) ’ 14
откуда находим относительную длину эллипса озвуче-
ния
A—afhp = Xa — X3 — X3 —
_ (У3 - уо) (1 + хр*) К1 + Х3ХР) (9 _
1 + (1-*»SW 'А-ол>
98
и его относительную ширину
В = А (1 - eT.J'2= А [ 1 - -^гГ2. (2.53)
L 1 г о J
Зональные системы
Для радиальных громкоговорителей неравно-
мерность озвучения определяется из (2.15а). Макси-
мальный уровень передачи обычно получается под гром-
коговорителем (u=x=0, w=hT), минимальный — на гра-
нице зоны (u=d, w=hT), где 2d — расстояние между
громкоговорителями. Поэтому неравномерность
3 =
= 101g [1 4- хЧ1~е2) ] - 3. (2.54)
Поправка на 3 дБ сделана для учета действия сосед-
него громкоговорителя. Поскольку для обоих типов су-
ществующих радиальных громкоговорителей е=0,8,
(2.54) перепишется так:
ДА = 101g [1 +0,36 -5-J-3. (2.55)
Для расстояния между громкоговорителями 2d=40 м
и высоте подвеса Лг=6, получаем неравномерность
AA=(101g5)—3=4 дБ. В точке стыка четырех зон
(угол зоны) расстояние от громкоговорителя увеличи-
вается х=1,41 -20=28,2 м, но в углу зоны уровень по-
вышается на 6 дБ от действия четырех громкоговори-
телей и поэтому ДА=101g (1+0,36-800/36)—6=3,5 дБ.
Следовательно, во всей зоне неравномерность не пре-
вышает 4 дБ. Можно было бы увеличить расстояние
между громкоговорителями до 60 м — от этого нерав-
номерность повысится до 7 дБ, но в таком случае воз-
можно появление эха (см. § 1.4).
При зональном озвучении длинной улицы с одной
стороны с помощью звуковых колонок неравномерность
поперек улицы (на проекции акустической оси колон-
ки) определяется как для сосредоточенной системы.
При этом ось колонки направлена не на другую сто-
рону улицы, а ближе на 1/3 ширины, чтобы эффектив-
нее использовать мощность громкоговорителей и сни-
7* 99
зить уровень за пределами улицы. Определим неравно-
мерность озвучения по длине улицы. Если расстояние
между громкоговорителями 2d, а ширина улицы Ь, то
с учетом добавки 3 дБ от действия соседнего громко-
говорителя на стыке зон из (2.43) получим неравномер-
ность
“ =10>8[1 + -3 (2'56)
Полагая ау=0, т. е. определяя неравномерность относи-
тельно точки упора оси колонки, получаем
AL=ioig[i+
Если и=Хс=21зЬ, d=y=20 м, то при хо=20 м, ег=0,9,
6=30 м Д£=5 дБ.
Очевидно, минимальный уровень будет на стыке зон
на наземной линии под громкоговорителями, следова-
тельно, неравномерность озвучения по отношению к точ-
ке под громкоговорителем из (2.7) и (2.56)
Д£ = 10 1g 1 +
d2 (1 - ев2)_____________
А2 (1 — £г2) [ 1 — £в2 sin2 а0]
так как х=0, y=d, u=h sin ао, w=h cos а0. Если
sinao<^l, то неравномерность озвучения
ДА = 10 1g[ 1 + I ~ 3- (2-57)
L fi у i сг ) j
Например, при er=0,9, ев=0,985, хо=20, ft=5 (опти-
мальная высота подвеса колонки в данном случае) не-
равномерность озвучения AL=10 lg [ 1-f-42 • 0,03/0,19]—
—3=2,5 дБ. А при оптимальной высоте подвеса нерав-
номерность на участке от точки подвеса до точки мак-
симального уровня не превышает 3 дБ. Следовательно»
общая неравномерность от линии подвеса громкогово-
рителей до точки максимального уровня не превышает
5,5 дБ. На участке за точкой упора Хо из (2.30) следует,
что
Л т _ 1 а 1о. (l+XX^ + jX-X^/a-eJ) _
(1+Хе2)2
= 101g <+>>>+№-)W3.. = 4.2 дБ.
100
так как Хо=20/5=4, Х=30/5=6. К этой неравномер-
ности надо добавить неравномерность на участке от
точки максимального уровня до точки упора оси
ДЛом=3 дБ, получается неравномерность 7,2 дБ на
всей поперечной линии улицы.
Определим неравномерность для кольцевой системы
звуковых колонок. По радиальной линии под акустиче-
ской осью колонки неравномерность определяется как
и для одиночной колонки. Для линии стыка секторов
неравномерность зависит от числа колонок. При четы-
рех колонках, имеющих ег=0,9, стык зон отклоняется
от оси на 45°. Из (2.9) следует, что направленность ко-
лонки при отклонении на 9Г=±45° будет 7?2(9Г) =
= {1+[ег2/(1—ег2)] sin29}-' = [1 + (9,92/9,19)0,5]-1 =
=0,319. Для двух колонок получаем 0,638, следователь-
но, неравномерность LL — 10 Igr-k» —2 дБ. Для ше-
сти колонок стык зон будет отклоняться на ±30°, и по-
этому неравномерность AL=10 1g 1/2-0,484=0,14 дБ,
т. е. это будет радиальный громкоговоритель, излучаю-
щий равномерно во все стороны в горизонтальной плос-
кости.
Распределенные системы
Цепочки из диффузорных громкоговорителей.
Для двух параллельных прямолинейных цепочек, рас-
положенных на боковых стенах, наименьший уровень
передачи получается в середине между ними, а макси-
мальный— обычно под цепочками1. Из (2.18) находим
минимальное звуковое давление на средней линии озву-
чиваемой площадки (х=6ц/2)
р2 =----------—пт. (2.58)
^min d (0.25V + V)1
1 При Лц=0,566ц уровни под цепочками и на середине площад-
ки получаются равными друг другу, а максимальный уровень нахо-
дится недалеко от линии под цепочками. При этом неравномерность
озвучения получается менее 0,1 дБ. Однако вследствие имеющейся
направленности диффузорных громкоговорителей на частотах выше
1000 Гц, на этих частотах уровень под цепочками будет ниже, чем
на середине площадки на 1—2 дБ. Если же выбрать высоту под-
веса цепочек не выше 0,36ц, то при этом неравномерность озвучения
будет не выше 1 дБ в широком диапазоне частот.
101
и максимальное — под цепочками (х=0)
2 __ KfepPi2 Г 1 1 1
тах d [йц ' Кбц24-Лц2 ]'
Неравномерность озвучения определяется разностью
уровней под цепочками и на средней линии площадки:
ДА = 10 lg lp2mJp2ai = Ю lg 0,5 [ 1 +
1_____
(1+М/М1/2
(2.59)
На рис. 2.20 (кривая /) приведена графическая зави-
симость AL от отношения h^/b^ Из рисунка и (2.59)
Рис. 2.20. Зависимость не-
равномерности озвучения в
поперечном направлении для
распределенной системы озву-
чения от отношения высоты
подвеса к ширине озвучивае-
мой поверхности:
1 — для двойной цепочки; 2— для
одиночной
равномерности озвучения в
продольном направлении
для распределенной системы
озвучения от отношения вы-
соты подвеса цепочки к ее
шагу
следует, что неравномерность озвучения менее 1 дБ бу-
дет при высоте подвеса
йц>0,3&ц. (2.60)
Следовательно, высоту подвеса следует выбирать в пре-
делах
0,3&ц^/1ц<0,56&ц. (2.61)
Из [6] известно, что неравномерность озвучения в
продольном направлении (по длине площадки, под це-
почками громкоговорителей)
ALz=20 lg cth (лЛц/d). (2.62)
102
На рис. 2.21 приведена эта зависимость. По этой кри-
вой определяем, что неравномерность озвучения полу-
чается менее 1 дБ при шаге цепочки d^2,2ftu. С уче-
том направленности громкоговорителей на высоких ча-
стотах целесообразно выбирать шаг цепочки
б/<2/гц. (2.63)
Для одной прямолинейной цепочки, подвешенной на
боковой стороне площадки (см. рис. 2.8), звуковое дав-
ление получается из (2.16). Для точки под цепочкой
(х=1)ртах2=лкор121Нцй, а для удаленной точки, на-
ходящейся у противоположной стороны площадки
(х=&),
2 _
Pmln ‘ d (^2 ^2) 1/2 ’
откуда получаем неравномерность озвучения по линии,
являющейся проекцией акустических осей на озвучи-
ваемую поверхность:
AL = 51 g (1 + (&W)) = 51g (1 +%о2), (2.64)
где XQ=b/h^
На рис. 2.20 (кривая 2) приведена эта зависимость.
Неравномерность озвучения, не превышающая 3 дБ, бу-
дет при высоте подвеса
Лц>0,3&, (2.65)
неравномерность в 1 дБ при
Лц>1,3&. (2.66)
Неравномерность озвучения в продольном направлении
остается такой же, как и в случае использования двух
цепочек [6].
Цепочки из звуковых колонок. Если ширина озвучи-
ваемого пространства превосходит 10—12 м, то не все-
гда удается получить небольшую неравномерность при
использовании диффузорных громкоговорителей. В этих
случаях применяют цепочки из звуковых колонок малой
и средней мощности. В соответствии с (2.21) для одной
прямолинейной цепочки из колонок, подвешенных на
одной стороне площадки, имеем:
Г (t — (1 — <gB8) 11/2
rd 1 — ё’в2 COS2 ( Р — а0) J
103
_ "А2 Г (1-^e2) (X2„+V) I1/2 _
— d [(xxo+M)2+M(x-Xo)2/(1-«b2)] “
"А2 Г_______(j-g?) d+Л,2)_______I1'2
"Ml (I+XA'0)2 + (X-X0)V(l-«B2) ] ’
L = 101g p24-94, (2.67)
где г^/х'+Лц2. ctga0 = xJft« = A'0> ctgp = xfh^ — X.
Для точки пересечения акустической оси с озвучи-
ваемой плоскостью
2 _7?р13(1 —бг2)1/2 _ПА2([ — gr2)1/2 —
^min rod
пр* Г 1—^ -11/2
M L l+*o2 .
№ + М)1/2
=Л2; L„ = 101gp,2+94. (2.68)
Если задаться равенством уровней под цепочкой (х=0)
и в точке х=Хо=Ь, то можно получить высоту подвеса
цепочки
h = 6 ( U~eB2y/2 (2 б9)
ц ( 2<?в2 - 1 J v ’
Интересно отметить, что высота подвеса цепочки по-
лучилась такой же, что и для сосредоточенной системы
в виде одной колонки [см. (2.32)], если в ней х заме-
нить на Ь. При такой высоте подвеса неравномерность
озвучения по ширине площадки
AL=51g (2ев2), (2.70)
при любой другой высоте для х$=Ь неравномерность
можно определить из формулы, аналогичной (2.26):
ALM0=51g [1 + (1-ев2) (Ь2М] =
=51g[l + (l-eB2)X02]. (2.71)
В первом приближении неравномерность озвучения
под цепочкой по длине площадки можно определить из
(2.62), если рассматривать поле звуковой колонки, как
поле ненаправленного излучателя с деформацией осей
координат w в (1—ев2)1/2 раз и v=y в (1—ег2)1/2 раз.
Так как высота подвеса колонок, как правило, невелика
в сравнении с шириной площадки, то угол наклона ко-
лонок получается небольшим, вследствие чего ось w
направлена вверх и почти вертикальна. Подставляя в
(2.62) d/(l—ев2)1/2 вместо d и йц/(1—ег2)1/2 вместо
104
hn, получаем выражение для неравномерности озвуче-
ния под цепочкой из колонок
nftu(l -ег2)|/2
d(l -<?в2)1/2
ДА, = 20 lg cth
J'
(2.72)
Соответственно для определения неравномерности
озвучения можно воспользоваться кривыми рис. 2.21 при
замене абсцисс с ha/d на /гц(1—er2)1/2/d(l—ев2)1/2. На
том же основании шаг цепочки из колонок следует вы-
бирать соответственно неравенству (2.63)
а<2Ц~т^)'12 <2-73>
Если угол наклона оси колонки а0^>0, то вместо ев2
в эти формулы следует подставлять ев2 cos2 а0. Нерав-
номерность озвучения в любой плоскости, проходящей
через ось цепочки, на расстоянии г от оси ее определяет-
ся этими же формулами при замене Лц/(1—ев2) на
г/ (1—eB2siny)I/2, где у — угол между заданной плос-
костью и осями колонок.
Для двух прямолинейных цепочек из колонок, под-
вешенных на боковых сторонах площадки (см. рис. 2.9),
в соответствии с (2.23) звуковое давление
g \ г2 )
где g=d/(l— er2); r12=ui2+w12/(i— ев2); г22=и22+
+w22/(l-eB2).
Для точек на продольной оси площадки, совпадаю-
щих с точками упора осей колонок (wi=ay2=0, rj=
=г2=го),
2 _ 2п/>12(1 — ег2)1/2 _ 2пЛ(1-<>г*)|/2 (2 74)
min d[0,256u2+V]’/2
Если задаться равенством уровней под цепочками и
на продольной оси площадки в озвучиваемой плоскости,
то высота подвеса цепочек определяется из (2.24) и
(2.25):
[А^-]1/2^0,5&а(1 (2.75)
Это также следует из того, что в данном случае уровень
от двух цепочек будет на 3 дБ выше, чем от одной це-
почки, а полезный уровень под цепочками не изменится,
105
так как расстояние между цепочками обычно бывает не
менее 16—20 м (разность времени хода звуковых волн
около 50 мс). При такой высоте подвеса неравномер-
ность озвучения по ширине площадки оказывается ме-
нее 1 дБ.
Неравномерность озвучения по длине площадки опре-
деляется так же, как и для одной цепочки. Соответ-
ственно определяется и шаг цепочки [см. (2.73)].
В общем случае получающуюся от каждой цепочки
звуковых колонок неравномерность озвучения следует
рассматривать на трех участках: первый — от точки под
цепочкой х=0 до точки хь в которой уровень равен
уровню в точке упора акустических осей колонок, вто-
рой— от этой точки до точки упора осей колонок х0 и
третий — от точки х0 до конца озвучиваемой плоскости
х3. Второй участок иногда делится пополам по точке
максимального уровня, и тогда рассматривают два
участка: от точки под цепочкой х=0 до точки макси-
мального уровня (хм) и от точки максимального уров-
ня до конца озвучиваемой площади.
Для трех участков имеем следующие выражения для
неравномерности, полученные аналогично (2.30), (2.31):
для первого
L,-L0 = AL, = 51g (2.76)
дл я второго
LM—£0=Д£2==51g [1 + (1 -ев2)Хо2]; (2.77)
для третьего
L - L = ДА = 51г (1 + ад)г + №-^0)г/(1-^)
3 О 3 & (l-j-^2)2
(2.78)
Соответственно при двух участках эти выражения име-
ют вид: для участка 0—хм
LL =51gJ1+JV°2/(1~eB2) [1 + (1 -gB2)^„a]j-
о*м & ( (1 + л02)2 °JI
= Д£, + Д£2;
для участка х№—х3
Atv=51g{[l +
106
+ (1-е2вИо2]
(1 + Л3Ло)2+№"^о)2/(1-^В2) 1
(1+*о2)2 I
--Д^2”1“ Д^з-
Как видим, выражения для неравномерности отли-
чаются от соответствующих им для одиночных звуко-
вых колонок только множителем 5 вместо 10. Поэтому
все выводы, сделанные для одиночных колонок, спра-
ведливы и для цепочки из колонок. Для цепочек из ру-
порных громкоговорителей имеем аналогичные выра-
жения, получаемые из (2.39), (2.40), (2.42):
на первом участке от х=0 до
IQlg1 +Х(,2/(1—в-^-. (2.79)
на втором участке от до %о
LM-Lo=Д12= 101 g 0,5 {1 + [ 1 +
+ (1—^в2)Х02]1/2}. (2.80)
на третьем участке от х0 до %з
L2-L0 = AL3=101g
(1 +Хя*0)2+ (А3-*0)2/(1 -£в2)
(1 + ад)(1+л02)
(2.81)
В данном случае выражения для неравномерности от-
личаются от соответствующих им для одиночного ру-
порного громкоговорителя только множителем 10 вме-
сто 20. Поэтому выводы, сделанные для одиночного
громкоговорителя, остаются справедливыми и для це-
почек.
При озвучении сложных поверхностей неравномер-
ность определяется путем проб или на ЭВМ.
2.5. МЕТОДЫ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПОМЕХ
В СИСТЕМАХ ЗВУКОФИКАЦИИ
Как указывалось, помехи в системах звукофи-
кации возникают от действия тех же громкоговорителей,
которые установлены на заданном объекте звукофикации
для его озвучения. Эти помехи представляют собой от-
ражения звуковых волн от различных строений, стоящих
около объекта или даже на самом объекте звуко-
фикации; помехи от других громкоговорителей, если раз-
107
меры озвучиваемой /поверхности велики и одним сосредо-
точенным источником звука не обойтись и поэтому при-
ходится использовать зональную или распределенную
систему озвучения, или по крайней мере иметь два источ-
ника звука, работающих навстречу друг другу. Поэто-
му важно определять уровни этих помех на озвучивае-
мой поверхности и способы их снижения. Напомним, что
определение уровней, создаваемых системами озвучения,
необходимо проводить и за пределами озвучиваемой по-
верхности для целей защиты соседних зон пребывания
людей от акустических помех, которыми будут звуковые
сигналы, создаваемые для озвучения заданных объектов.
Эти значения уровней должны соответствовать санитар-
ным нормам.
Сосредоточенные системы
Если громкоговорители сосредоточены в одной
точке или в двух-трех точках, находящихся на расстоя-
нии не более 20 м между крайними громкоговорителями,
то никаких взаимных помех не возникает. Могут быть
только помехи от отражений. Наиболее частые случаи —
это отражение от строений, стоящих на противополож-
ной от громкоговорителей стороне объекта звукофика-
ции. Строения, стоящие сбоку от громкоговорителей, то-
же могут создавать помехи, но они, как правило, менее
вредны, так как получаются большие перепады уровней
прямого и отраженного звуков, чем от противоположных
строений.
Отраженные звуковые волны приходят к слушателю
с задержкой во времени и с несколько ослабленным
уровнем. Если от слушателя до отражающего звук стро-
ения расстояние не превышает 10 м, то никакой помехи
не возникает. Но в большинстве случаев размеры озву-
чиваемой поверхности гораздо больше 10 м и если стро-
ения находятся на краю озвучиваемой поверхности, то в
ряде ее точек разность хода прямой и отраженной зву-
ковых волн будет более 20 м. В таких случаях, чтобы
уменьшить уровень отраженных звуковых волн, следует
озвучивать заданный объект с возможно меньшим уров-
нем около отражающего строения, т. е. на границе озву-
чиваемой поверхности. Учитывают и то, что из-за отра-
жения уровень около нее может увеличиться на 3 дБ
для слушателей, находящихся рядом с отражающей по-
верхностью. При этом необходимо создать наибольший
108
Рис. 2.22. Пример расчета
перепада уровней прямого и
отраженного звука
громкоговорителя нельзя
градиент изменения уровня в направлении к этому стро-
ению. Конечно, можно в исключительных случаях обли-
цовывать стены строения поглощающими акустическими
штукатурками.
Первое требование можно выполнить, создавая уро-
вень на границе озвучиваемой поверхности не более
И дБ ниже максимального,
тогда воспринимаемый слу-
шателем уровень будет
только на 8 дБ ниже макси-
мального и неравномерность
не превысит нормы. Если у
края озвучиваемой поверх-
ности отсутствует отражаю-
щее препятствие, то нерав-
номерность должна быть не
более 8 дБ. Для этого со-
гласно рис. 2.13 следует на-
править акустическую ось
громкоговорителя на точку,
лежащую от громкоговори-
теля (по оси х) на расстоя-
нии (0,4—0,5)/, где I—рас-
стояние от точки под гром-
коговорителем до противо-
положного ему края озву-
чиваемой поверхности неза-
висимо от того, какие гром-
коговорители применены
(колонки или рупорные).
Из рис. 2.15 и 2.18 следу-
ет, что для получения боль-
шого градиента изменения
уровней угол наклона оси
брать меньше 18° (Х0^3), а для получения небольшой
неравномерности на начальном участке нельзя брать
угол наклона больше 26° (Ло=2). Следовательно, при
больших размерах площади (например, 80 м) необходи-
мо подвешивать громкоговорители не ниже 80/3=28 м
и не выше 80/2=40 м. Только при такой высокой под-
веске градиент изменения уровней будет предельно воз-
можным.
Возьмем мощную звуковую колонку 100КЗ, ее экс-
центриситет ев равен 0,985. При продольном размере
109
•площади 80 м, точке упора оси в озвучиваемую поверх-
ность 40 м и высоте подвеса колонки 20 м (Х0=2, Х3=
=4) получим неравномерность озвучения на границе
площади
АЛ- 101g-(1 + °>03‘22)[(1 +2-4)2 + (4-2)2/0,03] дБ
(1 +22)2
Здесь 0,03= (1—0,9852). Так как у края озвучиваемой
поверхности находится строение, хорошо отражающее
звуковые волны, то уровень повысится на 3 дБ и нерав-
номерность снизится до 6,8 дБ.
Таблица 2.3
Перепады уровней для различных
отражений
Разность хода, м 0
40 60
Время запаздыва-
ния, мс
415
332
226 115
Перепад уров-
ней, дБ:
допустимый
прлучаемый
при отраже-
ниях:
первом
втором
третьем
18
16
12 5
10
17
20
14
18
19
15 7
И 5
14 8
Построим график уров-
ней для Ло=2 в зависи-
мости от расстояния до
громкоговорителя (рис.
2.22). На рисунке пока-
зано изменение уровней
для расстояний до 200 м.
Если отражающая поверх-
ность будет находиться
на расстоянии 80 м от
громкоговорителя, то для
отраженной волны умень-
шение уровня будет изо-
бражаться зеркальным
отражением (кривая /).
Определим перепады
уровней прямого и отра-
женного звуков в зависи-
мости от расстояния и запаздывания и результаты запи-
шем в табл. 2.3 (отражение /). Там же даны предельно
возможные перепады уровней (граница мешающего эха).
Как видим из этих данных, помеха будет в пределах от
точки под громкоговорителем до 30 м от него. Избежать
этого можно путем подзвучивания менее мощным
громкоговорителем, направленным вниз под углом 60°,
или озвучивать эту часть площади (на ней могут нахо-
диться трибуны) специальными громкоговорителями,
находящимися на расстоянии 30 м от основных громко-
говорителей и направленных на трибуны (навстречу
основным).
Если отражающая поверхность находится на рас-
стоянии 20—40 м и за краем озвучиваемой поверхности
(х3=100 и 120 м), то аналогично строим кривую отра-
женных уровней (кривые 2 и 3) и из них находим пе-
110
репады уровней прямого и отраженного звуков. Эти
данные сводим также в табл. 2.3. Для расстояния
100 м (отражение 2) перепад уровней меньше допу-
стимого (около 1 дБ) получается в точках под гром-
коговорителем и на расстоянии 20 м от него. Если не-
обходимо, то можно подзвучить эти участки маломощ-
ными громкоговорителями. Для отражающей поверх-
ности на расстоянии 40 м от края озвучиваемой по-
верхности перепады получились больше допустимых на
2—3 дБ на всей площади, т. е. эха не будет.
Для мощного рупорного громкоговорителя (ев=
=0,945; 1—е2в=0,107 при тех же установочных данных,
как и для колонки, имеем неравномерность
0,5[1 + (14-0,107-2a)p/2[(l + 2.4)s_|_
л 1-201Г + (4 —2)г/0,107]_________92дБ
AL— (1+2-4)(1+23) ’ Д '
Рассуждая аналогично предыдущему случаю, по-
лучаем перепады уровней прямого и отраженного зву-
ков. Сравнивая эти данные с предыдущими, получаем,
что они мало отличаются друг от друга. Разница меж-
ду этими громкоговорителями будет только в том, что
для колонки отсутствует необслуживаемая зона под
громкоговорителем (неравномерность не более 8 дБ),
а в случае применения рупорного она присутствует (в
данном случае она получается и при неравномерности
8 дБ). Определим точку, в которой уровень равен уров-
ню в точке упора оси
(2.37). Имеем: %i = 30X
Х0,9452/(1 + 0,107-4) =
= 19 м, а уровень под
громкоговорителем (см.
рис. 2.19) в этом случае
на 18,3 дБ ниже, чем в
точке упора оси. Поэтому
необслуживаемая зона бу-
дет шириной около 10 м.
Преимуществом рупорно-
го является большая
громкость передачи (при-
мерно на б дБ).
Как колонки, так и
Рис. 2.23. Зависимость зату-
хания звука от относительного
расстояния от громкоговорителя
для двух значений наклона
оси громкоговорителя
рупорные громкоговори-
тели, применяемые для
озвучения больших пло-
щадей, создают недо-
111
статочно большой градиент уменьшения уровней
для того, чтобы не мешать в соседних зонах. На
рис. 2.23 показано, что даже при Л=Ю0 (для данно-
го случая это составляет 2 км) уровень снижается по
отношению к максимальному только на 43 дБ, т. е.
при максимальном уровне 90 дБ это будет 47 дБ —
уровень, близкий санитарной норме для внешнего шу-
ма жилой зоны. Таким образом, зона мешания прости-
рается на 2 км от озвучиваемой площади. Такой си-
стемой можно пользоваться только в особых случаях
(праздничное гуляние и т. п.).
Звуковые колонки хорошо излучают и в тыльную
полусферу (направленность составляет 0,2 от осевого
фронтального излучения). Поэтому дальность дейст-
вия колонок назад будет примерно в 5 раз меньше,
т. е. 400 м. В этом отношении рупорные громкоговори-
тели лучше, так как они почти не излучают назад и
дальность действия от них в тыльную сторону не бу-
дут более 10—20 м.
Встречная работа двух громковогорителей. По су-
ществу, это зональная система, состоящая из двух зон.
Но она несколько отличается от зональных с большим
количеством зон и поэтому рассмотрим ее отдельно. На
середине между двумя громкоговорителями создают
одинаковые уровни и поэтому общий уровень на сред-
ней линии на 3 дБ выше, чем при одиночной работе
громкоговорителя. В обе стороны от этой точки на рас-
стоянии 10 м помехи отсутствуют, так как разность
хода с учетом высоты подвеса будет меньше 20 м.
Дальше этого расстояния возможно появление эха. Как
было показано в предыдущем параграфе, отраженный
звук от препятствия, находящегося на краю озвучи-
ваемой поверхности длиной 80 м, еще не создает ме-
шающего эха. Но это равносильно встречной работе
громкоговорителей, находящихся на расстоянии 160 м
друг от друга (и даже они могут быть на расстоянии
200 м, так как при этом еще нет мешающего эха).Толь-
ко в этом случае потребуется озвучивать ближнюю зо-
ну около громкоговорителей.
Предыдущее рассмотрение относится к работе мощ-
ных громкоговорителей с озвучением большой площа-
ди. Часто требуется озвучить двумя громкоговорителя-
ми небольшую улицу или площадь. В этом случае ис-
112
пользуют звуковые колон-
ки или рупорные громко-
говорители средней и ино-
гда небольшой мощности,
чаще всего рупорные
10 Вт (10ГРД-5) или зву-
ковые колонки 15КЗ-4,
15КЗ-6, смотря по назна-
чению системы (15КЗ-6,
применяются для переда-
чи художественных про-
грамм) [14]. В данных
случаях имеют дело толь-
ко с взаимными помехами.
Существует два мето-
да снижения этих помех.
Первый был рассмотрен
ранее — подвеска громко-
говорителей с большой
крутизной подвески
(Ло=2 и 3) и направле-
нием осей громкоговори-
Р и с. 2.24. Иллюстрация расче-
та перепадов уровней при рабо-
те двух встречно работающих
звуковых колонок 15КЗ для ур-
ла наклона оси колонки 26°
гелей на точки, располо-
женные ближе середины
зоны (на 0,2—0,25 рас-
стояния между громкого-
ворителями). Второй ме-
тод— подвеска громкоговорителей на небольшой высо-
те с тем, чтобы под ними уровень был на 6—11 дБ
выше, чем в середине зоны.
По первому методу строим зависимость уровней
от расстояния до громкоговорителей (рис. 2.24). В се-
редине на стыке зон уровни увеличиваются на 3 дБ*
из-за суммирования интенсивностей. В результате по-
лучаем перепады уровней, приведенные в табл. 2.4, и
разность времени прихода звуковых волн в зависимо-
сти от расстояния с учетом высоты подвеса громкого-
ворителей. Как видим, по этому методу имеется запас
на 4—5 дБ, если считать, что под громкоговорителем
в небольшой зоне шириной около 3 м будет мешающее
эхо. При необходимости там следует поместить неболь-
шие громкоговорители для озвучения этой части пло-
щадки. Можно было бы раздвинуть громкоговорители
на расстояние до 120 м и друг от друга и эхо еще не
8—190
11$
Таблица 2.4
Сравнение двух методов по перепадам уровней
Метод
Первый (а=26°)
Второй (а=5,7°)
Расстояние от
громкоговори-
теля, м
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50
Время запаз-
дывания, м
266
225
175
115
58
280
234
175
117
58
Перепад уров-
ня:
допустимый
получаемый
14
13
12
17
9
14
15
16
12
15
9
11
3,5
0
0
0
0
5
9
2
4
о
5
7
0
•будет мешающим. Но для такого расстояния мощности
громкоговорителей будет недостаточно для получения
приемлемых уровней передачи.
По второму методу (рис. 2.25,а) перепады несколько
меньше, чем по первому методу, кроме участка под
Рис. 2.25. Иллюстрация расче-
та перепадов уровней при рабо-
те двух звуковых колонок для
угла наклона оси колонки
5,7° (Х=10):
а) при встречной работе; б) при
работе в одном направлении
114
громкоговорителями. Но и такие перепады вполне до-
статочны, чтобы не было помех. Неравномерность
озвучения получается 7,4 дБ.
Можно использовать промежуточные варианты: уве-
личение высоты подвеса с приближением точки упора
оси ближе к границе раздела зон. Рассмотрим те же;*
методы применительно к рупорным громкоговорителям^
в частности к громкоговорителям типа 10ГРД-5.
Рис. 2.26. Иллюстрация рас-
чета перепадов уровней при
встречной работе двух гром-
коговорителей 10ГРД для угла
наклона оси 26° (Х0=2)
Рис. 2.27. Иллюстрация рас-
чета перепадов уровней прш
встречной работе двух гром-
коговорителей 10ГРД для уг-
ла наклона оси 5,7°С (Хо=
= 10)
Построим зависимости уровней от расстояния да
громкоговорителей (рис. 2.26 и 2.27) и рассчитаем пе-
репады уровней для тех же расстояний и углов накло-
на оси громкоговорителей, как и в предыдущем слу-
чае. Данные расчетов сведем в табл. 2.5 для обоих
методов.
Как видно из данных таблицы, по первому методу
только в зоне под громкоговорителем шириной 10 м
8* 115
Таблица 2.5
Сравнение двух методов по перепадам уровней
Метод
Первый (а=26°)
Второй (а=5,7)
Расстояние от
громкоговори-
теля, м
О 10 20 30 40
20 30
Время запаз-
дывания, мс
266 225 171 115 58
0 286 234
175 117
40 50
58 0
Перепад уров-
ня:
допустимый
получаемый
12 9
11,8 12,9
15 22
—1,8 16,1
11,57,23,5
9 5
перепад меньше допустимого, т. е. требуется дополни-
тельное подзвучивание этой зоны. По второму методу
получаем такой же перепад уровней, но требуется под-
звучивание той же зоны с более высоким уровнем. Это
вполне понятно, так как рупорные громкоговорители
почти не излучают под углом 90° и слабо излучают
под большими углами.
В рассмотренных случаях исходили из условия от-
сутствия мешающего эха. Но при озвучении с более
высокими требованиями следует исходить из условия
заметного эха. В этом сдучае допустимые перепады
уровней гораздо меньшие и поэтому расстояния между
громкоговорителями следует брать вдвое меньше
(40—60 м). Дело в том, что абсциссы кривой заметно-
сти эха и кривой мешающего эха (см. рис. 1.3) отли-
чаются примерно вдвое и поэтому для одних и тех же
перепадов уровней время запаздывания необходимо
иметь вдвое меньшее.
Сравним рассмотренные методы озвучения с зональ-
ной системой, состоящей из громкоговорителей, оси ко-
торых направлены в одну сторону по длине объекта.
Если взять два громкоговорителя с расстоянием меж-
ду ними 50 м и направить ось одного из них в точку,
находящуюся под следующим громкоговорителем, то
из тех же графиков рис. 2.24 и рис. 2.25,6 можно найти
перепады уровней в различных точках по линии гром-
коговорителей. Получаются достаточно большие пере-
116
пады, но при большой неравномерности озвучения.
Есть два выхода: сблизить громкоговорители, напри-
мер, до 40 м или оставить громкоговорители на преж-
них местах, но изменить наклон их осей, взяв проме-
жуточное значение наклона, получаемое обоими
методами. При таком условии перепады сильно уменьша-
ются. Для примера рассмотрим случай, когда звуковые
колонки типа 15КЗ-5 подвешены на высоте 10 м с уг-
лом наклона 11,3° (Х=5). Расчет уровней, развивае-
мых колонками, дает (см. рис. 2.27) перепады уровней,
приведенные ниже.
Расстояние от громкогово- 0 10 20 30 40
рителя, м Время запаздывания, мс 121 137 142 144 145
Требуемый перепад, дБ 5 5,8 6,2 6,9 7,5
Фактический перепад, дБ 4,2 7,1 8 8,7 8,1
Как видно, около громкоговорителя перепад
(4.2 дБ) меньше требуемого (5 дБ). Этот вариант усту-
пает предыдущим по числу точек озвучения (требует-
ся наличие опор вдвое больше). Его преимущество
заключается в том, что звук как бы идет в одном на-
правлении. Примерно такие же результаты получают-
ся и для рупорных громкоговорителей, но для них обя-
зательно подзвучивание под громкоговорителями.
Зональные системы
Линейные зональные системы. Если оси громкого-
ворителей направлены по длине озвучиваемого объек-
та, то для расчета эха можно использовать выводы,
полученные для комбинаций двух громкоговорителей
с учетом дополнительного действия соседних громкого-
ворителей. Например, при встречной работе полезный
уровень под громкоговорителями увеличится на 3 дБ,
но и мешающий уровень тоже увеличится на 3 дБ, а на
других участках уровень помех немного увеличится
из-за действия соседних громкоговорителей, поэтому
запас по перепаду уровней несколько снизится. При
этом потребуется подзвучивание под громкоговорите-
лями.
Если оси громкоговорителей направлены по ширине
объекта и цепочка одна (с одной стороны объекта), то
значительные помехи могут быть только под громкого-
117
ворителями от действия соседних, когда расстояние
между громкоговорителями более 25 м (считая, что
высота их подвеса более 5 м). Для высоты подвеса h
и расстояния между громкоговорителями d разность
хода для точки под громкоговорителем Дг= (А2+
+^2)1/2— /1, а перепад уровней определяется для зву-
ковых колонок из (2.45):
ДА = 10 lg 1
(1-гг2) [^2 + w2/(1-^b2)]
(2.82)
где u=/zsina0 и w=/icosa0. Подставляя и и w в (2.82) г
получаем с учетом помех от двух громкоговорителей пе-
репад уровней
AL = 101g 1 +
_________W___________
/г2(1 _ jfQ2/(1 __ ^2,]
— 3. (2.83)
Если взять расстояние d=40 м, высоту подвеса й =
= 5 м, эксцентриситеты ев=0,95 и ег=0,9 (колонка типа
15КЗ), наклон Х0 = 3 (оптимальный по минимуму не-
равномерности для этой колонки), то перепад уровней
ДА = Ю lg{l+402-32/[(52.0,19(l+32/0,098)]} — 3 =
= 12,3 дБ, время запаздывания Дт= (402+52) 1/2/340 =
= 0,119 с. Требуемый перепад из рис. 1.3 получается
12 дБ, т. е. в норме для заметного эха. Примерно тот
же перепад получается и для других наклонов осей в
пределах Хо = 24-1О, так как Х20/(1—е2в)^>1, и по-
этому
ДД = 101g [ 1 + d2(1~gB2) - 3
&L л2(1—£>г2) 1
101g I Z_£Y!1-fв2И (2.84)
1\ h ) (1— <?г2)
Из практики известно, что предельное расстояние
между колонками не должно быть более 45 м. Для ру-
порных громкоговорителей этот расчет не годится, так
как эллиптическое приближение под такими больши-
ми углами не дает точных результатов. К тому же эти
рупорные громкоговорители, как показывает практика,
чаще всего используют с расположением их осей вдоль
длинного объекта. Исключение составляет звукофика-
ция широкого объекта (площади), когда нельзя уста-
навливать столбы на площади для подвески громкого-
ворителей.
118
Заметим, что системы с громкоговорителями, распо-
ложенными вдоль объекта, имеют ширину обслуживае-
мой зоны до 25 м, системы с поперечно расположенны-
ми громкоговорителями обслуживают зону шириной
до 100 м (до появления эха) и до 50 м при заметном
эхе.
Чтобы избежать мертвых зон под рупорными гром-
коговорителями и, следовательно, эха, иногда исполь-
зуют (при высокой подвеске) строенные рупорные
громкоговорители: один из них направляют осью вниз.
Пространственные зональные системы. Они могут
быть составлены из нескольких линейных систем, каж-
дая из которых обслуживает относительно узкую, но
длинную зону. В этом случае возможно появление вза-
имных помех.
Для поперечного расположения громкоговорителей
в каждой узкой зоне помехи от соседних зон определя-
ются так, как для продольного расположения громко-
говорителей в линейных системах, а для продольного
расположения в каждой узкой зоне так, как для попе-
речного расположения в линейных системах.
Для пространственных зональных систем с обслу-
живанием их радиальными громкоговорителями поме-
хи в виде мешающего эха появляются при расстояниях
между громкоговорителями свыше 40 м. Действитель-
но, радиальный громкоговоритель излучает вниз на
6 дБ слабее, чем под углом 20° к горизонтали, поэтому
под громкоговорителем получается перепад уровней,
создаваемых своим громкоговорителем и четырьмя со-
седними:
AL=101g[l + -^-]’/2 -12,
а разность хода во времени Дт= [ (d2+/i2)1/2— /i]/340.
Подставляя в эти выражения значения d=40, й=5,
получаем Д£ = 101g j — 12 = 6 дБ и Дт=
=0,104 с. При таком перепаде уровней и разности хо-
да появляется мешающее эхо (см. рис. 1.3, кривая 3).
При этом неравномерность озвучения с учетом по-
вышения уровня на стыке зон в 3 дБ
41=1018(1+ ^-)-6 =
= 1СМ1 + 4тг)~6 +3 = 3,3 дБ.
\ 4 • 52 /
119
Если сдвинуть громкоговорители на 30 м, то соответст-
венно перепад уровней составит 3,5 дБ и разность хо-
да до 75 мс. Требуемый перепад для появления ме-
шающего эха составляет — 1 дБ, а заметного +6 дБ.
По неравномерности можно было бы разнести громко-
говорители и на большее расстояние, но существующие
радиальные громкоговорители развивают недостаточна
большой уровень, чтобы создать требуемый уровень
для слушания на фоне акустических шумов 70 дБ.
Радиальные громкоговорители, составленные из
звуковых колонок или рупорных, могут перекрыть
большие расстояния при большей высоте подвеса. Так,
громкоговоритель, составленный из шести громкогово-
рителей типа 10ГРД-5, при высоте подвеса 10 м обслу-
живает зону 50X50 м без мешающего эха.
Распределенные системы
Распределенные системы в виде длинной
цепочки направленных громкоговорителей создают
взаимные помехи из-за большой разности хода от край-
них и средних громкоговорителей. Кроме того, возмож-
ны помехи от отражения строениями и при встречной
работе двух цепочек. Следует иметь в виду, что излу-
чаемая цепочками волна является цилиндрической и
поэтому ослабление уровня с расстоянием вдвое мень-
ше, чем для сферической волны. Поэтому помехи про-
являются заметнее. Согласно (1.26) взаимные помехи
будут суммироваться по интенсивности от тех громко-
говорителей, разность хода звуковых волн от которых
превышает 20 м. Например, при цепочке длиной 200 м
на расстоянии 60 м от цепочки на средней линии будут
мешать все громкоговорители, находящиеся на рас-
стоянии более 50 м от нее. Для меньших расстояний
мешать будут более близко расположенные громкого-
ворители. Снизить их действие можно применением
громкоговорителей более направленных в горизонталь-
ной плоскости. Это можно определить путем нескольких
пробных расчетов.
Помехи, создаваемые отражением от строений, и
от противоположной цепочки по существу аналогичны.
Поэтому рассмотрим только случай отражения от
строений.
Так как перепады уровней прямого и отраженного
звуков в сравнении с одиночными громкоговорителями
120
уменьшаются вдвое, то соответственно уменьшаются
вдвое и допустимые расстояния между громкоговори-
телем и строением. Для одиночных мощных громкого-
ворителей мешающее эхо появляется при расстоянии
до отражающей поверхности 100—120 м. Поэтому пре-
дельное расстояние для цепочки составляет 50—60 м.
Если допускается только заметность эха, то расстоя-
ние следует уменьшить еще вдвое. Следовательно, для
встречной работы цепочки пришлось бы громкоговори-
тели расставлять на расстоянии 25 м, что нецелесооб-
разно для мощных громкоговорителей. Поэтому двой-
ные цепочки не рекомендуются.
Для высококачественной передачи при использова-
нии цепочки громкоговорителей следует избегать отра-
жения от строений, например путем расположения по-
глощающих материалов на отражающей поверхности.
2.6. УРОВНИ ОЩУЩЕНИЯ РЕЧИ
Как было показано в § 1.3, разборчивость
речи определяют разностью спектральных уровней речи
и помех. Для этого рассмотрим их в отдельности.
Спектральные уровни речи. Эти уровни определяют-
ся индексом тракта во всем диапазоне частот, т. е. в
соответствии с (1.40)
5р.с=-Вр.м-|~фм.с) (2.85)
где Вр.м — спектральный уровень речи у микрофона.
Уровень Вр.с может быть найден, если известен спект-
ральный уровень речи на выходе аппаратурной части
тракта, путем уменьшения его на величину разности
уровней на выходе громкоговорителя (на расстоянии
1 м от него) и у слушателя [см. (1.37)], т. е. Qr.c-
Спектральный уровень на выходе аппаратурной части
тракта для каждой полосы равной разборчивости мо-
жет быть найден, если известны для нее спектральный
уровень речи на входе микрофона и средний стандарт-
ный индекс усиления аппаратуры (1.33). Поскольку ин-
декс усиления аппаратуры в пределах полосы равной
разборчивости изменяется незначительно, то достаточ-
но знать его для средней частоты полосы. Следова-
тельно, на расстоянии 1 м от громкоговорителя в k по-
лосе выходной спектральный уровень речи
Spfc=-Sp.Mfe4“QcTb, (2.86)
где фсть — стандартный индекс усиления аппаратуры
121
на частоте fk (1.33);
Sp.Mk=5,pk-]~20 lg(l/rM) (2.87)
— входной спектральный уровень речи в &-й полосе
(1.59); гм— расстояние от рта до микрофона, м; Bfpk —
стандартный спектральный уровень речи, т. е. спект-
ральный уровень на расстоянии 1 м от рта. Для опре-
деления стандартного индекса усиления (1.33), (1.34)
необходимо знать величину (aP+Qy+«n), уровень осе-
вой чувствительности микрофона QM=201ё(1/м/Рм) и
громкоговорителя Qr=20 lg(pi/[/r), где pi—звуковое
давление на акустической оси громкоговорителя на
расстоянии 1 м от его акустического центра в неогра-
ниченном пространстве; рм — звуковое давление в точ-
ке микрофона на его оси; Ur — напряжение на входе
громкоговорителя; UM — напряжение на выходе мик-
рофона. В этом случае стандартный индекс усиления
аппаратуры (1.33)
QcTfc=QMfc+Qrfc+Qyfe, (2.88)
где Qy=201g(C/r/[/M)—разность уровней на входе
громкоговорителя и выходе микрофона, дБ. Иногда
возникает необходимость рассчитать разборчивость по
заданным чувствительности громкоговорителя и микро-
фона, уровню интенсивности громкоговорителя на рас-
стоянии 1 м и расстоянию от микрофона до рта. Если
частотная характеристика аппаратуры идеальна, то
стандартный индекс усиления можно определить из
следующих соображений. Речевой спектр на выходе
громкоговорителя должен иметь ту же форму, что и
на входе, т. е. разность спектральных уровней на вы-
ходе громкоговорителя и входе микрофона на любой
частоте должна быть равна стандартному индексу уси-
ления. Следовательно, стандартный индекс усиления
будет равен разности общих уровней речи на выходе
и входе тракта (1.37), т. е. QCT=LZP — LP.M, а так как
L,,P=L1, то входной уровень, т. е у микрофона (1.39),
^р.м=L'p+201 g (1 /гм) •
Если стандартный индекс усиления зависит от ча-
стоты и при этом известна только форма частотной ха-
рактеристики тракта (например, в форме частотной за-
висимости разности индексов усиления на текущей ча-
стоте и на частоте 1000 Гц), то требуемые значения
стандартного индекса усиления на всех частотах могут
быть определены косвенным путем.
122
Пусть Qcrk представляет стандартный индекс уси-
ления на средней частоте k-и полосы, тогда спектраль-
ный уровень речи на выходе громкоговорителя на той
же частоте будет определяться соответственно (2.86) и
(2.87). Из выражения (1.18), если в него подставить
значения спектрального уровня из (2.86) для полос
частотного диапазона речи, можно найти общий уро-
вень речи на выходе громкоговорителя. Разность меж-
ду найденными общими уровнями на выходе и входе
аппаратуры Л"р— LPeM=QB3B является взвешенной ве-
личиной стандартного индекса усиления, учитывающей
форму спектра речи (1.41). Разность между взвешен-
ным значением индекса усиления и индексом усиле-
ния, например, на частоте 1000 Гц
AQb3b=Qb3b Qiooo (2.89)
отражает влияние неравномерности частотной харак-
теристики тракта, т. е. отклонений стандартного индек-
са усиления относительно 1000 Гц:
AQfe==QcTfe Qст1000 • (2.90)
Если неизвестно абсолютное значение стандартного
индекса усиления, а известны лишь его отклонения по
отношению к индексу на частоте 1000 Гц (2.90), то,
используя (2.81), (1.18) и (1.40), можно получить раз-
ность между взвешенным значением индекса и его
значением на частоте 1000 Гц. Аналогично определяет-
ся и взвешенный индекс тракта: QB3B=LP.C— LP,M. Сле-
довательно, с учетом поправки (2.80) спектральный
уровень речи на выходе (на расстоянии 1 м от громко-
говорителя)
В"=ВР.м+ (7/zp — Вр.м) +Д(?взв (2.91)
и у слушателя
Sp.c=-Sp.M“f“ (Ар.с 7/р.м) 4“AQb3b. (2.92)
Спектральные уровни шумов и помех. Суммарный
спектральный уровень шумов и помех может быть
найден суммированием спектральных плотностей интен-
сивности этих шумов и помех, если они некогерентны и
не имеют корреляционных связей и когда их спектры
могут рассматриваться как сплошные. Операция та-
кого суммирования спектральных уровней условно
обозначается знаком (+):
Вш=Ва (4~) Вп (4“) Вт, (2.93)
123
а в развернутом виде это суммирование выглядит сле-
дующим образом:
вш = ю ig [ю0ЛВа+ю0,1Вп+ю0ЛВт],
где Ва, Вп и Вт — спектральные уровни интенсивности
акустических шумов, помех и шумов тракта соответст-
венно.
Если учитываются только две составляющие, то
выражение может быть упрощено. Пусть необходимо
найти
5 = 101g[10°’1B^4- (2.94)
После преобразований (2.94) оно примет вид
в=вшаж+101g [14- ю-0*1 ]
или
(2.95)
В — Вудах-^ДВ,
Рис. 2.28. График рас-
чета приращения уров-
ня при действии двух
звуков разных уровней
где \B=f(Bmax — Bmin) и лежит в пределах 0<ДВ^
дБ (рис. 2.28). Из этого графика следует, что при
разности уровней больше 10 дБ, влиянием меньшего
уровня можно пренебречь, а при равенстве обоих уров-
ней поправка составляет 3 дБ.
2.7. ИНДЕКСЫ ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ
Оптимальный (рациональный) индекс тракта.
Как уже указывалось, собственные «электрические»
шумы аппаратуры невелики в сравнении с акустиче-
скими шумами и помехами на озвучиваемой террито-
рии, где находится слушатель. Поэтому уровень сум-
124
марной интенсивности шумов и помех (2.93) будет
складываться из интенсивности акустического шума Вл
и помех Вп.
Исходя из этого, средний уровень ощущения фор-
мант (1.16) для й-й полосы
Ек=врлк - [Safe (+) Bnfc] • (2.96)»
Спектральный уровень помех, воспринимаемый слу-
шателем, состоит из нескольких составляющих: само-
маскировки речи Вп.с=Вр.с — 24; отраженного звука
Вп.о=Вр.с—ДВОТ; взаимных помех Вп.в=Вр.с— ДВвз,
где Вр.с=Вр.м+Фм.с — спектральный уровень речи, со-
здаваемый у слушателя полем прямого звука (2.85) и
(1.37); ДВ0Т— разность уровней прямого и отраженно-
го звуков в расчетной точке, ДВвз — разность полез-
ного и мешающего уровней, создаваемых громкоговори-
телями в случае длинной цепочки.
Суммарный уровень помех
Вп= (Вр.с - 24) (+) (Вр.с - ДВвз) =
=Вр.с —ДВС.„, (2.97)
где ДВс.п — значение превышения уровня речи над
суммарным уровнем помех:
ДВС.П = - 101g[lO-2-44-lO_0,1B°T+lO_0,1SB3]. (2.97а)
В соответствии с (2.96) и (2.97) средний уровень ощу-
щения формант, воспринимаемый слушателем:
В=Вр.с [Ва (+) (Вр.с ДВс.п) ] •
Составляющая Ва не зависит от усиления тракта, а
все помехи Вп имеют уровень (2.97), линейно завися-
щий от индекса тракта, как и уровень речи (2.85).
Если пренебречь влиянием дополнительной маски-
ровки (1.12), то, строго говоря, из этого выражения
нельзя получить оптимальное значение коэффициента
передачи тракта. Поэтому было введено понятие его
рациональной величины [5]. Рациональной величиной
коэффициента передачи является такая величина, при
которой на каждой частоте спектральный уровень по-
мех Вп на 6 дБ выше спектрального уровня акустиче-
ского шума, т. е.
Вп=Ва+6. (2.98)
1 Индекс «Л> в дальнейшем опускаем.
125
Если используется рациональная величина индекса
тракта, т. е. Вп— Ва=6 дБ, то в соответствии с (2.93),
(2.95) и рис. 2.25 суммарный спектральный уровень
шумов и помех
Вш=Ва(+)Вп=Вп + 1. (2.99)
<С учетом этого средний уровень ощущения формант
(2.96) и (2.97)
Ерац=Вр.с-(Вп+1)=ДВп-1. (2.100)
Если помехи отсутствуют, кроме самомаскировки речи
[см. (2.97)], то ДВП=24 дБ и Ерац=23 дБ. Если уро-
вень помех значительно больше Ва+6, то уровень ощу-
щения может еще увеличиться до 24 дБ. Дальнейшее
увеличение коэффициента передачи тракта приведет
к соответствующему увеличению уровня помех и по-
этому нет смысла в таком увеличении коэффициента
передачи. Следовательно, для рациональной величины
индекса тракта уровень ощущения формант зависит
только от превышения уровня речи над уровнем по-
мех ДВП. Это означает, что и разборчивость речи при
осуществлении рационального индекса тракта будет
близкой к максимально возможной в заданных усло-
виях помех. Из (2.100) следует, что средний уровень
ощущения формант при этом не может превысить
23 дБ, а при индексе тракта, значительно большем ра-
ционального значения, этот уровень не превысит 24 дБ.
Вообще же средний уровень ощущения формант при
'наличии разных помех не достигает и 23 дБ. Этот уро-
вень соответствует коэффициенту разборчивости (см.
рис. 1.11) ау=0,93. Если же превышение уровня речи
над уровнем помех составит 20 дБ, то коэффициент раз-
борчивости равен 0,86. При передаче 16 полос равной
разборчивости, что соответствует диапазону частот от
200 до 3600 Гц и коэффициенту разборчивости w=0,86,
формантная разборчивость (1.24) А= (16/20)-0,86=
= 0,62. Это значение формантной разборчивости соот-
ветствует (см. рис. 1.10) слоговой разборчивости 90%,
т. е. отличной понятности речи (см. табл. 1.2).
Если средний уровень речи (и любой другой пере-
дачи) выше 80 дБ, приходится считаться с поправкой
на нелинейность слуха (см. табл. 1.1) и вычитать ее
из уровня ощущения речи. Это приводит к снижению
разборчивости речи, поэтому можно было бы говорить
326
об оптимальном значении индекса тракта, но его зна-
чение примерно близко к рациональному значению ин-
декса тракта и поэтому его не определяют из-за слож-
ности расчетов.
Рациональное значение индекса тракта в децибелах
можно получить из (2.85), ориентируясь на превыше-
ние уровня помех над уровнем речи на 6 дБ (2.98)-
При таком условии
Вп= Ba+6=Bp.„+Qpa4—АВП—ЬВГ. (2.101 >
Здесь учтен индекс направленности слуха ДВГ (см-
рис. 1.4). Эта поправка вводится для учета того, что
помехи приходят к слушателю со всех сторон, и вслед-
ствие отражения от головы их действующий уровень-
увеличивается на величину АВГ, тогда как речевой
сигнал приходит с фронта и его уровень не изменяется
(см. § 1.2).
Из (2.101) получаем
Qpan=Ba—Вр.м+ДВп+ДВг+6. (2.102)
Величина ДВГ изменяется в зависимости от часто-
ты в небольших пределах (1—6 дБ), поэтому можно
считать, что частотная зависимость индекса тракта
почти целиком определяется разностью спектральных
уровней акустических шумов и речи. Заметим, что ес-
ли при расчете частотной характеристики тракта при-
ращения индекса между соседними полосами равной
разборчивости (на частотах выше 1000 Гц) получают-
ся более чем на 1 дБ, то приходится уменьшать при-
ращение до 1 дБ на полосу. Дело в том, что в этом слу-
чае искажения речевого сигнала становятся уже за-
метными на слух, даже при прослушивании в акусти-
ческих шумах.
Если по каким-либо соображениям (например, из-за1
самовозбуждения) нельзя осуществить рациональнук>
величину индекса тракта, то это приводит к соответст-
вующему уменьшению уровня ощущения формант
(2.96) и снижению разборчивости речи. Если повы-
шать индекс тракта QM.c сверх рационального, то уро-
вень ощущения формант, хотя и будет расти, но в пре-
делах не более 1 дБ (2.100). Когда спектральный
уровень помех превысит спектральный уровень акустиче-
ских шумов на 10 дБ, уровень ощущения формант
почти достигнет максимально возможного (точнее, бу-
дет меньше его на 0,4 дБ). Конечно, если возможно,
12?
то усиление следует брать и выше рационального для
создания запаса на случай повышения акустических
шумов. Заметим, что такое усиление желательно осу-
ществлять в точках, где уровень прямого звука мини-
мален.
Предельный индекс тракта. Определенные выше ра-
циональные величины индекса тракта можно осущест-
свя-
зву-
Рис.
рация
зи по
ку
2.29. Иллюст-
обратной
прямому
вить, если этому не будет мешать
самовозбуждение из-за обратной
акустической связи. Поэтому при
расчете звукоусиления необходима
проверка на предельно допустимый
индекс тракта. Обратная акустиче-
1 ская связь может возникнуть по по-
лю прямого звука и лишь иногда
она получается из-за отраженного
звука.
Из рис. 2.29 следует, что само-
возбуждение по полю прямого звука
возникнет, если звук с уровнем LM,
в точке нахождения микрофона, действуя
^создаваемым
через усилитель и громкоговоритель, будет развивать
в той же точке такой уровень £г.м, который с учетом
направленности микрофона равен исходному уровню
«Z/M*
•^г.м Я О '
М
(2.103)
тде q. — 201g /?м (0) — направленность микрофона под
°м
углом 0м, дБ, Ом — угол между акустической осью мик-
рофона и направлением от него на громкоговоритель.
Фазовые соотношения при этом не учитывают, так
как в условиях акустической обратной связи они всегда
благоприятны для самовозбуждения. Положим, что на
промежутке между громкоговорителем и микрофоном
укладывается целое число волн (гг.м=иХ). Это может
происходить на частотах fn=c/Xn=340/rr.M. Если
/г.м=10 м, то fn=34n, Гц. Следовательно, в каждом
частотном интервале шириной 34 Гц при изменении ча-
стоты будет изменяться сдвиг фаз между излучаемой
волной и принимаемой в пределах от 2(п—1)л до
2пл, т. е. в пределах 0 — 2л. Согласно определению
,Qm.c=Lc — LM, поэтому пороговый индекс тракта
Qw.c.nop = <7вм “Ь^'С ^Г.М' (2.104)
128
9-190
Для получения устойчивой работы аппаратуры не-
обходимо предусмотреть запас на неравномерность по-
ля, равный 6 дБ, и 6 дБ на отсутствие регенеративной
реверберации. При приближении к порогу самовозбуж-
дения наблюдается усиление отдельных частотных со-
ставляющих и их медленное затухание из-за временной
задержки при распространении в воздухе. Это явление
называют регенеративной реверберацией. Таким обра-
зом, предельный (критический) индекс усиления тракта
Qm.c.kp = ?9 4“As—^г.м 12 = <7в -|-Д£с м 12, (2.105)
где Д£с.м=£с— Ьг.м — разность уровней, создаваемых
громкоговорителями в удаленной точке и у микрофона.
Следовательно, для повышения предельного индек-
са тракта необходимо применять направленный микро-
фон, ориентируя его так, чтобы в направлении на гром-
коговоритель его чувствительность была возможно
меньшей. Также следует понижать уровень, развивае-
мый громкоговорителями в точке нахождения микро-
фона. Применяя возможно более направленные гром-
коговорители и ориентируя их так, чтобы они излучали
возможно меньше в направлении микрофона, и по воз-
можности удаляя их от микрофона, можно снизить уро-
вень в точке микрофона. Конечно, при этом следует
иметь в виду допустимые пределы увеличения неравно-
мерности озвучения. При этом увеличение уровня пря-
мого звука в удаленной точке, точнее, увеличение раз-
ности между уровнем в удаленной точке и в точке
акустического центра микрофона также приводит к повы-
шению предельного индекса тракта. Для диспетчер-
ских систем часто применяют специальные переключа-
тели, действующие от голоса, и поэтому в таких си-
стемах отсутствует ограничение индекса передачи.
Положим, что стены позади оратора покрыты по-
глощающим материалом с большим коэффициентом ат.
Тогда в микрофон будут попадать помехи преимуще-
ственно с тыльной полусферы микрофона. Следователь-
но, с учетом полного поглощения коэффициент направ-
ленности микрофона
Пм==£2м.о (1 -Ьйф/т), (2.106)
а индекс направленности
<7м=<7м.о4_ 101д[14-Йф/т] ?м.о~}-*7ф/т> (2.107)
139
где Йф/Т и ?ф/т — коэффициент и индекс направленно-
сти фронт/тыл; Ямо и 7м-0 — обычно используемые ко-
эффициент и индекс направленности микрофона.
Следовательно, индекс направленности микрофона
может быть в пределе повышен на значение, примерно
равное индексу микрофона фронт/тыл. Для гиперкар-
диоидных микрофонов он составляет примерно 12 дБ.
Повышение уровня звука перед микрофоном также
приводит к повышению предельного индекса тракта.
Также играет существенную роль возможное прибли-
жение громкоговорителей к слушателю как в прямом
смысле (например, путем применения распределенных
систем), так и в косвенном: переходом от сосредото-
ченной системы к зональным и от зональных к распре-
деленным. В первом случае дело имеем со сферической
волной, во втором — с цилиндрической.
Фактический индекс тракта. Частотная характери-
стика тракта, как правило, значительно отличается от
равномерной. Но так как по условию на любой из ча-
стот передаваемого диапазона индекс тракта звукоуси-
ления не должен превосходить предельного значения,
то на других частотах индекс тракта может значитель-
но отличаться от предельного. Введем понятие факти-
ческого индекса тракта, под которым подразумевает-
ся сумма индексов отдельных звеньев тракта на каж-
дой из частот. Неравномерность частотной характери-
стики тракта обусловлена исключительно неравномер-
ностью частотных характеристик микрофона и
громкоговорителей. Остальные звенья тракта не
вносят искажений более 1 дБ. Поэтому скла-
дывая уровни чувствительности микрофона и гром-
коговорителя и прибавляя к ним постоянную величи-
ну, соответствующую усилению и затуханию в децибе-
лах для остальных звеньев тракта, можно получить
фактический индекс тракта как сумму этих величин.
Эта сумма должна быть меньше предельного индекса
на любой из частот. В то же время нет смысла в том,
чтобы фактический индекс тракта был выше рацио-
нального. Очевидно, для большего приближения фак-
тического индекса к предельному и к рациональному
необходимо применять соответствующие методы кор-
рекции частотных характеристик тракта. Заметим, что
для случая озвучения фактический индекс трак-
та ограничен только рациональным значением,
130
В заключение следует сказать, что в системах зву-
коусиления применение усилителей-ограничителей
исключено, если фактический индекс тракта близок к
предельному. Поэтому таким ограничителем можно
пользоваться только в тех случаях, если предельный
индекс тракта значительно выше фактического. Однако
в системах звукоусиления иногда целесообразно при-
менять ограничители-подавители, дающие возможность
уменьшения мощности выходных устройств.
В системах озвучения отсутствует акустическая об-
ратная связь, поэтому можно пользоваться компрес-
сорами и ограничителями уровня без каких-либо ого-
ворок, причем для повышения разборчивости речи не-
обходимо пользоваться компрессорами и ограничителя-
ми-усилителями. В том случае, когда нет необходимо-
сти в повышении разборчивости речи, для уменьшения
мощности выходных устройств целесообразно приме-
нять усилители-подавители.
Допустим, что индекс тракта равен рациональному.
Если теперь снижать уровень ограничения, то уровень
помех будет снижаться вместе со снижением уровня
речи, но более быстро из-за подавления речевого сиг-
нала помехами. Ясно, что при этом будет снижаться и
разборчивость речи. Будет снижаться и качество пере-
дачи художественных программ. Если в тракт включен
ограничитель уровня и при достижении некоторого зна-
чения индекса тракта пики речи будут находиться на
уровне ограничения, то при дальнейшем увеличении ин-
декса тракта пиковые уровни речевого сигнала станут
выравниваться на уровне порога ограничения. При
этом пиковый уровень помех от речевого сигнала не
изменится, тогда как средний уровень этих помех
уменьшится на величину ограничения (Лог) и увели-
чится на величину разности пик-факгоров неограничен-
ного сигнала (для речи равного 12 дБ) и ограниченно-
го (см. табл. 1.7) Лог, т. е. увеличения среднего уров-
ня tA-ZLcpi
^Вп.ог=5п — Аог+12 — Пог=5п— Lor+ALcp, (2.108)
где ДАСр= 12 Пог; 5п=5о.м“|”См.с А5п;
АВП — превышение уровня речи над уровнем помех в
отсутствие ограничения [см. (2.97а)].
Согласно (2.98) и в этом случае имеем условие
Вп.ог=Ва+6, откуда получаем
Qpau.or==-Ba — fip.M-J-T'or+ABn +АВГ — ААср4-6. (2.109)
9* 131
Фактический индекс тракта QM.C берут близким к
рациональному значению фрац.
Уровень озвучения и соответствующий ему коэффи-
циент разборчивости при ограничении уровня речевого
сигнала можно найти из следующих соображений. По-
скольку пики речевого сигнала при ограничении вырав-
ниваются до порога ограничения, то при равенстве пи-
кового уровня речи среднему уровню помех вероят-
ность восприятия речи должна быть близка к нулю.
Но как только пиковый уровень речи будет выше сред-
него уровня помех и шумов, вероятность восприятия
резко возрастет до такого значения, которое соответ-
ствует неограниченному речевому сигналу, так как все
выравненные пики речи уже будут восприниматься.
По мере дальнейшего увеличения разности уровней ре-
чи и помех коэффициент восприятия (коэффициент
разборчивости) растет, как и для неограниченного сиг-
нала с небольшой поправкой АЕ0Г из-за подавления
слабых по уровню звуков речи (см. табл. 1.7).
Уровень ощущения формант с учетом этого подав-
ления
£'=Вр.м + Qm.c Д^ог [ (Вр.м + Qm.c ВогН~
+ £ср — ДВд— ДВг)(+)Ва]. (2.110)
Определяемый по величине уровня ощущения фор-
мант (табл. 3.3) коэффициент разборчивости равен
нулю, если
^Вр.м+Ом.с — Дог+ЛДср<Вп, (2.111)
т. е. если пиковый уровень речевого сигнала равен
среднему уровню помех и шумов.
Величину подавления слабых по уровню звуков
речи учитывают следующей поправкой к уровню ощу-
щения формант:
Д£ОГ=Е—ДДог/24. (2.112)
Величину подавления АДОг находят из табл. 1.7.
Определение коэффициента разборчивости можно ве-
сти и другим способом. При этом способе уровень
ощущения формант
£' = BP.m+Qm.C-ДогЧ^ДПоГ [ (Bp.m+Qm.c
-Дог-ДВп-ДВг-ДПог) ( + )Ва]-Д5ог. (2.113)
При таком определении уровня ощущения фор-
мант пользуются смещенной зависимостью коэффи-
132
циента разборчивости. В табл. 1.7 приведена такая
зависимость для ограничения по уровню до 20 дБ с
учетом поправки на подавление слабых звуков речи.
ГЛАВА 3
МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СИСТЕМ ЗВУКОФИКАЦИИ1
3.1. ВВЕДЕНИЕ
Как указывалось, основной характеристикой систем
звукофикации в случае передачи речи является обес-
печиваемая ими ее понятность. Все остальные показа-
тели, как-то: неравномерность озвучения, неравномер-
ность частотной характеристики тракта и т. п., являют-
ся показателями комфорта. Если понятность речи ни-
же требуемой, то бессмысленно говорить об оптимуме
звучания. Если же понятность речи удовлетворяет за-
данным требованиям, то для комфорта необходимо
обеспечить оптимальную частотную характеристику
тракта, малую неравномерность озвучения и т. п. При
этом следует иметь в виду экономические возможности
и степень технической реализации соответствующих па-
раметров аппаратуры, а также требования техники об-
служивания.
Известно, что понятность речи оценивают с помо-
щью ее разборчивости [4], а разборчивость определя-
ют превышением спектральных уровней речи над
спектральными уровнями помех и акустических шумов.
Спектральные уровни помех в основном определяются
их уровнями на озвучиваемой поверхности от эха, вза-
имного мешания громкоговорителей, а уровни речи в
свою очередь — данными всей громкоговорящей си-
стемы.
Для музыкальных передач существенное значение
играет качество звучания [6]. Если оно низкое, то ап-
паратура звукоусиления может только ухудшить впе-
чатление слушателей. В случае музыкальных передач
звукоусилительная аппаратура должна создавать тре-
1 В данной главе сосредоточены основные расчетные формулы
для типовых случаев звукофикации. Большинство из них выведено
в гл. 1 и 2, о чем свидетельствуют соответствующие ссылки на фор-
мулы. Тем не менее для удобства расчетов в гл. 3 всем этим фор-
мулам присвоены новые номера.
133
буемые уровни звучания во всех точках озвучиваемой
поверхности. Но при звукоусилении иногда нельзя осу-
ществить это требование из-за наличия акустической
обратной связи, ограничивающей уровни передачи и,
следовательно, уровни звукового поля, тогда как при
озвучении уровни звукового поля могут ограничиваться
только мощностью громкоговорящих устройств.
Для передачи художественных программ в зеленых
театрах и на эстрадах немаловажную роль играет ло-
кализация источника звука, вследствие чего необходи-
мо расположение громкоговорителей вблизи первичных
источников звука (оркестров, солистов). Далее важно,
чтобы в этих случаях не был заметен эффект эха: для
речевых информационных передач эхо не должно быть
мешающим (см. рис. 1.3).
Во всех случаях звукофикации должны быть при-
няты все меры для локализации звукового поля в со-
ответствии с санитарными нормами. Поскольку раз-
борчивость речи и качество звучания музыкальных
программ в значительной мере определяются уровнями
шумов и помех, то необходимо вести расчеты для мак-
симальных их значений и для наихудших (обычно са-
мых удаленных) точек озвучиваемой поверхности. Яс-
но, что для всех его других точек разборчивость речи
и качество звучания музыкальных передач будут почти
те же самые или выше, чем для наихудшей точки.
Иногда необходимо знать и максимальное значение
разборчивости речи на озвучиваемой поверхности. Оно
будет в точках с максимальным значением пре-
вышения уровня прямого звука над уровнями помех и
шумов, зависящим от неравномерности озвучения
&L = Lmax Lmin- (3.1)
Само собой разумеется, что если при расчете си-
стемы озвучения из-за большого уровня шумов и по-
мех получатся низкие разборчивость речи и качество
звучания музыкальных передач, то следует принять
меры прежде всего к уменьшению уровня шумов и по-
мех и увеличению уровня звукового поля. Чаще всего
для этого используют такие системы озвучения, в кото-
рых громкоговорители располагают как можно ближе
к слушателю. Так, переход от одиночных громкогово-
рителей к цепочкам и от сосредоточенной системы к
зональной дает такой эффект приближения.
134
В табл. 2.1 были приведены оптимальные значения
уровней звукового поля для музыкальных передач.
Для речевых передач Уровни звукового поля в конеч-
ном счете определяются из расчета разборчивости ре-
чи. Конечно, ею можно приближенно задаться и уточ-
нить после расчета разборчивости. Поэтому для рече-
вых передач индекс тракта QM.C должен рассчитываться
на получение возможно более высокой разборчивости
речи. Рекомендуемые в табл. 2.2 величины iQM.c для
систем звукоусиления речи пригодны только для низ-
ких уровней акустических шумов (до 60 дБ). Для бо-
лее высоких уровней шумов, что характерно для откры-
тых пространств, их можно считать сугубо ориентиро-
вочными, тогда как для музыкальных передач — они
вполне достаточны.
Неравномерность озвучения (3.1), т. е. неравномер-
ность поля прямого звука определяется при расчете
системы озвучения. При этом нельзя допускать пре-
вышения норм по неравномерности озвучения (6—8 дБ)
[6] Более того, следует стремиться, по возможности, к
снижению этой неравномерности.
Неравномерность частотной характеристики тракта
определяют после выбора аппаратуры звукоусиления.
При этом стремятся к возможно большей равномерно-
сти звучания всего передаваемого частотного диапа-
зона соответственно нормам на качество звучания [16].
Для звукоусиления речи вполне допустим II клаСс
качества аппаратуры, а для диспетчерских установок
нормы на показатели качества определяются из усло-
вия обеспечения ими только требуемой разборчивости
речи. Для художественных передач тракт должен по
возможности удовлетворять требованиям I класса ка-
чества [16]. Для озвучения, например, улиц и площа-
дей во время гуляний и демонстраций допустимо ис-
пользовать аппаратуру II класса качества, так как
уровни акустических шумов достигают высоких значе-
ний и качество звучания из-за этого получается невы-
соким, не выше II класса.
На практике при проектировании системы озвуче-
ния или звукоусиления известны лишь назначение дан-
ной системы озвучения (стадион, зеленый театр, же-
лезнодорожная платформа, площадь и т. п.) и геомет-
рические данные озвучиваемого пространства (планы
и разрезы с указанием местонахождения слушателей,
135
оратора, лектора и т. п.). Поэтому следует исходить
только из этих данных. Но прежде чем приступать к
проектированию системы, необходимо определить об-
щий уровень и форму спектра акустических шумов в
заданном объекте. Для ряда типовых случаев эти дан-
ные известны. Так, например, для зеленых театров
расчетный уровень шумов не превосходит 45 дБ, для
стадионов — 45—70 дБ, площадей до 75 дБ. Форма
спектра во всех этих случаях имеет характер, близкий
к форме речевого.
При озвучении железнодорожных платформ, вагон-
ных горок и других подобных им объектов уровень шу-
мов изменяется в широких пределах — от 50 до 90 дБ,
спектр таких шумов приближается к равномерному с
небольшим подъемом на низких частотах. Итак, выбо-
ру подлежат: система озвучения или звукоусиления,
тип, расположение и число громкоговорителей; тип,
число и расположение микрофонов, звукоусилительное
оборудование.
Звукоусилительная аппаратура используется не
только для непосредственного усиления акустических
сигналов (речь, музыка и т. п.), но и для усиления
записанных ранее этих сигналов на магнитную ленту,
кинопленку, грампластинки и т. п., а также для прие-
ма этих сигналов с трансляционных линий и от радио-
приемников. Для этой цели в звукоусилительной аппа-
ратуре предусмотрены соответствующие входы. Их
чувствительность рассчитана на максимально допусти-
мую выходную мощность. Поэтому если выбранная зву-
коусилительная аппаратура для озвучения от микро-
фона удовлетворяет требованиям по уровню звучания,
то она будет удовлетворять этому требованию и для
всех остальных назначений.
Рассчитывают следующие характеристики системы
звукофикации: геометрические данные системы озвуче-
ния, неравномерность озвучения, уровни звукового по-
ля в наиболее характерных точках пространства (и
обязательно в удаленных точках), уровни помех, и в
частности, эха; предельный, рациональный и фактиче-
ский индексы тракта, разборчивость речи для удален-
ной точки (а иногда и для точки с максимальным пре-
вышением уровня прямого звука над уровнями помех
и шумов), общий уровень передачи с учетом частотной
характеристики тракта; неравномерность частртноц ха-
рактеристики трактд,
136
3.2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ
Прежде всего необходимо выбрать вид систе-
мы озвучения: сосредоточенная, зональная или распре-
деленная, а затем уже ее тип и вид громкоговорителей:
рупорные, звуковые колонки или диффузорные громко-
говорители.
Если объект озвучения предназначен для проведе-
ния, например, концертов, театральных постановок и
по заданию система должна быть универсальной, т. е.
и для передачи информационных программ, то пригодна
только сосредоточенная система. Но если не поставле-
но условие универсальности, а оговаривается высокая
разборчивость речи, то наряду с сосредоточенной си-
стемой в таком объекте может быть использована и
распределенная система, предназначенная только для
передачи информационных программ (лекций, докла-
дов и т. п.).
Для озвучения площадей с размерами не более
100 м используется также сосредоточенная система,
причем для прямоугольной формы площади громкого-
ворители располагаются по одному из ее краев. Если
на ней не проводится митингов или демонстраций, то
лучше всего громкоговорители располагать в середине
длинного края. В этом случае громкоговорители рас-
полагаются веером (по существу это зональная сектор-
ная система). При расположении громкоговорителей
по узкому краю площади шириной не более 40 м ис-
пользуется один или два громкоговорителя, разнесен-
ные на небольшое расстояние (не более половины ши-
рины площади). Для площади круглой формы, напри-
мер стадионов, используют радиальные или веерные
громкоговорители с расположением их в центре пло-
щади, если другое расположение не оговорено в за-
дании.
Для звукоусиления на больших площадях с разме-
рами более 100 м лучше всего пригодна зональная си-
стема, если также не оговорено, что нельзя распола-
гать громкоговорители на самой площади. В этом слу-
чае можно применять или зональную систему с рас-
положением рупорных громкоговорителей по длинному
краю площади, если не задано высокое качество звуча-
ния и небольшая неравномерность озвучения всех то-
чек площади. В противном случае пригодна только
распределенная система с частым расположением
137
громкоговорителей по длинному краю площади. При
расположении трибуны на коротком краю площади мо-
жет применяться зональная сосредоточенная система с
боковым расположением громкоговорителей. Распре-
деленные системы применяют для озвучения аллей
парка при небольшой их протяженности и, как указы-
валось, для дополнительного звукоусиления речей ора-
торов и лекторов в зеленых театрах и на концертных
площадках, а также в лекториях на открытом воздухе
в качестве основной системы.
При выборе распределенной системы следует опре-
делить: необходимо ли применение звуковых колодок
или можно обойтись диффузорными громкоговорителя-
ми; брать две цепочки или одну. Примерно можно ска-
зать, что при ширине объекта до 6 м достаточно одной
цепочки из диффузорных громкоговорителей, при ши-
рине до 12 м две таких же цепочки. При ширине объек-
та до 15 м одну цепочку из звуковых колонок и при
ширине — до 25 м две таких же цепочки. Более широ-
кие объекты следует озвучать зональной системой.
Сосредоточенные системы с встречным расположе-
нием громкоговорителей применяют при озвучении уз-
ких объектов небольшой протяженности (до 100 м):
железнодорожные платформы, небольшие улицы,
спортивные площадки и т. д. Во всех остальных слу-
чаях применяют зональные системы (линейные, про-
странственные или секторные). Все эти рекомендации
являются ориентировочными. Окончательное суждение
о пригодности той или иной системы, когда есть воз-
можность выбора, можно сделать только после срав-
нения показателей систем по неравномерности озвуче-
ния, уровням звукового поля, его локализации, а для
передачи речи — и по ее разборчивости.
При выборе системы озвучения серьезным крите-
рием является экономичность в отношении строитель-
ства и эксплуатации системы и немаловажным факто-
ром является простота обслуживания.
Выбор типа громкоговорителей частично предопре-
делен при выборе системы звукофикации: рупорные
дают наибольшую дальность действия или более высо-
кие уровни звукового поля, но качество их звучания
невелико и в основном они пригодны для передачи
информационных программ и озвучения объектов с по-
ниженным качеством звучания (II класс качества).
138
Звуковые колонки обеспечивают I класс качества звуча-
ния, но они неэкономичны при озвучении объектов
с очень большими размерами. Диффузорные громкого-
ворители применяют только для озвучения объектов
с небольшими размерами.
3.3. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ
СИСТЕМЫ
Расчет геометрических данных системы (вы-
сота подвеса громкоговорителей, расстояние между ни-
ми, расстояние между цепочками, направление оси из-
лучения и др.) выполняют, учитывая следующее: полу-
чение возможно большего уровня звукового поля в
удаленной его точке и возможно меньшей неравномер-
ности озвучения, отсутствие заметного или мешающего
эха, удовлетворение архитектурных и экономических
требований, а также простоты техники обслуживания
и требование локализации звукового поля.
Для сосредоточенных систем в зеленых театрах и
на концертных площадках при театральном представ-
лении или передаче оркестровой музыки первые ряды
слушателей озвучиваются непосредственно первичным
источником звука (артистами или оркестром), поэтому
целесообразно (чтобы не портить впечатления, как бы
ни была хороша аппаратура звукоусиления, но переда-
ча через нее все же хуже воспринимается, чем нату-
ральная), чтобы уровни звукового поля на первых ря-
дах слушателей были меньше уровней, создаваемых
непосредственно первичными источниками звука.
В этом случае говорят о подзвучивании задних рядов.
Если же звукоусиление необходимо для усиления го-
лоса солистов или лекторов со слабым голосо'м, то в
этих случаях целесообразно создавать уровни звуково-
го поля на первых рядах такими же, как и на задних.
То же самое необходимо при озвучении таких объек-
тов, в которых передаются, например, звукозаписи или
когда первичный источник находится в другом месте.
Применительно к этим двум случаям определим
необходимую высоту подвеса громкоговорителей. Так
как в этих случаях необходимо высокое качество пере-
дачи, то применяют звуковые колонки.
Неравномерность озвучения по средней линии пло-
ской озвучиваемой поверхности по отношению к точ-
ке пересечения оси звуковой колонки с озвучиваемой
139
поверхностью (а эту точку для театров и концертных
площадок берут на заднем ряду) определяется из
(2.30). Полагая х=0, т. е. для точек под громкогово-
рителем, находим неравномерность озвучения для пер-
вых рядов
iL=10igl+WL^!>.
(1 + ВД’ '
где Xo=Xo/h\ h — высота подвеса звуковой колонки;
Хо — расстояние от точки подвеса громкоговорителей
до заднего ряда. Если положить, что неравномерность
озвучения для первых рядов AL=&, дБ, то выражение
под знаком логарифма будет 100>,6=а. Подставляя в
приведенное выше равенство вместо AL значение b и
учитывая последнее выражение для Ь, находим высоту
подвеса звуковой колонки при звукоусилении
/( o(2^-l)-(a-l) + [a’(2^-l)«-(a-l)]W/2
°/1 2(1—ев2) J ’
(3-2)
При озвучении а—1 (&,=0), т. е. когда уровень
звукового поля на первых рядах равен уровню на зад-
них рядах, высота подвеса
* = <3'3>
L 2ё*в* — 1 J
Это значение высоты называют оптимальным, так как
неравномерность озвучения не превышает 3 дБ:
AL=101g2e2B<3 дБ.
При подзвучивании чаще всего берут снижение уров-
ня на первых рядах на 6 дБ, т. е. а=10°-в=4, тогда
высота подвеса
h = x I_________2(1 —гв*)________V/2
Ч 8ев2 — 7-H64V — 64гв»+13]1/2 J ’ 1 '
Например, при хо=4О м и ев=0,996 (сдвоенные по
высоте звуковые колонки типа 100КЗ-13) Л=40/5,55=
=7,2 м, а оптимальная высота подвеса йопт=40/11,1 =
= 3,6 м. Неравномерность в основной зоне (от Xi до
Хо), определяемая из (2.26), AL= 101g[ 1 + (1—е2ь) X
Х*2о//г2]. Откуда для первого случая AL=1 дБ и для
второго AL«3 дБ. При наличии амфитеатра неболь-
шой высоты неравномерность в основной зоне умень-
шится.
140
В зеленых театрах и на концертных площадках, как
правило, ставятся два громкоговорителя по бокам сце-
ны или эстрады. Расстояние между ними лучше всего
брать не меньше половины ширины театра, а лучше не-
много больше, так как на средней линии (продольной
оси театра) будут складываться интенсивности от двух
громкоговорителей, а на боковых линиях в основном —
действовать один из них. Наилучшее значение нерав-
номерности озвучения по ширине получается при рас-
стоянии между громкоговорителями, равном 0,6 шири-
ны. Эта рекомендация относится к прямоугольной фор-
ме озвучиваемой поверхности. При расширении ее к
концу, расстояние определяется исходя из ширины пер-
вого ряда, но оси громкоговорителей должны в этом
случае развертываться так, чтобы на последнем ряду
расстояние между ними оставалось равным 0,6 шири-
ны последнего ряда.
Для концертных площадок больших размеров с вы-
соким амфитеатром высота подвеса и расстояние меж-
ду громкоговорителями подбираются такими, чтобы
получить наименьшую неравномерность. Но в основном
эти рекомендации могут быть близкими к оптимуму.
Более точный ответ может быть получен с помощью
(2.29) — (2.31).
При направлении осей колонок на удаленные ряды
слушателей из (2.49) получаем относительную длину
большой оси эллипса озвучения
А = a[h = Х3 — Х2 = 2 -
1 + (1-*bW
(3-5)
(при %3 = X0
1 + (1-*b2W
и относительную ширину малой оси эллипса озвуче-
ния (2.50)
B = b[h=A\l — (3-6)
L * тло J
Так, при оптимальном наклоне оси колонки (2.32)
у г __ 2^г~1. —Аг, поэтому ширина эллипса озвуче-
1 — евг
ния из (3.6)
(3.7)
L ^в2 J
141
Для ев=0,985, ег=0,9 и х3=40 м 6=18,5 м. Ес-
ли театр имеет ширину 30 м, то при расположении эл-
липсов озвучения встык по ширине неравномерность
озвучения поперек площадки будет небольшой.
При звукоусилении на площади с помощью сосре-
доточенной системы из звуковых колонок (с одной или
двух близлежащих точек), если на противоположной
стороне площади нет зданий, рекомендуется применять
остронаправленные колонки в вертикальной плоскости
с эксцентриситетом около 0,985 (например, колонки
типа 1000КЗ, 50КЗ, 25КЗ или сдвоенные по высоте —
15КЗ). Наиболее приемлемый наклон оси громкого-
ворителей Ло= 1-4-2, а точку упора оси в озвучиваемую
плоскость следует брать на расстоянии 2/3 длины ее,
т. е. Х3/Ло=1,5. При таких условиях неравномерность
озвучения по длине для Ло=1 согласно (2.31) равна
9,4 дБ под громкоговорителем и 5,7 дБ — в удаленной
точке х=Хъ, а при Хо = 2 под громкоговорителем не-
равномерность составит 7,8 дБ и в удаленной точке
5,7 дБ. Меньшая неравномерность получается для
Ло=1, но может оказаться, что высота подвеса колон-
ки потребуется большой (при х3=60 м, хо=4О м вы-
сота подвеса должна быть равна 40 м, а при Х0=2
высота подвеса получится более приемлемой — 20 м).
При озвучении таких площадей более приемлемые
значения Хо в отношении неравномерности озвучания и
высота подвеса лежит в пределах от трех до оптималь-
ного (2.32), т. е. около шести и даже больше, но не
более 10, так как при Ло=Ю угол наклона оси гром-
коговорителей равен предельно допустимому 5,7° (по-
лучится большое затухание звука при распространении
его вдоль публики). При этом для Хо=3 неравномер-
ность согласно (2.31) равна соответственно 5,8 и
5,6 дБ в ближней (х=0) и дальней точках (х=х3) на
проекции оси громкоговорителя на озвучиваемую пло-
скость. Если система состоит из дцух громкоговорите-
лей, то расстояние между ними выбирается равным
0,6 ширины площади, как и для зеленых театров.
Если на противоположной стороне площади нахо-
дится здание, то неизбежно появление эха. Для умень-
шения его действия приходится брать точку упора оси
в озвучиваемую плоскость на расстоянии 0,5 длины
площади. В этом случае наклон оси громкоговорителя
берут соответственно оптимальному значению, т. е.
142
бкоЛо шести или больше его (но не более 10). Для
Хо = 6 и Х3/Х0=2 получаем неравномерность озвуче-
ния (2.31) в дальней точке, равной 10 дБ, а с учетом
отражения она равна 7 дБ; в ближней точке уровень
только на 0,7 дБ ниже максимального.
Определим уровень отраженного сигнала. Наибольг
шее мешающее действие его будет под громкоговори-
телем (наибольшая разность хода и наибольший пере-
пад уровней). Возьмем наиболее типовое значение
эксцентриситета ев=0,985 (1—е2в=0,03) и Х3/Хо=2.
Для точки под громкоговорителем (х=0) уровень ни-
же, чем в точке упора оси (2.33), на величину
Д£,_. = 101g1 + ,
х~° 5 (14-Лв3)2
а в точке на расстоянии, вдвое большем длины пло-
щади, т. е. на 4хо, уровень будет ниже максимального
(2.30) на величину
дл = 101? (1 + 4*°8)8 + (3^о)2/О.ОЗ
Х3=4*О 6 (1+Х02)2
Следовательно, разность уровней прямого и отраженно-
го сигналов в точке под громкоговорителем
Д£п=Ю1ё
14- хо2/р,оз
(1 + 4Х02)2 +9Хо2/0.03 •
После преобразования этого выражения с учетом, что
Х20^>3, перепад уровней
ALn=101g(9,24+0,48X20).
Рассмотрим два случая: Х0 = 6 и Хо=1О. Для них
перепады ALn=14,2 и 17,7 дБ. Из рис. 1.3 следует, что
для первого случая мешающее действие будет при
запаздывании около 280 мс, а для второго 375 мс. Со-
ответственно получается разность хода 95 и 128 м, дли-
на площади х3=47,5 и 64 м и точка упора оси соответ-
ственно 24 и 32 м. С учетом заданных значений полу-
чаем высоту подвеса 24/6=4 и 32/10=3,2 м. Анало-
гичные расчеты можно сделать и для других значений
эксцентриситетов.
Если озвучиваемая площадь имеет размеры больше
60 м, то для увеличения перепада уровней под громко-
говорителем и по всей ширине площади необходимо
дополнительное подзвучивание маломощными гром-
143
КоГоворителяМи точек под основным Громкоговорите-
лем. Повышение уровня на 3 дБ уже гарантирует от-
сутствие мешающего эха при любом размере площа-
ди (см. рис. 1.3, кривая 3).
Рассмотрим вопросы расчета геометрических дан-
ных систем для широко применяемых при звукофика-
ции открытых пространств рупорных громкоговорите-
лей: широкогорлых и узкогорлых. На рис. 3.1 приведе-
ны зависимости изменения уровня (по отношению к
уровню в точке упора оси) от расстояния между рас-
сматриваемой точкой и громкоговорителем по гори-
зонтали. Данные приведены для громкоговорителей
типов 10ГРД-5 и 100ГРД, т. е. для эксцентриситетов
ев=0,77 и 0,945. Первые предназначены для звукофи-
кации расстояний до 50 м, а вторые — до 100 м и бо-
лее (при сдвоении).
При определении требуемой крутизны наклона оси
Хо прежде всего следует исходить из величины помех,
создаваемых окружающему звукофицируемый объект
пространству. Для этого следует брать крутизну воз-
144
Можно большую. Это видно из кривых рис. 3.1. При
Хо = 1 затухание на 30 дБ для ев=0,77 получается при
Х=20, а при Хо=Ю то же самое затухание будет при
Х=320, т. е дальность действия помех увеличивается
в 16 раз. Для ев=0,945 при X0=l затухание около
30 дБ получается при Х=8, а при Хо=10 Х=300,
т. е. дальность действия увеличивается в 40 раз. Но
при Хо = 1 (угол наклона оси равен 45°) высота подве-
са по сравнению с Х0 = Ю становится в 10 раз больше.
Поэтому значение Хо=1 пригодно только при нали-
чии высокого подвеса, например на улице с высокими
домами, а выбирать Хо=1О невыгодно, так как при
этом быстрее затухают высокие частоты из-за погло-
щения в воздухе. Поэтому выбирают крутизну подвеса
исходя из допустимых помех, если вблизи есть зона
постоянного пребывания людей. В отсутствие таких
зон можно брать крутизну небольшой, а в противном
случае — возможно большей (до Хо=1).
Если ограничиться неравномерностью не более 6 дБ
в дальней зоне, то для ев=0,77 и Хо = 1 длина зоны
озвучения равна двукратному расстоянию до точки
Рис. 3.1. Зависимость затухания звука от относительного рас-
стояния от громкоговорителя:
а) 10ГРД и б) 100ГРД. Параметром является наклон оси гром-
коговорителя
10—190 145
упора оси (см. рис. 3.1). При длине зоны озвучения
х3=50 м точка упора оси находится на 25 м от гром-
коговорителя и высота подвеса равна 25 м. При Ло = 5
неравномерность 6,7 дБ получается при Х=Х0=5, что
при длине зоны озвучения 50 м дает высоту подвеса
10 м, при этом часть ближней зоны будет иметь нерав-
номерность более 6 дБ. Согласно (2.50), для Ло = 1
получаем относительную ширину эллипса озвучения
В=1,72, а при этом ширина Ь~ 1,72-25=43 м, для
Хз=Ло=5 В=3,1, а ширина 6=31 м. Если система
предназначена для звукоусиления, то необходимо под-
звучивание ближней зоны, при условии, что под гром-
коговорителем будут находиться слушатели. Подзву-
чивание рекомендуется и для того, чтобы улучшить зву-
чание высоких частот, так как под громкоговорителем
уровень низких частот выше уровня высоких.
Для ев=0,945 крутизна наклона оси более двух
практически неосуществима (рис. 3.1). Так для Хо=3
зона озвучения с неравномерностью 6 дБ будет про-
стираться до Х=4,8, что при длине зоны, равной 120 м,
дает высоту подвеса 120/4,8=25 м и точку упора оси
на расстоянии 75 м. При этом неравномерность в ближ-
ней зоне, равная 10 дБ, будет на расстоянии до
0,5-25=12,5 м. Это хорошо для звукоусиления, а при
озвучении потребуется подзвучивание. Если взять кру-
тизну наклона, равную 10, то зона озвучения будет до-
ходить до расстояния x~9hr неравномерность, равная
10 дБ в ближней зоне, при x=0,5/ir. При длине зоны
120 м это дает высоту подвеса 12 м, неозвучиваемая
зона 0,5-12=6 м. Для Х0=3 и Х3=4,8 согласно (2.49)
и (2.50) относительная ширина В=2,75, абсолютная
6=68,75 м и для Хо = 1О и Х3=9 В=5,18 и 6=62,2.
Следовательно, при расположении эллипсов озвучения
встык расстояние между ними можно брать 0,5—0,6
длины озвучиваемой зоны. На стыке зон уровень повы-
сится на 3 дБ, а на краю озвучиваемой площади уро-
вень будет не ниже, чем в удаленной точке, так как эл-
липс озвучения будет проходить за краем площади оз-
вучения.
Приведенные выше данные дают граничные значе-
ния для крутизны наклона и высоты подвеса гро;мкого-
ворителей в отсутствие отражения от зданий, располо-
женных на противоположной стороне площади. При их
наличии следует выбирать возможно больший наклон
146
оси громкоговорителя. Меры уменьшения влияния эха
остаются те же, что и для звуковых колонок.
Сосредоточенные системы из двух
громкоговорителей, работающих встречно
Такие системы мало чем отличаются от со-
средоточенных систем с одним громкоговорителем при
наличии хорошо отражающей стены на противополож-
ной стороне площади. Можно сказать, что озвучение с
двух сторон равноценно озвучению с одной стороны, ес-
ли отражающая стена находится на середине между
громкоговорителями. Эти условия даже более легкие,
чем при озвучении с одной стороны. Если нет ограни-
чений по охране жилой зоны, то высота подвеса зву-
ковых колонок берется ниже оптимальной в 2 раза,
чтобы уровни под громкоговорителями были на 6 дБ
выше, чем в точке упора оси. При этом точку упора оси
берут вдвое ближе, чем расстояние от точки под гром-
коговорителем до середины между ними. При таком
условии уровень на середине на 3 дБ ниже, чем в точ-
ке упора оси.
Для рупорных громкоговорителей эхо всегда наблю-
дается под громкоговорителем и необходимо подзву-
чивание этой зоны дополнительным громкоговорителем,
если необходимо озвучить всю площадь между точка-
ми подвеса громкоговорителей.
Если имеется требование по санитарным нормам, то
следует подвешивать громкоговорители более высоко,
чтобы увеличить скорость спадания уровня в зоне за
громкоговорителями.
Зональные системы
Для линейных зональных систем с озвуче-
нием поперек оси объекта (улицы, проспекта и т. п.)
высота подвеса и угол наклона оси берутся, как и для
сосредоточенных систем. Остается выбрать расстояние
между громкоговорителями из условий неравно-
мерности по длине объекта (она наибольшая на краю
объекта) и отсутствия эха под громкоговорителем от
соседних громкоговорителей.
Из соотношения между размерами для заданной не-
равномерности озвучения (2.57) и превышения сигнала
над помехами (2.84) получаем выражение для вели-
10* 147
чины перепада уровней и неравномерности, отличаю-
щихся друг от друга примерно на 6 дБ. Действитель-
но, разность уровня перепада и неравномерности
озвучения
Д£п —ALH=101g
2
1-^в2
/ 1-- *в2
+ —77-
\______ло
1—gB2
\
(3.8)
Если учесть, что члены в числителе и знаменателе (3.8)
более единицы в несколько раз, то эта разность будет
иметь простой вид:
Д£п —ALH=101g2=6 дБ. (3.9)
Следовательно, перепад уровней получается на
6 дБ больше неравномерности озвучения по отношению
к ее значению под громкоговорителем. Эта неравно-
мерность при условии полного озвучения всех точек,
включая и точки на линии громкоговорителей, т. е. по
краю улицы, допускается не более 4 дБ. Поэтому пере-
пад уровней может достигать только 10 дБ. Если до-
пустить неравномерность больше, то и перепад будет
больше 10 дБ. При перепаде 10 дБ и условии появле-
ния только заметного эха (см. рис. 1.3, кривая 2) до-
пустимая разность хода составляет 34 м (100 мс). При
высоте подвеса 6 м расстояние между громкоговорите-
лями можно брать равным 40 м. Если допустить появ-
ление мешающего эха, то допустимая разность хода
около 60 м, т. е. громкоговорителя, можно расставлять
через 55 м. При этом неравномерность озвучения повы-
сится до 8 дБ по краю улицы. Эти выводы справедливы
как для звуковых колонок, так и для рупорных гром-
коговорителей, но последние редко используют для по-
перечного озвучения улиц и проспектов.
При продольном озвучении также исходят из допу-
стимой неравномерности озвучения и перепада уров-
ней. Эта задача по существу ничем не отличается от
задачи встречного включения двух громкоговорителей,
так как под громкоговорителями уровни помех повы-
шаются на 3 дБ и уровень сигнала от действия двух
громкоговорителей повышается также на 3 дБ.
148
Наконец, при озвучении с помощью пространствен-
ных зональных систем выбор высоты подвеса и рас-
стояния между громкоговорителями для радиальных
громкоговорителей предопределен их характеристиками
(см § 2.2).
Распределенные системы
Распределение системы из диффузорных
громкоговорителей. Высота подвеса цепочки из диффу-
зорных громкоговорителей определяется из неравенст-
ва (2.61):
0,36</гц<1,36. (3.10)
Нижний предел соответствует неравномерности (на
проекции оси громкоговорителя на озвучиваемую по-
верхность) более 1 дБ при большом числе громко-
говорителей в цепочке (не менее трех в каждой), а
верхний — 3 дБ. Для двухцепочечной системы высота
подвеса берется та же, но при этом за расчетную ши-
рину площадки следует брать удвоенную фактическую
ее ширину. Заметим, что оси излучения громкоговори-
телей при этом направляют так, чтобы на границе
озвучиваемой поверхности оси пересекали ее (см.
рис. 2.9).
Расстояние между громкоговорителями в цепочке
(шаг цепочки) выбирают [см. (2.63) ] из условия
</<26ц. (3.11)
Распределенные системы из звуковых колонок.
Прежде всего следует задаться (с последующим уточне-
нием) типом звуковой колонки. Дело в том, что гео-
метрические данные систем зависят от характеристик
направленности громкоговорителей. Для колонок, ча-
сто используемых в распределенных системах 2КЗ,
15КЗ и, иногда 100КЗ, эти характеристики заметно от-
личаются друг от друга и поэтому нельзя ориентиро-
ваться на средние данные.
Для двух цепочек из колонок высота подвеса (2.69)
/гц ~ 0,56(1 — e2B)V2t (3.12)
где ев — эксцентриситет диаграммы направленности в
вертикальной плоскости колонки. Для одиночной це-
149
почки высоту подвеса определяют также, но подстав-
ляют удвоенную фактическую ширину площадки
/гц«6(1 —е2в). (3-13)
Шаг цепочки из колонок (2.73)
d<
/ 1—1Г2 у /2
\ 1-^в2 /
(3.14)
где ег — эксцентриситет диаграммы направленности в
горизонтальной плоскости колонки. Для колонок
100КЗ, 25КЗ d^.5hn. При определении высоты подвеса
колонок следует иметь в виду ограничения по длине
цепочки из-за эха. Особо следует сказать о выборе гео-
метрических размеров систем для озвучения на даль-
ние расстояния: системы вещания на дальние зоны.. Для
первой цели громкоговорители должны подвешиваться
как можно выше. Обычно для этого служат вышки на
крышах высоких зданий. Для вещания на дальние зо-
ны высота подвеса определяется высотой препятствий
на пути распространения звуковых волн.
3.4. РАСЧЕТ УРОВНЕЙ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
Расчет номинального звукового давления
громкоговорителя
Сначала определяют ориентировочное значе-
ние оптимальной1 величины максимального уровня зву-
кового поля в удаленной точке, исходя только из ус-
ловия перекрытия заданного или выбранного уровня
акустических шумов. Для систем многоцелевого назна-
чения и систем для концертных площадок уровень в
удаленной точке выбирают согласно рекомендациям,
приведенным в [12] (см. табл. 2.1). Для высококаче-
ственной передачи речи следует пользоваться полуэм-
пирической формулой
^гпах = ^а4-25. (3*15)
Заметим, что для уровней шумов выше 75 дБ эта
формула дает несколько завышенное значение уровня
прямого звука, поэтому в таких случаях, возможно,
1 Под оптимальным уровнем подразумевается уровень, дающий
предельно возможную, в заданных шумовых условиях, разборчи-
вость речи.
150
йрйдется брать несколько меньшее его зйаченйе, исхо-
дя из получаемой разборчивости речи.
Для передачи несложных информационных про-
грамм допускается небольшое плавное амплитудное
ограничение (примерно на 4—6 дБ) или ограничение
уровня, поэтому максимальный уровень берется ниже
на 5 дБ, т. е.
Lmax== -£<а"Ь20. (3.16)
Для диспетчерских передач ограничение допускается
еще большее:
Lmax==Ln-{-15. (3.17)
Наконец, для диспетчерских передач в условиях высо-
ких уровней шумов
Lmax== Т'а-!- Ю. (3.18)
Уровень, определенный по этим формулам, не всег-
да может быть получен, так как в системе звукоусиле-
ния существует ограничительный фактор: обратная
акустическая связь (громкоговоритель — пространст-
во — микрофон — тракт — громкоговоритель). Поэто-
му вполне возможно, что во избежание обратной связи
придется брать менее мощный громкоговоритель.
Кроме того, разборчивость речи при таком уровне
будет максимально возможной в заданных шумовых
условиях, однако это не столь необходимое условие,
так как бывает вполне достаточно меньшая разборчи-
вость (например, при передаче несложной информа-
ции), тем более что для создания высокого уровня ре-
чи требуется более дорогая аппаратура.
Сосредоточенные системы
По заданному значению уровня Lmax для
удаленной точки [см. (3.15) и (3.17)] находим требуе-
мое звуковое давление в паскалях в удаленной точке:
AB=10WS,I"“-”. (3.19)
Для громкоговорителей, входящих в сосредоточенную
систему, приближенно (считая, что в удаленной точке
интенсивности, развиваемые каждым громкоговорите-
лем, примерно равны друг другу) можно считать, что
номинальное звуковое давление
pi =РтР r/n'l*, (3.20)
151
1дё Л расстояййё от громкоговорителей до удалеййой
точки; r~Z; I — длина площади (от громкоговорителей
до задней точки пространства).
По значению рассчитанного давления р\ подбирает-
ся подходящий громкоговоритель, и для развиваемого
им номинального звукового давления (на расстоянии
1 м) 1 определяется уровень в удаленной точке Lmtn,
точнее, минимальный уровень на озвучиваемой поверх-
ности. Это можно сделать по (2.6а), (2.20), (2.18) или
(2.25), а для сосредоточенной системы из нескольких
громкоговорителей — по методу координат [см. (2.7) —
(2.13)], тогда уровень, развиваемый громкоговорителя-
ми, должен быть
Аюм= Lmtn [р р . (3.21)
** ^ном
Для системы из двух встречно работающих громко-
говорителей номинальное звуковое давление может
быть определено из условия заданного минимального
уровня, который получается на средней линии озвучи-
ваемой площади. Если учесть на ней повышение уровня
на 3 дБ от действия двух громкоговорителей, то необ-
ходимое звуковое давление
(3.22)
а требуемое номинальное звуковое давление на рас-
стоянии 1 м от громкоговорителя
Р1=Ртр<//2, (3.23)
где d — расстояние между громкоговорителями.
Зональные системы
При озвучении линейными зональными си-
стемами, когда громкоговорители располагают на одной
стороне объекта поперек его оси, требуемое звуковое
Давление определяется по (3.19), а номинальное звуко-
вое давление
p1=pTPd, (3.24)
где d—ширина объекта.
1 Номинальным звуковым давлением называют звуковое давле-
ние, развиваемое громкоговорителем на расстоянии 1 м от его аку-
стического центра по акустической оси при подведении к громкого-
ворителю номинальной мощности.
152
При озвучении с двух сторон поперек и вдоль оси
объекта звуковое давление определяется аналогично
встречно работающим громкоговорителям (3.22) и
(3.23).
Для зональных пространственных систем при озву-
чении радиальными громкоговорителями звуковое дав-
ление определяется так же, как и для встречно рабо-
тающих громкоговорителей, но с учетом того, что дав-
ление под громкоговорителем на его оси уменьшено
вдвое по отношению к горизонтальному излучению.
Распределенные системы
Распределенные системы из диффузорных
громкоговорителей. Для одиночной цепочки номиналь-
ное значение звукового давления, которое должен раз-
вивать громкоговоритель для создания в удаленной
точке, может быть определено из (2.18)
А = (3.25)
где ртах — максимальное требуемое звуковое давление
в точке пересечения акустической оси громкоговорителя
с озвучиваемой поверхностью (см. рис. 2.8); г — рас-
стояние от цепочки до слушателя, находящегося у про-
тивоположной границы площадки:
г=(&2+/1211)1/2> (3 26)
d — шаг цепочки; b — ширина площадки (расстояние
цепочки от противоположной ее границы); — коэффи-
циент направленности громкоговорителя. Для двойных
цепочек номинальное звуковое давление (2.20)
= Ртах (-^г-У'2 , (3-27)
где ртах — максимальное требуемое звуковое давление
для продольной оси площадки на озвучиваемой поверх-
ности (см. рис. 2.9); Го= (0,25&2ц4-/г2ц),/г; Ьц — расстоя-
ние между цепочками.
Распределенные системы из звуковых колонок. Для
одиночной цепочки из колонок номинальное давление
(2.21) при7?(0) = 1 и г=л>
[Го</ 1 _
Я(1-«р»)М2 J~
153
Г dfV+i’2)1'2 I'/2 /О90Ч
-~РтаЧ М1-.г2)>/2--------------] . (3-2«)
где г0 = У 62 + V •
Для двух цепочек в соответствии с (2.23) при 7?i =
=/?2=1 и г=г0 звуковое давление
Pl = Ртах [ 2re(i_\r2)i/2 ] > (3-29)
где г0= (0,2562цЦ-А2ц),/2; ег — эксцентриситет диаграм-
мы направленности в горизонтальной плоскости.
Расчет уровней звукового поля
Предварительно необходимо выбрать наибо-
лее характерные точки, в которых следует определить
уровни звукового поля. Эти точки берут для всех си-
стем в углах объекта звукофикации на середине и на
его краях, а для сосредоточенных систем — по продоль-
ной и поперечной осям объекта, под громкоговорителя-
ми и между ними. Эти уровни (или квадраты звуковых
давлений) должны быть рассчитаны отдельно для каждо-
го громкоговорителя с последующим раздельным сум-
мированием для тех громкоговорителей, которые создают
полезный уровень, и для тех, которые создают мешаю-
щий уровень. Кроме этих уровней необходимо найти
уровни отраженного звука в тех точках поля, в которых
возможно появление мешающего или заметного эха.
Для зональных линейных систем точки берут для каж-
дой зоны такие же, как в сосредоточенных системах,
кроме того, рассчитывают уровни в соседней зоне с
целью учета действия эха. Для зональных пространст-
венных систем расчет проводится только для точек под
громкоговорителями, на стыке зон и в одной из сосед-
них зон под громкоговорителем. Для распределенных
систем точки выбираются как для сосредоточенных си-
стем, если площадь большая, и как для линейных зо-
нальных систем, если площадка небольшая.
Все расчеты ведут по методу координат. Для каж-
дого громкоговорителя берется своя система координат
х, z и у, а затем определяются координаты и, w и v по
(2.10):
m=xcos <хо+ (zr—z)sin cto;
t<y=xsinao—(zr—z)cosao; v=y, (3.30)
154
где cto — угол наклона акустической оси громкоговори-
теля к горизонтали; zr—координата центра громкогово-
рителя; z — координата расматриваемой точки на озву-
чиваемой поверхности. По этим координатам согласно
(2.7) и (2.11) находим уровни звукового поля.
Расчет уровней большого числа точек слишком тру-
доемок, поэтому была разработана программа для их
расчета на ЭВМ (см. приложение 2).
В ряде случаев можно провести менее сложный рас-
чет уровней звукового поля. Так, для одиночного гром-
коговорителя, расположенного на высоте h над плоской
озвучиваемой поверхностью, квадрат звукового давле-
ния в точке упора оси в озвучиваемую плоскость (2.7)
для R (9) = 1 и r2=x2-{-/i2
p2o=p21/(x2+/i2), (3.31)
а уровень Z,o=lOlgp2o-|-94.
Уровень под звуковой колонкой (2.33)
L — L — 101g 1 +*</(?.-(3.32)
где Xo=xo/A=ctg ао-
Уровень под рупорным громкоговорителем (2.406)
L = L„- 201g 1 + • (3.33)
Уровень в удаленной точке на проекции акустической
оси звуковой колонки (2.30)
L — L0-lQlg + (3 34)
° 6 (1 k ’
где Xz=x2lh.
Для рупорного громкоговорителя (2.39)
L = L - 201g <4-W+
и+адки-вд"
Координата точки максимального уровня для звуковой
колонки (2.28)
д. ________йв2Хд____
м ' 1 + (1 - ев2) X* '
для рупорного громкоговорителя (2.41а)
, *о Г 1 + *о2____________
*о2 Lu+ (1-^в2)ад1/2
(3.37)
155
Соответственно максимальный уровень для звуковой
колонки (2.26)
£м=£о4-Ю lg[l+(H-e2B)X20] (з.з8)
и для рупорного громкоговорителя (2.40а)
L„=Lo+2O lg{0,5[ 1+ (1-е2в)Х20]’А}. (3.39)
Точки, в которых уровень такой же, как и в точке упо-
ра оси, имеют координату для звуковой колонки (2.27)
х = х Г_________—s!_______1]
‘ °L 1 + (1-<?в2)*ог Г
для рупорного громкоговорителя (2.416)
д. __ ______________
1 1+(1- ев*)Х* *
(3.40)
(3.41)
Длина эллипса озвучивания для звуковой колонки
(2.49)
а. = 2 (х3------, (3.42)
\ 3 1 + (1-е№ /’ ’
для рупорного громкоговорителя (2.52)
а==х _ *в%- (х, - х„) (1 + ^оа)/(1 + W
3 [i + (1-*bW]
Соответственно для обоих типов ширина эллипса
чивания (2.50) и (2.53)
(3.43)
озву-
(3.44)
Из (2.45) и (2.46) следует, что для звуковой колонки
по линии, проходящей через точку упора оси перпенди-
кулярно к ней в озвучиваемой плоскости на расстоя-
нии v—y от оси,
L = La - 101g Г1 4-----------у--------1, (3.45)
° 6|_ (1 — ег2) (х02-|-Л2) ]’ V ’
а для рупорного £ = £o-201g[l + ——; f ].
L (1—ег2)(х024-А2) J
Для радиальных громкоговорителей из (2.55) уровень
на расстоянии х от точки подвеса громкоговорителя
£=£о—101g (1+0,36Х2), (3.46)
где X=x]h — наклон линии, идущей из центра громко-
говорителя к заданной точке. К этому уровню на гра-
нице зоны следует добавлять 3 дБ.
156
Для одиночной цепочки йз диффузорных громкого*
ворителей квадрат звукового давления и его уровень
из (2.16) соответственно равны:
Р = Ро гJr = pj ° , (3.47)
где р* = ; г02 = Л2 г2 = Л2+•’с2;
Г ffl
Хо — координата точки на противоположной стороне
площадки х=Ь;
!ЗЛ8)
(для учета некоторой направленности диффузорных
громкоговорителей под знак логарифма следовало бы
ввести в числитель квадрат коэффициента направлен-
ности ko или вычесть из уровня величину lOlg^j).
Для двойной цепочки диффузорных громкоговори-
телей целесообразно определять квадраты звуковых
давлений для каждой цепочки отдельно и затем сум-
мировать их и находить суммарный уровень:
р22=р2о(х)4-р2о(2&-х), (3.49)
где 2Ь — ширина площадки.
Соответственно суммарный уровень
L2=101gp2j;+94. (3.50)
Для одиночной цепочки из звуковых колонок из (2.78)
уровень в заданной точке х от линии громкоговори-
телей
L = L0 —51g
(1 + ХХоу+(Х-Х^/(1-е^
(1 + -W
, (3.51)
где X = x/h-, Xt — xa[h; L,= 101g [^-(1 -^r3)]+94.
В частных случаях уровень под цепочкой (2.76)
° & (1 + *02)2
максимальный (2.77)
LM=Lo+51g[l+(l~ е2в)Х2о]. (3.52)
Точка максимального уровня, как и для одиночной
колонки, определяется из (3.36). Для одиночной це-
157
почки из рупорных громкоговорителей (она редко при-
меняется) уровень в точке х из (2.81)
L = L — 101г О+ **»)*+(*-*.)*/(! ~*в2)
° & (1 + ХХв)(1+^)
под цепочкой (Х=0) (2.79)
, (3.53)
L = L, - 101g 1+ *#<!-*»*) , (3.54]
0 6 (1 + ^о2) ’ V J
максимальный уровень (2.80)
Lmax=Lo+101 g{0,5 [ 1 + [ 1 + (1 -е\) Х%] Ч}. (3.55)
Точка максимального уровня определяется также
как и для одиночного громкоговорителя (3.37).
Неравномерность озвучения определяют по следую-
щим формулам: для одиночной звуковой колонки на
проекции ее акустической оси на озвучиваемую поверх-
ность для участка от точки подвеса до точки макси-
мального уровня (2.31)
ALBM==101g И + (3 56)
ом & (l + A'o2)2 ’
а на участке от точки максимального уровня до конца
площади (2.31)
Д^мз=
_ 10 кг [» + (!-gB2)^o2l [(1 + ^о)2+ (^з-Л)8/(1-^в2)1
ё оад2)2
(3.57)
Для цепочки из звуковых колонок множитель перед ло-
гарифмом заменяют на 5:
AL 51g [1 + (1-^)^о2п1+ад.1-^.)]. (3 58)
ом & (1+^02)2 ’
ДЛМЗ =
г|о. [1+ (1-^2)^о21К1 + ад)2+№-^о)2/(1-^2л
g (14-А-02)2
(3.59)
Неравномерность озвучения для одиночного рупор-
ного громкоговорителя на участке от точки подвеса до
158
точки максимального уровня (2.41в)
=z
= 201g0,5<' +'1 +<1 ~’" + ВД(1 ~^’)1 (3.60)
и на участке от точки максимального уровня до конца
площади (2.42)
лт _оП1сг 0 5 {1+[1+(1-^2)^о8]1/2}[(1+^о)г +
ДЬМЗ — 201g 0,5 (1 + ад)х
t + (^3-^o)/(l-^)l . (3 6jч
Х(1+*о8)
Максимальная неравномерность для одиночной цепочки
диффузорных громкоговорителей (2.64)
AL=51g(l+X2o), (3.61а)
где Х0=Ь/Ьц.
Неравномерность озвучения для цепочки из звуко-
вых колонок в перпендикулярном направлении к аку-
стической оси на плоской озвучиваемой поверхности
(2.72)
= 201g cth Г~ V/21 (3.62)
L d \ 1 — £в2 / J
и для диффузорных громкоговорителей (2.62)
AAZ = 20 lg cth(3.63)
d
Проверка на эхо. После расчета уровней необходимо
провести проверку на эхо. Для отраженного звука не-
обходим расчет его уровней. Их определяют с помощью
тех же формул, которые использовались для расчета
уровней звука (см. § 3.4), и одновременно определяют
разность хода звуковых лучей
d= (x2+y2+/i2)'/«— (x2+/i2) ’Л. (3.64)
С помощью рис. 1.3 определяют допустимость уров-
ней отраженного звука. Наиболее опасным в отношении
эха являются точки, лежащие на проекции осей громко-
говорителя на наземную плоскость, причем более опасны
точки, лежащие ближе к громкоговорителю, в частности
под ним. Поэтому целесообразно рассчитать уровень,
создаваемый громкоговорителем на удвоенном рас-
стоянии от громкоговорителя до отражающей стены. Пе-
репад уровней равен разности уровня под громкоговори-
159
телем и уровнем отраженного звука, а разность хода
приближенно равна удвоенному расстоянию до отражаю-
щей стены. Проверка по рис. 1.3 покажет, насколько до-
пустимо такое соотношение перепада уровней и запаз-
дывания отраженного звука.
Для определения возможности появления эха от дей-
ствия других громкоговорителей накладывают звуковые
поля основного громкоговорителя и мешающего и опре-
деляют перепады уровней и разность хода звуковых
волн, идущих от громкоговорителей.
Возможность образования эффекта эха в распреде-
ленных системах в виде цепочки громкоговорителей
определяют по разности хода звуковых волн от каждо-
го из громкоговорителей, входящих в цепочку. Громко-
говоритель может создать эффект эха в точке, отстоя-
щей от цепочки на расстояние х, если и он отстоит от
другого громкоговорителя на расстоянии (1.26):
ум=d [ 1+(2/d) (x2-f-/i2) v.] (3.65)
Для распределенных систем озвучения определяют
уровни суммарных помех и полезного звука во всех
расчетных точках суммированием квадратов звукового
давления, создаваемых громкоговорителями. В соот-
ветствии с (3.65), если </=20 м, то все громкоговори-
тели, отстоящие от основного менее чем на </м, счита-
ются полезными, а более — мешающими (за основ-
ной громкоговоритель принимают ближайший к рас-
сматриваемой точке). Для каждой точки суммируют
раздельно полезные и мешающие значения квадратов
звукового давления. Разность их уровней дает перепад
Д7.п = Впол—/-мепг. (3.66)
3.5. РАСЧЕТ ИНДЕКСОВ ТРАКТА И ВЫБОР ТИПА
МИКРОФОНА
Расчет рационального и предельного индексов
тракта
Для каждой из основных (например, октав-
ных) частот в случае звукоусиления следует найти оба
индекса тракта, а при озвучении — только рациональ-
ный индекс. Рациональный индекс тракта (2.102)
Q рац= В а.—Вр.м +ДВг4-6. (3.67)
160
Здесь Вр.м — спектральный уровень речи у микрофона.
С учетом поправки уровня на расстояние оратора или
лектора от микрофона, спектральный уровень речи у
микрофона (2.87)
ВР.м=В'р+201ё(1/Гм), (3.68)
где Гм — расстояние от рта до микрофона, м; В'р —
спектральный уровень на расстоянии 1 м от рта для сум-
марного уровня 71 дБ (см. табл. 3.5); Ва — спектраль-
ный уровень шумов (берется в соответствии с задани-
ем, для некоторых типовых шумов их спектры и общие
уровни приведены в табл. 3.5).
Предельный индекс тракта (2.105)
Qkp=?м4~ААс.м—12, (3.69)
где Д£СМ=ЛС—Ьглл — разность уровней, создаваемых
громкоговорителями в удаленной точке и у микрофона;
qM — индекс направленности микрофона с учетом при-
ращения, возникающего вследствие расположения мик-
рофона около сильнопоглощающего материала. В фор-
муле (3.69) взята поправка не 18 дБ, как в [6], а 12 дБ,
так как исключена поправка на неравномерность ча-
стотной характеристики тракта, поскольку расчет вы-
полняется для каждой из октавных частот.
Расчет фактического индекса тракта
Фактический индекс, тракта следует выбирать
не выше предельного, но не имеет смысла выбирать его и
выше рационального (2.102). Это условие должно вы-
полняться во всем частотном диапазоне передачи.
Сначала следует определить относительную ча-
стотную зависимость индекса тракта. Обычно ее нор-
мируют относительно чувствительности тракта на ча-
стоте 500 или 1000 Гц.
Так как усилитель и другие звенья тракта, кроме
громкоговорителя и микрофона, практически не вносят
искажений в частотную характеристику тракта, то рас-
чет ведут только для электроакустических звеньев:
микрофона и громкоговорителя.
Для построения нормированной характеристики
тракта из справочников выписывают чувствительность
микрофона и громкоговорителя (в децибелах с произ-
вольным нулевым уровнем) на всех экстремальных точ-
11—190 161
Пример расчета фактического индекса тракта
Таблица 3.1
Параметр Значение параметра для средней частоты полос, Гц
250 500 1000 2000 | 4000 6000
Чувствительность, дБ: микрофона -3,5 —2,0 0 —0,4 —5,0 —4,0
громкоговорителя -2,0 0,3 0 —1,0 3,0 1,0
суммарная -5,5 —1,7 0 — 1,4 —2,0 —3,0
Индексы тракта, дБ: предельный — 10,8 —9,4 —9,2 —9,2 —8,9 —8,9
рациональный — 15,2 —8,8 —11,8 — 15,9 — 14,9 —16,8
фактический — 14,8 —10,9 —9,2 — 10,6 -12,2 —12,2
Примечание. Для получения фактического индекса тракта к суммарному
индексу добавляется 9,2 дБ, чтобы фактический индекс не превышал предельный.
ках частотных характеристик микрофона и громкогово-
рителя (табл. 3.1). На каждой из частот нормируют
чувствительность вычитанием уровня чувствительности
на частоте 1000 Гц из уровня чувствительности на дан-
ной частоте. Заметим, что при таком нормировании
произвольность выбора нулевых уровней нейтрализует-
ся. Затем суммируют нормированные значения для
каждой из частот. В табл. 3.1 приведены данные одного
из конкретных расчетов таких характеристик.
Для определения фактического индекса тракта QM.C
следует нанести на график частотной характеристики
значения рационального и предельного индексов трак-
та и индексы нормированной характеристики тракта
(см. рис. 3.2). Затем смещая последнюю вверх или вниз
по ординате, находят такое ее положение, при котором
она оказывается возможно выше, но не выше предель-
ной и, по возможности, близкой (или выше) к рацио-
162
нальной. Число децибел, на которое была смещена нор-
мированная характеристика тракта, представляет собой
усиление тракта без учета микрофона и громкоговори-
теля. Если эту величину прибавить к значениям норми-
рованной характеристики на всех расчетных частотах,
то получим фактический индекс всего тракта на каж-
дой из этих частот.
Можно обойтись и без построения частотных харак-
теристик индексов тракта. В этом случае для систем
звукоусиления следует интерполировать предельный
индекс тракта для всех частот, для которых определена
нормированная характеристика тракта. Затем для каж-
дой частоты из значения предельного индекса тракта
следует вычесть значение нормированной чувствитель-
ности тракта. Минимальная из полученных разностей
суммируется со всеми значениями нормированной ха-
рактеристики. Полученная характеристика и является
частотной характеристикой фактического индекса трак-
та (см. табл. 3.1).
Для систем озвучения расчет частотной характери-
стики фактического индекса тракта выполняют следую-
щим образом. Подбирают такое значение индекса трак-
та на частоте 1000 Гц, учет которой на всех других ча-
стотах приведет к тому, что они будут или выше рацио-
нального индекса на этих частотах или немного ниже.
Конечно, если на какой-либо частоте будет резкий вы-
брос нормированной чувствительности тракта, то не
имеет смысла добиваться равенства ее с рациональным
индексом.
Сравнивая полученную характеристику с рацио-
нальной, можно сказать, насколько близка максималь-
но возможная (в заданных условиях) разборчивость ре-
чи. В тех диапазонах частот, в пределах которых фак-
тический индекс выше рационального, коэффициент
разборчивости будет максимально возможным незави-
симо от превышения. А в диапазонах, в пределах кото-
рых фактический индекс ниже рационального, коэффи-
циент разборчивости тем меньше, чем больше разность
между ними.
После этого сравнения можно сделать заключение
о необходимой коррекции частотной характеристики
тракта, если между фактическими и рациональными
индексами существует большая разница, корректиро-
вать частотную характеристику тракта можно или за-
11* 163
меной микрофонов и громкоговорителей на другие ти-
пы с более подходящей частотной характеристикой или
включением корректирующих устройств. Если окажет-
ся, что требуется сложная коррекция частотных харак-
теристик фактического индекса тракта или получилось
слишком большое расхождение между предельной и
рациональной частотными характеристиками, то можно
сделать заключение и о необходимости изменения пре-
дельных и рациональных частотных характеристик. Эти
характеристики можно изменять, варьируя направлен-
ность громкоговорителя.
Соответствующие решения зависят от ряда факто-
ров и в каждом конкретном случае они могут быть
различны. Ниже приведены различные, наиболее ха-
рактерные примеры.
3.6. РАСЧЕТ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
Приведем последовательность операций и
формулы расчета.
Для каждой из полос равной разборчивости (см.
табл. 1.4 и 3.5).
1. Вычисляем по табл. 3.5 с поправкой на расстоя-
ние от микрофона спектральные уровни речи
Bp.M=Bp+201g(l/rM). (3.70)
2. По заданному спектру и уровню акустических
шумов находим его спектральные уровни Ва (см.
табл. 3.5).
3. Интерполируем поправку ДВСН, вычисленную ра-
нее для октавных частот на средние частоты полос рав-
ной разборчивости.
4. Интерполируем фактический индекс тракта QM.C-
5. Все эти данные заносим в сводную таблицу.
6. Вычисляем спектральные уровни речи у слушате-
ля (2.85)
Вр.с = 5р.м + Фм.с. (3.71)
7. Вычисляем спектральные уровни помех (2.97)
Вп=ВР.с—Д^с.п. (3.72)
8. Суммируем спектральные уровни помех со спек-
тральными уровнями шумов (по интенсивности) (2.94)
л 1 о Л | д
5ш = 5а(+)Вп= 101g[10 ’ ан-ю ’ "]. (3.73)
164
Это суммирование может выполняться по (2.95)
Вш=Втах(-}~) Bmin = Bmax~]-\Bt (3.74)
где ДВ берем из табл. 3.2.
Таблица 3.2
Поправки для расчета суммарного уровня Вш по разности
уровней Вп и Ва
В max— В mi п» ДБ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15
ДВ, дБ 3,0 2,5 2,1 1,8 1,5 1,2 1.0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2
9. Вычитаем из спектрального уровня речи спект-
ральный уровень суммарных помех и шумов, индекс на-
правленности слуха ДВГ (табл. 3.5) и получаем средний
уровень ощущения формант (2.96):
Е=ВР.С—Вш. (3.75);
10. По найденному уровню ощущения Е вычисляем
коэффициент разборчивости w (1.23) для 0<Е<18 дБ
w=(E+6)/30 (3.76>
или находим его точное значение по табл. 3.3.
Таблица 3.3>
Зависимость коэффициента разборчивости w от уровня
ощущения формант Е
В, дБ ю, отн. ед. Е, дБ а», отн. ед. В, дБ aft отн, ед.
—12 0,01 —4 0,095 12 0,60
— 11 0,015 —3 0,11 15 0,70
— 10 0,02 —2 0,14 18 0,80
—9 0,03 —1 0,17 19 0,83
§ 0,04 0 0,20 20 0,86
—7 0,05 3 0,30 21 0,88
—6 0,06 6 0,40 22 0,90
—5 0,075 9 0,50 24 0,93
Все вычисленные значения заносим в сводную таб-
лицу.
165
Зависимость слоговой и словесной разборчивости, %, от разборчиво
А 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
S 5 15 26 36 46 54 62,5 69 75 80
W 30 63 76 85 90 93 94,5 96 97 98
11. Полученные значения коэффициента разборчиво-
сти суммируем и определяем формантную разборчи-
вость (1.24)
20
А = 0,05 wk. (3.77)
&=i
По формантной разборчивости определяем слоговую S
и словесную W разборчивость (табл. 3.4) и понятность
речи (см. табл. 1.2). При высоких уровнях шумов из
уровня ощущения следует вычитать дополнительную
маскировку т (см. табл. 1.4).
Для ориентировочного определения разборчивости
речи можно воспользоваться сокращенной методикой
расчета. Если спектры речи и шумов изменяются по ча-
стоте не очень резко, то нет смысла вычислять их для
всех полос равной разборчивости, а достаточно рассчи-
тать их на октавных частотах, полагая, что в их преде-
лах коэффициент разборчивости будет практически
одинаковым. Октаве 175—330 Гц (табл. 3.1) соответст-
вует первая полоса равной разборчивости 200—350 Гц,
следующая октава 350—700 Гц охватывает три полосы
равной разборчивости (330—465 Гц, 465—605 Гц, 605—
750 Гц), октава 700—1400 Гц включает в себя четыре
полосы (750—900 Гц, 900—1060 Гц, 1060—1230 Гц и
1230—1410 Гц), октаве 1400—2800 Гц соответствует
шесть полос, охватывающих диапазон 1410—2840 Гц,
октаве 2800—5600 Гц соответствуют пять полос в диа-
пазоне 2840—5640 Гц, участок диапазона 5600—7000 Гц
соответствует последней полосе равной разборчивости
5640—7000 Гц. Средней частотой для него с учетом
спада характеристик является частота 6000 Гц. С уче-
том этого формантную разборчивость можно опреде-
лять по формуле с весовыми коэффициентами
X = 0,05 -|-3w2“}“4w3-}-6t2?4-|-5w5-}-, (3.78)
166
Таблица 3.4
сти формант А
0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00
84 87 90 92,5 95,2 96,5 98 99 99,5 100
98,5 98,8 99 99,2 99,4 99,6 99,7 99,8 99,9 100
где W[ — w6 — коэффициенты разборчивости на октав-
ных частотах.
Расчет разборчивости речи для систем, имеющих ог-
раничитель уровня с постоянными времени 1 мс и 0,3 с,
выполняется аналогично обычному расчету разборчиво-
сти речи с той лишь разницей, что спектральные уровни
помех Вп определяются с учетом величины ограничения
Лог (см. табл. 1.7):
Вп.ог=7?p.m-]“Qm.c—Лог—АВц—Д/7ог—АВГ, (3.79)
а уровень ощущения Е (2.110) определяется, как и для
неограниченного речевого сигнала, с учетом поправок
на подавление его слабых уровней:
B=Bp.M+QM.c—АВог—Вш, (3.80)
где Вш = ВП0Г(+)Ва; ДВ0Г = ALor-^S-; Д£ог (см. табл. 1.7).
3.7. РАСЧЕТ УРОВНЯ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ ПРИ
ПЕРЕДАЧЕ РЕЧИ И ВЫБОР АППАРАТУРЫ
ЗВУКОУСИЛЕНИЯ
Этот расчет можно выполнять или по октав-
ным частотам или по полосам равной разборчивости.
Последний способ точнее, но иногда необходимо опре-
делить этот уровень еще до расчета разборчивости речи
и тогда можно рассчитать его приближенно по октавным
частотам.
Для этого расчета на каждой из расчетных частот
находят спектральный уровень речи у слушателя по
(2.82)
Bp.c=Bp.M+QM.c, (3.81)
167
00 Вспомог^тёмикё Данике для расчёта разборчивости ре*ти
а) по полосам равной разборчивости
Номер полосы Границы полос равной разборчивости, Гц Ширина полос д/р. ГЦ Средняя ча- стота полосы /ср» Гц
речи в'р
1
1 200—330 130 265 45,5 59
2 330—465 135 400 44,0 58
3 465-605 140 535 41,5 57
4 605—750 145 680 39,0 56
5 750—900 150 825 36,5 54
6 900—1060 160 980 34,0 52
7 1060—1230 170 1145 32,0 51
8 1230—1410 180 1320 30,0 50
9 1410—1600 190 1505 28,5 49
10 1600—1800 200 1700 27,0 48
И 1800—2020 220 1910 26,0 45
12 2020—2260 240 2140 25,0 43
13 2260—2530 270 2395 24,0 42
14 2530—2840 310 2685 22,0 40
15 2840—3200 360 3020 21,0 36
16 3200—3630 430 3415 20,0 34
17 3630—4150 520 3890 19,0 33
18 4150—4790 640 4370 18,0 30
19 4790—5640 850 5215 17,0 29
20 5640—7000 1360 6320 15,5 28
Таблица 3.5
Спектральные уровни, дБ Поправка на огибание головы ДВГ, дБ
акустических шумов Вд
2 3 4 5 6 1 7
71 51 43 45 39 50 1,0
70 48 46 45 38 48 1,4
69 46 47 45 40 46 1,75
69 44 49 45 45 44 2,1
68 42 50 45 44 42 2,35
68 41 51 45 43 41 2,60
67 40 51 45 41 40 2,85
67 39 51 44 40 39 3,1
66 38 51 43 38 38 3,4
66 37 51 49 37 38 3,7
66 36 50 42 36 37 4,0
65 35 50 42 35 35 4,3
65 34 50 41 34 34 4,5
65 33 49 39 33 34 4,7
64 32 48 37 33 33 4,9
64 32 46 36 32 33 5,1
62 31 44 34 32 32 5,3
60 30 43 32 31 31 5,5
58 29 40 30 30 30 5,7
55 29 35 28 29 29 5,9
Окончание табл. 3.5
б) по октавным полосам
Границы октавы, Гц средняя частота октавы /ср» Гц Ширина полосы д/окт» ГЦ Спектральные уровни, дБ Поправка отражения от головы ДВГ, дБ
речи в'р акустических шумов Вд для номеров**
1 2 3 4 5 6 7
175-350 250 175 45,5 59 71 51 43 45 39 50 1,0
350—700 500 350 41,5 57 69 46 47 45 40 46 1,8
700—1700 1000 700 33,0 52 68 41 51 45 43 41 2,7
1700—2800 2000 1400 25,5 41 66 30 50 42 36 35 4,2
2800—5600 4000 2800 18,5 30 61 31 44 33 32 32 5,4
5600—7000 6000 2000 15,5 29 58 29 40 30 30 31 5,9
Суммарный уровень 71,0* 87 104 85 83 77 71 77
Примечание.
• На расстоянии I м от рта с учетом составляющих ниже 200 Гц.
** 1—шумы на стадионе во время гола. 2—тракторные шумы на 5 м. 3—л/мы жэлезиодэрэжного трааслорта. 4-лумы гуаяа ия на Двор-
ь- Цовой площади, б—шумы в парке во время гуляния. 6—разговорные шумы. 7—шумы с бубнением.
03
<0________________________________________________________________________________________________________________
где в качестве QMC берут фактический индекс тракта
на заданных частотах (октавных или равной разборчи-
вости). Порядок дальнейшего расчета одинаков как
для октавных полос, так и для полос равной разборчи-
вости. Для каждой из таких полос:
1. По спектральному уровню определяется относи-
тельная плотность интенсивности (по отношению к /о)
J/Zo = 10°’1Bp-c. (3.82)
2. Умножаем полученную плотность на соответст-
вующую ширину полосы (октавы Д/окт или равной раз-
борчивости Д/р). Ширина этих полос приведена в
табл. 3.5. И затем вычисляем относительную интенсив-
ность в полосах &Ik=JkAfk- Все данные заносим в свод-
ную таблицу. В табл. 3.6 приведены уровни речевого
сигнала для полос равной разборчивости и октавных
при QM,c = 0.
Таблица 3.6
Уровни интенсивности речевого сигнала
а) в полосах равной разборчивости
Номер полосы Средняя частота, Гц Уровни ^р. р» Номер полосы Средняя частота, Гц Уровни ^р.р» ДБ
1 265 66,6 11 1910 49,4
2 400 65,3 12 2140 48,8
3 535 63,0 13 2395 48,3
4 680 60,6 14 2685 47,7
5 825 58,3 15 3020 46,6
6 980 56,0 16 3415 46,3
7 1145 54,3 17 3890 46,2
8 1320 52,6 18 4370 46,1
9 1505 51,3 19 5215 46,3
10 1700 50,0 20 6320 46,6
б) в октавных полосах
Средняя частота, Гц Уровни ^р. окт» ДБ Средняя частота, Гц Урозни ^р. окт» дБ
125 64,3 2000 57,0
250 67,9 4000 53,0
500 66,9 6000 48,5
1000 61,5
Примечание. Суммарный уровень равен 71 дБ.
170
После этого, суммируя интенсивности в полосах, по-
лучают общую интенсивность прямого звука (в величи-
нах /о)
/ПР//О=2ДЛ//О, (3.83)
(к)
откуда находят его уровень
Лпр=Ю lg(/np//o), (3.84)
который является средним уровнем прямого звука у
слушателя в удаленной точке пространства при речевых
программах.
В случае ограничения уровней расчет среднего уров-
ня речи отличается от предыдущего только тем, что
уровни Вр.с берутся меньше на величину ограничения
Аог (см. табл. 1.7), т. е.
J/Zo:= 10°'1<BP-c-£or) . (3.85)
3. Определяем пиковый уровень звукового поля.
Для высококачественной передачи речи без примене-
ния компрессоров и ограничителей пиковый уровень
должен быть на 12—15 дБ выше среднего, так как пик-
фактор речи равен 12 дБ. Кроме того обычно ориенти-
руются на уровень 71 дБ, развиваемый оратором на
расстоянии 1 м, а следует предусмотреть неискаженную
передачу с уровнем 74 дБ, т. е.
Апик=Впр+ (124-15). (3.86)
Для расчета пиковых уровней прямого звука в слу-
чае ограничения уровней следует пользоваться форму-
лой
Ьпик = Впр4-/7ог, (3.87)
где ПОг — пик-фактор ограниченного речевого сигнала
(см. табл. 1.7).
При сравнении полученного значения Апик с вычис-
ленным ранее значением минимального уровня звука
Lmin (3.30), окончательно определяем пригодность вы-
бранных громкоговорителей по мощности и решаем —
не следует ли заменить их более или менее мощными
в зависимости от разницы между вычисленным макси-
мальным уровнем и определенным ранее (3.21). Если
разница не превосходит 1—2 дБ, то нет смысла в такой
замене, а если больше 2 дБ, то может потребоваться
изменение распределения громкоговорителей и даже
замена самой системы. Здесь большую роль играет эко-
номика.
171
После окончательного выбора громкоговорителей и
расчета разборчивости определяем суммарную номи-
нальную мощность громкоговорителей и по ней выби-
раем подходящий мощный усилитель. В расчете на
включение дополнительных громкоговорителей рекомен-
дуется выбирать усилитель по мощности, несколько
превышающей номинальную.
В тех случаях, когда имеют дело с многоцелевым
назначением системы звукофикации, например художе-
ственная передача на концертной площадке и звукоуси-
ление речи оратора, и необходимо выбирать общую ап-
паратуру для таких передач, то должны исходить из
требований художественной передачи. Если же есть
возможность установки отдельной аппаратуры для таких
целей, то для речи выбирают аппаратуру II класса ка-
чества и устанавливается распределенная система озву-
чения.
В заключение следует остановиться на выборе аппа-
ратуры для звукофикации удаленных зон. Как указы-
валось в гл. 1, для этой цели используют мощные уста-
новки — мощные усилители и мощные рупорные гром-
коговорители с высокой направленностью. Возможны
два варианта озвучения: достаточно широкая зона озву-
чения (до 0,3 км) при небольшой дальности (до 0,5 км)
и узкая зона озвучения (не более 100 м) при большой
дальности (более 1 км).
Для увеличения дальности действия системы звуко-
фикации необходимо увеличение направленности в вер-
тикальной плоскости. Но слишком большую направлен-
ность брать нельзя, так как может сказаться искрив-
ление звукового луча из-за атмосферных явлений и об-
разование мертвой зоны. Если заданы глубина озву-
чиваемой зоны d, максимально возможная высота под-
веса громкоговорителя h и расстояние до конца зоны,
то необходимую направленность можно найти из (2.52).
Преобразуя это выражение, находим, что при условии
Хох>1 (которое всегда выполняется в этих случаях)
необходимая направленность громкоговорителя опреде-
ляется при следующем эксцентриситете в вертикаль-
ной плоскости:
I -
—
А 11/2 —}_______ah^
Х0*(Х0-~А) J — хо2(*о-л) ’
(3.88)
где A = a/h\ а—большая ось эллипса озвучения. Чтобы
с гарантией озвучить заданную удаленную зону, боль-
172
шую ось эллипса озвучения берут в 2—3 раза больше
глубины этой зоны, поэтому искривление звуковых лу-
чей из-за атмосферных условий не повлияет на слыши-
мость передачи.
Когда направленности одного громкоговорителя в
вертикальной плоскости недостаточно, то для ее увели-
чения, как указывалось, ставят громкоговорители друг
на друга. Если так поставить п громкоговорителей, то
в этом случае эксцентриситет эллипса направленности
увеличивается, вследствие уменьшения малой оси эл-
липса в п раз.
Так как 1—е2\ = Ь2!а2, то 1—е2п=(Ь]п)2]а2 —
= (1—е2\)п2 или е2п=(п2—l+^2i)/n2.
Следовательно, эксцентриситет эллипса направлен-
ности для громкоговорителей
Л _ (П2-1 + е12)1/2
п
В пределах эллипса направленности неравномерность
озвучения очень мала. А поскольку большая ось эллипса
озвучения обычно не превосходит О,5хо, т. е. по крайней
мере вдвое меньше расстояния до удаленного края
озвучиваемой зоны, то имеем Xo/A = %o/a=2, а из (3.88)
получаем, что (1—е2ъ)Х20=А/(Хо—А) = 1. Подстав-
ляя это значение в (2.40а), получаем
AL = 20 lg 0,5{1 + [ (1—е2в)Х2о]1/2}=201g 1,21 = 0,8 дБ.
Ширина озвучиваемой зоны определяется эксцентри-
ситетом направленности громкоговорителей и величи-
ной большой оси эллипса озвучения. Из (2.53) имеем
ширину этого эллипса
b = Bh = а (1 - )1/2 ~ а (1 - е/)"2. (3.90)
Если эксцентриситет эллипса направленности гром-
коговорителя в горизонтальной плоскости взять равным
значению для типовых рупорных громкоговорителей
(вг=0,77), то ширина эллипса озвучения будет Ь =
= а(1—0,772)’/2=0,64а, и если в пределе а=5х0, то 6 =
= 0,32, т. е около 1/3 расстояния до удаленного края
озвучиваемой зоны. Может оказаться, что ширина озву-
чиваемой зоны задана больше 1/Зхо. При этом если ши-
рина заданной зоны мало отличается от размера малой
173
оси эллипса озвучения, то следует проверить, насколько
увеличится неравномерность озвучения на флангах зо-
ны по сравнению с краями эллипса озвучения.
Неравномерность на флангах зоны определяют для
угла 0r = arctg(Z/2xo), где I — ширина заданной зоны
озвучения. Из (2.13)
ДА = 201g R (9) = 201 g cos9r, (3.91)
1 — £r2 cos2 0r
Если неравномерность получится меньше 3 дБ, то сле-
дует взять более направленный громкоговоритель в го-
ризонтальной плоскости. При получении неравномерно-
сти озвучения больше 3 дБ необходимо или применить
громкоговоритель с меньшей направленностью в гори-
зонтальной плоскости (например, применить сдвоенные
по горизонтали громкоговорители с развертыванием их
осей под углом до 30—45°) или применить зональную
систему.
Далее расчет ведется так, как и для обычных сосре-
доточенных систем озвучения, с той лишь разницей, что
необходимо учитывать затухание звука на большие рас-
стояния. Эту поправку рассчитывают для средних ча-
стот (500—1000 Гц). Задаваясь средними условиями
температуры, влажности и частоты, определяют по
(1.29) и рис. 1.13 величину километрического затуха-
ния в децибелах на километр. Иногда необходимо про-
вести расчет и для конкретных условий. В таких слу-
чаях пользуются теми же графиками, подсчитывают
затухание и определяют отклонение от среднего для
заданных условий.
При озвучении удаленных зон часто используют ог-
раничение уровня речевого сигнала в целях снижения
мощности громкоговорителей. Так как при таких пере-
дачах помехи от речевого сигнала имеют место только
в виде самомаскировки речи [11], а она на 24 дБ ниже
уровня речи, то расчет ведется на основе разности уров-
ней речи и акустических шумов, т. е. в этом случае
Вш=Ва.
Из (2.110) получаем уровень ощущения формант
£=5p.M-rQM.c—^а. (3.92)
При этом коэффициент разборчивости определяется из
табл. 3.3 с учетом следующих обстоятельств: первое —
согласно, если (2.111)
—^ог~|“Г7ог^Ва, ТО w = 0, (3.93)
174
и второе—коэффициент разборчивости необходимо
уменьшить из-за подавления слабых звуков речи (2.112)
на величину, соответствующую уменьшению уровня
ощущения на
Д£0Г = В-^. (3.94)
Для озвучения дальних зон, находящихся на рас-
стояниях свыше 1 км во избежание акустической тени
приходится применять небольшую направленность в
вертикальной плоскости, причем чем дальше находится
зона озвучения, тем меньшая требуется направленность
громкоговорителя. Для расстояний свыше 2—Зкм доста-
точна направленность, соответствующая направленно-
сти типовых рупорных громкоговорителей в горизон-
тальной плоскости, т. е. ег=0,77. Такая направленность
соответствует углу излучения ±25°, в пределах которо-
го звуковое давление по отношению к осевому снижа-
ется не более чем в 1,4 раза. Для расстояний около
1 км достаточна направленность, соответствующая
ев=0,95 (угол излучения около ±15°). Ширина озву-
чиваемой зоны определяется, как и для более близких
зон, т. е. по неравномерности озвучения не более 6 дБ
(3.44). Для заданной ширины зоны можно определить
необходимую направленность громкоговорителя из
(2.13), после несложных преобразований этого выраже-
ния для /?(0г) =0,7
ег2 =---cos9r~0’7 ; (3.95)
cos 9Г— 0,7 cos2 9Г
где COS 0Г ==----------Г7о“; / —ширина зоны.
г 1V+U/2)2]1/2
Расчет дальности действия громкоговорящей систе-
мы определяют с учетом затухания звука, кроме умень-
шения его интенсивности по квадратичному закону на
2—6 дБ/км в зависимости от частоты (верхний предел
дан для частоты 2000 Гц).
Для получения заданной направленности, опреде-
ляемой размерами выходного отверстия рупора, и боль-
шой мощности излучения рупорные громкоговорители
снабжаются несколькими головками, работающими на
один рупор. Направленность громкоговорителя в гори-
зонтальной плоскости определяется также как и для
удаленных зон.
175
В остальном расчет ведется также как и для уда-
ленных зон, причем всегда с применением ограничите-
лей уровня (или компрессоров). Все эти устройства
используют и для передачи музыки, но с пиковыми
уровнями такими же, как и для пиковых уровней речи.
ГЛАВА 4
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЗВУКОФИКАЦИИ
ТИПИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ
НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ
В практике наиболее часто встречаются следующие слу-
чаи расчета звукофикации открытых пространств: звукофикации зе-
леного театра; звукофикации концертных площадок и лекториев на
открытом воздухе; звукофикации больших площадей; звукоусиление
с движущихся машин; звукофикации малых площадей; озвучение и
звукоусиление на большом стадионе; звукофикации зон отдыха;
озвучение выставки больших размеров; озвучение спортплощадок;
озвучение длинных и широких улиц; озвучение узких улиц; озвуче-
ние тихих аллей; озвучение перрона железнодорожной станции;
озвучение железнодорожных путей (вагонных горок); озвучение
танцплощадок; озвучение удаленных зон; озвучение дальних зон
и др.
4.1. ЗВУКОФИКАЦИИ БОЛЬШОГО ЗЕЛЕНОГО
ТЕАТРА
Задание. Рассчитать систему звукоусиления зеленого
театра, который расположен в естественном котловане (рис. 4.1) и
представляет собой амфитеатр с длиной по горизонтали около 100 м
и высотой 40 м с числом мест более 7000. Ближний ряд расположен
на расстоянии 1 м от оркестровой ямы. Рампа сцены находится от
первого ряда на расстоянии 3 м. Ширина амфитеатра у сцены 25 м,
в середине 38 м и в конце — 50 м.
Для музыкальных программ и театральных представлений вы-
бираем сосредоточенную систему озв^Нения и зональную — для
речевых программ. Для сосредоточенной системы берем за основу
звуковые колонки 100K3-13, номинальное звуковое давление которых
22 Па, эксцентриситет в вертикальной плоскости ев=0,984, в гори-
зонтальной ег=0,91.
Согласно табл. 2.1 необходимо создать на местах слушателей
уровень звукового давления не менее 90 дБ. Из (3.31) находим
уровень на оси громкоговорителя на расстоянии 100 м от него для
одной звуковой колонки 100K3-13
£=201g (22/100)4-94=80,8 дБ.
Если звуковые колонки сдвоить по высоте и ширине, то они
будут давать уровень на 20 1g 4= 12 дБ больше одной колонки (рр=
=4*22=88 Па). Так как для театров громкоговорители располагают
по бокам сцены, то для двух-четырехколоночных систем общий уро-
вень примерно на 3 дБ больше, т. е. около 95 дБ. И так, останав-
176
ливаемся на двух счетверенных звуковых колонках 100K3-13. Шири-
на амфитеатра равна 25 м, поэтому расстояние между колонками
берем равным 16 м, так как ширина сцены равна 16 м (что немного
больше 0,6 ширины театра). Местоположение громкоговорителей бе-
рем на линии рампы сцены.
Для сдвоенных по высоте звуковых колонок 100К343 эксцен-
триситет эллипса направленности из (1.56) или (3.89) для п=2
ев=(3-Н),9842)1/2/2=0,996, а 1— ев?=0,008.
Высоту подвеса громкоговорителей находим из условия равенства
уровней под громкоговорителями и в дальней точке, т. е. берем опти-
мальную высоту подвеса из (3.3):
hr= 100(1—eB2)V2=8,9 м. С ^етом высоты озвучиваемой поверх-
ности над земной, равной 1 м, будем иметь Л=10 м. Оси колонок
направляем на точки последнего ряда (на высоте 41 м) с расстоя-
нием между осями, равным 32 м.
Для сдвоенных по ширине звуковых колонок 100КЗ-13 направ-
ленность излучения определяется из (3.89) эксцентриситетом
ег= (3+0,9l2)V2/2==0,978 и соответственно 1— ег2=0,0435.
Выбираем наиболее характерные точки. Они показаны на плане
театра (см. рис. 4.1). Так как в плане театр симметричен, то точки
взяты только с одной стороны продольной оси театра. Как видим
из плана театра, таких точек взято только 7. Но если по ходу рас-
Рис. 4.1. План и разрез зеленого театра
^—190
50м
177
чета потребуется уточнить уровни в ряде других точек, то число их
можно увеличить.
Первая точка находится в последнем ряду театра на продоль-
ной его оси, поэтому ее координаты следующие: х=100 м, #=16 м,
/ir=10—41=—31 м. Определим уровень, создаваемый в ней одним
громкоговорителем. Для этого сначала находим координаты эллип-
соида (3.30). Угол наклона оси колонки (см. рис. 4.1).
a0=arctg (—31/100)=—17,2°, откуда имеем:
cos «0=0,955 и sin а0=—0,296.
Численные значения координат:
и = 100 • 0,955+31 • 0,296 = 104,7; v= 16;
w=—100-0,296+31 -0,955=0.
Находим звуковое давление в этой точке (2.7)
88
р =------------------------туй- = 0,68 Па .
(104,72+162/0,04354-0)1/2
Это давление соответствует уровню Li=20 1g 0,68+94=90,6 дБ. Для
двух громкоговорителей этот уровень увеличится на 3 дБ и составит
93,6 дБ, т. е. с запасом по отношению к заданному минимальному
на 3,6 дБ.
Найдем уровень для самой ближней точки на продольной оси
театра. Ее координаты следующие: х=3 м, #=8 м и hr=zr—zc=
= 10—1 = 9 м. Следовательно, и=3-0,955—9*0,296=0,2; v = 8; w =
=—3-0,296—9 - 0,955=—9,5.
Следовательно, звуковое давление от одного громкоговорителя
U = Г7о = U . I О lid,
(0,22 4-82/0,0435 4-9,52/0,008)1/2
т.е.91, дБ,
а для двух громкоговорителей 7,2=94,8 дБ. Близкий к максималь-
ному значению уровень получается примерно на расстоянии 65 м от
сцены на продольной оси театра. Координаты соответствующей точки
следующие:
х=65 м; #=8-65/100+8=13,2 м, /ir=—12,6 м.
Следовательно, и=65-0,955+12,6-0,296=65,8; и=13,2; w=—65Х
Х0,296+12,6-0,955=—7,2.
Откуда для одного громкоговорителя звуковое давление
____________________88_____________________
(65,824- 13,22/0,0435 4-7,22/0,008)1/2 =0>72Па’
т. е. 91,1 дБ, а для двух громкоговорителей L3=94,l дБ. Для точки
на краю амфитеатра на половине длины амфитеатра имеет следую-
щие координаты: х=50 м; #1=31 и #2=7; /ir—10—16,9=—6,9. Соот-
ветственно имеем координаты согласно (3.30): и=49,8; и=31 и 7
и w =—8,2, откуда звуковое давление от первого громкоговорителя
(удаленного от оси театра)
____________________88________________ _
(49,82 4-ЗР/0,0435 4-8,22/0,008)1/2 = 0'48Па<
178
и от второго (ближе к оси театра)
(49,8а+72/0,04354-8,22/0,008)1/2
Суммарное звуковое давление pz = (0,482 4- 0.82)1/2 =0,93 Па,
а суммарный уровень L4=93,4 дБ.
Определим уровень для точки под осью одного из громкогово-
рителей на расстоянии 65 м от сцены. Координаты этой точки: х=
=65; #1=26,4; #2=0; ^ = 12,6, откуда координаты эллипсоида: и=
= 65,8; Ui=26,4; d2=0; oj=7,2. Следовательно, звуковое давление от
удаленного и ближнего громкоговорителей
(65,82 + 26,42/0,0435 + 7,22/0,008)1/2
88
р9 =-------------------------пт =-0,85 Па.
™ (65,82 4- 0 4- 7,22/0,008)1/2
Суммарное звуковое давление и его уровень соответственно
= 1,01; Л5 = 94,1 дБ.
Для боковой точки на первом ряду амфитеатра координаты будут:
х=3, #1 = 5, #2=21, hr =10. Соответственно им координаты эллип-
соида ц=0, t>i=5 и и2=21, ttJ = 9,5. Звуковое давление от обоих
громкоговорителей
88
рл =-------------------------------пй- = 0,81 и
(0 + 52/0,0435 + 9,52/0,008)1/2
88
Р* = (0 4- 212/0,0435 4- 9,52/0,008)1/2 = °’6 Па’
суммарное рЕ= 1,01 Па и уровень Л6 = 94,1 дБ.
И последняя точка (в углу на конце амфитеатра) имеет координа-
ты: х=100, #1=41, #2=9, Аг=31. Координаты эллипсоида: и= 104,7;
Di=31 и и2=9, ttJ=0. Получаем следующие значения звуковых дав-
лений: #1=0,4 Па и #2=0,78 Па, суммарное рх=0,88 Па. Уровень
в этой точке L7=92,9 дБ.
Итак, получили следующие значения уровней: 93,6 дБ; 94,8 дБ;
94,1 дБ; 93,4 дБ; 94,1 дБ; 94,1 дБ; 92,9 дБ. Отсюда неравномер-
ность озвучения (3.1)
ДА=94,1—92,9=1,2 дБ.
В действительности, из-за изменения направленности громкоговори-
телей при изменении частоты она будет больше, особенно на высо-
ких частотах, но учет ее очень сложен и возможен с помощью ЭВМ
при разработке соответствующей программы.
Затухание в воздухе на частоте 6000 Гц при влажности т]=60 %
и температуре 20°С (см. рис. 1.13) составляет ДА =1,4 дБ, что само
по себе невелико. На частоте 1000 Гц оно равно нулю. Эхо от взаим-
ного действия громкоговорителей не должно наблюдаться, так как
наибольшая разность хода звуковых волн от обоих громкоговорите-
лей меньше 16 м. Помехи от отраженного звука отсутствуют, так
к'ак нет отражающих поверхностей.
179
Рис. 4.2. Расположение микрофона
относительно громкоговорителей
Проведем проверку на обратную
связь. Микрофон находится на сцене,
как показано на рис. 4.2, громкоговори-
тели ориентированы по отношению к ним
так, что микрофон оказывается сзади
их. Координаты микрофона: х=—1, у=
= 10; hr=8, координаты эллипсоида:
и=—3,3; и = 8, 10 = 7,3. Суммарное зву-
ковое давление р=1,1 Па и уровень
£м=94,9 дБ. Кардиоидный микрофон под
углом к его оси больше 90° имеет на-
правленность менее 0,5. Следовательно,
предельный индекс тракта по прямому
звуку из (2.105) и (3.69)
QKp = 6 + 92,9—94,9—12=—8 дБ,
а максимальное значение оптимального
индекса тракта составляет для речи
10 дБ, и для музыки 12 дБ, т.е. запас по
усилению равен 2—4 дБ. Таким образом,
система устойчива. На низких частотах
направленность громкоговорителей мень-
ше, чем в среднем по диапазону, и по-
этому такой запас будет гарантировать отсутствие самовозбуждения
тракта и на низких частотах.
Рассмотрим вариант зональной системы звукоусиления. Распо-
лагать громкоговорители по боковой линии амфитеатра нельзя из-за
возникновения эха. Например, в точке, отстоящей от средней линии
на 20 м, разность хода звуковых волн от противоположно стоящих
громкоговорителей с учетом высоты подвеса 7—9 м будет состав-
лять (см. рис. 4.3,а) (452Ц-82) V2—(52-|-82) V2=36,3 м, что соответст-
вует запаздыванию 107 мс, а разность уровней для ненаправленных
громкоговорителей AL=201g(45, 7/9,4) = 13,8 дБ. Из рис. 1.3 сле-
дует, что при запаздывании на 107 мс заметность эха появляется
при разности уровней 11 дБ, т. е. будет небольшой запас по уров-
ням. Но если в качестве громкоговорителя использовать звуковые
-колонки, направленность которых в вертикальной плоскости резко
уменьшается с отклонением от оси громкоговорителя, то уровень
в ближайшей точке к нему резко уменьшится и разность уровней
станет гораздо меньше 13,8 дБ. Поэтому эхо будет заметным. Так
как применять ненаправленные громкоговорители для таких
больших размеров площадки нельзя из-за малой громкости, то не
следует располагать громкоговорители по краям амфитеатра.
Расположим звуковые колонки на продольной оси амфитеатра,
направив их оси в боковые края озвучиваемой поверхности (см.
рис. 4.3,6). Возьмем четыре пары громкоговорителей на расстояниях
от сцены 100, 75, 50 и 25 м. Ширина зоны озвучения по продольной
оси театра будет 12,5 м для дальней пары и по 25 м для остальных
пар громкоговорителей. Зона от сцепы до расстояния от нее 12,5 м
сбудет подзвучиваться лишь ближайшей к сцене парой громкогово-
рителей, так как основным источником звука там будет первичный —
голос оратора или лектора (поскольку зональная система не исполь-
180
зуется при передаче музыкальных программ). Высоту подвеса вы-
бираем 7 м (над головами слушателей, сидящих на краю площадки
амфитеатра).
Рассчитаем уровни, создаваемые удаленной парой громкогово-
рителей. В качестве громкоговорителей берем звуковые колонки
50КЗ-5, они создают на расстоянии 1 м от центра излучателя уро-
вень 13,2 Па, т. е. 116,5 дБ. Их направленность характеризуется
эксцентриситетами ев=0,984 и ег=0,91 (1—-ев2=0,0317 и 1—ег2=
=0,172). Для удаленной пары колонок угол наклона акустических
осей a0=arctg (7/25)=15,64°. Следовательно, sin а0=0,27; cosa9=
=0,963. Расстояние до слушателей, сидящих на боковых местах,
г0=(252-|-72)1/2=26 м. Снижение уровня при изменении расстояния
с 1 до 26 м ДЛ=20 1g 26=28,3 дБ, поэтому у этих слушателей уро-
Р и с. 4.3. Зо-
нальная систе-
ма озвучения зе-
леного театра:
а) проверка на
эхо; б) общий
вид расположе-
ния громкого-
ворителей зеле-
ного театра:
181
вень 1=116,5—28,3=88,2 дБ, т. е. близко к рекомендуемому в случае
передачи речевых программ при небольших уровнях шумов.
Рассчитаем уровни поля от одной колонки для следующих то-
чек: под колонкой, на продольной оси амфитеатра на расстоянии
12,5 и 25 м от точки установки колонки, на боковой линии амфи-
театра на расстоянии 25 м от акустической оси колонки и на 12,5 м
от точки установки колонки под ее осью.
Под колонкой имеем координаты: х=0; //=0; hT=7. Соответ-
ственно им координаты эллипсоида: и=0-|-7-0,27= 1,89; w=0—7Х
X 0,963=—6,74; а=0, поэтому звуковое давление под колонкой
13 2
р = --------------:---------гту —0,35 Па,
r (1,892 + 6,742/0,0317)1/2
что соответствует уровню £=84,8 дБ, а для двух колонок р=
= 87,8 дБ, т. е. на 0,4 дБ меньше, чем на оси колонки.
Для точки на середине между парами колонок координаты
х=0, //=12,5 и Лг=7, следовательно, и=12,5, а координаты и и w
остаются прежними.
Звуковое давление от одной колонки
13,2 „ „
р =-------------------------------------Г7Т = 0,27 Па,
(1,892+ 12,52/0,172+ 6,742/0,0317)1/2
что соответствует уровню £=82,7 дБ. А так как в этой точке дей-
ствуют четыре колонки, то общий уровень равен 88,7 дБ, т. е. на
0,9 дБ выше, чем под колонками.
Для точки под следующей парой колонок х=0; //=25 и Лг=7,
поэтому звуковое давление от одной колонки р=0,19 Па и уровень
составляет 79,4 дБ. От четырех колонок этот уровень равен 85,4 дБ
и добавится к уровню под колонкой от «своих» колонок. В резуль-
тате суммарный уровень из (2.94) £=87,8 (-]-) 85,4=89,8 дБ, т. е.
на 89,8—88,2=1,6 дБ выше, чем на краю амфитеатра. Но и там от
действия соседней пары колонок уровень несколько повысится.
Для точки с координатами х=25; //=25 и hT—l получаем сле-
дующие координаты эллипсоида: и=26; я=25 и w=0. Поэтому зву-
ковое давление от одной колонки р=0,2 Па, а уровень £=80,1 дБ.
От двух колонок уровень £=83,1 дБ. Он добавится к уровню от
«своей» колонки и получится суммарный уровень £=88,2 (-]-) 83,1 =
= 89,3 дБ.
Наконец, в точке под акустической осью колонки на 12,5 м от
точки ее подвеса имеем координаты х=12,5, //=0 и hr=7. Откуда
получаем и=13,8; я=0 и &у=3,37. Следовательно, звуковое давле-
ние р=0,56 Па, а уровень £=89 дБ. Он немного повысится от дей-
ствия соседней колонки. В общем получается, что уровень в различ-
ных точках рассматриваемой зоны находится в пределах 88,8 дБ+
±1 дБ.
Определим уровни, создаваемые ближайшей к сцене парой ко-
лонок, на первом ряду, так как в других точках своей зоны уровни
примерно такие же, как и для дальней пары колонок (немного
выше, так как расстояние до края амфитеатра для них будет мень-
ше, чем для удаленной пары колонок).
Интерес представаляет только точка на краях первого ряда,
поскольку середина ряда хорошо обслуживается непосредственно
оратором или лектором. Итак, имеем координаты: х=12,5; //=25;
hr=7. Угол наклона акустической оси колонки a0=arctg (7/12,5) =
=29,2°, sin 29,2°=0,49; cos 29,2°=0,67. Координаты эллипсоида: и=
182
= 11,8; и=25 и w=0. Откуда звуковое давление р=0,21 Па, а уро-
вень £=80,6 дБ, т. е. приблизительно на 9 дБ ниже среднего. Этот
уровень следует повысить, например, подвеской звуковых колонок
около краев первого ряда. В качестве таких колонок можно взять
колонки типа 2КЗ-6, дающие звуковое давление 3,8 Па по оси на
расстоянии 1 м от центра колонки. При высоте 7 м их подвеса над
головами слушателей звуковое давление на оси будет p=3fill=*
=0,54 Па, т. е. уровень £=88,6 дБ. С учетом небольшого добавле-
ния от действия основных громкоговорителей это дает средний
уровень.
Общая электрическая мощность системы составит 8X504-4=
=404 Вт, а для сосредоточенной системы требуется 2X100X4=
=800 Вт. Но зональная система годится только для передачи речи.
Проведем проверку зональной системы на эхо. Оно возможно
только под громкоговорителями от действия соседней пары громко-
говорителей. Для этой точки имеем координаты: х=0, #=25 и hT—
=7, откуда координаты эллипсоида: «=1,79; w=6,74. Следовательно,
уровень будет ниже осевого на A£=201g(l/26)[l,8924-252/0,1719-|-
+6,742/0,0317]V2=8,8 дБ, а разность хода Дг= (2524-72) V2—7=19 м,
откуда время запаздывания Дт=56 мс. Согласно рис. 1.3 (кри-
вая III) эхо не создает мешающего действия.
Проверку на устойчивость системы не проводим, так как обрат-
ная связь в условиях применения зональной системы в сравнении
с централизованной будет гораздо меньше.
Расчет разборчивости речи проведем для точки с минимальным
уровнем, т. е. для £=87,8 дБ. Шумы во всех случаях будут только
речевого типа, но их уровень может изменяться (в зависимости от
заинтересованности слушателей исполняемой программы от 50 до
70 дБ — разговоры многих слушателей). В среднем превышение сред-
него уровня передачи над шумами с учетом пик-фактора 12 дБ
будет составлять около 6 дБ, и при таком превышении коэффициент
разборчивости составляет (см. табл. 3.3) 0,4. А так как при передаче
всей полосы частот речевого диапазона формантная разборчивость
тоже около 0,4, слоговая (см. табл. 3.4) 69 %, а словесная 96 %, то
получим хорошую понятность речи (см. табл. 1.3).
4.2. ЗВУКОФИКАЦИИ КОНЦЕРТНОЙ ПЛОЩАДКИ
И ЛЕКТОРИЯ НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ
Задание. Рассчитать систему звукоусиления концертных
программ на открытой площадке парка со сценой в виде раковины
(рис. 4.4). Размеры сцены: ширина 10 м, высота пола сцены 1 м.
Площадка имеет размеры: ширина 20 м, расстояние от сцены до
первого ряда 3 м, до последних мест — 40 м. Концертная площадка
может быть часто использована для проведения лекций и докладов.
Для звукоусиления музыкальных программ выбираем централи-
зованную систему в виде двух мощных звуковых колонок, распо-
ложенных по краям сцены, т. е. с промежутком между ними 10 м
(что несколько меньше 0,6 ширины площадки). По типовым требо-
ваниям для звукоусиления музыки требуется минимальный уровень
на удаленных местах не менее 95 дБ, что соответствует звуковому
давлению 1,12 Па. Поскольку работают две колонки, то одна ко-
лонка должна создавать давление 1,12/1,41=0,8 Па. А на расстоя-
нии 1 м от колонки должно быть давление 0,8X40=32 Па. Такую
колонку не выпускают. Возьмем сдвоенную колонку типа 100K3-13.
Она развивает давление 44 Па, что создает запас по уровню на
183
20 lg (44/32) =2,8 дБ, т. е. уровень достигнет 97,8 дБ. Данные такой
звуковой колонки по направленности: ег=0,91; (1—ег2=0,172) и
ев=0,998(1—ев2=0,004). Подбираем высоту подвеса из расчета ми-
нимальной неравномерности озвучения (3.3). Такая высота равна
4,5 м над уровнем земли и 3,5 м над уровнем головы сидящих слу-
шателей. Высота сдвоенной колонки 100K3-13 составляет 2,56 м,
поэтому от нее до зоны озвучения расстояние должно быть не менее
2,56X3=7,7 м, что по горизонтали — около 7 м. При меньшем рас-
стоянии от громкоговорителей будут искажения. Находим угол под-
веса колонок ao=arctg (3,5/40) =5°. Это минимально допустимый
о Контрольные
точки.
Звуковые колонки
99,8дБ95,5дБ 97,6дБ 98>2дБ
Рис. 4.4. План и разрез концертной площадки и лектория (по-
казаны номера точек расчета уровня и величины уровней в деци-
белах при сосредоточенной системе озвучения)
угол подвеса. Для него sin 5°=0,0872; cos5°=0,996. Найдем уровни
звукового поля в наиболее характерных точках концертной площад-
ки. Выбираем точки со следующими координатами: х=3; 7; 20; 40;
г/=0; 5; 10; 15 и Лг=3,5.
Находим координаты по осям эллипсоида и и w (3.30):
и=3.0,9964-3,5-0,0871=3,29; w=3. 0,0782—3,5-0,996=—3,22;
и=7 •0,9964-3,5 • 0,0872=7,28; w=7 - 0,0872—3,5.0,996=—2,88;
«=20-0,996+3,5-0,0782=20,23; w=20-0,0872—3,5-0,996=—1,74;
«=20-0,996+3,5-0,0872=40,15; w=40 - 0,0872—3,5-0,996=0.
Вычислим выражения a=«2+w2/0,004:
ai=3 • 2924-3 *222/0,004 =2602,9; «2=7,282+2,882/0,004=2126,6;
«з=20,232+1,742/0,004= 1166,2; а4=40,152+0= 1612.
Из (2.4) и (2.7) рассчитаем уровни во всех 16 точках:
Li=101g [442/(2602,9+0)]+94 = 92,7 дБ;
184
£2=101g [442/(2602,$+52/0,172)]+94=92,5 дБ;
£3=101g [442/(2602,9+102/0,172)]+94 = 91,8 дБ;
£4=101g [442/(2602,9+152/0,172)]+94=90,9 дБ;
£5=101g [442/(2126,6+0)]+94=93,6 дБ;
£6=101g [442/(2126,6+52/0,172)]+94=93,3 дБ;
£7=101g [442/(2126,6+102/0,172)]+94=92,5 дБ;
£g=101g [442/(2126,6+152/0,172)]+94=91,5 дБ;
£9=101g [442/(1166,2+0)]+94=96,2 дБ;
Lio= 101g [442/(l 166,2+52/0,172)]+94=95,7 дБ;
£ц= 101g [442/(1166,2+102/0,172)]+94=94,4 дБ;
£12= 101g [442/(1166,2+152/0,172)]+94=92,9 дБ;
£13=101g [442/(1612+0)]+94=94,8 дБ;
£u= 101g [442/(1612+52/0,172)]+94=94,4 дБ;
£15=101g [442/(1612+102/0,172)]+94=93,5 дБ;
£16=101g [442/(1612+152/0,172)]+94=92,2 дБ.
Суммируем уровни от обоих громкоговорителей по (2.94) на краю
площадки:
£п = 92,5(+)90,9=92,5+2,3=94,8 дБ;
£12=93,3(+)91,5=93,3-4-2,2=95,5 дБ;
£i3=95,7 (+) 92,9=95,7+1,9=97,6 дБ;
£н=94,4(+)92,2 = 94,4+2=96,2 дБ.
На проекции оси громкоговорителей:
£21=92,7 (+) 91,8=92,7+2,6 = 95,3 дБ;
£22=93,6(+)92,5=93,6+2,5=96,1 дБ;
£23=96,2 (+) 94,4=96,2+2,2=98,4 дБ;
£24=94,8 (+) 93,5=94,8+2,7=97,5 дБ.
На осевой линии площадки:
£31=92,5+3=95,5 дБ;
£з2=93,3+3=96,3 дБ;
£зз=95,7+3 = 98,7 дБ;
£34=94,4+3=97,4 дБ.
Получилась небольшая неравномерность (98,7—94,8=3,9 дБ). А если
исключить первый ряд (£ц=94,8 дБ), который должен озвучивать-
ся непосредственно со сцены, то неравномерность уменьшится до
98,7—95,5=3,2 дБ. Но при такой системе не выполняется условие
слабой озвученности первых рядов при усилении музыки. Однако
она годится в случае передачи певцов и ораторов со слабым голо-
сом, а также при озвучении, т. е. когда первичный источник звука
находится вне озвучиваемого пространства. Следовательно, высоту
подвеса следует брать более высокой. В этом случае при звукоуси-
лении исполнителей со слабым голосом следует применять дополни-
тельную систему из маломощных громкоговорителей, озвучивающих
только ближнюю зону площадки.
Рассчитаем систему с подусилением первых рядов, т. е. с пони-
женным уровнем по отношению к норме.
При высоте подвеса над слушателями 5 м угол подвеса а0=
=arctg [5/40] =7,1 °, sin (7,1°) =0,124; cos (7,1°)=0,992. Найдем уров-
185
ни звукового поля в точках с координатами: х=3; 7; 20; 40; #=
=0; 10; 20; Аг-=5.
Находим координаты и и w (3.30):
ц=3 • 0,992+5 • 0,124 = 3,596; w = 3 • 0,124—5 • 0,992=—4,588;
и=7 • 0,992+5 • 0,124=7,564; w = 7 • 0,124—5 • 0,992=—4,092;
и=20 • 0,992+5 • 0,124 =20,46; w=20 • 0,124—5 • 0,992=—2,48;
и=40 • 0,992+5 -0,124=40,3; иу=40 • 0,124—5 • 0,992=0;
отсюда a=w2+&y2/0,004:
= 3,5962 + 4,5882/0,004 = 5275; а2=7,5642+4,0922/0,004 = 4243;
а3=20,462+2,482/0,004 = 1956; а4=40,32+0= 1624.
Находим уровни для 12 точек:
Li = 101g [442/(5275+0)]+94=89,6 дБ;
£2=101g [442/(5275—[~102/0,173) ]—]—94=89,2 дБ;
£3=101g [442/(5275+202/0,172)]-j-94 = 88,1 дБ;
£4=10 1g [442/(4243+0)]+94=90,6 дБ;
£5=101g [442/(4243+102/0,172)]+94=90,0 дБ;
£6=101g [442/(4243—]—202/0,172) ]—{—94=88,7 дБ;
£7=101g [442/(1956+0)]+94=94,0 дБ;
£8=101g [442/(1956+102/0,172)]+94=92,8 дБ;
£9 = 101g [442/(1956+202/0,172)]+94=90,6 дБ;
£ю= Ю 1g [442/(1624+0)]+94 = 94,8 дБ;
£ц= Ю 1g [442/(1624+102/0,172) ]—]—94=93,4 дБ;
£i2=10 1g [442/( 1624—}—202/0,172) 94=90,9 дБ.
Суммируем уровни от обоих громкоговорителей.
На оси громкоговорителей (на краю площадки):
£ц = 89,6 (+) 88,1=89,6+2,3=91,9 дБ;
£12=90,6 (+) 88,7=90,6+2,1 = 92,7 дБ;
£13=94(+) 90,6=94+1,7=95,7 дБ;
£и=94,8 (+) 90,9 = 94,8+1,5=96,3 дБ.
На осевой линии площадки:
£21=89,3+3=92,3 дБ;
£22=90,0+3 = 93,0 дБ;
£23=92,8+3 = 95,8 дБ;
£24 = 93,4+3=96,4 дБ.
Если не учитывать уровни на первых рядах, то неравномерность
составит 3,7 дБ, а с их учетом — 4,5 дБ.
При таком расположении получаем уровни на расстоянии 7 м от
сцены на 2,3 дБ ниже требуемого (95 дБ), но это не играет роли,
так как здесь уровень еще дополняется непосредственно от исполни-
телей. Расчет показывает, что уровень 95 дБ достигается на рас-
стоянии 15 м от сцены.
Эхо в данной системе не возникает, так как расстояние от гром-
коговорителей до слушателей на краю первого ряда (52+32+202) —
— (52+32) 1/2== 15 м, т. е. меньше минимального эхового расстоя-
ния (17 м).
Для исключения обратной связи громкоговорители экранирова-
ны стенками раковины. Проведем проверку на самовозбуждение
186
в отсутствие этой экранировки. Координаты микрофона: х=0; #=10;
Лг=3. Откуда ц=3-0,124=0,384; 3-0,992=—2,976 и уровень
442
L =. 101g------------------------------+ 94 = 92,1 дБ,
6 0,3842 + 102/0,172 + 2,9762/0,004
от двух громкоговорителей уровень равен 95,1 дБ.
Предельный индекс тракта QMс.пр=96,4—95,1+6—12=4,7 дБ,
т. е. будет запас около 5—6 дБ (6 дБ соответствует боковому при-
ему кардиоидного микрофона). Требуемая мощность равна 400 Вт.
Для звукоусиления речей можно использовать рассчитанную
выше систему, но она слишком мощная для этого случая. Конечно,
можно работать с мощностью в 3—4 раза меньшей и обеспечить
достаточные уровни для слушания докладчиков и лекторов. Все же
следует иметь и отдельную более экономичную систему для этого
случая.
Р и с. 4.5. План и разрез лектория при озвучении зональной си-
стемой (числа у точек показывают уровень в децибелах)
Рассчитаем зональную систему озвучения (рис. 4.5). Так как
ширина площадки 20 м, то следует применить линейную зональную
систему с двумя цепочками с обеих сторон площадки и использо-
вать для этого звуковые колонки. На площадке акустические шумы
могут достигать 65 дБ (разговоры слушателей), поэтому уровень пе-
редачи (3.15) должен быть около 90 дБ. На середине площадки
действуют два громкоговорителя (с обеих сторон), поэтому уровень
от одной колонки должен быть около 87 дБ. Расстояние от колонки
до середины площадки около 10 м, следовательно, на расстоянии
1 м от колонки уровень должен быть: L=87+20 1g 10=107 дБ, т. е.
звуковое давление р=4,5 Па. Ближайшее значение звукового дав-
ления дает звуковая колонка типа 2КЗ-6. Ее параметры: #1=3,8 Па;
полоса 300—7000 Гц (для речи вполне достаточная); ев=0,92; ег=
=0,5(1—ев2=0,154; 1—ег2=0,75).
187
Из (3.12) находим высоту подвеса громкоговорителей над слу-
шателями /ir = (0,Зч-0,5).20(0,154)^2=2,35-^3,92 м, берем высоту
подвеса 3 м (над землей это составит 4 м). Получаем угол подвеса
a0=arctg 3/10=16,7°, соответственно sin 16,7°=0,287; cos 16,7°=
= 0,958.
Рассчитаем координаты и и w для координат х=0; 10; 20; у=0
и /гг=3:
и=04-3 • 0,287=0,861; w=0—3 • 0,958=2,874;
u= 10 -0,9584-3 - 0,287= 10,441; w = 10-0,287—3 - 0,958=0;
и=20 • 0,9584-3 • 0,287=20,021; w=20 • 0,287—3 • 0,958=2,866.
Соответственно а=и24-ДО2/0,154;
^=0,86124-1 • 8742/0,154 = 54,38; а2= 10,4412+0 = 109,0;
<13=20,02124-2,8662/0,154=454,2.
Уровни под громкоговорителем и на середине площадки по оси гром-
коговорителей без учета соседних пар громкоговорителей
Li,з=Ю lg [3,82( 1/54,384-1/454,2)]+94=88,7 дБ;
£2=101g [3,82(2/109) ]+94=88,2 дБ.
Из (3.14) определяем шаг цепочки d. При высоте подвеса 3 м
d=2-3=6 м. Следовательно, необходимо взять шесть пар звуковых
колонок. Шестую пару целесообразно расположить в дальних углах
площадки, а первую — на расстоянии 10 м от сцены. Так как пер-
вый ряд расположен на расстоянии 3 м от сцены, то он еще будет
в зоне действия этой пары колонок с несколько пониженным уров-
нем из-за того, что со стороны сцены к этому уровню не будет до-
бавляться уровень от действия соседних колонок. Определим уров-
ни, создаваемые парами колонок в стороне от акустической оси на
расстоянии 3 и 6 м от ее проекции на площадку, т. е. для коорди-
наты у=3 и 6. Имеем для у=3 и х=0 (на краю площадки)
Li = 10 1g [3,82/(54,38+32/0,75)]+94=87,4 дБ;
для t/=6 и х=0
£2=10 lg [3,82/(54,38+б2/0,75) 1+94=85,5 дБ
и для у=3 и 6 при х=10 (на оси площадки)
£3=101g [3,82/(109+32/0,75)]+94=84,8 дБ;
£4=101g [3,82/(109+62/0,75)1+94=83,6 дБ.
Найдем суммарные уровни с учетом действия соседних пар коло-
нок. Для второй, третьей, четвертой и пятой пар колонок уровень
под громкоговорителями складывается из уровня от «собственной»
пары колонок и действия двух соседних пар:
£сум=88,7(+) (85,5+3) =91,6 дБ. Для тех же колонок уровень
на краю площадки между громкоговорителями (x=Q и у=3)
£к = 87,4+3=90,4 дБ.
Уровни на оси площадки по оси колонок складываются из уровня
«собственной» пары колонок и двух соседних:
£0=88,2 (+) (83,6+6) =92,3 дБ,
и уровень на оси площадки между громкоговорителями (у=3}
£ол< = 84,8+6=90,8 дБ.
188
Итак, для второй — пятой пар колонок уровни будут находить-
ся в пределах 92,3—90,4 дБ. Неравномерность получилась менее-
2 дБ. На последнем ряду уровни будут немного ниже, так как до-
бавляется действие только пятой пары колонок и вместо L = 91,6 дБ
будет уровень L = 88,7 (-)-) 85,5=89,4 дБ.
Для первого ряда эти уровни (см. выше для у=7) следующие:
на краю площадки 87,4 дБ и на оси площадки 84,8 дБ, но эти уров-
ни будут повышены от действия первичного источника звука (лек-
тора). Неравномерность озвучения без учета первого ряда AL=
=92,3—89,4=2,9 дБ.
Можно было бы расположить колонки реже, например через»-
6 м, и неравномерность при этом увеличилась бы в пределах норм.
Проверим возможность появления эха. Под громкоговорителем-
разность хода 20—5=15 м. Следовательно, это отсутствует. Для
первой системы разность хода составляет 20—3,5=16,5 м. Эха
тоже нет.
Общая мощность 6X2X2=24 Вт. Это в 17 раз меньше центра-
лизованной системы для музыки и примерно в 4 раза меньше тре-
буемой для звукоусиления речи при централизованной системе.
Определим разборчивость речи. Так как шумы имеют форму
речевого спектра, то превышение речи над шумами по всему диа-
пазону частот одинаковое. Пиковый уровень речи равен 90 дБ, а шу-
мы имеют уровень 65 дБ. Следовательно, уровень ощущения Е=
=90—12—65=13 дБ. При таком превышении речи над шумами ко-
эффициент разборчивости составляет (см. табл. 3.3) 0,63 и слоговая
разборчивость — 88 % (см. табл. 3.4), что соответствует отличной-
понятности речи. Уровень шумов можно повысить еще на 4 дБ, но
при этом коэффициент разборчивости упадет до 0,5, что соответст-
вует границе между отличной и хорошей разборчивостью. При та-
ком расчете не учитываем затухание высоких частот в воздухе. Для
централизованной системы оно заметно и разборчивость речи сни-
жается, для зональной системы оно невелико, так как наибольшее
расстояние от громкоговорителей не превышает 12 м.
4.3. ЗВУКОУСИЛЕНИЕ НА БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
Задание. Рассчитать систему звукоусиления на большой-
площади (длина 180 м, ширина 120 м). С одной стороны по длине
расположена зубчатая стена высотой 16 м, а с другой — высокое
строение. По ширине площадь частично ограждена небольшими
строениями. Необходимо предусмотреть звукоусиление как со ста»-
ционарного микрофона, так и с подвижного, установленного на авто-
машине и двигающегося по площади (этот вариант будет рассмот-
рен в следующем параграфе). Стационарный микрофон расположен
на высокой трибуне (размеры его см. на рис. 4.6), закрытой от
зубчатой стены, находящейся за ней, верхней частью трибуны. По
бокам этой трибуны расположены гостевые трибуны. Общая длина
обеих трибун 120 м. Зубчатая стена находится на расстоянии 10 м
от гостевых трибун. Ширина гостевых трибун равна 30 м, их высота
спереди 1 м, сзади 4 м.
Сначала применим метод встречного озвучения с временной за-
держкой излучения задних громкоговорителей [9]. Для этого рас-
полагаем одну цепочку громкоговорителей на зубчатой стене, а дру-
гую — на здании, находящемся на противоположной стороне пло-
щади. Поскольку требуется осуществить звучание не ниже первого-
189>
класса качества, для звукоусиления берем мощные звуковые ко-
лонки.
Уровень шума, в основном речевого типа, может достигать
70 дБ (разговор многих людей). Исходя из этого (3.15), уровень
звукового поля должен быть около 95 дБ, если не применять ком-
прессии речи.
В качестве пробного проверим вариант установки на зубчатой
стене сдвоенных по ширине звуковых колонок 100K3-13. Они раз-
вивают звуковое давление на 1 м 40—44 Па, их направленность ха-
5актеризуется эксцентриситетами ев=0,984 и ег— (3-|—0,912) !/2=0,978
см. (1.56)]. Соответственно 1—ев2=0,032 и 1—ег2=0,044. Согласно
методике [9] оси этих колонок направляем в точки, лежащие на
линии, отстоящей на 2/3 расстояния от громкоговорителей до уда-
Громкогоборители
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
ОООООО ОООООО ОООООО
Юм |
60
I Столбы (флагштоки)
I ,, -t- + ++ + +4-+ + + + + + + + + + +
Z'ZZZzZZ ZZZ Z -ZZZzZZZZZzZ/^ZzZZZz^/zW^
Рис. 4.6. Разрез и план большой площади
ленной точки. В данном случае это расстояние равно 80 м. По этой
же методике во вторую цепочку следует ставить громкоговорители,
вдвое меньшие по мощности. Для данного случая можно установить
в эту цепочку звуковые колонки 100КЗ-13 (р=20—22 Па; ев=0,984;
ег = 0,91). Оси этих колонок следует направлять в те же точки, в ко-
торые направлены оси основной цепочки громкоговорителей.
Определим оптимальную высоту подвеса цепочек. Для цепочки
на зубчатой стене (3.3) высота подвеса
Лг=80 [ (1 —0,9842) /(2 • 0,9842— 1) ] 14,7 м.
Это высота подвеса над озвучиваемой поверхностью., Для второй
цепочки, устанавливаемой на здании, находящемся на противопо-
ложной стороне площади, высота подвеса
hF = 40 [ (1 —0,9842) / (2 • 9842— 1) ] V2=7,35 м.
Поскольку вблизи зубчатой стены есть десятиметровое пространство
и его не требуется озвучивать, то высоту подвеса основной цепочки
можно увеличить. Если учесть архитектурные требования (колонки
190
следует подвешивать между зубцами стены, т. е. не ниже 14 м и не
выше 17 м), то высоту подвеса основной цепочки можно увеличить
до 17 м. Шаг цепочки находим из (3.14): с^17[(1—0,9782)/(1—
—0,9842)]1/2=19,9 м. По архитектурным требованиям шаг цепочки
можно брать 10 или 20 м. Сначала берем шаг цепочки 20 м. Найдем
уровень на линии стыка осей громкоговорителей, находящихся на
противоположных сторонах площади, т. е. на расстоянии 80 м от
зубчатой стены (2.68):
L = 101g
2-402 (1 — 0,9782)'-^2
20(803 + 172)1/2
+ 94 = 90,1 дБ,
так как Хо=8О/17.
Этот уровень повысится на 3 дБ из-за действия второй цепочки,
т. е. будет равен 93,1 дБ. Получили уровень меньше требуемого
почти на 2 дБ. Целесообразно уменьшить шаг цепочки для повыше-
ния уровня до заданного значения. Берем шаг цепочки равным 10 м.
Это даст повышение уровня на 3 дБ. Следовательно, уровень будет
равным 96,1 дБ.
Из (3.52) и (3.3) следует, что при высоте подвеса выше опти-
мальной неравномерность озвучения в зоне озвучения менее 3 дБ, но
она может быть выше этого значения, если граница зоны озвучения
находится далеко от громкоговорителей [см. (3.59)]. В данном слу-
чае требуется, чтобы граница зоны озвучения была бы удалена от
линии подвеса громкоговорителей не более чем на 10 м, так как
там будут находиться слушатели. Найдем уровень поля на этом
расстоянии от зубчатой стены. Угол подвеса звуковых колонок на
стене по отношению к горизонтали a0 = arctg (17/80) = 12°. Угол
между направлением на точку, отстоящую на 10 от стены, с горизон-
талью a=arctg (17/10) =59,5°. Поэтому угол между осью громко-
говорителя и направлением на вышеуказанную точку 0=59,5—12=
= 47,5°.
Следовательно, cos 47,5°=0,676, откуда соответственно (2.67)
уровень в этих точках
L . + м _ мдВ
10 [(102+ 172)(1 —0,9842-0,6762)]1/2
Чтобы несколько повысить этот уровень, можно снизить высоту под-
веса до 14 м. Угол подвеса будет равен 9,9°, угол с направлением на
точку 54,5° и угол излучения 45,6°, cos 45,5°=0,7. Откуда уровень
L=93,8 дБ. Получили незначительное повышение. Но, учитывая, что
задние места трибун находятся на высоте 4 м над землей, уровень
на задних рядах трибун будет выше, чем на высоте 1 м. Можно
показать, что он будет не ниже 95 дБ.
Проведем подобные расчеты для второй цепочки. Оптимальная
высота подвеса была определена равной 7,35 м. Ее не следует ме-
нять, так как слушатели находятся вплотную к зданию. Определим
уровень на линии, отстоящей на 40 м от здания, на оси громкого-
ворителей.
Этот уровень (2.68)
9.902 Н___О Q12\1/2
L = 10 1g р* + 94 = 10 1g-------1-------------+ 94 = 94,1 дБ.
10(402 + 7,352)1/2
191
Он выше уровня от первой цепочки на 1 дБ. Для баланса его сле-
дует снизить на 1 дБ путем снижения подводимого к громкогово-
рителям напряжения на 12 %. Итак, минимальный уровень будет
равен 95 дБ, а максимальный (с учетом неравномерности 3 дБ) —
98 дБ. Во вторую цепочку необходимо включить линию задержки
для компенсации запаздывания звука от первой цепочки. Разница
Гоомногоборители.
Рис. 4.7. К расчету звукофикации большой площади:
а) показ расчетных точек на поперечной оси площади; б) показ
расположения громкоговорителей относительно микрофонов
Определим уровни на расстоянии ±10 м от линии стыка осей
цепочек для проверки на возможность появления эха при высоте
подвеса 14 м. Угол между акустической осью громкоговорителей
основной цепочки и направлением на линию, отстоящую от линии
•стыка осей на 10 м ближе к этой цепочке (1.61), см. рис. 4.7,а:
Л 1 — 10-80/(802 4- 142)
0 = arccos--------------------------:------Г/о" = ,09°.
[1 + (10® — 2-80-10)/(8024- 142)]1/2
Аналогично для точки на 10 м дальше от линии стыка осей имеем
угол
Л 1 + 10-80/(802 + 142)
9 = arccos---------------------------------гпг = 1 37°
[1±(102 — 2-80-10)/(802 + 142)]1/2
Для второй цепочки соответственно имеем значения углов: 3,4 и
2,06°. Расстояния от громкоговорителей до соответствующих точек
будут: для первой цепочки п= [(80—10)2±142]1/2=71,4 м и г2=
==[(80±10)2±142]1/2=91,1 м, а для второй цепочки соответственно
192
50,5 и 30,9 м. Расстояния от громкоговорителей до линии стыка 80,6
и 40,7 м. Подставляя эти данные в (2.7) и (2.9), находим изменение
уровней при отклонении от линии стыка на Юм.
Для первой цепочки
AL=101g [вО^.ОДЗЗг^/ЭЩ!—0,9842cos21,09°) V2]=0,5 дБ и
AL=10 1g [вО.б О^Зг1/2^!^(1—0,9842cos2 1,32°)1/2]=0,51 дБ.
Для второй цепочки аналогично
AL=10 lg [40,7«0,0321/2/з0,9(1—0,9842 cos2 З^0)1/2] = 1 дБ и
AL=101g [40,7 -0,032V2/50,5(1^0,9842 cos2 2,06°) 1/2] = 1 дБ.
Следовательно, уровни от обеих цепочек и ближе и дальше от линии
стыка на 10 м отличаются только на 1,5 дБ при разности хода на
20 м, т. е. с задержкой т=20/340« 0,059 с, что находится на пределе
заметности эха (см. рис. 1.3).
Проделаем те же расчеты для отклонения в +20 м. Разность
углов для первой цепочки — 3,17 и 1,06°, а для второй — 3,4 и 9,8°,
а расстояния соответственно 61,6 и 101 м для первой, 60,4 и 21,3 м
для второй цепочки. Для первой цепочки находим изменение уровней
при отклонении от стыка на 20 м:
AL=101g [80,6^,032^/101 (l.-0,9842 cos2 1,06)1/2] = 1 дБ;
AL=101g [80,6-0,032I^/61»6(l—0,9842 cos2 3,17е)1/2] = 1,1 дБ;
AL = 101g [40,7-0,032«/2/21,3(1—0.9842 cos2 9>8О) 1/2] = 1,5 дБ;
AL=101g [40,7-О^Зг^/бОД (1—0,9842 cos2 3,4°) V2] = 1,9 дБ.
Получилась разница уровней для приближения к заданию от
етыка на 20 м в 2,5 дБ, а к трибуне — 3 дБ при разности хода
40 м и, следовательно, при запаздывании на 0,118 м, что соответ-
ствует границе начала снижения разборчивости речи из-за эха. Мож-
но показать путем дальнейшего расчета, что при отклонении на
+30 м разность уровней не более 5 дБ, а запаздывание 176 мс,
т< е. наблюдается заметная помеха эха. К этому следует добавить,
что звук от первой цепочки, отраженный от стены здания, будет
вносить помехи почти так же, как и без второй цепочки. Вблизи
здания и недалеко от трибун эти помехи уменьшаются. Таким обра-
зом, подобная система озвучения не дает хорошего эффекта
из-за эха.
Полное устранение эха или ослабление его до немешающего зна-
чения возможно только при озвучении одной цепочкой, расположен-
ной на стене сзади трибун, при условии покрытия поглощающим
материалом стены противоположного здания на высоту 14 м (напри-
мер, путем использования акустической штукатурки, которая не
портит вида здания и стоит недорого). Поглощение должно снижать
уровень, по крайней мере на 10—15 дБ, т. е. коэффициент погло-
щения должен быть в среднем не менее 0,3, что вполне осуществимо
с помощью штукатурки из АЦП (асбоцементных плит). В этом
случае уровень отраженного звука вблизи трибун на 20 дБ ниже
прямого звука, а это гарантирует только заметность эха, необходи-
мую для «оживления» звука на большой площади.
Можно оставить цепочку на стене без изменений. Тогда уровень
поля будет минимальным у здания и равен 91 дБ, а максимальное
значение — около 95 дБ. Чтобы повысить уровень на 4 дБ, необхо-
13—190 193
димо применить ограничитель уровня с повышением среднего уровня
на 4 дБ.
Для уменьшения неравномерности озвучения необходимо ориен-
тировать оси громкоговорителей на удаленную точку, т. е. на стену
здания на высоту 1,5 м. В точке упора оси громкоговорителей уро-
вень (2.68) £=10 1g [2-402-0,0441/2/10 (1202-]-142) ] V*-{-94=91,4 дБ.
Определим уровень на середине площади, для этого найдем угол
между осью громкоговорителя и направлением на точку, лежащую
на продольной оси площади. Угол между осью громкоговорителя и
вертикалью a0=arctg (14/120) = 13,1°, а между направлением на
точку, лежащую на продольной оси площади, и вертикалью а=
= arctg (14/60)=6,65°, поэтому угол направленности громкоговори-
теля 0 = 13,1—6,65=6,45°, cos 6,45°=0,994. Исходя из этих данных,
получаем уровень на продольной оси площади £= 101g [2-402Х
X (0,044-0,032)1/2/10. (6024-142)]1/2(1^0,9842«0,9442)1/2+94 = 93,7 дБ.
Получили несколько меньшее значение уровня, чем заданное.
Используем те же звуковые колонки, но поставим их друг на
друга. Тогда эксцентриситеты ег=0,91, ев=(3-|-0,9842) */2/2=0,996,
а (1—вв2) =0,008. Следовательно, оптимальная высота подвеса hr==>
= 120 [0,008/(2-0,9962—1)]1/2=10,6 м. По архитектурным требованиям
повышаем высоту подвеса до 14 м, вследствие чего несколько сни-
зится уровень на гостевых трибунах (далее это будет проверено),
Находим уровень в удаленной точке (2.68)
Lmin = Ю lg [2.40.0,172V2/10(1202-}-142)]i/2-J-94=94,4 дБ.
Для задних мест гостевых трибун расстояние от громкоговори-
телей при Лс=3 м г=[(14—3)24-Ю2]1/2= 14,9 м, угол между осью
громкоговорителя и направлением на задние места гостевых трибун
47,7—6,7=41° и cos41°=0,75, так как 47,7°=arctg (11/10) и поэто-
му уровень £=101g[2-402-0,0081/2.0. 14,9(1—0,9962• 0,75)] -Ь
4-94=94,8 дБ.
Точка максимального уровня (2.28) или (3.37)
хт аX=0,992 • 120/ (14-0,008 • 1202/142) =75 м.
Неравномерность озвучения в основной зоне (2.30)
A£ocH=51g (14-0,008-1202/142)=1 дБ.
Следовательно, максимальный уровень 94,44-1=95,4 дБ. Уровень на
всей площади получился ^95 дБ.
Назад эти колонки излучают на 14 дБ меньше, чем по осн
(/?=0,05), поэтому уровень на расстоянии 20 м сзади стены
L = 101g
2-40а-0,05-0,172*12
10-20
94 = 89,6 дБ.
Чтобы не мешать учреждениям, находящимся сзади стены, следует
экранировать колонки сзади путем установки щитов.
При звукоусилении речевых передач с трибуны на микрофон
воздействуют только по пять громкоговорителей с каждой стороны,
так как средние громкоговорители заэкранированы трибуной. Для
упрощения расчета будет считать (это было проведено на практике),
что все 10 громкоговорителей сконцентрированы на стене на рас-
стоянии 60 м от оси площади. Их суммарное звуковое давление
в расчете на 1 м рСум=40-101/2=127 Па, так как складываются не
194
давления, а мощности. Угол между осью громкоговорителя и на-
правлением на микрофон равен (см. рис. 4.7,6) 67,4° в горизонталь-
ной плоскости, потому что микрофон примерно находится на высоте
6 м от поверхности озвучивания. Квадрат радиус-вектора направ-
ленности (2.9) 7?2(67,4°) =0,172/(1—ев2 cos2 67,4°) =0,202, следова-
тельно, уровень у микрофона
L=10 lg [ 1272«0,202/(60/sin267,4°)2]-|-94=93 дБ.
Выбираем суперкардиоидные микрофоны МДО-1, они смонтиро-
ваны в виде линейки из пяти микрофонов длиной 40 см. Направлен-
ность такого микрофона под углом —67,4° в полосе частот 200—*
4000 Гц составляет не менее 12 дБ. Определим предельный индекс
тракта (3.69) Qnp=95—93—124-12=2 дБ. Микрофон имеет подъем
частотной характеристики 6 дБ/окт, поэтому устойчивость на низ-
ких частотах будет не ниже устойчивости на средних и высоких
частотах. Если оратор говорит на расстоянии 0,5 м (повышение на
6 дБ), то средний уровень, создаваемый им в удаленной точке, бу-
дет Lmin = 744-64-2=82 дБ, а пиковый — £пик—824-12 = 94 дБ, т. е.
при передаче речи будет использоваться почти полная мощность
громкоговорителей. Шум слушателей не будет восприниматься ми-
крофонами, так как они имеют подавление шумов с тыла более
18 дБ для одиночного микрофона, а для линейки он повышается еще
на 6 дБ. Более подробные расчеты уровней поля даны в приложе-
нии 1, где дан расчет звуковых полей для большой площади.
Итак, для данного варианта требуется 18 сдвоенных звуковых
колонок типа 100K3-13. Следовательно, требуется общая мощность
не менее р=2« 100* 18=3600 Вт. Следует иметь без учета резерва
усилитель на 5 кВт.
Расчет разборчивости речи необходимо провести при двух усло-
виях использования площади: для демонстраций и массовых гуляний,
При прохождении демонстрации основной шум, как указывалось
в задании, — речевой до 70 дБ. Но ввиду того, что в удаленных
местах уровень высоких частот будет снижен из-за затухания в воз-
духе, то следует ввести поправку на разность уровней речи и шума.
Из рис. 1.13,а и б для влажности 60 % и температуре 20°С на ча-
стоте 6000 Гц затухание составляет 6-|-8=14 дБ/км, что для 120 м
дает 1,7 дБ. Этой величиной можно пренебречь. Следовательно, пре-
вышение пиковых уровней речи над шумами равно 25 дБ, а уровень
ощущения 13 дБ. Для такого уровня ощущения коэффициент раз-
борчивости (см. рис. 1.11 и табл. 3.3) равен 0,63 и понятность будет
отличная.
При массовых гуляниях уровень шумов может достигать 74 дБ
(см. рис. 1.15, шумы на Дворцовой площади в Ленинграде) и их
спектр отличается от речевого. В табл. 3.5,6 приведены спектраль-
ные уровни на 1 м в октавных полосах для общего среднего уровня
71 дБ, а для пикового будет 83 дБ. В данном случае пиковые уровни
достигают 95 дБ, следовательно, спектральные уровни следует по-
высить на 12 дБ. Приводим повышенные на 12 дБ спектральные
уровни речи и там же даем спектральные уровни акустических шу-
мов из рис. 1.15 (кривая 4). В табл. 4.1 приведены уровни ощуще-
ния как разность этих спектральных уровней и соответствующие им
коэффициенты разборчивости.
Как видим из этих данных, уровень ощущения речи резко па-
дает к высоким частотам. Следует использовать для этого речевой
микрофон с подъемом к высоким частотам 6 дБ/окт. При такой
13* 195
Таблица 4.1
Данные для расчета разборчивости
вр, ОБ 57,5 58,5 45 37,5 30,5 27,5
Вш, дБ 35 40 42 36 32 30
£, дБ 22,5 18,5 3 1,5 —1,5 —2,5
wt отн. ед. 0,91 0,82 0,30 0,25 0,15 0,12
коррекции спектра речи будем иметь уровень ощущения и соответ-
ственно коэффициент разборчивости, приведенный ниже:
Е, дБ 22,5 24,5 15 19,5 22,5 21,5
w, отн. ед. 0,91 0,94 0,70 0,84 0,91 0,89
Примечание. На последней частоте коррекцию не де-
лают.
При таких превышениях речи над шумами следовало бы учесть
помехи от самомаскировки речи, что несколько снизило бы уровни
ощущения и коэффициенты разборчивости. Но во всяком случае он
остался бы довольно большим. Это обеспечивает отличную понят-
ность речи.
Однако столь высокая разборчивость речи получилась вследствие
того, что не учитывались взаимные помехи громкоговорителей. Эти
помехи могут быть довольно значительными, так как разность хода
звуковых волн от далеко отстоящих друг от друга громкоговори-
телей может превышать 20 м, а разность уровней их может быть
близкой друг к другу. Типичного эха здесь не наблюдается, а про-
слушиваются отголоски реверберационного характера. Все же они
снижают разборчивость речи и притом заметно ухудшают качество
звучания. Этот эффект будет рассмотрен в приложении 1.
4.4. ЗВУКОУСИЛЕНИЕ НА БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
С ДВИЖУЩЕЙСЯ АВТОМАШИНЫ
Задание: Рассчитать звукоусиление для большой пло-
щади, данные которой приведены в § 4.3. По этой площади дви-
гается автомашина, снабженная радиомикрофоном с мощной уси-
лительной установкой, обслуживающей громкоговорители, находя-
щиеся на зубчатой стене.
Все отличие этой системы от предыдущей заключается в том,
что возможна значительная обратная акустическая связь от действия
громкоговорителей на микрофон, находящийся на автомашине. При-
менение обычных направленных микрофонов типа МДО-1 не обеспе-
чивает устойчивой работы системы: возникает генерация, если уве-
личивать индекс тракта до таких значений, которые необходимы для
создания уровней звукового давления, требующихся для получения
хорошей разборчивости. Оказалось, что этому требованию удовлет-
воряют только такие остронаправленные микрофоны, как ДЭМШ в
196
трубчатый микрофон. Микрофон ДЭМШ должен крепиться на го-
лове говорящего около рта и тем самым связывать говорящего
в движении. Трубчатые микрофоны позволяют говорящему свободно
перемещаться, даже до выхода из машины. Именно поэтому они
стали широко применяться для подобных целей. Эти микрофоны
устанавливаются вертикально и поэтому слабо воспринимают звук,
идущий сбоку независимо от ориентировки машины на площади
(характеристика направленности такого микрофона дана на рис. 1.21
и из нее следует, что сбоку он подавляет шумы на 20 дБ). Труб-
чатый микрофон имеет частотную характеристику с подъемом
6 дБ/окт, подавление звука, приходящего к нему под углом около
90°, составляет около 20 дБ в широком диапазоне частот. Некоторое
уменьшение направленности на низких частотах компенсируется сни-
жением его чувствительности на этих частотах.
В данном случае уровень у микрофона равен 95 дБ и в уда-
ленной точке тоже 95 дБ. Предельный индекс тракта (3.46) Qnp =
= 95—95—1-20—12=8 дБ. Если от оратора до микрофона расстояние
1 м, то средний уровень, развиваемый оратором даже без форси-
рования голоса, составляет 74 дБ. Для индекса тракта 8 дБ сред-
ний уровень на площади будет составлять 82 дБ, а пиковый 94 дБ,
т. е. на 1 дБ меньше расчетного. А при небольшом форсировании
голоса, что обычно и наблюдается, возникает перегрузка громкого-
ворителей. Таким образом, нет необходимости работать на предель-
ном индексе и можно его снизить для получения запаса устойчиво-
сти работы тракта.
4.5. ЗВУКОУСИЛЕНИЕ РЕЧИ НА НЕБОЛЬШОЙ
ПЛОЩАДИ
Задание. Длина прямоугольной площади 100 м, шири-
на 60 м. Трибуна на высоте 3 м, позади трибуны (на расстоянии
5 м) высокое здание (30 м). В противоположной от трибуны сторо-
не здание низкое, а с боковых сторон — высокие. Сбоку от основной
трибуны располагаются гостевые трибуны (рис. 4.8). Во время ми-
тингов уровень шума достигает 70 дБ (разговоры). Задаемся макси-
мальным уровнем речи не менее 86 дБ в наихудшей точке. Выби-
раем сосредоточенную систему с громкоговорителями 100ГРД-13
(pi=48 Па, ев=0,943; ег=0,77). Можно расположить громкогово-
рители двумя способами: на крыше и на стене здания. Рассмотрим
первый вариант. Громкоговорители располагаем так, чтобы экрани-
ровать микрофон (см. рис. 4.8,а): линия от центра громкоговорите-
лей, идущая вниз касательно к краю крыши, должна быть выше
микрофона, примерно на 5 м.
В этом случае неозвучиваемая зона находится на расстоянии
5 м впереди трибуны. Эта зона будет озвучиваться непосредственно
голосом оратора. Гостевые трибуны вдоль здания должны озвучи-
ваться небольшими громкоговорителями, расположенными на этих
трибунах.
Рассчитаем поле от одного громкоговорителя. Громкоговоритель
возьмем сдвоенный по ширине, т. е. с квадратным выходным сече-
нием (четыре одиночных громкоговорителя по 50 Вт, Pi=96 Па).
В этом случае ев=ег=0,943 и 1—е2=0,111. Громкоговорители рас-
положим симметрично относительно трибуны по обе ее стороны на
197
198
расстоянии 15 м от середины ее. Ось громкоговорителя направ-
ляем в дальний конец площади (на высоте 1,5 м). Так как высота
центра выходного отверстия громкоговорителя находится на высоте
30 м над озвучиваемой поверхностью, то угол наклона оси к го-
ризонту ao=arctg (30/100) = 16,7°; sin 16,7°=0,287; cos 16,7°=0,958.
Для расчета возьмем точки с координатами х=15; 30; 50; 100 при
у=0; 15; 30; 45; ftr=30.
Находим координаты и и да:
и= 15-0,8584-30-0,287=22,98; да=15-0,287—30-0,958=24,43;
«=30-0,9584-30-0,287 =36,35; да=30-0,287—30-0,958=—20,13;
и=50 -0,9584-30 •0,287=56,51; да=50 • 0,287—30 -0,958=—14,39;
«=100-0,9584-30-0,287=104,41; да=100-0,287—30-0,958=0.
Находим величины ы2-|—да2/0,111 для всех х:
х=15 м, а1=22,982-|-24,432/0,111 = 5904,9;
х=30 м, а2 = 37,3524-20,132/0,111=5045,6;
х=50 м, а3= 56,5124-14,392/0,111=5058,9;
х= 100 м, а<=104,412-|-0= 10901.
Находим уровни для всех точек:
£,=201g [96-22,98/(5904,9+0)]-|-94=85,4 дБ;
L2=201g [96-22,98/(5904,9-|-152/0,111)]+94=82,9 дБ;
£з=201g [96-22,98/(5904,9-J-302/0,111)]+94=77,9 дБ;
Ц=201g [96 • 22,98/ (5904,9+452/0, 111)] +94=73,2 дБ;
7-5=20 1g [96-37,35/(5045,6+0)1+94 = 89,7 дБ;
£в=201g [96-37,35/(5045,б+152/0,111)]+94=88,1 дБ;
7-7=201g [96-37,35/(5045,6-|-302/0,111)]4-94=82,7 дБ;
7-8=201g [96-37,35/(5045,6-Н52/0,111)]+94 =77,7 дБ;
L9=201g [96-56,51/(5058,9+0)1+94 = 94,6 дБ;
7-19=201g [96-56,51/(5058,9+152/0,111)]+94=92,0 дБ;
7.ц=201g [96-56,51/(5058,9+302/0,111)]+94=86,3 дБ;
£12=201g [96-56,51/(5058,94-452/0,111)]+94=83,3 дБ;
£13=201g [96-104,41/(10 901-|-0) 1+94=93,3 дБ;
£н=201g [96-104,41/(10 901+152/0,111)1+94=91,8 дБ;
£13=201g [96-104,41/(10 901+302/0,111)14-94=88,4 дБ;
£ie=201g [96-104,41/(10901+452/0,111)]+94=84,7 дБ.
Суммируя уровни от обоих громкоговорителей, получаем уровни на
средней линии площади для
х=15 м, £ц=82,9+3= 85,9 дБ;
х=30 м, £12=88,1+3=91,1 дБ;
х=50 м, £13=92+3=95 дБ;
х=100 м, £14=91,8+3=94,8 дБ;
«—Рис. 4.8. План и разрез небольшой площади:
а) расположение громкоговорителей на крыше; б) расположение
громкоговорителей на стене (числа у контрольных точек означают
уровень в децибелах)
199
на оси громкоговорителей для
х=15 м, £21 = 85,4 (+) 77,9=85,44-0,7=86,1 дБ;
х=30 м, £22=89,7 (4-) 82,7=89,74-0,8=90,5 дБ;
х=50 м, £2з= 94,6 (4~) 86,3 = 94,6-f-0,6=95,2 дБ;
х=100 м, £24=93,3 (4-)88,4=93,34-1,2=94,5 дБ;
на боковом краю площади для:
*=15 м, £з1=82,9(4-)=82,9 дБ;
*=30 м, £3^=88,1 (4-) 77,7=88,14-0,4=88:6 дБ;
*=50 м, £33=92(4-) 83,3=924-0,5=92,5 дБ;
х=100 м, £з4=91,8 (4-) 84,7=91,84-0,8=92,6 дБ.
Максимальный уровень равен 95,2 дБ, минимальный — 82,9 дБ.
Неравномерность по всей площади— 11,9 дБ. Если учесть, что около
стен домов (на краю площади) будут отражения, то уровень может
повыситься на 3 дБ, поэтому минимальный уровень равен 85,9 дБ
и неравномерность снизится до 9,3 дБ. У трибуны будет достаточ-
ный уровень непосредственно от оратора и только на краю площади
(в одной точке) минимальный уровень составит 85,9 дБ. Эта точка
будет озвучена громкоговорителями гостевых трибун. Получилась
неравномерность выше нормы на 1,3 дБ для одной точки. Можно
допустить такую неравномерность, так как уменьшение ее возможно
только при снижении высоты подвеса громкоговорителей, что рас-
сматривается во втором варианте.
Проверка на эхо показывает, что оно возможно только на краю
площади на линии 15 м от стены. В этой точке запаздывание
А/= [(3024-4524-152)1/2— (3024-152+52)72]/340=58 мс,
а перепад уровней А£=82,9—73,2=9,7 дБ. Следовательно, эхо иног-
да будет слышимым.
Проверим систему на возможность ее самовозбуждения. Так
как громкоговорители заэкранированы выступом крыши, а диффрак-
ционные звуковые волны будут ослаблены из-за нахождения микро-
фона далеко от линии прямого звука (5 м), то обратная связь будет
далека от критического значения. Определим уровень звука у мик-
рофона при условии попадания на него прямого звука. Координаты
микрофона имеют следующие значения: х=10, #=15 и 7гг=25 м,
тогда
и= 10 • 0,9584-25 •0,287 = 16,76;
ш= 10-0,287—25-0,958=21,08 м.
Следовательно, уровень звука у микрофона от обоих громкого-
ворителей
96-1,41-16,76
£ = 201g---------------1!------------------+ 94 = 85,1 дБ.
g (16,762 + 21,082/0,111 + 152/0,111)
Угол прихода звуковых волн от громкоговорителя по отношению
к оси микрофона a=arctg [ (252—152) 1/2/10]=71,1°. Для кардиоидной
направленности
2? (71,1°) = (1+cos 71,1)2/2=0,66, что соответствует 3,6 дБ.
Отсюда предельное значение индекса тракта
Qnp = 94>5—85,14-3,6—12= 1 дБ,
т. е. имеется большой запас по усилению.
200
Поскольку минимальный уровень равен 85,9, а для шумов 70 дБ
следовало бы для получения хорошей разборчивости брать уровень
речи не менее 90 дБ, то необходимо предусмотреть применение огра-
ничителя уровня на 5—10 дБ, тем более что запас по усилению не
менее И—13 дБ.
Рассматриваемый вариант звукоусиления имеет только один не-
достаток — малые уровни в ближних углах площади. Если применить
дополнительное озвучение гостевых трибун, то можно обеспечить и
эти точки достаточным уровнем звучания. Гостевые трибуны нахо-
дятся в звуковой тени основных громкоговорителей (иначе от них
будет эхо). Для озвучивания их можно применить два рупорных
громкоговорителя 10ГРД-9, расположенных у передних углов госте-
вых трибун (см. рис. 4.8,6) с направлением вниз на задние углы
этих трибун. При ширине гостевых трибун около 25 м и глубине
5 м уровень звука в дальнем углу 1=201g (12/25)4-94=87,3 дБ.
При высоте установки громкоговорителя над головами слушателей
5,5 м (общая высота 7 м) неравномерность озвучения
AL=201g {0,5 [1+( 14-0,407-252/5-52) М2] }=6,2 дБ.
Неозвучиваемая зона под громкоговорителем будет иметь ширину
(3.41)
_ 0,772-25________
Х1~ 1 +0,407-252/5,52~ ’
Эта зона находится в пределах 54-1,58=6,58 м от середины трибу-
ны и поэтому будет озвучена непосредственно оратором.
Рассмотрим второй вариант озвучения площади (рис. 4.8,6). Для
этого те же громкоговорители расположим на стене здания с тем же
расстоянием между ними. Исходя из неравномерности 6 дБ, высота
подвеса громкоговорителей должна быть [см. (2.40а)] для 6 дБ
/zr= 100 (0,111/8) V2 «= 11,7 м над головами слушателей округляем ее
до 11,5 м. Заметим, что минимально допустимая высота подвеса из
расчета минимального угла подвеса в 5° будет около 9 м, поэтому
затухание звука вдоль публики небольшое.
Определим ширину неозвучиваемой зоны под громкоговорите-
лями (2.416)
0,9432.100
=----------------------= 9,47 м,
1 1 4-0,111.1002/11,72
т. е. зона охватит гостевые трибуны, для которых должно быть
отдельное озвучение, как и в предыдущем варианте. Только в этом
варианте Лг=11,5 м. Угол подвеса громкоговорителей а0=
=arctg (11,5/100) =6,56°, sin 6,56°=0,114; cos 6,56°=0,993. Коорди-
наты и и w следующие:
«=15-0,9934-11,5.0,114=16,21; су = 15-0,114—11,5-0,993=—9,71;
«=30.0,9934-11,5.0,114=31,10; ^=30-0,114—11,5-0,993=—8,00;
«=50.0,9934-11,5-0,114=50,96; су=50-0,114—11,5-0,993 5,72;
«=100.0,993+11,5.0,114=100,61; су=100-0,1 14—11,5-0,993=0.
Находим величины «2+а>2/0,111:
х=15 м; а1=16,212+9,712/0,111 = 1112,2;
х=30 м; а2=31,12+82/0,111=1543,8;
х=50 м; «3=50,962+5,722/0,111=2791,7;
х=100 м; а4=100,6124-0=10122,4.
201
Находим уровни для всех точек:
£i=201g [96-16,21/(1112,24-0)14-94=96,9 дБ;
£2=20 1g [96-16,21/(1112,24-152/0,111)14-94=87,9 дБ;
/.з=201g [96-16,21 /(1112,2-4-302/0,111)14-94=78,5;
£4=201g [96-16,21/(1112,24-452/0,111)14-94=72,1 дБ;
7.5=20 lg [96-31,1/(1543,84-0)14-94=99,7 дБ;
£6=20 lg [96 • 31,1 / (1543,84-152/0,111) ] -|-94=92,4;
£7=201g[96 • 31,1 /(1543,8-1-302/0,111)] 4-94=83,8 дБ;
7.8=201g [96-31,1/(1543,84-452/0,lll)]4-94=77,6 дБ;
£e=201g [96-50,96/(2891,74-0)]-|-94 = 95,6 дБ;
7.10=201g [96-50,96/(2891,74-152/0,111)14-94=94,0 дБ;
£n=201g [96-50,96/(2891,74-302/0,111)14-94=87,0;
7.12=20lg[96-50,96/(2891,7-|-452/0,111)]4-94=81,3 дБ;
Li3=201g [96-100,61/(10 122,44-0)14-94=93,6 дБ;
7.14=201g [96-100,61/(10 122,44-152/0,lll)]4-94=92,0;
7.15=201g [96-100,61/(10 122,44-302/0,111)14-94= 88,5 дБ;
Lie=201g [96 -100,61/(10 122,44-452/0, 111)]4-94=85,5 дБ.
Суммируя уровни от обоих громкоговорителей на средней линии
площади, получаем для:
15 м £ц = 87,94-3=90,9 дБ;
30 м £12=92,44-3=94,4 дБ;
50 м £13=944-3=97 дБ;
100 м £и=92-|-3=95 дБ.
На оси громкоговорителей для:
15 м £21=96,9 (4-) 78,5=96,9 дБ;
30 м £22=99,7 (-(-) 83,8=99,7 дБ;
50 м £23=95,6(4-)87=95,64-0,5=96,1 дБ;
100 м £24= 93,6(4-)88,5= 93,64-1,2=94,8 дБ.
На краю площади с учетом отражений от стен для 15 м £з1=87,9-|-
-|-3=90,9 (от другого громкоговорителя не учитываем из-за боль-
шого запаздывания: 73 мс при перепаде уровней 15,8 дБ), для 30 м
уровень £32=92,4-|-3=95,4 дБ (второй громкоговоритель тоже не
учитываем), для 50 м £зз=94(-|-)81,3-|-3 = 944-0,34-3=97,3 дБ и для
100 м £з4=92 (4-) 85,5-1-3=924-0,94-3=95,9 дБ.
Наибольший уровень получился на оси громкоговорителей на
расстоянии 15 м от стены (99,7 дБ), наименьший — против трибуны
на расстоянии 5 м от нее (90,9 дБ).
Если исключить последнюю точку, так как она озвучивается не-
посредственно оратором, и точку в ближнем углу площади (ее
озвучиваем громкоговорителем для гостевых трибун), то минималь-
ный уровень получился равным 95 дБ. Таким образом, неравномер-
ность 99,7—95=4,7 дБ. Можно уменьшить и эту неравномерность,
202
если поднять громкоговорители на высоту 15 м. При этом на 1,5 дБ
уменьшится только максимальный уровень.
В отличие от предыдущего варианта эта система не требует при-
менения ограничителей уровня, так как развивает уровни, достаточ-
ные для превышения над шумами (25 дБ). Эхо нигде не прослуши-
вается.
Определим предельный индекс тракта, для чего найдем уровень
звука у микрофона. Координаты микрофона х=10, #=15 и Лг=
= 6,5 м, тогда
и = 10 •0,993+6,5 -0,114=10,56; w= 10 • 0,114—6,5 • 0,993=—5,31.
Следовательно, уровень у микрофона от обоих громкоговори-
телей
LM=201g [96-1,41.10,56/(10,564-5,312/0,Ш+152/0,111)]+94=
=89,5 дБ.
Предельный индекс тракта Qnp = 95—89,5+1,5—12=—5 дБ, так как
направленность микрофона под углом O=arctg (15,6,52+152)1/2 = 47,5°
R(47,5°) = (l+cos 47,5)/2=0,838, или —1,5 дБ.
Следовательно, имеем запас по усилению около 7 дБ.
Эта система по всем показателям превосходит предыдущую. Ее
недостаток в том, что громкоговорители должны размещаться на
стене здания, что может нарушить архитектуру здания.
В отношении разборчивости речи можно сказать, что вследствие
большого превышения уровня речи над уровнем шумов (20—25 дБ)
следует ожидать отличную разборчивость.
4.6. ОЗВУЧЕНИЕ И ЗВУКОУСИЛЕНИЕ
НА БОЛЬШОМ СТАДИОНЕ
Задание. Озвучить стадион на 100 тысяч человек. Чаша
стадиона (см. рис. 4.9) внизу плоская овальной формы с размерами
150X110 м, вокруг нее расположен амфитеатр с местами для зри-
телей. Ширина этой зоны равна 100 м, высота для задних рядов —
40 м, поэтому общая ширина чаши стадиона составляет 310 м,
а длина 350 м, периметр чаши по внешнему краю — 1050 м. Рас-
смотрим два варианта расположения громкоговорителей: по внешне-
му краю чаши и по внутреннему краю беговой дорожки, т. е. на
расстоянии 10 м от барьера амфитеатра к центру.
Рассмотрим первый вариант. Расположим 60 громкоговорите-
лей по внешнему краю с расстояниями между ними 1050/60=17,5 м.
При таком условии не будут создаваться помехи от соседних гром-
коговорителей, так как разность хода от двух соседних громкого-
ворителей к любой точке слушателей меньше 17 м. Но оказывается,
что цепочка громкоговорителей, расположенных по окружности, соз-
дает сходящуюся по направлению к центру стадиона волну, вслед-
ствие чего наблюдается концентрация энергии в центре стадиона.
За центром стадиона она будет расходящейся. Расчет такой волны
сложен. Поэтому будем считать, что действующими цепочками явля-
ются две прямолинейные бесконечные цепочки, находящиеся на про-
тивоположных сторонах стадиона.
Вследствие значительной направленности громкоговорителей это
оправдывается на практике. В таком случае разность уровней опре-
деляется отношением расстояний от цепочек, как для цилиндриче-
203
ской волны, т. е. для точек у барьера амфитеатра разность уровней
ДЛ= 10 1g (210/100) по ширине стадиона и Д£= 101g (250/100) по
его длине, или 3,2 дБ и 4 дБ при запаздывании Д/=Дг/340, равном
соответственно 0,32 с и 0,44 с. Согласно рис. 1.3, наблюдается сни-
жение разборчивости речи. Такая система пригодна только для пе-
редачи несложной информации (например, объявлений).
Рассмотрим второй вариант. Для линейных цепочек (см. § 3.3)
можно брать расстояние между соседними громкоговорителями до
30—40 м даже для радиальных громкоговорителей, а для направлен-
ных— тем более. Следовательно, можно обойтись 12 громкоговори-
телями, расположенными по периметру овала, находящегося на рас-
стоянии 10 м от барьера к центру стадиона. Длина этого периметра
составляет около 360 м. Получим 12 секторных зон.
Рис. 4.9. План и разрез большого стадиона. Расположение гром-
коговорителей для зональной системы озвучения с показом уров-
ней в контрольных точках
По заданию требуется обеспечить предельно допустимую раз-
борчивость при самых высоких уровнях речевых шумов на стадионе
(77 дБ). Граница предельно допустимой разборчивости (5=25%)
соответствует формантной разборчивости 0,15 (см. табл. 1.3 и 3.4).
С некоторым запасом коэффициент разборчивости должен быть не
менее 0,2 (считая, что ряд полос передается с меньшим перекрытием
шума). Для такого коэффициента разборчивости следует иметь уро-
вень ощущения, равный 0 (см. табл. 3.3). Таким образом, громкого-
ворители должны создавать пиковый уровень не менее 78-|-12=
204
=90 дБ. Такой уровень должен быть на максимальном расстоянии
от громкоговорителя, в точке на высоте 40 и расстоянии 110 м, т. е.
на расстоянии r= (1 ОО2—|-402)1/2—10=117 м. Значению 90 дБ соот-
ветствует звуковое давление 0,63 Па, поэтому громкоговоритель дол-
жен создавать на расстоянии 1 м от него звуковое давление р*=
=0,63/117=73,7 Па. Возьмем сдвоенный по высоте громкоговори-
тель 50ГРД-9, который по оси дает на расстоянии 1 м от центра
звуковое давление р=33,5X2=67 Па. Это близко к требуемому зна-
чению (на 0,8 дБ меньше). Учитывая действие соседних громкогово-
рителей, получим требуемый уровень. Эксцентриситет характеристи-
ки направленности одиночного 50ГРД-9 в вертикальной плоскости
равен 0,945, а для сдвоенного
ев= (ЗН-0,9452) V2/2=0,987.
В горизонтальной плоскости вг=0,77. Следовательно, 1—ев2=0,028
и 1—ег2=0,407.
Определим уровень на дальнем ряду амфитеатра с учетом дей-
ствия двух соседних громкоговорителей. Вычислим угол между осью
громкоговорителя и горизонталью. При высоте подвеса громкогово-
рителя, равной 1 м, угол ao=arctg 40/110=20°, поэтому sin 40°=
=0,342, cos40°=0,94. Для координат х=110; у=30; Лг=40 коорди-
наты эллипсоида
и= 110 •0,944-40 • 0,342 =117, w = 110 • 0,342—40 -0,94=0.
Звуковое давление от одного соседнего громкоговорителя
67-117
р =----------------------= 0.49 Па,
Р 1172-j-302/0,407+0
а для двух соседних громкоговорителей р=0,49V" 2 = 0,69 Па. Сум-
марное звуковое давление в удаленной точке с учетом давления от
основного громкоговорителя р=67/115=0,57 Па; р=(0,692-|-
4-0,572)1/2=0,89 Па, что соответствует уровню 92,9 дБ.
Определим уровень у барьера на оси громкоговорителя (х^=10;
1/=0; Лг=—1). Имеем координаты эллипсоида:
и = 10 • 0,944- (—1) • 0,342=9,1; w = 10 • 0,3424-1 • 0,94 = 4,36;
г=0, откуда получаем звуковое давление
9,12 4-4,362/0,028
т. е. £=92,1 дБ. Действие соседних громкоговорителей не учиты-
ваем, так как от одного соседнего громкоговорителя (для х=30)
звуковое давление
9,12 4- 4,362/0,028 + 302/0,407
для двух оно составит 0,29 Па, т. е. почти втрое меньше основного.
В точке между громкоговорителями у барьера (х=15) для двух
громкоговорителей звуковое давление
___________67-9,1-1,41____________
Р “9, р 4. 4,362/0,028 + 152/0,507 ~"0’ а’
т. е. уровень £=89,6 дБ.
205
Найдем звуковое давление в точке на внешнем краю амфитеат-
ра между громкоговорителями. Ширина секторной зоны на краю
амфитеатра 1050/12=88 м. Следовательно, координаты этой точки
г/=4 4 м, х=110 м и Лг=40 м («=117; w = Q). Поэтому звуковое
давление от двух громкоговорителей
Р =
67Л7.1,41
1172 + 442/0,407
= 0,6 Па, т. е.
уровень £=89,6 дБ.
Наконец, для точки на середине амфитеатра в вертикальной
плоскости, проходящей через ось громкоговорителя, имеем следую-
щие координаты: х=50; у—0; Лг=10 (см. рис. 4.9). Координаты
эллипсоида «=50,4 и w=7t7t откуда звуковое давление
50,4-67
р =-------------------- =0,72 Па,
г 50,42+ 7,72/0,028
а уровень £=91,2 дБ. Если учитывать только действие соседних
громкоговорителей, то неравномерность составит 4 дБ, т. е. удов-
летворяет норме. Если учесть действие всех громкоговорителей, то
неравномерность уменьшится до 3 дБ.
Проведем проверку на эхо. Наиболее вероятное появление слы-
шимого эха наблюдается у барьера на оси громкоговорителя, так как
в этой точке будет наибольшая разность хода звуковых волн.
Разность хода звуковой волны у барьера от основного и сосед-
него с ним громкоговорителя
Дг=(102+302)1/2—10=21,6 м,
что соответствует запаздыванию на 63,5 мс. Звуковое давление от
двух соседних громкоговорителей («=9,1; а;=4,36 и Лг=30)
67-9,1-1,41
р =--------------------'----------= 0,29 Па,
г 9, Р+ 4,362/0,028 + 302/0,407
т. е. уровень £=83,2 дБ, а от ближайшего громкоговорителя звуко-
вое давление
67-9,1
р =----------------=0,8 Па,
г 9,12 +4,362/0,028
£ = 92,1 дБ.
Разность уровней Д£=92,1—83,2=8,3 дБ. При таком перепаде уров-
ней и запаздывании 63,5 мс эхо будет только вблизи границы его за-
метности (см. рис. 1.3).
Данная система озвучения не рассчитана на озвучение поля ста-
диона внутри барьера. Для озвучения этой зоны следует применить
дополнительную систему. Так, если требуется озвучить только бего-
вую дорожку, то можно расположить по два громкоговорителя сбоку
основных громкоговорителей и оси этих громкоговорителей напра-
вить по беговой дорожке, т. е. 24 громкоговорителя. Громкоговори-
тели типа 10ГРД с избытком дадут требуемый уровень. Общая
электрическая мощность Р= 12Х100+24Х 10=1500 Вт. Для озвуче-
ния центра стадиона при массовых мероприятиях необходимо приме-
нение централизованной системы, одновременно озвучивающей весь
стадион. Наиболее подходящей для этого является веерная система
с расположением рупорных громкоговорителей в одной точке на
сравнительно высоком подвесе (рис. 4.10).
206
В случае массовых мероприятий передается музыка и в центре
стадиона уровень звукового давления ее не должен быть менее
90 дБ. Это соответствует в среднем звуковому давлению 0,63 Па.
Для высоты подвеса 30 м над краем стадиона (общая высота над
землей равна 70 м) расстояние от центра громкоговорителя до
центра стадиона — около 170 м. Следовательно, громкоговорители
должны давать на расстоянии 1 м давление не менее р= 170-0,63=
= 107 Па. Если применить сдвоенный громкоговоритель типа 100ГРД,
то р=96 Па. Но с таким отклонением можно согласиться, так как
оно менее 1 дБ (201g (107/96) =0,94 дБ], тем более, что уровень
немного повысится из-за действия других громкоговорителей.
Рис. 4.10. План и разрез большого стадиона при озвучении
централизованной системой с показом уровней в контрольных
точках
Прежде чем рассчитать уровни звукового поля, следует опреде-
лить как сдваивать громкоговоритель: по вертикали или по гори-
зонтали. Для этого проведем предварительный расчет уровня для
удаленной точки от громкоговорителя (на последнем ряду противо-
положного края стадиона). Сдваиваем громкоговорители по верти-
кали, центр координат х, у и z расположим на земле под громко-
говорителем, акустическую ось направим на центр стадиона. Тогда
ось громкоговорителя будет наклонена к горизонтали под углом
<Zo=*arctg (70/155) =24,3°, откуда sin 24,3°=0,41; cos 24,3°=0,91.
20Т
Для сдвоенного громкоговорителя 100ГРД эксцентриситет в вер-
тикальной плоскости ев=0,987, а 1—ев2=0,028 (см. выше). Для
точки, находящейся на противоположной стороне стадиона, х=310;
i/=0 и высота подвеса громкоговорителя над слушателем, находя-
щимся в рассматриваемой точке, Лг=70—40=30. Соответственно ко-
ординаты эллипсоида и=310 -0,91+30-0,41=294,4 и 10=310-0,41—
«--30-0,91=99,8, и=0. Следовательно, звуковое давление
96-294,4
р =--------------'------= 0,064 Па,
294,42 + 99,82/0,028
откуда уровень £=70,1 дБ. Такой уровень весьма мал для слушате-
лей, находящихся на стадионе. Поэтому сдвоим громкоговорители
по горизонтали. Для этого случая эксцентриситет по горизонтали
такой же, как и по вертикали, т. е. равен 0,945, а 1—ег2=0,107. Со-
ответственно, в удаленной точке звуковое давление
96-294,4
р =----------------------= 0,157 Па,
г 294,42 + 99,82/0,107
а уровень £=77,9 дБ. Такой уровень уже достаточен для слушателя.
Определим уровень, создаваемый этим громкоговорителем на
конце продольной оси поля стадиона. Его координаты: х=155; у=
=75 и Аг=70, что дает «= 155*0,91+70-0,41 = 169,8; w= 155-0,41—
*-70-0,91=0; у=75. Соответственно звуковое давление
96-169,8
р =-------------------= 0,2 Па,
Р 169,82 + 752/0,107
а уровень £=80 дБ, что на 10 дБ меньше заданного. Отыщем точку,
в которой уровень примерно на 6 дБ меньше заданного: это граница
зонального сектора, обслуживаемого центральным громкоговорите-
лем веерной системы. Подбором находим, что такая точка имеет
координату г/=35,6.
Для озвучения остальной части поля стадиона используем два
сдвоенных громкоговорителя, расположенных по бокам центрально-
го. Их акустические оси направим на продольную ось поля. Точку
упора осей подбираем так, чтобы уровень на стыке с центральной
зоной был примерно на 6 дБ больше, чем в центре стадиона. Такой
точкой является точка с расстоянием от центра, равным 60 м. При
таком условии уровень от обоих громкоговорителей в точке у=
= 35,6 м не менее 90 дБ. В точке упора оси в озвучиваемую по-
верхность уровень ниже, чем в центре стадиона в соответствии
с увеличением расстояния от громкоговорителя до точки упора оси.
Это расстояние (1702+б02)1/2= 180, поэтому уменьшение уровня
А£=201g (180/170)=0,5 дБ, что незначительно, тем более, что этот
уровень немного повысится из-за действия центрального громкого-
ворителя. Определим уровень в точке на конце продольной оси поля
стадиона от действия одного бокового громкоговорителя. Эта точка
отстоит от точки упора оси громкоговорителя на 15 м. Для этого
сначала найдем угол между осью громкоговорителя и продольной
осью стадиона a0=arctg 170/60=70,6°. Следовательно координата
и= 180+15 cos 70,6= 185, а координата w = 15 sin 70,6°= 14,1, откуда
звуковое давление
96-185
р = —----------------=0,49 Па,
г 1853 + 14,12/0,107
208
что соответствует L=87,8 дБ. Но в этой точке будет действовать и
третий громкоговоритель, поэтому уровень можно создать не менее*
90 дБ. Заметим, что третьи громкоговорители обслуживают только-
амфитеатр. Если направим их акустические оси на середину амфи-
театра по продольной оси, то можно заранее сказать, что там уровни
не менее 77—80 дБ. Для такого озвучения требуется мощность
=2X3X100=600 Вт. Можно создать такую систему и для обслужи-
вания всего стадиона с уровнями не менее 90 дБ, но для этого по-
требуется веерная система и в вертикальной плоскости. Мощность
для нее будет значительно больше, чем для рассмотренной выше
системы.
4.7. ЗВУКОФИКАЦИИ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ
ОТДЫХА
Задание. Рассчитать систему звукоусиления и озвучения1
прибрежной зоны отдыха, Длина озвучиваемой зоны 200 м, ширина
20 м. Назначение установки: воспроизведение различных художест-
венных программ (музыки, пения, рассказы и т. п.), записанных на
магнитную ленту и диски, и звукоусиление музыкальных и речевых
программ с местной концертной площади. Эту систему можно
использовать и для информационных передач. Всю аппаратуру при-
возят на автобусах и ее необходимо развернуть в течение короткого
промежутка времени. Передача не должна мешать разговорам отды-
хающих.
Громкоговорители.
Акустическая ось
Лес
Рис. 4.11. План и разрез прибрежной зоны отдыха при установ-
ке громкоговорителей в середине зоны
Выбираем сосредоточенную систему озвучения, так как для зо-
нальной системы требуется много времени для развертывания на
месте (необходимо устанавливать большое число громкоговорителей
на мачтах).
При выборе типа громкоговорителей возможны два варианта:
применение рупорных и звуковых колонок. Рупорные громкоговори-
тели более экономичны, чем звуковые колонки, но они не обеспечи-
вают высокое качество звучания, хотя в этих условиях обеспечение
высокого качества звучания затруднительно из-за больших расстоя-
ний и высокого шума, а также из-за ветра, часто имеющего место*
в прибрежных зонах. Поэтому сначала рассмотрим звукоусиление
с рупорными громкоговорителями. Согласно условию уровень пере-
дачи не должен быть высоким, чтобы не мешать разговорам, т. е.
не более 80 дБ, поэтому выбираем рупорные громкоговорители типа
10ГРД-5. Его данные: pi = 12 Па; е=0,77; 1—е2=0,407. Громкого-
14—190 20$
’ворители располагаем (рис. 4.11) в середине зоны и направляем их
оси в дальние концы площадки. Заранее можно сказать, что под
«громкоговорителями будет зона пониженного уровня и ее придется
-озвучивать дополнительно.
В удаленной точке приближенное значение уровня
L=201g (12/100) +94=75,6 дБ.
Задаваясь неравномерностью 4 дБ, получим максимальный уровень
^немного ниже 80 дБ. Для такой неравномерности высота подвеса
громкоговорителей над землей (2.40а)
________________100________________
ft= {[(2-104/2°— 1)а — 1]/(1 — 0,772)}1/2 =33,1 Мф
Это очень высокий подвес. Можно увеличить неравномерность до
6 дБ, тогда высота подвеса составит 22,6 м. Это один выход. Но
можно взять более направленный громкоговоритель в вертикальной
плоскости.
Возьмем громкоговорители типа 25ГРД-Ш-2, у которых в вер-
тикальной плоскости направленность выше, чем у громкоговорителя
10ГРД-5 (pi=12,5 Па; ег=0,77; ев=0,945; 1—еЛ=0,407; 1—ев2=
=0,107). Получим высоту подвеса
______________________________100__________________
h~ {[(1.104/20- 1)2-1]/(1-^)}1/2 - м'
Это уже приемлемая высота (высота телескопической мачты). Угол
шодвеса
ао= arctg 17/100=9,65°; sin 9,65°=0,168; cos 9,65°=0,986.
Уровень в удаленной точке L=20 lg [12*5/(1002+172)]1/2+94=
==75,8 дБ. Максимальный уровень равен 79,8 дБ, т. е. в норме. Най-
дем точку границы озвучиваемой зоны, ближайшей к громкоговори-
телю (3.41)
100-0,8932 17 л
*1=“ 1+(1 — ев2)1002/172 “ ’
Следовательно, площадка длиной 34 м и шириной 20 м будет
озвучена с пониженной громкостью и подчеркиванием низких частот
(из-за малой направленности рупорных громкоговорителей на низ-
ших частотах). Эту площадку можно уменьшить до длины 12,6 м
снижением высоты подвеса громкоговорителя до 11,2 м, но при этом
неравномерность озвучения вырастет до 6 дБ, т. е. максимальный
уровень составит около 82 дБ. В первом случае необходимо допол-
нительное озвучивание зоны под громкоговорителями, во втором —
•можно обойтись без него. Собственно говоря, эта зона будет занята
•мачтой, так как вблизи ее лежит опасная зона в расстоянии 17 м
ъ обе стороны.
Определим уровни в угловых точках и на расстоянии 17 м от
•мачты с отклонением от осевой линии на 10 м, т. е. для х=17 и 100,
j/=0 и 10; Лг=17.
Для этих точек:
«= 100-0,986+17*0,168=101,5; w=200*0,168—17-0,986=0;
«=17-0,986+17*0,168=19,62; иу=170*0,168—17*0,986=—13,9.
*210
Вычислим вспомогательные суммы: а=«2+о,2/0,107; ai=101,52+0=
=10 302,3; 02=19,622+13,92/0,107=2190,6.
Найдем уровни в четырех точках:
Li=201g [12,5-101,5/10 302,3]+94=75,8 дБ;
L2=201g [12,5-101,5/(10 302,3+Ю2/0,407)]+94=75,6 дБ;
L3=201g [12,5-19,62/(2190,6+0)1+94=75,0 дБ;
L4=201g [12,5* 19,62/(2190,6+102/0,407)]+94=74,1 дБ.
Получим вполне приемлемую неравномерность Д£=79,8—74,1 =
=5,7 дБ. Однако такое расположение громкоговорителей связано?
с потерей большой площади.
Рассмотрим другой вариант, когда громкоговорители можно
отнести в сторону. Относим громкоговорители на 20 м от середины-
края площадки и направляем оси громкоговорителей в дальние углы
Гр
Лес
Рис. 4.12. План и разрез прибрежной зоны отдыха при установке
громкоговорителей вне самой зоны
площадки (рис. 4.12). Высоту подвеса оставляем прежнюю—17 м,
расстояние по горизонтали от точки подвеса громкоговорителей до
дальнего угла Хо=(1ОО2+4О2)1/2= 107,7 м. Угол наклона ао=
=arctg 17/107,7=9°; sin9°=0,156; cos9°=0,988. Неравномерность
озвучения (2.40) AL=4,35 дБ.
Наметим характерные точки для определения в них уровня зву-
ка. Первая точка — в дальнем углу на оси громкоговорителя, вто-
рая в дальнем углу в стороне от его оси, третья — в точке пересе-
чения проекции оси, ближайшей к громкоговорителю, с границей
площадки, четвертая и пятая — на середине площадки в дальней ее
стороне и ближней. Соответственно координаты х и у для этих
точек будут:
1) х= 107,7; #=0; 2) х= 104,1; #=9,8; 3) х= 107,7/2=53,9; #=0;
4) х=14,5; #=37,3; 5) х=7,25; #=18,65; для всех точек Лг=17^
Найдем для них координаты и и w:
«=107,7-0,988+17-0,156=109,1; w=107,7-0,156—17-0,988=0;
«= 104,1 -0,988+17,0,156=105,5; w= 104,1 -0,156—17-0,988=—0,56;
«=53,9-0,988+17-0,156=55,9; w=53,9-0,156—17-0,988=—8,39;
«=14,5-0,988+17-0,156=17,0; ^=14,5-0,156—17-0,988= 14,53;
«=7,25 • 0,988+17-0,156=9,82; w=7,25 - 0,256— 17 • 0,988 = 15,67.
211
Вычислим для всех точек «2+а>2/0,107:
ai=109,12-1-0= 11 902,8; O2=105,52+0,562/0,107=ll 133,2;
а3=55,92+8,392/0,107=3782,7; а4= 172+14,532/0,107=2262,1;
05=9,82+15,67/0,107=2391,3.
Найдем уровни для этих точек:
Li=201g [12,5-109,1/(11 902,8+0)]+94=75,2 дБ;
£2=20 1g [12,5.105,5/(11 132,2+9,82/0,407)]+94= 75,3 дБ.
£3=201g [12,5-55,9/(3782,7+0)1+94=79,3 дБ;
£4=201g [12,5.17/(2261,1+37,32/0,407)]+94=65,5 дБ;
£5=20 1g [12,5.9,62/(2391,3+18,652/0,407)]+94=65,4.
Получили низкие уровни в средней зоне. Определим уровень еще
в двух точках на 10 м от середины площадки по берегу и по внут-
ренней линии площадки. Их координаты: х=23,8; #=33,6; х=16,6;
#=16,8.
Для этих координат:
«=23,8-0,988+17.0,156=26,2; w=23,8-0,156—17-0,988=-----13,1;
«= 16,6-0,988+17.0,156= 19,1; w = 16,6-0,156—17-0,988=—14,21.
Величины ак=н2+^2/0,107 будут:
ai=26,22+13,12/0,107=2290,3;
а2= 19,12+14,212/0,107=2252,0.
Уровни для них:
£=20 1g [12,5-26,2/(2290,3+33,62/0,407)]+94=70,2 дБ;
£=201g [12,5.19,1/(2252+16,82/0,407)]+94=72,2 дБ.
С неравномерностью около 9 дБ будет озвучена площадка за
исключением участка длиной 20 м. Для этой зоны требуется допол-
нительное озвучивание, поэтому одну звуковую колонку 2КЗ-6
(pi=3,8 Па; ег=0,5; ев=0,92; 1—ег^=0,75; 1—eB^=0,154) можно
подвесить на высоте 17 м.
Уровень в удаленной от колонки точке (четвертая точка)
£=201g [3,8/ (402+172) 1/2] +94=73,5 дБ,
т. е. только на 5,8 дБ ниже, чем для максимума. Определим уровни
в пятой, шестой и седьмой точках. Координаты их для этой колонки
изменятся: *5=20; #5=0; х6=40; #6=10; *7=20; #7=10.
Угол подвеса колонки ac=arctg (17/40) =23°; sin23°=0,391;
cos 23°=0,921.
Соответственно координаты и и w:
«=20 - 0,921+17 -0,391=25,1; w=20 - 0,391—17- 0,921 = —7,84;
«=40-0,921+17-0,391 = 43,5; ш=40-0,391—17-0,921=0.
Вычислим вспомогательные суммы «2+г02/О,154=а:
а1=25,12+7,842/0,154=1029,1; а2=43,52+о = 1892,3.
212
Найдем уровни в заданных точках:
L5=201g [3,8/(1029,1)1/2]4.94=75,5 дБ;
L6=201g [3,8/(1792,3+102/0,175) V2]+94=72,5 дБ;
L7=201g [3,8/(1029,1+102/0,75)1/2]+94=74,9 дБ.
Учитывая, что в точках 6 и 7 от основных громкоговорителей
уровни близки к уровням от колонки, складываем их (по интенсив-
ности) :
L6=70,2 (+) 72,5=72,5+1,9=74,4 дБ;
L7=74,9(+)72,2=74,9+l,9=76,8 дБ.
Таким образом, звуковая колонка повысила уровни в средней
зоне до приемлемых значений (неравномерность менее 6 дБ). Мощ-
ность громкоговорителей около 50 Вт.
Рассмотрим вариант озвучения с более высоким качеством зву-
чания, т. е. с мощными звуковыми колонками. По звуковому дав-
лению наиболее подходят колонки типа 50КЗ-5 (pi = 13,5 Па; егя
=0,91; ев=0,984; 1— егЗ=0,173; 1—ев2=0,032), При длине озвучи-
ваемой зоны около 100 м, оптимальная высота подвеса колонки (3.3)
&г = 100 (0,032) V2» 17,9 м. Оставляем высоту подвеса 17 м, как и
в первом варианте, и направляем оси колонок в удаленные углы пло-
щадки.
Координаты и и w остаются прежними. Подсчитаем вспомога-
тельные суммы a=zz2+w2/0,032. (Для первой точки она остается
прежней и равной 11 902,8):
а^= 105,54-0,562/0,032= 11 140; аз=55,92+8,392/0,032=5324,6;
172+14,532/0,032=6886,5; а5=»9,822+15,672/0,031=7769,8.
Определим уровни в первых пяти точках для первого варианта:
Li=201g [13,5/(11 902,8+0) 1/21+94=75,9 дБ;
L2=20 lg [13,5/(11 140+9,82/0,173)+94=75,9 дБ;
L3=20 lg [13,5/(5324,6+0) V2]+94=79,3 дБ;
L4=201g [13,5/(6886,5+37,32/0,l73) +94=74,9 дБ;
£5=201g [13,5/(7769,8+18,652/0,173)1/2]+94=76,7 дБ.
В итоге получили уровни в пределах 79,3—74,9 дБ, т. е. неравномер-
ность, равную 4,4 дБ. Общая мощность составит 100 Вт, т. е. вдвое
больше, но, однако, качество получим более высокое.
4.8. ОЗВУЧЕНИЕ БОЛЬШОЙ ВЫСТАВКИ
НА ОТКРЫТОМ ВОЗДУХЕ
Задание. Озвучить выставку с размерами в несколько
километров. Выставка расположена на ровной местности. Шум толь-
ко речевого типа. Требуется создать условия полной понятности речи
на всех участках выставки при скоплении большой массы посети-
телей.
Для таких условий уровень шума можно считать равным 70 дБ.
Чтобы получить отличную понятность (S=80 %), необходимо иметь
формантную разборчивость не менее 0,5 (см. табл. 3.4). При оди-
наковой передаче всех полос равной разборчивости коэффициент раз-
борчивости должен быть также равным 0,5, а это соответствует
213
82,7 82,7дБ
82,7 ''88,2* 82,7 Ъ~7м '—
\s,2
40м
Рис. 4.13. Участок выставки
с показом расположения
громкоговорителей и уровней
в ряде точек одной из зон
озвучения
уровню ощущения 9 дБ (см.
табл. 3.3). Учитывая пик-фак-
тор речи (12 дБ), пиковый уро-
вень речи должен быть равным
70+9+2=91 дБ. Получили
довольно высокий требуемый
уровень. Но если применить
среднее значение компрессии
уровня речевого сигнала»
например на 9 дБ, то достаточно иметь уровень звукового поля
равным 82 дБ. Исходя из этого, задаемся минимальным уровнем
звукового поля, равным 82 дБ. Для озвучиваемой поверхности таких
размеров применима только зональная система озвучения простран-
ственного типа (см. рис. 4.13). В центре каждой зоны квадратной
формы располагаем радиальный громкоговоритель типа 25ГДН.
Размеры зоны во избежание появления мешающего эха берем рав-
ными 40X40 с высотой подвеса громкоговорителей 7 м над уровнем
земли (см. с. ООО) (расчетная высота подвеса над головами слуша-
телей будет 5,5 м). Громкоговоритель 25ГДН дает звуковое давле-
ние 4 Па на расстоянии 1 м, поэтому на стыках зон от каждого
громкоговорителя звуковое давление р=4/(202+5,52) !/2=0,19 Па»
т. е. уровень £=79,7 дБ. С учетом действия соседнего громкогово-
рителя уровень на 3 дБ выше, т. е. 82,7 дБ, немного выше требуемо-
го. Так как излучение вниз получается на 6 дБ меньше, чем по го-
ризонтали, то с учетом меньшего расстояния до слушателей:
Gnax/Gntn == (202+5,52) 1/3/5,5=3,77, уровень £=79,7-6+20 1g 3,77=
= 85,2 дБ, т. е. на 2,5 дБ выше, чем на стыках зон. Снизить этот
уровень можно путем подъема громкоговорителя (/ir=10 м), что не-
рационально и может повысить уровень эхо. Можно расположить
громкоговорители через 28 м, тогда на стыках зон уровень повысит-
ся до 85,5 дБ, и это даст возможность уменьшить компрессию до
6,5 дБ, однако стоимость системы озвучения возрастет вчетверо.
Проверим эти варианты на эхо.
В первом варианте разность хода звуковых волн
Дг= (402+5,52) V2—5,5=40,4 м,
т. е. запаздывание Д/=119 мс, а разность уровней
Д£=85,2— (79,7—6)=10,5 дБ.
Согласно рис. 1.3, перепад уровней получился на 1,5 дБ меньше, чем
требуется для отсутствия заметности эха. Такой допуск вполне при-
емлем.
Для второго варианта разность хода
Дг=(282+5,52)1/2—5,5 = 29,5 м
и запаздывание 69 мс, а разность уровней
Д£=85,2— (85,5—6) =5,8 дБ,
тогда как заметность эха наступает при 6 дБ.
214
Этот пример пригоден и при озвучении различных площадок
открытого типа.
4.9. ОЗВУЧЕНИЕ СПОРТПЛОЩАДКИ
Задание. Озвучить спортивную площадку размером
40X20 м, окруженную амфитеатром для зрителей. Ширина амфи-
театра 10 м, высота последних мест над землей 4 м (головы зрите-
лей на высоте 5 м) (рис. 4.14). Установка предназначена для му-
зыкальных передач в перерывах между этапами соревнования,
а также для информационных сообщений. Передачи должны быть
слышны и на самой площадке. Необходимо сравнить варианты раз-
ного качества звучания.
Рис. 4.14. План и разрез спортплощадки с показом уровней
озвучения зональной системой с радиальными громкоговорителя-
ми (показаны уровни озвучения в децибелах)
Учитывая, что озвучиваемая площадка имеет небольшие разме-
ры, можно было бы применить централизованную систему озвучения
с расположением мощных громкоговорителей в центре площадки.
Однако середина площадки занята, поэтому выбираем зональную
систему. Можно применить шесть радиальных громкоговорителей
с расположением их по углам и по средней поперечной оси с уста-
новкой на мачтах высотой 5 м у барьера амфитеатра (см. рис. 4.14).
Получим шесть зон с радиусом около 10 м. Если взять громкогово-
ритель 25ГДН (pi=4 Па), то на расстоянии 10 м, т. е. на последних
местах амфитеатра, уровень L0win=201g (4/10)-]-94=86 дБ. Такой
максимальный уровень необходимо ограничить на 15 дБ, чтобы под-
тянуть низкие по уровню звуки (см. табл. 1.7). Если соседние гром-
коговорители расположены друг от друга на расстоянии около 16 м,
то эхо не будет прослушиваться. Уровень под громкоговорителями
будет тоже около 86 дБ, так как вниз излучение меньше на 6 дБ,
чем в стороны, но расстояние вниз до слушателей около 5 м, что
215
повысит уровень по сравнению с 10 м на 6 дБ. Для озвучения по-
требуется мощность 150 Вт. Громкоговорители почти обеспечивают
II класс качества (частотный диапазон 80—8000 Гц). Недостаток
этой системы озвучения — низкая громкость.
Рассмотрим вариант с применением рупорных громкоговорите-
лей. Он не может обеспечить даже II класс качества, но может
Рис. 4.15. План и разрез спортплощадки при двухзональном
озвучении (показана вона пониженного уровня)
=0,107) и расположим их по два на мачтах в точках пересечения
поперечной оси площадки у барьера амфитеатра, направив их осн
вдоль площадки, т. е. будем иметь две зоны озвучения длиной 60 м
и шириной 20 м каждая (рис. 4.15). Определим высоту подвеса
громкоговорителей. Если взять неравномерность 6 дБ, то высота
подвеса над озвучиваемой поверхностью (2.40а)
____________30____________
Аг= {[(Ю6/2°— 1)2— l]/0,107}1/2 = 3,5 М’
а над землей Лг=4,5 м. Оси громкоговорителей направим горизон-
тально, т. е. на последний ряд. Уровень в точке на оси на расстоя-
нии 30 м от громкоговорителя
£omin=2Olg (33/70)4-94=94,8 дБ.
Максимальный уровень
Lmax=94,8+6=100,8 дБ.
216
Ближайшая к громкоговорителю точка с уровнем, равным в уда-
ленной точке (2.416):
Xl=0,772-30/(l-H),107-302/3,52)=2 м.
Следовательно, зона длиной 4 м под громкоговорителями будет
иметь уровень ниже, чем в удаленной точке. Ее необходимо допол-
нительно озвучить. Ширина эллипса направленности в горизонталь-
ной плоскости 6=30 (0,407) 19,1 м. Следовательно, при отклоне-
нии от оси на 9,5 м уровень одинаковый с уровнем в удаленной
точке, т. е. на задних местах в расстоянии 15 м от громкоговорите-
лей и до конца площадки уровень не ниже 94,8 дБ. С более низким
уровнем будут озвучены сектора по поперечной оси площадки под
громкоговорителями шириной 4 м, а на задних местах — шириной
15 м. Уровень на задних рядах по продольной оси площадки от
громкоговорителей одной стороны (t/=10)
L=201g [33-30/(302-1-102/0,407)]4-94=^92,7 дБ.
С учетом второй пары громкоговорителей уровень повысится до
95,7 дБ. Уровень на первом ряду по продольной оси (ц=20; ц=10;
6Г=5—1=4) с учетом второй пары громкоговорителей
33-20
L = 201g--------------------------+ 94 = 95,4 дБ.
ё 202 4- 102/0,407+ 42/0,107
Таким образом, везде, кроме двух секторов поперечной оси, уровень
будет не ниже 95 дБ. В качестве средства дополнительного озвуче-
Рис. 4.16. Показ располо-
жения дополнительных гром-
коговорителей для озвучения
зоны пониженного уровня
к рис. 4.15:
а) с двумя; б) с четырьмя
громкоговорителями
rip одаль на.
( 79^6дБ <>-
| $
+ ——-О—
:\ Поперечна'.
I \ ось
Центр
площадки
ния возьмем два громкоговорителя 1 ОГР Д-5 (рис. 4.16,а). Хотя они
хуже передают низкие частоты, чем 50ГРД-9, но на этих частотах
будет достаточна громкость, так как из-за слабой направленности
рупорных громкоговорителей уровень под ними на низких частотах
достаточно высокий. Громкоговорители расположим на тех же мач-
тах и той же высоте, что и основные громкоговорители. Один гром-
коговоритель направим на центр площадки, а другой — горизонтально
на край площадки по ее поперечной оси. Последний в удаленной
точке по этой оси создает уровень L=201g (12,5/10)+94=95,9 дБ.
В стороне от оси на 15 м уровень L=201g [12,5-10/(102+
+152/0,407) ]+94=79,6 дБ. Это низкий уровень. Возьмем дополни-
тельно два громкоговорителя 1 ОГР Д-5 и направим их оси в сторону
от поперечной оси площадки на 8,4 м (под углом 40° к поперечной
оси),, в точки на краю амфитеатра; оси других двух громкоговори-
телей направим вниз на продольную ось площадки в точки на рас-
стоянии 9 м от поперечной ее оси (рис. 4.16,5). В точках стыка осей
217
громкоговорителей с внешним краем амфитеатра получаем уровень
12,5
L = 201g---------!---„у + 94 = 93,6 дБ.
s (102+8,4г)1/2
На поперечной оси площадки от двух громкоговорителей из
(2.11) и (1.6) уровень
2-12,5-10
L = 201g------------------------4- 94 = 95,5 дБ,
8 (102 + 8,4a/0,407)cos 40°
так как и= 10 cos 40° и w=8,4cos40°.
Таким образом, на стыках осей громкоговорителей с озвучивае-
мой поверхностью уровень получается меньше, чем в удаленной
точке.
Возьмем громкоговорители 25ГРД-2. Они дают звуковое давле-
ние на расстоянии 1 м, равное 16,5 Па. Направленность их в гори-
зонтальной и вертикальной плоскостях одинаковая и определяется
эксцентриситетом 0,77. В этом случае на осях дополнительных гром-
коговорителей уровень повысится на Д£=201g (16,5/12,5) =2,4 дБ и
составит 96 дБ. Уровень, создаваемый ими на поперечной оси пло-
щадки, будет 95,5-{-2,4=97,9 дБ. В промежутке между точками,
отстоящими от поперечной оси больше, чем на 8,4—15 м от нее,
работают основной громкоговоритель и дополнительный и их уровни
суммируются, поэтому вряд ли общий уровень будет ниже, чем уро-
вень в удаленной точке. Проверим это в точке, отстоящей на рас-
стоянии Им от поперечной оси. В этом случае для основ-
ного громкоговорителя координата ц=30—11 = 19, a w=10 и поэто-
му уровень
33-19
Л = 20 1g------------— 4 94 = 94,3 дБ.
ё 192 4- 102/0,407 ~
Так как для дополнительного громкоговорителя м= (1024-П2)1^2Х
Xcos 7,7°=14,8 и у=(102-)-112)1/2 sin 7,7°=2, а угол наклона ао=
= arctg (11/10) =7,7°, то уровень
16,5-14,8
Л = 20 1g-----------------
8 14,82 4-22/0,407
= 94,6 дБ.
Суммарный уровень £Сум=94,3 (4~) 94,6=97,5 дБ.
Рассчитаем уровни по продольной оси площадки при условии
направления осей дополнительных громкоговорителей на точку,
отстоящую от них на расстоянии 10 м. Уровень на высоте 1 м от
земли на оси дополнительного громкоговорителя
16,5
L = 1g-----------------777 4"94 = 95,8 дБ,
6 (42 + 102 4- Ю3)1/2 г
а от громкоговорителей с противоположной стороны к этому уровню
прибавится 3 дБ. Общий уровень составит 98,8 дБ. Угол между осью
громкоговорителя и направлением на центр площадки в точку на
1 м от земли 0 = arctg (10/(424-Ю2)1/2)=42,9°, поэтому уровень
в этой точке
, пп, 2-16,5(42-МО*)1'2
Л = 20 1g----------------—-----------
(42 + Ю2 + IO2)1'2 cos 42,9°
94 = 96,5 дБ.
218
Добавляя 3 дБ от громкоговорителей с противоположной стороны,
получаем 99,5 дБ. В промежутке между этой точкой и первым ря-
дом на продольной оси уровень будет не менее 95 дБ.
Таким образом, уровни всюду будут не менее 95 дБ. Как и
в предыдущем случае, эхо не может прослушиваться, так как рас-
стояние между громкоговорителями близко к предельному, при ко-
тором эхо незаметно. Остается проверить уровни под громкоговори-
телями при их совместной работе. От основных громкоговорителей
уровень будет низким (необслуживаемая зона) от дополнительных
внешних громкоговорителей также низким, потому что под углом,
близким к 90°, они почти не излучают (по крайней мере на средних
и высоких частотах). Работают в этой зоне только громкоговорите-
ли, оси которых направлены на середину площадки. Определим сум-
марный уровень, создаваемый всеми громкоговорителями.
Угол между вертикалью и осью <своих> громкоговорителей
ao=arctg [(102-4-102) 474] =74,2°.
Для такого угла cos 74,2°=0,272, а коэффициент направленности
0,407-0,272
1 —0,593-0,2722 == 0, 1 ;
следовательно, уровень (2.6)
2-16,5-0,115
Л = 201g------------+ 94 = 93,5 дБ.
От противоположных громкоговорителей уровень также можно
определить по углу 0 (1.60), где ftr==4; х02= 102-{-102; х2-4/^=202;
х=у\
п 42 + 202/2
— arccos (42 _|_202j 1/2 102_^ 102)1/2 —4 >
Для этого угла коэффициент направленности
R (43,9°) =0,58, поэтому уровень из (2.11) и (1.6)
2-16,5-0,58
L = 201g-------- \-7p--4-94 = 90,4 дБ.
s (424-202)1/2
Суммарный уровень Л=93,4(4~) 90,4 = 95,3 дБ. Следовательно, на
всей площадке уровень будет не ниже 95 дБ и не выше 101 дБ.
Требуемая мощность составляет 200 Вт. Это больше, чем для ради-
альных громкоговорителей, но, однако, уровень для них получается
почти на 10 дБ выше.
Рассмотрим вариант озвучения звуковыми колонками. Их также
можно подвешивать на мачтах в тех же точках, что и рупорные
громкоговорители. Для озвучения с достаточной громкостью сначала
берем по две звуковые колонки типа 100K3-13. При расчете оказа-
лось, что они могут дать уровень не выше 95 дБ на максимуме,
кроме того, высота подвеса оказывается около 12 м над землей.
Возьмем более эффективные звуковые колонки 50КЗ-ЗМ и сдвоим их
по высоте (pi=40 Па; ег=0,92; ев=[(3-Н),9862)/4]1/2=0,997; 1—
—ег2=0,154; 1—еъ2~ 0,007). Оптимальная высота подвеса при этом
(2.34) Лг=2-30-0,07/(2-0,9972—1)42=5,1 м.
219
Уменьшаем эту высоту до 4 м, чтобы несколько повысить уро-
вень под колонками, и направляем оси горизонтально, как и в пре-
дыдущем случае. Уровень от одной колонки по оси громкоговори-
теля в удаленной точке
£=201g (40/30)4-94=96,5 дБ.
От второй колонки в той же точке
£=201g[40/(3024-202)1/2]4-94 = 94,9 дБ.
Суммарный уровень £=96,5(4-) 94,9 = 98,8 дБ. Уровень на попереч-
ной оси площадки £=201g [2-40(0,154)1/2/10]-j~94= 103,5 дБ. Уро-
вень под колонками
£=20 lg [2«40(0,007)1/2/4J4-94=98,4 дБ.
К этому уровню следует добавить уровень от действия второй пары
колонок (с другой стороны). Для координат t>=20 и ш = 4 уровень
2-40
£ = 20 1g----------------------Г79-4-94 = 95,2 дБ,
S (203/0,154 + 42/0,007)|/2 '
а суммарный уровень
£=98,4 (4-) 95,2=99,1 дБ.
Уровень на задних рядах по продольной оси площадки от одной
колонки
40
£ = 201g------------------г79“4-94 = 94,1 дБ.
8 (302+ 103/0,154)1/2 ’
а от двух колонок он составит 97,1 дБ. Уровень на первом ряду на
продольной оси площадки от двух колонок для координат и=20;
и = 10; ш=4:
40
£ — 20 1g---------------------------пт4-94 4- 3 = 93,8 дБ.
8 (202+ 102/0,154 + 42/0,007)*'2Т т
В центре площадки (координаты u=0; и=10; w=4) от всех гром-
коговорителей получаем уровень
2-40
£ = 201g------------------------——4-94 4- 3 = 97,4 дБ
8 (102/0,154+ 43/0,007)1/2 т
Получился низкий уровень на первых рядах по продольной оси
площадки и высокий — на краю амфитеатра по поперечной оси.
Направим оси колонок на средние ряды (на высоту 2 м над озву-
чиваемой поверхностью на расстоянии 30 м от громкоговорителя),
Тогда от одной колонки на ее оси в удаленной точке (и=25)
£=20 1g [40/(2524-22)1/2] 4-94=98,1.
От колонки с другой стороны
40
£ = 201g-----------------------гд—4-94 = 95 дБ,
8 (252 + 22 + 10/0,154)1/2 т
суммарный уровень £=98,1 (4~) 95=97,8 дБ.
Определим уровни в других точках. Для этого найдем вспомо-
гательные величины. Угол наклона оси к горизонтали аэ=
= arctg 3/30=5,7°, откуда sin 5,7°=0,0993; cos 5,7°=0,995. Координа-
ты и=30.0,9954-2-0,00993 = 30; w=30-0,0993—2-0,995=0,989. По оси
y=v возьмем координаты 0; 10 и 20.
220
Вспомогательная сумма
а=u4-w2/0,154=304-0,9892/0,154=32,22.
Следовательно, на задних рядах по продольной оси площадки
уровень
40
L = 20 1g---------------—4-94 4- 3 = 96,8 дБ;
g 32,22 4- 102/0,154 д ’
уровень на заднем ряду вдоль оси колонки
£=201g [40/(32,224-1О2)1/2]4-94=95,9 дБ
и уровень от другой колонки
40
£ = 201g------------------ггг+94 = 99,4 дБ;
g (32,22 + 202/0,154) V2
суммарный уровень £=95,9 (4~) 90,4=96,9 дБ. На краю амфитеатра
по поперечной оси площадки уровень останется прежним 103,5 дБ,
то же самое будет и в центре площадки, т. е. 97,4 дБ.
Таким образом, уровни будут находиться в пределах 103,5—96,9 дБ
(в углу на задних рядах он будет немного ниже нижнего предела).
Неравномерность получается около 7 дБ. Общая мощность системы
составит 4x2x50=400 Вт. Качество звучания близко к I классу
(диапазон частот 80—10 000 Гц).
4.10. ОЗВУЧЕНИЕ ШИРОКОГО ПРОСПЕКТА
Задание. Озвучить проспект с основной проезжей частью
40 м и боковыми проездами по 20 м шириной на протяжении 2 км
(рис. 4.17). Можно озвучить его с помощью мощных рупорных гром-
коговорителей. Но если включить их обычным образом, т. е. синхрон-
но, то возникнет сильное эхо. Поэтому применяется система озвуче-
ния с включением громкоговорителей через линии задержки. Этот
метод называется методом бегущей волны. Громкоговорители, на-
правленные в одну сторону вдоль проспекта, включены так, чтобы
звуковые волны, приходящие от первого громкоговорителя ко второ-
му, совпадали по времени со звуками, излучаемыми вторым громко-
говорителем вследствие включенной в его цепь линии задержки,
Задержка должна быть равна времени распространения волны от
первого громкоговорителя до второго. Озвучение целесообразно
вести в двух противоположных направлениях по длине проспекта
(две цепочки), т. е. в средней точке располагать два громкоговори-
теля, направленные в противоположные стороны. При длине озвучи-
ваемого проспекта в 2 км каждая цепочка будет равна 1 км, что
требует задержки приблизительно 2 с.
МГРД-2 91
-едЯ-----—— , 8 7, Од Б
<10ГРД-3 89,ЗдБ---
/87д5 85,9дБ
100 ГР,Д- 2
30
5°
250
Зон а громкогоЗори теля ЮГРД ~5
8 5, Г
Рис. 4.17. Расположение громкоговорителей при озвучении длин-
ного широкого проспекта (показан один пролет — начальный)
221
Если взять сдвоенные (по вертикали) громкоговорители
100ГРД-2 (pi=96 Па; ег=0,77; 1—ег2=0,407; ев=0,973; 1—
*=0,533), то при минимальном уровне 86 дБ громкоговорители мож-
но ставить примерно через 250 м. Для неравномерности 8 дБ угол
наклона оси громкоговорителей из (2.41а) a0=arctg (0,0533/15) 1/2=
=3,4°, т. е. высоту подвеса следует брать равной 15 м. Такой угол
мал, так как из-за затухания звука при распространении вдоль пуб-
лики (а основное назначение этой системы — озвучение демон-
страций) его следует брать не менее 5° cos5°=0,996, sin5°=0,097.
В таком случае высота подвеса громкоговорителя над слушателями
Лг=sin 5°-250=22 м. Неравномерность озвучения (2.40а) составит
5,6 дБ. Зона под громкоговорителем (около 15 м) будет озвучивать-
ся предыдущим громкоговорителем. Уровень от него £=
=20 1g (96/265)+94=85,2 дБ без учета действия своего громкого-
ворителя. Учет последнего увеличит уровень на 3 дБ. Чтобы в на-
чале цепочек под громкоговорителями уровень был достаточен, не-
обходимо подзвучивание зоны длиной 30 м с помощью рупорных
громкоговорителей 1 ОГР Д-5, подвешенных вместе с основными гром-
коговорителями, но направленными вниз. Один громкоговоритель
10ГРД-5 будет создавать уровень L=201g (12/22)4-94=87 дБ.
Определим уровни сбоку от оси громкоговорителей. Для точки
с координатами х=50; у=40; Аг=22 м:
и=50-0,9964-22-0,0871=51,7; ^=50-0,0871—22-0,996=—17,6.
Уровень
96-50,7
Л — 20 1g----------------------1--------------- 4-94 = 85,9 дБ.
ё (50,72 4-402/0,407 4-17,б2/0,0533)+ 44
На той же линии, но на расстоянии 100 м
«=100-0,996+22-0,0871 = 101,5; w= 100-0,0871—22-0,996=
=—13,2 и уровень
г 96.101,5.96 ,
Л = 201g------------------2---------------+94 = 87,9.
8 101,52 + 402/0,407 + 13,22/0,0533 г
Наконец, на расстоянии 250 м сбоку от громкоговорителя коорди-
наты
«=250 - 0,996+22 - 0,0871 = 250,9, w=250 • 0,0871—22 -0,996=0
и уровень
250.9-96
Л = 201g-----------—-------------+94 = 85,1 дБ.
8 250,92 + 402/0,407 +0
На оси громкоговорителей на расстоянии 50 м
L = 201g--------51,7'96-------4-94 = 89,3 дБ,
8 51,7* + 17,6а/0,0533
на расстоянии 100 м
L = 201g-------96‘101,5-----—4-94 = 91,1 дБ.
ё 101,52+ 13,22/0,0533 ~
На расстоянии 250 м L=85,2 дБ.
222
Сводим данные в матрицу
У X
50 100 250
0 89,3 91,1 85,2
40 85,9 87,9 85,1
Примечав и е. Неравномерность уровней равна
6 дБ; у—расстояние от громкоговорителя, м; х— расстоя-
ние от начальной точки под громкоговорителем, м.
Громкоговорители могут быть расположены на мачтах илн на
домах. Применение этой системы возможно только в случаях торг*
жественного шествия или при встречах иностранных гостей. В обыч-
ное время эту систему не используют по санитарным нормам.
Рис. 4.18. Расположение
громкоговорителей при
озвучении длинного широ-
кого проспекта распреде-
ленной системой с показом
уровней в характерных
точках проспекта (в скоб-
ках указаны уровни, со-
здаваемые одиночным
громкоговорителем)
rt, . ж Ъ=4,5м
i 1 Т 3 88,8 5 88,3 (81,2)д5 1 1 j (85,6)' (84) i.8 (82,6) 1 2 91,1 5(87,1)] I i) 1 1 8^ 4 88,3 1,7(83,0) jl?
Ъ^,3м I-, Д
Рассмотрим зональную систему озвучения того же проспекта-
с помощью звуковых колонок, расположенных на кромке основной
проезжей части проспекта с обеих его сторон в шахматном поряд-
ке. Оси громкоговорителей направим поперек проспекта (см.
рис. 4.18). Возьмем зоны озвучения размерами 40X40 м и найдем*
уровни на участке между соседними громкоговорителями по одной
из сторон проспекта, т. е. на участке длиной 80 м и шириной 40 м
от действия одного громкоговорителя.
Возьмем сдвоенную по высоте звуковую колонку 8 КЗ-4 (pi =
= 15,2 Па; ев=0,951; ег=0,65; 1—ев2=0,076; 1—ег2=0,578)
рассчитаем поле от нее в точках х=0; 20; 40 для р=0; 20; 40г
а также в точке х=0, р=80, т. е. в десяти точках. Угол наклона
берем предельно меньший (5°), чтобы увеличить уровень под ко-
лонкой во избежание эха. Тогда cos 5°=0,99б; sin 5°=0,0872, вы-
сота подвеса над озвучиваемой поверхностью /ir=3,5 м, следова-
тельно, ао=5°.
Находим координаты и и w для всех точек:
и== 0 • 0,996+3,5 • 0,0872=0,305; w=0 - 0,0872-3,5 - 0,996=—3,486;
u=20-0,996+3,5-0,0872 = 20,2; w=20-0,0872—3,5-0,996= 1,742;
и=40 • 0,996+3,5 • 0,0872=40,1; w=40 • 0,0872—3,5 • 0,0996=0;
v = 0; 20; 40 и 80.
223
Рассчитываем уровни в десяти точках:
15,2
= 20 1g (0 3058 _|_0+3 486sy0 076j 1/2 +94 = 95,6 дБ;
15,2
s = 201g (20-2’ + 04- 1,7422/0,076)1/2 +94 = 91,1дБ;
L-20l«- «О.н + О + О)'» +94-85'6 ;|Б:
__________________15,2_________________
4 = 20 !g (0)3052 + 202/0,578 4- 3,4862/0,076)1/2 +94 = 88,3 дБ ’
15,2
£в = 20 1g (20.22 208/0,578 + 1,7422/0,076)1/2~ + 94 = 87 1 дБ;
15,2
L. = 20 1g---------------1-------Г75-+-94 = 84,0 дБ;
’ 8 (40,12 4- 202/0,5Э84- 0)1/2 т ’
15 2
L. = 20 1g-----------------------------------пт-4-94 = 83,0 дБ;
8 (0,3052+ 402/0,578 + 3,4862/0,076)1/2 ~ ’
15,2
Ze = 20 1g-----------------------------------По—+ 94 = 82,6 дБ:
8 8 (20,22 + 402/0,578 + 1,7423/0,076)1/2 “ ’
15,2
£« =201g-----------------1-------Г75-494 = 81,2 дБ;
8 8 (40,12+402/0,578+ 0)1/2 т
15,2
А» = 20 lg (0,3052 + 802/0,578 4-3,4862/0,076J1/2 +94 = 77»’ дБ-
Проведем проверку на эхо. В первой точке полезный уровень
равен 95,6 дБ, эхо от громкоговорителей с другой стороны 81,2+
+3=84,2 дБ с запаздыванием [(402+402+3,52)1/2—3,5]/340=
= 0,156 с и со своей стороны 77,1+3=80,1 дБ с запаздыванием
(80—3,5)/340=0,225 с. Для таких запаздываний эхо незаметно
при £=16 и Д£=21 дБ, а в данном случае А£=11,4 и
15,5 дБ, т. е. на 4,2 и 5,5 дБ больше, но при этом отсутствует ме-
шающее эхо (оно проявляется при 8 и 12 дБ соответственно).
Во второй точке уровень от ближайшего громкоговорителя
равен 91,1 дБ, а от других громкоговорителей с противоположной
стороны 82,6+3=85,6 дБ, перепад составляет 5,5 дБ при запазды-
вании Д/=[(402+202+3,52)’/2— (202+3,52)1/2]/340=72 мс, т. е. эхо
находится на пределе заметности.
В третьей точке все расстояния от трех громкоговорителей оди-
наковы, поэтому суммарный уровень £=85,6 (+) 86=88,8 дБ и нет
запаздывания. В пятой точке полезный уровень будет скла-
дываться из двух уровней, т. е. £=87,1+3=90,1 дБ. В четвер-
той (и шестой) точке запаздывание такое же, как и для второй
точки, а разность уровней 88,3—84=4,3 дБ, т. е. эхо будет чуть
выше порога заметности. Таким образом, при таком расположении
громкоговорителей эхо не является мешающим, хотя в некоторых
точках оно будет заметным.
Неравномерность озвучения Д£=95,6—88,3=7,3 дБ, т. е. со-
ответствует норме.
224
Эта система требует для озвучения площади в 2 км 50 гром-
коговорителей, т. е. 100 сдвоенных звуковых колонок 8КЗ-4, или
1600 Вт мощности, т. е. эта система требует такую же мощность,
как и система с рупорными громкоговорителями. Однако эксплуа-
тация системы с звуковыми колонами сложнее.
Рассчитаем разборчивость речи для последнего варианта. При
расчете за основу возьмем шумы на Дворцовой площади в Ленин-
граде (см. табл. 3.5, графа 4). Помехи от запаздывающих звуко-
вых волн, создаваемых соседними громкоговорителями, как было
показано, на пределе заметности, поэтому их действием пренебре-
гаем. Найдем рациональный индекс тракта (3.67) из расчета, что
в студии используется микрофон речевого типа, например МД-66,
установленный на расстоянии 0,5 м от диктора. Тогда спектральный
уровень речи для первой октавной полосы (см. табл. 3.56) 45.54-
46=51,5 дБ, для этой полосы спектральный уровень шумов (см.
табл. 3.5,5, графа 4) равен 43 дБ, поправка на отражение от го-
ловы— 1,0 дБ. Следовательно, рациональный для этой полосы ин-
декс тракта <2рац = 43—51,541+6=—1,5 дБ.
Аналогично рассчитываем Qpan для остальных октавных полос.
Ниже приводим данные расчета.
Средняя час-
тота полосы,
Гц ... . 250 500 1000 2000 4000 6000
Qp3ll, дБ. . —1,5 7,3 20,7 28,7 30,9 30,4
Находим фактический индекс тракта пока без учета постоян-
ной составляющей (усиления усилителя). Для этого складываем
нормированные значения чувствительности микрофона МД-66 и гром-
коговооителя 8КЗ-4 по отношению к чувствительности на частоте
1000 Гц. Для октавной полосы со средней частотой 125 Гц1 чув-
ствительность микрофона равна 10 дБ, громкоговорителя 10 дБ и
суммарная — 20 дБ. Аналогично проделываем тот же расчет для
остальных октавных полос и получаем следующие данные, приве-
денные в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Расчет суммарной частотной характеристики тракта
Элемент тракта Чувствительность составляющих тракта для средних частот октавы, Гц
125 | 250 I 500 100Э 2000 4000 6000
Микрофон -10 —10 -5 0 5 5 6
Громкоговоритель —10 0 0 0 -5 —5 —10
Суммарный тракт —20 —10 —5 0 0 0 —4
Для определения постоянной составляющей индекса тракта под-
считаем суммарный уровень передачи пока без учета усиления уси-
лителя.
1 Полоса для частоты 125 Гц необходима для расчета общего
уровня передачи.
15—19Q 225
Для этого складываем нормированный индекс передачи тракта с
октавным уровнем речи (см. табл. 3.6). Для средней частоты окта-
вы, равной 125 Гц, имеем 64,3+(—20) =43,3 дБ. То же самое на-
ходим и для остальных октавных полос и данные сводим в таб-
лицу. При этом значения уровней в децибелах переводим в отно-
сительные величины (табл. 4.3).
Т а б л и ц а 4.3
Данные для расчета общего уровня речи
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
125 250 500 1000 2000 4000 6000
Уровень, дБ 43,3 57,9 61,9 61,5 57,0 53 44,5
Интенсивность, отн. ед-10е 0,02 0,62 1,53 1,41 0,5 0,2 0,02
Следовательно, суммарная интенсивность 7=4,32-10б, а уро-
вень L=66,4 дБ, а так как минимальный уровень был равен
88,3 дБ, то постоянная составляющая индекса тракта
QnocT=88,3—66,4 = 19,9 дБ.
Прибавляя к нормированной чувствительности тракта эту состав-
ляющую, получаем фактический индекс тракта, приведенный ниже.
Средняя частота, Гц 125 250 500 1000 2000 4000 6000
Индекс, дБ —0,1 9,9 14,9 19,9 19,9 19,9 15,9
Сравнивая полученные данные с данными для рационального
индекса тракта, видим, что они значительно отличаются от рацио-
нальных. А это означает то, что разборчивость речи можно было
бы повысить введением коррекции уровня передачи. Ниже приво-
дим разности этих значений индексов тракта.
Частота, Гц . . . 250 500 1000 2000 4000 6000
4Q, дБ..........—И,4 —7,6 0,8 0,8 11,0 14,5
Из этого следует, что низкие частоты необходимо «подавить»
на 10 дБ, а высокие поднять на столько же. Это объясняется тем,
что спектр заданных шумов имеет подъем к высоким частотам. Ес-
ли взять для данной цели микрофон с более резким подъемом ча-
стотной характеристики к высоким частотам, т. е. вместо МД-66
взять микрофон МДО-1, то получим как бы «коррекцию» всего
на 6 дБ. Если бы ориентироваться на акустические шумы рече-
вого типа, то микрофон МД-66 давал бы значения индекса тракта,
близкие к рациональным.
Проведем расчет разборчивости речи для микрофона МД-66,
чтобы показать, насколько будет снижена разборчивость речи при
отклонении частотной характеристики тракта от рациональной. Рас-
226
^ет будем вести по октавным полосам частот, так как в характе-
ристиках тракта и спектре шумов нет резких максимумов и мини-
мумов. Для октавной полосы со средней частотой 250 Гц берем
спектральный уровень речи, равный 45,5 дБ, и записываем его в
специальную таблицу во вторую строку (в первой строке будет
записана средняя частота октав, т. е. в данном случае 250 Гц).
В третьей строке помещаем сумму спектрального уровня речи на
входе тракта (из второй строки) и фактического индекса тракта.
Для октавы около 250 Гц это будет 45,5+9,6=55,1 дБ. В четвер-
тую строку записываем спектральный уровень акустических шумов
(графа 4 из табл. 3.5,6). Он равен 43 дБ. Вычитая его из спек-
трального уровня речи на выходе тракта (из третьей строки) и
поправку на огибание головы (см. табл. 3.5,6), получим уровень
Таблица 4.4
Расчет разборчивости речи
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
250 500 1000 | 2000 4000 6000
Спектральный уровень речи, дБ 45,5 41,5 33,0 26,5 18,5 15,5
Спектральный уровень речи на выходе тракта, дБ 55,1 55,1 52,6 46,1 38,1 31,1
Спектральный уровень шумов, дБ 43 47 51 50 44 40
Уровень ощущения ре- чи, дБ 6,3 —1,1 -8,1 —11,3 — 14,8
Коэффициент разбор- чивости, отн., ед. 0,54 0,41 0,17 0,04 0,02 0
ощущения. Для первой октавы 55,1—43—1 = 11,1 дБ. По уровню
ощущения с помощью табл. 3.3 находим коэффициент разборчиво-
сти. Для первой полосы он равен 0,54. Аналогично ведем расчет
и для других полос. Полученные данные сводим в табл. 4.4. Сум-
мируем коэффициенты разборчивости речи по (3.78) и получаем
формантную разборчивость
А=0,05 (0,54+3 • 0,4 l-f-4 • 0,17+6 -0,04+5 -0,02+0) = 0,14.
Громкоговорители
Ъ=20м
1
Рис. 4.19. Расположение громкоговорителей при озвучении длин-
ной узкой улицы (показаны два пролета)
15* 227
Это значение формантной разборчивости соответствует слого-
вой разборчивости менее 25%, т. е. находится на нижней границе
предельно допустимой понятности речи.
При введении коррекции частотной характеристики тракта
на высоких частотах (на частоте 4000 Гц подъем равен 10 дБ) и
введении компрессии речевого сигнала на 12 дБ можно получить
понятность речи, близкую к хорошей.
4.11. ОЗВУЧЕНИЕ УЗКОЙ УЛИЦЫ
Задание: Озвучить улицу для праздничных целей
(рис. 4.19) шириной 20 м и большой длиной. Уровень шума в от-
сутствие шествия равен 75 дБ (шум транспорта), во время демон-
страции уровень тот же, но с другим спектром (праздничный шум).
Желательно возможно большее покрытие звуком всей улицы. По-
скольку это возможно только при зональном озвучении по неболь-
шим участкам (не длиннее 40 м), то это озвучение будет стоить до-
рого, так как улица длиной в 1 км потребует 25 пар звуковых ко-
лонок или 25 строенных рупорных громкоговорителей. Методику
озвучения и конкретные данные для этого можно взять из примера
озвучения железнодорожных путей или пассажирских платформ.
Более дешевый способ озвучения будет в случае применения
мощных рупорных громкоговорителей, расположенных на стенах или
на краях крыш домов и направленных вниз на поверхность улицы.
Само собой разумеется, что при этом возможно и эхо и неозву-
ченные участки улицы.
Возьмем громкоговоритель 100ГРД-2 (р=48 Па; ег=0,77;
ев=0,945; 1— ег2=0,407; 1—ев2=0,107). Если два таких громко-
говорителя будут работать встречно, то можно определить пре-
дельное расстояние между ними, исходя из условия равенства пи-
кового уровня речи на 12 дБ выше среднего уровня шумов. Если
средний уровень шума равен 75 дБ, то пиковый уровень речи, со-
здаваемый одним громкоговорителем, должен быть 75+12—3=
=84 дБ. Это соответствует звуковому давлению 0,32 Па. Следо-
вательно, расстояние этой точки от громкоговорителя г=48/0,32 =
= 150 м, а расстояние между громкоговорителями 300 м. На улицу
длиной 1 км потребуется семь пар громкоговорителей. Конечно
в стыках зон будет предельно допустимая разборчивость, она бу-
дет ниже этого предела под громкоговорителями. Если ориентиро-
ваться на неравномерность не выше 8 дБ, то высота подвеса из
(3.39) должна быть не менее
/?г = -----------—--------[77- = 18,6 м.
г [(2-IO0,04 — I)2 — 1]/2
При высоте 25 м неравномерность [см. (3.39)]
AL=201g {0,5[1 + (1+0,107-1502/252) V2]} =4,1 дБ.
Неозвученная зона под громкоговорителями в первом случае (см.
(3.41))
2450.0,772
хл Й=---------------------=11 м,
1 1 + 0,107.15Q2/12,б2
228
во втором
2-150.0,772
Xi »------------------=36,7 м.
1 1 +0,107.1502/252
В первом случае неозвучена зона на 3,7%, а во втором — на 12,2%,
4.12. ОЗВУЧЕНИЕ АЛЛЕЙ ПАРКА
Задание: Кроме общего озвучения, для отдельных ал-
лей парка необходимо озвучение отдельной программой (создание
музыкального фона). Задано два типа аллей: узкая (шириной 4 м)
и средняя (шириной 10 м). Длина аллей 50 м (рис. 4.20). Выби-
раем распределенную систему озвучения, так как она позволяет
(неравномерность не более 3 дБ).
создать равномерное озвучение
Максимальный уровень оз-
вучения не должен быть более
70 дБ при передаче музыки
(для объявлений возможно по-
вышение уровня до 80 дБ).
Так как предусмотрены пере-
дачи музыкальные, то громко-
говорители должны быть до-
статочно высокого качества
(маломощные 2КЗ, звуковые
колонки не годятся для этого,
так как их частотные диапазо-
ны 300—7000 Гц). Поэтому
берем диффузорные громкого-
ворители типа 1 ГД-28 (pi =
= 0,96 Па, частотный диапа-
зон 100—10 000 Гц). При не-
равномерности 3 дБ высота
подвеса громкоговорителей над
головами слушателей опреде-
ляется из следующего соотно-
шения: 3= 101g (42+42)/Аг2,
т. е. =4 м. Следова -
4--------$—
[й9,2д6 [з9,2дБ
Рис. 4.20. Расположение гром-
коговорителей при озвучении
узкой и широкой аллей парка
(показаны распределенные си-
стемы озвучения с одной цепоч-
кой и двумя)
тельно, высоту подвеса над землей следует взять не менее 5,5 м.
Расстояние между громкоговорителями, согласно (3.11), можно
взять, не менее 8 м (можно увеличить до 11 м). Поэтому число
необходимых громкоговорителей должно быть 5—7. Возьмем по
шесть громкоговорителей 1 Вт. Общая мощность 6 Вт. Более рав-
номерное озвучение можно получить при расположении громкого-
ворителей на обеих сторонах аллеи в шахматном порядке (три с
одной стороны через 14 м и три с другой также через 14 м). По-
следняя система несколько сложнее по монтажу, но имеет мень-
шую неравномерность, чем первая.
В удаленной точке уровень
2-0,962
£ = 10 (42+42)-~+94 = 89’2 дБ-
Для другой аллеи возьмем те же громкоговорители, но с це-
почками с двух сторон. Высота подвеса, согласно (3. 10), должна
быть в пределах 3—3,5 м, при этом неравномерность будет в пре-
229
делах 1 дБ. При отношении высоты подвеса к ширине аллей, рав-
ном 0,553, неравномерность снижается до нуля (на самом деле она
из-за усреднения характеристик немного отличается от нуля).
Возьмем высоту подвеса Лг=4,5 м. Расстояние между громкогово-
рителями (шаг цепочки) (2.63) берем равным d=4,5/0,45= 10 м.
При таком условии уровень внизу на середине между громкогово-
рителями на 1 дБ (2.62) ниже, чем уровень на середине аллеи.
4.13. ОЗВУЧЕНИЕ ПЕРРОНА
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СТАНЦИИ
Задано. Озвучить четыре параллельно стоящих плат-
формы длиной 240 м, ширина каждой платформы 6 м, расстояние
между краями платформ 8 м. Общая ширина всего перрона 48 м
(см. рис. 4.21). Должна быть полная понятность объявлений при
прохождении поездов (уровень 85 дБ, табл. 3.5, графа 3).
Рассмотрим два варианта озвучения: сосредоточенную и зо-
нальную системы. Для сосредоточенной системы возьмем по два
громкоговорителя в середине каждой платформы с направлением их
акустических осей на концы платформ (на уровне человека), т. е.
1,5 м. Наиболее подходящими являются громкоговорители типа
100ГРД-13 (pi=48 Па; ев = 0,945; ег=0,077).
Рис. 4.21. План и разрез перрона с показом расположения гром-
коговорителей при централизованной системе озвучения (показа-
ны уровни озвучения в характерных точках)
Высоту подвеса громкоговорителей определяем из допустимого
значения неравномерности озвучения. Возьмем ее равной 6 дБ.
Из (2.40а) для такой неравномерности Хз=Хо=хо//1г=8,7.
При расстоянии от громкоговорителя до точки упора его акусти-
ческой оси от громкоговорителя хо=12О м, высота подвеса должна
быть Лг= 120/8,7= 14 м. С учетом высоты озвучиваемой плоскости
это составит 15,5 м над уровнем платформ. Следовательно, угол
наклона акустических осей ao = arctg 14/120 = 6,65°. Расстояние от
центра громкоговорителя до точки упора оси
го= (1202+142)1/2 =120,8 м.
230
Следовательно, в самой удаленной от громкоговорителя точке уро-
вень
Lo=2O1g 48/120,8+94=86 дБ.
Поскольку неравномерность задана равной 6 дБ, то максимальный
уровень равен 92 дБ. Точка максимального уровня расположена на
расстоянии от точки подвеса громкоговорителя (3.37):
120 f_________1 + 8,72_________л
8,7s |_ [1 + (1 —0,945s)8,7s]1/2 ]~ ’ м>
Неозвучиваемая зона находится в пределах от точки подвеса гром-
коговорителя до координаты (по длине платформы) (3.41)
120-1,9452_______
Xl “ 1 + (1 — 0,945s) -8,7s “ ’
Для ее озвучения подвешиваем на те же мачты по одному гром-
коговорителю 10ГРД-5 со следующими данными: pi=12 Па,
е=0,77 с направлением акустической оси вниз перпендикулярно
платформе (см. рис. 4.21). Создаваемый им под мачтой уровень
£=20 1g (12/14)+94=92,7 дБ,
т. е. равен максимальному уровню. Уровень, создаваемый этим
громкоговорителем на расстоянии х\ от мачты (в конце неозвучи-
ваемой зоны), можно найти из следующих рассуждений. Угол меж-
ду осью громкоговорителя и направлением на эту точку ао=
= arctg 12,1/14=40,8°, поэтому cos 40,8°=0,757, а коэффициент на-
правленности громкоговорителя 10ГРД-5 (2.13)
(1 — 0,772)-0,757
Л(40,8°) = -----------=0,464.
k 7 1 — 0,772-0,757а
Следовательно, уровень в точке xt (2.11)
0,464-12
£ = 201^-й7г+12,Р)-Т7Г+94 = 83,6дБ.
Суммарный уровень в точке xi (см. рис. 2.28)
£ = 86(+)83,6=86+2 = 88 дБ.
Таким образом, имеем уровни на платформе: 92,7; 88; 92;
86 дБ. Получилась неравномерность 6,7 дБ, что вполне допустимо.
Следует еще указать на то, что уровень в удаленной точке не-
сколько повысится из-за действия громкоговорителей на соседних
платформах. Подсчет показывает, что неравномерность снизится до
3 дБ. Требуемая мощность 8X100+4X10 = 840 Вт.
Проведем расчет разборчивости речи. Для этого сначала най-
дем фактический индекс тракта. Если взять микрофон речевого
типа, например МД-66, то фактический индекс тракта без учета
усилительного тракта, который почти не вносит искажений, будет
иметь значения, приведенные ниже в табл. 4.5. (В ней дана частот-
ная характеристика микрофона МД-66, нормированная по отноше-
нию к фго чувствительности на частоте 1000 Гц, и частотная ха-
23}
Таблица 4.5
Данные для расчета суммарной частотной характеристики
Элемент тракта Чувствительность элементов тракта, дБ, для средних частот октавы, Гц
125 250 500 1000 2000 | 4000 6000
Микрофон —10 —10 -5 0 5 5 6
Г ромкоговоритель — 10 0 0 0 —5 -5 —10
Суммарный тракт —20 — 10 —5 0 0 0 —4
рактеристика громкоговорителя 100ГРД-13, также нормированная
для 1000 Гц, приведена и результирующая частотная характеристи-
ка микрофон — громкоговоритель, называемая фактической без учета
постоянной составляющей индекса тракта.)
Определим интенсивность звука в октавных полосах частот на
выходе тракта без учета постоянной составляющей усиления, эти
данные приводятся в табл. 4.6.
Таблица 4.6
Данные для расчета общего уровня речи
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
125 250 500 1000 | 2000 4000 6000
(Уставные уровни, дБ 64,3 67,9 66,9 61,5 57 53 48,5
Индекс тракта, дБ —20 —10 —5 0 0 0 —4
Октавные уровни на выходе тракта, дБ 44,3 57,9 61,9 61,5 57 53 44,5
Интенсивность звука, отн. ед.-10е 0,03 0,62 1,56 1,41 0,5 0,2 0,03
Суммируя интенсивности звука в октавных полосах на выходе
тракта, получаем суммарную интенсивность звука на выходе тракта
7=4,36.10е и соответствующий ей уровень на выходе тракта без
постоянной составляющей усиления. Уровень получается равным
66,4 дБ. Следовательно, по отношению к минимальному уровню,
создаваемому в звуковом поле (86 дБ), постоянная составляющая
усиления равна 19,6 дБ, а фактический индекс тракта с учетом этой
составляющей имеет значения, приведенные ниже.
Частота, Гц............ 250 500 1000 2000 4000 6300
Индекс тракта, дБ. . . 9,6 14,6 19,6 19,6 19,6 15,6
Для расчета разборчивости речи берем спектральные уров-
ни речи (см. табл. 3.5,6), прибавляем к ним фактический индекс
тракта и записываем его в специальную таблицу во вторую
строчку (табл. 4.7). Для первой октавы (250 Гц) уровень речи
232
0йвен 45,5 дБ. Для первой полосы уровень нй выходе тракта 45,54-
4-9,6=55,1 дБ. В четвертую строчку записываем спектральные
уровни шумов. Согласно табл. 3.5, спектральный уровень шумов
для первой октавы равен 51 дБ. Вычитая из спектрального уров-
ня речи на выходе тракта спектральный уровень шумов и поправку
на отражение от головы (см. табл. 3.5,6), получаем уровень ощу-
щения, так как другие помехи по сравнению с шумами железно-
дорожного транспорта невелики. Результат вычисления помещаем
в пятую строчку. В шестую строчку помещаем значения коэффи-
циента разборчивости из табл. 3.3. Проделываем то же для других
октав.
Таблица 4.7
Данные для расчета разборчивости речи
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
250 500 1000 2000 4000 6000
Спектральный уровень речи, дБ 45,5 41,5 33,0 25,5 18,5 15,5
Спектральный уровень ре- чи на выходе тракта, дБ 55,1 56,1 62,6 45,1 38,1 31,1
Спектральный уровень шумов, дБ 51 46 41 30 31 29
Уровень ощущения речи, дБ 3,5 8,3 8,9 10,9 1,7 —3,8
Коэффициент разборчи- вости, отн. ед. 0,32 0,48 0,50 0,56 0,26 0,1
Суммируя коэффициенты разборчивости согласно (3.78), для
всех октав получаем формантную разборчивость
А == 0,05 (0,324-3 • 0,484-4 • 0,50-]-6 •0,564-5 •0,264-0,1) = 0,43.
Из табл. 3.4 находим слоговую S=73% и словесную 17=97%
разборчивость. Следовательно, получили хорошую понятность речи
(см. табл. 1.3).
Анализируя данные табл. 4.7, определяем, что не все полосы
передаются одинаково разборчиво. Следовало бы поднять низ-
кие частоты ниже 500 Гц на 5—6 дБ на частоте 250 Гц и поднять
высокие частоты выше 2000 Гц на 6—7 дБ на частоте 4000 Гц.
Первую коррекцию довольно легко выполнить, но не обязательно,
так как она еще хорошо передается, а вторую надо выполнить
обязательно, так как она играет заметную роль и к тому же эти
частоты значительно сильнее затухают в воздухе, чем низкие. По-
этому следует скорректировать частотную характеристику на частоте
4000 Гц, по крайней мере на 10 дБ. Такая коррекция повысит
разборчивость речи и приведет к повышению понятности речи до
отличной.
233
Рассмотрим возможность применения зональной системы. Воз-
можны два варианта этой системы озвучения: с рупорными громко-
говорителями и звуковыми колонками. Для линейной зональной
системы зоны нарезаются через 40 м (см. § 2.4) как оптимальные
с точки зрения экономики и допустимого влияния эха. Как и для
централизованной системы, задаемся типом громкоговорителей и
посмотрим, удовлетворит ли этот тип требованиям по понятности
речи, а может быть придется взять более мощные или менее мощ-
ные громкоговорители. Начнем с наименее мощных громкоговорите-
лей. Рассчитаем звуковое поле при использовании рупорных гром-
коговорителей типа 10ГРД-5 (pi=12 Па; е=0,77). В середине каж-
дой из шести зон на мачтах устанавливаем по два громкоговори-
теля 10 ГР Д-5. Их акустические оси направляем в противополож-
ные стороны вдоль платформы в концы зон в точки на высоте
Рис. 4.22. План и разрез перрона при зональном озвучении спа-
ренными рупорными громкоговорителями (стрелки у уровня ука-
зывают направление прихода сигнала мешающего громкоговори-
теля)
1,5 м. Высоту подвеса возьмем 7 м над уровнем платформы (стан-
дартная высота подвеса осветительных устройств), т. е.^ 5,5 м над
озвучиваемой поверхностью (см. рис. 4.22). В удаленной точке (на
расстоянии 20 м от мачты, т. е. на границе зоны) один громкогово-
ритель будет создавать уровень
12
L = 20 1g------------Г7Т+94 = 89,2 ДБ*
к (20а + 5,б2)1'2 т
Добавляя 3 дБ на действие встречно работающего громкогово-
рителя, получаем уровень 92,2 дБ, т. е. по сравнению с централизо-
ванным вариантом на 6 дБ больше. Для принятой высоты подвеса
получается следующая неравномерность озвучения (2.40):
A£=201g{0,5 [ 1+(1+(1 —0,772) 202/5,52) V*] }=4,9 дБ.
234
Эта неравномерность получается по средней линии платформы, на
краях ее неравномерность будет больше, но как будет показано
дальше, это увеличение незначительно.
Определим уровни поля под громкоговорителями (у мачт)* Так
как для этих точек угол между осью громкоговорителя и направ-
лением на основании мачты a=arctg(20/5,5)=74,6°, то нельзя поль-
зоваться эллиптическим приближением характеристики направлен-
ности рупорного громкоговорителя и поэтому найдем коэффициент
направленности из графика для громкоговорителя 10ГРД-5 (см.
рис. 1.28). Он равен 0,27. Поэтому у основания мачты от действия
одного громкоговорителя будет создаваться уровень L=201g(12X
Х0,27/5,5)-4~94=89,4 дБ, а для двух громкоговорителей он будет
равен 92,4 дБ, т. е. на 0,2 дБ выше, чем на стыке зон. Определим
уровень, создаваемый на боковом крае платформы (на линии мачт).
Угол между осью громкоговорителя и направлением на эту точку
(1.60)
0=arccos [ (1Н-32/5,52) (14-202/5,52) -V2] =76,5°.
Из того же графика (см. рис. 1.28) находим коэффициент направ-
ленности jR(0)=О,265. Соответственно уровень L=201g (12Х
X0,265/5/5)-|-94=89,2 дБ, т« е. почти такой же, как и под мач-
тами.
С точки зрения соблюдения норм на неравномерность все об-
стоит хорошо, но у этой системы озвучения есть два существенных
недостатка: первый — в стороне от акустической оси уровни силь-
но зависят от частоты: на низких частотах эта зависимость больше,
чем на высоких. Это объясняется снижением направленности гром-
коговорителей при уменьшении частоты. Поэтому, рассчитывая уров-
ни поля по усредненным характеристикам направленности, получаем
усредненную величину неравномерности озвучения. На самом деле,
под громкоговорителями и вообще на линии мачт будет наблюдать-
ся «бубнение». Для устранения этого недостатка необходимо под-
звучивание зоны вблизи мачт с подчеркиванием высоких частот,
что может повысить уровни поля под мачтами.
Второй недостаток — заметность эха вблизи мачт из-за дейст-
вия соседних громкоговорителей. Если на стыке зон создается уро-
вень 92,2 дБ, то на удвоенном расстоянии (под следующей мачтой)
уровень примерно на 6 дБ ниже, т. е. 86,2 дБ, а «свой» уровень
равен 92,4 дБ — на 6,2 дБ выше при разности хода 40—5,5=34,5 м,
(запаздывание равно 101 мс). Согласно рис. 1.3 эхо будет замет-
ным (следовало бы увеличить перепад уровней до 10—11 дБ, чтобы
эхо было только еле слышным). Поэтому под громкоговорителями
следовало бы повысить уровни на 5 дБ, что приведет к повышению
неравномерности до 11 дБ. Можно ограничиться повышением уровня
на 2 дБ, чтобы не выйти из норм неравномерности озвучения с
перепадом, равным 9 дБ.
Чтобы несколько повысить уровень под мачтами, уменьшим вы-
соту подвеса до 6 м, тогда высота над озвучиваемой плоскостью
будет 4,5 м, неравномерность озвучения
AL=201g{0,5[ 14- (Ж1—0,772)202/4,5) }=6 дБ.
Уровень в удаленной точке (на стыке зон)
12
(20- + 4,5Ч'«+9<-8!1'3дБ-
235
С учетом действия второго громкоговорителя уровень равен 92,3 дБ.
Для определения уровня под мачтами, найдем угол подвеса гром-
коговорителя
an=arctg(20/4,5)=77,3°.
Из графика рис. 1.28 находим, что коэффициент направленности
под этим углом равен 0,26. Следовательно, от действия одного гром-
коговорителя уровень под мачтами £=20 1g (12-0,26/4,5)4-94 =
=90,8 дБ, а от двух—93,8 дБ, т. е. на 1,4 выше, чем на стыке зон, но
такого повышения мало для устранения помех от эха. Все это
усложняет систему озвучения, так как требуется применение допол-
нительного громкоговорителя для озвучения зоны около мачт, на-
пример 10ГРД-5, так как менее мощных рупорных громкоговорите-
лей нет.
Рис. 4.23. План и разрез перрона при озвучении строенными ру-
порными громкоговорителями (стрелки у уровня указывают на-
правление прихода сигнала мешающего громкоговорителя)
Рассчитаем звуковое поле в ряде боковых точек платформ
(рис. 4.23). Таких точек берем девять с координатами: Лг=4,5 м,
х=0; 20 и 40, #=0; 3; 11 и 14. Для точек х=0 учитываем только
действие громкоговорителей, направленных вниз, для остальных то-
чек— действие только громкоговорителя, направленного в удален-
ную точку поля (#=0, х=20). Имеем: 1—^=1—0,772 = 0,407.
Точка х=0; у=0. Под дополнительным громкоговорителем со-
здается давление р= 12/4,5=2,7 Па и уровень £=102,5 дБ. В то
же время основные громкоговорители создавали уровень 93,8 дБ,
следовательно, в этой точке можно не считаться с действием основ-
ных громкоговорителей. В точке х=0 и у=3 (сбоку от линии
громкоговорителей) звуковое давление (2.11)
—
г 4,52 4- 32/0,407
и уровень £=96,1 дБ. Точно так же получаем для точек х=11
и 14. Уровни в них от дополнительного громкоговорителя составят
80 и 74,7 дБ и ими можно пренебречь. Для точек на стыке зон
(х=20) координаты будут иметь следующие значения: и=(202-|-
236
4-4,52) 1/2=20,5; w=0. При у=0 (точка упора оси в озвученную по-
верхность) уровень был вычислен ранее: 1=89,3 дБ (от одного
громкоговорителя). Сбоку от точки упора на расстоянии 3 м от нее
уровень
12-20,5
L = 201g----------1----+94 = 88,9 дБ,
ё20,52 +32/0,407^ ’ ’
для точки на расстоянии 11 м от точки упора уровень
12-20,5
g 20,52 + 1Р/0,407 ’
и для #=14 уровень
12-20,5
£ = 20 1g---------1-------+94 = 82,7 дБ.
8 20,52+ 142/0,407 ’
Для точек под следующими громкоговорителями (х=40) найдем
координаты и и w. Угол наклона оси к горизонтали an=arctgX
X (4,5/20)=12,7°, следовательно, sin 12,7°=0,22 и cos 12,7°=0,976.
Откуда
и=40 • 0,976+4,5 - 0,22=40,0, w=40 • 0,22—4,5 • 0,976=4,41.
В точке под следующими громкоговорителями звуковое дав-
ление
12-40 Л „
л =------------------=0,29 Па.
р 402+4,412/0,407
Для точки сбоку от громкоговорителей на расстоянии 3 м уровень
12-40
£ = 20 1g-----------------------+94 = 93,2 дБ.
8 402+ (З2 + 4,41) /0,407
Для отклонения от оси (#=11 м) уровень £=82 дБ и для #=
= 14 м £=79,6 дБ.
Сводим эти данные уровней в матрицу:
У X
0 20 | 40
0 102,5 89,3 83,2
3 96,1 88,9 83,2
И 78 84,7 82
14 74,7 82,7 79,6
Данные уровней для х=20 суммируются по интенсивности, т. е.
уровень в них будет выше на 3 дБ. Уровни для х=40 будут поме-
хой для х=0 в виде эха. Разность хода для них в точке #=0
(под громкоговорителями) Дг=40—4,5=35,5 м и запаздывание
Д/=104 мс. Разность уровней 102,5—83,2=19,3 дБ. Эхо будет на
грани исчезновения. Для #=3 перепад уровней равен 96,1—83,2=
= 12,9 дБ, а запаздывание около 100 мс. Эхо будет обнаруживаться,
но не мешать. Для #=11 и 14 эхо будет мешать, если по той ли-
нии не будет цепочки громкоговорителей. Такая цепочка не должна
быть дальше чем 7—8 м от первой. Такая система имеет большую
237
неравномерность из-за высокого уровня под громкоговорителем.
Можно снизить ее уменьшением уровня, развиваемого дополнитель-
ным громкоговорителем, примерно на 3—5 дБ. Эхо еще не будет
мешать.
Вместо рупорного громкоговорителя применим звуковую ко-
лонку 2КЗ-6 (р=3,8 Па). Получим под мачтой уровень
L=201g (3,8/5,5)4-94—90,8 дБ.
Суммируем его с уровнем от основных громкоговорителей (см.
рис. 2.28): Л=92,4(4~) 90,8=92,4-}—2,3=94,7 дБ, и получаем перепад
уровней ДА=94,7—86,2=8,5 дБ, это и требовалось, чтобы отсутство-
вало мешающее эхо. Звуковую колонку следует располагать осью
вниз перпендикулярно платформе с расположением продольной оси
колонки параллельно продольной оси платформы. При этом ее дей-
ствие будет наибольшим по поперечной оси платформы, т. е. в наи-
более уязвимых местах звукового поля.
Эта система (48 громкоговорителей 10ГРД и 24 звуковых ко-
лонки 2КЗ) требует электрическую мощность
Р=4Х6X2X104-4X6X2X2=528 Вт,
т. е. в 1,6 меньше, чем для централизованной системы. Экплуата-
ционные расходы и первоначальные для зональной системы будут
выше, чем для централизованной. Но если длина перронов будет
значительно больше 250 м, то для централизованной системы потре-
буются очень мощные громкоговорители и приходится применять
зональную систему.
Рассмотрим второй вариант зональной системы: озвучение зву-
ковыми колонками (рис. 4.24). Сдвоенные звуковые колонки 2КЗ-6
дают на оси на расстоянии 1 м от центра колонки звуковое давле-
ние 76 Па, в 1,57 раза (на 4 дБ) меньше, чем рупорный громкого-
воритель 10ГРДЗ-5. Чтобы не мешать соседним платформам в виде
эха, колонку располагаем так, чтобы ее больший размер был по
горизонтали (т. е. колонки ставим на бок друг на друга по срав-
нению с обычным расположением). Такие колонки располагаем с
обеих сторон мачт, как и в предыдущих случаях, и их акустические
оси направляем вдоль платформы с наклоном вниз. Точки упора,
как и в централизованном варианте берем на высоте 1,5 м над
Рис. 4.24. План и разрез перрона при озвучении звуковыми ко-
лонками в зональной системе (стрелки у уровня указывают на-
правление прихода сигнала мешающего громкоговорителя)
238
уровнем Платформ на расстоянии 20 м от мачт. Высоту подвеса
подбираем так, чтобы получить уровень под мачтами на 6 дБ выше,
чем на стыке зон. Она получается равной 4,5 м. При этом угол
наклона акустической оси колонки к вертикали ao=arctg(2O/4,5) =
=77,3°.
Найдем уровень, создаваемый одной составной колонкой на
стыке зон:
L = 201 g[7,6/(2О2 + 4,52) V2]+9, 4 = 85,4 дБ.
С учетом действия противоположного громкоговорителя уровень
равен 88,4 дБ. Такой уровень вполне достаточен, как это было
показано в варианте централизованной системы. Для сдвоенной си-
стемы 2КЗ эксцентриситет в вертикальной плоскости ев=[1—(1—
—0,52)/4]1/2=0,9, в горизонтальной плоскости ег=0,921.
Коэффициент направленности такой звуковой колонки в верти-
кальной плоскости
1 — 0,92
Л(77,3°) =--------------------0,44*
1 ' 1 — 0,92 cos2 77,3°
Уровень под колонками от двух колонок (с обеих сторон мачты)
L=201g (7,6-0,44-1,41)-]-94=94,4 дБ, т. е. на 6 дБ выше, чем на
стыке зон.
Посмотрим, как эти колонки действуют на соседних платфор-
мах. Определим уровень, создаваемый на ближайшем стыке зон
соседней платформы. Его можно рассчитать методом координат.
Возьмем точку с координатами х=20; #=14; Лг=4,5, угол наклона
оси к горизонтали а=90—77,3=12,7°, cos 12,7°=0,976; sin 12,7°=
=0,22.
Звуковое давление от громкоговорителей двух платформ
7,6-1,41
* 2024- 14/(1 — 0,9212) 4- 4,5/(1 — 0,92)
что соответствует уровню £=82,3 дБ. Это ниже уровня от «своих»
громкоговорителей на 88,4—82,3=6,1 дБ при разности хода
Дг= (2024-1424~4,52) 1/2— (2024~4,52) М2=4,32 м.
Эхо будет неслышно. Посмотрим, будет ли заметно эхо от дейст-
вия громкоговорителей, находящихся на следующей мачте. Уровень
на стыке зон равен 88,4 дБ, у следующей мачты он будет примерно
на 6 дБ ниже, т. е. 82,4 дБ, а уровень от «своих» громкоговорите-
лей у той же мачты определен ранее и равен 94,4 дБ. Следова-
тельно, перепад уровней равен 12 дБ при разности хода приблизи-
тельно 40—4,5=35,5 м и запаздывании 104 мс. В этих условиях
эхо будет только еще слышимым.
При таком озвучении на каждой мачте будет по четыре колонки
2КЗ-6 на шести мачтах и четырех платформах, всего их будет 96.
Следовательно, требуемая мощность равна 192 Вт. Получилось
наименьшее значение мощности. Неравномерность не более 6 дБ.
В отличие от централизованной системы для расчета разборчи-
вости речи в данном случае необходимо было бы учитывать влия-
ние помех от соседних громкоговорителей в том случае, если раз-
ность уровней полезного и задержанного сигналов и время задержки
находятся в области IV рис. 1.3. В рассматриваемом случае раз-
ность уровней и время задержки находятся в области II и поэтому
влияние эха не учитываем. Исходя из этого разборчивость речи не
239
рассчитываем, тем более, что она была определена для цёнтрализо*
ванной системы, а уровни передачи в данном случае выше.
Сравнивая эти системы, приходим к выводу, что наиболее под-
ходящей системой является зональная с звуковыми колонками, наи-
более экономичная — централизованная. Существенный недостаток
последней — слшком большая зона слышимости передачи при ис-
пользовании этой системы. Поэтому она может оказаться непригод-
ной при нахождении станции вблизи жилой зоны, так как уровень,
создаваемый системой озвучения, уменьшается медленно с удале-
нием от нее. Так, если на конце платформы уровень равен 86 дБ,
то на расстоянии 1000 м он будет на 201g( 1000/120)=18,4 дБ
меньше, т. е. 67,6 дБ. А санитарная норма составляет 30 дБ для
ночного времени. Поэтому централизованная система имеет ограни-
ченное применение.
4.14. ОЗВУЧЕНИЕ ВАГОННЫХ ГОРОК
Задание. Озвучить вагонную горку длиной 2 км и ши-
риной 30 м. (рис. 4.25). Требуется обеспечить понятность речи при
передаче несложной информации, преимущественно цифровой в
условиях шумов проходящих поездов. Если бы длина озвучиваемого
участка была не более 500 м, то можно было бы использовать цен-
трализованную систему из двух сдвоенных рупорных стоваттных
громкоговорителей, установленных на высоком подвесе (около 16 м
над землей), направленных в противоположные стороны от мачты.
При этом неравномерность была бы в норме, кроме участка под
мачтой. Для озвучения этого участка потребовалось бы дополни-
тельное озвучение по примеру озвучения платформ. Использовать
такую систему для длинных горок путем наращивания, т. е. в зо-
нальной системе, нельзя из-за сильного эха. Кроме того, эту систему
часто нельзя использовать из-за по^ех жилой зоне.
Рис. 4.25. План и разрез одного из участков вагонной горки прй
зональном озвучении рупорными громкоговорителями (стрелки
у уровня указывают направление прихода сигнала мешающего
громкоговорителя)
240
Исходя из этого выбираем для данного случая зональную си-
стему. Зональные системы могут быть такие же, как и в случае
озвучения платформ, т. е. или с рупорными громкоговорителями
типа 10 ГР Д-5 или со звуковыми колонками 2КЗ и 8 КЗ.
Первая система может быть взята в основном, как и в случае
озвучения платформ, т. е. по три громкоговорителя в каждой сред-
ней точке участка длиной
40 м. Если участок широ-
кий, то возможно примене-
ние параллельных линий
озвучения, как и в случае
озвучения платформ, но с
рядом оговорок.
Дело в том, что систе-
ма с тремя громкоговори-
телями в каждой средней
Основной
громкоговоритель
Дополни тельный
громкоговоритель
Продольная
ось платформы
Поперечная ось
платформы
точке участка не годится
для озвучения участков ши-
риной больше 6 м, так
Р и с. 4.26. Направления осей
основных и дополнительных гром-
как на линии громкого- коговорителей
ворителей (в поперечном
направлении) ширина зоны озвучения (см. § 4.13) равна 6 м, тогда
как на стыке зон она близка к 30 м, так как неравномерность для
расстояния + 14 м от оси не превышает 89,3—82,7=6,6 дБ.
Если взять для озвучения зоны перед громкоговорителем и в сто-
рону от него не один громкоговоритель, как в случае озвучения
платформ, а два громкоговорителя 10ГРД-5 с развертыванием их
осей в сторону (перпендикулярно осям основных громкоговорите-
лей (рис. 4.26)) и упором их осей в точку поверхности озвучения
на расстоянии 7,8 м от мачты, т. е. под углом 60° к вертикали, то
уровень в этой точке
£=201g[ 12/(7,824-4,52) 1/2]4-94=96,5 дБ.
С учетом коэффициента направленности (2.13) для е2/(1—е2)=1,46
и sin260°=0,75
/?(60°)=0,5/(1-4-1,46-0,75)=0,24,
уровень под громкоговорителями
L=201g( 12-2 «0,24/4,5)4-94=96,1 дБ.
На расстоянии 15 м от мачты угол между осью громкоговори-
теля и направлением на эту точку составляет 0=arctg( 15/4,5)— 60=
=13,3, коэффициент направленности для него /?(13,3°) =0,9. Уро-
вень
L=201g[12-0,9/(154-4,52)1/214-94==90,8 дБ.
А от основных громкоговорителей на оси на стыке зон (см. выше)
имеем 89,34-3=92,3 дБ; на расстоянии 14 м от оси уровень 82,74-3=
а=85,7 дБ. Таким образом, на стыке зон уровень изменяется в пре-
делах 92,3—85,7 дБ, т. е. на 6,6 дБ, а на линии громкоговорителей
в поперечном направлении от 96,5 до 90,8 дБ, т. е. на 5,7 дБ.
Однако между ними уровень изменяется от 96,5 до 85,7, т. е. на
10,8 дБ. Но так как между этими линиями расстояние равно 20 м,
то такая неравномерность не будет заметна. Проверка на замет-
ность эха показывает, что под громкоговорителями разность уров-
ней от своих громкоговорителей и от соседних 96,1—(83,54-3) =
16—190 241
=9,6 дБ при разности хода 40,5—4,6=35,8 м, или 105 мс. Превы-
шение порога заметности получилось на 1,4 дБ, что несущественно.
На расстоянии 14—15 м перепад уровней
Д£ = 90,8—(79,6+3)=8,2 дБ
при разности хода 27,3 м, или 81 мс, т. е. с запасом 8,2—6=2,2 дБ.
Таким образом, может быть озвучена полоса шириной 30 м и
с любой длиной, кратной 40 м. На каждую точку необходимо иметь
четыре громкоговорителя 10ГРД-5, т. е. 40 Вт. При длине озвучи-
ваемой территории, равной 2 км, потребуется 2 кВт мощности.
Рис. 4.27. План и разрез одного из участков вагонной горки
с показом расположения звуковых колонок (стрелки у уровня
указывают направление прихода сигнала мешающего громкого-
ворителя)
Рассмотрим вариант озвучения с помощью звуковых колонок.
Возьмем для этого 8КЗ-4 (р=7,6 Па; ев=0,971; ег=0,71; 1—ев2=
=0,0571; 1—ег2=0,496). Рассмотрим вариант с двумя колонками на
мачте, направленными в противоположные стороны (рис. 4.27). Если
взять за основу участки длиной 40 м, то на оси громкоговорителей
эхо не будет заметно при высоте подвеса не выше
Лг=40(1— eB2)V2/2,3=4,2 м.
Соответственно угол подвеса громкоговорителей к горизонтали ап=
=arctg (4,2/20)= 12°. Для него sin 12°=0,208; cos 12°=0,978. Так
как ев2/(1—ев2)=16,5, то коэффициент направленности вниз (2.13)
Л(90°—12°) = 1/[1+16,5sin2 (78°)]1/2=0,244, Уровень под громко-
говорителями
Ln=201g (2.7,6-0,244/4,2) +94=92,9 дБ.
Уровень в стыке зон
L=201 g[7,6 -1.41/ (202+4,22)1 /2]+94=88,4 дБ.
242
2-7,6
Определим уровни в точках с координатами х=0; #=15; .
х=20; #=15; х=40; #=0 и 15, для всех точек Лг=4,2.
На линии, перпендикулярной оси громкоговорителей, на рас-
стоянии 15 м от нее координаты «=4,2-0,208=0,874 и w=—4,2 X
Х0,978=—4,108, уровень
2-7,6
== 201g-------------------------------+94 = 88,8 дБ.
*х ё 0,8742+4,1082/0,0571 4- 152/0,486Т
Координаты для боковой точки на стыке зон
и=20 -0,978+4,2 • 0,208=20,4; w=20 • 0,208—4,2 0,978=0.
Уровень в этой точке
Г22 = 20 1g-----1,41,7,6----+94 = 85,2 дБ.
22 6 20,4а + 152/0,486
Координаты точек под следующими громкоговорителями
«=40 • 0,9784-4,2 • 0,208=40; w=40 - 0,208—4,2 - 0,978=4,21,
уровень в точке на оси громкоговорителей
'41'7’6----+И_81,8дБ,
402 + 4,22/0,057
Л31 — 20 lg
Уровень в боковой точке
^32 ~ 20 1g
1,41-7,6
------------------------------, 4-94 = 80,9 дБ
(402+ 152/0,486 + 4,22/0,0571) /2 ‘
Сводим вместе данные об уровнях в матрицу:
V X
0 20* 40
0 92,9 88,4 81,8**
15 88,8 85,2 80,9
* Стык зон.
**3апаздывание составляет 284 мс.
Неравномерность озвучения 92,9—85,2=7,7 дБ, т. е. в норме. Под
громкоговорителями эхо не будет заметно, так как разность уров-
ней Д £=92,9—81,8=11,1 дБ при разности хода (402+4,22)1/2—4,2=
=36, т. е. ДА=106 мс (см. рис. 1.3). На краю зоны разность уров-
ней 1Д£ 88,8—80,9=7,9 дБ при разности хода (402+152-1-4,22) V2—
— (152—|—4,22) V2=27,1 м, т. е. Д/=80 мс. Из рис. 1.3 находим, что
допустима Д£=7 дБ. Следовательно, эхо не будет заметно и на
краю зоны.
Рассмотренные выше варианты основаны на том, что эхо не
должно быть заметным. Но можно для случаев служебной связи
допускать наличие такого эха, которое находится на таком пределе,
что снижается разборчивость речи (рис. 1.3, см. кривая 3). Про-
ведем расчет системы озвучения вагонных путей для такого усло-
вия. В этом случае, как показывают расчеты, расстояние между
16* 243
громкоговорителями можно взять в 2—2,5 раза больше, т. е. 80—
100 м. Возьмем предельный случай — расстояние 100 м. Для озву-
чения возьмем сдвоенные колонки 8КЗ-2, поставленные по верти-
кали (рис. 4.28). Имеем следующие параметры: £1=15,2 Па; ег=
=0,71; (1— ег2=0,486); ев=0,5 (34-eBi2) 1/2=0,993; (1—ев2=0,0143).
Возьмем предельно низшую высоту подвеса 5 м для расстояния
между громкоговорителями 100 м, т. е. высота над озвучиваемой
поверхностью будет 3,5 м и угол подвеса громкоговорителей к го-
ризонтали a0=arctg (3,5/50) =4°. Найдем коэффициент направленно-
сти громкоговорителя вниз. Так как ев2/(1—ев2)=70, что i/?(86°)=
= 1/(1-|-70 sin2 с6°)1/2=0,119. Уровень под громкоговорителями
Ln=201g [2-15,2-0,119/3,5]+94=94,3 дБ, а
уровень в стыке зон
b2i=201g[l,41 •15,2/(502+3,52)1/2J+94=86,6 дБ.
Рис. 4.28. План и разрез одного из участков вагонной горки при
предельном удлинении зонального участка (показано расположе-
ние громкоговорителей, стрелки у уровня указывают направление
прихода сигнала мешающего громкоговорителя)
Найдем уровень под следующими громкоговорителями (х=100;
#=0; Лг=3,5). Для угла 4° cos 4°=0,998; sin4°=0,07, координаты
этой точки «=100- 0,998+3,5 -0,07=100; оу=100-0,07—3,5 -0,998=
=—3,51. Откуда
L31 = 20 Iff------1,41’.15>?---775-4-94 =. 80,3 дБ.
31 g (10034-3,5Р/0,0143)1/2 ‘
Разность уровней 94,3—80,3=14 дБ, а разность хода
Дг=(1002+3,52) */2—3,5=96,6 м, т. е. Д/=0,284 с.
Такое запаздывание соответствует 14 дБ по кривой 3 рис. 1.3. Сле-
довательно, запаздывание лежит на пределе снижения разборчиво-
сти речи. Определим уровни в трех точках, смещенных на 15 м от
осевой линии.
Координаты точки на линии громкоговорителей: х=0; «/=15;
Лг=3,5; «=3,5.0,07=0,25; w=—3,5-0,998=3,49, следовательно, уро-
вень
2-15 2
= 20 lg (0 252 + 3 492/0,0143 + 152/0,486)1/2 ^94 = 92,5 дБ‘
244
Точка на стыке зон «=50-0,998 + 3,5-0,07=50; w=50 • 0,07—3,5 X
X 0,998=0; уровень в ней
1 41.15 2
Lii = 20 Ig(50,P+l5*/0,486)‘'2 +94 = 85,9 ДБ>
Уровень от соседних громкоговорителей
1,41-15,2
£32 = 201g (1008+з.51г/0>014з+ 152/0,486)1/2 +94 = 80’1 дБ-
Сводим данные уровней, дБ, в матрицу:
V X
° 1 50» 100
0 94,3 86,6 80,3**
15 92,5 85,9 80,1***
•Стык зон. «Запаздывание 284 мс. ’«Запазды-
вание 80,6 мс.
В боковой точке на линии громкоговорителей эхо будет на
12,4 дБ ниже основного сигнала при запаздывании на 80,6 мс (до-
пустимо AL=7 дБ). Неравномерность озвучения 94,3—85,9=8,4 дБ.
Это немного более нормы, но допустимо, так как ширина участка
озвучения довольно широка и поэтому эта неравномерность не бу-
дет заметна.
Если необходимо повысить уровни речи вследствие высоких
уровней шумов, то возможно использование тех же громкоговори-
телей, но с предварительной компрессией речи (типа ограничителя
уровня) на б—12 дБ.
Можно расширить зону озвучения в ширину до 50—70 м с
некоторым допуском в отношении неравномерности озвучения и
заметности эха. Так, при ширине зоны 70 м получим следующие
уровни по оси громкоговорителей (прежние данные) и на боковой
линии, отстоящей от оси на 35 м.
Данные уровней, дБ, сводим в матрицу:
X
и 0 50» 100
0 94,3 86,6 80,3**
35 88,4 83,6 80,3***’
•Стык зон. «Запаздывание 282 мс. •«Запазды-
вание 206 мс.
Для запаздывания 206 мс перепад уровней должен быть не
менее 10 дБ, но этот перепад равен 8,1 дБ, эхо будет мешать, но
не очень сильно. При ширине зоны 50 м эхо уже мешать не будет.
Следовательно, можно озвучить полосу шириной 50 м и дли-
ной, равной 100 и, где и —число участков. При длине 2 км по-
требуется 20 точек озвучивания по четыре громкоговорителя
245
8КЗ-4, т. е. 80 громкоговорителей, мощность 640 Вт. При озвуче-
нии участками по 40 м потребуется 50 точек озвучивания по два
громкоговорителя в каждой, т. е. 100 громкоговорителей, или
мощность 800 Вт. Последняя система несколько дороже предыду-
щей, но она дает более высокое качество звучания.
Проведем расчет разборчивости речи для шумов железнодо-
рожного транспорта с учетом помех от речи на 8,1 дБ ниже уров-
ня ,самой речи. За основу возьмем расчет для платформ, проведен-
ный в предыдущем параграфе. В расчетную табл. 4.8 в первую
строку записываем средние частоты октав, во вторую — спектраль-
ные уровни на выходе тракта из табл. 4.7. В третью строку за-
писываем спектральные уровни шумов из той же таблицы. В чет-
вертую строку записываем суммарный уровень спектральных шу-
мов и помех, получаемый путем суммирования уровней шумов и
помех по интенсивности. Так, для первой октавы имеем акустиче-
Данные для расчета разборчивости речи
Таблица 4.8
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
250 500 1000 2000 4000 6000
Спектральные уровни речи на выходе тракта, дБ 55,1 56,1 52,6 45,1 38,1 31,1
Спектральные уровни шумов, дБ Спектральные уровни по- мех, дБ 51 46 41 30 31 29
47 48 44,5 37 30 23
Суммарные уровни шумов и помех, дБ 52,5 50,1 46,2 37,8 33,5 30
Уровни ощущения, дБ Коэффициент разборчи- вости, отн. ед. 2,6 6,0 6,4 7,3 4,6 1,1
0,29 0,40 0,42 0,44 0,35 0,24
ские шумы со спектральным уровнем 51 дБ, а помехи со спектраль-
ным уровнем на 8,1 дБ ниже спектрального уровня речи на вы-
ходе тракта, т. е. 55,1—8,1=47 дБ. Следовательно, суммарный
уровень 51 (+)47=52,5 дБ. Поэтому уровень ощущения для этой
полосы 55,1—52,5=2,6 дБ. Записываем его в пятую строку. По
уровню ощущения находим коэффициент разборчивости (см.
табл. 3.3). Аналогично проделываем эти расчеты для остальных
полос. В результате получаем данные, приводимые в табл. 4.8.
По этим коэффициентам разборчивости находим формантную
разборчивость (3.55):
А==0,05 (0,28+3 • 0,40+4 • 0,42+6 • 0,44+5 • 0,35+0,24) =0,39.
Для этой формантной разборчивости находим из табл. 3.4 величи-
ны слоговой и словесной разборчивости. Они соответственно рав-
ны: 5=68% и F=95%. Получили хорошую разборчивость речи
даже без ее компрессии. Применение компрессии может дать бо-
лее лучшую разборчивость речи.
246
4.15. ОЗВУЧЕНИЕ ТАНЦПЛОЩАДКИ
Задание. Озвучить танцплощадку размером 40X40 м
на открытом воздухе вдали от жилых зданий (в парке)
(рис. 4.29). Качество звучания задано по II классу. Уровень зву-
чания не ниже 90 дБ в центре площадки и допустимо снижение
его на краях площадки до 85 дБ. В соответствии с заданным ка-
Р и с. 4.29. План и разрез танцплощадки при двустороннем озву-
чении с показом уровней основного и эхового звука
чеством выбираем рупорный громкоговоритель 50ГРД-Ш-8 (Pi==
— 16 Па; ег=0,77; ев=0,945; 1—е2г = 0,407; 1—£2в = 0,107). Сначала
расположим громкоговорители с двух противоположных сторон
по два громкоговорителя с расстоянием между ними 20 м (поло-
вина ширины площадки). Под громкоговорителями, вероятно, бу-
дет неозвученное пространство, поэтому, может быть, придется по-
ставить дополнительные громкоговорители для его озвучения. Они
могут потребоваться и для устранения эха.
Задаемся неравномерностью озвучения б дБ. Находим ориен-
тировочную высоту подвеса (для одиночного громкоговорителя) из
(2.40а)
6=20 1g 0,5 {1+[1 + (1—0,9452)202/^2г]172};
/ 1 —0,9453 У/2
лг“20\ (2.106/20— 1)2—1 /
Над площадкой высота подвеса 2,34-1,5=3,8 м. Угол наклона осей
громкоговорителя ao=arctg (20/2,31) =6,6°, sin 6,6°=0,115 и
cos 6,6°=0,993. Ближайшая точка к громкоговорителю неозвучи-
247
ваемой зоны (3.41)
________20-0,9452
1 + 0,107-202/2,31*-1,31 М’
точка максимального уровня (3.37)
20 Г (14-202/2,312)
20* I (1 + 0,107-20*/2,31*)*/2 “1
2.31* L
=7 м.
Рассчитаем уровни для одного громкоговорителя для следую-
щих точек: х=2; 7; 20; 33; 38 и у—0; 10; 20; 30. Сначала находим
координаты ии w (2.10). Для точки х=2 и=2-0,993+2,31-0,115=
=2,25, 10=2-0,115—2,31-0,993=—2,06. Аналогично рассчитываем
их для других х и получаем следующие значения:
к 2 7 20 33 38
а 2,25 7,22 20,13 33 38
W —2,06 —1,49 0 1,5 2,16
Находим вспомогательные суммы и2+а>*/0,107;' <^=44,7; а2= 12,88;
а3=405,2; о4=1110; и5= 1487,6.
Рассчитываем все уровни:
ii=201g [16-2,25/(44,7+0)]+94=92,1 дБ;
7-2=201g [16-2,25/(44,7+102/0,407)]+94=75,9 дБ;
7-3=201g [16-2,25/(44,7+202/0,407)]+94=64,9 дБ;
£4=20 lg[16-2,25/(44,7+302/0,407)] +94=58,1 дБ;
7-5=201g£16-7,22/(72,88+0)] +94=98,0 дБ;
Le=201g [16-7,22/(72,88+102/0,407)]+94=85,2 дБ;
7.7=201g [16-7,22/(72,88+202/0,407)]+94=74,8 дБ;
7-8=201g £16-7,22/(72,88+302/0,407) ]+94=68,1 дБ;
7-9=201g£16-20,13/(405+0)] +94=92,0 дБ;
Lio=201g£16-20,13/(405+102/0,407)] +94=87,9 дБ;
£ц=201g [16-20,13/(405+202/0,407)]+94=84,3 дБ;
£12=201g [16-20,13/(405+302/0,407)]+94=75,8 дБ;
£13=201g[16-33/(1110,9+0)] +94=87,5 дБ;
£м=20lg(16-33/(U10,9+102/0,407)]+94=85,8 дБ;
£15=201g [16-33/(1110,9+202/0,407)]-[-94=82,0 дБ;
£ie=201g [16-33/(1110,9+302/0,407)]+94=78,0 дБ;
£17=201g [16-38,5/(1487,1+0)]+94=86,2 дБ;
£18=201g [16-38,5/(1487,1 + 102/0,407)]+94=84,9 дБ;
£19=20lg[16-38,5/(1487,1+202/0,407)]+94=81,8 дБ;
£2О=201g [16-38,5/(1487,1 +302/0,407)] +94=78,3 дБ.
Сначала посмотрим, как будет обстоять дело в отношении эха
от соседнего громкоговорителя. Собственный уровень под гром-
248
коговорителем на расстоянии 2 м от края площадки составляет
75,9 дБ, а от соседнего — 64,9 дБ, т. е. разность 11 дБ, а запазды-
вание во времени около 52 мс, т. е. эхо от этого громкоговорителя
не будет заметно. Суммируем уровни пока только от соседних
громкоговорителей. На расстоянии 2 м от края площадки с гром-
коговорителями на оси площадки L=75,9(+)75,9=78,9 дБ, на оси
громкоговорителей £=92,1 (4-) 64,9=92,1 дБ, на боковом краю пло-
щадки 75,9 (+) 58,1=75,9 дБ. На расстоянии 7 м (от края пло-
щадки) по оси площадки 1=85,2 (+) 85,2=88,2 дБ, по оси гром-
коговорителей L—98 (-}-) 74,8=98 дБ, на боковом краю площадки
£=85,2 (4-) 68,1=85,2 дБ. На середине площадки по ее оси £=
= 87,9 ( + ) 87,9=90,0 дБ, по оси громкоговорителей £=92(+)84,3=
=92,6 дБ, па краю площадки £=87,9 (+) 75,8=88 дБ.
Таблица 4.4
Распределение уровней на площадке
S (D S я На оси пло- щадки, дБ ный дБ На оси громко- говорителей, дБ «И « - На краю пло- щадки, дБ а> я к св
1 1-я 2-я Суммар уровень 1-я 2-я шар вень 1-я 2-я В" СО Я
о £ пара пара пара пара пара пара й1
2 78,9 87,9 87,9 92,1 87,5 75,9 86,5 86,5
7 20 88,2 90,9 88,8 90,9 93,9 98 92,6 88,6 92,6 98 95,6 85,2 88 86,5 88 91
33 38 88,8 87,9 88,2 78,9 87,9 88,6 87,5 98 92,1 98 Эхо 86,5 86,5 85,2 75,9 86,5
Примечание. Отсутствие значения суммарного уровня означает наличие
эха.
На расстоянии 33 м от линии громкоговорителей на оси пло-
щадки £=85,8(4-) 85,8=88,8 дБ, на оси громкоговорителей £=
= 87,5 (4-) 82=88,6 дБ, на боковом краю площадки £=
= 85,8(4-) 78,0=86,4 дБ и на расстоянии 38 м — на оси площадки
£=84,9 ( +) 84,9=87,9 дБ, на оси громкоговорителей £=
= 86,2 (+) 81,8=87,5 дБ и на краю площадки £=84,9(4-) 81,3=
= 86,5 дБ.
Заносим эти уровни в табл. 4.4. В ней отдельно указаны
уровни от обеих пар громкоговорителей. Как видим, на расстоя-
нии 2 и 38 м от линии громкоговорителей уровни от противопо-
ложных громкоговорителей оказываются выше, чем от ближайших,
на 10 дБ, т. е. имеем значительное эхо и неравномерность озвуче-
ния получилась выше 10 дБ. Трудно устранить подзвучиванием
эхо и неравномерность. Поэтому такая система озвучения непри-
годна.
Перенесем громкоговорители на одну сторону и расположим
их через 10 м друг от друга (крайние громкоговорители будут на-
ходиться на расстоянии 5 м от края). Эта система озвучения уже
будет распределенной. Направим оси громкоговорителей на даль-
ней конец площадки (рис. 4.30). Задаваясь неравномерностью
249
озвучения от одиночного громкоговорителя, равной 6 дБ, найдем
высоту подвеса громкоговорителей над озвучиваемой плоскостью
Г(2* 10°’3 — 1)2— 1 ’11/2
hr = 40 1 ------ =4,64 м.
г L 0,107 J
Округляем до 4,7 м и получаем высоту подвеса над площадкой
6,2 м. Определим уровень в конце площадки, считая, что для уда-
ленных точек можно пользоваться формулами цилиндрической
волны, т. е. для распределенных систем (1.6) и (2.21). Для уда-
Рис. 4.30. План и разрез танцплощадки при одностороннем озву-
чении. Показаны уровни в наиболее опасном месте для образова-
ния эха.
ленной точки расстояние ее от громкоговорителя хо=(402+
+4,72)1/2=40,3 м, следовательно, уровень в конце площадки
163-0,1071/2 I
L = К) 1g----10.40,3" ‘ 94 =87-2 дБ-
Максимальный уровень, создаваемый одним громкоговорителем,
равен 87,2 дБ. Для четырех громкоговорителей он повысится на
6 дБ и будет равен 93,2 дБ.
Определим уровень на расстоянии 5 м от линии громкогово-
рителей. В этих точках уже нельзя пользоваться формулой для
распределенной системы, так как звуковая волна более близка
к сферической, чем к цилиндрической. Поэтому расчет ведем по
250
обычной координатной методике. Найдем координаты и и W, ДЛЯ
чего сначала найдем угол подвеса громкоговорителя:
a0=arctg (4,7/40) =6,7°; sin 6,7°=0,117; cos 6,7°=0,993;
и=5 • 0,993+4,7 • 0,117=5,52; су=5 -0,117—4,7 • 0,993=—4,08.
Вспомогательная сумма а=5,522 + 4,082/0,107=186. Уровни в точ-
ках с координатами л=0; 5; 10; 15; 20; 25; 30 и 35; г/=5 и Лг=4,7
для одного громкоговорителя:
£о=2О1 g [ 16 • 5,52/ (186+0)]+94=87,5 дБ;
L5=201g [16-5,52/(186+52/0,407)]+94=85,1 дБ;
Lio=2O lg [ 16 - 5,52/(186+102/0,407) ] +94=80,2 дБ;
£15=20 1g[16-5,52/(186+152/0,407)J +94=75,6 дБ;
£2о=2О 1g [16-5,52/(186 + 202/0,407)]+94=71,6 дБ;
£25=201g(16.5,52/(186+252/0,407)] +94=68,2 дБ;
£зо=2О 1g(16-5,52/(186+302/0,407)] +94=65,3 дБ;
£35=201g [16.5,52/(186 + 352/0,407)]+94=62,8 дБ.
Находим суммарные уровни в пяти точках, начиная с края пло-
щадки через 5 м для л=5 при работе четырех громкоговорителей:
£0=85,1 (+) 75,6 (+) 68,2(+) 62,8=85,7 дБ;
£5=87,5 (+) 80,2 (+) 71,6 (+) 65,3=88,3 дБ;
£10=85,1 (+) 85,1 (+) 75,6 ( + ) 68,2=88,3 дБ;
£15=87,5 (+) 80,2 (+) 80,2 (+) 71,6=88,9 дБ;
£20=85,1 (+) 85,1 (+) 75,6 ( + ) 75,6=88,5 дБ.
Как видим, уровень на расстоянии 5 м от линии громкогово-
рителей в четырех точках изменяется в пределах 1,0 дБ (0,6 дБ) и
только на краю площадки он уменьшается приблизительно на
2,5 дБ. Неравномерность озвучения, если не учитывать эту точку,
лежит в пределах 6 дБ, а с ее учетом — 7,5 дБ. Конечно, ближе
5 м от линии громкоговорителей неравномерность больше (мини-
мальные уровни на линии под громкоговорителями в углу пло-
щадки).
Проверка на эхо показывает, что оно не будет заметно. Это
видно из данных суммирования уровней. Наиболее эхоопасное
место — край площадки. Рассматривая первую строчку суммарных
уровней, видим, что при разности хода 30 м (от первого и чет-
вертого громкоговорителей) перепад уровней Д£=85,1—62,8=
=22,3 дБ, т. е. полная незаметность эха.
Чтобы озвучить и линию под громкоговорителями, можно при-
менить звуковые колонки 100K3-13. Они дают уровень выше на
А£=201g (22/16) =2,8 дБ. При этом минимальный уровень близок
к 90 дБ. Кроме того, уменьшится неравномерность озвучения и
повысится качество звучания. Однако потребуется вдвое большая
мощность (400 Вт).
4.16. ОЗВУЧЕНИЕ УДАЛЕННОЙ ЗОНЫ
Задана зона озвучения, находящаяся на расстоянии
400 м от громкоговорителя, глубина зоны 100 м, ширина 400 м.
Высоту подвеса выбираем равной 25 м (для подвеса громкоговори-
251
телей используется телескопическая мачта). Необходимо озвучить
зону по глубине на 250 м
вается зона от 375 до 625
Найдем необходимую
вертикальной плоскости из
со средней точкой на 500 м (озвучи-
м от громкоговорителя) (рис. 4.31).
направленность громкоговорителей в
(3.88) при х3=хо=5ОО; а=250; Лг = 25
250-252 \ 1/2
\ 5002(500 — 250)/
1—е2в = 0,0026.
Чтобы осуществить такой эксцентриситет, необходимо взять четы-
ре громкоговорителя типа 100ГРД (ев=0,945„ ег=0,77) с установ-
кой их по вертикали друг на друга. Тогда получим эксцентриситет
в вертикальной плоскости из (3.89) при х$=хо=5ОО; а=250;
hr = 25
ев=[16—1 +0,9452]‘/2/16=0,9967.
При таком эксцентриситете глубина озвучиваемой зоны несколько
увеличится:
952
500Id = 1 4-------------------.
' 5002(1 — 0,99672)
Откуда d=362 м вместо 250 м. Увеличивать число громкоговори-
телей из-за громоздкости установки нецелесообразно.
Определим неравномерность озвучения в пределах эллипса
озвучения (2.40а)
Д£=20 1g {0,5(14-[1+(1—0,99672)5002/252]1/2)}=1,1 дБ.
Если взять эксцентриситет направленности в горизонтальной
плоскости, равный типовому ег=0,77, то малая ось эллипса озву-
чения (3.90) 6=362(1—0,772) !/2=231 м, а задана ширина 400 м.
Определим неравномерность озвучения на флангах зоны (3.91).
Так как a=arctg[400/(2-500)J=21,8°, cos 21,8°=0,928, то
л , (1 — 0,772)0,928
Д£ = —20 1g----------------------=2,3 дБ
g 1 — 0,772.0,9282
что вполне допустимо.
Если взять сдвоенный громкоговоритель, для которого ев =
=0,945, то AL=7,3 дБ, это много для неравномерности озвучения,
поэтому оставляем счетверенный громкоговоритель. Для него в
улучшенном варианте номинальное звуковое давление Pi=4X50=
=200 Па. Если не применять ограничитель уровня, то на расстоя-
нии 500 м без учета затухания в воздухе уровень звукового дав-
ления
£=201g (200/500)4-94=86 дБ.
Это будет пиковый уровень. Средний уровень речи получится
86—12=74 дБ, т. е. уровень, равный уровню, развиваемому ора-
тором на расстоянии 1 м от него. В условиях акустических шумов
менее 60 дБ [(3.15); (3.16)] требуемый уровень не превышает 85 дБ,
т. е. для речи будет достаточно. Для музыки этого уровня мало.
Если применить ограничитель уровня на 10 дБ, то и для музыки
такой уровень достаточен. Если же уровень акустических шумов
будет не менее 70 дБ (громкие разговоры), то и для речи этот
252
уровень мал. Наиболее вероятен шум около 70 дБ, поэтому сле-
дует применить ограничитель уровня на 10 дБ и для передачи
речи. Этот уровень соответствует уровню речи 95 дБ, как и уро-
вень музыкальных передач.
4.17. ОЗВУЧЕНИЕ ПЛОЩАДИ
С ДАЛЬНЕЙ ДИСТАНЦИИ
Задание: Озвучиваемая площадь находится на расстоя-
нии 1 км, размеры ее по ширине около 200 м (рис. 4.32). Передача
должна вестись с закрытой позиции, но громкоговорители можно
или выдвигать вверх, если между озвучиваемой площадью и по-
зицией находится лес высотой не более 20 м, или с земли, если
между позицией и площадью нет видимых препятствий. Оба слу-
Рис. 4.31. Расположение удаленной зоны озвучения
чая не имеют принципиальной разницыВ обоих случаях выби-
раем острую направленность в горизонтальной плоскости, так как
ширина площади невелика, и небольшую направленность — в вер-
тикальной. Последнее применяем, чтобы избежать действия воз-
можной акустической тени в районе площади. Чтобы охватить ши-
рину 200 м на расстоянии 1000 м, необходимо иметь эксцентриси-
тет направленности для рупорных громкоговорителей ег=
= (1—2002/20002)72=0,995. Если взять три рупора от громкоговори-
телей типа 100ГРД-2 и расположить их горизонтально, то их
эксцентриситет из (3.89) ег= [(8+0,9452)/9]1/2=0,994, ширина ма-
лой оси эллипса #=2000(1—е2г) =218 м. Размер громкоговорителя
в горизонтальной плоскости составит около 3 м, в вертикальной —
0,5 м. Угол излучения — не менее ±30°, что на 1 км составит по
высоте 580 м. Это обеспечит отсутствие акустической тени на боль-
шой глубине от границ озвучиваемой площади. В безветренную
1 Передача поверх леса может иметь уменьшение дальности
из-за поглощения звука и увеличение ее из-за изгиба звуковых волн
вследствие рефракции. Оба эффекта могут компенсироваться,
253
?/^/////////77777777ZW7^
Отражатель Поверхность земли
____________________________________________________________бддБ
1000
ББдБ
Рис. 4.32. Расположение дальней зоны озвучения
погоду затухание звука из-за расхождения сферической волны на
расстояние 1 км составляет 60 дБ по отношению к 1 м, кроме
этого затухание из-за турбулентности по данным [9, 10] составля-
ет 12 дБ на частотах до 2000 Гц, выше этой частоты затухание
резко возрастает. Общее затухание без учета акустической тени и
ветра равно 72 дБ. Если рассчитывать на средний уровень речи
в точке приема не менее 68 дБ (обычный разговорный уровень),
то на расстоянии 1 м средний уровень должен быть не менее
140 дБ, а для передачи пик-фактора уровень следует повысить на
12 дБ. Громкоговоритель 100ГРД-2 дает 48 Па, строенный громко-
говоритель при подведении мощности 300 Вт будет давать 144 Па
(на самом деле из-за интерференции это давление несколько умень-
шится), т. е. составит 137,2 дБ. Если подводить вдвое большую
мощность (600 Вт), то развиваемый громкоговорителями уровень
будет равен 140 дБ. В этом случае потребуется введение ограни-
чителя уровня на 12 дБ. Такое ограничение практически не сни-
жают качество передачи речи, если оно осуществляется инерцион-
ным ограничителем.
Кстати, и передача музыкальных программ с таким ограни-
чением заметно не снижает качества звучания, но все же гром-
кость передачи недостаточна велика при прослушивании в шумах.
При наличии акустической тени все уровни сильно снижаются, но
для этого предусмотрено средство против нее и поэтому вероят-
ность ослабления из-за тени невелика.
Если применить у рупоров отражатели звука, то это повысит
уровень на 6 дБ и потребуется ограничение только на 6 дБ.
Посмотрим, насколько следует повысить мощность, чтобы вес-
ти передачу на расстояние, большее 1 км. Так как для передачи
на расстояние 2 км основное затухание равно 66 дБ, а дополни-
тельное [9, 10] 15 дБ, то затухание составит 81 дБ вместо 72 дБ
254
для 1 км. Поэтому для получения того же уровня необходимо
увеличить мощность громкоговорителя в 8 раз, т. е. довести ее
до 4,8 кВт. Такие громкоговорители отсутствуют и поэтому берем
громкоговорители с мощностью на 1,5 кВт, т. е. в 2,5 раза боль-
ше, чем для 1 км (увеличение на 4 дБ). Получим уменьшение уров-
ня звучания на 5 дБ. При дальности в 4 км затухание еще уве-
личится [9, 10] на 7 дБ и уровень снизится по сравнению с 1 км
на 18 дБ, т. е. будет составлять 56 дБ. Слышимость на таком
уровне уже даже при шумах не более 50 дБ приближается к пре-
дельно понятной. Но вследствие различных метеорологических фак-
торов (ветра, потоков воздуха и т. д.) слышимость может значи-
тельно возрасти.
ПРИЛОЖЕНИЕ L
ЗВУКОФИКАЦИЯ БОЛЬШОЙ ПЛОЩАДИ
Общие положения. Площадь для демонстраций имеет
размеры 120X180 м (см. рис. 4.6). С одной продольной стороны она
ограничена зубчатой стеной высотой 20 м, с другой — зданием высо-
той 30 м. Зубцы имеют высоту 5 м и расстояние между ними 5 м.
В середине площади, ближе к зубчатой стене, находится строение
шириной 10 м, высотой 15 м. Строение находится на расстоянии
10 м от стены. На нем расположена трибуна с микрофонами. Вы-
сота микрофонов над землей 7,5 м, сзади микрофона на расстоянии
2,5 м строение сужено до 5 м. С боков строения находятся госте-
вые трибуны длиной 60 м, шириной 30 м, задний ряд трибун име-
ет высоту 4 м. Между строением и трибунами проход 10 м. Эхо
не должно мешать восприятию речи.
Уровень интенсивности не должен быть менее 90 дБ, неравно-
мерность озвучения не более 6 дБ. Участок от стены до трибун
может не озвучиваться. Класс аппаратуры I: должна быть обес-
печена полная понятность речи при шумах речевого типа не более
75 дБ. На площади не должно быть каких-либо столбов, опор
и т. п.
Выбор системы озвучения и громкоговорителей. По заданному
условию зональная система исключается, так как нельзя ставить
столбы для установки громкоговорителей. Централизованная систе-
ма неприменима из-за больших ее размеров и малого значения
заданной неравномерности озвучения. Остается распределенная
система с расположением основных громкоговорителей на стене,
т. е. настенная цепочка из звуковых колонок, так как рупорные
громкоговорители неприменимы из-за их низкого качества зву-
чания. Однако распределенная система может быть применена с
осторожностью, так как при длинных цепочках может создаться
эхо из-за большой разности хода волн, приходящих от удаленных
друг от друга громкоговорителей. Так, например, в точку, отстоя-
щую от стены на 20 м, будет проходить волна от ближайшего
громкоговорителя, находящегося на расстоянии приблизительно
20 м и от громкоговорителя, отстоящего от первого на 40 м, т. е.
с расстоянием от рассматриваемой точки (см. рис. 4.6) примерно
на 45 м. Получается разность хода 25 м, что уже создает ощу-
щение эха. Громкоговорители, более удаленные от первого, также
будут создавать запаздывающие звуки. Получается ощущение ре-
верберационного эффекта. Чтобы уменьшить влияние такого рода
помех, приходится применять направленные громкоговорители в го-
255
ризонтальной плоскости. Направленность громкоговорителя должна
быть такой, чтобы запаздывающие волны примерно на 60 мс были
ослаблены не менее чем на 10 дБ по сравнению со звуком, при-
ходящим от ближайшего громкоговорителя к рассматриваемой
точке. Если рассматриваемая точка находится от стены на рас-
стоянии х, высота цепочки Лц, то мешающий громкоговоритель на-
ходится от ближайшего к рассматриваемой точке на расстоянии у.
Эта величина находится из (3.65).
Например, при высоте 15 м и удалении от стены на 10 м
предельное расстояние, при котором может появиться эхо,
Ум ^20 [ 1 + 0,1 (102+152) V2]1/^ 18 м,
т. е. громкоговоритель должен иметь угол излучения меньше 0=
=arctg (18/20) =42°. Если положить, что затухание из-за направ-
ленности должно быть не менее 10 дБ, т. е. /?2(0)=0,1, то требуе-
мый эксцентриситет направленности в горизонтальной плоскости
из (2.9)
=----------------------------гпг=0,975.
г [1 4-sin2 42° 0,1/(1 — 0,1)]1/2
Для мощных колонок эксцентриситет в горизонтальной плос-
кости равен 0,91. Если такие колонки сдвоить, поставив их рядом,
то эксцентриситет такой колонки из (1.56)
е _ (3+°-912)1/2..=0,978,
ег — 2
т. е. то, что требуется. Высота подвеса громкоговорителей опре-
деляется довольно точно размерами стены и зубцов. Если распо-
ложить громкоговорители между зубцами, то минимальная высота
подвеса громкоговорителей будет около 15 м (высота основания
зубцов 15 м, озвучиваемая поверхность находится на высоте 1,5 м
от земли, высота колонки с креплением около 1,5 м, центр колон-
ки на высоте 14,75 м). Согласно (3.14) для шага цепочки
^2,15(1—0,9782)V2=6,26 м. Так как участок от стены до трибун
может озвучиваться с неравномерностью больше 6 дБ, то возьмем
расстояние между громкоговорителями 10 м (в дальнейшем про-
ведем проверку на неравномерность на линии, отстоящей от сте-
ны на 10 м).
Если взять колонку 100КЗ-13, то она на расстоянии 1 м имеет
звуковое давление, равное 22 Па, а сдвоенная — 44 Па. Такая
колонка при сдвоении по горизонтали имеет эксцентриситет ег—
=0,978. На расстоянии 120 м от нее при шаге цепочки 10 м созда-
ваемый ею уровень [см. (1.6) и (2.22)]
L = 10 *g ”’444120~10г8)1/2 +95=94-5 ДБ-
т. е. близок к предельному уровню. Таким образом, громкогово-
рители считаем выбранными. Согласно [9], оси громкоговорителей
целесообразно направлять на точку не в самый конец обслужи-
ваемой зоны, а несколько ближе, в зависимости от заданной не-
равномерности. Дело в том, что при направлении оси в самый
дальний конец озвучиваемой зоны не используется 0,5 мощности
колонки. Поэтому для использования большей мощности громко-
говорителей при непревышении заданной неравномерности следует
приближать к громкоговорителю точку упорэ его осц р озву^ивае-
256
1/2
——+94 = 96,6 дБ.
мую поверхность [9]. Общая неравномерность для цепочки имеет
вид (3.59)
AL = 51g^[(l + (l-^)X02]X
+ 1)1 2+ (^У—^р)2/(1 — ^в2)
(1 —А^о2)2
где X—b!hTi X^x/h^ Ъ — ширина площади. В этой формуле пер-
вый множитель дает неравномерность в зоне от громкоговорителя
до точки упора оси.
Задаваясь неравномерностью 4 дБ1, находим, что при Х=
=120/15=8 Хо=4,5. Следовательно, точка упора оси громкогово-
рителя будет находиться на расстоянии х0=4,5-15=67,5 м от
стены.
Неравномерность на участке от этой точки до конца площади
определится вторым множителем. Расчет дает для нее 3 дБ.
Определим общий уровень, создаваемый цепочкой на расстоя-
нии 67,5 м от стены (2.22):
t 3,14-442.0,0435
£ = 10 1g —!------------
10-(67-52 + 152)
На расстоянии 120 м от стены уровень 96,6—3=93,6 дБ. Но
это общий уровень, полезный уровень меньше, так как часть его бу-
дет создаваться громкоговорителями, очень удаленными от ближай-
шего. Можно было бы взять громкоговорители типа 50КЗ-ЗМ —
они дают немного меньший уровень, чем 100K3-13, но для запаса
по уровню оставим громкоговоритель 100КЗ-13.
Расчет уровней звукового поля. Проведем более точный рас-
чет уровней звукового поля с учетом разности хода звуковых волн
от разных громкоговорителей2. Сначала проверим неравномерность
на расстоянии 10 м от стены и уровни на этой линии, так как
последний ряд трибун приподнят на высоту 4 и.
На линии х=10 для высоты громкоговорителя над озвучивае-
мой поверхностью Лц=11 м при угле подвеса a0=arctg (15/67,5)=
= 12,5° (sin 12,5°=0,216; cos 12,5°=0,976), координаты и и w будут
н=10-0,9764-11-0,216=12,14; ^=10-0,216—11-0,976=—8,58. Созда-
ваемый одним громкоговорителем в рассматриваемой точке уровень
442
£ = 10 1g---------------------------494 = 92,7 дБ.
ё 12,142 4 8,582/( 1 — 0,9852)
А создаваемый тем же громкоговорителем в сторону от его оси на
у=5 м уровень
L= 101g-------------------—---------------1-94 = 91,9 дБ,
s (12,142 4-8,58а/0,03-J-53/0,0435)
т. е. отклоняется всего на 0,8 дБ. Следовательно, отсутствует необ-
ходимость проверять уровни в промежутках между громкоговорите-
1 Данная неравномерность рассчитывается для случая, когда
громкоговорители не мешают друг другу, а в данном случае ряд
громкоговорителей создает помехи другим громкоговорителям, по-
этому неравномерность по полезному звуку несколько увеличится.
2 Для расчета уровней звукового поля разработана программа
расчета их на ЭВМ (см. приложение 2). Но она в данном случае
непригодна, так как разработана для случая малой разности хода
звуковых волн от громкоговорителей, а в данном случае эти раз-
ности превышают эховые расстояния.
17-190 257
лями. Заметим, что уровень в этих точках повысится от действия
соседних громкоговорителей и выравняется.
Найдем точку максимального уровня. Из (3.36)
________0,9852-67,5 _
1 + 0,03(67,5/1,5)г ’~40,
Следрвательно, характерными точками будут 10 м — задний ряд
гостевых трибун, 20 м — первый ряд их, 40 м—। точка максимума
уровня, 67,5 м—точка упора оси в озвучиваемую поверхность,
100 м — точка максимального уровня помех, 120 м — конец площа-
ди по ширине.
Для расчета уровней определим координаты и и w для других
точек на проекции оси громкоговорителя (х=20; 40; 67,5; 100; 120).
Для х=20:
ц=20-0,9764-15-0,216=22,76; ^=20-0,216—15-0,976=—10,32;
для х=40:
п=40-0,9764-15-0,216=42,28; ш=40-0,216—15-0,976=—6,0;
для х=67,5:
н=67,5-0,9764-15-0,216=69,12; иу=67,5-0,216—15-0,976=0;
для х=100:
и = 100 • 0,976 +15 0,216=100,84; w = 100 • 0,216— 15 • 0,976 = 6,96;
для х=120:
^=120- 0,9764-15 • 0,216= 120,36; w= 120 • 0,216— 15 - 0,976= 11,28.
Вычислим вспомогательные величины: ц24-^2/0,03=д; а10=2601;
аго=4068; Л4о=2988; ав7>5=4778; аюо=Н 783; ai2o=18 735. Соответ-
ственно этим данным определим уровни (для х=10 он был опреде-
лен ранее и равнялся 91,9 дБ). Для х=20:
£2о= Ю 1g (442/4068)4-94=90,8 дБ; jL40=91,1 дБ;
7,67,5=90,1 дБ; Lioo=86,2 дБ; £120=84,1 дБ.
Прежде чем рассчитывать уровни поля каждого громкоговорителя
в сторону от его оси, определим, при какой величине этого откло-
нения громкоговоритель будет мешать из-за большой разности хода.
Найдем значения ум. Для х=10 м ум^[14-0,1 (1024-112)1^2]1/2=
=31,5 м, т. е. полезный уровень будет только от трех громкоговори-
телей с каждой стороны.
Для х=20 у^[ 14-0,1 (2024-152)V2]*/2=37,4 м, т. е. тоже для
трех громкоговорителей.
Для х=40 */м^45,9 м, т. е. по четыре громкоговорителя с каж-
дой стороны.
Для х=67,5 г/м^54,2, т. е. по пять громкоговорителей.
Для х=100 #м^66,7, т. е. по 6 громкоговорителей. Для х=120
г/м^72,4, т. е. по 7 громкогоЬорителей.
Проведем определение уровней поля для одного громкоговори-
теля с тем расчетом, чтобы путем наложения полей каждого из 18
258
громкоговорителей найти суммарный полезный уровень поля й уро-
вень взаимных помех. Суммарное звуковое давление находим путем
квадратичного суммирования значений:
442
г а2 + £/2/0,0435
так как 0,0435= 1—е2г, а суммарный уровень L=101gSp2.
Данные расчета сводим в табл. П1.1а и П1.16.
Таблица П1.1а
Значения звуковых давлений в разных точках площади
при работе всех громкоговорителей
Расстояние от стены у, м Квадрат звуковых давлений, Па2, на расстояниях от стены по проекции оси громкоговорителя, м
10 20 40 67,5 | 100 | J20
0 0,7443 0,4759 0,6479 0,4052 0,1643 0,1030
10 0,3951 0,3041 0,3662 0,2261 0,1375 0,0920
20 0,1641 0,1460 0,1589 0,1386 0,0923 0,0693
30 0,0831 0,0782 0,0818 0,0760 0,0596 0,0491
40 50 60 70 ЯП 0,0492 0,0321 0,0227 0,0473 0,0313 0,0223 0,0487 0,0320 0,0226 0,0466 0,0311 0,0221 0,0399 0,0280 0,0205 0,0288 0,0254 0,0191 0,0147
0,0168 0,0166 0,0167 0,0165 0,0156
<50 90 100 ПО 120 130 140 150 160 170 0,0129 0,0128 0,0129 0,0127 0,0122 0,0117
0,0103 0,0102 0,0102 0,0101 0,0098 0,0095
0,0083 0,0083 0,0083 0,0083 0,0080 0,0078
0,0069 0,0069 0,0069 0,0068 0,0067 0,0065
0,0058 0,0058 0,0058 0,0058 0,0056 0,0055
0,0050 0,0049 0,0049 0,0049 0,0048 0,0048
0,0043 0,0043 0,0043 0,0043 0,0042 0,0041
0,0037 0,0037 0,0037 0,0037 0,0037 0,0036
0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0033 0,0032
0,0029 0,0029 0,0029 0,0029 0,0029 0,0028
Выше подчеркнутых значений находятся полезные состав-
Примечание.
ляющие, ниже—взаимные помехи.
Определим полезные уровни на линиях проекций осей средних
громкоговорителей (Ср), т. е. 8, 9, 10 и 11-го, так как для них в соз-
дании полезного уровня участвует одинаковое число громкоговори-
телей с каждой стороны. ДЛя нахождения уровней суммируем квад-
раты звуковых давлений и эти квадраты для боковых громкогово-
рителей удваиваем. Расчетные данные сводим в табл. П1.2. Для
каждого расстояния от стены даем сумму квадратов звукового дав-
ления (табл. П1.2а) и соответствующий ей уровень (табл. П1.26).
Это и будет полезный уровень наг линиях средних громкоговорите-
лей. Рядом дается сумма квадратов звуковых давлений без их удво-
ения для боковых громкоговорителей, т. е. для линии 1 и 18 гром-
коговорителей и соответствующий этой сумме уровень. Это составит
полезный уровень на линиях проекции осей крайних громкоговори-
телей (Кр).
17* 269
Как видим, расчет общего уровня для цилиндрической волны
дает небольшую ошибку (0,3—1 дБ), тогда как расчет уровня помех
дает значительную ошибку, особенно на больших расстояниях от
громкоговорителей. Поэтому расчет помех можно проводить только
на (или на микрокалькуляторе с программой).
Таблица Ш.16
Значения уровней звука в различных точках площади при
работе всех громкоговорителей
Расстояние от оси, м Уровень, дБ, на расстояниях от стены по проекции оси громкоговорителя, м
10 20 40 | | 67,5 100 | 120
0 91,9 90,8 92,1 90,1 86,2 84,1
10 90,7 88,8 89,6 88,4 85,4 83,6
20 86,2 85,6 86,0 85,4 83,7 82,4
30 83,2 82,9 83,1 82,8 81,8 80,9
40 г-/-» 80,9 80,8 79,0 77,5 76,2 80,9 80,7 80 79,4
50 60 70 80 79,1 77,6 76,3 79,1 77,5 76,2 78,9 77,4 76,2 78,5 77,1 75,9 78,0 76,8 75,7
90 75,1 75,1 75,1 75,1 74,9 74,7
100 74,0 74,1 74,1 74,1 73,9 73,8
ПО 73,2 73,2 73,2 73,2 73,0 72,9
120 72,4 72,4 72,4 72,4 72,3 72,1
130 71,6 71,6 71,6 71,6 71,5 71,4
140 70,9 70,9 70,9 70,9 70,8 70,7
150 70,3 70,3 70,3 70,3 70,2 70,2
160 69,7 69,7 69,7 69,7 69,7 69,6
170 69,2 69,2 69,2 69,1 69,1 69,0
68,6 68,6 68,6 68,6 68,6 68,5
Превышение полезного уровня над помехами для средних гром-
коговорителей находится в пределах 7,7—13,3 дБ, увеличиваясь по
направлению от стены, а для краев площади колеблется в пределах
7,4—9,9 дБ. Снизить уровень помех можно применением более на-
правленных громкоговорителей в горизонтальной плоскости, напри-
мер, установкой звуковых колонок не вплотную друг другу, а с рас-
стоянием до 60 см между ними. В этом случае эксцентриситет гром-
коговорителя в горизонтальной плоскости возрастет с 0,978 до 0,985,
а величина 1—е2г с 0,0435 уменьшается до 0,03.
В этом расчете не рассматриваются помехи, создаваемые отра-
женными от стены здания звуковыми волнами. Попытки компенса-
ции их включением цепочки мощных громкоговорителей, расположен-
ных на фасаде здания, не дают снижения помех от сильного эха.
Единственный выход: покрыть стену здания до высоты 15 м сильно
поглощающим материалом (например, акустической штукатуркой
АГШ с коэффициентом поглощения не менее 0,9), тогда отраженные
звуки будут ослаблены не менее чем на 10 дБ вблизи здания и не
создадут мешающего эхй, а на расстоянии 20 м разность уровней еще
более возрастет и эхо не будет заметно.
260
Таблица П1.2а
Суммарные значения звуконого давления сигнала и взаимных помех при работе всех громкоговорителей
Вид сигнала Квадрат звуковых давлений, Па2, для расстояний от стены до проекции оси громкоговорителя, м
10 20 40 67,5 100 120
ср КР СР кр ср 1 кр ср | кр ср | кр ср кр
Полезный 2,029 1,387 1,533 1,004 1,959 1,304 1,533 0,971 0,920 0,542 0,700 0,402
Мешающий 0,278 0,184 0,271 0,181 0,179 0,135 0,113 0,101 0,065 0,077 0,033 0,060
Суммарный 2,307 1,571 1,804 1,185 2,138 1,439 1,646 1,072 0,922 0,619 0,733 0,462
Суммарный* 2,486 1,988 2,320 1,834 1,168 0,926
Мешаю- щий** 0,457 0,455 0,361 0,301 0,249 0,226
, , 3,14«р2(1—е 2)1/2
♦Из расчета звукового давления для цилиндрической волны: р2 =-------L-----
a№d
»— **По разности межяу общим уровнем и уровнем сигнала (полезной составляющей).
ю Таблица П1.26
Значения уровней звука сигнала и взаимных помех и точности расчета при работе
всех громкоговорителей _______________________________________________________________________
ВиД сигнала У ровень, дБ, для расстояний от стены по проекции оси громкоговорителя, м
10 20 40 67,5 100 120
ср кр ср i I кр ср | кр ср кр ср I кр ср кр
Полезный 97,1 95,4 95,9 94,0 96,9 95,2 95,9 93,9 93,6 91,3 92,5 90,0
Мешающий 88,4 86,6 88,3 86,6 86,5 85,3 84,5 84,0 82,1 82,9 79,2 81,8
Превышение полезного 8,7 8,4 7,7 7,4 10,4 9,9 11,4 9,9 11,2 8,4 13,3 8,2
над мешающим
Суммарный 97,6 96,0 96,6 94,7 97,3 95,6 96,2 94,3 93,6 91,9 92,7 90,6
Суммарный1 97,9 97,0 97,7 96,6 94,7 93,7
Мешающий2 90,6 90,6 89,6 88,8 88,0 87,5
Ошибка по сигналу:
суммарному1 0,3 0,4 0,4 0,4 1,0 1,0
суммарному3 2,2 2,3 3,1 4,3 5,8 5,7
3,14р2(1-е’>’/2
’Из расчета звукового давления для цилиндрической волны: р* ——---------------
da^l^
2 По разности между общим уровнем и уровнем сигнала (полезной составляющей).
8Разность между вычислением по общем у уровню и по разности сигнала и помехи.
В табл. П1.26 даны величины превышения полезного уровня
над уровнем помех как разность их уровней. Приводятся также
расчеты общего уровня по формулам для цилиндрической волны,
т. е. бесконечного излучателя, как для квадрата звукового давления,
так и для уровня. Вычитая из этих квадратов звукового давления
квадраты полезного сигнала, получаем значение помехи в паскалях
и по нему находим уровень помех в децибелах. Эти данные приве-
дены в таблице и показана ошибка вычисления по общему уровню
как самого уровня, так и уровня помех.
Из данных таблицы ГЛ.2а следует, что неравномерность озву-
чения по полезному уровню в середине площади не превышает
4,6 дБ, цо краям 5,4 дБ, а общая — 7,1 дБ, т. е. больше заданной
на 1,1 дБ. Так как эта неравномерность обусловлена снижением
уровня на расстоянии 120 м, т. е. около фасада здания, то целесооб-
разно подзвучить этот участок площади дополнительной цепочкой
с маломощными громкоговорителями и установить эту цепочку или
на фасаде здания или на столбах тротуара, идущего вдоль края
площади по ее длине. В последнем случае направление осей громко-
говорителей должно быть к зданию, а в первом случае к зубчатой
стене.
Рассмотрим последний вариант. Так как звук от стены запазды-
вает с разностью хода около 120 м, то дополнительную цепочку
следует включать через линию задержки на 356 мс.
Чтобы не создавать помех для основной цепочки громкоговори-
телей, дополнительная цепочка должна быть подвешена невысоко, не
выше 2—3 м над головами слушателей (озвучиваемой поверхно-
стью). Возьмем высоту подвеса 2,5 м. Так как ширина тротуара
равна 3 м, то расстояние до слушателей, находящихся на краю
тротуара, г=(2,52Ц-32)1/2=3,9 м. Если применить ненаправленные
громкоговорители, то на расстоянии 20 м от фасада здания уровень
уменьшится (из расчета цилиндрической волны) только на Д£=
= 101g (20/3,9) =7,1 дБ и будет создавать помехи основной цепочке.
Поэтому целесообразно применить звуковые колонки, например
2КЗ-6 (pi=3,8 Па; ев=0,92; ег=0,50). Их звуковое давление не-
сколько высоко для данного случая, а ширина частотного диапазона
узка (300—7000 Гц), поэтому следовало бы заменить в ней головки
более широкодиапазонными (до 100—<8000 Гц) (со снижением зву-
кового давления до 1,8 Па). Например, 2КЗ-6М. Поскольку эти гром-
коговорители являются подзвучивающими, то качество их звучания
может быть и более низкого уровня. Шаг цепочки определяем из
(3.11): h^2-2,5=5,0 м. По тем же соображениям можно взять шаг
цепочки 5 м, всего громкоговорителей в цепочке будет 36. Точку
упора оси громкоговорителя возьмем на краю тротуара, т. е. х=3.
Тогда в этой точке для цилиндрической волны (так как эта цепочка
приближается к бесконечной из-за большого количества громкогово-
рителей) составит уровень [см. (2.22)]
, 3,14-1,82(1 — 0,50*)1/2 ,
L = 10 1g----------5~3~9-------- i 94 = 90,5 дБ.
Это удовлетворительный уровень, так как на краю площади будет
уровень более 93 дБ (вместо 90 дБ). На середине площади (по дли-
не) у фасада здания уровень был 92,5 дБ, а будет 92,5 (-)-) 90,5=
=94,6 дБ, т. е. неравномерность озвучения снизится (уточним после
окончания расчета). Проведем расчет уровней при х=0 (под цепоч-
263
кой), х==20 м и х0=52,5 *) м (в точке упора оси громкоговорителей
основной цепочки), а также при х=0 для отклонений от оси х=20 м
для определения взаимных помех и неравномерности озвучения вдоль
здания, где она будет наибольшая.
Определим координаты и и w. Угол наклона оси a0=arctg (2,5/3)=
=39,8°; sin 39,8°=0,64; cos 39,8°=0,768; 1—е2в= 1—0,922=0,1536.
Для х=0
«=2,5«0,64=1,6; w=—2,5-0,768=—1,92; х=20 «=20-0,768+
+2,5 • 0)64= 16,96; w=20 • 0,64—2,5 • 0,768=—10,88;
х=52,5; «=52,5«0,768+2,5 «0,64=41,92; w=52,5-0,64—2,5-0,768=
=31,68.
Вспомогательные величины:
«1 = 1,62 +1,922/ (1 —0,922) = 26,56; а2 = 16,962 +10,882/ (1 —0,922) = 1058;
«з=41,922+31,682/0,1536=8291,3.
Уровень в этих точках:
3,14 • 1,82-0,751/2 ,
Lj_ = 101g —------:--4-----4-94 = 89,3 дБ!
5-26,56 ^2
3,14-l,8s-0,75I/2 ,
L2 = 10 lg-----------—-----+94 = 81,3 дБ 1
5-10581/2
, , 3,14- 1,8®-O,75I/2 , „
L3 = 101g-------------—----4-94 = 76,9 дБ.
5-8291,3 ^2
Неравномерность озвучения под цепочкой (см. 3.62)
3,14-2,5-0,751/2
ДЛ = 20 1g —; -------—------=0,008 дБ,
5-0,15361/2
т. е. ничтожно малая. Определим, будут ли взаимные помехи в этой
цепочке. Две колонки, действуя с расстояния 20 м, создают уро-
вень
2« 1,82
L = 10 1g---------1---------+94 = 74,6 дБ,
8 26,56+ 202/0,75 ’
т. е. на 20 дБ меньше уровня, создаваемого обеими цепочками.
Уточним неравномерность озвучения от обеих цепочек. У само-
го фасада имеем уровни 92,5 (+) 89,3=94,2 дБ и 90 (+) 89,3=92,7 дБ.
На расстоянии 10 м от фасада основной уровень — около 92 и
89,5 дБ, а от дополнительной цепочки —) 86,2 дБ, что дает 93 и
91,2 дБ. Следовательно, неравномерность составит 97,1—91,2=
=5,9 дБ, что как раз и удовлетворяет заданной норме.
Помехи от дополнительной цепочки на линии 100 м определяют-
ся разностью полезных уровней от обеих цепочек. Полезный уровень
от основной цепочки 93,6 дБ, а от дополнительной — 81,3 дБ. Раз-
ность составляет 12,3 дБ при разности хода 40 м и запаздывании
Д/=118 мс, т. е. на пороге заметности эха (см. рис. 1.3).
Выбор микрофона и определение индексов тракта. Для умень-
шения приема шумов с площади и повышения устойчивости тракта
*) Во избежание эха переносим точку упора оси с 67,5 на 52,5 м.
264
к самовозбуждению выбираем микрофон речевого типа с острой од-
нонаправленной характеристикой или кардиоидной. Из таких микро-
фонов пригодны микрофоны МДО-1 и МД-78. Первый имеет харак-
теристику направленности 2? (0) =0,25 (l-f-cos О)2, второй — /?(0) =
=0,5(l-]-cos 0) Для увеличения направленности обычно используют
линейную группу микрофонов. Возьмем такую группу из восьми ми-
крофонов, разнесенных на длину 50 см. Такая группа дает направ-
ленность в зависимости от частоты (1.51):
Ttd
/?гр(8) = slnnx/n sinx; х — ——• sin 6, f = с/к,
к
где d — длина группы; / — частота колебания.
Чтобы найти эту направленность, необходимо определить, под
какими углами будут приходить звуковые волны от громкоговорите-
лей. Из плана площади следует, что строение частично экранирует
микрофон от ближайших громкоговорителей. Так как микрофон на-
ходится на расстоянии 2,5 м от экранирующей стены и на расстоя-
нии 20 м от зубчатой стены, то при ширине экранирующей стены,
равной 5 м, громкоговорители на стене, отстоящие от середины пло-
щади (по длине) менее чем на 40 м, будут заэкранированы (с 6-го
по 13-й громкоговоритель) и только с 1-го по 5-й и с 14-го по 18-й
громкоговоритель будут воздействовать на микрофон. Таким обра-
зом, углы прихода звуковых волн можно определить из следующих
рассуждений: высота громкоговорителей над микрофонами 15—
— (7,5—1,5) =9 м, расстояние от микрофона до зубчатой стены —
20 м, т. е. от микрофона до ближайших громкоговорителей 22 м,
расстояния громкоговорителей от середины: 45, 55, 65, 75 и 85 м.
Следовательно, углы будут:
0rp=arctg [45/22]=64о, 0rp=arctg [55/22] =68,2°;
0rp=arctg [65/22]=71,3°, 0rp=arctg [75/22] =73,7°;
!0rp=arctg [85/22] =75,5°.
Это углы приема для группы, для отдельного микрофона они
будут следующими:
0=arctg [(4524-92)V2/20]==66,5°; 0=arctg [ (552+92) V2/20]=70,3°;
0=arctg [(652+92)V2/20]=73°; 0=75,2°; 0=76,8°.
Задаваясь частотами по октавному ряду: 250, 500, 1000, 2000, 4000
и 8000 Гц, находим направленность группы микрофонов под указан-
ными выше углами, переводя их затем в децибелы: 7?(0)=2Olg 7?(0).
Все данные сводим в табл. П1.3.
Найдем квадраты звукового давления и уровни, создаваемые
громкоговорителями в точке микрофона. Для этого вычислим коор-
динаты и и w для х=20 и Лц=9 м:
«=20-0,976+9-0,216=21,46; ау=20-0,216—9-0,976=—4,46.
Вспомогательная величина
«2+w0,03=21,462+4,462 /0,03= 1124,
откуда находим:
для 5-го и 14-го громкоговорителей
0=45 р2м = 442/(1124+ 452/0,0435)== 0,0406, L = 80,l дБ;
265
to Таблица П1.За
g? Частотная характеристика направленности громкоговорителей в сторону микрофона
Номер громко- говорителей Коэффициент направленности для частот, Гц
250 500 1000 2000 4000 8000
отн. ед. | дБ отн. ед. ДБ отн. ед. | дБ отн. ед. дБ отн. ед. | дБ отн. ед. | ДБ
5 и 14 0,963 0,3 0,582 6,3 0,241 12,3 0,120 18,3 0,060 24,3 0,030 30,3
4 и 15 0,933 0,6 0,466 6,6 0,233 12,6 0,117 18,6 0,058 24,6 0,029 30,6
3 и 16 0,914 0,8 0,457 6,8 0,229 12,8 0,114 18,8 0,057 24,8 0,029 30,8
2 и 17 0,902 0,9 0,451 6,9 0,225 12,9 0,113 18,9 0,056 24,9 0,028 30,9
1 и 18 0,894 1,0 0,447 7,0 0,224 13,0 0,112 19,0 0,056 25,0 0,028 31,0
Таблица П1.36
Суммарная направленность микрофонов в сторону
громкоговорителей
Тип микро- фона Направленность для номеров громкоговорителей
5-го и 14-го 4-го и 13-го З-го и 16-го 2-го и 17-го 1-го и 18-го
отн. ед. U3 Е( отн. ед. из Е( отн. ед. из Е( отн. ед. из отн. ед, из
МД-78 МДО-1 0,699 0,489 3.1 6,2 0,668 0,446 3,5 7,0 0,646 0,417 3,8 7,6 0,628 0,394 4,0 8,1 0,614 0,377 4,2 8,5
для 4-го и 15-го громкоговорителей
* /=55 р2м = 442/(11244-552/0,0435) =0,0274, L = 78,4 дБ;
для 3-го и 16-го громкоговорителей
* /=65 p2M=442/(1124_j_652/0,0435)=0,0197, L = 76,9 дБ;
для 2-го и 17-го громкоговорителей
у=75 р2м=442/( 11244-752/0,0435) =0,0148, L = 75,7 дБ;
для 1-го и 18-го громкоговорителей
* /=85 р2м = 442/(11244-852/0,0435) =0,0116, L = 74,6 дБ.
Квадраты звуковых давлений и соответствующие им уровни для
каждой пары громкоговорителей на входе микрофонов (с учетом их
направленности) определяем из формулы р2вх=2р27?Гр/?м и данные
расчета сводим в табл. П1.4.
Если за расчетную точку взять такую, в которой будет макси-
мальный уровень помех при минимальном полезном уровне, то такой
является точка на расстоянии 100 м от стены. В этой точке уровень
равен 91,3 дБ. Его и примем за расчетный. Соответственно этому
можно вычислить предельный индекс передачи для микрофонов
МДО-1 и МД-78. Из (3.69) получаем следующие предельные ин-
дексы:
Частота, Гц 250 500 1000 2000 4000 6000
<2пр(МД-78), дБ —4,2 1,0 7,0 13,9 20,0 24,5
(^(МДО-!), дБ —0,7 5,3 11,4 17,4 23,4 27,9
Следовательно, наиболее критический диапазон частот находи-
дится около 250 Гц. Если выбрать микрофон МДО-1, то, учитывая
подчеркивание им высоких частот для коррекции спектра речи с кру-
тизной 6 дБ/окт, получим частотную характеристику, близкую к оп-
тимальной.
Для определения рационального индекса тракта зададимся аку-
стическими шумами из числа известных видов шумов, наиболее
близко подходящих к условиям работы звукоусилительного устрой-
ства на нашей площади (например, проведение митингов). Для слу-
чая озвучения площади музыкальными программами микрофоны на
площади выключены и нет обратной связи, поэтому индекс тракта
ограничен только уровнем громкости передачи на площади. Из табл.
267
to
оо Значение звуковых давлений и их уровней с учетом направленности микрофона
а) Микрофон МД-78
Т а б ли ц а П1.4
Квадрат звуковых давлений, отн. ед., и уровни,. дБ для частот, Гц
Номер громко- говорителей 250 500 1000 2000 4000 8000
отн. ед 10"8 | | ДБ отн. ед. ДБ отн. ед. | ДБ отн.ед. дБ отн. ед. | ДБ отн. ед. дБ
5 и 14 3680 79,7 922 73,6 230 67,6 57,1 61,6, 14,3 55,6 3,57 49,6
4 и 15 2128 77,6 531 71,3 113 65,2 34,3 59,3 8,23 53,2 2,06 47,2
3 и 16 1373 75,4 343 69,4 86,3 63,4 21,4 57,3 5,34 51,3 1,38 45,3
2 и 17 949 73,8 237 67,7 59,1 61,7 14,9 55,7 3,66 49,6 0,92 43,6
1 и 18 699 72,4 175 66,4 43,9 60,4 11,0 54,4 2,74 48,4 0,69 42,4
Сумма 8829 83,5 2208 77,4 552 71,4 138 65,4 34,3 59,3 8,62 53,4
б) Микрофон МД0-1
5 и 14 1801 76,6 451 70,5 113 64,5 28,0 58,5 7,0 52,5 1,75 46,5
4 и 15 949 73,7 237 67,7 59 61,7 14,9 55,7 3,67 49.6 0,92 43,6
3 и 16 572 71,6 143 65,6 35,9 59,6 8,9 53,5 2,23 47,5 0,58 41,6
2 и 17 368 69,7 92,4 63,7 22,9 57,6 5,78 51,6 1,42 45,5 0,36 39,6
1 и 18 264 68,2 65,9 62,2 16,6 56,2 4,14 50,2 1,04 44,2 0,26 38,1
Сумма 3954 80,0 989 74,0 247 67,9 61,7 61,9 15,36 55,9 3,87 49,9
3.5 берем акустические шумы йерйого типа с общим уровнем 71 дБ.
Спектральные уровни для этого шума приведены ниже:
Частота, Гц.............. 250 500 1000 2000 4000 6000
Ва, дБ.................. 39,0 35,0 32,5 18,5 12,5 7,0
Теперь найдем уровень помех. В данном случае такими помеха-
ми в точке на расстоянии 100 м от стены будут: самомаскировка
речи, имеющая спектральные уровни на 24 дБ ниже спектральных
уровней речи у слушателя, помехи от отраженных звуковых волн
(от здания), помехи от второй цепочки и взаимные помехи громко-
говорителей. Помехи от отраженных звуковых волн, как показано
выше, на 12,4 дБ ниже полезного уровня речи, помехи от второй
цепочки — на 11,7 дБ ниже полезного уровня и взаимные помехи
(превышение полезного уровня над ними), равные 11,2 дБ. Послед-
ние помехи, вообще говоря, действуют сложным образом и их влия-
ние несколько меньше, чем других помех при равных величинах, но
будем считать, что они действуют в полную меру.
Просуммируем все помехи по интенсивности.
Суммарный уровень помех
Ln=(Lpc—24) (+) (Lpc-12) (+) (Гре—12,3) (+)
(Арс—ll,) = Lpc—101g(10-2>4+10-1>2+10-1’23+10-1’12)=LPc-7 дБ.
т. е. суммарные помехи будут на 7 дБ ниже полезного уровня речи.
А так как этот уровень равен 91,3 дБ, то уровень помех составит
86,3 дБ. Следовательно, спектральный уровень помех (3.71), (3.72)
Вп=Вр.м~Ь(?М.С—7,
где Вр.м — спектральный уровень речи микрофона, который на 6 дБ
выше стандартного уровня (на расстоянии 1 м от оратора), т. е.
Z3p.M=B'p-4-6; QM.c — индекс передачи тракта.
Найдем рациональный индекс тракта При звукоусилении.
Из (3.67)
Qp а ц=Ва—Вр. M-j-G-l-A,
где А — превышение полезного уровня над помехами. В этом случае
д=7 дБ, поэтому получим следующие данные:
Частота, Гц ................ 250 500 1000 2000 4000 6000
<2рац, дБ................... 0,5 0,5 0,5 0,0 1,0 —1,5
Определим фактический индекс тракта суммированием чувстви-
тельностей микрофона МДО-1, громкоговорителя 100КЗ-15 с усло-
Таблица П1.5
Определение фактического индекса тракта
Параметр Фактический индекс для частот, Гц
250 500 I 1000 2000 4000 6000
Чу вст в ит ел ь ноет ь: микрофона МДО-1 колонки 100КЗ-1 Суммарная Фактический индекс тракта 1111 ооо ел 1 — 1 0 0,5 0 0 0 0,5 — 1 1 0 0,5 3 0 3 3,5 ю 1 1 1
269
ВйеМ йепрейышений предельного индекса тракта По всем диапазоне
частот (табл. П1.5).
Фактический индекс тракта получен добавлением 0,5 дБ к сум-
марному индексу для того, чтобы он был по возможности не ниже
рационального и ниже предельного. Сравнивая фактический индекс
с предельным, видим, что на частоте 500 Гц он ниже предельного
на 4,8 дБ, а на всех других частотах он гораздо меньше. Иными
словами, имеем запас по устойчивости тракта, равный 4,8 дБ. Срав-
нивая фактический индекс с рациональным, получаем, что они ниже
последнего на 9 дБ только на частоте 250 Гц. На частоте 4000 Гц
он выше на 2,5 дБ.
Определим относительную интенсивность речи в октавных поло-
сах (§ 3.7):
Д/ = 100’1 (ВР.М + «Ф.И> AfoKT'
где А/окт — ширина октавной полосы. Расчетные данные для всех
октавных полос приводим в табл. П1.6. Суммируя полученные ин-
тенсивности, находим интенсивность, соответствующую среднему
уровню речи у слушателя. Переводя ее в уровни и прибавляя 12 дБ
на пик-фактор речи, получаем пиковый уровень речи у слушателя.
Таблица П1.6
Определение суммарной интенсивности
Параметр Значение параметра при средних частот октавы, Гц
250 500 | 1000 | 2000 | 4000 | 6000
^рм» ДБ 51,5 47,5 39,0 31,5 24,5 21,5
Рф.и> дБ -8,5 0,5 0,5 0,5 3,5 —0,5
Вр.с, дБ 47,0 48,0 39,5 32,0 28,0 21,0
J • 102, отн. ед. 200 631 89,13 15,85 6,31 1,26
Af, Гц 175 350 700 1400 2800 2000
Д/, отн. ед. 35 000 220 850 62391 22 190 17 668 2520
Пр имечание. Сумма интенсивностей 7=360619-Ю2. Средний уровень речи
у слушателей LCp=75,6 дБ. Пиковый уровень ^пик=87’6 дБ.
Система громкоговорителей может развить в той же точке пико-
вый уровень 93,6 дБ. Следовательно, можно повысить индекс тракта
на 6 дБ, если бы не было ограничения по обратной связи. Чтобы
система оставалась устойчивой, повысим индекс тракта на 4,5 дБ
(запас сверхобычных 12 дБ будет выше на 0,3 дБ).
В этом случае спектральные уровни у слушателя будут:
Частота, Гц............. 250 500 1000 2000 4000 6000
Вс, дБ................. 47,5 52,5 44,0 36,5 32,5 25,5
Используем их для расчета разборчивости речи.
270
Расчет разборчивости речи. Имеем следующие исходные данные
для расчета разборчивости речи: спектральные уровни речи у слу-
шателя, спектральные уровни помех (на 7 дБ ниже речевых) и спек-
тральные уровни акустических шумов (см. выше). Суммируем спек-
тральные уровни шумов и помех по интенсивности: Вп(+)Ва=Вг.
Вычитая последние из спектральных уровней речи, получаем уровень
ощущения Е=В$.с—<ВС. По нему находим коэффициенты разборчи-
вости w (см. табл. 3.3). Все расчетные данные сводим в табл. П1.7.
Таблица П1.7
Данные для расчета разборчивости речи
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
250 500 1000 2000 4000 6000
. с» дБ 47,5 52,5 44,0 36,5 32,5 25,5
Вп, дБ 40,5 45,5 37,0 29,5 25,5 18,5
Ва, дБ 39,0 35,0 26,5 18,5 12,5 7,0
Вс, дБ 42,8 45,8 37,3 29,8 25,6 18,8
Е, дБ 4,7 6,7 6,7 6,7 6,9 6,7
w, отн. ед. 0,36 0,42 0,42 0,42 0,43 0,42
Формантная разборчивость определяется из (3.78):
А=0,05 (Wj + 3w2"h 41^3+612/4+51^5 + ^б) —6,05 (0,3 + 1,26 + 1,68-]“
+ 2,52+2,15+ 0,42) =0,42, что соответствует (см. табл. 3.4) слого-
вой разборчивости 5=67,5%, т. е. несколько выше среднего значе-
ния хорошей оценки (56—80%),
Для получения слоговой разборчивости не менее 80% (грани*
ца хорошей и отличной понятности) необходимо снизить уровень
помех. Это можно сделать применением более направленных гром-
коговорителей. Например, можно раздвинуть звуковые колонки на
расстояние не менее 1,25 м, что повысит их направленность —
эксцентриситет повысится до 0,985, т. е. будет равен эксцентриси-
тету в вертикальной плоскости и уменьшаться взаимные помехи
на 5 дБ. Можно повысить коэффициент поглощения стены здания
до 0,95 применением штукатурки АГШ-0,95; повысить направлен-
ность звуковых колонок 2КЗ сдваиванием их по вертикали, что
увеличит эксцентриситет с 0,92 до (3+0,922) !/2/2=0,98. Все это
снизит уровень помех с —7 до —10 дБ, и формантная разборчи-
вость повысится до 0,52 (5=82%).
Таким образом, повышен индекс тракта на 5 дБ по отноше-
нию к рациональному, это означает возможность повышения аку-
стических шумов с 71 до 76 дБ без существенного снижения раз-
борчивости речи.
Постоянство коэффициента разборчивости в диапазоне выше
250 Гц показывает хорошее качество звучания речи (лишь немного
снижается разборивость низких звуков речи, с формантами ниже
250 Гц).
Звукоусиление с движущихся машин. Поскольку (по условию)
движущиеся машины могут находиться в разных точках площади,
но не ближе 25 м от стены и ориентация их является круговой, то
при звукоусилении необходимо применение направленных микро-
271
фонов с вертикальной осью направленности. Выбираем трубчатый
микрофон с вертикальной ориентацией. В качестве капсюля приме-
няем динамический микрофон с диапазоном частот 100—8000 Гц
(ниже 2000 Гц характеристика спадает на 6 дБ/окт). Направлен-
ность такого микрофона из (1.51)
2nd 6 2nfd
/?(9) = sinnz/nsinz, где z =-----sin—=-------—sin2 0/2.
X 2 с
В данном случае наименьший угол прихода звуковых волн от гром-
коговорителей на стене получается около 60° [a=arctg (25/15)].
Если взять расчетный уровень, как и в предыдущей системе зву-
коусиления (93,6 дБ), а возможный уровень в точке расположе-
ния микрофона (максимальный) 95,2 дБ, то предельный индекс
тракта на частоте 200 Гц Qnp=93,6—95,2+10 1g/?(0)—12, где ин-
декс направленности микрофона для
z=2 -3,14-5 sin230° (200/340) ==0,046
(расстояние между трубками равно 0,05 м), поэтому
R (0)=sin (40 • 0,045/40) sin 0,046=0,54
(количество трубок п равно 40). Следовательно, направленность
микрофона R (0)201g 0,54=—5,4 дБ. Подставляя эту величину в
(3.69), получаем предельный индекс для частоты 200 Гц Qnp=
=8,2 дБ. Ниже частоты 200 Гц частотная характеристика микро-
фона спадает с крутизной 6 дБ/окт и поэтому предельный индекс
тракта остается тем же. Выше этой частоты предельный индекс
растет по 6 дБ/окт. Ниже приводятся расчетные данные для него.
Частота, Гц . . . 200 250 500 1000 2000 4000 6000
Предельный индекс,
дБ..............—8,2 —6,2 —0,2 5,8 11,8 17,8 31,3
Сравнивая эти данные с данными для звукоусиления с трибу-
ны, получаем, что устойчивость данной системы на 5,5 дБ ниже.
А это означает, что для получения тех же уровней громкости не-
обходимо или форсировать голос на 5,5 дБ или говорить с рас-
стояния около 25 см от микрофона. Но так как расчетный уровень
Таблица П1.8
Определение фактического индекса тракта
Параметр Значение параметра, дБ, для средних частот октавы, Гц
250 500 | 1000 2000 4000 6000
Чувствительность: микрофона —12 -6 0 6 12 16,5
колонки 100КЗ-1 —7 — 1 0 1 0 —2
Суммарная — 19 —7 0 7 12 14,5
Фактический индекс —14,5 -2,5 4,5 11,5 16,5 19
Примечание. Фактический индекс получен прибавкой 4,5 дБ, чтобы не
превысить предельный индекс тракта с запасом на 0,3 дБ, кроме 12 дБ обычного
запаса. ____________________
272
93,6 дБ сам по себе достаточно велик, то можно его снизить до
86 дБ, тем более, что имеется достаточно большое превышение
над шумами.
Рациональный индекс тракта остается без изменения (если
оставить те же уровни акустических шумов и пока не приближать
микрофон).
Определим фактический индекс тракта. Расчетные данные при-
ведены в табл. П1.8.
Сравнивая полученный фактический индекс тракта с рацио-
нальным, видим, что на высоких частотах он значительно больше
рационального, поэтому можно ввести коррекцию спектра речи
выше 1000 Гц со снижением индекса тракта до 6 дБ.
Таблица П1.9
Определение суммарной интенсивности
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
250 500 1000 2000 4000 6000
Вр.м, дБ 51,5 47,5 39,0 31,5 24,5 21,5
Фф.и» дБ —14,5 -2.5 4,5 6,0 6,0 6,0
Вр.с, дБ 37,0 45,0 43,5 37,5 30,5 27,5
Л102, отн. ед. 50,11 316,23 233,87 56,23 11,22 1,189
AfoKT, Бц 175 350 700 1400 2800 2000
/, отн. ед. 8769 110681 163 709 78 722 31416 2378
Примеч ан и е. Сумм: арная интен< живность /= 395675-1О2.
Определим интенсивность речи в октавных полосах и найдем
уровни передачи речи. Данные расчета сводим в табл. П1.9. Сле-
довательно, суммарный уровень £=10 lg(3,96-107)=76 дБ. А пи-
ковый уровень у слушателя £пик=76,0+12=88 дБ. Так как си-
стема громкоговорителей может развивать уровень 93,6 дБ, то
можно оставить и этот уровень, поскольку 86 дБ считается до-
статочным уровнем передачи речи, а можно еще форсировать речь,
но не более чем на 5,6 дБ (чтобы не было перегрузки тракта) или
приблизить микрофон (на 25 см от рта оратора вместо 50 см).
Проведем расчет разборчивости речи без этого условия. Как
и в предыдущем случае, сводим данные расчета в табл. П1.10.
Т а б л иц а Ш.10
Данные для расчета разборчивости речи
Параметр Значение параметра для средних частот октавы, Гц
250 500 | 1000 2000 4000 6000
Вр.с, дБ 37,0 45,0 43,5 37,5 30,5 27,5
4 ДБ 30,0 38,0 36,5 30,5 23,5 20,5
Ва, дБ 39,0 35,0 26,5 18,5 12,5 7,0
Вс. ДБ 39,4 39,8 30,9 30,8 23,7 20,5
В, дБ —2,4 6,2 6,6 6,3 6,8 7,0
w, отн. ед. 0,13 0,41 0,42 0,42 0,43 0,43
18—190
273
Формантная разборчивость
А=0,05(0,13+3-0,41+4-0,42+6-0,42+5-0,43+0,43)=0,42, т. е.
такое же значение, как и в предыдущем случае. Точно так же мо-
жет быть повышена разборчивость речи и в данном случае.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
РАСЧЕТ ЗВУКОВЫХ ПОЛЕЙ
НА ЭВМ1
Известно, что характеристики направленности большин-
ства громкоговорителей, усредненные в диапазоне частот 200—
2000 Гц, имеют вид эллипсоидов [1].
Для рупорного громкоговорителя одна вершина эллипсоида
совпадает с его рабочим центром. Звуковое давление, создаваемое
этим громкоговорителем в некоторой точке с координатами и, v и
wt может быть определено по формуле
* +^2/(1-^в2) ‘ v
Здесь и, v и w — координаты, отсчитываемые относительно рабо-
чего центра громкоговорителя, a Pi — среднее давление, развивае-
мое громкоговорителем на расстоянии 1 м по акустической оси.
Ось и совмещена с рабочей осью громкоговорителя. Оси v и
w — параллельны главным осям эллипсоида характеристики на-
правленности.
В общем случае эксцентриситеты характеристики направлен-
ности в плоскостях uv(er) и uw(e3) не равны. Однако у рупоров
с круглым сечением в силу симметрии er=eB=e, и (П2.1) прини-
мает вид
Р И2+ (va + w2)/(l — ^2) ‘ '
В отличие от рупорных громкоговорителей, рабочий центр зву-
ковой колонки совмещен с центром аппроксимирующего эллипсои-
да. Расчет звукового давления в точке с координатами и, v и w
ведут по формуле
^2 +^2/(1 — 6>г2) + W3/(l — 6>в2) * ' '
Эллиптическая аппроксимация справедлива в пределах угла
±45° к рабочей оси громкоговорителя с круглым рупором, а в слу-
чае односторонне излучающей колонки — в пределах ±70-4-80°.
Для расчета поля уровней необходимо знать точки размещения
громкоговорителей и ориентировку их рабочей оси. Пользуясь эти-
ми данными и зная параметры громкоговорителей, можно рассчи-
тать звуковое давление р, создаваемое каждым громкоговорителем
1 Эта программа разработана в МЭИС Н. Т. Молодой, В. К*. Ва-
сильевым и введена в ЭВМ МЭИС.
274
в любой точке поля. Результирующее звуковое давление опреде-
ляют методом квадратичного (энергетического) суммирования:
р-Г^рА'12 <П2-4)
V*) J •
Поскольку непосредственное определение координат для точек,
находящихся на озвучиваемой площади, затруднено, вводят вспо-
могательную систему координат х, у, z (рис. П2.1). Эту систему
совмещают с горизонтальной плоскостью, привязанной к строитель-
ным чертежам или плану мест-
ности. Обычно начало коорди-
нат и ориентировку осей совме-
щают с какими-нибудь деталя-
ми объекта. Для прямоуголь-
ного объекта за начало ко-
ррдинат удобно выбрать один
из его углов, а оси — напра-
вить по длине, ширине и высо-
те объекта.
По плану определяют коор-
динаты точек установки гром-
коговорителей Ait Bi и точек
озвучиваемой поверхности xj,
Vj, Высота озвучиваемой
поверхности Zj находится по
отметкам уровня или разрезам.
Высоту установки громкогово-
рителей Hi обычно задают.
Ориентировка рабочей оси
громкоговорителя определяется
углами наклона к горизонталь-
ной поверхности <х< и углами
поворота в плане $.
Расчет уровней
ваемой поверхности
Рис. П2.1. Расположение коор-
динат громкоговорителей
звукового давления, создаваемых на озвучи-
громкоговорителями, производится в следую-
щем порядке.
1. Для всех точек xj, vj, определяют координаты х«, yi, Zi
в системах, привязанных к каждому из громкоговорителей. Для
i-ro громкоговорителя начало координат лежит в точке с коорди-
натами А г, В», являющейся проекцией акустического центра гром-
коговорителя на базовую плоскость XY. Ось OXt совмещается с
проекцией акустической оси громкоговорителя и образует с осью
ОХ угол Ра. Следовательно, преобразование координат должно
выполняться по формулам:
Лг) cosPi+(vj—Bi) sin Pi;
Уи=(^з~Аг) sin Pi+ (vj—Bi) cos Pi;
2. По найденным значениям хц, ytj, Zij находят координаты
точек озвучиваемой поверхности в системах координат, привязан-
ных к соответствующим громкоговорителям:
Uij=Xij cos ai+(Hi—Zij) sin ar,
иц=Ун\
Wij=Xij sin CLi—(Hi—Zij) COS Qi.
18*
275
3. Выполняется расчет звукового давления в /-й точке, созда-
ваемого t-м громкоговорителем, по формулам (П2.1), (П2.2),
(П2.3) в зависимости от типа громкоговорителя.
4. Для каждой точки определяется косинус угла <pij между
направлением на данный громкоговоритель и направлением его аку-
стической оси по формуле
C0S?;/~ [ul + vl +Wll]W •
Если |Wij| то последним членом подкоренного выражения
можно пренебречь. При небольших углах наклона акустической
оси «г это приводит к тому, что угол <pij равен углу между про-
екциями на базовую плоскость акустической оси громкоговорителя
и направлением на громкоговоритель.
5. По найденным значениям определяют, лежат ли они в
пределах углов <рд, для которых справедлива эллиптическая аппро-
ксимация. Очевидно, что в общем случае должно быть выполнено
условие
COS (ptJ>COS фд.
В частном случае, когда |^г)| |ttij] и щ — мало, достаточно
выполнения условия, что в плане точки лежат между прямыми, об-
разующими с акустической осью громкоговорителя угол <рд. В вер-
тикальной плоскости должно выполняться аналогичное правило.
Это значительно упрощает расчеты.
6. Для каждой точки рассчитывается результирующий уровень
звукового давления:
L/=101g2/’217 + 94>
i
где суммирование проводится только по тем для которых вы-
полняются указанные выше требования.
Программа позволяет рассчитать значения результирующего
уровня звукового давления в точках озвучиваемой поверхности с
учетом всех заданных громкоговорителей. Расчет производится в
точках, размещенных с заданным шагом на поверхности прямо-
угольной формы, которая может: совпадать с озвучиваемой по-
верхностью; быть частью озвучиваемой поверхности; охватывать
озвучиваемую поверхность более сложной формы.
Результатом выполнения программы на ЭВМ является табли-
ца значений результирующего уровня звукового поля в заданных
точках, а также максимальное и минимальное значения уровня из
этой таблицы.
Ниже перечислены исходные данные к расчету и их обозна-
чения в программе:
М — количество громкоговорителей;
А (х) и В (х) — координаты размещения громкоговорителей в
выбранной системе координат;
ВЕТА (аг) — углы между проекцией рабочей оси громкогово-
рителя и осью;
МЕТКА (I)—тип громкоговорителя (рупорный громкоговори-
тель — 0, звуковая колонка — 1);
DEL (/) —полуугол излучения громкоговорителя в горизон-
тальной плоскости;
276
Pi(J) —давление, создаваемое t-м громкоговорителем на рас-
стоянии 1 м по рабочей оси;
//(/)—высота подвеса громкоговорителя относительно плоско-
сти ХУ. Если задана стандартная высота над уровнем почвы или
пола, то может быть запрограммировано определение Н(1) в за-
висимости от А(1) и В(1) (см., например, рис. П2.2);
ALFA (/) — угол между рабочей осью громкоговорителя и ну-
левой плоскостью;
EXSG (?) —эксцентриситет аппроксимирующего эллипса в го-
ризонтальной плоскости;
EXSB (/) — эксцентриситет аппроксимирующего эллипса в вер-
тикальной плоскости;
GRAN (/) —полуугол излучения громкоговорителя в верти-
кальной плоскости;
ХМАХ и XMIN — пределы изменения координат расчетных то-
чек по оси X;
YMAX и YMIN — то же, по оси У;
DELTAX и DELTAY— шаг изменения крординат расчетных то-
чек по оси X и оси У соответственно;
УХО — высота «нулевой» плоскости (для сидящего слушателя
1,2 м; для стоящего—1,5 м);
PFCH — параметр, управляющий печатью исходных данных
(/ — значение исходных данных печатается; 0 — не печатается);
LIN — параметр, определяющий один из трех возможных про-
филей озвучиваемой поверхности |[см. (П2.2)];
/?/, R2, GAM1, GAM2 — параметры, характеризующие задан-
ный профиль (см. рис. П2.2).
На рис. П2.3 дана графическая интерпретация некоторых ис-
ходных данных. В соответствии с методикой расчета звукового
поля для определения результирующего уровня звукового давления
в расчетной точке необходимо найти звуковое давление в этой точ-
ке поверхности, создаваемое каждым громкоговорителем. Для это-
го, в частности, следует установить, находится ли данная точка в
зоне излучения того или иного громкоговорителя. С этой целью
следует проверить два условия:
1. Находится ли данная расчетная точка в зоне излучения
l-ro громкоговорителя в горизонтальной плоскости, т. е. между
прямыми PRlMl(I) и PRIM2(I) (см. рис. П2.3).
Рис. П2.2. Типы поверхностей озвучения
277
2. Находится ли данная расчетная точка в зоне излучения
1-го громкоговорителя в вертикальной плоскости, т. е. выше плос-
кости, определяемой углом GRAN(I) к рабочей оси.
ходе расчета эти два условия проверяются в каждой рас-
четной точке по отношению к каждому из данных громкогово-
рителей.
Рис. П2.3. Графическая интерпретация некоторых исходных дан-
ных
Как видно из рис. П2.4, конкретные соотношения, проверяю-
щие условие 1, зависят от положения громкоговорителя на плоско-
сти XY. Точка с координатами (х, у) находится в зоне излучения
громкоговорителя, если:
для 1-го громкоговорителя PRIM1 (1) <y<PRIM2(l);
для 2-го громкоговорителя y<PRlMl(2) и y<PRIM2(2);
для 3-го громкоговорителя PRIM2(3) <y<PRIMl (3).
Анализ показывает, что в общем случае выполнение условия
1 сводится к проверке одного из шести конкретных соотношений,
в зависимости от положения громкоговорителя в горизонтальной
плоскости. В связи с этим расчет результирующего уровня в неко-
торой точке можно проводить в такой последовательности:
1. Ввод исходных данных.
2. Классификация громкоговорителей по их положению в го-
ризонтальной плоскости [определение для каждого громкоговорите-
ля конкретных соотношений, проверяющих условие (1)].
3. Проверка в расчетной точке условия (1) по отношению
к очередному громкоговорителю.
278
4. Проверка в расчетной точке условия (2) по отношению к
очередному громкоговорителю.
5. Если условия (1) и (2) выполнены, расчет звукового дав-
ления в данной точке от очередного громкоговорителя по методи-
ке, изложенной выше.
6. Выполнение пп. 3, 4 и 5 для каждого из заданных громко-
говорителей и суммирование полученных значений звукового дав-
ления в расчетной точке.
7. Вычисление значения результирующего уровня и выдача
результатов.
Программа расчета звукового поля реализует указанный алго-
ритм со следующими дополнениями:
расчет результирующего
уровня производится во всех
расчетных точках прямоуголь-
ника, заданного величинами
ХМАХ, XMIN, DELTAX и
YMAX, YMIN и DELTAY:
отыскиваются максималь-
ное и минимальное значения
результирующего уровня.
Рассматриваемая програм-
ма расчета звукового поля
представляет собой головную
программу PROJECT и набор
вызываемых ею подпрограмм
(рис. П2.5). Программа
RPOJECT осуществляет после-
довательное выполнение под-
программ для обработки исход-
ных данных и промежуточных
результатов. Кратко рассмотрим
назначение подпрограмм:
VVOD1— вводит исходные
PR1M(3) PRIM12) И
« PRIM 2(1) У 'PRIM 2 (2)
Рис. П2.4. Графическое по-
строение для определения усло-
вий задачи
данные с перфокарт в память ма-
шины;
KLASS — осуществляет своеобразную классификацию громко-
говорителей в зависимости от их положения в горизонтальной пло-
скости. В результате для каждого из них выделяются конкретные
соотношения, проверяющие условие 1;
FIELD — последовательно определяет координаты всех расчет-
ных точек и в каждой из них обращается к подпрограмме;
POINT — для нахождения соответствующего результирующего
Рис. П2.5. Набор подпрограмм
279
уровня. Параллельно определяются максимальный и минимальный
уровни;
POINT — вычисляет звуковое давление в данной точке от
каждого из громкоговорителей и определяет результирующий уро-
вень. При этом в отношении каждого громкоговорителя устанав-
ливается, находится ли данная точка в зоне его излучения (про-
верка условий 1 и 2);
VJVOD — осуществляет вывод на печать результатов вычис-
лений в виде таблицы результирующих уровней во всех расчетных
точках и экстремальных значений уровня.
В рассмотренной программе существуют следующие ограниче-
ния, которые при необходимости могут быть устранены:
1. Число громкоговорителей не более 60.
2. Число расчетных точек не более 3600, причем не более 60
по оси ОХ и не более 60 по оси ОУ.
3. Профиль озвучиваемой поверхности может быть аппрокси-
мирован одним из трех профилей, показанных на рис. П2.2.
Ниже приведены тексты головной программы и подпрограмм,
написанные на языке ФОРТРАН-IV для ЕС ЭВМ.
В процессе использования программы расчета звукового по-
ля можно выделить следующие шесть этапов:
1. Подготовка исходных данных.
2. Составление пакета задания.
3. Расчет контрольных точек.
4. Перфорация.
5. Расчет на ЭВМ.
6. Анализ результатов.
Ниже будет рассмотрено выполнение 1, 2 и 6 этапов. Этап 3
необходим для анализа полученных результатов и выполняется по
методике автора. Этапы 4 и 5 выполняются обслуживающим пер-
соналом вычислительного центра.
Значения исходных данных, перечисленных выше, следует офор-
мить в виде табл. П2.1.
Все линейные величины в табл. П2.1 заданы в метрах, угло-
вые — в градусах и их десятичных долях. Система координат, в
которой задаются все величины, выбирается так, как показано
на рис. П2.2. Если озвучиваемая поверхность имеет горизонталь-
ный профиль, то система координат может быть выбрана произ-
вольно.
На примере табл. П2.1 рассмотрим подготовку исходных дан-
ных. Десять громкоговорителей с одинаковыми характеристиками
расположены двумя цепочками (по пять громкоговорителей в це-
почке). Озвучиваемая поверхность находится в пределах 15—300 м
по оси X и 0—140 м по оси У. Профиль поверхности горизонталь-
ный (LIN=1).
Будем считать, что программа расчета звукового поля хранится
в библиотеке вычислительного центра. Для того чтобы ЭВМ вы-
полнила программу PROYCT, необходимо составить пакет-задание,
который содержит инструкции к машине и численные значения ис-
ходных данных. Пакет-задание оформляется на стандартном блан-
ке. Каждый символ записывается в отдельной позиции.
На рис. П2.6 приведен пример оформления пакета-задания. Чис-
ленные значения исходных данных взяты из табл. П2.1. В операто-
ре JOB пользователь должен указать свою фамилию после на-
звания задания и числовые исходные данные записывать после
280
Таблица П2.1
Исходные данные для ЭВМ: ЛТ=1О; ХМАХ=300; УМАХ=1Ю-, УХО=1,5; GAMINO; LIN=l-, ХМ/Л’=15;
YM/tV-O; РЕСН=1; /?/=0; DELTAX=15; DELTAV W-, QAM2—Q', R2=O
Номер громко- говорителя Численные значения для параметров системы; J—порядковый нсмер параметра
А(1) J=1 В(/) J=2 ВЕТА*(1) J=3 METRA(I) J=4 DEL (I) J=5 PHI) j=6 mi) J=7 ALFA(I) EXSG (I) J=9 EXSB(I) J=10 GRAN (I) J=U
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 90 160 200 300 20 90 160 230 300 140 140 140 140 140 70 70 70 70 70 270 0 45 47,5 6 3,66 0,77 0,945 45
* Для всех номеров громкоговорителей значения параметров будут одинаковые, на- чиная с /=3. * * Строка ЛГ (/) заполняется последней по следующему правилу: если в столбце с порядковым номером значения параметров для всех номеров громкоговорителей равны, то У — если они различаются, то N (/)=/-]-л, где п—число пара- метров.
00 12 13 3 4 5 6 7 8 9 10 11
строки 11ЕХЕС и RV1, где RV1— имя программы в библиотеке.
На рис. П2.6 справа показаны обозначения, поясняющие порядок
ввода исходных данных. Основные правила записи числовых зна-
чений заключаются в следующем:
1. Значения целочисленных переменных М, N(J), LIN занима-
ют две позиции со смещением вправо.
2. Значения действительных переменных (все переменные, кро-
ме М, N (J), LIN и МЕТКА (/)) занимают шесть позиций, вклю-
чая десятичную точку, запись которой обязательства.
3. Значения целочисленной переменной МЕТКА (/) занимают
шесть позиций со смещением вправо.
4. После значения переменной LIN записывается контрольная
комбинация цифр 999999.
1 5 10 15 20 25 30
/ ' иЗО ^ASSG <-iEX 10 12 20-ий 230- и ПО- и 140* о 70- 70- ии Ч^О • и и4 UUUUU u5 45• u u u 6 47*5 и 7 6 * U uu a 8 3 006 10 0'995 11 45' uu 300- и 140' u 1-5uu U UU UU 01 99999 /* // 8 N E u u u u u u u u u u u u u uPOOJECT^ ПЕТРОВ ljJVSCLB>X' 191, C^XXX 90- Uuu 160 - u u 300 -uu20 -uuu 160 - uu230 • uu 140-uu 140 • uu 140- uu7/7*uuu 70-vuo 70-u uu 15* uu u /5 • u u u UUUUUU 10’ 1—1 U U 1- u UulU uuu uuuluuuuu UUUUl _l UU M . Nd) I A (I) 4 N(2) L ей) N(3) BETA(I) N(4) МЕТКАМ N(5) DEL(I) N(6) PHD N(7) H(I) N(8) ALFA (I) N(9) EXSG(I) N(10) EXSB(I) N(11) GRAN(I) XMAX^MIH PELTAX УМАХ,У MIN , HELTAy R2 LIN
Рис. П2.6. Пример оформления пакета-задания
282
Пакет-задание, оформленный на бланке, передается на вы-
числительный центр для перфорации и счета на ЭВМ.
Проверка достоверности результатов заключается в сравнении
полученных значений с результатами контрольного расчета в одной-
двух точках. В верхней части распечатки находится таблица ис-
ходных данных. В нижней части — таблица значений уровней с
указанием максимального и минимального значений. Первая строка
таблицы представляет собой значения координаты по оси X, пер-
вый столбец — значения координаты по оси У.
При анализе результатов расчета следует помнить, что про-
грамма проводит расчет в прямоугольнике, ограниченном мини-
мальными (XMIN, YMIN) и максимальными (ХМАХ, УМАХ) зна-
чениями координат. Если озвучиваемая поверхность имеет иную
форму, то необходимо по таблице результатов проверить, попа-
Р и с. П2.7. План и разрез озвучиваемого пространства (лекто-
рия) на открытом воздухе
дают ли точки с минимальным и максимальным значениями уровня
в пределы озвучиваемой поверхности.
Рассмотрим пример. Задана площадка на 250 мест. План и
вертикальный разрез площадки схематически изображены на
рис. П2.7. Должна быть спроектирована система звукоусиления
(ЗУ), обеспечивающая хорошую понятность речи на всех местах,
занятых слушателями.
283
Та б лица П2.2
Исходные данные для ЭВМ: ЛТ=2; УМ АХ =13; УМАХ-9; УХО=1,2; ОАЛ1/= 19; XMIN=1,O; УМГХ=О;
РЕСН=1; /?/=9,5; DELTAX=70; ЕЕЕГАУ=70; UN=2; GAM2=0
Номер громко- говорите- ля I Численные значения для параметров системы; порядковый номер параметра
А </) J=l В (7) J=2 ВЕТА (7) J=3 МЕТКА J=4 DEL (7) J=5 7>i(7) J=6 77(7) ALFA (7) J=8 FXSG (I) J=9 EXSB (7) J=10 GRAN (I) J=ll
1 0 10 305 1 70 7.3 5.5 4.22 0.87 0.968 80
2 14 10 235 1 70 7.3 5.5 4.22 0.87 0.968 80
V(J) 12 2 14 4 5 6 7 8 9 10 11
Рассмотрим вариант централизованной системы, содержащей
две звуковые колонки типа 15КЗ-4, размещенные в передней части
зала.
Звуковая колонка 15КЗ-4 развивает на оси на расстоянии 1 м
от рабочего центра давление рх=7,3 Па (£7=7,3). Высота подвеса
колонок над полом выбрана равной 5,5 м (Н (I)=5,5). Высота точ-
ки упора оси громкоговорителя равна 5,6 м (ухо слушателя, си-
дящего в последнем ряду). Угол между горизонтальной плоскостью
и осью громкоговорителя равен 4,22 (ALFA (7) =4,22). Оси X и У
размещены так, как показано на рис. П2.7.
В табл. П2.2 приведен пакет-задание, который передается на
вычислительный центр. Для проверки правильности расчета, выпол-
ненного на ЭВМ, необходимо рассчитывать звуковое давление в
одной или двух конкретных точках. Результаты контрольного рас-
чета, проведенные для точек 1 и 2, даны в табл. П2.3.
Таблица П2.3
Расчетные данные, полученные от ЭВМ для контрольных точек
Номер точки Значение для параметров
Х11 "ч гч “ч °Ч ®./ V2. ч р, Па L, дБ
1-е2 г 1—е2 в
1 12 0 4,6 12 0 0 144 0 0 0,606 89,6
2 7 4 2,2 7,2 4 —2,27 4,9 65,8 81.8 0,52 88,3
Примечание: а=4,22°; Я=5,5 м; ег=0,87; ев=0,968; р1=7,3 Па.
Полученные в последней графе табл. П2.3 величины — уровень
звукового поля, создаваемого в рассматриваемых точках первым
громкоговорителем. Результирующий уровень будет на 3 дБ выше:
£1=92,6 дБ; £2=91,3 дБ.
В табл. П2.4 приведены результаты расчета на ЭВМ. В верх-
ней части таблицы записаны исходные данные, которые должны
совпадать с приведенными в табл. П2.2. В нижней части табл. П2.4
находятся значения уровней в соответствующих точках озвучивае-
мой поверхности, а также максимальный и минимальный уровни.
Как видно из сравнения результатов, приведенных в табл. П2.3
и П2.4, они достаточно близки.
Таблица П2.4а
Исходные данные для ЭВМ: ХМ АЛГ=0.1300Е 02; ХЛТ7ЛЬ=0.1000Е 01; BELT АХ1000Е 01; УМАХ=0.1000Е 02;
УЛТ7ЛГ=0.0; Р££ГАУ=0.1000Е01; УХ0=0.1200Е01; LIN=2‘, СДЛ1/=0.1900Е 02; /?/=0,9500Е01; GAM2=0.0;
Я2=0.0
Номер громко- говорителя I Численные значения для параметров системы; J— порядковый номер параметра
А (/) в (I) BETA (I) МЕТКА DEL (Z) Pl (') я (О ALFA (Z) EXSG (I) EXSB (Z) GPAN (Z)
1 0.0 0.100Е02 0.305Е 03 1 0.700Е02 0.730Е01 0.550Е01 0.422Е01 0.870ЕОО 0.968Е 00 0.800Е02
2 0.140Е 02 0.100Е 02 0.235Е 03 1 0.700Е02 0.730Е01 0.550Е 01 0.422Е01 0.870Е 00 0.968Е00 0.800Е02
N(J) 12 2 14 4 5 6 7 8 9 10 11
Т а б л и ц а П2.46
Таблица значений уровней
Vi X
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0
0.01 90.5 91.1 91.6 92.0 92.3 92.5 92.5 92.5 92.3 92.0 91.6 91.1 90.5
1.01 91.0 91.6 92.1 92.5 92.7 92.9 92.9 92.9 92.7 92.5 92.1 91.6 91.6
2.01 91.4 92.0 92.4 92.8 92.9 93.0 93.0 93*0 92.9 92.8 92.4 92.0 91.4
3.01 91.6 92.1 92.5 92.8 92.9 92.9 92.9 92.9 92.9 92.8 92.5 92.1 91.6
4.01 91.5 92.0 92.3 92.4 92.5 92.5 92.4 92.5 92.5 92.4 92.3 92.0 91.5
5.01 91.2 91.6 91.8 91.9 91.9 91.8 91.8 91.8 91.9 91.9 91.8 91.6 91.2
6.01 90.7 90.9 91.1 91.1 91.1 91.1 91.1 91.1 91.1 91.1 91.1 90.9 90.7
7.01 90.0 90.2 90.3 90.3 90.3 90.3 90.3 90.3 90.3 90.3 90.3 90.2 90.0
8.01 89.3 89.4 89.5 89.5 89.5 89.5 89.5 89.5 89.5 89.5 89.5 89.4 89.3
9.01 88.5 88.6 88.7 88.7 88,7 88.7 88.7 88.7 88.7 88.7 88.7 88.6 88.5
10.01 88.1 88.2 88.2 88.2 88,2 88.2 88.2 88.2 88.2 88.2 88.2 88.2 88.1
Примечание: Максимальное значение уровня, дБ, 93.04. Минимальное значение уровня, дБ, 83.07. Разность 4.97.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
РАСЧЕТ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ1
(ДЛЯ СИСТЕМ ЗВУКОУСИЛЕНИЯ)
Расчет разборчивости речи является заключительным
этапом расчета системы, поэтому целый ряд технических показате-
лей системы, необходимых для этого расчета, определяется на более
ранних этапах общего расчета и используются как известные ве-
личины.
Исходя из практических требований для двух типов систем —
сосредоточенной и распределенной, выполняем следующие опе-
рации:
1. Для выбранного типа микрофона из справочных данных бе-
рем значение индекса направленности с учетом условий работы
и вычисляем предельный индекс тракта Qnp:
Qnp = #M + Д^см-12; Д7/СМ = 7'С—^М-
2. Для выбранных типов микрофона и громкоговорителя по
справочным данным рассчитываем индексы нормированной (по от-
ношению к частоте 1000 Гц) чувствительности микрофона и гром-
коговорителя и суммируем их. Получаем величин) £Ем р,
3. Определяем фактический индекс тракта QM.C. Для этого
смещаем полученное значение Е^м>г до величины, наиболее близ-
кой к предельному индексу тракта QnP, но не выше ее. Прибавив
смещение, которое равно значению фактического индекса тракта на
частоте 1000 Гц, к величине -^м.г, получаем значение фактиче-
ского индекса тракта.
4. Задаемся расстоянием от оратора до микрофона гм и нахо-
дим спектральный уровень речи у микрофона:
Вр.м=В'р—20 1g г м,
где В'р — спектральный уровень на расстоянии 1 м от рта гово-
рящего, его значение берется из табл. П3.1 путем интерполяции для
всех частот.
5. Вычисляем спектральный уровень речи у слушателя ВР.С:
Вр'С — Врм + Qm.C.
6. Находим спектральный уровень помех Ва:
Вц=Вр,с--Д^с.П.
7. Находим спектральный уровень акустических шумов из
табл. П.3.2.
8. Вычисляем общий уровень шумов и помех Вш:
101g[10°’,jBa+ ЮОДВ^].
9. Вычисляем уровень ощущения Е:
Е=ВрС—Вт.
1 Эта методика разработана в МЭИС Ч. М. Метер и И. А. Млод-
зеевской и введена в ЭВМ МЭИС.
288
Таблица ПЗ. 1
Параметры для расчета разборчивости речи по полосам равной
разборчивости
Номер полосы Границы полос равной разбор- чивости, Гц Сред- няя частота полосы fcp> Г« Спектральные уровни, дБ Поправка на отраже- ние от головы дЬг, |дБ
в'р акустических шумов, В'а (речевых)
разговор нескольких человек приглу- шенные разговоры громкие разговоры, выкрики и т. п.
1 200—330 265 45,5 39,0 27,0 47,0 1,0
2 330—465 400 44,0 38,0 27,5 44,5 1,4
3 465—605 535 41,5 35,5 28,0 42,5 1,75
4 605—750 680 39,0 33,0 25,0 40,5 2,1
5 750—900 825 36,5 30,0 22,0 38,5 2,4
6 900—1060 980 34,0 28,0 19,0 36,5 2,6
7 1060—1230 1145 32,0 25,0 16,0 34,5 2,95
8 1230—1410 1320 30,0 23,0 13,0 32,5 3,1
9 1410—1600 1505 28,5 21,0 11,0 30,5 3,4
10 1600—1800 1700 27,0 20,0 9,0 28,0 3,7
11 1800—2020 1910 26,0 19,0 7,0 26,5 4,0
12 2020—2260 2140 25,0 18,0 6,0 24,5 4,3
13 2260—2530 2395 24,0 17,0 5,0 23,0 4,5
14 2530—2840 2685 22,0 16,0 4,0 21,5 4,7
15 2840—3200 3020 21,0 15,0 3,0 20,0 4,9
16 3200—3630 3415 20,0 14,0 2,0 17,5 5,1
17 4150—4790 4370 18,0 11,0 0,0 12,0 5,5
18 4150—4790 4370 18,0 11,0 0,0 12,0 5,5
19 4790—5640 5215 17,0 9,0 —2,0 9,0 5,7
20 5640—7000 6320 15,5 7,0 —4,0 5,0 5,9
Таблица П3.2
Зависимость коэффициента разборчивости от уровня ощущения
формант
Е, дБ — 12 — 10 —9 —8 —7 -6 —5 —4 —3 —2 —1
W 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,075 0,095 0,11 0,14 0,17
Е, дБ 0 3 6 9 12 15 18 20 22 26 28
W 0,2 О.з 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,86 0,9 0,96 0,98
19—190
289
10. Вычисляем коэффициент разборчивости до:
до=(Е+6)/30, если 18>Е>0.
Для других условий значение до берется из рис. П7.1 или из
табл. П3.2.
11. Проведем расчеты пп. 1—10 для всех двадцати полос рав-
ной разборчивости (см. табл. П3.1), интерполируя значения вели-
чин для средних частот этих полос.
Примечание. Индексы нормированной чувствительности
выбранных типов микрофона и громкоговорителя (см. п.2 данного
расчета) определяют для средних частот третьоктавных полос: 250,
315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000,
5000, 6300 Гц.
12. Находим формантную разборчивость А:
20
А = 0,05 2 wk-
k=i
13. По графику рис. П3.2 или табл. ПЗ.З находим слоговую S,
я по графику рис. ПЗ.З или табл. П3.4 — словесную разборчивость
W и соответствующую им понятность речи (табл. П3.5).
Рис. П3.1. Зависимость ко-
эффициента разборчивости от
уровня ощущения
V/,0 /о
1
____I I !________I____! —
0 20 40 60 80 1006,°/о
Рис. П3.2. Зависимость сло-
говой разборчивости от фор-
мантной
Ниже перечислены исходные
данные и их обозначения в про-
грамме, которые необходимо за-
дать для выполнения программы
расчета разборчивости речи:
TSY — тип системы звукоуси-
ления (сосредоточенная или рас-
пределенная) ;
TIP — тип громкоговорителя
(диффузорный громкоговоритель
или звуковые колонки);
RMAX — расстояние от гром-
коговорителя до наиболее удален-
ного слушателя1, м;
рис. ПЗ.З. Зависимость словес- 1 Задается только в случае со-
ной разборчивости от слоговой средоточенной системы.
290
Таблица ПЗ.З
Слоговая разборчивость в зависимости от формантной
А 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 0,85
S, »/о 5 15 36 54 69 80 87 92,5 95,2 96,5 98
Т а б л и ц а ПЗ. 4
Словесная разборчивость в зависимости от слоговой
S, % 5 15 36 54 69 80 87 92,5 95,2 96,5 98
W, »/о 30 63 85 93 96 98 98,8 99,2 99,4 99,6 99,7
LC — длина цепочки громкоговорителей1, м;
ВС — расстояние между цепочками громкоговорителей \ м;
RM— расстояние от оратора до микрофона, м;
QM(I)—индекс направленности микрофона заданного типа
на октавных частотах;
ЕМ (7) — значение индекса чувствительности микрофона на
средних частотах третьоктавных полос, дБ;
EG (Г) —значение индекса чувствительности громкоговорителя
на средних частотах третьоктавных полос, дБ;
AKSHUM — параметр, определяющий вид акустических рече-
вых шумов (разговор нескольких человек, приглушенные разгово-
ры или громкие разговоры, выкрики);
РЕСН — признак, определяющий необходимость вывода на пе-
чать промежуточных результатов расчета.
Алгоритм, реализованный в программе расчета разборчивости
речи, полностью определяется порядком расчета, изложенным выше.
Расчет по пп. 1—10 проводится для всех указанных средних ча-
стот полос равной разборчивости.
Программа расчета разборчивости речи состоит из головной
программы с именем «РЕЧЬ» и трех подпрограмм (рис. П3.4).
Подпрограмма VVOD2 обеспечивает ввод исходных данных
для любого варианта расчета. Введенные значения исходных дан-
ных распечатываются в протоколе с целью контроля. Результаты
расчета выводятся на печать подпрограммой VIVOD2. Подпрограм-
Та блица П3.5
Значения понятности речи в зависимости от значений
разборчивости речи
Виды разборчи- вости Градация понятности, %
Предельно допустимая Удовлетвори- тельная Хорошая Отличная
Слоговая, S 25—40 40—55 55—80 80 и выше
Словесная, W 75—87 87—93 93—98 98 и выше
1 Задается только в случае распределенной системы.
19*
291
ма POL обеспечивает вычисление значения функции, заданной таб-
лично, путем интерполирования алгебраическим многочленом треть-
ей степени. Подпрограмма POL применяется для вычисления зна-
чений функций, заданных табл. П3.2, ПЗ.З, П3.5, а также значений
величин QM, EMt EG, на расчетных частотах: последние отлича-
ются от частот, на которых задаются перечисленные величины.
Рис. П3.4. Набор подпрограмм
В программе предусмотрена возможность вывода на печать
значений промежуточных результатов расчета на всех двадцати
расчетных частотах. При этом печатаются значения следующих ве-
личин:
FSRED— средняя частота полосы равной разборчивости, Гц;
QPR— предельный индекс тракта, дБ (п. 1);
QMC — фактический индекс тракта, дБ (п.З);
BRS — спектральный уровень речи у слушателя, дБ (п. 5);
BR — спектральный уровень помех, дБ (п. 6);
BAS — спектральный уровень акустических шумов, дБ (п. 7);
BS — общий уровень шумов и помех, дБ (п. 8);
ВТ? — уровень ощущения, дБ (п. 9);
WR — коэффициент разборчивости (п. 10).
Необходимые для расчета исходные данные предварительно
следует оформить так, как это показано в табл. П3.6—П3.7 для
-случая сосредоточенной системы звукоусиления (пример дан при
использовании звуковых колонок) и в табл. П3.8—П3.9 для слу-
чая распределенной системы звукоусиления (пример дан при ис-
пользовании диффузорных громкоговорителей).
При оформлении исходных данных следует иметь в виду сле-
дующее.
1. Переменная логического типа TSY определяет тип системы
звукоусиления и может принимать одно из двух значений: Т —
в случае сосредоточенной системы или F — в случае распределен-
ной системы.
2. Переменная логического типа TIP определяет тип излуча-
теля и может принимать одно из двух значений: Т — в случае ис-
пользования звуковых колонок или F — в случае использования
диффузорного громкоговорителя.
3. Переменная целого типа AKSHUM, определяющая вид аку-
стических речевых шумов, может принимать одно из трех зна-
чений:
Таблица П3.6
Частотная зависимость индекса направленности микрофона МД-78
f. Гц 250 500 1000 2000 4000 6000
(Qm) 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6 10,6
292
f 5 10 15 20 25 30
и ш 30 В UJ RECH СЕМЕНОВ
^ASSG N SYSCLB,X’ 191'
И L-.EX Е с^.ххх
0 М--6 * 11. 6, ЕМ= - 3.6, ~3. 2,~2.6,
^-2., - 1.3,-055,0'>-0-1>~0- 18,
-0.4 У -1. 55,-3.35,-5.,-9.7,-3.,
^EG=- J .,-2.3,-1.65,-1.,-0-55,-0.,
1_| 0.,- 0 .5,-1.8,-3.5,-3.15,-2.9,-1.,
t_i -0.5 у -1.3,
t_J Г=0. 9 7,1. 15,1. 29,1. 25,1. 23,
l_J 1.12 9 ALFA-0.921,0.399,<г>.332,
L_J 037 9 ,0.293,0.282,0255,
I_J AKSU М = 2, РЕСН=10&ENB
/ *
//
Рис. П3.5. Пример оформления пакета-задания для сосредото-
ченной системы
1 10 15 20 25 30
// UJ 30 В uu RECH^ ТУТОВ
^ASSO N SYSCLB, Х'191’
И ^ЕХ Е XXX
L_. ЕМ=3 * 0.,3*1., 2^0.,0.5, 1., 1.5,2.,3.
2.f 1 5,
EG^ • ,7., 8.5,9.,2.,0., 3.,9.,
о 8. ,9 ,11.,9., 11.5,8., & ENO
/*
//
Рис. П3.6. Пример оформления пакета-задания для распределен-
ной системы
293
Т а б л ица П3.7
Частотные характеристики микрофона и громкоговорителя
для первого расчетного примера
f, Гц 250 315 400 500 630 800 1000
£м (ЕМ) Ег (EG) 0 1 2 1 3 3 1 to о 1 0 3 2 0 0
f, Гц 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6000
Ем (ЕМ) Er (EG) 1 —2 1 —2 —1 0 —1 2 0 3 3 2 4 1 сч 1
1—шумы вида «разговор нескольких человек»; 2 — шумы вида
«приглушенные разговоры»; 3 —шумы вида «громкие разговоры,
выкрики».
4. Значение переменной целого типа РЕСН определяет необ-
ходимость вывода на печать промежуточных результатов расчета.
Если переменной РЕСН присвоить любое целое значение, отличное
от нуля, то программа обеспечивает печать промежуточных ре-
зультатов расчета. В противном случае (РЕСН-0) промежуточные
результаты не печатаются.
5. Значения переменных вещественного типа QM, ЕМ, EG за-
даются строго на тех частотах, которые, указаны в соответствую-
щих табл. П3.6—П3.9.
Для того чтобы провести расчет разборчивости речи с по-
мощью предлагаемой программы, необходимо составить пакет-за-
дапие, который содержит инструкции машине и численные значения
исходных данных. Пакет-задание оформляется на стандартном
бланке. Каждый символ записывается в отдельной колонке.
На рис. П3.5 и П3.6 приведены примеры оформления пакетов
заданий для случая сосредоточенной системы звукоусиления с
использованием звуковых колонок (см. табл. П3.6, П3.7, рис. П3.5)
и случая распределенной системы звукоусиления использованием
диффузорных громкоговорителей (см. табл. П3.8 — П3.9, рис. П3.6).
Численные значения исходных данных соответствуют значениям,
приведенным в табл. П3.6—П3.9.
Таблица П3.8
Частотная зависимость индекса направленности
для микрофона МДО-1
f, Гц 250 500 1000 2000 4000 6000
<?м (QM) 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8 13,8
294
Таблица П3.9
Частотные характеристики для второго расчетного примера
f, Гц 250 315 400 500 630 800 1000
frj hj 0,0 4,0 0,0 7,0 0,0 8,0 1,0 8,5 l.o 9,0 1,о 2,0 0,0 0,0
f, Гц 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300
£м (2W) £r (EG) 0,0 3,0 0,5 4.0 1.0 8,0 1,5 9,0 2,0 11,0 3,0 9,0 2,0 11,5 1,5 8,0
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.
ПАРАМЕТРЫ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ЗВУКОФИКАЦИИ
В операторе JOB пользователь должен указать свою фамилию
после имени задания РЕСН и числовые исходные данные после
оператора II f J EXEC \_I XXX, где XXX — имя программы в
библиотеке абсолютных модулей.
Числовые значения исходных данных оформляются в виде двух
записей. В случае сосредоточенной системы звукоусиления
(см. рис. П3.5) первая запись LIST1 задает значения переменных
TSY и TIP, а вторая запись L1ST2 значения всех последующих
переменных, необходимых в этом случае (см. табл. П3.6—П3.8). В
случае распределенной системы звукоусиления (рис. П3.6) первая
запись LISil также содержит значения переменных TSY и TIP,
а вторая запись LIST3 содержит исходные значения переменных,
2. Значения всех переменных, кроме TSY, TIP, AKSHUM РЕСН,
П3.9).
Основные правила записи исходных данных состоят в следую-
щем.
I. Значения переменных AKSHUM и РЕСН являются целыми
и не должны содержать десятичной точки.
2. Значения всех переменных, кроме TSKtTIP, AKSHUM РЕСН,
являются вещественными и должны содержать десятичную точку.
3. При записи значений элементов массивов QM, ЕМ, EG сле-
дует строго придерживаться порядка следования значений, соответ-
ствующего возрастанию частоты (см. табл. П3.6 — П3.9).
4. Если при записи значений элементов массивов встречается
несколько следующих подряд одинаковых значений, то можно
295
воспользоваться сокращенной формой записи k*Xt означающей,
что k следующих друг за другом элементов имеют одинаковое
значение X.
5. Каждая запись должна оканчиваться символами &END.
Пакет-задание, оформленный на бланке, передается на вычис-
лительный центр для перфорации и счета на ЭВМ.
Оформление исходных данных для случая распределенной
системы звукоусиления (при использовании звуковых колонок):
7\$У=Т; ПР=Т; 5=2227,5; /?МАХ=24,0; /?М=0,3; AKSHUM=2\
РЕСН=\0.
Оформление исходных данных для случая распределенной
системы звукоусиления (при использовании диффузорных громкого-
ворителей) :
TSY=F- 77P = F; S=972; LC=18; BC=12; /?М = 0,25;
AKSHUM=2\ РЕСН=1.
Таблица П4.1
Параметры микрофонов
Тип Направлен- ность* Частотный диапазон, Гц Уровень чувстви- тельности, ДБ Выходное сопротив- ление, Ом Г абаритные размеры, см Масса, г
МД-52А ОН 50—16 000 —48 250 32X61 420
МД-66 он 100—10 000 —44 250 37X92 450
МД-59 НН 50—15000 -52 250 34X180 600
МД-63 НН 60—15000 —53 250 22X68 125/50**
МД-78 он 50—15 000 —44 250 37X90 220
МДО-1 ООН 160—8000 —52 250 35X151 660
МЛ-19 он 50—16 000 —48 250 135X45X40 550
МЛ-51 ДН 40—16 000 —51 250 52X180 600
МК-13М пн 50—15 000 —30*** 600 272X153X89 2300
КМЭ-6**** НН 50—15 000 -46
ДЭМШ-1А НШ 300—3000 —44 600 23ХП 14
* НН — ненаправленный, ОН — односторонне направленный, ООН — острона-
правленный, ДН — двусторонне направленный, НП — с переменной направленностью,
НШ — направленный шумостойкий (на частоте 250 Гц шумостойкость равна 24 дБ, на
2000 Гц и выше — 6 дБ).
** Нагрудный петличный вариант.
*** С усилителем.
**** Для солистов эстрады.
ЗВУКОУСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Радиомикрофон РМ-7
Приемопередатчик работает на частотах 58 и 59 МГц
с девиацией частоты ±50 кГц, точность установки ±0,02 %, диапа-
зон ±500 кГц, коэффициент нелинейных искажений 1,7 %. Чувстви-
тельность приемника при отношении сигнал-шум 50 дБ не хуже
296
15 мкВ. Выходное напряжение приемника на резисторе сопротив-
лением 240 Ом равно 10 мВ. Выходная мощность передатчика 10 мВт.
Время работы от аккумулятора 4 ч, потребляемый ток передатчи-
ка 28 мА, масса передатчика 330 г, масса приемника 3,2 кг.
В состав РМ-7 входит микрофон МКЭ-2 (электретный), однонаправ-
ленный, работающий в диапазоне 200—20 000 Гц с неравномер-
ностью 20 дБ.
Электромегафон переносный ЭМ-2
В состав электромегафона входят громкоговоритель
51РД-1 и микрофон ДЭМШ-1А. Предназначен ЭМ-2 для работы на
открытом воздухе и в больших помещениях на расстоянии (в шу-
мах с небольшим уровнем) до 200—300 м.
Параметры громкоговорителей
Т а б л и ц а П4.2
Тип Номинальная мощность, Вт Частотный диапазон, Гц Номинальное давление, Па Габаритные размеры, м Масса, кг ег ев
2КЗ-6 2 3 в у к о I 300—7000 зы е 3,8 колонки 394X132X94 3,7 0,5 0,92
2КЗ-5 2 300—7000 2 680X120X73 3,5 0,5 0,95,
8КЗ-4 8 150—8000 7,6 423X188X124 7,5 0,65 0,921
10КЗ-2 10 120—8000 2,5 775X365X255 15,0 0,90 0,971
25КЗ-2 25 120—8000 4,0 860X415X320 20,0 0,90 0,974
50КЗ-2 50 100—8000 5,6 1160X580X383 40,0 0,90 0,981
100КЗ-2 100 50—10 000 19,0 1310Х6ЮХ460 60,0 0,90 0,985
15КЗ-4 15 200—5000 7,4 725X274X100 10,0 0,87 0,968
15КЗ-6 15 80—12 500 3,7 651X301X179 11,0 0,89 0,955
15КЗ-8 15 80—10 000 6,1 15,0 0,92 0,986
25КЗ-6 25 80—10 000 7,9 1320X307X260 15,0 0,90 0,988
25КЗ-12 50КЗ-5 25 50 63—16 000 80—14 000 4,8 13,5 730X280X210 1280X340X230 — 0,91 0,985
50КЗ-ЗМ 50 80—10 000 20,0 1480X394X294 40,0 0,91 0,985
100КЗ-13 100 80—10000 22,0 1280X340X280
Рупорные громкоговорители
10ГРД-5 10 300—3550 12,0 520X480X390 8,0 0,77 0,77
25ГРД-2 25 200—4000 13,0 530Х4ЮХ740 12,5 0,77 0,95
50ГРД-3 50 2,0—4000 16,0 550X410X270 17,0 0,77 0,95
100ГРД-Ш-1 100 200—4000 48,0 1167X896X740 43,0 0,77 0,95
297
Максимальная выходная мощность составляет 4 В*А, частотная
характеристика равномерная в диапазоне 400—3000 Гц. Масса ЭМ-2
с источником питания не более 2,8 кг, габаритные размеры
355X210X259 мм. Питается электромегафон от источника постоян-
ного тока напряжением 12 В (потреблением тока не более 0,8 А)
или от шести батарей КБС-Х-0,70. Время работы не более 9 ч.
Таблица П4.3
Параметры головок громкоговорителей, предназначаемых
для комплектации звуковых колонок
Тип ЗГД-42 4ГД-8Е 10ГД-36К 10ГД-36Е
Номинальная мощ- ность, Вт 3 4 10 10
Паспортная мощность, 5 5 10 10
DT Номинальный диапа- зон частот, Гц Неравномерность ча- стотной характеристи- ки, дБ 100—12 500 125—7100 63—20000 63—20 000
14 14 18 14
Среднее стандартное звуковое давление, Па 0,28 0,3 0,15 0,15
Номинальное элек- трическое сопротивле- ние, Ом 8 4 4 4
Частота основного резонанса, Гц 100 120 40 40
Габариты, мм 100X160X52 0 125X49 0 200X87 0 200X80
Масса, кг 0,68 0,62 1,4 1,2
Примечание: При монтаже головок в звуковых колонках частотная характе-
ристика выравнивается и частотный диапазон расширяется в сто-
рону низких частот, вследствие взаимодействия громкоговори-
телей.
Таблица П4.4
Аппаратура звукоусиления
Тип Выходная мощность, Вт Класс Масса, кг Питание Комплектация
ЗС-800А 800 II 2000 Сеть, автономное МД-44, 50ГРД-8А
ЗС-1000А 1000 I 3200 я МД-52А, 50ГРД-8, 15КЗ-7, 100КЗ-7 ЗГД-1
3C-300A 300 I — я МД-52А, 100КЗ-11, 50ГРД-12
298
Окончание таблицы П4.4
Тип Выходная мощность, Вт Класс Масса кг Питание Комплектация
зсп-зо 30 I — Сеть МД-66А, 15КЗ-4
ЗУС-150-2 150 I ПО МД-66А, 15КЗ-4
УЗУП-4 600 I — Сеть МД-52А, МД-66 А, 2КЗ-1, 10КЗ-4, 25КЗ-1
ЗУС-400 800 I 500 - —-
.Звук* 60X50* 300 I V Агрегат: один ру- порный (1А-17) ВЧ и два диффузорных НЧ (2А-11)
♦ Выпускаются также ; „Зв; ук* 6Х 100, 1X25, 4X25, 2X25.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Связь-
издат, 1969.—320 с.
2. Нюренберг В. А. Обработка вещательных сигналов.— М.:
ВЗЭИС, 1973.—120 с.
3. Иофе В. К., Ямпольский А. А. Расчетные графики и таблицы
по электроакустике.— М.— Л.: Связьиздат, 1954.—524 с.
4. Сапожков М. А. Речевой сигнал в кибернетике и связи.—
М.: Связьиздат, 1963.—452 с.
5. Сапожков М. А. Защита трактов радио и проводной теле-
фонной связи от помех и шумов.— М.: Связьиздат, 1959.—
254 с.
6. Папернов Л. 3. Озвучение открытых пространств.— М.:
Связьиздат. 1960—102 с.
7. Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи.—
М.: Связьиздат, 1962. — 392 с.
8. Дрейзен И. Г. Электроакустика и звуковое вещание.— М.:
Связьиздат, 1961.—544 с.
9. Иофе В. К. Доклад по опубликованным работам «Некоторые
вопросы приема и воспроизведения звука», представленный
для соискания ученой степени доктора технических наук.—
МЭИС, 1970.—70 с.
10. Кибакин В. М. Автоматические звуковещательные установ-
ки.— М.: Радио и связь, 1983.—144 с.
11. Сапожков М. А. Электроакустика.— М.: Связь, 1978.—
272 с.
12. Сапожков М. А. Звукофикация помещений — М.; Связь,
1979.—144 с.
13. ГОСТ 7153—78. Аппараты телефонные общего применения.
Методы испытаний.
14. Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапожков М. А. Справочник
по акустике.—М.: Связь, 1979.—218 с.
15. Ефимов А. П. Радиовещание.— М.: Связь, 1975.—360 с.
16. ГОСТ 115 15 75. Каналы и тракты.
17. Анерт В., Райхард В. Основы техники звукоусиления: Пер.
с нем. — М.: Радио и связь, 1984. — 320 с.
299
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Антиформанта 19
Бригада артикуляционная 17
Вероятность восприятия 22
— появления формант 20
Включение громкоговорителей
встречное 147
Волна плоская 5
— сферическая 5
— цилиндрическая 5
Восприятие звука 10
— слитное 11
Высота подвеса звуковой ко-
лонки 140
----цепочки громкоговорите-
лей 103, 149
---- оптимальная 140
Градация качества звучания
речи 62
— понятности речи 18
отличной 18
— — хорошей 18
----удовлетворительной 18
----предельно допустимой 18
Громкоговоритель веерный 52
— пневматический 59
— радиальный 52
— рупорный 50, 52
— составной 54
Группа микрофонов линейная
46
----пространственная 46
Давление звуковое 4
----номинальное 61, 150
----прямого звука 69
Диаграмма направленности
вертикальная 49
--------горизонтальная 49
----громкоговорителя ра-
диального 52
-------- рупорного 51
---- колонки звуковой 50
----------развернутой 54
----------сдвоенной 57
----микрофона 43
---- «восьмерочная» 44
— — кардиоидная 44
----гиперкардиоидная 45
----суперкардиоидная 45
---- остронаправленная 45
Диапазон динамический сигна-
ла музыкального 25
-------- речевого 14
300
— — тракта 38
— частотный сигнала музы-
кального 25
речевого 14
— тракта 38
Длина эллипса озвучения 97,
156
Закон Вебера — Фехнера 10
Затухание вязкое 29
звука 31
— молекулярное 29
— суммарное 30
Звук отраженный 5, 26
— прямой 5, 26, 36, 69
— речи 19
Звукоусиление 60
— бегущей волной 76
— на площади 189, 197, 255
— *-----с движущихся ма-
шин 196
Звукофикация зеленого театра
176,
— зон отдыха 176, 209
— концертной площадки 176,
183
— лектория 176, 183
— стадиона 176, 203
Звучание оптимальное 61
Индекс направленности мик-
рофона 130, 161
----- слуха 12
— передачи тракта 37
-----— взвешенный 37
-----оптимальный 63
-----предельный 128, 161
-----рациональный 63, 122,
125, 160
-----фактический 130, 132,
161, 163
Интенсивность звука 4
— шума 34
Источник звука виртуальный
28
Качество звучания 133
-----первый 61, 135
----- второй 61, 135
Колонка звуковая 49
Компрессия 39
Компрессор 40, 42, 131
Коэффициент восприятия 22
— затухания звука 28
— передачи тракта 34
— разборчивости 22, 165, 289
Локализация звукового поля
64, 134
— источника звука 64, 134
Маскировка 6
— дополнительная 10
Маскировки эффект 7
Метод артикуляционный 17
— бегущей волны 76
— координат 70, 154
Микрофон трубчатый 46
Мощность голоса 15
— номинальная 64
Направленность громкоговори-
теля 47
— микрофона 43
Неравномерность озвучения 62,
83, 135
---в поперечном направле-
нии 96
--- в продольном 83
---для звуковых колонок 96
---рупорных громкоговори-
телей 96
— частотной характеристики
61, 135
Ограничение амплитудное 40
— уровня речи 40
---музыкального сигнала 40
Ограничитель — подавитель 41,
131
— усилитель 42, 131
Озвучение 59, 134
— аллеи парка 229
— бегущей волной 70, 221
— вагонной горки 240
— выставки 213
— дальних и удаленных зон
172
— перрона станции 230
— проспекта 221
— с дальней дистанции 253
— спортплощадки 215
— стадиона 203
— танцплощадки 247
— улицы 228
Октава 14
Ось акустическая 43
— эллипса озвучения большая
97, 141
-------- малая 141
Ощущение слуховое 10
Пакет — задание для расчета
звукового поля 281
-------- разборчивости речи
293
Перепад уровней ПО, 114, 116,
117
Переход формантный 20
Пикфактор сигнала музыкаль-
ного 25
----- речевого 15
----- при ограничении 41,
171
Плотность спектральная 9, 34
Поверхность озвучиваемая 59
Подзвучивание 146
Поле звуковое 4
-----громкоговорителя рупор-
ного 155
Полоса октавная 169
— равной разборчивости 21,
168, 288
Полоска слуха критическая 9
Понятность речи 16, 18, 166
----- отличная 18
-----хорошая
----- удовлетворительная 18
-----предельно допустимая 18
Поправка к расчету суммарно-
го уровня 124, 165
Порог слушимости 6
Постоянная времени компрес-
сора 40
----- ограничителя 40
----- слуха 11
Превышение сигнал/шум 126,
262
Приближение эллипсоидальное
характеристик направленности
звуковой колонки 70
---------- рупорного гром-
коговорителя 73
Приемник градиента давления
45
— давления 44
Проверка на эхо 159
Пространство открытое 25
Разборчивость ре^и 16. 24, 164
-----словесная 16, 166
----- слоговая 16, 166
— формантная 21, 166, 290
Разность уровней прямого и
отраженного звука 143
— хода звуковых волн 26
Распределение уровней речево-
го сигнала 14
— формант 20
— формант по частотному
диапазону 20
Самовозбуждение тракта по
301
цепи обратной акустической
связи 128
Самомаскировка речи 39
Сигнал мешающий 261, 262
— полезный 261, 262
— суммарный 261, 262
Система акустическая направ-
ленная 43
— диспетчерская 18
— озвучения зональная линей-
ная 66, 70
-----пространственная 67
----- распределенная 67
-----с двумя цепочками
диффузорных громкоговорите-
лей 79
-----звуковых колонок 82
----- с одной цепочкой
диффузорных громкоговорите-
лей 78
-----звуковых ко-
лонок 80
-----с дальней дистанции 253
-----сосредоточенная с зву-
ковыми колонками 65
-----с рупорным громко-
говорителем 68
-----удаленных зон
Скорость звука 4
Слитность звучания 11, 63
Спектр частотный сигнала му-
зыкального 24
-------- речевого 13
Сопротивление акустическое 6
Суммирование уровней 124,
165
— энергетическое 275
Теория слуха резонансная 10
Тон чистый 7
Угол упора акустической оси
65
— излучения 51, 55
Уровень звукового давления 6
----- поля 154
----- для звуковой колон-
ки 155
----- рупорного гром-
коговорителя 155
— интенсивности 6
-----общий 14, 25
— озвучения максимальный 62
-----минимальный 62
— октавный 169, 170
— ощущения 23, 121, 165, 167
— * параметра 5
— пиковый 15
— порога слышимости 9
— прямого звука 69
— речи 16
— сигнала отраженного 110,
114, 116, 117
— спектральный 14, 168
Форманта 19
Фронт волны 5
----- плоский 5
-----сферический 5
-----цилиндрический 5
Характеристика направленно-
сти громкоговорителя 47
-----веерного 53
----- радиального 53
----- рупорного 50
-----микрофона 43
— тракта частотная 37
----- оптимальная 39
----- рациональная 126
Цепочка двойная 67
— одиночная 68
— диффузорных громкоговори-
телей 68, 78, 101, 120
— звуковых колонок 68, 80,
103, 121
Частота средняя полос октав-
ных 169, 170
----- равной разборчивости
168, 170
— резонансная 19
Чувствительность аппаратуры
35
— громкоговорителя 35
— микрофона 35
— тракта ортотелефоническая
36
Шаг цепочки 103, 149
Ширина эллипса озвучения 97,
156
Шум акустический 32
— гуляния в парке 33, 169
-----на Дворцовой площади
в Ленинграде 33, 169
-----стадионе (футбол) 33,
169
— разговорный 33, 169
-----с бубнением 33, 169
— тракторный 33, 169
— транспортный (жд) 33, 169
Экспертиза качества 25
Эллипс озвучения 97, 141
Эхо 26, 27, 63
302
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . .................... 3
Глава 1. Основы теории передачи и восприятия звука 4
1.1. Основные характеристики звукового поля .... 4
1.2. Некоторые свойства слуха.......................... 6
1.3. Характеристики речевого и музыкального сигналов . 13
1.4. Характеристики открытых пространств...............25
1.5. Характеристики трактов передачи речевых и музыкаль-
ных сигналов...........................................34
Глава 2. Системы звукофикации......................59
2.1. Требования к системам звукоусиления и озвучения . 59
2.2. Системы озвучения.................................64
2.3. Уровни прямого звука на местах слушателей ... 69
2.4. Неравномерность озвучения..............................83
2.5. Методы нейтрализации помех в системах звукофикации 107
2.6. Уровни ощущения речи...................................121
2.7. Индексы тракта передачи речи..........................124
Глава 3. Методика проектирования систем звукофи-
кации .....................................................133
3.1. Введение..............................................133
3.2. Выбор системы озвучения •............................137
3.3. Расчет геометрических данных системы..................139
3.4. Расчет уровней звукового поля.........................150
3.5. Расчет индексов тракта и выбор типа микрофона . 160
3.6. Расчет разборчивости речи.............................164
3.7. Расчет уровня звукового поля при передаче речи и вы-
бор аппаратуры звукоусиления ............................. 167
Глава 4. Примеры расчета систем звукофикации ти-
пичных объектов на открытом воздухе........................176
4.1. Звукофикация большого зеленого театра .... 176
4.2. Звукофикация концертной площадки и лектория на от-
крытом воздухе........................................183
4.3. Звукоусиление на большой площади.................189
4.4. Звукоусиление на большой площади с движущейся ав-
томашины ..................................................196
4.5. Звукоусиление речи на небольшой площади . . . 197
4.6. Озвучение и звукоусиление на большом стадионе . 203
4.7. Звукофикация прибрежной зоны отдыха .... 209
4.8. Озвучение большой выставки на открытом воздухе . 213
4.9. Озвучение спортплощадки..........................215
4.10. Озвучение широкого проспекта....................221
4.11. Озвучение узкой улицы...........................228
303
4.12. Озвучение аллей парка..............................229
4.13. Озвучение перрона железнодорожной станции . . 230
4.14. Озвучение вагонных горок...........................240
4.15. Озвучение танцплощадки.............................247
4.16. Озвучение удаленной зоны...........................251
4.17. Озвучение площади с дальней дистанции .... 253
Приложение 1. Звукофикация большой площади . . 255
Приложение 2. Расчет звуковых полей на ЭВМ . . 274
Приложение 3, Расчет разборчивости речи с примене-
нием ЭВМ (для систем звукоусиления)......................288
Приложение 4. Параметры аппаратуры для звукофи-
кации ...................................................295
Список литературы ...................................... 299
Предметный указатель.....................................300
МИХАИЛ АНДРЕЕВИЧ САПОЖКОВ
Звукофикация открытых пространств
Заведующий редакцией В. Л. Стерлигов
Редактор В. А. Лазарева
Обложка художника В. К- Кузнецова
Худ. редактор Т. В. Бусарова
Техн, редактор А. Н. Золотарева
Корректор Л. С. Глаголева
ИБ № 1053
Сдано в набор 30.11.84г. Подписано в печать 29.04.85г.
Т-07664 Формат 84 X Ю8/за Бумага типогр. № 1 Гарнитура литературная
Печать высокая У с л. печ. л. 15,96 У с л. кр.-отт. 15,96 Уч.-изд. л. 16,74
Тираж 11 500 экз. Изд. № 20944 Зак. № 190 Цена 1р. 20к.
Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693
Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного знамени
МПО«Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова» Союзполиграф-
прома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полигра-
фии и книжной торговли: 113054, Москва, Валовая, 28.
М-А-Сапожков
ЗВУКОФИКАЦИИ
открытых
пространств
«Радио и связь»