close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1sapozhkov m a zvukofikatsiya otkrytykh prostranstv

код для вставкиСкачать
М-А-Сапожков
ЗВУКОФИКАЦИЯ
открытых
пространств
Москва
«Радио и связь»
1985
32.884
С19
Д К 621.396.61(024)
ББК
У
Р е ц е н з е н т доктор техн. наук В. В. ОДНОЛЬКО
Редакция литературы по радиотехнике
С19
Сапожков М. А.
Звукофикация
открытых
пространств.—M.i
Радио и связь, 1985. — 304 с., ил.
В пер.: 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
046(01)-85
6,-85
ББК 32.884
6Ф1.3
©
И здательство «Р ади о и связь», 1985
ПРЕДИСЛОВИЕ
В 1960 г. вышла книга «Озвучение открытых
пространств» (Л. 3. Папернов. М.: Связь, 1960 г.). З а
прошедшие 25 лет опубликован ряд статей в ж урналах
по этим вопросам, но отсутствуют обобщающие работы.
Р яд вопросов, изложенных в книге Л . 3. Паперного и
в этих статьях, уж е требуют уточнений и дополнений и
учета новых методов расчета и проектирования звуко­
фикации открытых пространств. Некоторые из этих м а­
териалов были изложены в книге М. А. Сапожковц
«Звукофикация помещений» (М., Связь, 1979 г.). В д ан ­
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.
М атериалы по программам для ЭВМ любезно пре­
доставлены доцентами Н. Т. Молодой и В. К. Василье­
вым, ст. преподавателями Ч. М. Метер и И. А. Млодзеевской.
Все замечания следует направлять в издательство
«Радио и связь» по адресу: 101000, М осква, Почтамт,
а /я 693.
3
ГЛАВА 1
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕДАЧИ
И ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА
1.1. О СН О ВН Ы Е Х А РА К Т Е РИ С Т И К И
ЗВ У К О В О Г О П О Л Я
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 °С и нормальном атмосферном
давлении составляет около 340 м/с. Пространство, в
котором происходят звуковые колебания, называю т зв у ­
ковым полем. Звуковое поле в открытом пространстве
характеризую т звуковым давлением р и интенсивностью
звука /.
Звуковы м давлением называю т 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 п а с к а л я х 1 (П а). 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). Интен­
сивность звука связана с действующим значением зву­
кового давления [1] соотношением
/ = Р 2/рс,
(1.1)
где р — плотность среды; с — скорость звука.
Поверхность, соединяющая все смежные точки про­
странства с одинаковой фазой волны, называю т фрон1 Паскаль равен ньютону на квадратный метр (Н /м 2). Р анее
для звукового давления использовали единицу «бар», равную дине
на сантиметр квадратный (1 П а = 1 0 д и н /с м 2).
4
том волны. Фронт волны в каждой из его точек перпен­
дикулярен направлению распространения волны, т. е.
звуковому лучу, проходящему через эту точку.
Различаю т 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-
( 1.2 )
(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 = Il/r, поэтому p — pJr'lK
(1.4)
В общем случае звуковые волны отраж аю тся от р а з­
личных препятствий и поэтому в результате их интер­
ференций создается сложное поле. Различаю т поле пря­
мого звука, представляющее поле звуковых волн, рас­
пространяющихся от источника звука до отражающих
поверхностей, т. е. не претерпевших ни одного отраж е­
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 вы раж аю т в
их уровнях. Уровень параметра — величина пропор­
циональная логарифму относительного значения п ара­
5
метра и измеряется в децибелах. Соответственно уро­
вни интенсивности звука и звукового давления
L j = 10 lg (///о) = 10 lg /+ 1 2 0 ;
(1.5)
L p = 2 0 1g (p/po) = 20 lg p + 9 4 ,
(1.6)
где /, Вт/м2; p, Па.
Принято [13], что нулевому уровню интенсивности
звука соответствует интенсивность / 0= 10~12 Вт/м2 (она
близка к порогу слышимости на частоте 1000 Гц). И з
(1.1) следует, что нулевому уровню по звуковому д ав­
лению соответствует давление р о= 2*10~ 5 Па. Разум еет­
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 д а в ­
лении. Например, при температуре 50 °С 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. Н ЕК О ТО РЫ Е С ВО Й С ТВА СЛ УХА
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 раздраж аю щ ей
силы, т. е. интенсивностью звука или звуковым давле­
нием. Порог слышимости зависит от ряда факторов и,
прежде всего, от частоты тона (рис. 1.1). В ы раж ая п а ­
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
М = рш- р т,
(1.7)
где
Рш=
1 0 l g (Л г.С .ш /Л )) ,
рт = 10 lg (/п.с.т//о);
0*8)
(1.9)
рш ирт — уровни порога слышимости соответственно в
шумах и втишине; / п.с.ш и / п.с.т — соответствующие им
интенсивности.
200 300 400 600
Рис.
1 —
1.1.
фронтальный;
1000 1400 20003000 f, Гц
П ороги слышимости:
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
ставляю щие 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. П о­
этому эффект маскировки для сложных помех можно
определить только экспериментально. Однако для шу­
мов со сплошным спектром, при достаточно равномер1 П од чистым тоном подразум еваю т звуковые колебания сину­
соидальной формы. В дальнейшем для краткости будем опускать
прилагательное «чистый» и п од термином «тон» будем иметь в виду
чистый тон.
7
ном распределении его плотности по частотному д и а­
пазону, эффект маскировки можно легко рассчитать
исходя из резонансной теории восприятия звука [ И ] .
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 вы сокие— в начале
улитки и н и зки е— в ее конце (рис. 1.2). Такое распо­
ложение резонаторов объясняет большую эффектив-
Р и с . 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 располагаю тся 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 ж е волокна от
действия шума и притом на вполне определенное зна­
чение, появляется слуховое ощущение данного тона.
Поскольку резонатор, соответствущий волокну, интегри8
рует интенсивность шума в некоторой полоске частот
(определяемой добротностью резонатора), условие по­
явления ощущения тона приближенно имеет вид [1]
/п.с:ш =/шА/Кр,
где
Jm —d l/d f ~ I Af[А /— спектральная
плотность шума, В Т /м 2 Гц; Д /Кр — полоса пропускания
слухового резонатора на уровне — 3 дБ , назы ваем ая
критической полоской с лу х а ; I Af—интенсивность шу­
ма в узких (не уж е критической) полосках частот А/.
С учетом этого выражение (1.8) преобразовывается к
виду
Э ш = 1о lg (/шА/кр//о) = 5 ш-(-/1Ссл,
(1.10)
где Вш= 1 0 lg (/m //o )— уровень спектральной плотности
шума \ т. е. уровень интенсивности в полоске 1 Гц; /о—
интенсивность,
соответствующая нулевому
уровню
(/0= 10~12 Вт/м2) , /Сел = Ю lg А/кр — логарифмическая
критическая полоска слуха.
Таблица
1.1
Ш ирина критических полосок сл уха
f.
400
500
800
1000 1400 2000 3000 4000 5000
Гд
200
300
*сл• ДБ
15,8
15,4 15,4 15,6
16,0 16,5
17,4 18,4 20,0 21,0
21,9
22,4
Д*кр- ГД
38
34
40
55
154
166
34
36
45
69
100
126
6000
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
(Зш = В ш-\-Ксл = L KP}
(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]:
(Зш =
(1.12)
1 В дальнейшем будем называть его спектральным уровнем,
9
Т а б л и ц а 1.2
Зависимость дополнительной маскировки т от уровня
акустических шумов La
ДБ
т, дБ
77
83
88
92
96
99
102
105
108
110
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
где т — дополнительная маскировка (табл. 1.2). П ояв­
ление ее объясняется нелинейностью слуха.
В соответствии с резонансной теорией слуха [11],
восприятие звуков с дискретным спектром такж е про­
исходит путем интегрирования спектральных состав­
ляющих звуков, попадающих в одну и ту ж е критиче­
скую полоску слуха, т. е. на заданной частоте эфф ек­
тивный уровень такого звука:
L f = B f - ^ K сл*,
B f = lO lg [IAfl(AfI0)],
(1*13)
(1.14)
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 раздраж аю щ ей си­
лы звукового сигнала пропорционально ее логарифму,
т. е. E = a \ g I - \ - 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 = —а Х
X lg/n.c, откуда Е = а l g ( / / / n.c) или в децибелах
£ = 10 lg ( // / п.с) = Ь —Рп.с,
(1.15)
где рп.с= Ю l g ( / n.c//o )— уровень порога слышимости;
/п.с — пороговое значение интенсивности звука; Ь =
= 10 lg (///о) — уровень тона с интенсивностью /.
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-\-Kcn— $m = B f—В т,
(1.16)
а учитывая (1.12):
E = B f —В т—т.
10
(1.17)
Слитность звучания. Слуховое ощущение звука пос­
ле его прекращения исчезает не сразу, а постепенно,
плавно уменьшаясь до нуля. Длительность задерж ки
слухового ощущения характеризую т постоянной време­
ни слуха. Вследствие этого свойства наблю дается ин­
тегрирование кратковременных звуковых импульсов и
слитное восприятие звуков, запаздываю щ их относи­
тельно друг друга. Д л я слитного восприятия двух звуAL,mB
Р и с . 1.3. Пороги слитного и раздельного восприятия звуков в з а ­
висимости от временного интервала м еж ду ними и разности уров­
ней: 0 — зона, в которой запаздываю щ ий звук не слышим;
/ — зона слитного восприятия; / / — зона слышимости эха; III — зона замет­
ного эха; IV — зона мешающего эха
ков необходимо, чтобы последующий звук запазды вал
на промежуток времени не более 50 мс (рис. 1.3, зо­
на I). Но и при большем запазды вании 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 запазды вания,
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 запаздываю щ ий 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 запаздывающ их
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 зап аз­
дывания часть интенсивности звуков, запаздываю щ их
более чем на 50 мс, как бы добавляется к интенсивно­
сти основного звука, усиливая его. При этом чем боль­
ше время запазды вания звука, тем меньше его вклад в
интенсивность основного звука. Остальная часть интен­
сивности запаздываю щ их звуков является помехой
приему основного звука. Звуки, запазды ваю щ ие на вре­
мя более 100 мс, являются помехой. Исходя из этого
приближенно считают [4], что интенсивность звуков,
запаздываю щ их на 60 мс и менее, полностью суммиру­
ется с интенсивностью основного
^ Lr 1гД,Б
звука, а звуки, запаздываю щ ие
на 60 мс и более, — полностью
являю тся 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
Р и с . 1.4.
И ндекс на­
к размеру головы. И з-за отраж е­
правленности слуха при
д в уухом слушании ш у­
ния волн от головы звуковое д а в ­
мов, приходящ их с р а з­
ление у уха повышается. Это по­
ных сторон
вышение
на
частотах
ниже
200 Гц менее 1 дБ. Н а этих ч а­
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 слуш ателя). Н а 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 п а­
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).
К ак 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 ALr или Д £ г> в зависимости от
того, идет ли речь об уровне звука или о спектральном
уровне.
1.3. Х А РА К Т Е Р И С Т И К И РЕ Ч Е В О ГО
И М У ЗЫ К А Л Ь Н О ГО С И ГН А Л О В
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. О гибаю щ ая 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 д Б /о к т 1, 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
Lp = 10 lg
Jjp
0
(/) df = 10 lg | 10°’1Bp if) df ^
0
oo
~ 101
(u 8 )
k=l
где B p( 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
Л р 2 = Л р1- )-
( L P2 —
£ р1) ,
(1-19)
где Л Р1 и LPi — соответственно спектральный и общий
уровни речи на входе тракта передачи речи (или на
входе одного из его участков); B v2 иLp2 — то ж е 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. Н а 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 — отнош ение частот,
равное 2.
2 В расчетах будем иметь д ел о со средним спектром речевого
сигнала, являющимся сплошным, что д ает право интегрировать спек­
тральную плотность.
14
ностью можно считать рас­
и.
пределение одинаковым во
°>9всем речевом диапазоне ча­
X
0,8\
0,7стот.
\
0,6Н а рис. 1.6 приведено ин­
1
\д о тегральное
распределение
1
о ,з \уровней для среднего голо­
1
0,2>
са. По оси абсцисс отложена
1 11 1 1 I 0,1
I разность между текущим и
-36-30-24-18-12 гб 0
средним уровнями в данной
В~Вср>Аб
полоске частот, а по оси ор­
динат — относительная дли­ Р и с . 1.6. Амплитудное рас­
тельность пребывания уров­ пределение уровней речи:
диапа­
ня сигнала не ниже его те­ Д — динамический
кущего значения. И з этих зон; Л — пик-фактор речи
данных следует, что длитель­
ность пребывания уровня выше среднего значения со­
ставляет
20 %,
а общ ая
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 д Б
(см. рис. 1.6). Н а рис. 1.6 такж е 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:
1
со
1
•I*
Менее —12ч- —9
12
7
9
14
—64- —3 —З-т-0 0 ~ 3 З-т-6 б-г-9 Выше дБ
9
4
18
22
17
9
0
°/о
Таким образом, 2 /3 голосов имеют разброс уровней
± 6 дБ, а общий разброс составляет более 20 дБ.
Д алее, 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), р ав­
ный 74 дБ, а при повышенных уровнях шумов и гром­
ком голосе оратора средний уровень речи иногда может
быть даж е 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 д Б
всегда будет несколько выше, чем для уровня 71 дБ,
поэтому для создания некоторого запаса в разборчи­
вости речи, а такж е запаса устойчивости тракта в отно­
шении его самовозбуждения следует ориентироваться на
средний уровень речи 71 д Б 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 д Б , будут ограниче­
ны только на 3 дБ.
При передаче речи со средним уровнем выше 71 д Б
можно уменьшать усиление тракта на соответствующее
значение, а ораторам со средним уровнем речи ниже
71 дБ (таких голосов немного) рекомендуют прибли­
ж аться 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 подразумеваю т
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. М ежду всеми этими
16
видами разборчивости существуют вполне определенные
статистические взаимозависимости. Д л я каждого язы ка
эти взаимозависимости количественно различны, но по
форме они сходны. Н а рис. 1.7 приведена соответствую­
щ ая 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
80 о, °/о
гов в условиях значитель­
ных искажений и помех). Р и с . 1.7. Зависимость сл о­
W
и
звуковой
Поэтому для получения ста­ весной
бильных результатов изме­ D -разборчивости от слоговой S
рение разборчивости прово­
дят с помощью специально натренированной бригады
слушателей и дикторов. Такую бригаду называю т арти­
куляционной. Д л я артикуляционной бригады получают
разборчивость речи, максимально возможную в зад ан ­
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. Д л я определения ее необхо­
димо знать связь между понятностью речи для обыч­
ных слушателей и разборчивостью речи, полученной с
помощью артикуляционной бригады. Д л я 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 дополни2 — 190
17
тельной тренировки. Тракты были взяты самые разно­
образные и условия варьировались в широком д иапа­
зоне. Это было сделано д ля того, чтобы охватить все
возможные условия приема и передачи речи. Разговор
велся в обе стороны под контролем людей, фиксировав­
ших как понимали друг друга разговариваю щ ие або­
ненты. Д л я удобства разговора и отражения свойств
русской речи были использованы специальные разго­
ворники-тесты.
Таблица
1. 3
Разборчивость речи для различных градаций
понятности
Разборчивость, %
Понятность
Предельно допустимая
Удовлетворительная
Хорошая
Отличная
слоговая
словесная
25— 40
40— 55
5 5 -8 0
80— 100
7 5 — 87
87— 93
93— 98
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 ж е 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. Д л я ограниченного лексикона
те ж е 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. П о­
18
этому для диспетчерских систем необязательна слого­
вая разборчивость речи, превышающая 50 %..
Например, в зеленых театрах и на концертных пло­
щ адках 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.
55
Понятие формант. При про- 50
изнесении звуков речи человек 45
перемещает
язык,
нижнюю 40
челюсть, губы и небную «за- 35
навеску», т. е. весь артикуляционный
аппарат речи
по ^
вполне определенному закону ^
для каждого звука речи. Не- 10
точность их перемещения при- 500400500 10001Ш2000 {,Гц
водит К неточности ПроизнесеРис.
1.8.
Спектральные
ния этого звука, а следовательогибающ ие
звуков
речи:
но, снижению его разборчиво€Т>;
сти. гт
Поэтому дикторы должны — X — X — «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.
К аж дая из формант для заданного звука находится
на определенном месте в диапазоне частот, конечно,
2*
!9>
при правильном его произнесении. Д л я 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
располагаю тся в определенных участках частотного
диапазона.
Кроме
/ , Х5‘ 10'6
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.
Рис.
1.9.
П лотность
распределения
Речь
состоит
из
ф орм ат по частному диапазону
большого количества
звуков
(основных
ф он ем 1 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 7000Гц. В нем
нет«пустых» промежут­
ков, форманты располагаю тся не только вплотную, но
д а ж е 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
ф ормант по частотному диапазону для русской речи,
т. е. вероятность появления их в полоске шириной 1 Гц.
Установлено, что каж д ая 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 свой77
1 Фонема является минимальной единицей речи, сущ ествую щ ей
в виде конкретных физических реализаций, называемых звуками
речи. П о отношению к звуку речи фонема представляет то ж е с а ­
м ое, что и конкретная рукописная буква в письме по отношению
к точному начертанию ее в изолированном виде (ф о н е м а —-э т о то,
ч то человек хочет сказать, а звук речи — это то, что он произносит).
20
Таблица
1. 4
Границы полос равной разборчивости для русской речи
Номер полосы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Диапазон, Гц
200— 330
330— 465
465— 605
605— 750
750— 900
900— 1060
1060— 1230
1230— 1410
1410— 1600
1600— 1800
Номер полосы
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Диапазон, Гц
1800— 2020
2020— 2260
2260— 2530
2530— 2840
2840— 3200
3200— 3630
3630— 4150
4150— 4790
4790— 5640
5640— 7000
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 называю т
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 £0
(табл. 1.4). В каждой из
этих полос содержится 5 % Я
ОА
0,6
0,8 1,0 А
формантной разборчивости.
Рис.
1.10.
Зависимость
Д ля перехода к другим
слоговой разборчивости
от
видам разборчивости речи
формантной
были найдены их зависимо­
сти от формантной.
На
рис. 1.10 приведена зависимость слоговой разборчиво­
сти 5 от формантной А для русской речи.
Распределение уровней формант. К ак показали ис­
следования [4], мощность формант в диапазоне выше
300 Гц по отношению к мощности речи в этом же д и а­
21
пазоне составляет 98% . И это вполне понятно, посколь­
ку форманты являю тся концентрациями спектра речи.
Ввиду этого уровни формант практически совпадают с
уровнями речи в одних и тех ж е полосах частот. Соот­
ветственно средний уровень формант в полосе частот,
например, в полосе равной разборчивости, почти равен
среднему уровню речи в той ж е 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 даж е
самые минимальные по значению в какой-нибудь доста­
точно узкой (см. § 1.2) полосе частот будут выше уров­
ней шума в той ж е 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 ж е уровень шума в этой
полосе будет превышать минимальный уровень фор­
мант в той ж е полосе частот, то в зависимости от это­
го превышения та или иная часть формант будет з а ­
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 k-fi
22
полосе, равной разборчивости, ДЛй=0,05ге>*, 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. Н а рис. 1.11 для
иллюстрации показан пример определения коэффициен­
та разборчивости по заданному порогу слышимости.
Р и с . 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 АВГ уровень ощуще­
ния формант (1.16)
Е = В ф + К сл^ ш — АВг,
(1.20)
где Вф—спектральный уровень формант, численно рав­
ный среднему спектральному уровню речи в той ж е поло­
се равной разборчивости, т. е.
Е = В р-\-К с л — Рш— А В р.
( 1 .2 1 )
23
Так как уровни шумов в вещании и звукоусилении
часто не настолько велики, чтобы учитывать дополни­
тельную маскировку, то уровень ощущения формант
E = B V—Вт—А В Г,
(1.22)
где В ш — 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:
ш = ( £ + 6 ) /3 0 .
(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 общ ая фор­
мантная разборчивость
20
А =
20
20
ЛЛ* =
0.05о»* = ^
^ к.
(1-24)
А=1
А=1
k=l
где Wh — коэффициент разборчивости в &-й полосе. Зная
значение формантной разборчивости А, по рис. 1.10 и 1.7
нетрудно найти слоговую 5 и словесную W разборчи­
вости, а по табл. 1.2 определить градацию понятности пе­
редачи.
Характеристики музыкального сигнала. К ак и рече­
вой сигнал, музыкальный сигнал характеризую т 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 слуш ате­
лем музыкальных сигналов, аналогичный методу расчета
разборчивости и понятности речи. Поэтому тракты звуко24
фикации для передачи музыкальных сигналов оценивают
только по пропускаемым ими частотным и динамическим
диапазонам, а реальный тракт оценивают с помощью
субъективных экспертиз. Д ля 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 сжимаю т 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
ш ателя от оркестра или исполнителя, составляют: для
симфонического оркестра при громкости форте-фортисси­
мо 95— 100 дБ, для камерных оркестров и небольших
ансамблей при той ж е громкости 90—95 дБ. Д ля 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 ж е громкости исполнения) на
20 дБ для симфонического оркестра и на 12 д Б для пе­
ния.
1.4. Х А РА К Т Е Р И С Т И К И О ТКРЫ ТЫ Х
П РО С ТРА Н С ТВ
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. Звукоф ика­
ция их бывает как со стационарных установок, так и пе­
редвижных. Открытые пространства в отношении их зву­
кофикации по сравнению с помещениями обладаю т
рядом специфических особенностей. К ним прежде всего
относят размеры, которые, как правило, значительно
большие, чем у помещений. М ожно 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. Д л я первого вида
систему звукофикации рассчитывают как для дальней,
так и для ближней зон, а для второго—только для д аль­
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 запазды вать по отношению
к прямому звуку на большие интервалы времени, чем
в помещениях.
При отражении от наземной поверхности звуковыеволны, как правило, запазды ваю т на время, гораздо
меньшее 50 мс, и потому их действие суммируется с дей­
ствием прямого звука, т. е. они являю тся полезными от­
ражениями. Звуковые волны, отраженные от боковых по­
верхностей строений, ограничивающих рассматриваемое
пространство, могут запазды вать и на время, большее
50 мс, и тогда может возникнуть явление эха, если р аз­
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 = (*2+ у 2+ Л2) vs— (x2+ h 2)
26
(1.25)
Например, при высоте подвеса Л = 15 м и расстоянии
между громкоговорителями 35 м для точки, находящейся
на расстоянии 10 м от одного из громкоговорителей, р а з­
ность хода звуковых волн
d = (102+ 3 5 2+ 152) '/2— (102+ 152) V 2=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 M= d [ 1 + (2 Jd) (x2+ h 2) I/2] i/2.
(1.26)
Например, при * = 1 0 м, Л = 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 = (x2-\-h2) w — [h2+ (l— x ) 2] V2,
(1.27)
откуда для заданной разности хода находим расстояние
от громкоговорителя до искомой точки
х = 0 ,5 { l+ d [ 1-f-4/i2/ (I2—d 2) ] I/2}.
(1.28)
Например, при х = 4 0 м, Л = 1 0 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 * = 0 ,5 ( l ± d ) . Так, при
d= 20 м * = 1 5 и 35 м.
Если время запазды вания больше 50—60 мс и р а з­
ность уровней основного и запаздываю щ его звуков пре­
вышает величины, показанные кривой 2 на рис. 1.3, то
наблю дается ухудшение качества звучания без заметно­
го снижения разборчивости речи. Если ж е разность уров­
ней превысит данные, определяемые кривой 3 рис. 1.3,
и время запазды вания будет превышать 100— 150 мс, то
кроме снижения качества звучания наблю дается зам ет­
ное снижение разборчивости речи. В этом случае за п а з­
дывающий сигнал играет роль речевой помехи с соответ­
ствующим уровнем. При запазды вании менее 100— 150 мс
наблюдается расщепление звучания, но без снижения
разборчивости речи. Предельное значение времени з а ­
27
паздывания зависит от темпа речи: при медленном темпе
разборчивость речи может не снижаться при зап азды ­
вании более 150 мс, а при быстром — запазды вание на
время, даж е 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 запазды вание отраженных волн невелико, то его
действие суммируется с действием прямого звука. Это
наблю дается, 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 слуш ателя д а ­
ж е несколько меньше уровня запаздываю щ его звука (на
10 д Б ). Если запаздываю щ ий звук будет иметь уровень
больше чем на 10 дБ, то кажущийся источник звука бу­
дет находиться на его месте.
К специфике звукофикации открытых пространств
такж е относится зависимость условий распространения
звуковых волн от климатических факторов и состояния
атмосферы в данный момент (запыленности, наличия ту­
мана и т. д .). Все это приводит 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.
10 20 30 90 50 60 70 80 90
О т носит ельная Влаж ност ь, °/о
Были измерены ко­
эффициенты затухания
Р и с . 1.12. Зависимость коэффици­
звука в воздухе при
ента затухания звука в в озд ухе от
различных
значениях
влажности и частоты
28
Т а б л и ц а 1. 5
температуры, влажности и
частоты. Эти данные приве­ Зависимость коэффициента
дены на рис. 1.12 для моле­ затухания звука jut в воздухе
кулярного затухания на ч а­ от частоты / и влажности а
стотах от 1000 до 6000 Гц,
И». 1/м-104, при
о/о
температуры 2 0 °С в зависи­
Л Гц
40
60
80
мости
от
относительной
влажности. Как видим, вы­
5
1000
3
4
сокие
частоты
затухаю т
35
25
20
2000
сильно, причем максимум
110
85
61
4000
затухания получается при
относительной
влажности
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—8 0 % .
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.
Н а 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
^ . = 1,715.10» ^ . [ 4 ч + (Т - 1 ) ^ ] .
(1.29)
где р — плотность воздуха, кг/м3; с — скорость звука,
м/с; т) — коэффициент вязкости, Нс/м2; у = С р/С у — отно­
шение теплоемкостей при постоянных давлении и объеме
(коэффициент ад и аб аты ); к — коэффициент теплопро­
водности.
М олекулярное затухание зависит от температуры воз­
духа, его влажности и частоты колебаний. Оно опреде­
ляется только по номограмме рис. 1.13,6. Д ля его н а­
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
по ^горизонтали вправо до пересечения с кривой зад ан ­
ной частоты и после этого — по вертикали вниз до пере­
сечения с осью абсцисс графика частот F ; б) от зад ан ­
ной точки на оси температур по горизонтали вправо до
А16 , дБ /нм
100
10
1
0,1
200
300 900 600 800
2000
3000
5000 7000 10000 f, кГц
а)
Р и с . 1.13. Зависимость затухания звука в воздухе:
а) вязкого — от температуры и частоты; б) — молекулярного — от
температуры, относительной влаж ности 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 N M в децибелах на километр.
Например, для температуры 15°С и частоты 3 кГц
затухание из-за вязкости составляет около 1 дБ/км , а
при относительной влажности 50% молекулярное зату­
хание равно 10,5 д Б . Общее затухание составляет
11,5 дБ/км . А для частоты 1 кГц это затухание не превы­
шает 2 дБ/км .
Г
Р и с . 1.14. Траектории звуковых лучей при изменении скорости
звука при удалении от его источника:
а) — уменьшение скорости; б) — увеличение ее
О казалось, 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 л у­
чей. Причиной такого искривления являю тся ветер, вер­
тикальные потоки воздуха из-за нагрева или охлаж дения
наземной поверхности и преломление звуковых лучей изза неодинаковой плотности воздуха и атмосферного д а в ­
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. Н а частоте 2000 Гц
эти пределы составляют соответственно 8 д Б /к м и более
60 дБ/км .
Рис.
1.15. Спектральные уровни акустических шумов:
/ — футбольный матч (выкрики, громкие разговоры); 2 — то ж е (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 ж е с глушителями (цифры на кривых означают суммарный уровень в д е­
цибелах)
К специфике звукофикации открытых пространств
такж е 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. Н а 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
Т аблица
1.6
Спектральные уровни акустических шумов на открытом воздухе
Средняя частота полуоктавы, Гц
Спектральные уровни для различных типов шумов,
дБ*
’
1
2
3
4
5
35
37
39
40
47
44
46
48
50
5
51
50
47
43
35
30
57
52
48
45
44
45
45
45
45
45
43
41
37
34
29
22
50
75
100
150
200
300
400
600
800
1200
1600
2400
3200
4800
6400
9600
41
47
54
56
58
59
58
57
54
51
47
42
35
30
28
9
70
48
73
51
Суммарные уровни
87
104
71
52
70
48
68
42
66
38
64
60
32
29
50
85
83
77
6
7
35
50
39
39
38
45
42
40
38
34
32
30
29
50
48
45
42
40
38
34
32
30
29
71
77
t 1—шумы на стадионе (футЗол) во время гола; 2—шумы от тракторов вблизи их
|б м); 3—шумы транспортные; 4—шумы на Дворцовой площади в Ленинграде во
иремя гуляния; 5—шумы на гулянии в парче; 6—шумы от разговоров; 7—шумы с буб­
нением.
частотах выше 1000 Гц (см. рис. 1.15, кривые 4 и 3J.
Уровень всех этих шумов может принимать на практике
самые разнообразные значения от 50—60 дБ до 95 и д а ­
ж е до 105 дБ (шумы вблизи маш ин).
По уровню акустические шумы можно классифициро­
вать следующим образом:
1) .полная тишина* (слушатели Даже затаили дыхание)
2) нормальная .тишина*
3) отдельные тихие разговоры
4) разговоры многих слушателей
5) громкие разговоры, крики
3 5 .. .40 дБ
4 5 ...5 5
5 5 ...6 0
6 5 ...7 0
7 5 ...8 0
дБ
дБ
дБ
дБ
Часто бывает такое положение, когда спектр шума з а ­
дан из числа типовых, а общий уровень отличается от
3 — 190
33
приведенного выше. В этом случае спектральные уровни
шумов, как в (1.19):
Яш= б тш+ (Lm—L T.ш) ,
(1.30)
где В? ш И Lt.UI соответственно спектральный и общий
уровни табличных шумов; L m — 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
J ]ш (f) df =
Lm = 10 lg
оо
10 lg
0
j 10°'1B“ {t) df ~
0
oo
«
l
O
l
g
-
^
-
(1. 31)
k =l
где fim(/)= 1 0 1 g (Jm /h) — спектральный уровень на час­
тоте /; / ш= ^Лп/d
f 4JAfk — спектральная плотность
интенсивности.
1.5. Х А РА К Т Е РИ С Т И К И ТРАК ТО В П Е Р Е Д А Ч И
Р ЕЧ ЕВЫ Х И М У ЗЫ К А Л ЬН Ы Х СИ ГН А Л О В
Тракт передачи речи начинается у рта дикто­
ра или оратора и заканчивается у уха наиболее удален­
ного слушателя 1. 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. Д ля
музыкальных сигналов первый акустический участок
тракта менее определенный, чем для речевого. Он
начинается где-то в центре источника музыкального сиг­
нала.
Коэффициент передачи тракта2. Коэффициент пере1 П од точкой наиболее удаленного слуш ателя подразум еваю т
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 однородны х величин на входе и вы ходе тракта, а здесь
имеют дело со звуковыми давлениями и напряжениями, причем в ход
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 = р в ы х 1 Рвх»
(1 .3 2 )
стандартный индекс усиления—разность уровней синусо­
идального сигнала на выходе и входе аппаратуры:
QcT=201g К = Ь ВЫХ L BX»
(1.33)
Д ля громкоговорящих устройств за звуковое давле­
ние и уровень на выходе аппаратуры (рВЫх и £ ВЫх) при­
нимают звуковое давление р\ и уровень L\ в неограни­
ченном пространстве на расстоянии 1 м от акустического
центра громкоговорителя по акустической оси, т. е. [см.
(1.6)]
LBb„ = 2 0 1 g pBHi+ 9 4 = 2 0 1 g p ,+ 9 4 = L i .
(1.34)
З а звуковое давление и уровень на входе аппаратуры
Рвх и LBx принимают звуковое давление рм и уровень
звукового сигнала L M 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 p Bx + 9 4 = 2 0 1 g pM+ 9 4 = L M.
(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. Д ля 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)
/С= Р 1/рм= К м К р З Д л К г,
где K u = U M/ p M— чувствительность микрофона; Кр—
= U bx/U m — затухание в регуляторах усиления; К у =
= и вЫх / и вх — общий коэффициент усиления усилитель­
ных устройств; К я = и т/ и вых — затухание в линии; Кг—
= P \/U T — чувствительность громкоговорителя по напря­
ж ен и ю 1; UM — напряжение, развиваемое микрофоном
1 П од чувствительностью микрофона и громкоговорителя п од ­
разумеваю т чувствительность по их акустическим осям.
35
при звуковом давлении р м; Uвх — напряжение на входе
усилителя; и ьых — напряжение на выходе усилителя;
UT— напряжение на входе громкоговорителя, а стандартный индекс усиления (1.33)
Qct==Qm flp+Qy a n+ Q r = ^ i L m,
(1.36)
где QM— уровень осевой чувствительности микрофона;
ар — затухание в регуляторах; Qy — усиление усилителя;
с л — затухание в линии; Qr — уровень чувствительности
громкоговорителя. Все величины выражены в децибелах.
Уровень чувствительности микрофона в децибелах опре­
деляю т по отношению к 1 В /П а: QM=201g/C M, уровень
чувствительности громкоговорителя — к 1 П а/В : Q r =
= 2 0 1 g КгОртотелефоническая чувствительность тракта. Ортотелефоническая чувствительность тракта передачи речи
равна отношению звуковых
давлений прямого звука
р точке нахождения наиболее удаленного слуш ателя 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 слуш ателя Lc и на стандартном
расстоянии от рта L'p:
QoT= Qp.M_t~QcT- l_lQr.C==i-i'C L’,
(1.37)
где Q p .m — изменение уровня звуковых колебаний на
первом акустическом участке; Qcт — 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 слуш ателя. 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:
Iallb= p2afp2b = r h /r 2a
(1.38)
или для уровней
L a - L b= 101g ( U h ) = 201g (rbfra),
поэтому
Qp.w=L'p —Lp.M=201 g (1 /rM),
( 1.39)
где L'p — уровень речи на расстоянии 1 м от рта; LpM —
уровень речи у микрофона (точнее, в точке свободного
поля, в которую должен быть помещен акустический
36
центр микрофона); гк—расстояние от рта до микрофона.
В расчетах часто приходится иметь дело с разностью
между уровнями прямого звука, создаваемыми громко­
говорителем в точке наиболее удаленного слуш ателя, 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 слуш ателя, 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:
Qa.o=LfC—LjM= B j c —S /м.
(1.40) *)
Другой аспект — разность между общим уровнем пря­
мого звука, создаваемым в точке слуш ателя при переда­
че речи, и общим уровнем речи, создаваемым диктором
(оратором) на входе микрофона. Эту разность иногда
тоже называют индексом передачи тракта [6]. Д ля
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 д иа­
пазоне частот 200—2000 Гц близка к нулю, можно гово­
рить о примерном равенстве взвешенного индекса пере­
дачи тракта и среднего значения индекса передачи тр ак­
та в этом диапазоне. Итак, взвешенный индекс тракта
(опускаем слово «передачи»)
Qb3B= S p.c Др.М.
(1.41)
Частотная характеристика тракта. Под частотной х а­
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 такж е почти идеальна, а затухание
короткой линии в звуковом диапазоне частот тож е почти
не зависит от частоты. Поэтому неравномерность частот*> В дальнейш ем опускаем и индекс /.
37
ной характеристики тракта почти исключительно опреде­
ляется неравномерностью системы микрофон — громко­
говоритель.
Следует указать на то, что частотная характеристика
тракта передачи речи долж на 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 х ар ак ­
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 х а­
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.
Д ля передачи музыкальных программ оптимальной
частотной характеристикой является равномерная час­
тотная характеристика.
Динамический диапазон тракта. Под динамическим
диапазоном тракта подразумевается разность между м а­
ксимально возможным уровнем сигнала в точке удален­
ного слушателя и суммарным уровнем шумов и помех
в той же точке. М аксимально 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 слуш ателя
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 такж е 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
BnoM=Bp.c—24.
Д алее, 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 склады ва­
ются по интенсивности. Поэтому суммарный уровень по­
мех
В = (Вр с - 24) ( + ) (Вр.е-Д отр) ( + ) (Вр с - Дв.п) =
= Вр. с + 101g[10_0’MoTP + l(T 0’'V n + l < r 2’4], (1.42)
где Дотр и Лвл — превышения уровня речи в месте слу­
шателя (в расчетной точке) над уровнями помех там ж е
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 следую щ ие за ними слабые звуки
речи [11].
39
мального уровня сигнала в точках удаленных слуш ате­
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).
Работу ограничителя уровня характеризую т 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 Lorр. Н и­
же этого значения уровни оста­
ются в том ж е соотношении,
что и на входе ограничителя.
Это означает, что при предель­
ном ограничении все голоса
будут одинаково громкими на
выходе ограничителя.
Постоянная времени сра­
Рис.
1.16.
А мплитуд­
батывания ограничителя обыч­
ная
характеристика
ограничителя уровней
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 леж ит в пределах
0,15—0,7 с. В литературе [2] приведены утроенные зн а­
чения стандартной постоянной времени, что лучше х а ­
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
л а 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
Г, 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 сглаж и­
вание пиков сигнала, вследствие чего его пик-фактор
уменьшается. При пре­
Т а б л и ц а 1.7
дельном
огр аничении
Пик-фактор
речевого
сигнала
пик-фактор стремится
к нулю. В табл. 1.7 при ограничении его уровня
приведен
пик-фактор
Величина
Величина
Пик-фактор
речевого сигнала при
ограниче­
подавления ограниченного
ния урозня
слабых звуков
сигнала
различных
значениях
L , дБ
ог’ м
* Lor’ дБ
"ог’ дБ
величины ограничения.
Как видим, пик-фактор
0
0
12,0
уменьшается при огра­
3
0,5
9,5
ничении на 20 дБ с 12
6
1,0
7,6
до 2 дБ. Это означает
10
2,0
5,6
относительное увеличе­
16
4,0
3,2
20
6,0
2,0
ние среднего уровня
речи (сближение его с
пиковым уровнем).
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 р а ­
ботой без ограничителя пиковый уровень речи будет ни­
41
ж е 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 подавляющ им, 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
ков. Конечно, при этом имеет место относительное подав­
ление слабых звуков речи, но
•^был
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 усилителемограничителем.
Работа компрессора х ар ак ­
теризуется зависимостью уров­
ня сигнала на выходе компрес­
сора
от входного уровня (рис.
Рис.
1.17.
Амплитуд­
1.17). Как видно, сжатие всех
ная
характеристика
уровней происходит в одинако­
компрессора
(по ур ов ­
ням)
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 (даж е при малых постоянных времени)
не более чем в 1,5— 1,8 раза.
И з-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 такж е 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. Д ля 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, Хотя 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 звукофикации существенное значение имеют направленные свой­
ства микрофонов и громкоговорителей: они определяют
распределение уровней в звуковом поле и устойчивость
систем звукоусиления.
Характеристикой направленности микрофона назы ва­
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:
R (Q )= E e /E 0.
(1.43)
Почти у всех микрофонов характеристика направ­
ленности имеет вид поверхности вращения вокруг аку­
стической оси, совпадающей с геометрической осью. П о­
этому ее представляют как след характеристики направ­
ленности на плоскости, проходящей через акустическую
ось, и называют диаграммой направленности (ДН )
(рис. 1.18). Ее изображаю т в полярных координатах
с центром, располагаемым в акустическом центре микро­
43
фона и отсчетом углов от акустической оси. Часто ради­
ус-вектор диаграммы направленности даю т в логариф ­
мическом масштабе
W 0)= - 20№/£.)•
О-44)
По направленности микрофоны классифицируют на
ненаправленные (Н Н ), двунаправленные (Д Н ) с восьмерочной Д Н , однонаправленные (ОН) с кардиоидной
характеристикой, остронаправленной (О О Н ). К нена­
правленным микрофонам относят приемники давления.
Их направленность проявляется только на частотах, для
1000 Гц
4000 Гц
Р и с . 1.18. Д иаграм м а направленности
тот, указанных на рисунке
2000Гц
* 8000 Гц
микрофона для ряда час­
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 Д Н R (0 )= c o n s t. Двунаправленные микрофоны
44
являю тся симметричными приемниками градиента давле­
ния. Их Д Н в полярных координатах имеют вид вось­
мерки:
R { Q )= cos0.
(1.45)
Применяют и приемники градиента давления второго
порядка. Их Д Н тоже восьмерочная, но более острая:
t f ( 0 ) = c o s 20.
(1.46)
Эти характеристики направленности почти не зависят
от частоты. Лишь на частотах выше 10 кГц они немного
заостряются. Асимметричные приемники градиента дав-
Р и с . 1.19. Диаграммы направленности
ников звука (м и кроф он ов):
комбинированных
прием­
1—работает
только приемник давления; 2 — одинаковая чувствительность
приемников давления и градиента давления (кардиоида);
3 — приемник
градиента давления в 1,7 раза чувствительнее приемникадавления (супер­
4
—
то
ж
е,
но
при
соотношении
3
(гиперкардиоида);
5 — рабо­
кардиоида);
тает только приемник градиента давления
ления и некоторые из комбинированных микрофонов
имеют Д Н в виде кардиоиды:
7? (0) = 0 ,5 (1 + c o s 0 ).
(1.47)
Есть комбинированные микрофоны с Д Н в виде су­
перкардиоиды и гиперкардиоиды:
# ( 0 ) = (0 ,3 7 + 0 ,6 3 c o s0) и Я (0) = 0 ,2 5 ( 1 + 3 c o s 0).
(1.48)
Применяют остронаправленные микрофоны, состоя­
щие из двух кардиоидных микрофонов с Д Н
Я (0) = 0 ,2 5 ( l+ c o s 0 ) 2.
(1.49)
Д иаграммы направленности всех этих типов микро­
фонов даны на рис. 1.19. В ряде случаев используют
45
остронаправленные микрофоны трубчатого типа. Эти ми­
крофоны имеют Д Н
R (0) = s i n пх/ (п sin х ) ,
(1.50)
где
х = -у- (1 - cos б) = 2 -у- sin2 (6/2).
К ак видим, она зависит от частоты. На рис. 1.20 приве­
дены Д Н трубчатого микрофона с размерами: длиной
(без капсюля) 0,85 м, чис­
лом трубок /г=38 и шагом
d — 2,3 см. Последний опре­
деляет максимальную часто­
ту, при которой направлен­
ность максимальная, в д ан ­
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 направляю т на
Рис.
1.20. Д иаграмм а
на­
того говорящего, голос кото­
правленности трубчатого мик­
рофона (на 90° — подавление
рого следует передать.
равно 18 д Б ) , /==1000 Гц
При передаче в условиях
высоких уровней
акусти­
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 направляю т к оратору. Д ля прямолинейной
группы оси микрофонов параллельны друг другу. П ро­
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.
Д ля плоско­
сти
и параболической
поверхности
они п арал­
лельны
друг
Другу,
а для
гиперболической —
направлены в ее фокус. Д ля 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. О бщ ая направленность в первой плоско­
сти определяется как произведение направленности
микрофона и группы: R(Q) = R Tp {0)R m (Q) • Н аправлен­
ность группы определяется из выражения
R Tр(0) = s i n пх/п sin х ,
(1-51)
где x = ( n d / X ) sin 0 ; п — число микрофонов; d —шаг (рас­
стояние между соседними микрофонами). Н а рис. 1.21
приведена Д Н прямолиней­
ной группы из восьми ми­
крофонов с длиной группы
0,5 м. Обычно она силь­
но зависит от частоты. Д ля
повышения направленности
увеличивают длину группы
до 0,6—0,8 м.
Направленность громко­
говорителей, как и микрофо­
нов, оценивают характери­
стикой и Д Н , т. е. зависимо­
стью звукового давления от Р и с . 1.21. О гибающ ая ди а ­
грамма направленности груп­
угла между акустической
пового
микрофона (подавле­
осью громкоговорителя и ние на 90° равно 20 д Б ),
всевозможными направлени­ / = 2 0 0 Гц
ями излучения. Х арактери­
стику направленности нормируют такж е по звуковому
давлению на акустической оси, т. е.
я (0) = P bI P o или Я!дБ1 (9) = — 20 lg 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
д л я 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
48
Рис.
1.22. Диаграммы
мости
от
соотношения
(параметр)
направленности прямоугольных
между
размером
излучателя
излучателей
и длиной
в зависи­
волны
X
от частоты в значительной мере и по существу для этой
цели отсутствуют ненаправленные громкоговорители.
На рис. 1.22 приведены Д Н для разного соотношения*
размеров излучателей и длин звуковых волн. Н аправ­
ленность круглого излучателя в плоском бесконечном
экране определяется из выражения
i ? ( 0 ) = 2 / 1(x)/x,
(1.53)
где х = (nd/X)sin 0; d — диаметр излучателя; 1 \ — функ­
ция Бесселя 1-го порядка.
Д л я озвучения открытых пространств широко при­
меняют звуковые колонки и рупорные громкоговорите­
ли. Характеристику направленности звуковой колонки^,
имеющей высоту / и ширину Ь, определяют вы раж е­
нием
*<«,. 94> = ( - ^ ) - ( - ^ ) .
(1-54)
где х = (nl/X) sin 0z; у = (nb/l) sin Qbt
где Qi и Оь — углы в соответствующих плоскостях, про*
ходящие через акустическую ось по высоте и ширине*
звуковой колонки, т. е. двумя Д Н : по высоте колонкии по ширине (в вертикальной и горизонтальной плоско­
стях). Иногда колонки располагаю т 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 д р у г
к другу, то соответствующая им Д Н по ширине вдвое
сжимается, а именно: при установке громкоговорителей,
друг на друга сжимается Д Н в вертикальной плоскости,
а при установке р яд о м — 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.
Д ля расчетов использование этих Д Н приводит к
большим затруднениям из-за большого числа лепестков*
характеристики. Но так как в процессе передачи спектр
сигнала быстро изменяется, то не следует использовать.
Д Н , полученные для чистого тона. Поэтому целесооб­
разно их сглаж ивать и в этом случае можно заменять
гладкой кривой, огибающей характеристику по макси­
4— 190
49
мумам диаграммы. Такое приближение позволяет зам е­
нить сложную кривую более простой: sin х /х на участке
малых углов и 1/х на участке больших углов. О казы ­
вается, что можно сделать хорошее приближение зам е­
ной огибающей Д Н на эллипс, больш ая ось которого
равна единице, а м алая — максимальному значению р а­
диус-вектор под углом 90°, причем центр его совпадает
с центром излучателя. Величину этого радиус-вектора
определяют из выражения
b = \}R (90°) = —j .
(1.55)
Эксцентриситет такого эллипса е = [ 1 — ( k / n d ) 2] l/2, а
d — размер излучателя. Д ля сдвоенных громкоговори­
телей эксцентриситет
е = ( 3 + е * 1)'Ч2у
(1.56)
где е\ — эксцентриситет одиночного громкоговорителя.
В табл. 1.8 приведены коэффициенты направленности
Т а б л и ц а 1.8. Коэффициенты направленности колонок
в зависимости от угла излучения 6 для различных
эксце нтриситетов
Угол излуче­
ния 0, град
0
10
15
20
30
Эксцентриситет е
0,985
0,979
1
0,712
0,562
0,457
0,332
1
0,7 7
0,629
0,522
0,386
Угол излуче­
ния 0, град
45
60
75
90
р$/ро
Эксцентриситет е
0,985
0,979
0,241
0,199
0,179
0,173
0,284
0,235
0,212
0,205
для звуковых колонок по их эллиптическим приближе­
ниям. К ак видим, совпадение их со снятыми шумовым
сигналом получается очень хорошее для всех углов
в пределах + 90°. Соответственно в приложении даны
эксцентриситеты Д Н для всех типовых звуковых коло­
нок. В этом случае радиус-вектор Д Н имеет вид
^(6)= 1_^C0S^T- Н
пг /лч
1 — е2
1 ,
е 2 sin 2 0
j • (L57)
"l- 1
,л
где е представляет соответствующий эксцентриситет
£в или ег.
Д л я круглых рупорных громкоговорителей пригодно
приближение характеристики направленности в виде
S0
эллипсоида вращения, центр которого совпадает с цент­
ром излучателя. Д иаграм м а направленности имеет вид.
эллипса, большая ось которого равна единице, а м алая
определяется размером излучателя:
b = X / ( n d ),
(1.58)
где d — диаметр выходного отверстия рупора.
Если рупорный громкоговоритель имеет разные р а з­
меры по высоте и по ширине, то соответственно будет
эллипсоид с осями, определяемыми из размеров излу­
чателя по (1.55).
Ю
Р и с . 1.23. Диаграмм ы
направленности
телей типов:
а) 100 Г Р Д ; б ) 10 Г Р Д -5 и рЮО
4*
рупорных
громкоговори­
51
В ы раж ен и е для радиус-вектора Д Н имеет вид
о /д \
(1
е2) cos 8
1 — ^2 C0S2 Q
________ ccs_9________
с-дч
1 + ( e * / ( l — е2) ) s i n2 0 *
?где e представляет собой эксцентриситет в соответст­
вующей плоскости. На рис. 1.23 приведены Д Н , полу­
ченные при измерениях и расчетным путем по эллип­
соидальной аппроксимации. К ак 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. Д иаграм м а направленности ра­
диальных громкоговорителей в горизонтальной плоско­
сти представляет собой окружность, а в вертикальной
(в нижней половине) приплюснутую окружность (ха­
рактеристика направленности представляет собой полуэллипсоид 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 Д Н , их излучение вниз зависит от входящих в
нее звуковых
колонок.
— 90Q Так, веерный громкогово­
- 900— ----------ритель из шести колонок
7 0 -8 0
15КЗ-6 имеет Д Н , приве­
денную на рис. 1.26. И з­
R(Q )
лучение мощности вниз
для него на 8 дБ ниже,
Р и с . 1.24.
Д иаграмм а направ­
чем по горизонтали.
ленности
радиального громкого­
И з всех данных сле­
ворителя
дует, что характеристика
направленности резко из­
меняется сизменением
частоты
колебаний.
Это
приводит к значительным изменениям звукового поля
с изменением частоты, т. е. к большой неравномер­
ности звукового
поля.К ак 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. Такж е были в эксплуатации звуковые колонки
с развернутыми головками на 60° в горизонтальной
плоскости. Их Д Н в горизонтальной плоскости такж е
не зависела от частоты. Теперь, такие громкоговорители
не выпускают и это приводит к тому, что в звукофиВид едоку
t
Вид сберху
*
JL
%
Р и с . 1.25. Располож ение
(вид сбоку и сверху)
колонок в веерном
громкоговорителе
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
На рис. 1.27 при­
ведены Д Н состав­
ных звуковых коло­
нок, излучаю щая 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
Л еж андра.
Д ля двух коло­
Р и с . 1.26. Диаграмм а направленности
нок,
составленных
веерного громкоговорителя
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 * i/* i+ s in x 2lx2) cos xTVt
Р и с . 1.27. Диаграммы направленности
излучателей, развернутых
на 60° для разных соотношений размера излучателя и длины вол­
ны (параметр)
54
а)
ю
Р и с . 1.28. Диаграммы направленности звуковых колонок типов:
а ) 25 К З; б ) 10 К З (усреднены в диапазоне частот 200— 2000 Гц)
55
Р и с . 1.29. Диаграммы направленности семейства рупорных гром­
коговорителей (параметром
является соотнош ение м еж ду разм е­
рами рупоров и длиной волны)
56
где
v __
1—
я / х sin (а + 0
_
ГР
/ 2
) ______ тг/2 s i n ( а — 0 / 2 )
’
X
X
;
0 , 5 * ( / х + / 2)
X cos ( 0 /2 ) s in а
»
lu h — 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 Д Н развернутой на 60° колонки и колонки,
составленной из двух без развертывания их осей (пунк­
тирные линии). Там ж е приведены экспериментальные
кривые (сплошные линии). М ожно составить колонку
из четырех частей с р а з­
вертыванием на 40°. Она
будет иметь постоянство
Д Н 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
К определению угла
Д Н составных рупорных Рм иежс .ду 1.30.
осью громкоговорителя и
громкоговорителей.
направлением
на заданную точ­
Очень часто при рас­ ку в плоскости х и у
чете звуковых полей тре­
буемся определение коэффициента направленности ру­
порного громкоговорителя. Д ля этого необходимо знать
угол между акустической осью и направлением на з а ­
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 z = 0 и изве­
стна точка упора акустической оси в озвучиваемую
плоскость ( х о ) , 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, Ъ и с, лежащую
против искомого угла 0. Известно, с2= а 2-\-Ь2—2a6cos0.
57
Здесь для стороны а имеем а 2= х 20+ й 2г, для стороны
b b2= y 2-\-h2г + * 2> наконец, для стороны с с2= А х 2-\г у 2>
А х = х —хо. П одставляя их в первое равенство, после
сокращения получаем
h \ = [ (x20+ h2r) (y2+ x 2+ h \ ) ] W'cos 0,
откуда искомый угол
б — a r c c o s -------------------------- 1 + x x 0/ h r2---------------------------
^ б0^
{[(1+ x„2/V ) ( 1 + ( x 2 + </2)/V )]} 1/2
Другой аналогичный случай, когда требуется опре­
делить угол между акустической осью и направлением
на точку, расположенную ближе к громкоговорителю и
дальш е по проекции акустической оси на горизонталь­
ную плоскость (рис. 1.31). В этом случае имеем тре­
угольник, у которого квадрат стороны а 2= х2о+Л2г,
квадрат стороны Ь2= (х0± Д х) + Л 2Г и сторона с = ± А х .
Тогда имеем
А х 2 = х 20+ 2 / i 2r+ (хо ± А х ) 2— 2 ( * 2о + Л 2г) 1/2X
X [ (*о ± A *) 2+h2v\ V2cos 0,
откуда угол
0 =
1 + Дхх0/ ( х 02 + У ) --------
arccos
J6
[ 1 + ( Д * 2 ± 2 х 0Д х ) /( х 02 + А г2) ] 1/2
Д ля озвучения больших пространств в целях инфор­
мации населения применяют мощные рупорные громко­
говорители с круговым
излучением. Они состоят
из шести сдвоенных по
вертикали рупорных громкоговорителей и образуют
радиальный
излучатель.
Его общая пиковая мощ*7
ность
600 В
(°н
с о зДает
звуковое давление, 96 Па,
Р и с . 1.31. К определению угла
пересчитанное на 1 м от
м еж ду осью громкоговорителя и центра излучателя)
при
направлением
на
точку, леж аподведении К нему КОМЩую на оси х
прессированного речевого
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 устанавливаю т 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.
Д л я 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. Т Р Е Б О В А Н И Я К СИСТЕМ АМ
ЗВ У К О У С И Л Е Н И Я и О ЗВУ Ч ЕН И Я
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 О звуч и ваем ой поверхност ью называют поверхность, пр оходя­
щую через головы слушателей. Условились считать ее проходящ ей
на уровне 1 м для сидящ их слуш ателей и на 1,5 м для стоящ их по
отношению к поверхности, на которой расположены места слуш а­
телей.
59
понятности речи. В этих случаях необходимо применять
звукоусилительную аппаратуру, состоящую из микро­
фонов, усилителей и громкоговорителей.
То ж е самое можно сказать и в отношении пения,
сольных номеров и струнных оркестров. Д л я исполни­
телей со слабым голосом, как правило, необходимо
звукоусиление. Д л я больших оркестров не требуется
звукоусиления даж е 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 такж е 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
Воспроизведение музыки и театральных
эффектов
Воспроизведение музыкальных программ
и усиление голосов солистов
Воспроизведение развлекательных музы­
кальных программ (танцы), музыки и
речи в шумных условиях
Усиление речи при низких уровнях ш у­
мов
С оздание музыкального фона
60
Номинальный
уровень, дБ
Неравномер­
ность озвуче­
ния, дБ
100
6
94— 96
6
9 4 -9 8
8
80— 86
6
60— 70
8
Приведем требования, предъявляемые к системам
звукофикации. При передаче речи определяющим яв­
ляется обеспечение требуемой разборчивости речи во
всех точках озвучиваемого пространства, д аж е самых
удаленных от основного источника звука, т. е. от лекто­
ра, артиста (чтеца, рассказчика и т. п.), иначе разр аб а­
ты ваемая система не будет выполнять своего основного
назначения. К ак 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.
Д л я 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 ч асто т— бубнение, свисты и т. п.), что оп­
ределяется неравномерностью частотной характеристи­
ки, частотным диапазоном и нелинейностью тракта пе­
редачи сигналов.
Д л я 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. Д л я систем
звукофикации зеленых театров и эстрад эти требования
к аппаратуре предъявляю тся 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; д ля пере­
дачи информационных программ на стадионах, улицах,
площадях, выставках и других объектах предъявляю т
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:
AL = Lmax—^тгп,
(2*1)
тде Lmax И L min — 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 Ьтш, 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 э с т р а д — 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 такж е
указать на то, что соответственно основному назначе­
нию системы звукоусиления необходимо, чтобы слуш а­
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 rc= 1,5-=-2 м от лектора, оратора, кон­
ферансье, имеет оптимальные условия для прослушива­
ния, а микрофон расположен на расстоянии, rM= 0 ,3 -f0,5 м от говорящего (рис. 2.1), то согласно (1.40) и
62
рис. 2.1 индекс передачи тракта
Qmc==L c—L>m— 20 lg (г м/г с) ~
^ —20 lg 4 = — 12 дБ.
(2.2)
Поэтому ориентировочный индекс тракта для речи
лежит в пределах — 10-^— 14 дБ. Но это значение спра­
ведливо только для случая низких уровней шумов.
Р ис.
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
Усиление речи
Усиление оркестров, х о ­
ров, ансамблей
Подусиление солистов при
удаленном микрофоне
Усиление солистов при
близком
расположении
микрофона
Расстояние от
источника
зву^а до
микрофона
гм’ м
Оптимальное
расстояние от
источника звука
до слушателя
0 ,3 -0 ,5
3
1— 1, 5
1
— 10-=----- 14
— 12
1 -2
3— 6
— 10
3— 6
— 36
0 ,0 5 — 0 ,1
гс,м
Оптимальный
индекс переда­
чи Q, дБ
Следующим требованием к системам звукофикации
открытых пространств является слитность звучания,
т. е. отсутствие заметного или мешающего эха. Д л я му­
зыкальных программ это не должно быть заметным,
63
зюэтому 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 (кажущ егося) 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
д елам и этой зоны, близко от нее, находятся объекты
с людьми, например жилые помещения, больницы и
т. п., то для них лю бая 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. СИСТЕМ Ы О ЗВ У Ч Е Н И Я
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 слуш ателей). К сосредоточенным системам с
некоторым допущением можно отнести и такие, в кото­
рых громкоговорители сосредоточены в двух-трех точ«64
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
0з5учи5аемая
поверхность
совпадение зрительного
и слухового образов.
Н а рис. 2.2—2.5 даны
примерные располож е­
Рис.
2.2.
Пример
расположения
ния громкоговорителей одного
громкоговорителя
для случаев сосредото­
ченных систем. Д л я всех
чьэтих рисунков к г — высо­
х0
та подвеса громкоговори­
теля над озвучиваемой
поверхностью, х 0 и 1Г—
Р и с . 2.3.
Пример располо­
Хо — координаты
точки
ж ения двух
громкоговорите­
пересечения (упора) осей
лей для одинаковой ширины
озвучиваемой
плоской
по­
громкоговорителей с оз­
верхности
вучиваемой поверхностью,
ао — угол между осями
и этой поверхностью, Хо — расстояние точки упора
от громкоговорителя по горизонтали (по оси х) от
центра координат, Zo — высота озвучиваемой поверх­
ности над поверхностью площадки (по оси г ), /Г— рас-
Рис.
2.4.
встречного
Пример
озвуче-
стояние между громкоговорителями при встречной р а ­
боте, у г — расстояние между громкоговорителями при
работе в одном направлении (по координате у ), Гр —
громкоговоритель, 0 — центр координат.
5 - |9 0
65
Зональные системы.
В зональных системах
озвучивания громкого­
ворители располагают
на таких расстояниях
друг от друга, что уро­
вень в каждой из точек
Р и с . 2.5.
Ц ентрализованное озвурасположения слушатеЧбНИ^
о
леи создается в основ­
ном одним, ближайшим
громкоговорителем, и только на стыках зон уровни от
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 каж д ая из них озвучива­
ется с центра зоны.
К зональным системам такж е 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
L mLn
^men
^men
^mln
Р и с . 2.6. Зональное озвучение:
а) рупорными громкоговорителями в длину; б) звуковыми колон­
ками в ширину
(hr — высота подвеса колонки н ад озвучиваемой
поверхностью,
d — расстояние м еж ду соседними колонками, / —
расстояние от колонки д о точки под соседней колонкой, L m in —
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-
5*
67
берхности суммарный урб*
вень получают от дейст­
вия всех или большей ч а­
сти
громкоговорителей.
Г ромкоговорители могут
представлять собой
лиъ 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
располагаю т 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
Р и с . 2.8. Распределенная систе­
при звукоусилении
на
ма озвучения с одной цепочкой
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 такж е применяют
на концертных площ адках 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 применяю!1 комбинацию систем озВуЧенйя, на­
пример сосредоточенную и зональную, сосредоточенную
и распределенную.
2.3. УРОВНИ ПРЯМОГО ЗВУКА
НА МЕСТАХ СЛУШАТЕЛЕЙ1
Сосредоточенные системы, К ак уж е указы ва­
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 площ адках и
1ц х
-D o
— Dn
аЗ—
-D n
-Ч п
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 площ адках громкоговорители обыч­
но располагаю т по бокам сцены.
Д л я одиночного ненаправленного громкоговорителя
звуковое давление р и его уровень L на расстоянии
гг.с от акустического центра громкоговорителя до уда­
ленного слуш ателя связаны с развиваемыми им теми
же величинами на расстоянии 1 м pi и Li соответствен­
но (1.3), (1.6), (1.38), следующими зависимостями:
pc— pl/rr.c',
(2.3)
Lc= 20 lg (p i/rr.c) -J-94=
—20 lg rr.c,
(2.4)
где Li = 2 0 1 g p !+ 9 4 .
При озвучении пространства одним направленным
громкоговорителем на расстоянии ггх под углом 0 к
акустической оси громкоговорителя звуковое давление
(1.3), (1.52)
pc = P iR (Q )/rr.c,
(2.5)
где R(Q) — p(Q )/p(0) — радиус-вектор диаграммы на­
правленности под углом 0.
Из (1.38) и (2.5) определяется уровень звукового
давления
Lc= 2 0 lg P c + 9 4 = L i—20 lg[rr.c/R (0) ].
(2.6)
Минимальное значение этого уровня на проекции
оси громкоговорителя на озвучиваемую поверхность
будет в самой удаленной от громкоговорителя точке
пространства
(2.6a)
Lcm in z==: Z,i—2 0 \g[rmaxlR (0) ],
где тmax — расстояние от громкоговорителя до самого
удаленного слуш ателя (гтазс^ / ) ; / — 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 ± 9 0 ° от акустической оси. З а 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 w — 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 д ав­
ление и уровень (см. рис. 2.10,6):
P = P i R k (0) l r = P i / [ u 2+ w 2/ (1—e2B) +
-j-o2/ (1—ег) ] 1/2, L = 1 0 l g p 2+ 9 4 ,
(2.7)
где г — [ы2+а>2-|-г>2] — расстояние от центра колонки
до рассматриваемой точки;
г, /дч _ Г__________ д« + и» + й«___________-п/2
Д к ^ ~ [ аа + о > */ ( 1- <? в2) + » 7 ( 1 — e j ) J
— радиус-вектор характеристики направленности звуновой колонки в заданную точку под углом 0; ев и ет—
эксцентриситеты диаграмм направленности звуковой ко­
лонки в плоскостях, проходящих через акустическую
ось и оси колонки продольную и поперечную. Радиусвектор характеристики направленности звуковой колон­
ки можно представить произведением радиус-векторов
диаграмм направленности в вертикальной и горизон­
тальной плоскостях, проходящих через акустическую
ось колонки;
Rk (0) =^?К (0в) Rk (0 г) ,
(2.9)
где
П 2 /Л \ _____________ 1__________________ 1
Ак W
D
2 / А
—
1 +
[ * в* / ( 1 — £ B2 ) ] s i n 2 0B
—
\ _________________________________ I____________________________________________ 1
1 + ^ г2/(1__ ^r2)]Sin2 0r
gB2
1 — £ в2 COS2 0В *
— 1—
е Г2
C0S« 0Г *
0г и 0 в — углы между акустической осью колонки и про­
екцией радиус-вектора в соответствующей плоскости.
Д л я удобства расчета обычно используют систему
координат х , z y у> в которой ось х располагаю т горизон­
тально по проекции акустической оси колонки на на­
земную плоскость, ось у — в наземной плоскости, пер­
пендикулярно оси х у ось z — вертикально к этой пло­
скости с прохождением ее через акустический центр
колонки. Центр координат получается под центром зву­
ковой колонкц на наземной плоскости (см. рис. 2.10).
71
В таком случае переходные формулы от координат х,
z и у к и, ш и н имеют вид:
и = х cos ао+ (Зг—z ) sin ао;
w = х sin ао— (zr—z) cos ao; v = y,
(2.10)
где ao — угол наклона акустической оси колонки к го­
ризонтали в вертикальной плоскости tg a o = A r/* o =
= (2 Г— г.)/* 0,
Рис . 2.10. Иллюст
радия
расположе
ния осей координа'
по методу коорди
нат
для
звуково]
колонки:
а) для плоской по
верхности;
б)
пр]
озвучении
сложно
го профиля озвучи
ваемой поверхности
72
где *о — расстояние от начала координат до проекции
на нее точки пересечения акустической оси с озвучи­
ваемой поверхностью 1 и zr, г й— вертикальные коорди­
наты центра колонки и точки пересечения оси с поверх­
ностью; hT— 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 =
P f t p ( б) / Г = = ф + W2j(_ ! _ е } ) + о 7 ( 1 — £г2) ’
(2 . 11)
L = 1 0 1 g ^ + 94,
где г— (и2+о>2+ п 2) 1/2 — расстояние от центра выходно­
го отверстия рупора до заданной точки:
р /04 _
Ц (Ца + щ 8 + 0»)1/2
u*+ w *m — eB‘)+ v * l( l — е,*)
— радиус-вектор характеристики направленности в за­
данную точку под углом 0.
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), # р (0г); 0в и
0г — углы между этой осью и проекцией радиус-вектора
характеристики направленности на соответствующую
1 х 0 м ож ет быть равен длине I озвучиваемого пространства по
горизонтали или меньше ее.
2 hr и ао 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 ± 7 0 ° в сторону
от акустической оси. В тыльную сторону рупорный громкоговори­
тель почти не излучает на частотах выше 500 Гц.
73
Рис.
2.11. Иллюстрация
располож ени я
осей
координат по
методу координат для рупоргромкоговоного
а)
для
рителя:
плоской
поверхности; б) при озвучеНИИ
слож ного профиля
озвучиваемой поверхности
плоскость. Эти радиус-векторы для рупорного громкого­
ворителя имеют вид:
ft
^ ___
cos 9В_____________
(1 — e j ) cos 0В
1 + K 7 ( l- * B 2)]sin20B *= 1— *B2cos2
( 2 .1 3 )
COS 0 r
^p(flr)— 1 + [ б г«/(1 — er2)]sin *9 r
—
(1 — e r ) cos 9r
1 — e v cos2 0r
Вспомогательные оси координат x 9 z и у при озвучении
рупорными громкоговорителями располагаю т 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 л;, 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 к аж ­
дого из них и суммируют квадраты звукового давления,
создаваемые ими в каждой точке. Д ля 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:
р1=
Р ? Ъ (« * № * •),
k=l
(2.14)
где гь — расстояние от рассматриваемой точки до k-ro
громкоговорителя; /?(0ь) — направленность k-ro громко­
говорителя под углом Qk к его оси в направлении на рас­
сматриваемую точку. Отсюда уровень звукового давле­
ния
L =.- 20 lg ( p j r x) + 94 = L x — 20 lg r s,
(2.15)
75
где
1 / 4 = 2 ( * * ( № ’)•
&=1
В этом выражении величина fklR(Qk) может быть
заменена через координаты точки и эксцентриситеты эл ­
липсов ев и ег согласно (2.11).
Зональные системы. Д ля зональных линейных и про­
странственных систем уровень звукового давления на
местах слушателей рассчитывается как для сосредото­
ченных систем в пределах своей зоны. Н а стыках зон
квадраты звуковых давлений от громкоговорителей со­
седних зон суммируются. Поэтому на границе зоны для
линейной системы (см. рйс. 2.6) уровень звукового д ав­
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.
Д л я зональных систем чаще всего используют р а ­
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
ж е 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 заклю чается в
следующем. М ежду громкоговорителями включают ли­
нии задерж ки 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 за п аз­
дываю т по отношению к прямой волне на допустимое
значение.
Д л я 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 = h r (где Лг — высота
подвеса громкоговорителя над озвучиваемой плоско­
стью), v = y .
Из (2.7) с учетом осей координат, указанных выше
для координат х и hv, квадрат звукового давления
п2
Р —
_______Рт?_________________ El_______
x 2 + h r / ( l ^ . e2) — * 2 + /*г2/0,36 *
/о 15 я\
При отклонении от оси, равном у , вместо х 2 надо брать
х 2+ у 2.
Д л я 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. К вадрат звуко­
вого давления определяется по (2.7).
Д л я 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 р а з­
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 волы
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 площ адка, то
цепочка громкоговорителей располагается сбоку аллеи
или площадки. В таком случае оси громкоговорителей
направляю т на противоположный край аллеи (см.
рис. 2.6). Известно [6], что уже на расстоянии r^ 0 ,6 d ,
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
(2.16')
Так как при r ^ O f i d множитель cth ( я г /^ ) ^ с Ш 0 ,6 я =
= 1,023, поэтому им можно пренебречь. Соответственно
уровень звукового давления
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 k e = R (0) —коэффициент направленности громкогово­
рителя под углом 0 к его оси; р\ — звуковое давление,
создаваемое одним громкоговорителем на расстоянии
1 м от его центра по акустической оси; г — расстояние
заданной точки от линии громкоговорителей: г2= х 2-\+ Л Ц2; х — расстояние по горизонтали в плоскости озву­
чиваемой поверхности до заданной точки под линией
громкоговорителей; Лц — 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. Д л я
большого числа (п) громкоговорителей длина цепочки
l4— nd. П одставляя ее в (2.16), получаем
k m 2
M ** + 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 Ьу то минимальный квадрат звукового давления и
его уровень на озвучиваемой поверхности.
2 _
kbm p £
Р mi
min
/ц
Lmin = L, -
(Ь2 +
V ) 1/2 ’
10 lg -ц- (- + raV )1/2 •
(2.18)
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:
/>*=
(1Л-.+ 1/»*)/#
(2.19)
L = 10 lg k t-np* (1 / '. + 1Jrt)!d + 94• = L t +
+ 101g£e7c(l/r, + 1frs)fd,
79
где ri2= jc 2-}-/i42 и г22= (Ьц—х ) 2+ к ц2-, Ьц — ширина объ­
екта (расстояние между цепочками). Д ля п громкогово­
рителей в каждой цепочке эти выражения будут иметь
вид:
p 2= ^ en«pi2( l / r 1+ l / r 2) / M ; L = 101gp2-f-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
2kfpnpf
(2.20)
V» - . i
ktfm
1
i a i . fiAi
& kgm *
где го=Ац2+ 0 ,2 5 6 ц2 — 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 /ц 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
+ 2Е
1
и2 + юг/( 1 — ев2) + (kd)2 (1 — £Гг)
к=\
Сделаем замену согласно равенствам u2+ w 2/ ( 1—ев2) =
= 1 2 и ( k d ) 2/ ( 1—er2) = ( k g ) 2. При такой замене полу­
чим выражение, идентичное случаю ненаправленных из­
лучателей:
Р 2= Р? [ т т + 2 J J т г + щ г - ] •
к=\
80
Поэтому для квадрата звукового Давления получим
А
"Л 2, cth к/ ig
g
ПЛ“
lg •
так как при условии 1 ^ 0 , 6 g (что почти всегда в практи­
ке имеет место) c tg (n //g )sa sl. При подстановке в это
условие l u g согласно приведенным выше равенствам
для k = \ оно имеет вид
/ = [ « 2 + ш 2/(1 —eB2) ] 1/2^ 0 , 6 d / ( l —er2) 1/2= 0 ,6 g .
Учитывая, что u2-\-w2— r 2, 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 ы=Лц sinao и до=Лц cosao, где ao — угол наклона
акустической оси к плоскости. В результате преобразо­
ваний получаем условие, приведенное выше в следую­
щей форме:
«. Г ( 1 - ^ г 2) (l-« B aSino0) V /2 .
• о .и .
М
J
Г Г = ^ )
'
В реальных случаях Лц> 0 ,6 й . Зам еняя l u g д л я квад­
рата звукового давления, имеем следующее выражение:
._
р ~
"А 3 Г
d I u?+w*H\ — eва)
| 1/2_ «Л* ( 1~ ^Г2/ /2 О /А'
J
rd
AW ’
(2 .21)
где
cos б — и[г и R (б) —
j
+ [евг/(1 — <?в2)] sin2 0
Сравнивая это выражение с соответствующим ему (2.7)
д л я 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= х 2+ Л 2ц,
где х — координата рассматриваемой точки (расстояние
от линии под цепочкой).
6— 190
81
Соответственно создаваемый цепочкой на расстоянии
г от нее уровень звукового давления
I = l01g ^ [ - t f + L ./( ? _ .eb. )
] /2 + 94 =
+
=
| /2-
Минимальное значение L будет на противоположном
конце площадки, т. е. при х — Ь\ при этом w = 0, и —
= i r = (Лц2+ й 2)1/2:
i „ , „ = i . , + 1 0 1 g - : - ( ^ r ) ' /’ .
(2.22)
Д л я двух цепочек квадраты звуковых давлений склады­
ваются, и поэтому его суммарное значение
^ = ’Л'(-г5 Г |т к -) '
где
g = d / ( l - e r2); li2= u x2+W i2l (1—ев2);
h 2= u £ - \ - w 22/ (1—ев2) ; U i= * cos oo+A4 sin ао;
u2= ( b —xJcosao+AflSinoo; tWi=xsinao—
—Лцсоэ ао; ш2= (6—x )sin ао—/i4 cos ао;
6 — ширина озвучиваемой плоскости; ао — угол наклона
осей громкоговорителей к озвучиваемой плоскости.
Аналогично случаю одной цепочки для двух цепочек
имеем:
/ =
,
(2.23)
где
я (0*) = 1 / ( 1 + ~гй в» sin 9*) ;
г22= (6—х ) 2+ А ц2; 0А — угол между акустической осью и
направлением на заданную точку (см. рис. 2.9); k = \
или 2 — номер цепочки.
Следовательно, уровень звукового давления
L — 10l g | " ^ 21У- ^
1/2
+ ^ ~ ] } + 94 =
= , i + 101g [ ^ i i ^ ( £ M
82
+ ^ ) ) ] .
(2.24)
Минимальное его значение будет
между громкоговорителями:
на
средней
=
+ Ю lg ■- 2 я (1 ~ <?г-)1-?17- - ,
тп
11
& d ( V + ° .2 5 6 2) i/2
так как /? (0 )= 1 , ri = r 2= /'o = (/i42+ 0 ,2 5 6 2) 1/2.
линии
(2.25)
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 h r над озвучиваемой плоскостью и наклоненной
к ней под углом «о с акустической осью, направленной
в конец озвучиваемой плоскости (рис. 2.12), т. е. при
Хз— Хо оно имеет вид
ALMO= LM- L o = 1 0 1 g [ l + ( l - e B2) c t g 2 ao].
(2.26)
Это выражение действительно только на участке х \—Хо,
т. е. между точками пересечения эллипса направленно­
сти с продольной осью озвучиваемой плоскости. М акси­
мум уровня LM находится при этом на середине между
этими точками. Координаты точек
= *о
Хы
2<?в*
1 + (1 — еьг) ctg2
■Х п
0 1 + (1 — еъ*) c tg 2 <Х0
Координата точки пе­
ресечения акустической
оси
с
озвучиваемой
плоскостью
Хо =
= Л Гctgao. Эти вы ра­
жения справедливы и
для того случая, когда
точка Х\ расположена
за центром координат
(за
пределами зоны
озвучения), т. е. при
отрицательных значе­
ниях х . В частности,
этот случай имеет ме­
сто, когда нет возм ож ­
ности более высокой
подвески колонки или
6*
(2.27)
(2.28)
Р и с . 2.12. Диаграмм а
направлен­
ности
звуковой
колонки по отно­
шению к озвучиваемой плоскости
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:
M - „ . = * , . - A = I 0 1 g 1 + (C, X ^ ' J . , , ' > = “ ■■■
<2-29>
Определим неравномерность озвучения на участке за
точкой пересечения акустической оси с озвучиваемой
плоскостью. Д л я 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 Xi—хо обычно невелика. Из
[12] известно, что д аж е если Xi = 0, то согласно (2.26),
(2.27) ALMO=101g2eB2, т. е,. 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—х 0).
И з 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 хо (см. рис. 2.1).
Имеем
рг
цз + к'У (1 -г ,» )
р* — u * + w 0z / ( i - e B*)Заменим в этом выражении координаты иа, w 0, и и w
на значения х, х 0 и высоту подвеса АГ (2.10). После не­
сложных преобразований и замены отношения x 0/hr че­
рез Хо, а отношения х/Лг через X получим неравномер­
84
ность озвучения
AL = Lo - L = 1 0 1 g ^ =
1 0 1 *,.
О + * * , ) » + ( * - * . ) » / ( ! -«в»)
/о ОПЧ
где Z = c t g a и X o = c t g a 0) 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 х = х \ , а под­
ставляя X = X M= x M/hr, получаем (2.26). М аксимальная
неравномерность обычно бывает на участке за точкой
упора, поэтому общ ая неравномерность от точки макси­
мального уровня до конца озвучиваемой плоскости
ALmax = Lu - L = 10lg {[1 - H I - * в № ] X
х
ч/
( +х - - - - /* ( 1}
( 1 + * * , ) • + ( * - * , ) • / ( ! -«в*>
1
I
/ооп
2)2
а неравномерность на участке 0—х и
ДХ,0М= L u - L = 10 lg |[1 + (1 - О
* 0S] 1 + (f + £ ^ gB8)} *
К ак 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
Н' = х > ( - Ъ 0 т ) Ш-
<2 '32>
то уровни в точках х = 0 и х = Х о будут одинаковыми и
неравномерность озвучения будет менее 3 дБ. Эту высо­
ту подвеса называю т оптимальной: h0Пт= х о Х 0т И з (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
X o = x o /h r для разных значений X = x / h r при нескольких
значениях эксцентриситета звуковых колонок (взяты
наиболее употребительные значения эксцентриситетов
ев= 0 ,9 2 ; 0,95 и 0,985). Эти неравномерности вычислены
для участка от точки максимального ур.овня до самой
в5
М,лВ
AL,a S
AL,a 5
86
Р й С . 2.13. Зависимость затухания звука от тангенса угла накло­
на звуковой колонки X0: а) 100КЗ; б) 15КЗ; в) 2К З. П арам ет­
ром является относительное расстояние от
центра координат,
находящ егося под звуковой колонкой X*=x/hr
удаленной точки Хз, а на рис. 2.14 и 2.15 даны зависи­
мости Х о от Х з для нескольких значений неравномерно­
сти (6, 8, 11 дБ ) и ев. Эти значения выбраны из сооб­
ражений наиболее употребительных в практике (6 д Б —
неравномерность для зеленых театров, 8 дБ — типовая
Хожх 0/Ъг
8
Х 0- х 0 /?)г
г -ffe - 0,98S
2 -е6=0,95
5 - ев =0,92
Р и с . 2.14. Требуемый на­
клон оси
звуковой колон­
ки от относительной даль­
ности
действия
Х 3 для
разных значений неравно­
мерности озвучения AL:
а)
6
дБ;
б)
8 дБ;
в) И 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 д Б ).
Рассмотрим неравномерность озвучения на участке
от точки под колонкой до точки максимального уровня.
Она состоит из неравномерности AL 0Xx на участке от
точки под колонкой до точки Х\ и ALmo от точки Х\ до
точки максимального уровня. Эта составляющ ая, как
87
было показано, he превышает 3 дБ , если Bbicfofa подвёса колонки больше оптимальной (2.29), (2.32). Величи­
на ALoxi составляет
^ = ^ [' +^+(уТ)^г)]• (2-33)
10
1
0
На рис. 2.13 приведены кривые ALo*i+ALmo в зависи­
мости от Х 0. Из рассмотрения их следует, что эта не-
Xq- £ q/ ])
11
Р и с . 2.15.
Зависимость тре­
буемого
наклона оси звук о­
вой колонки от относительно­
го значения дальности дей ст­
вия для разных типов коло­
нок:
а) 100К З; б) 15КЗ; в) 2К З
равномерность имеет максимум около значения Х0= 1
(точнее, при Х 02= 2 е в2— 1), а максимальное значение
неравномерности А Ь 0хгл — 10 lg
•
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
Л к ^ о / (2ев2— 1)
(2.34)
угол подвеса будет около 45°.
Изменение угла подвеса между осью громкоговори­
теля и горизонталью не влияет на отношение Х з / х о ,
т. е. увеличение дальности действия громкоговорителя,
если Х 0 изменяется в пределах 0—3. Д ля этих значений
.Хо увеличение дальности составляет х / х о = Х / Х 0— 1,5
для всех эксцентриситетов; для неравномерности 8 дБ
(в тех ж е пределах Х 0) отношение х / х о « 2 и для 11 дБ
х / х 0& 2,5. Значения Х 0 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. Д л я меньших
углов подвеса и заданной неравномерности увеличение
относительной дальности Хз/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 уж е при угле подвеса 9,5° не получается никакого
увеличения дальности. То ж е самое при неравномерно­
сти 11 д Б 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.
Д ля 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 х 0< х 3. При оптимальной высоте под­
веса неравномерность на участке до х 0 будет немного
менее 3 дБ. Если передвигаться далее от громкоговори­
теля, то примерно на расстоянии Хз=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 х 0. 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-
Р и с . 2.16. Р асп олож ен ие
диаграммы направленности рупорного
громкоговорителя для плоской озвучиваемой поверхности
ходящимся на высоте hp над озвучиваемой плоскостью и
наклоненной к ней (под углом « о ) акустической осью,
направленной в конец озвучиваемой плоскости, т. е. при
20 = 0
(рис. 2.16). Это выражение имеет вид
A L MO=Lmax— L o = 201g0,5 {1 + [1 + (1—ев2) ctg 2a 0] 1/2}.
(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
х\ и Хо уровни будут одинаковыми. Координата точки
максимума уровня
у _
Хо
CtgSa0
Г
1 + c t g 2 a0____________Л
[ [ l + ( l - e B2) Ctg2 “0]1/2
,9 осч
J’
а точки
х 1—
х 00 ~П
м а a0 •
1
1 +Гп—
(1 —е*
<?в2) Ctga
'(2.37)>
Точка пересечения акустической оси с плоскостью
лг0= Л ctg «о(2.38)
По тем же соображениям, как и для звуковой ко­
лонки, определим неравномерность озвучения за преде­
лами участка * 1— хо в обе стороны. Из общих вы раж е­
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 ш на проекции акустической оси на озву­
чиваемую плоскость и в точке упора оси в озвучиваемую
плоскость («о, Шо) (см. рис. 2.16):
Ра
р
я, [* + «*/( l - g B2)]
«[«о*+шв*/(1 — <?В2)Г
Заменим в данном выражении координаты Mo, о>о, « 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 x o /h p через Хо
и x / h p через X получим
A L = L 0- L = 2 0 1 g - ^ =
-
( 1 + * * . ) « + ( * , - * ) » / ( ! - g ,« )
(1 + Х Х 0) (1 + ^о2)
•
ооч
^ - оэ'
где X = c t g а и X0= c t g a 0.
Выражение (2.39) является общим для любых участков
озвучения. Так, подставляя в него X = X u= x K/ h p, полу­
чаем неравномерность на участке от xi до хо (2.35)
AL m = Lmax- L 0= 20 lg 0,5 [ 1+ (1 + (1 - е в2) Х02) Ц ,
(2.40а)
что соответствует высоте подвеса
АР = ^ [ ( 1 “ 0 / ( 1 0 ° ^ ~ 10°’° ^ ) ] 1/2 ,
91
В п о д б а в л я я X = 0 , находим выражение для неравно*
мерности на участке от точки под громкоговорителем
х = 0 до ТОЧКИ Х— Х\\
Д10, , = La - L = 20 lg l + X f + x ~ * eB2)- •
(2 -406)
Координата точки максимального уровня
-*m =
м
4
v
х о2
[ ------------ ------------------- П2 “
L [ 1 + ( ! - * „ * ) - V I 1'2
О
J
( 2 -4 1 а )
и координата точки с уровнем, равным уровню в точке
упора оси,
х ' — х 0 i + (i
’
(2.416)
а максимальный уровень (2.40а)
Lmax= L o+ 20 lg 0,5 [ 1 + ( 1 + ( 1 - е в 2) Хо2) '/»].
Д л я п е р в о г о у ч а с т к а (от х = 0 до х — х м)
Лг
ОЛ <„П + Х 0*1(\-е£П [1 + [1+(1—gB°) ^0а11/21
Д Ч .м — 20 lg
2 ( 1 + Х 0г)
(2.41в)
а для в т о р о г о у ч а с т к а (хм, х3)
M Ui = Lmax~ L 3=x 2 0 1 g 0 ,5 X
V {1 + [ 1 + ( 1 - е „ 2) X J ] 112 }[(! + а д , ) а+ ( * 3- - У 0) / ( 1 - г ва)1
Л
(1 + В Д > ) 0 + * о а)
(2.42)
Н а рис. 2.17 приведены зависимости неравномерности
озвучения для обоих участков и типовых направленно­
стей рупорных громкоговорителей (ев= 0 ,7 7 и 0,95), а
на рис. 2.18 и 2.19 даны зависимости Х 0 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 ж е 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 неравномер­
ность на участке от * = 0 до *1 часто бывает больше,
чем на участке от хи до х0. Этот участок часто являет­
ся неозвученной зоной.
Н а 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&L,45
Р и с . 2.17. Зависимость затухания
рупорного громкоговорителя:
а) 10ГРД и б) 100ГРД
звука от угла
наклона оси
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 х м до хо (2,36)
уменьшается. М ожно считать, что участок от точки под
громкоговорителем до х\ практически всегда является
неозвученным и при необходимости должен озвучивать­
ся дополнительно.
х а/ Ьг
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) 11 дБ
И з рис. 2.19,6 следует, что при заданной неравно­
мерности 6 дБ изменение угла наклона акустической оси
к горизонтали в пределах 18—90° (Х о=Зч-0) не влияет
на относительную дальность хз/хо (она равна 1,5). Д ля
неравномерности 8 д Б в тех ж е пределах угла наклона
акустической оси относительная дальность равна 2 и
для неравномерности 11 дБ — 2,4—2,5. Д л я 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 д аль­
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.
Xq- X q/Ъг
Хо~^оХЪГ
5)
Р и с . 2.19. Зависимость требуемого угла наклона оси громкого­
ворителя от относительного значения дальности для разных ти­
пов рупорных громкоговорителей:
а) 10Г Р Д ; б) 100Г Р Д
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. П е­
реходные формулы от координат и, w я v к координа­
там x, z и у остаются прежними (2.10) с учетом того,
что значения синусов будут отрицательными. Кроме то­
го, коэффициент при синусе (z r—z 0) 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
Х 0 будут иметь следующие выражения: X 0= X o / ( z r—z 0)
и X = x / ( z r—20), где z r — 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 поверхно95
стью, откуда Х / Х 0= х / х 0. 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 ж е неприменимы
выводы об оптимальной высоте подвеса колонки. Точка
пересечения акустической оси громкоговорителя с озву­
чиваемой поверхностью берется или на уровне головы
слуш ателя, 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. П рограм­
ма расчета на ЭВМ дана в приложении.
Неравномерность озвучения в поперечном направ­
лении. Д ля звуковых колонок получаем отношение
квадратов звукового давления на проекции акустиче­
ской оси и в стороне от нее на интервале у из (2.7)
(2.43)
а для рупорных соответственно из (2.11J
Ро
1 1 __________ У1__________
( I - * » ) № + w 4 ( \ - e s*)Y
(2.44)
Неравномерность в децибелах для з в у к о в ы х
лонок
101gj^l-f- (1—гГ2)[к* + ш2/(1 — eB2)l]
и для
рупорных
AL№= 2 0 1 g [l +
ко­
^2-45^
громкоговорителей
].
(2-46)
К ак 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. Д ля сложной формы поверхности расчет дол­
жен проводиться по методу координат для ряда точек
озвучиваемой поверхности. Что ж е касается направления 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 ао эксцентри­
ситет эллипса озвучивания
gc>3 — gr c o s а0 =
7| X й, ' . / 2- .
(1 + X J ) 1/2
(2-47)
Д л я звуковых колонок озвучиваемая площ адь имеет
форму эллипса, один из концов большой оси которого
м ож ет 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 этих
характеристик. Однако рассчитывать звуковое поле по­
зад и звуковой колонки по этим формулам нельзя из-за
больших ошибок расчета.
Д лина эллипса озвучивания, т. е. его больш ая ось,
может быть определена из условия равенства уровней
в ее дальней точке с координатой Хз и в некоторой
ближней к колонке точке с координатой х 2. И з (2.30)
получаем условие равенства уровней
(1 + Х 2Хо)2+ ( Х о - Х 2) 7 ( 1 - е в 2) = (1+Х зХ о)2Ч+ ( Х з - Х 0) 2/ ( 1 - е в 2),
где X 2= x 2/ h K и Х з = х з / Ь к — тангенсы углов, образуе­
мых векторами, идущими из центра колонки к точкам
На оси х, х 2 и х3; Нк — высота подвеса звуковой колон­
ки над озвучиваемой плоскостью. Раскры вая это равен­
ство, после несложных преобразований получаем, что
для ближней точки с координатой х 2 значение
, + ( ? - £ ) .V - Х , = 2 Х . - Х „
(2.48)
где X u= x „ / h K. Т ак как при заданной высоте Лк отно­
шения величин Хн к соответствующим величинам х п
пропорциональны, то в дальнейшем будем называть их
7— 190
$7
относительными величинами длин и координат. Зам е­
тим, что при высоте подвеса колонки ниже ее оптималь­
ного значения (2.32) величина Х 2 принимает отрица­
тельное значение. Поэтому Хм будет относительной ко­
ординатой максимального уровня L m a x . Следовательно,
относительная длина эллипса озвучивания (т. е. боль­
шой оси)
A = X , - X , = a lh . = 2
, + , f f ; , , х , , ) ■<2-49>
И з (2.47) и (2.49) находим относительное значение
ширины эллипса озвучивания
В = Ы К = А (1 - < 03),/2 = А (1 -
(2.50)
так как e = [ l — ( b / a ) 2] tf2.
Д л я 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
х 2 получаем следующее выражение:
(1 + х»Хй)» + № - * ,) V (1 - ев*)
1+В Д ,
(1 + ХгХ„)* + (Х3 - *„)»/(! - *,»)
~
i+ а д
После преобразований получаем выражение для отно­
сительного значения координаты ближней точки (вер­
шины эллипса):
v
_
г ,и _
Л г — х г[пр—
«в1* . (1 + В Д > ) -
( * . - * . ) (1 + * . 8)
( 1 + * , * , ) [1 + < 1 - * Л * о * 1
/о с ,ч
’ 1
'
откуда находим относительную длину эллипса озвуче­
ния
A = a[hp = X 3— Х 2 — Х 3 —
ев*Х0 - ( Х 3 - Х 0) ( 1 + X f ) /(1 + *3*»)
/9 г9ч
Г+Т\=bFPQ
[
)
и его относительную ширину
В = А ( 1 - eTJ
,2= A [ l -
(2.53)
Зональные системы
Д л я радиальных громкоговорителей неравно­
мерность озвучения определяется из (2.15а). М акси­
мальный уровень передачи обычно получается под гром­
коговорителем ( и = х = 0, w = h r) , минимальный — на гра­
нице зоны (u = d , w = h T), где 2 d — расстояние между
громкоговорителями. Поэтому неравномерность
AZ. = 10 lg
= 10l g [ l +
------ 3 =
]-3 .
(2.54)
П оправка 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:
AL = l 0 1 g [ l + 0 . 3 6 - ^ - j - 3 .
(2.55)
Д л я расстояния между громкоговорителями 2 d = 4 0 м
и высоте подвеса Лг= б , получаем неравномерность
A L = ( 1 0 1 g 5 ) —3 = 4 дБ. В точке стыка четырех зон
(угол зоны) расстояние от громкоговорителя увеличи­
вается х = 1,41 -2 0 = 2 8 ,2 м, но в углу зоны уровень по­
вышается на 6 д Б от действия четырех громкоговори­
телей и поэтому AZ,=10 lg (1 + 0 ,3 6 -8 0 0 /3 6 )—6 = 3 ,5 дБ.
Следовательно, во всей зоне неравномерность не пре­
выш ает 4 дБ. М ожно было бы увеличить расстояние
между громкоговорителями до 60 м — от этого нерав­
номерность повысится до 7 д Б , 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 ближ е на 1/3 ширины, чтобы эффектив­
нее использовать мощность громкоговорителей и сни7*
99
зить уровень за пределами улицы. Определим неравно­
мерность озвучения по длине улицы. Если расстояние
меж ду громкоговорителями 2d, а ширина улицы 6, то
с учетом добавки 3 д Б от действия соседнего громко­
говорителя на стыке зон из (2.43) получим неравномер­
ность
ю * [ 1+
- 3' & М )
П олагая w = 0, т. е. определяя неравномерность относи­
тельно точки упора оси колонки, получаем
A X = 101g [ l +
Если u = X q— 2I z b, d = y = 20 м, то при Хо=20 м, ег= 0 ,9 ,
6 = 3 0 м A L = 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)
AZ, = 10 lg f 1 4 - _____ g O - g .» ) ________ 1 _ з
A M i-g r * ) 11 — в.* sm* e.|J
так как x = 0 , y = d , u = f t s i n a 0, w = h cos a 0.
sin a 0<C 1, то неравномерность озвучения
Ы . = 10 l g [ l + £ # = $ ■ ] - 3 .
Если
(2.57)
Например, при er= 0 ,9 , ев= 0 ,9 8 5 , лг0= 2 0 , А = 5 (опти­
мальная высота подвеса колонки в данном случае) не­
равномерность озвучения A L = 1 0 lg [ 1 + 4 2-0,03/0,19]—
—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»
общ ая неравномерность от линии подвеса громкогово­
рителей до точки максимального уровня не превышает
5,5 дБ . Н а участке за точкой упора Хо из (2.30) следует,
что
Л/ — . n u
1
ё
( l + X X t )* + ( X - X 0) 4 < \ - e B*)
( l + A ’o2)2
—
= I01g .(■ + M > 4 -jg - « m ° 3 . = 4.2 дБ>
100
та к как * о = 2 0 / 5 = 4 , Х = 3 0 / 5 = 6 . К этой неравномер­
ности надо добавить неравномерность на участке от
точки максимального уровня до точки упора оси
ALOM= 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. Д л я 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 0Г= ± 4 5 ° будет Я 2(0г) =
= 0 + 1 > г7 ( 1 - е г 2)] sin20 }-i = [1 + (0,92/0 ,1 9 )0 ,5 ]—1 =
= 0 ,3 1 9 . Д ля двух колонок получаем 0,638, следователь­
но, неравномерность A L = 10 lg jj-^ g = 2 дБ . Д л я ше­
сти колонок стык зон будет отклоняться на ± 3 0 ° , и по­
этому неравномерность A L = 1 0 lg 1 /2 -0 ,4 8 4 = 0 ,1 4 д Б ,
т. е. это будет радиальный громкоговоритель, излучаю­
щий равномерно во все стороны в горизонтальной плос­
кости.
Распределенные системы
Цепочки из диффузорных громкоговорителей.
Д л я двух параллельных прямолинейных цепочек, рас­
положенных на боковых стенах, наименьший уровень
передачи получается в середине между ними, а макси­
м альны й— обычно под цепочкам и1. Из (2.18) находим
минимальное звуковое давление на средней линии озву­
чиваемой площ адки ( х = Ь ц/2 )
р*
= -----------— п г .
d (0,256ц* + АцУ7
(2.58)
1 При /1ц=0,56Ьц уровни п од цепочками и на середине площ ад­
ки получаются равными друг другу, а максимальный уровень н ахо­
дится недалеко от линии под цепочками. При этом неравномерность
озвучения получается менее 0,1 дБ . О днако вследствие имеющейся
направленности диф ф узорны х громкоговорителей на частотах выше
1000 Гц, на этих частотах уровень под цепочками будет ниже, чем
на середине площ адки на 1— 2 дБ . Если ж е выбрать высоту п од ­
веса цепочек не выше 0,ЗЬц, то при этом неравномерность озвучения
б удет не выше 1 дБ в широком диапазоне частот.
101
и максимальное — подцепочкам и (л:=0)
1
■xknPi
d
[ Ац
К б ц2 + Л Ц2
J'
Неравномерность озвучения определяется разностью
уровней под цепочками и на средней линии площадки:
* 1 = Ю № 1 Х „ ] = *01g0,5^1 + Щ
Х ( 1+
d + V / V ) ' B )'
' \
(2'59)
Н а рис. 2.20 (кривая 1) приведена графическая зави­
симость AL от отношения ЛЦ/ 6 Ц. Из рисунка и (2.59)
АБ,дБ
Р и с . 2.20.
Зависимость
не­
равномерности
озвучения
в
поперечном направлении для
распределенной системы о зв у ­
чения от отношения
высоты
подвеса к ширине озвучивае­
мой поверхности:
1 — для двойной цепочки:
одиночной
2
— для
равномерности
озвучения
в
продольном
направлении
для
распределенной
системы
озвучения
от отнош ения вы­
соты
подвеса
цепочки к ее
шагу
следует, что неравномерность озвучения менее 1 дБ бу­
дет при высоте подвеса
Лц^ 0 ,3 6 ц .
(2.60)
Следовательно, высоту подвеса следует выбирать в пре­
делах
0 ,3 6 ц ^ й ц<0,56&ц.
(2.61)
Из [6] известно, что неравномерность озвучения в
продольном направлении (по длине площадки, под це­
почками громкоговорителей)
ALZ= 2 0 lg cth (яАц/ d ) .
(2.62)
102
Н а рис. 2.21 приведена эта зависимость. По этой кри­
вой определяем, что неравномерность озвучения полу­
чается менее 1 дБ при шаге цепочки й ^ 2 ,2 Л ц. С уче­
том направленности громкоговорителей на высоких ча­
стотах целесообразно выбирать шаг цепочки
d < 2 h ц.
(2.63)
Д л я одной прямолинейной цепочки, подвешенной на
боковой стороне площадки (см. рис. 2.8), звуковое д а в ­
ление получается из (2.16). Д ля точки под цепочкой
( х — 1)ртах2= n k o p i2lfind, а для удаленной точки, н а­
ходящейся у противоположной стороны площадки
(х= Ь ),
2 _
nkppS
mi” ' d(6a + V ) 1/2’
откуда получаем неравномерность озвучения по линии,
являющейся проекцией акустических осей на озвучи­
ваемую поверхность:
Д £ = 5 lg (1 + (62//гц2)) = 51g (1+Х о2),
(2.64)
где X 0= b /h n .
На рис. 2.20 (кривая 2) приведена эта зависимость.
Неравномерность озвучения, не превышающая 3 дБ, бу­
дет при высоте подвеса
Лц^О.Зй,
неравномерность в 1 дБ при
(2.65)
Ац> 1,3ft.
(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:
V
. _ кРг* Г ( l - g p 8) (1 — gB2) у I2 _
rd
[ 1 — £b2 C0S2 (p — o0) J
103
(( 1l -- ^
« rr«)
Г
2) (x 2„ + V ))_______I 1'2
2 _+L fVt . 2 ( х - хv _0)| 2У/ ( 1 - е в\
d [(xx0+ V . 2))1 22+
( l—
- ggf2)
r«) (1
2)
"Pi2 f _______ (1
I + * oП
I 1' 2.
— V I <! + **„)■ + ( *
7 ( i - « „ 2) J ’
/ V
1
L = 10 lg / + 9 4 ,
(2.67)
где r = Vx* + Л + ctg a0 = л-0/ И.ц = Х 0, ctg p = дг/Ац = X .
Д л я точки пересечения акустической оси с озвучи­
ваемой плоскостью
Если задаться равенством уровней под цепочкой ( * = 0 )
и в точке х = Х о = Ь , то можно получить высоту подвеса
цепочки
(2.69)
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 зам е­
нить на Ь. При такой высоте подвеса неравномерность
озвучения по ширине площадки
A L = 5 lg (2ев2)
(2.70)
при любой другой высоте для Х о = Ь неравномерность
можно определить из формулы, аналогичной (2.26):
AL„0= 5 lg [ 1+ (1 - е в2) (6 Y V ) 1=
= 5 lg [1 + (1—ев2)Ло2].
(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.
Т ак как высота подвеса колонок, к ак правило, невелика
в сравнении с шириной площадки, то угол наклона ко­
лонок получается небольшим, вследствие чего ось w
направлена вверх и почти вертикальна. П одставляя в
(2.62) d / ( 1—ев2) '/ 2 вместо d и Лц/ ( 1—ег2) 1/2 вместо
104
Лц, получаем выражение для неравномерности озвуче­
ния под цепочкой из колонок
AL, = 201gcth
(2.72)
Соответственно для определения неравномерности
озвучения можно воспользоваться кривыми рис. 2.21 при
замене абсцисс с Нц/ й на Лц(1—er2) 1/2/ d ( l —ев2) 1/2. На
том ж е основании шаг цепочки из колонок следует вы­
бирать соответственно неравенству (2.63)
(2.73)
Если угол наклона оси колонки а 0^>0, то вместо ев2
в эти формулы следует подставлять ев2 cos2 а 0. Н ерав­
номерность озвучения в любой плоскости, проходящей
через ось цепочки, на расстоянии г от оси ее определяет­
ся этими ж е формулами при замене Лц/(1—ев2) на
г/ (1—eB2 s in y ) 1/2, где у — угол между заданной плос­
костью и осями колонок.
Д л я двух прямолинейных цепочек из колонок, под­
вешенных на боковых сторонах площадки (см. рис. 2.9),
в соответствии с (2.23) звуковое давление
где g = d / ( l — er2); n 2= u i 2+ W i2/ ( l — eB2);
r £ = u 22+
+ ш 22/ ( 1 —ев2).
Д л я точек на продольной оси площадки, совпадаю­
щих с точками упора осей колонок (w i = w 2= 0 , г \ =
= Г 2= Г 0) ,
2 _ 2*Pl*(\ — У ) 1/2 _ 2 ^ , ( 1 " ^ ) 1/2
,2 _74>
min
r^
d [ 0 . 2 5 V + V l 1/2
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):
1 — ев2 \</2
) ~0,5£>ц ( 1 - г в2)'/2 - (2-75)
2е* — 1 I
Это такж е следует из того, что в данном случае уровень
от двух цепочек будет на 3 д Б 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 хи в которой уровень равен
уровню в точке упора акустических осей колонок, вто­
р о й — от этой точки до точки упора осей колонок х 0 и
третий — от точки х 0 до конца озвучиваемой плоскости
х г. Второй участок иногда делится пополам по точке
максимального уровня, и тогда рассматриваю т два
участка: от точки под цепочкой х = 0 до точки макси­
мального уровня (jcm) и от точки максимального уров­
ня до конца озвучиваемой площади.
Д ля трех участков имеем следующие выражения для
неравномерности, полученные аналогично (2.30), (2.31):
для первого
L,1 — L° = AL 1= 5 lg6
дл я
(1 _j_^o2)2
(2.76)
второго
L m —L o= A L 2= 5 lg [l + ( l - e BW ] :
для
•
(2.77)
третьего
L - L — AL - 5 l r (1 + X*X°)2 + № - W ( l ~ gBa)
3
0
3
&
( l + ^ o2)2
(2.78)
Соответственно при двух участках эти выражения име­
ют вид: д л я у ч а с т к а 0—х к
ДL
М
= 5 1 &ё /I 1 + (*°2/(1~
14 - ^ 02)2ев2) L[1 +I V(1 - О Л ? ] )f = AL 1-j- ДL2;
для
участка
хм—*з
^ „ „ =
106
^ {1 1 +
1/1
fU
л2 \ ■И21(1 + а д ) 2+ № - ^ „ ) 2/(1 - ^ В 2) \
е ,)л л1
(1 + ^ .* )»
)~
— AL2-|- AL3.
К ак 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. Д ля цепочек из ру­
порных громкоговорителей имеем аналогичные вы ра­
жения, получаемые из (2.39), (2.40), (2.42):
н а п е р в о м у ч а с т к е от х = 0 до х\
I ,1 - L °0 = A L1,= l V
Q l6g 1 + 1 + Х 20
на
втором
участке
(2.79)>
V
от xi до хо
L „ - L o= A L 2= 10 lg 0,5 {1 + [ 1+
на
третьем
+ (1-< ?Д О о2] 1/2}.
у ч а с т к е о тх о д о л :з
(2.80)
L — L — AL = 1018: 0 + ***о)2+ № - ^ » ) 2/(1 - ^ в 2)
°
3
( 1 + З Д ) ( 1 + * 02)
(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. М ЕТО Д Ы Н Е Й Т Р А Л И ЗА Ц И И ПОМ ЕХ
В СИСТЕМ АХ ЗВ У К О Ф И К А Ц И И
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 даж е на самом объекте звуко­
фикации; помехи от других громкоговорителей, если р аз­
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 важ но 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 задерж кой во времени и с несколько ослабленным
уровнем. Если от слуш ателя до отражаю щ его звук стро­
ения расстояние не превыш ает 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 отражаю щ его 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 отражаю щ ей по­
верхностью. При этом необходимо создать наибольший
108
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
11 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 отраж аю ­
щее препятствие, то нерав­
номерность долж на быть не
более 8 дБ. Д л я этого со­
гласно рис. 2.13 следует н а­
править акустическую ось
громкоговорителя на точку,
лежащ ую от громкоговори­
теля (по оси х) на расстоя­
нии (0,4—0,5)/, где / — 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).
Рис.
2.22.
Пример расчета
И з рис. 2.15 и 2.18 следу­ перепада
уровней прямого и
ет, что для получения боль­ отраж енного звука
шого градиента изменения
уровней угол наклона оси громкоговорителя нельзя
брать меньше 18° (X0~ 3 ) , а для (получения небольшой
неравномерности на начальном участке нельзя брать
угол наклона больше 26° (Х 0= 2 ). Следовательно, при
больших размерах площади (например, 80 м) необходи­
мо (подвешивать громкоговорители не ниже 8 0 /3 = 2 8 м
и не выше 8 0 /2 = 4 0 м. Только при такой высокой под­
веске градиент изменения уровней будет предельно воз­
можным.
Возьмем мощную звуковую колонку ЮОКЗ, 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 (А о=2, Х3=
= 4 ) получим неравномерность озвучения на границе
площади
А' -
l O l g - (1 + Q»03-22^ 1 + 2 "4 >2 + (4 - 2 ) 8/0.03] _ д 8 д Б
Ь
(1+22)2
—
,
А
.
Здесь 0 ,0 3 = (1—0,9852). Так как у края озвучиваемой
поверхности находится строение, хорошо отражаю щ ее
звуковые волны, то уровень повысится на 3 д Б и нерав­
номерность снизится до 6,8 дБ.
Построим график уров­
Т а б л и ц а 2. 3
ней для Х 0= 2 в зависи­
Перепады уровней для различных
мости от расстояния до
отражений
громкоговорителя
(рис.
2.22). На рисунке пока­
Разность хода, м
20
0
40
60
зано изменение уровней
Время запаздыва­
для расстояний до 200 м.
415 332 226 115
ния, мс
Если отраж аю щ ая поверх­
ность будет находиться
П ерепад уров­
на расстоянии 80 м от
ней, дБ:
громкоговорителя, то для
допустимый
18 16
12
5
отраженной волны умень­
получаемый
при отраж е­
шение уровня будет изо­
ниях:
браж аться
зеркальным
15
первом
10 14
7
отражением
(кривая
/).
11
5
17 18
втором
Определим
перепады
8
20
19
14
третьем
уровней прямого и отра­
женного звуков в зависи­
мости от расстояния и запазды вания и результаты запи­
шем в табл. 2.3 (отражение 1). 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. И збеж ать
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 отраж аю щ ая поверхность находится на рас­
стоянии 20—40 м и за краем озвучиваемой поверхности
(*3 = 1 0 0 и 120 м ), то аналогично строим кривую отра­
женных уровней (кривые 2 и 3) и из них находим пе110
репады уровней прямого и отраженного звуков. Эти
данные сводим такж е в табл. 2.3. Д л я 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. Д л я отражаю щ ей 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.
Д л я мощного рупорного громкоговорителя
(ев=
= 0 ,9 4 5 ; 1—е2в= 0 ,1 0 7 при тех ж е установочных данных,
как и для колонки, имеем неравномерность
0 ,5 [1 + (1 4 - 0 ,1 0 7 .2 2)J ‘/ 2 [ ( l - f 2 - 4 ) 3 +
AL — 2 0 1с
+ ( 4 - 2 ) 2 / 0 , 1 0 7 ] ______________ 9 2 д Б
Ь Ь — ZUlg
(1+ 2 .4 )(1 + 2 3)
У.^ДОРассуж дая 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 д Б ),
а в случае применения рупорного она присутствует (в
данном случае она получается и при неравномерности
8 д Б ). Определим точку, в которой уровень равен уров­
ню в точке упора оси
(2.37). Имеем: Xi = 30X
X 0,9452/ ( 1 + 0,107-4) =
60
80 100 Ху
40
= 19 м, а уровень под
громкоговорителем
(см.
рис. 2.19) в этом случае ~i0 4
х0=ю
на 18,3 дБ ниже, чем в
'-го
точке упора оси. Поэтому
необслуживаемая зона бу­
дет шириной около 10 м. -зо
Преимуществом рупорно­
*0=2
го
является
большая
громкость передачи (при­
мерно на 6 д Б ).
-5Ъ
К ак колонки, та к и
\
рупорные
громКОГОВОрители, применяемые для
Рис.
2.23. Зависимость
затухания звука от относительного
озвучен/я больших площадеи,
создают
недо-
^ аГ „“
оси громкоговорителя
аРклГ„а
111
статочно
большой
градиент
уменьшения
уровней
для того, чтобы не мешать в соседних зонах. Н а
рис. 2.23 показано, что даж е при Х = Ю 0 (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.
Д альш е этого расстояния возможно появление эха. К ак
было показано в предыдущем параграф е, 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 д аж е они могут быть на расстоянии
200 м, так как при этом еще нет мешающего э х а ).Т о л ь ­
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,
чащ е
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
(Х0= 2 и 3) и направле­
нием осей громкоговори­
телей на точки, располо­ Р и с . 2.24. И ллюстрация расче­
женные ближе середины
та перепадов уровней при р або­
зоны (на 0,2—0,25 рас­ те двух встречно работаю щ их
колонок 15КЗ для уг­
стояния между громкого­ звуковых
ла наклона оси колонки 26°
ворителями). Второй ме­
т о д — подвеска громкоговорителей на небольшой высоте с тем, чтобы под ними уровень был на 6— 11 д Б
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. К ак видим, по этому методу имеется зап ас
на 4—5 дБ, если считать, что под громкоговорителем
в небольшой зоне шириной около 3 м будет меш аю щ ее
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
ц$
Таблица
2.4
С р авн ен и е двух м е т о д о в по перепадам уровней
Метод
Второй (а=5,7°)
Первый (а=26°)
Р асстояние от
громкоговори­
т ел я , м
Время
за п а з­
дывания, м
П ер еп ад уров­
ня:
допустимый
получаемый
0
10
266 225
14
13
20
30
175
115 58
12
17
5
9
9
14
40 50
2
4
0
—
0
0
10
280 234
15
16
12
15
20
30
40
50
175
117
58
0
9
11
5
7
—
3 ,5
—
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
/
'3
-4 -
\
/
\
/
\
\
\
ах
114
I
Р и с . 2.25. Иллю страция расчета перепадов уровней при работе д в ух
звуковых колонок для
угла
наклона
оси
колонки
5,7° ( Х = 1 0 ):
а) при встречной работе; б) при
работе в одном направлении
громкоговорителями. Но и такие перепады вполне до­
статочны, чтобы не было помех. Неравномерность,
озвучения получается 7,4 дБ.
М ожно 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.
Р и с . 2.26. Иллюстрация рас­
чета перепадов
уровней при
встречной работе
д в у х гром­
коговорителей 10Г Р Д для угла
наклона оси 26° (Х 0= 2 )
Р и с . 2.27. И ллюстрация рас­
чета перепадов
уровней при;
встречной работе двух гром­
коговорителей 10Г Р Д для у г ­
ла наклона
оси 5,7°С (Х0=
= 10)
Построим зависимости уровней от расстояния д а
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.
К ак видно из данных таблицы, по первому методу
только в зоне под громкоговорителем шириной 10 м
8*
115
Т а б л и ц а 2.5
Сравнение двух методов по перепадам уровней
Первый (л=26°)
Метод
Расстояние от
громкоговори­
теля, м
Время
зап аз­
дывания, мс
Второй (а:=5.7)
10
20
30
40
50
0
10
266 225
171
115
58
0
286
234
0
П ер еп ад уров­
ня:
5
допустимый 14
12 9
получаемый 8 ,4 11, 8 12,9 8 ,3 4 ,0
20
30 40
50
175 117 58
0
9 5
15 22
0 — 1, 8 16, 1 11, 5 7 , 2 3 , 5
0
перепад меньше допустимого, т. е. требуется дополни­
тельное подзвучивание этой зоны. По второму методу
получаем такой ж е перепад уровней, но требуется под­
звучивание той ж е 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). Д ело 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 запазды вания 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 ж е графиков рис. 2.24 и рис. 2.25,6 можно найти
перепады уровней в различных точках по линии гром­
коговорителей. Получаются достаточно большие пере116
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. Д л я 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
рителя, м
Время запаздывания, мс
Требуемый перепад, дБ
Фактический перепад, дБ
0
10
20
30
40
121
5
4 ,2
137
5 ,8
7 ,1
142
6 ,2
8
144
6 ,9
8 ,7
145
7 ,5
8 ,1
К ак видно,
около
громкоговорителя
перепад
(4.2 дБ ) меньше требуемого (5 д Б ). Этот вариант усту­
пает предыдущим по числу точек озвучения (требует­
ся наличие опор вдвое больш е). Его преимущество
заклю чается в том, что звук как бы идет в одном на­
правлении. Примерно такие ж е 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 ). Д ля высоты подвеса h
и расстояния между громкоговорителями d разность
хода для точки под громкоговорителем Д г = (А2+
4 -d 2) 1/2 — А, а перепад уровней определяется для зву­
ковых колонок из (2.45):
AL = l01g
],
1 4
(2-82)
[ и * 4 - « * / ( 1 - * в а)1
где tt= /isin a o и w = hcosao. П одставляя и и w в (2.82),.
получаем с учетом помех от двух громкоговорителей пе­
репад уровней
AL = l 0 1 g J l +
rf2* , 2
- 3. (2.83)
Если взять расстояние d = 40 м, высоту подвеса й =
= 5 м, эксцентриситеты ев= 0 ,9 5 и ег= 0 ,9 (колонка типа
15К З), наклон Х 0= 3 (оптимальный по минимуму не­
равномерности для этой колонки), то перепад уровней
ДL = 10 lg { l+ 4 0 2-32/ [ ( 5 2- 0 ,1 9 (l+ 3 2/0 ,0 9 8 )]} — 3 =
= 12,3 дБ, время запазды вания Д т = (402+ 5 2) 1/2/340 =
= 0,119 с. Требуемый перепад из рис. 1.3 получается
12 дБ, т. е. в норме для заметного эха. Примерно тот
ж е перепад получается и для других наклонов осей в
пределах X0= 2-f-10, так как Х 20/ ( 1 — е2в)^> 1, и поэтому
AL — 10 lg 1 + d*( l - g B2)
/г2(1 — е г2)
(2.84)
Из практики известно, что предельное расстояние
между колонками не должно быть более 45 м. Д ля 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 звукофикация широкого объекта (площ ади), когда нельзя уста­
навливать столбы на площади для подвески громкого­
ворителей.
118
Заметим, что системы с громкоговорителями, распо­
ложенными вдоль объекта, имеют ширину обслуж ивае­
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 направляю т осью вниз.
Пространственные зональные системы. Они могут
быть составлены из нескольких линейных систем, к а ж ­
дая из которых обслуживает относительно узкую, но
длинную зону. В этом случае возможно появление в за ­
имных помех.
Д л я 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.
Д л я 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:
ii= 1 0 1 g [l + - £ ] ,B-12,
а разность хода во времени Д т = [ (d2+ f t 2) 1/2— h] /340.
П одставляя в эти выражения значения d = 40, h = 5,
получаем
AL = 10 lg 11 + " ^ г ] ~ 12 = 6 дБ
и Д т=
= 0 ,1 0 4 с. При таком перепаде уровней и разности хо­
д а появляется мешающее эхо (см. рис. 1.3, кривая 3).
При этом неравномерность озвучения с учетом по­
вышения уровня на стыке зон в 3 дБ
A t= I 0 1 g ( l+ £ ) - 6 =
= 10 lg (1 + - | ^ - ) - 6 + 3 = 3.3 дБ.
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 д Б .
По неравномерности можно было бы разнести громко­
говорители и на большее расстояние, но существующие
радиальные громкоговорители развиваю т 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 50X 50 м без мешающего эха.
Распределенные системы
Распределенные системы в виде длинной
цепочки направленных громкоговорителей
создаю т
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
чаем ая цепочками волна является цилиндрической и
поэтому ослабление уровня с расстоянием вдвое мень­
ше, чем для сферической волны. Поэтому помехи про­
являю тся 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. Д л я 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. Д л я одиночных мощных громкого­
ворителей мешающее эхо появляется при расстоянии
до отражаю щей 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.
Д л я высококачественной передачи при использова­
нии цепочки громкоговорителей следует избегать отра­
жения от строений, например путем расположения по­
глощающих материалов на отражаю щ ей поверхности.
2.6. У Р О В Н И О Щ УЩ ЕН И Я Р Е Ч И
К ак было показано в § 1.3, разборчивость
речи определяют разностью спектральных уровней речи
и помех. Д ля этого рассмотрим их в отдельности.
Спектральные уровни речи. Эти уровни определяю т­
ся индексом тракта во всем диапазоне частот, т. е. в
соответствии с (1.40)
•6p.c==‘Bp>m-J_Q m.c,
(2.85)
где £р.м — спектральный уровень речи у микрофона.
Уровень ZJp.c 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 слуш ателя [см. (1.37)], т. е. Qr.c.
Спектральный ,уровень на выходе аппаратурной части
тракта для каждой полосы равной разборчивости мо­
ж ет 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. С ледова­
тельно, на расстоянии 1 м от громкоговорителя в k по­
лосе выходной спектральный уровень речи
•Spfc= i3p.Mfc“}"QcTfc,
где QcTh — стандартный индекс усиления
(2.86)
аппаратуры
121
на частоте fu (1.33);
B p.Mk = B 'pk+ 2Q l g ( l / r M)
(2.87)
— входной спектральный уровень речи в k -и полосе
(1.59); гм — расстояние от рта до микрофона, м; B 'vh —
стандартный спектральный уровень речи, т. е. спект­
ральный уровень на расстоянии 1 м от рта. Д л я опре­
деления стандартного индекса усиления (1.33), (1.34)
необходимо знать величину (ap+ Q y+ a n), уровень осе­
вой чувствительности микрофона QM= 2 0 \ g (U M/pM) и
громкоговорителя Qr= 2 0 l g ( P i / f / r), где р \ — звуковое
давление на акустической оси громкоговорителя на
расстоянии 1 м от его акустического центра в неогра­
ниченном пространстве; р м — 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+Qyfc,
(2.88)
где Qy= 2 0 1 g (£ /r/ f / 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= Z / P — LP.M, а так как
L " P= L U то входной уровень, т. е у микрофона (1.39),
LP.M= L ' p+ 2 0 1 g ( l / r M).
Если стандартный индекс .усиления зависит от ч а­
стоты и при этом известна только форма частотной х а ­
рактеристики тракта (например, в форме частотной з а ­
висимости разности индексов усиления на текущей ч а­
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 &-й 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 L"p — L PM= Q B3B 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
AQ b3b= Q b3b
Q iooo
(2.89)
отраж ает влияние неравномерности частотной харак­
теристики тракта, т. е. отклонений стандартного индек­
са усиления относительно 1000 Гц:
AQfc=QcTfc
Q ctiooo*
(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= L p .c — LP.M. Сле­
довательно, с учетом поправки (2.80) спектральный
уровень речи на выходе (на расстоянии 1 м от громко­
говорителя)
£ " = £ р.м+ (L"p - LP.M) +AQb3b
(2.91)
и у слуш ателя
£р.с= В р.м+ (Lp.c
7/р.м) + A Q b3b.
(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 ( + ) •
В ш= В а (-f-) В п (-}-) ^т,
(2.93)
123
а в развернутом виде это суммирование выглядит сле­
дующим образом:
Я « = i o i g [ i o 0,IBa+ i o 0,1B" + i o 0,,4
где В а, В п и В т— спектральные уровни интенсивности
акустических шумов, помех и шумов тракта соответст­
венно.
Если учитываются только две составляющие, то
выражение может быть упрощено. Пусть необходимо
найти
В = в ^ ( + ) Вт1п = 10 lg [Ю0,,в™ *4- 10°-,гН
(2.94)
После преобразований (2.94) оно примет вид
в =■втах+ ю ig [1+ 1 о-0'1
]
ИЛИ
В = В тах+ А В ,
(2.95)
ЛВ,дБ
Р и с . 2.28. График рас­
чета приращения уров­
ня при
действии дв ух
звуков разных уровней
5
10
15 В,-Вг ,д Б
где A B = f ( B max — Bmin) и лежит в пределах 0 < Д В ^
^ 3 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. И Н Д Е К С Ы ТРАК ТА П Е Р Е Д А Ч И Р Е Ч И
Оптимальный (рациональный) индекс тракта.
К ак уже указывалось, собственные «электрические»
шумы аппаратуры невелики в сравнении с акустиче­
скими шумами и помехами на озвучиваемой террито­
рии, где находится слушатель. Поэтому уровень сум124
марной интенсивности шумов и помех
(2.93) будет
склады ваться из интенсивности акустического шума В л
и помех В п.
Исходя из этого, средний уровень ощущения фор­
мант (1.16) для k -й полосы
(2.96)1
Eh— Bp'Ck
\ B ah (~Ь)
•
Спектральный уровень помех, воспринимаемый слу­
шателем, состоит из нескольких составляющих: само­
маскировки речи В п.с = £ р .с — 24; отраженного звука
Вп.о=Вр,с — А 5 0Т; взаимных помех В п.ъ= В рх — А В ЪЗ,
где £ p.c = B p.m+Qm.c — спектральный уровень речи, со­
здаваемый у слуш ателя полем прямого звука (2.85) и
(1.37); АВот — разность уровней прямого и отраж енно­
го звуков в расчетной точке, ДВВз — разность полез­
ного и мешающего уровней, создаваемых громкоговори­
телями в случае длинной цепочки.
Суммарный уровень помех
(2.97)
где АВс.п — значение превышения
суммарным уровнем помех:
уровня
Д5Сп = — 10l g [10 2,4-4~ Ю 0,1В°Т+ Ю
речи над
0,1Ввз]. (2.97а)
В соответствии с (2.96) и (2.97) средний уровень ощу­
щения формант, воспринимаемый слушателем:
Е — Вр.е
[В а ( + ) (Вр.с
ЛВс.п) ] •
Составляю щ ая В а не зависит от усиления тракта, а
все помехи В п 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 В п на 6 дБ выше спектрального уровня акустиче­
ского шума, т. е.
Е п= В а-{-6.
( 2 .98 )
1 Индекс «к» в дальнейшем опускаем.
125
Е сли используется рациональная величина индекса
тр а к т а , т. е. В „ — В а— б дБ, то в соответствии с (2.93),
(2.95) и рис. 2.25 суммарный спектральный уровень
ш умов и помех
В ш= В а( + ) В п= В п + 1.
С учетом этого средний
(2.96) и (2.97)
уровень
(2.99)
ощущения формант
£ Рац= В р .е— ( £ „ + 1 ) = ДВ„— 1.
(2.100)
Е сли помехи отсутствуют, кроме самомаскировки речи
[см. (2.97)], то А В „ = 2 4 дБ и £ рац = 2 3 дБ . Если уро­
вень помех значительно больше В а+ 6 , то уровень ощу­
щения может еще увеличиться до 24 дБ. Дальнейш ее
увеличение коэффициента
передачи тракта приведет
к соответствующему увеличению уровня помех и по­
этом у 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 заданны х усло­
виях помех. Из (2.100) следует, что средний уровень
ощ ущ ения формант при этом не может превысить
23 дБ, а при индексе тракта, значительно большем р а­
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) ш = 0 ,9 3 . Если ж е превышение уровня речи
над уровнем помех составит 20 дБ , то коэффициент р а з­
борчивости равен 0,86. При передаче 16 полос равной
разборчивости, что соответствует диапазону частот от
200 до 3600 Гц и коэффициенту разборчивости ш = 0 ,8 6 ,
«формантная разборчивость (1.24) А = (1 6 /2 0 )-0 ,8 6 =
= 0,62. Это значение формантной разборчивости соот­
ветствует (см. рис. 1.10) слоговой разборчивости 9 0 % ,
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 зн а ­
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
Б п = Б а-)- 6 = Б р .м -1- Срац АБП АБГ.
(2.101)
Здесь учтен индекс направленности слуха А В Г (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 АВ т, тогда как речевой
сигнал приходит с фронта и его уровень не изменяется
(см. § 1.2).
Из (2.101) получаем
Qpan, — Ba — Вр.м + АВц + А Вг+6.
(2.102)
Величина АВ т изменяется в зависимости от часто­
ты в небольших пределах (1—6 д Б ), поэтому можносчитать, 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
ращ ения 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. Д ело в том, что в этом слу­
чае искажения речевого сигнала становятся уже з а ­
метными на слух, даж е при прослушивании в акусти­
ческих шумах.
Если по каким-либо соображениям (например, из-засамовозбуждения) нельзя осуществить рациональнуювеличину индекса тракта, то это приводит к соответст­
вующему уменьшению уровня ощущения формант
(2.96) и снижению разборчивости речи. Если повы­
ш ать индекс тракта Q M.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 д Б ). Конечно, если возможно,
127
т о усиление следует брать и выше рационального для
создания запаса на случай повышения акустических
ш умов. Заметим, что такое усиление ж елательно осу­
щ ествлять в точках, где уровень прямого звука мини­
мален.
Предельный индекс тракта. Определенные выше радиональные величины индекса тракта можно осущест­
вить, если этому не будет мешать
самовозбуждение из-за обратной
~^Г7~
ГА
акустической связи. Поэтому при
T'Y.mj
расчете звукоусиления необходима
А
I
проверка на предельно допустимый
£пм |
индекс тракта. О братная акустиче­
ская связь может возникнуть по по­
лю прямого звука и лишь иногда
она получается из-за отраженного
Р и с . 2.29. И ллю ст­
звука.
рация обратной свя­
Из рис. 2.29 следует, что сам о­
зи по прямому з в у ­
возбуждение по полю прямого звука
ку
возникнет, если звук с уровнем LM,
создаваем ы м в точке нахождения микрофона, действуя
через усилитель и громкоговоритель, будет развивать
т той же точке такой уровень Lr.M, который с учетом
направленности микрофона равен исходному уровню
Хм*
Lr.M Яв =
(2.103)
q„ = 20 lg RM(0) — направленность микрофона под
°М
углом 0м, дБ , 0м — угол между акустической осью мик­
рофона и направлением от него на громкоговоритель.
Фазовые соотношения при этом не учитывают, так
жак в условиях акустической обратной связи они всегда
■благоприятны д л я самовозбуждения. Положим, что на
■промежутке меж ду громкоговорителем и микрофоном
уклады вается целое число волн (гг.м= и Я ) . Это может
происходить на частотах / п= с Д п= 3 4 0 //-г.м.
Если
/■г.м = 1 0 м, то f n — Mti, Гц. Следовательно, в каждом
■частотном интервале шириной 34 Гц при изменении ч а­
стоты будет изменяться сдвиг фаз между излучаемой
волной и принимаемой в пределах от 2 ( я — 1)я до
2п я, т. е. в пределах 0 — 2я. Согласно определению
Q m. c = L c — Lm, поэтому пороговый индекс тракта
<2 м.с.пор = <7бм Н “ ^ с ~ ^ Т . м ( 2 . 104)
тд е
128
Д л я получения устойчивой работы аппаратуры не­
обходимо предусмотреть запас на неравномерность по­
ля, равный 6 д Б , и 6 дБ на отсутствие регенеративной
реверберации. При приближении к порогу самовозбуж­
дения наблю дается усиление отдельных частотных со­
ставляющих и их медленное затухание из-за временной
задерж ки при распространении в воздухе. Это явление
называю т регенеративной реверберацией. Таким обра­
зом, предельный (критический) индекс усиления тракта
Qm.c.kp — Qq ~)rLc — Lr M
M
I2 = <7fl -f-A LC M
M
12,
(2.105)
где A L CM = L C— L TM — 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. Такж е 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 р аз­
ности между уровнем в удаленной точке и в точке
акустического центра микрофона такж е приводит к повы­
шению предельного индекса тракта. Д л я 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 а т.
Тогда в микрофон будут попадать помехи преимуще­
ственно с тыльной полусферы микрофона. Следователь­
но, с учетом полного поглощения коэффициент направ­
ленности микрофона
йм= £ 2 м.о (1 + Й ф/ т) ,
(2.106)
а индекс направленности
<7м=?м.о + lQ lg fl+ й ф /т ]
9 -1 9 0
(2.107)
129
где £2ф/т и ?ф/т — коэффициент и индекс направленно­
сти ф ронт/тыл; £2мо и qM.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. Д л я гиперкардиоидных микрофонов он составляет примерно 12 дБ.
Повышение уровня звука перед микрофоном такж е
приводит к повышению предельного индекса тракта.
Т акж е играет существенную роль возможное прибли­
жение громкоговорителей к сдушателю 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 к а ж ­
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
ды вая 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 долж на быть меньше предельного индекса
на любой из частот. В то ж е время нет смысла в том,
чтобы фактический индекс тракта был выше рацио­
нального. Очевидно, для большего приближения ф ак­
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,
139
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 зн а­
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 (Lor) 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 (Д7/ср.
В п.ог= Вп — Lor+ 12 — Пог= 5 п — Lor+A Lcp, (2.108)
где Д /.Ср = 12
П ог; ^ n ===^o.M“f"QM.c
АВП;
ДВП— превышение уровня речи над уровнем помех в
отсутствие ограничения [см. (2.97а)].
Согласно (2.98) и в этом случае имеем условие
В п.о г = В а+ 6 , откуда получаем
Qpa4.or==B a — Bp.M“l“Bor“j-ABn+ ДВГ— ALcp+ 6 . (2.109)
9*
131
Фактический индекс тракта QM.C берут близким к
рациональному значению <2Рац.
Уровень озвучения и соответствующий ему коэффи­
циент разборчивости при ограничении уровня речевого
сигнала можно найти из следующих соображений. П о­
скольку пики речевого сигнала при ограничении вы рав­
ниваются до порога ограничения, то при равенстве пи­
кового уровня речи среднему уровню помех вероят­
ность восприятия речи долж на 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 уж е 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 А Е от из-за подавления
слабых по уровню звуков речи (см. табл. 1.7).
Уровень ощущения формант с учетом этого подав­
ления
В
= = В р ,м - 1 - Q m .c
Л
£ 0 г
[
(B p .m + Q m .c
L o r^ \-
+ L cp — ДВд— АВг) ( + ) В а].
(2.110)
Определяемый по величине уровня ощущения фор­
мант (табл. 3.3) коэффициент разборчивости равен
нулю, если
£
p
.m - } - Q m .c —
L o r + A
L c p ^ B n ,
( 2 . 1 1 1 )
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:
А £ or= Е —ALor/24.
(2.112)
Величину подавления АЬот находят из табл. 1.7.
Определение коэффициента разборчивости можно ве­
сти и другим способом. При этом способе уровень
ощущения формант
Е = Bp.M-j-QM.c—Вог+АП ог
[ (Вр.м ! Qи.с
— Lor—АВп—АВг—АПог) ( + ) В а] — АВог.
(2.113)
При таком определении уровня ощущения фор­
мант пользуются смещенной зависимостью коэффи132
диента 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 ЗВУКОФИКАЦИИ'
3.1. В В Е Д Е Н И Е
К ак 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., являю т­
ся показателями комфорта. Если понятность речи ни­
ж е 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 такж е 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, в за ­
имного мешания громкоговорителей, а уровни речи в
свою очередь — данными всей громкоговорящей си­
стемы.
Д л я 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 долж на 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 свидетельствую т соответствующ ие ссылки на ф ор­
мулы. Тем не менее для удобства расчетов в гл. 3 всем этим ф ор­
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.
Д л я 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). Д ал ее важно,
чтобы в этих случаях не был заметен эффект эха: для
речевых информационных передач эхо не должно быть
мешающим (см. рис. 1.3).
Boi всех случаях звукофикации должны быть при­
няты все меры для локализации звукового поля в со­
ответствии с санитарными нормами. Поскольку р а з­
борчивость речи и качество звучания музыкальных
программ в значительной мере определяются уровнями
шумов и помех, то необходимо вести расчеты для м ак­
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 ж е 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
A L = Lmax
L min.
(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. Ч ащ е всего
для этого используют такие системы озвучения, в кото­
рых громкоговорители располагаю т 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.
Д л я 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.с 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 д Б ). Д ля 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].
Д л я 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. Д л я художественных передач тракт должен по
возможности удовлетворять требованиям I класса к а ­
чества [16]. Д л я озвучения, например, улиц и площ а­
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 д ан ­
ной системы озвучения (стадион, зеленый театр, ж е­
лезнодорожная платформа, площадь и т. п.) и геомет­
рические данные озвучиваемого пространства (планы
и разрезы с указанием местонахождения слушателей,
J35
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. Д л я ряда типовых случаев эти д ан­
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. И так, 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 такж е для прие­
ма этих сигналов с трансляционных линий и от радио­
приемников. Д л я этой цели в звукоусилительной аппа­
ратуре предусмотрены соответствующие входы. Их
чувствительность рассчитана на максимально допусти­
мую выходную мощность. Поэтому если вы бранная зву­
коусилительная аппаратура для озвучения от микро­
фона удовлетворяет требованиям по уровню звучания,
то она будет удовлетворять этому требованию и для
всех остальных назначений.
Рассчитываю т 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 тачки с максимальным пре­
вышением уровня прямого звука над уровнями помех
и ш умов), общий уровень передачи с учетом частотной
характеристики тракта; неравномерность частртноц х а­
рактеристики тракта,
136
3.2. ВЫБОР СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ
П реж де 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 д л я проведе­
ния, например, концертов, театральных постановок и
по заданию система долж на 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, д окла­
дов и т. п.).
Д л я озвучения площадей с размерами не более
100 м используется такж е сосредоточенная система,
причем для прямоугольной формы площади громкого­
ворители располагаю тся 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 площ ади). Д л я площади круглой формы, напри­
мер стадионов, используют радиальные или веерные
громкоговорители с расположением их в центре пло­
щади, если другое расположение не оговорено в з а ­
дании.
Д л я звукоусиления на больших площ адях с разм е­
рами более 100 м лучше всего пригодна зональная си­
стема, если такж е 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
ж ет 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
площ адках, а такж е в лекториях на открытом воздухе
в качестве основной системы.
При выборе распределенной системы следует опре­
делить: необходимо ли применение звуковых коло'док
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 ж е цепочки. При ширине объек­
та до 15 м одну цепочку из звуковых колонок и при
ширине — до 25 м две таких ж е цепочки. Более широ­
кие объекты следует озвучать зональной системой.
Сосредоточенные системы с встречным располож е­
нием громкоговсфителей применяют при озвучении у з­
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
являю тся 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
даю т 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 ГЕО М ЕТРИ Ч ЕС КИ Х Д А Н Н Ы Х
СИСТЕМ Ы
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 такж е простоты техники обслуживания
и требование локализации звукового поля.
Д л я сосредоточенных систем в зеленых театрах и
на концертных площ адках 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
площ адок берут на заднем ряду) определяется из
(2.30). П олагая л ;= 0 , т. е. для точек под громкогово­
рителем, находим неравномерность озвучения для пер­
вых рядов
A t . = 10lg | +
(1 + * „ « )'
где X o = X o/h\ h — высота подвеса звуковой колонки;
Хо — расстояние от точки подвеса громкоговорителей
до заднего ряда. Если положить, что неравномерность
озвучения для первых рядов A L — b, дБ , то выражение
под знаком логарифма будет 10°*,6= а . П одставляя в
приведенное выше равенство вместо AL значение b и
учитывая последнее выражение для Ь, находим высоту
подвеса звуковой колонки при звукоусилении
= *•/{-
(2<?в*- 1) - (а - 1 ) + [а? (2е* - 1)» - (а - 1 ) ]1/211/2
2(1 - * .* )
/ '
(3.2)
П ри озвучении а = 1 (Ь ,= 0 ), т. е. когда уровень
звукового поля на первых рядах равен уровню на за д ­
них рядах, высота подвеса
н = х ' \ £ 0 т Т * * хЛ' ~ еЛ
Это значение высоты называю т оптимальным, так как
неравномерность озвучения не превышает 3 дБ:
, 3 ' 3 )
A L =101g2e2B< 3 дБ.
При подзвучивании чаще всего берут снижение уров­
ня на первых рядах на 6 дБ, т. е. а = 1 0 ° 'в= 4 , тогда
высота подвеса
,
(
2(1 — ев*)
П/2
—
Ч
8*в* - 7 + [6 4 * в « -6 4 * в* + 13]1/2 /
•
( • )
Например, при х 0= 4 0 м и ев= 0 ,9 9 6 (сдвоенные по
высоте звуковые колонки типа 100K3-13) /1 = 4 0 /5 ,5 5 =
= 7 ,2 м, а оптимальная высота подвеса Л0пт= 4 0 /1 1 ,1 =
= 3,6 м. Неравномерность в основной зоне (от
до
лг0), определяемая из (2.26), A L = 1 0 1 g [l + ( l — е2ь) X
Х * 2о/А2]. Откуда для первого случая A L — 1 дБ и для
второго A L « 3 дБ. При наличии амфитеатра неболь­
шой высоты неравномерность в основной зоне умень­
шится.
140
В зеленых театрах и на концертных площ адках, 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 склады ваться 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 разверты ваться так, чтобы на последнем ряду
расстояние меж ду ними оставалось равным 0,6 шири­
ны последнего ряда.
Д л я 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
Л
- » ( * . -
и относительную ширину малой
ния (2.50)
Так, при
, + (1 ^
w
оси эллипса озвуче­
-й & Г
* -» /* = 4
оптимальном наклоне оси
У г = 2е"2~ 1■= Л г,
1 — евг
ния из (3.6)
< 3 -6 )
колонки
поэтому ширина эллипса
b = Bh = x \ l ~ e^
f ^
) (3.5)
Y
.
(2.32)
озвуче-
(3.7)
141
Д л я ев= 0 ,9 8 5 , ег= 0 ,9 и х0= 4 0 м 6 = 18,5 м. Ес­
ли театр имеет ширину 30 м, то при расположении э л ­
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 близлежащ их 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 —
15К З). Наиболее приемлемый наклон оси громкого­
ворителей Х о = 1-4-2, а точку упора оси в озвучиваемую
плоскость следует брать на расстоянии 2 /3 длины ее,
т. е. Х 3/ Х 0— 1,5. При таких условиях неравномерность
озвучения по длине для Х о = 1 согласно (2.31) равна
9,4 дБ под громкоговорителем и 5,7 дБ — в удаленной
точке х = Х з, а при Хо = 2 под громкоговорителем не­
равномерность составит 7,8 дБ и в удаленной точке
5,7 дБ. М еньшая неравномерность получается для
Х о = 1 , но может оказаться, что высота подвеса колон­
ки потребуется большой (при х3= 6 0 м, * о = 4 0 м вы­
сота подвеса долж на быть равна 40 м, а при Х 0— 2
высота подвеса получится более приемлемой — 20 м ).
П ри озвучении таких площадей более приемлемые
значения Хо в отношении неравномерности озвучания и
высота подвеса леж ит в пределах от трех до оптималь­
ного (2.32), т. е. около шести и даж е больше, но не
более 10, так как при Х о = 1 0 угол наклона оси гром­
коговорителей равен предельно допустимому 5,7° (по­
лучится большое затухание звука при распространении
его вдоль публики). При этом для Хс= 3 неравномер­
ность согласно
(2.31) равна соответственно 5,8 и
5,6 дБ в ближней (л := 0 ) и дальней точках ( х = х 3) 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. Д л я 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). Д л я
Ао = 6 и Х3/ Х в= 2 получаем неравномерность озвуче­
ния (2.31) в дальней точке, равной 10 дБ , а с учетом
отражения она равна 7 д Б ; в ближней точке уровень
только на 0,7 дБ ниже максимального.
Определим уровень отраженного сигнала. Н аи б оль­
шее мешающее действие его будет под громкоговори­
телем (наибольш ая разность хода и наибольший пере­
пад уровней). Возьмем наиболее типовое значение
эксцентриситета ев= 0,985 (1—е2в= 0 ,0 3 ) и Х 3/Х о = 2 .
Д л я точки под громкоговорителем ( х = 0 ) уровень ни­
же, чем в точке упора оси (2.33), на величину
х~°
& (l + A-oa)a
а в точке на расстоянии, вдвое большем длины пло­
щади, т. е. на 4х0, уровень бУДет ниже максимального
(2.30) на величину
AL
— m i-
•*3=4*0
< 1 + 4 * .» )» + (3 * „ )у 0 ,0 3
о
( l - f * ,,2)2
Следовательно, разность уровней прямого и отраженно­
го сигналов в точке под громкоговорителем
ii„ = l0 1 g
11
' + * . • « --------
& (1 - f 4 Х 0*у 2 + 9AV70,03
После преобразования этого выражения с учетом, что
Х2о>-3, перепад уровней
ALn= 1 0 1 g(9,24+ 0,48X 20).
Рассмотрим два случая: Х0= 6 и Х о = Ю . Д л я них
перепады Д £ п= 1 4 ,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 * 3 = 4 7 ,5 и 64 м и точка упора оси соответ­
ственно 24 и 32 м. С учетом заданных значений полу­
чаем высоту подвеса 2 4 / 6 = 4 и 3 2 /1 0 = 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 уж е гарантирует от­
сутствие мешающего эха при любом размере площ а­
ди (см. рис. 1.3, кривая 3).
Рассмотрим вопросы расчета геометрических д ан ­
ных систем для широко применяемых при звукофика­
ции открытых пространств рупорных громкоговорите­
лей: широкогорлых и узкогорлых. Н а 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. Д анны е приведены для громкоговорителей
типов 10ГРД-5 и 100ГРД, т. е. для эксцентриситетов
е„=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
Х 0 прежде всего следует исходить из величины помех,
создаваемых окружающему звукофицируемый объект
пространству. Д л я этого следует брать крутизну возAL,,a B
144
можно большук). Это видно из кривых рис. 3.1. При
X.q= 1 затухание на 30 дБ для ев= 0 ,7 7 получается при
Х = 2 0 , а при Х о = Ю то ж е самое затухание будет при
^ = 3 2 0 , т. е дальность действия помех увеличивается
в 16 раз. Д л я ев= 0 ,9 4 5 при Х0= 1 затухание около
30 дБ получается при Х = 8 , а при Л о = 1 0 Х = 300,
т. е. дальность действия увеличивается в 40 раз. Но
при Х0= 1 (угол наклона оси равен 45°) высота подве­
са по сравнению с Х0= Ю становится в 10 раз больше.
Поэтому значение Я о = 1 пригодно только при нали­
чии высокого подвеса, например на улице с высокими
домами, а выбирать Jt0= 10 невыгодно, так как при
этом быстрее затухаю т 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 Х0= 1 ) .
Если ограничиться неравномерностью не более 6 дБ
в дальней зоне, то для ев= 0 ,7 7 и X0 = l длина зоны
озвучения равна двукратному расстоянию до точки
A L, a 5
-1
-1
-1
-г,
-г.
-г-2i
-21
-Jl
Р и с . 3.1. Зависимость затухани я
звука от относительного р ас­
стояния от громкоговорителя:
а) 10Г Р Д и б) 100Г Р Д . П араметром является наклон оси гром ­
коговорителя
10— 190
145
упора оси (см. рис. 3.1). При длине зоны озвучения
* 3 = 5 0 м точка упора оси находится на 25 м от гром­
коговорителя и высота подвеса равна 25 м. При Хо = 5
неравномерность 6,7 дБ получается при Z = X 0= 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 Z 0= l
получаем относительную ширину эллипса озвучения
5 = 1 ,7 2 , а при этом ширина 6 = 1 ,7 2 - 2 5 = 4 3 м, для
■Хз=Х0= 5 5 = 3 ,1 , а ширина 6 = 3 1 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.
Д л я ев= 0 ,9 4 5 крутизна наклона оси более двух
практически неосуществима (рис. 3.1). Так для Х0= 3
зона озвучения с неравномерностью 6 дБ будет про­
стираться до Х = 4 ,8 , что при длине зоны, равной 120 м,
д ает высоту подвеса 1 2 0 /4 ,8 = 2 5 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 -2 5 = 1 2 ,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 ~ 9 h r неравномерность, равная
10 дБ в ближней зоне, при х = 0 ,5 6 г. При длине зоны
120 м это дает высоту подвеса 12 м, неозвучиваемая
зона 0 ,5 -1 2 = 6 м. Д л я Х0— 3 и Х3= 4 ,8 согласно (2.49)
и (2.50) относительная ширина 5 = 2 ,7 5 , абсолютная
6 = 6 8 ,7 5 м и для Х0= 10 и Х3= 9 В — 5,18 и 6 = 6 2 ,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 даю т граничные значе­
ния для крутизны наклона и высоты подвеса громкого­
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 отраж аю щ ая стена находится на середине между
громкоговорителями. Эти условия даж е 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.
Д л я рупорных громкоговорителей эхо всегда наблю ­
дается под громкоговорителем и необходимо подзвучивание 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
Д л я 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.
И з соотношения между размерами для заданной не­
равномерности озвучения (2.57) и превышения сигнала
над помехами (2.84) получаем выражение для вели10*
147
чины перепада уровней и неравномерности, отличаю­
щихся друг от друга примерно на б дБ . Действитель­
но, разность уровня перепада и неравномерности
озвучения
(3.8)
Если учесть, что члены в числителе и знаменателе (3.8)
более единицы в несколько раз, то эта разность будет
иметь простой вид:
A L a — A Ln— 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,
вклю чая 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 . П ри перепаде 10 дБ и условии появле­
ния только заметного эха (см. рис. 1.3, кривая 2) доцустимая 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 такж е 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 такж е 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 ,3 6 < 6 Ц< 1 ,3 6 .
(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 каж дой), а
верхний — 3 дБ . Д л я 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 направляю т так, чтобы на границе
озвучиваемой поверхности оси пересекали ее (см.
рис. 2.9).
Расстояние между громкоговорителями в цепочке
(ш аг цепочки) выбирают [см. (2.63) ] из условия
<*<2Лц.
(3.11)
Распределенные системы из звуковых колонок.
П реж де всего следует задаться (с последующим уточне­
нием) типом звуковой колонки. Д ело в том, что гео­
метрические данные систем зависят от характеристик
направленности громкоговорителей. Д л я 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.
Д л я двух цепочек из колонок высота подвеса (2.69)
6ц « 0,56 (1 — е2в) ,/2,
(3.12)
где ев — эксцентриситет диаграммы направленности в
вертикальной плоскости колонки. Д л я одиночной це­
149
почки высоту подвеса определяют такж е, но подстав­
ляю т удвоенную фактическую ширину площадки
Ац«& ( 1 — е2в).
(3.13)
Ш аг цепочки из колонок (2.73)
(ЗЛ4)
где ег — эксцентриситет диаграммы направленности в
горизонтальной плоскости колонки.
Д л я колонок
100КЗ, 25КЗ с1^5Н ц. 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 д а л ь­
ние расстояния: системы вещания на дальние зоны.. Д л я
первой цели громкоговорители должны подвешиваться
как можно выше. Обычно для этого служ ат вышки на
крышах высоких зданий. Д л я вещания на дальние зо­
ны высота подвеса определяется высотой препятствий
на пути распространения звуковых волн.
3.4. РАСЧЕТ У Р О В Н Е Й ЗВУ К О ВО ГО П О Л Я
Расчет номинального
громкоговорителя
звукового
давления
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. Д л я систем многоцелевого назна­
чения и систем для концертных площадок уровень в
удаленной точке выбирают согласно рекомендациям,
приведенным в [12] (см. табл. 2.1). Д л я высококаче­
ственной передачи речи следует пользоваться полуэмпирической формулой
L m ax
— L а-}-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 П од оптимальным уровнем подразум евается уровень, дающий
предельно возм ож ную , в заданны х шумовых условиях, разборчи­
вость речи.
150
Придется брать несколько меньшее его значение, нсхбдя из получаемой разборчивости речи.
Д л я 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.
a“f-20.
(3.16)
Д л я диспетчерских передач ограничение допускается
еще большее:
L max= L z+ 15.
(3.17)
Наконец, для диспетчерских передач в условиях высо­
ких уровней шумов
Lmax==I^i~\~ 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 L max для
удаленной точки [см. (3.15) и (3.17)] находим требуе­
мое звуковое давление в паскалях в удаленной точке:
А Р= Ю
0.05 (L
—94)
тах
\
(3.19)
Д ля 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 = Р т Рr/rtV.,
(3.20)
151
*дё t *— расстояний от громкоговорителей до удаленной
точки; г « /; / — 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 Д тп ,
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
Асом = Anin \р,=р
^НоМ•
(2 -2 1 )
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
A p = 1 0 ° ,OS(tmi»~97),
а требуемое номинальное звуковое
стоянии 1 м от громкоговорителя
(3.22)
давление на рас­
P i = p rpd/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
p l = p Tprf>
( 3 .2 4 )
где d — ширина объекта.
1 Номинальным з в у к о в ы м да вл ени ем называют звуковое д ав л е­
ние, развиваемое громкоговорителем на расстояний 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).
Д л я зональных пространственных систем при озву­
чении радиальными громкоговорителями звуковое д ав­
ление определяется так же, как и для встречно рабо­
тающих громкоговорителей, но с учетом того, что д ав­
ление под громкоговорителем на его оси уменьшено
вдвое по отношению к горизонтальному излучению.
Распределенные системы
Распределенные системы из диффузорных
громкоговорителей. Д л я одиночной цепочки номиналь­
ное значение звукового давления, которое должен р а з­
вивать громкоговоритель для создания в удаленной
точке, может быть определено из (2.18)
Л = А
- , ( ^ .
(325)
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 + Л 2ц ) 1/2,
(3 .2 6 )
d — шаг цепочки; b — ширина площадки (расстояние
цепочки от противоположной ее границы ); k 0 — коэффи­
циент направленности громкоговорителя. Д л я двойных
цепочек номинальное звуковое давление (2.20)
< 3 '2 7 )
где ртах — максимальное требуемое звуковое давление
для продольной оси площадки на озвучиваемой поверх­
ности (см. рис. 2.9); г0= (0 ,2 5 6 2ц+/г2ц),Л; Ьц — расстоя­
ние между цепочками.
Распределенные системы из звуковых колонок. Д л я
одиночной цепочки из колонок номинальное давление
(2.21) при R (6 ) = 1 и г= л >
- м —е т ? -г- <3-28>
где rt = Y 62+ Лдг .
Д л я двух цепочек в соответствии с (2.23) при Ri —
~ / ? 2= 1 и г = г 0 звуковое давление
Р х ^ Р т а х [ 2л( 1 _ П^ 2) 1/2 ]
>
(3 '29)
где го= ( 0)2562ц+Л 2ц)1/2; ес — 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 «ими. Эти уровни (или квадраты звуковых
давлений) должны быть рассчитаны отдельно для каж до­
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.
Д л я 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. Д л я зональных пространст­
венных систем расчет проводится только для точек под
громкоговорителями, на стыке зон и в одной из сосед­
них зон под громкоговорителем. Д л я распределенных
систем точки выбираются как для сосредоточенных си­
стем, если площадь большая, и как для линейных зо ­
нальных систем, если площ адка небольшая.
Все расчеты ведут по методу координат. Д л я каж ­
дого громкоговорителя берется своя система координат
х, z и у, а затем определяются координаты и, w и & по
( 2. 10):
и = х cos а о + (zr—z)sin ao;
n y = x s in a o — (zr—z)cosao; v = y ,
164
(3.30)
где а 0 — угол наклона акустической оси громкоговори­
теля к горизонтали; г г—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 д авле­
ния в точке упора оси в озвучиваемую плоскость (2.7)
для / ? ( 0 ) = 1 и r2^=x2-\-h2
р20= р21/ ( ^ + Й 2),
а уровень L0= 10 lg р2о+94.
Уровень под звуковой колонкой (2.33)
(3.31)
L — L — lO lg 1 + * ”2/(1- ft*?- ,
0
&
(1+*„*)*
(3.32)
v
'
где X0= x 0/ h = c t g аоУровень под рупорным громкоговорителем (2.406)
L = L0 — 201g 1 +
*
*3,33*
Уровень в удаленной точке на проекции акустической
оси звуковой колонки (2.30)
L = ь . — 1 01 g ( 1 + х х *
о
5
+
(3.34)
- £ о ! ) / (1 , - £ в !1
( 1 + V )
’
где X 3= x 3/h.
Д ля рупорного громкоговорителя (2.39)
L=
0
- 20 lg ( 1 + x * > a+ № ~ *•>'8/(1 ~
&
(1+ ^,Л -)(1 + х 02)2
(3.35)
Координата точки максимального уровня для звуковой
колонки (2.28)
V
ев2*0________
___
1
+
(1
(3.36)
’
д ля рупорного громкоговорителя (2.41а)
:3 _ Г
L d ^ o !------ _ —
1 ].
(3.37)
155
Соответственно
колонки (2.26)
максимальный уровень
для звуковой
£ M= M - 1 0 1 g [ l + ( l + e 2B)X2o]
и д л я рупорного громкоговорителя (2.40а)
(3.38)
U = U + 20 lg { 0 ,5 [l+ (1—е2в)Х2о],/з}(3.39)
Точки, в которых уровень такой же, как и в точке упо­
ра оси, имеют координату д л я звуковой колонки (2.27)
2 ^ ------------ l ] ,
(3.40)
для рупорного громкоговорителя (2.416)
«■“
Д лина
(2.49)
эллипса
1 + (, _
озвучивания
^
■
для звуковой
а = 2 ( х 3 ------------ ^ -------- ) ,
\ 3
i + (i _*,*)*« ;•
( 3 -4 1 )
колонки
(3.42)
v
>
для рупорного громкоговорителя (2.52)
а— х
- (Х3 - х0) (1 + * ,» )/(! + Х А )
343
3
[1+ ( 1- « в 2) а д
■ 1
}
Соответственно для обоих типов ширина эллипса озву­
чивания (2.50) и (2.53)
ь=а[—&vT-
iSM
)
1
Из
(2.45)
и (2.46) следует, что для звуковой колонки
по линии, проходящей через точку упора осиперпенди­
кулярно к ней в озвучиваемой плоскости на расстоя­
нии v = y от оси,
L = L0 — 10 lg Г1 -j---------------у- ------------ 1,
0
&[ ^
(l-e ^ W + A * ) J
(3.45)
а для рупорного L = La — 201g| 1 А---------------—------------ 1.
I
(1 -е ,!)W + AJ) J
Д л я радиальных громкоговорителей из (2.55) уровень
на расстоянии х от точки подвеса громкоговорителя
L = U - 10 lg (1+0,36X 2),
(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
Д л я одийочной цепочкй йз диффузорнЫх громкого*
ворителей квадрат звукового давления и его уровень
из (2.16) соответственно равны:
? =
где р * =
рМ г = р :
[
-
(3 -4 7 >
; гв2= Л2+ х 0г\ г2 = й2+ х 2;
Г qU
Xq— координата точки
площадки х = Ь \
на противоположной
стороне
L = L ,+ 5 1 g ± t ^ -
(3.48)
(для учета некоторой направленности диффузорных
громкоговорителей под знак логарифма следовало бы
ввести в числитель квадрат коэффициента направлен­
ности k0 или вычесть из уровня величину 101g£o).
Д л я двойной цепочки диффузорных громкоговори­
телей целесообразно определять квадраты звуковых
давлений для каждой цепочки отдельно и затем сум­
мировать их и находить суммарный уровень:
p h = P 2o ( x ) + p h ( 2 b - x ) ,
(3.49)
где 2b — ширина площадки.
Соответственно суммарный уровень
Z.s = 1 0 1 g p 22 + 9 4 .
(3.50)
Д л я одиночной цепочки из звуковых колонок из (2.78)
уровень в заданной точке х от линии громкоговори­
телей
_ 51
*
(1 + х х и) * + ( Х - х , М 1 — л
&
(1 + - V ) 2
(351)
’
где X = x[h; X , = x j h ; L0= 101g j ^ ( l _ <>r2)]+ 9 4 .
В частных случаях уровень
уров
под цепочкой (2.76)
I = L0 — 51g- 1 + * „ 7 ( 1 — g„2)
(1 + * 02)2
’
максимальный (2.77)
L M= = L o + 5 1 g [ l + ( l - e 2B ) * 2o]-
(3 .5 2 )
Точка максимального уровня, как и д л я одиночной
колонки, определяется из (3.36). Д л я одиночной це157
почки из рупорных громкоговорителей (она редко при­
меняется) уровень в точке х из (2.81)
L = г - 101g , о + **о)2+ {х -х .т \ -
(3 53)
под цепочкой ( ^ = 0 ) (2.79)
L = L — lQ lg 1 +
L—
6
(l + *02)
(3.54)
максимальный уровень (2.80)
Lmax= L o + 10 lg{0,5 [ 1+ [ 1+ (1 - е \ ) Х*о] ■/.]}.
(3.55)
Точка максимального уровня определяется такж е
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)
AL
101g П + ( 1 - у ) * , Ч [ 1 + * . Р / ( 1 - У ) 1
ом
6
(1 -(- Х 02) г
(3 .5 6)
’ у
’
а на участке от точки максимального уровня до конца
площади (2.31)
Д£м з=
-lo ic n + n - ^ w n n + w - H ^ - ^ v n - * , * ) ]
ё
( 1 + * о 2) 2
(3.57)
Д л я цепочки из звуковых колонок множитель перед ло­
гарифмом заменяю т на 5:
Д£.м = 5 lg П + ( 1 - ^ ) З Д 1 . + ^ Д 1 т « Л 1 . (3.58)
( 1 -f- л 0 )
А^мз =
—
к ._
g
[1+
(1 — е в* ) Х 0* ] к 1 +
Х 3Х 0)* +
( Х 3 — Х 0) * / ( 1 — е в*>]
(1 + *о2)2
(3.59)
Неравномерность озвучения для одиночного рупор­
ного громкоговорителя на участке от точки подвеса до
158
точки максимального уровня (2.41в)
А^ом =
= 20 l g 0 .5 {| + 11 + (| “ + X ’V " ~ '
( 3-60)
и на участке от точки максимального уровня до конца
площади (2.42)
Д1м _ 2 0 1 g 0 , 5 i i ± I i
+ (Х, - * „ ) / ( ! - J ) ] .
(3 6 I)
X ( I + ^ o 2)
М аксимальная неравномерность для одиночной цепочки
диффузорных громкоговорителей (2.64)
A L = 5 1 g ( l + Z 20),
(3.61а)
где X 0= b J h cl.
Неравномерность озвучения для цепочки из звуко­
вых колонок в перпендикулярном направлении к аку­
стической оси на плоской озвучиваемой поверхности
(2.72)
AL, — 20 lg c th
\~2_ef 2 У " ]
(3.62)
и для диффузорных громкоговорителей (2.62)
ALZ= 20 lg cth
d
(3.63)
Проверка на эхо. После расчета уровней необходимо
провести проверку на эхо. Д л я отраженного звука не­
обходим расчет его уровней. Их определяют с помощью
тех ж е формул, которые использовались для расчета
уровней звука (см. § 3.4), и одновременно определяют
разность хода звуковых лучей
d = (х2+ у 2+ /г2) ‘A— (x2+ h 2) */..
(3.64)
С помощью рис. 1.3 определяют допустимость уров­
ней отраженного звука. Наиболее опасным в отношении
эха являю тся точки, леж ащ ие на проекции осей громко­
говорителя на наземную плоскость, причем более опасны
точки, леж ащ ие ближе к громкоговорителю, в частности
под ним. Поэтому целесообразно рассчитать уровень,
создаваемый громкоговорителем на удвоенном рас­
стоянии от громкоговорителя до отражающей стены. П е­
репад уровней равен разности уровня под громкоговори159
телем и уровнем отраженного звука, а разность хода
приближенно равна удвоенному расстоянию до отраж аю ­
щей стены. Проверка по рис. 1.3 покажет, насколько до­
пустимо такое соотношение перепада уровней и зап аз­
дывания отраженного звука.
Д л я определения возможности появления эха от дей­
ствия других громкоговорителей наклады ваю т звуковые
поля основного громкоговорителя и мешающего и опре­
деляю т 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 каж до­
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):
y M= d [ l + ( 2 f d ) (ЛГ2 + Д 2 ) ■/,]■/,.
(3.65)
Д л я 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 d = 20 м, то все громкоговори­
тели, отстоящие от основного менее чем на у м, счита­
ются полезными, а более у м — мешающими (за основ­
ной громкоговоритель принимают ближайший к рас­
сматриваемой точке). Д л я каждой точки суммируют
раздельно полезные и мешающие значения квадратов
звукового давления. Разность их уровней дает перепад
'МеПЬ
(3.66)
3.5. РАСЧЕТ И Н Д Е К С О В ТРАК ТА И В Ы Б О Р ТИ П А
М И К РО Ф О Н А
Расчет рационального и предельного индексов
тракта
Д л я 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)
Фрац= В а—5р,м-}*Д5г-}-6.
16Q
(3.67)
Здесь Яр.м — спектральный уровень речи у микрофона.
С учетом поправки уровня на расстояние оратора или
лектора от микрофона, спектральный уровень речи у
микрофона (2.87)
B P.M = B 'p + 2 0 1 g ( l/ r M),
(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)
Q k p = Qm~\~ALc.m— 12,
(3.69)
где A L CmM= L c—Lv,м — разность уровней, создаваемых
громкоговорителями в удаленной точке и у микрофона;
<7м — 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 ч а­
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 ч а­
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.
Д ля
построения нормированной
характеристики
тракта из справочников выписывают чувствительность
микрофона и громкоговорителя (в децибелах с произ­
вольным нулевым уровнем) на всех экстремальных точ11— 190
161
Т аблица
3.1
Пример расчета фактического индекса тракта
Значение параметра для средней частоты полос, Гц
Параметр
Чувствительность,
дБ.
микрофона
громкоговорителя
суммарная
Индексы тракта, дБ:
предельный
рациональный
фактический
1000
2000
4000
6000
— 2 ,0
0
0 ,3
— 1 ,7
0
0
— 0 ,4
— 1 ,0
- 1 ,4
— 5 ,0
3 ,0
- 2 ,0
— 4 ,0
1 ,0
— 3 ,0
— 9 ,2
- 8 ,9
— 15,9 — 14,9
— 10,6 - 1 2 , 2
— 8 ,9
— 16,8
— 1 2 ,2
250
500
— 3 ,5
— 2 ,0
— 5 ,5
— 1 0,8
— 1 5,2
— 14,8
- 9 ,4
- 9 ,2
— 8 ,8 — 11,8
— 1 0 ,9
- 9 ,2
П р и м е ч а н и е . 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 д ан ­
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.
й ,дБ
Р ис.
3.2.
И ллюстрация
частотной характеристики
ского индекса тракта:
расчета
фактиче­
500
1000
2000 т о ^Гц
0
1 — нормированная характеристика тракта
микрофон — громкоговоритель;
2 — фак-_ *л
тический;
3 — предельный и 4 — рацио- и
нальный индексы тракта; 9,7 дБ — сме­
щение нормированной характеристики
-2 0
Д ля 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 рацио162
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 к аж ­
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 к аж ­
дой частоты из значения предельного индекса тракта
следует вычесть значение нормированной чувствитель­
ности тракта. М инимальная из полученных разностей
суммируется со всеми значениями нормированной х а­
рактеристики. Полученная характеристика и является
частотной характеристикой фактического индекса трак­
та (см. табл. 3.1).
Д л я 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 максим аль­
но возможная (в заданных условиях) разборчивость ре­
чи. В тех диапазонах частот, в пределах которых ф ак­
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 х а ­
рактерные примеры.
3.6. РАСЧЕТ Р А ЗБ О Р Ч И В О С Т И Р Е Ч И
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
£р.м= В р + 2 0 lg ( 1/^м).
(3.70)
2. По заданному спектру и уровню акустических
шумов находим его спектральные уровни £ а (см.
табл. 3.5).
3. Интерполируем поправку АВсн, вычисленную ра­
нее для октавных частот на средние частоты полос рав­
ной разборчивости.
4. Интерполируем фактический индекс тракта Q M.c.
5. Все эти данные заносим в сводную таблицу.
6. Вычисляем спектральные уровни речи у слушате­
ля (2.85)
BP.c= BP.m+ Qm.c.
(3.71)
7. Вычисляем спектральные уровни помех (2.97)
В п = В Р'С—ДВс.п.
(3.72)
8. Суммируем спектральные уровни помех со спек­
тральными уровнями шумов (по интенсивности) (2.94)
вш= ва(+) Вп =
164
10 lg[ 10°’1Ва4- 100,,Ч
(3.73)
Это суммирование может выполняться по (2.95)
В т= В тах (~Ь) B min = В тах-{-АВ,
(3.74)
где АВ берем из табл. 3.2.
Таблица
3.2
Поправки для расчета суммарного уровня В ш по разности
уровней В п и В а
Вmax—
Вmiп* ДБ
АВ, дБ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3 ,0
2 ,5
2 ,1
1 ,8
1 ,5
1 ,2
1 ,0
0 ,8
0 ,6
0 ,5
0 ,4
12
1S
0 ,3 0 ,2
9. Вычитаем из спектрального уровня речи спектральный уровень суммарных помех и шумов, индекс на­
правленности слуха ДВГ (табл. 3.5) и получаем средний
уровень ощущения формант (2.96):
Е = В Р.С— В Ш.
(3.75);
10. По найденному уровню ощущения Е вычисляем
коэффициент разборчивости w (1.23) для 0 < £ < 1 8 д Б
ш = (£ + 6 )/3 0
(3.76)
или находим его точное значение по табл. 3.3.
Т аб л и ц а
3.3
Зависимость коэффициента разборчивости w от уровня
ощущения формант Е
Е, дБ
w, отн. ед.
Е, дБ
w, отн. ед.
Е, дБ
w, отн, ед.
— 12
— 11
— 10
—9
—8
—7
—6
—5
0 ,0 1
0 ,0 1 5
0 ,0 2
0 ,0 3
0 ,0 4
0 ,0 5
0 ,0 6
0 ,0 7 5
—4
—3
—2
—1
0
3
6
9
0 ,0 9 5
0 ,1 1
0 ,1 4
0 ,1 7
0 ,2 0
0 ,3 0
0 ,4 0
0 ,5 0
12
15
18
19
20
21
22
24
0 ,6 0
0 ,7 0
0 ,8 0
0 ,8 3
0 ,8 6
0 ,8 8
0 ,9 0
0 ,9 3
Все вычисленные значения заносим в сводную таб­
лицу.
165
Зависимость слоговой и словесной разборчивости, %, от разборчиво
A
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
л = 0,05 2 щ-
(3-77)
k=l
По формантной разборчивости определяем слоговую 5
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).
Д ля ориентировочного определения разборчивости
речи можно воспользоваться сокращенной методикой
расчета. Если спектры речи и шумов изменяются по ч а­
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 д иа­
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
Л = 0,05 \_ W \ —j—
3 2 ~|—4 tc? з —J—6 4—J—5tc?5 —J—
,
(3.78)
166
Таблица
3.4
сти ф орм ан т А
0 ,5 5
0 ,6 0
0 ,6 5
0 ,7 0
0 ,7 5
0 ,8 0
0 ,8 5
0 ,9 0
0 ,9 5
1 ,00
84
87
90
9 2 ,5
9 5 ,2
9 6 ,5
98
99
9 9 ,5
100
9 8 ,5
9 8 ,8
99
9 9 ,2
9 9 ,4
9 9 ,6
9 9 ,7
9 9 ,8
9 9 ,9
100
где w 1 — We — 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 В и определяются с учетом величины ограничения
Вот (см. табл. 1.7):
Вп.от==7?p.m“]“ Qm.c—L ot—АВ ц—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:
£ = 5 p . M-j-QM.c—АВог—В Шу
(3.80)
где £ ш= ВП0Г(+)Ва; Д £ог = ДВ0Г- ^ н . ; ALot (см. табл. 1.7).
3.7. РАСЧЕТ У Р О В Н Я
ЗВ У К О В О Г О
ПОЛЯ
П Е Р Е Д А Ч Е Р Е Ч И И ВЫ Б О Р А П П А РА ТУ РЫ
П РИ
ЗВУ К О У С И Л Е Н И Я
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.
Д ля этого расчета на каждой из расчетных частот
находят спектральный уровень речи у слуш ателя по
(2.82)
В р.с —
(3.81)
167
ю
со
Л д "Э
св
ГГ
&18 *
aС s и
§
-55
%
о
ю
т о ю
'COCDOO—
'^Г^ОСОЮГ^СЛ—
<СОЮГ^С5
—С|С^С1С|С0"с0С0т^ т}*т}*т^ т}*1ГЭЮЮЮЮ
OOOCD'^iN—OC50000t^mTf''^COCO<N^OC^
lOrt'Tt'Tt'TF^Tf'OOOOCOOOOOCOOOOOOOOOCOOOd
OOOOin^CO^OOONtOlfl^COfOWN^OOi
C O C O T f 'T f 'T f '^ fT f'^ f C O C O C O C O C O C O C O C O C O C O C O O l
ЮЮЮЮЮЮЮ^СОО!
WW—O>S0T}«C1OOO
TfT)<'e<TfTtirf’«t^^^^'T^TfCOCOCOrOCOCO(N
O
OCDN05 0 - - ^ - - 0 0 00)00<D'tCOOW
TfTf-^TflOiniOlDimClOlOlO^'^TfTf^TfOO
—'OOCD^Cq—OCDOOb-CDin^OOC^CN^OC^Oi
lO rfT ^T fT ^T fT fC O C O C O C O C O C O C C C O C C C O C O C M C i
168
0l00NC0^Ci-O0)00inc0NO(0rt<C0O0500
lOlOlDlCimOlOin^Tt-'t^^TfPOCOCOroCNKN
ЮОЮОЮОООЮООООООООООЮ
W * ^ ^ 0 5 C o " r f < N o 'o O S ( O i O ^ W » H
O O iO O N l O
«
RO
.
§Ч■« °*
0J о
ЮОЮОЮОЮОЮОООЮЮОЮООЮО
CDOCOOOCqoO^CSIOO—
'^fOiCJOCq-^Oit^^Cq
Cq^lDCDOOO)
—COIONO)-COCOO^<X)CONOO
^ ^ ^ -.^ ^ e q c ^ c sic o c o c o T M O c o
О Ю О Ю О О О О О О О О О О О О О О О О
C000Tr^l0C0N0005O(N^N^CDC0(N'tin<O
^^^_^_^_^_^^^_cqcqcqcqcocoTMOcDooco
равной
разборчивост и
'^'^'^OOCOOOOOOOO|<N<N<N<N<N<N<N — —' — —'
а) по полосам
ВспомогЯтёльикё Данные Для расчёта разборчивости речи
—
OOJO^OOOONNCOCDCDlOimOTf-^CNOOOlO
r>.|^C£)CDCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCOCDCDlOlO
ooooooooooooooo
e ’g g
§ ° \8
а2
<и о
я£
О ч
Kg
O l f l l O O O 0 C O - O O W 0 f O r f O C O W O 5 ^ O
C O C O O lO O O (N ^ C O O O O (N lO O O C ^ C D '-'N C O O
coT^cDt^Oi—'—— 'Cqcqcqcqcoco'^'^mt^
и I I I I I I I I и I I I I I I I I
О О Ю Ю О О О О О О О О О О О О О О О О
O f O C O O l f ] O 0 C O « - O O C q C O C O T f O C O i f l O ) r f
cqoo'e-cot^oocq^coooooqinoocqto-sco
^ ^ ^ „ ^ , NW C n1<NCOCO^tMO
-HCqcO^incONOOOO^CJCO^lOCONOOOJO
§а
Я
шЯv ош^<
9* £ о ‘и
u cqu
о
-Г
о>
оо
—Г см"
ю
f i t f - <1
a
о
§о
Ю
со
СМ
со
—
00 t>-
О
о>
00
О
00
ю
in
in
Tt«
о
т*<
Tt«
00
СМ
т*<
т»«
о
00
О
—
00
05
см
о>
со
со
со
—
со
in
00
о
оо
in
in
Tt«
in
*
о
щ
о
in
5
о
СО
оо
о
in in in
in Oo" in
CM
о
о
—
8 8
о
о
о
о
см
о
о
N.
т
1
о
о
N.
О
О
00
см
1
ю
1700-
о
00 Ь
*
3 5 0 - -7 0 0
175- -3 5 0
о
ю
см
3=г
оо
со
in
оо
см —« о
ю m
^ оо 05
см
щ
gau
&§
Н
я 5 я
Э ^°
т»« оо
оо
П< —
Tt«
со
N.
00
00
Щ
О
-*
о
о
00
см
N
8
§
о
о
8
о
о
со
ю
1
о
00
см
о
о
о
N.
1
я
я
8
£8
о.
с
* На расстоянии I м от рта с улетом составляющих ниже 200 Гц.
** 1—шумы на стадионе во врзмя гола. 2—тракторные шумы на 5 м. 3—л/мы жэлезлодэрэжного трааслорта. 4 -лумы гузяа ия на Двор­
цовой площади. Б—шумы в парке во время гуляния. 6—разговорные шумы. 7—щумы с бубнением.
*о
169
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. Д ля каждой из таких полос:
1. По спектральному уровню определяется относи­
тельная плотность интенсивности (по отношению к /о )
7 / / 0 = Ю°’1йрс.
(3.82)
2. Умножаем полученную плотность на соответст­
вующую ширину полосы (октавы А/ОКт или равной р а з­
борчивости Д/р). Ширина этих полос приведена в
табл. 3.5. И затем вычисляем относительную интенсив­
ность в полосах AIk=JhAfk- 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
Уровни интенсивности речевого сигнала
а) в полосах равной разборчивости
Средняя
частота,
Номер
полосы
Гц
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
265
400
535
680
825
980
1145
1320
1505
1700
УрОЕНИ
Lp. р. ДБ
6 6 ,6
6 5 ,3
6 3 ,0
6 0 ,6
5 8 ,3
5 6 ,0
5 4 ,3
5 2 ,6
51, 3
5 0 ,0
Номер
полосы
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Средняя
частота,
Гц
Уровни
^р.р» ДБ
4 9 ,4
4 8 ,8
4 8 ,3
4 7 ,7
4 6 ,6
4 6 ,3
4 6 ,2
4 6 ,1
4 6 ,3
4 6 ,6
1910
2140
2395
2685
3020
3415
3890
4370
5215
6320
б) в октавных полосах
Средняя
частота, Гц
125
250
500
1000
Уровни
^р. окт» ДН
Средняя
частота, Гц
6 4 ,3
6 7 ,9
6 6 ,9
61, 5
2000
4000
6000
П р и м е ч а н и е . Суммарный уровень равен 71 дБ.
170
Урозни
^р. окт» дБ
5 7 ,0
5 3 ,0
4 8 ,5
3. 6
После этого, суммируя интенсивности в полосах, по­
лучают общую интенсивность прямого звука (в величи­
нах / 0)
/п р //о = 2 Л /ь //о ,
(3.83)
L n p = 1 0 1 g (/np//o),
(3.84)
(*)
откуда находят его уровень
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
^ог (см. табл. 1.7), т. е.
У //0:= ю 0,1 <яр-с- * ог> _
(3.85)
3.
Определяем пиковый уровень звукового поля.
Д л я высококачественной передачи речи без примене­
ния компрессоров и ограничителей пиковый уровень
должен быть на 12— 15 дБ выше среднего, так как пикфактор 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.
£пик=£щ>+ (12ч-15).
(3.86)
Д л я расчета пиковых уровней прямого звука в слу­
чае ограничения уровней следует пользоваться форму­
лой
^пик= ^пр-{“77ог,
(3.87)
где Пот — пик-фактор ограниченного речевого сигнала
(см. табл. 1.7).
При сравнении полученного значения ЬПИК с вычис­
ленным ранее значением минимального уровня звука
L min (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 даж е
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).
Д ля 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).
П реобразуя это выражение, находим, что при условии
Хо^>\ (которое всегда выполняется в этих случаях)
необходимая направленность громкоговорителя опреде­
ляется при следующем эксцентриситете в вертикаль­
ной плоскости:
. , = [ 1 ------------ i -------- Г - 1 ---------- 22— . (3.88)
I
X,ЦХ, —А) J
где A = ajh\ 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= (&/п)2/а 2=
= (1—е2\ ) п 2 или е2п= ( п 2— l + e 2i) /п 2.
Следовательно, эксцентриситет эллипса направлен­
ности для громкоговорителей
В пределах эллипса направленности неравномерность
озвучения очень мала. А поскольку большая ось эллипса
озвучения обычно не превосходит 0,5лг0, т. е. по крайней
мере вдвое меньше расстояния до удаленного края
озвучиваемой зоны, то имеем X 0/A = X o / a = 2 f а из (3.88)
получаем, что
(1—е2в) Х 20= А / (Х0—А) = 1. П одстав­
л яя это значение в (2.40а), получаем
AL = 20 lg 0,5{1 + [ (1—е2в) Х 2о]11*}=20 lg 1,21 = 0,8 дБ.
Ш ирина озвучиваемой зоны определяется эксцентри­
ситетом направленности громкоговорителей и величи­
ной большой оси эллипса озвучения. Из (2.53) имеем
ширину этого эллипса
Если эксцентриситет эллипса направленности гром­
коговорителя в горизонтальной плоскости взять равным
значению для типовых рупорных громкоговорителей
(сг= 0 ,7 7 ) , то ширина эллипса озвучения будет Ь =
= а( 1—0,772) 1/а= 0,64а, и если в пределе а = 5*о, то 6 =
= 0,32, т. е около 1/3 расстояния до удаленного края
озвучиваемой зоны. М ожет оказаться, что ширина озву­
чиваемой зоны задана больше 1/Зл:о. 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 0Г= arctg (//2л:о), где I — ширина заданной зоны
озвучения. Из (2.13)
AL = 2 0 l g (8) = 20 lg
cos9'->
(3.91)
1
cos^ Вр
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.
Д алее 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). Зад аваясь 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 [ И ] , 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=В&.
И з (2.110) получаем уровень ощущения формант
Е = 5 Р.М+ QM.C— В а.
(3.92)
При этом коэффициент разборчивости определяется из
табл. 3.3 с учетом следующих обстоятельств: первое —
согласно, если (2.111)
5p.m“T*Qm.c—В0р-\-П0Т<^В&, 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)
Д ля озвучения дальних зон, находящихся на рас­
стояниях свыше 1 км во избежание акустической тени
приходится применять небольшую направленность в
вертикальной плоскости, причем чем дальш е находится
зона озвучения, тем меньшая требуется направленность
громкоговорителя. Д ля расстояний свыше 2—З к м доста­
точна направленность, соответствующая направленно­
сти типовых рупорных громкоговорителей в горизон­
тальной плоскости, т. е. ег= 0 ,7 7 . Т акая направленность
соответствует углу излучения ± 25°, в пределах которо­
го звуковое давление по отношению к осевому снижа­
ется не более чем в 1,4 раза. Д л я расстояний около
1 км достаточна направленность,
соответствующая
ев= 0 ,9 5 (угол излучения около ± 1 5 ° ). Ширина озву­
чиваемой зоны определяется, как и для более близких
зон, т. е. по неравномерности озвучения не более 6 дБ
(3.44). Д ля заданной ширины зоны можно определить
необходимую направленность
громкоговорителя из
(2.13), после несложных преобразований этого вы раж е­
ния для Д(0г) = 0 ,7
1 =
c ° s 6Г
0 ,7
395
cos 0Г — 0 ,7 cos2 0Г
где c o s 0Г= ----------- ^ -----по~1 / — ширина зоны.
1хо2+ (//2)2] /
Н
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).
Д ля получения заданной направленности, опреде­
ляемой размерами выходного отверстия рупора, и боль­
шой мощности излучения рупорные громкоговорители
снабж аю тся несколькими головками, работающими на
один рупор. Направленность громкоговорителя в гори­
зонтальной плоскости определяется такж е как и для
удаленных зон.
175
В остальном расчет ведется такж е 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 следую щ ие сл у­
чаи расчета звукофикации открытых пространств: звукофикация з е ­
леного театра; звукофикация концертных площ адок и лекториев на
открытом воздухе; звукофикация больших площ адей; звукоусиление
с движ ущ ихся машин; звукофикация малых площ адей; озвучение и
звукоусиление на большом стадионе; звукофикация зон отдыха;
озвучение выставки больших размеров; озвучение спортплощ адок;
озвучение длинных и широких улиц; озвучение узких улиц; озвуче­
ние тихих аллей; озвучение перрона ж елезн одорож н ой станции;
озвучение ж елезн одорож ны х путей (вагонных горок); озвучение
танцплощ адок; озвучение удаленны х зон; озвучение дальних зон
и др.
4.1. ЗВ У К О Ф И К А Ц И Я БО Л ЬШ О ГО ЗЕ Л Е Н О Г О
ТЕА ТРА
З адан и е. Рассчитать систему звукоусиления зеленого
театра, который располож ен 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 располож ен
на расстоянии 1 м от оркестровой ямы. Рам па сцены находится от
первого ряда на расстоянии 3 м. Ширина амфитеатра у сцены 25 м,
в середине 38 м и в конце — 50 м.
Д л я музыкальных программ и театральных представлений вы­
бираем сосредоточенную систему озвучения и зональную — для
речевых программ. Д л я сосредоточенной системы берем за основу
звуковые колонки 100K 3-13, номинальное звуковое давление которых
22 П а, эксцентриситет в вертикальной плоскости е в —0,984, в гори­
зонтальной ег = 0 ,9 1 .
Согласно табл. 2.1 необходим о создать на м естах слуш ателей
уровень звукового давления не менее 90 дБ . И з (3.31) находим
уровень на оси громкоговорителя на расстоянии 100 м от него для
одной звуковой колонки 100K 3-13
L = 2 0 1 g ( 2 2 /1 0 0 ) 4 - 9 4 = 80,8 дБ .
Если звуковые колонки сдвоить по высоте и ширине, то они
б у д у т давать уровень на 20 lg* 4 = 12 д Б больш е одной колонки ( p i =
= 4 * 2 2 = 8 8 П а ). Так как для театров громкоговорители располагают
по бокам сцены, то для двух-четырехколоночных систем общ ий у р о­
вень примерно на 3 д Б больше, т. е. около 95 д Б . И так, останав­
176
ливаемся на дв ух счетверенных звуковых крлонках 100K 3-13. Шири­
на амфитеатра равна 25 м, поэтом у расстояние м е ж ду колонками
берем равным 16 м, так как ширина сцены равна 16 м (что немного
больше 0,6 ширины теат р а). М естополож ение громкоговорителей б е ­
рем на линии рампы сцены.
Д л я сдвоенных по высоте звуковых колонок 100К3^13 эксцен­
триситет эллипса направленности из (1.56) или (3.89) для п —2
е в = (3—1-0,9842) 1/2/2 = 0 ,9 9 6 , а 1— е в3 = 0 ,0 0 8 .
Вы соту подвеса громкоговорителей находим из условия равенства
уровней п од громкоговорителями и в дальней точке, т. е. берем опти­
мальную высоту подвеса из (3.3):
h r = 100(1— е в2)У2= 8 , 9 м. С учетом высоты озвучиваемой поверх­
ности н ад земной, равной 1 м, будем иметь h = 10 м. Оси колонок
направляем на точки последнего ряда (на высоте 41 м) с расстоя­
нием м еж д у осями, равным 32 м.
Д л я сдвоенных по ширине звуковых колонок 100К З-13 направ­
ленность излучения определяется из (3.89) эксцентриситетом
e r = ( 3 - f 0 , 9 1 2)V2/ 2 = 0 ,9 7 8 и соответственно 1— ег2= 0 ,0 4 3 5 .
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. Н о если по х о д у рас-
Р и с . 4.1. План и разрез зеленого театра
2— 190
177
чета потребуется уточнить уровни в ряде других точек, то число их
м ож но увеличить.
П ервая точка находится в последнем ря ду театра на продоль­
ной его оси, поэтом у ее координаты следую щ ие: х = 1 0 0 м, «/= 16 м,
/ir= 1 0 — 4 1 = — 31 м. Определим уровень, создаваемы й в ней одним
громкоговорителем. Д л я этого сначала находим координаты эллип­
соида (3.30). Угол наклона оси колонки (см. рис. 4 .1 ).
a 0= a r c t g (— 3 1 / 1 0 0 ) = — 17,2°, откуда имеем:
cos а 0= 0 ,9 5 5 и sin а 0= — 0,296.
Численные значения координат:
« = 100 •0 ,9 5 5 + 3 1 • 0,296 = 104,7; v = 16;
я> =— 100*0,296+ 31 *0,955= 0.
Н аходим звуковое давление в этой точке (2.7)
88________________
Р ~ (1 0 4 ,7 2+ 1 6 2/ 0 , 0 4 3 5 + 0 ) 1/2 = 0 , 6 8 Па •
Это давление соответствует уровню L p = 20 lg 0 ,6 8 + 9 4 = 9 0 ,6 дБ . Д ля
д вух громкоговорителей этот уровень увеличится на 3 дБ и составит
93,6 дБ , т. е. с запасом по отношению к задан ном у минимальному
на 3,6 дБ .
Н айдем уровень для самой ближней точки на продольной оси
театра. Ее координаты следую щ ие: х = 3 м, « /= 8 м и hT= z T— г с=
= 10— 1 = 9 м. Следовательно, « = 3 - 0 ,9 5 5 — 9 * 0 ,2 9 6 = 0 ,2 ; и = 8; w =
= — 3 *0,296— 9 - 0 ,9 5 5 = — 9,5.
Следовательно, звуковое давление от одного громкоговорителя
88_______________
Р = ( 0 ,2 2 + 82/0 ,0 4 3 5 + 9 ,5 2/0 ,0 0 8 ) 1/2 = 0 ,7 8 П а’
т .е .9 1 , д Б ,
а для д вух громкоговорителей L2= 94,8 дБ . Близкий к максималь­
ному значению уровень получается примерно на расстоянии 65 м от
сцены на продольной оси театра. Координаты соответствующ ей точки
следующие:
х = 6 5 м; « /= 8 * 6 5 /1 0 0 + 8 = 1 3 ,2 м, Нг= — 12,6 м.
Следовательно, « = 6 5 * 0 ,9 5 5 + 1 2 ,6 * 0 ,2 9 6 = 6 5 ,8 ;
v = 13,2; w = — 6 5 Х
Х 0 ,2 9 6 + 1 2 ,6 - 0 ,9 5 5 = — 7,2.
Откуда для одного громкоговорителя звуковое давление
_____________________ 88
= 0 72 П
( 6 5 ,8 2 + 1 3 ,2 2/0 ,0 4 3 5 + 7 ,2 2/ 0 , 0 0 8 ) 1/2
’
3’
т. е. 91,1 дБ , а для д в ух громкоговорителей L3= 9 4 ,l дБ . Д л я точки
на краю амфитеатра на половине длины амфитеатра имеет следую ­
щие координаты: л— 50 м; «/i= 31 и «/2=7; Нг= 10— 1 6 ,9 = — 6,9. С оот­
ветственно имеем координаты согласно (3.30): « = 4 9 ,8 ; г;= 3 1 и 7
и w = — 8,2, откуда звуковое давление от первого громкоговорителя
(удаленного от оси театра)
и от второго (бли ж е к оси театра)
88
Па
/? 2 = (49 , 82 + 7 2 /0 ,0 4 3 5 + 8 ,2 2 /0 ,0 0 8 )1/2 ~
Суммарное
звуковое
давление
’8
f t = ( 0 ,4 8 2 + 0 ,8 2) ^ 2
= 0 ,9 3
Па,
а суммарный уровень 1,4= 93,4 дБ.
Определим уровень для точки под осью одного из громкогово­
рителей на расстоянии 65 м от сцены. К оординаты этой точки: х =
= 6 5 ; j/i= 2 6 ,4 ; # 2 = 0 ; ад = 12,6, откуда координаты эллипсоида: и =
= 65,8; ^1= 26,4; и2= 0 ; ад = 7,2. Следовательно, звуковое давление от
удаленного и ближ него громкоговорителей
рл=
У1
88
-------------------------------------------------------------гйг = 0 , 5 4 П а;
Г 65,82 + 2 6 ,4 7 0 .0 4 3 5 + 7 >2 7 0 , 0 0 8 ) 1/2
88
р 9 = -------------------------------------- -гттг — 0 .8 5 Па.
У2
( 6 5 , 8 2 + 0 + 7 , 2 7 0 ,0 0 8 ) 1/2
Суммарное звуковое давление и его уровень соответственно
f t = 1 , 0 1 ; £ 5 = 94, 1 д Б .
Д ля боковой точки на первом ряду амфитеатра координаты будут:
х = 3 , #i = 5, у 2 = 2 1 , hr = 1 0 . Соответственно им координаты эллип­
соида и = 0, о i = 5 и и2= 2 1 , ад = 9,5. Звук овое давление от обоих
громкоговорителей
88
Pl-'
Р2
/п +, 52/
e. , 0f t,0435
»,or +, п
И ,ллл,'1/2
(0
9 , 52/
0 ,0 0 8 ) 1 = ° > 81 И
(0 + 212/0 ,0 4 3 5 + 9 ,5 2/ 0 , 0 0 8 ) 1/2
°> 6 Па>
суммарное f t = 1, 01 Па и уровень L6 = 9 4 , l д Б .
И последняя точка (в углу на конце амфитеатра) имеет координа­
ты: х = 1 0 0 , # 1 = 4 1 , # 2 = 9 , Яг = 3 1 . К оординаты эллипсоида: и = 104,7;
D i= 31 и и2= 9 , ад= 0. П олучаем следую щ ие значения звуковых д а в ­
лений: # 1 = 0 ,4 П а и # 2 = 0 ,7 8 Па, суммарное f t = 0 , 8 8 П а. Уровень
в этой точке Ь7= 92,9 дБ.
Итак, получили следую щ ие значения уровней: 93,6 дБ; 94,8 дБ;
94,1 дБ; 93,4 дБ; 94,1 дБ; 94,1 дБ; 92,9 дБ . О тсю да неравномер­
ность озвучения (3.1)
A L = 94,1— 9 2 ,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 слож ен и возм ож ен с помощью ЭВМ
при разработке соответствующ ей программы.
Затухани е в в озд ухе на частоте 6000 Гц при влаж ности т ]= 6 0 %
и температуре 20°С (см. рис. 1.13) составляет A L = 1 ,4 дБ , что само
по себе невелико. Н а частоте 1000 Гц оно равно нулю. Э хо от взаим­
ного действия громкоговорителей не дол ж н о наблюдаться, так как
наибольш ая разность х од а звуковых волн от обоих громкоговорите­
лей меньше 16 м. П омехи от отраж енного звука отсутствую т, так
к'ак нет отраж аю щ их поверхностей.
179
Рис.
4.2.
Располож ение микрофона
относительно громкоговорителей
П роведем
проверку на обратную
связь. М икрофон 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 ; /1г= 8 , координаты эллипсоида:
и = — 3,3; v = 8, пу = 7,3. Суммарное зв у ­
ковое давление р = 1,1 Па и уровень
L M= 9 4 ,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— 1 2 = — 8 дБ ,
а максимальное значение оптимального
индекса тракта составляет для речи
10 дБ, и для музыки 12 дБ , т. е. зап ас по
усилению равен 2— 4 дБ. Таким образом ,
система устойчива. Н а низких частотах
направленность громкоговорителей мень­
ше, чем в среднем по диап азону, и по­
этом у такой запас будет гарантировать отсутствие сам овозбуж ден ия
тракта и на низких частотах.
Рассмотрим вариант зональной системы звукоусиления. Р асп о­
лагать громкоговорители по боковой линии амфитеатра нельзя из-за
возникновения эха. Например, в точке, отстоящ ей от средней линии
на 20 м, разность ход а звуковых волн от противоположно стоящ их
громкоговорителей с учетом высоты подвеса 7— 9 м будет состав­
лять (см. рис. 4.3,а) (45 2—
f-8 2) ll2— (5 2—
)—8 2) 1/2= 3 6 ,3 м, что соответст­
в у ет запазды ванию 107 мс, а разность уровней для ненаправленных
громкоговорителей A L = 2 0 1 g ( 4 5 , 7 /9 ,4 ) = 13,8 дБ . И з рис. 1.3 сле­
дует, что при запаздывании на 107 мс заметность эха появляется
ври разности уровней 11 дБ , т. е. будет небольшой запас по уров­
ням. Н о если в качестве громкоговорителя использовать звуковые
-колонки, направленность которых в вертикальной плоскости резко
уменьш ается с отклонением от оси громкоговорителя, то уровень
в ближайш ей точке к нему резко уменьшится и разность уровней
станет гораздо меньше 13,8 дБ . П оэтом у эхо будет заметным. Так
как
применять
ненаправленные
громкоговорители
для
таких
больших размеров площадки нельзя из-за малой громкости, то не
сл едует располагать громкоговорители по краям амфитеатра.
Р асполож им 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. Ш ирина зоны озвучения по продольной
•оси театра будет 12,5 м для дальней пары и по 25 м для остальных
-пар громкоговорителей. Зон а от сцепы д о расстояния от нее 12,5 м
сбудет подзвучиваться лишь ближайш ей к сцене парой громкогово­
рителей, так как основным источником звука там будет первичный —
гол ос оратора или лектора (поскольку зональная система не исполь­
480
зуется при передаче музыкальных програм м ). Высоту подвеса вы­
бираем 7 м (над головами слуш ателей, сидящ их на краю площадки
ам ф итеатра).
Рассчитаем уровни, создаваем ы е удаленной парой громкогово­
рителей. В качестве громкоговорителей берем звуковые колонки
5 0 К З -5 , они создаю т на расстоянии 1 м от центра излучателя у р о ­
вень 13,2 П а, т. е. 116,5 дБ . И х направленность характеризуется
эксцентриситетами ев= 0 ,9 8 4 и £г= 0 ,9 1 (1— е в2= 0 ,0 3 1 7 и 1— е т2=
= 0 ,1 7 2 ) . Д л я удаленной пары колонок угол наклона акустических
осей a 0= a r c t g ( 7 /2 5 ) = 1 5 ,6 4 . Следовательно, sin а 0= 0,27; c o s a 0=
= 0 ,9 6 3 . Р асстояние д о слуш ателей, сидящ их на боковых местах,
г0= ( 2 5 2-1-72) 1/2= 2 6 м. Снижение уровня при изменении расстояния
с 1 д о 26 м A L = 2 0 lg 2 6 = 2 8 ,3 дБ , поэтому у этих слуш ателей уро-
Р и с.
4.3.
Зо­
нальная
систе­
ма озвучения з е ­
леного театра:
а)
проверка
на
эхо;
б)
общий
вид
р аспол ож е­
ния
громкого­
ворителей
зел е­
ного театра:
181
вень L = 116,5— 2 8 ,3 = 8 8 ,2 дБ , т. е. близко к реком ендуемому в случае
передачи речевых программ при небольших уровнях шумов.
Рассчитаем уровни поля от одной колонки для следую щ их т о ­
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 п од ее осью.
П о д колонкой имеем координаты: х = 0 ; */=0; hr = 7 . С оответ­
ственно им координаты эллипсоида: м = 0 —1-7-0,27 = 1,89; w = 0 — 7Х
X 0 ,9 6 3 = — 6,74; а = 0 , поэтому звуковое давление п од колонкой
Р=
__________13^ _________
О.вЭЗ + бД^/О.ОЗ!?)1/2 "=0,35 П3’
что соответствует уровню L — 84,8 дБ , а для д вух колонок р =
= 87,8 дБ , т. е. на 0,4 дБ меньше, чем на оси колонки.
Д ля точки на середине м е ж д у парами колонок координаты
х = 0 , */= 12,5 и /*г= 7 , следовательно, а = 1 2 ,5 , а координаты и и w
остаю тся прежними.
Звуковое давление от одной колонки
и = ------------------------------------------- T7^ = vj,^/ на.
( 1 ,8 9 2 + 12, 52/ 0 , 1 7 2 + 6 , 742/0 ,0 3 1 7 ) 1/2
что соответствует уровню L — 82,7 дБ . А так как в этой точке д ей ­
ствуют четыре колонки, то общий уровень равен 88,7 дБ , т. е. на
0,9 д Б выше, чем под колонками.
Д ля точки п од следую щ ей парой колонок х = 0 ; * /= 25 и hT— 7,
поэтом у звуковое давление от одной колонки р = 0 ,1 9 П а 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) L = 8 7 ,8 (-[-) 8 5 ,4 = 8 9 ,8 дБ , т. е.
на 89,8— 8 8 ,2 = 1 ,6 дБ выше, чем на краю амфитеатра. Н о и там от
действия соседней пары колонок уровень несколько повысится.
Д ля точки с координатами х = 2 5 ; */= 2 5 и hT— 7 получаем сле­
дую щ ие координаты эллипсоида: **=26; v = 2 5 и w = 0. П оэтом у зв у ­
ковое давление от одной колонки р = 0,2 П а, а уровень L = 8 0 ,l дБ .
От двух колонок уровень L = 8 3 ,l дБ . Он добавится к уровню от
«своей» колонки и получится суммарный уровень L —88,2 (~\~) 83,1 =
= 89,3 дБ.
Наконец, в точке п од акустической осью колонки на 12,5 м от
точки ее подвеса имеем координаты х = 1 2 ,5 , * /= 0 и /*г= 7. О ткуда
получаем **=13,8; я = 0 и w — 3,37. Следовательно, звуковое давл е­
ние р = 0 ,5 6 П а, а уровень L— 89 дБ . Он немного повысится от д ей ­
ствия соседней колонки. В общ ем получается, что уровень в различ­
ных точках рассматриваемой зоны находится в пределах 88,8 д Б ±
± 1 дБ.
Определим уровни, создаваемы е ближайшей к сцене парой ко­
лонок, на первом ряду, так как в других точках своей зоны уровни
примерно такие ж е, как и для дальней пары колонок (немного
выше, так как расстояние д о края амфитеатра для них будет мень­
ше, чем для удаленной пары колонок).
И нтерес представаляет только точка на краях первого ряда,
поскольку середина ряда хорош о обслуж ивается непосредственно
оратором или лектором. Итак, имеем координаты: х = 1 2 ,5 ; */=25;
/*г= 7 . Угол наклона акустической оси колонки a 0= a r c t g (7 /1 2 ,5 ) =
= 2 9 ,2 ° , sin 2 9 ,2 °= 0 ,4 9 ; cos 2 9 ,2 °= 0 ,6 7 . Координаты эллипсоида: **=
182
= 11,8; v = 2 5 и 10= 0. О ткуда звуковое давление р = 0 ,2 1 П а, а у р о ­
вень / ,= 8 0 ,6 д Б , т. е. приблизительно на 9 дБ ниж е среднего. Этот
уровень следует повысить, например, подвеской звуковых колонок
около краев первого ряда. В качестве таких колонок мож но взять
колонки типа 2К З-6, даю щ ие звуковое давление 3,8 П а по оси на
расстоянии 1 м от центра колонки. При высоте 7 м их подвеса над
головами слуш ателей звуковое давление на оси будет р = 3 ,8 /7 =
= 0 ,5 4 П а, т. е. уровень L = 88,6 дБ . С учетом небольш ого д обав л е­
ния от действия основных громкоговорителей это дает средний
уровень.
О бщ ая электрическая мощность системы составит 8 X 5 0 4 - 4 =
= 4 0 4 Вт, а для сосредоточенной системы требуется 2 X 1 0 0 X 4 =
= 8 0 0 Вт. Н о зональная система годится только для передачи речи.
П роведем проверку зональной системы на эхо. Оно возм ож н о
только под громкоговорителями от действия соседней пары громко­
говорителей. Д л я этой точки имеем координаты: х = 0 , */= 25 и hv—
= 7 , откуда координаты эллипсоида: и = 1 ,7 9 ; 10=6,74. Следовательно,
уровень буд ет ниж е осевого на A L = 2 0 lg (1 /2 6 ) [ l,8 9 2-f-252/0 ,1 7 19—f+ 6 ,7 4 2/0 ,0 3 1 7 ]V 2= 8 , 8 дБ , а разность х од а A r = (2524 -7 2)V2— 7 = 19 м,
откуда время запазды вания А т = 5 6 мс. Согласно рис. 1.3 (кри­
вая III) эхо не создает мешающ его действия.
П роверку на устойчивость системы не проводим, так как обрат­
ная связь в условиях применения зональной системы в сравнении
с централизованной будет гор аздо меньше.
Расчет разборчивости речи проведем для точки с минимальным
уровнем, т. е. для L = 87,8 дБ . Шумы во всех случаях будут только
речевого типа, но их уровень м ож ет изменяться (в зависимости от
заинтересованности слуш ателей исполняемой программы от 50 д о
70 дБ — разговоры многих слуш ателей). В среднем превышение ср ед ­
него уровня передачи н ад ш умами 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
тож е около 0,4, слоговая (см. табл. 3.4) 69 %, а словесная 96 %, то
получим хорош ую понятность речи (см. табл. 1.3).
4.2. ЗВ У К О Ф И К А Ц И Я К О Н Ц Е РТ Н О Й П Л О Щ А Д К И
И Л Е К Т О Р И Я Н А ОТКРЫ ТОМ В О ЗД У Х Е
Задани е. Рассчитать систему звукоусиления концертных
программ на открытой площ адке парка со сценой в виде раковины
(рис. 4 .4 ). Размеры сцены: ширина 10 м, высота пола сцены 1 м.
П лощ адка имеет размеры: ширина 20 м, расстояние от сцены д о
первого ряда 3 м, д о последних мест — 40 м. Концертная площадка
мож ет быть часто использована для проведения лекций и докладов.
Д л я звукоусиления музыкальных программ выбираем централи­
зованную систему в виде д в ух мощных звуковых колонок, распо­
лож енны х по краям сцены, т. е. с промеж утком м е ж ду ними 10 м
(что несколько меньше 0,6 ширины площ адки). П о типовым требо­
ваниям для звукоусиления музыки требуется минимальный уровень
на удаленны х местах не менее 95 д Б , что соответствует звуковому
давлению 1,12 П а. Поскольку работаю т две колонки, то одна ко­
лонка долж н а создавать давление 1 ,1 2 /1 ,4 1 = 0 ,8 Па. А на расстоя­
нии 1 м от колонки дол ж н о быть давление 0 ,8 X 4 0 = 3 2 П а. Такую
колонку не выпускают. Возьмем сдвоенную колонку типа 100K 3-13.
Она развивает давление 44 П а, что с озд ает запас по уровню на
183
20 lg (4 4 /3 2 ) = 2 ,8 дБ , т. е. уровень достигнет 97,8 дБ . Данны е такой
звуковой колонки по направленности: в г= 0 ,9 1 ; (1 — вг2= 0 , 172) и
е в= 0 ,9 9 8 (1 — е в2= 0,004). П одбираем высоту подвеса из расчета ми­
нимальной неравномерности озвучения (3 .3 ). Такая высота равна
4,5 м н ад уровнем земли и 3,5 м н ад уровнем головы сидящ их сл у­
шателей. Высота сдвоенной колонки 100K 3-13 составляет 2,56 м,
поэтом у от нее д о зоны озвучения расстояние дол ж н о быть не менее
2 ,5 6 X 3 = 7 ,7 м, что по горизонтали — около 7 м. При меньшем рас­
стоянии от громкоговорителей будут искажения. Н аходим угол п од ­
веса колонок a o = a r c tg (3 ,5 /4 0 ) = 5 ° . Это минимально допустимый
о Конт рольны е
т очна
ЗдукоВы е колонна
40м
К
П осл ед н и й , р я д
Зм^ПерВый р я д
13
■ - р —
[2 6
— о— -ч>---------95.5
95,3
< 9ъ5 ,3к - 95,1
г
' и
9 4,1 д Б^95,5д Б
10 _
~ 98,7
— 1J l
97.4
11
~ 9 f,f
12
-Ch9 7 ,6 д Б
97.5
f6
9 6 ,2 д Б
Р и с . 4.4. План и разрез концертной площадки и лектория (по­
казаны номера точек расчета уровня и величины уровней в д ец и ­
белах при сосредоточенной системе озвучения)
угол подвеса. Д л я него sin 5 ° = 0 ,0872; c o s 5 ° = 0 ,9 9 6 . Н айдем уровни
звукового поля в наиболее характерных точках концертной площ ад­
ки. Выбираем точки со следую щ ими координатами: х = 3 ; 7; 20; 40;
у = 0; 5; 10 ; 15 и Лг= 3 ,5 .
Н аходим координаты по осям эллипсоида и и w (3.30):
и = 3 -0,996+3,5 -0,0871=3,29; ю = 3 .0,0782—3,5-0,996=—3,22;
и = 7 -0,996+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; ю=20-0,0872—3,5-0,996=— 1,74;
« = 2 0 -0,996+3,5 -0,0872=40,15; ш =40 -0,0872—3,5-0,996=0.
Вычислим выражения а = и 2+до2/0,004:
а ,= 3 •292+ 3 -222/0 ,004=2602,9; «2= 7,284-2,882/0,004=2126,6;
а3= 20,232+ 1 ,7 4 2/0,004= 1166,2; «4=40,154-0=1612.
И з (2.4) и (2.7) рассчитаем уровни во всех 16 точках:
L i= 1 0 lg [442/ ( 2 6 0 2 ,9 + 0 ) ] + 9 4 = 92,7 дБ;
184
L 2= 10 lg
7,3= 10 lg
7 ,4 = 1 0 lg
L5= 10 lg
7,6= 1 0 lg
L 7= 1 0 l g
L g = 1 0 lg
L9= 10 lg
L10= 10 l g
L \ \ = 10 lg
L \ 2 = 10 lg
L 13= 10 lg
Lu = 1 0 1 g
L15= 10 lg
L 16= 1 0 lg
[44 2 / (2 6 0 2 ,9 + 5 2 /0 ,1 7 2 ) 1 + 9 4 = 9 2 ,5 дБ;
[4 4 2 /(2 6 0 2 ,9 + 1 0 2/ 0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 91,8 дБ;
[4 4 2/ ( 2 6 0 2 ,9 + 1 5 2/ 0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 9 0 ,9 дБ;
[ 4 4 2 / ( 2 1 2 6 ,6 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 3 ,6 дБ;
[ 4 4 2 /(2 1 2 6 ,6 + 5 2 /0 ,1 7 2 ) 1 + 9 4 = 9 3 ,3 дБ;
[4 4 2 /(2 1 2 6 ,6 + Ю 2 /0 ,1 7 2 ) ]+ 9 4 = 9 2 ,5 дБ;
[4 4 2 /(2 1 2 6 ,6 + 1 5 2 /0 ,1 7 2 )1 + 9 4 = 9 1 ,5 дБ;
[ 4 4 2 / ( 1 1 6 6 ,2 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 6 ,2 дБ;
[4 4 V (1 1 6 6 ,2 + 5 2 /0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 9 5 ,7 дБ;
[ 4 4 2 /( 1 1 6 6 ,2 + 1 0 2 /0 ,1 7 2 ) ]+ 9 4 = 9 4 ,4 дБ;
[44 2/ ( 11 6 6 ,2 + 1 5 2 /0 , 17 2 )] + 9 4 = 9 2 ,9 дБ;
[ 4 4 2 /( 1 6 1 2 + 0 ) 1 + 9 4 = 94,8 дБ;
[442/ ( 1 6 1 2 + 5 2/ 0 ,1 7 2 ) l + 9 4 = 9 4 ,4 дБ;
[ 4 4 2 /( 1 6 1 2 + 1 0 2 /0 ,1 7 2 )1 + 9 4 = 9 3 ,5 дБ;
[442/( 1 6 1 2 + 1 5 2/ 0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 9 2 ,2 дБ .
С уммируем уровни от обоих громкоговорителей по (2.94) на краю
площадки:
L {j = 92,5 ( + ) 9 0 ,9 = 9 2 ,5 + 2 ,3 = 9 4 ,8 дБ;
L lz= 9 3 ,3 ( + ) 9 1 ,5 = 9 3 ,3 + 2 ,2 = 9 5 ,5 д Б;
L 13= 95,7 ( + ) 9 2 ,9 = 9 5 ,7 + 1 ,9 = 9 7 ,6 дБ;
L 14= 9 4 , 4 ( + ) 9 2 , 2 = 9 4 ,4 + 2 = 9 6 ,2 дБ.
Н а проекции оси громкоговорителей:
L21= 92,7 ( + ) 9 1 ,8 = 9 2 ,7 + 2 ,6 = 95,3 дБ;
7,22= 93,6 ( + ) 9 2 ,5 = 9 3 ,6 + 2 ,5 = 9 6 ,1 дБ;
7,23=96,2 ( + ) 9 4 ,4 = 9 6 ,2 + 2 ,2 = 9 8 ,4 дБ;
7,24= 9 4 ,8 ( + ) 9 3 ,5 = 9 4 ,8 + 2 ,7 = 9 7 ,5 дБ.
Н а осевой линии площадки:
7,31= 9 2 , 5 + 3 = 9 5 ,5 дБ;
7 ,8 2 = 9 3 ,3 + 3 = 9 6 ,3 дБ;
7,зз= 9 5 ,7 + 3 = 9 8 ,7 дБ;
7,34= 9 4 , 4 + 3 = 9 7 ,4 дБ.
П олучилась небольш ая неравномерность (98,7— 9 4 ,8 = 3 ,9 д Б ). А если
исключить первый ряд (7 ,ц = 9 4 ,8 д Б ), который дол ж ен озвучивать­
ся непосредственно со сцены, то неравномерность уменьшится до
98,7— 9 5 ,5 = 3 ,2 дБ . Н о при такой системе не выполняется условие
слабой озвученности первых рядов при усилении музыки. О днако
она годится в случае передачи певцов и ораторов со слабым голо­
сом, а такж е 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, озвучивающ их
только ближнюю зон у 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 а 0=
= a r c t g [ 5 / 4 0 ] = 7 , 1 о, sin (7,1°) = 0 ,1 2 4 ; cos (7 ,1 °)= 0 ,9 9 2 . Н айдем уров­
185
ни звукового поля в точках с координатами: х = 3 ; 7; 20; 40; */=
=0; 10; 20; /ir=5.
Н аходим координаты и и w (3.30):
и— 3 •0 ,9 9 2 + 5 -0 ,1 2 4 = 3,596; w = 3 .0 ,1 2 4 — 5 •0 ,9 9 2 = — 4,588;
и —7' 0 ,9 9 2 + 5 • 0 ,1 2 4 = 7 ,5 6 4 ; w = 7 • 0,124— 5 •0 ,9 9 2 = — 4,092;
м= 2 0 • 0 ,9 9 2 + 5 -0 ,1 2 4 = 2 0 ,4 6 ; ш = 20• 0,124— 5• 0 ,9 9 2 = — 2,48;
а = 4 0 •0 ,9 9 2 + 5 *0,124= 40,3; ш = 40 •0,124— 5 • 0 ,9 9 2 = 0 ;
отсю да a— u2-\-w 2/ 0,004:
ai = 3,5962+ 4,5882/0 ,0 0 4 = 5275;
а 2= 7 ,5 6 4 2+ 4,0922/0 ,0 0 4 = 4243;
а3= 2 0 ,4 6 2+ 2 , 4 8 2/0,0 0 4 = 1956; а4= 4 0 , 3 4 - 0 = 1624.
Н аходим уровни для 12 точек:
Li = l0 lg [442/ ( 5 2 7 5 + 0 ) ] + 9 4 = 8 9 ,6 дБ;
L 2= 10 lg [442/ ( 5 2 7 5 + 1 0 2/0 ,1 7 3 ) ] + 9 4 = 8 9 ,2
L 3 = 1 0 1 g [442/ ( 5 2 7 5 + 2 0 2/ 0 , 17 2 )] + 9 4 = 88,1
L 4= 1 0 1 g [442/ ( 4 2 4 3 + 0 ) ] + 9 4 = 9 0 ,6 дБ;
JL5= 1 0 lg [ 4 4 2 /(4 2 4 3 + 1 0 2 /0 ,1 7 2 )1 + 9 4 = 9 0 ,0
£,6= 1 0 lg [442/ ( 4 2 4 3 + 2 0 2/ 0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 8 8 ,7
L7= 1 0 lg [ 4 4 2 /( 1 9 5 6 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 4 ,0 дБ;
£ ,8 = 1 0 lg [442/ ( 1 9 5 6 + 1 0 2/ 0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 9 2 ,8
L 9 = 10 lg [442/( 1 9 5 6 + 2 0 2/0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 9 0 ,6
£ ,ю = 1 0 lg [ 4 4 2 /( 1 6 2 4 + 0 ) 1 + 9 4 = 94,8 дБ;
£-ii = 10 lg [442/ ( 16 2 4 + 1 0 2/ 0 , 172) ] + 9 4 = 9 3 ,4
L 12= 1 0 lg [442/( 1 6 2 4 + 2 0 2/0 ,1 7 2 ) ] + 9 4 = 9 0 ,9
дБ;
дБ;
дБ;
дБ;
дБ;
дБ;
дБ;
дБ.
Суммируем уровни от обоих громкоговорителей.
Н а оси громкоговорителей (на краю площ адки):
L n = 89,6 ( + ) 8 8 ,1 = 8 9 ,6 + 2 ,3 = 9 1 ,9 дБ;
L 12= 9 0 ,6 ( + ) 8 8 ,7 = 9 0 ,6 + 2 ,1 = 92,7 дБ;
L 13= 9 4 ( + ) 9 0 , 6 = 9 4 + 1 ,7 = 9 5 ,7 дБ;
L H= 9 4 ,8 ( + ) 90,9 = 9 4 ,8 + 1 ,5 = 9 6 ,3 дБ .
Н а осевой линии площадки:
L21= 8 9 , 3 + 3 = 9 2 ,3 дБ;
L22= 9 0 ,0 + 3 = 93,0 дБ;
L23= 9 2 , 8 + 3 = 95,8 дБ;
L 24 = 9 3 ,4 + 3 = 9 6 ,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 д Б ниж е требуем ого (95 д Б ), но это не играет роли,
так как здесь уровень еще дополняется непосредственно от исполни­
телей. Расчет показывает, что уровень 95 д Б достигается на рас­
стоянии 15 м от сцены.
Эхо в данной системе не возникает, так как расстояние от гром­
коговорителей д о слуш ателей на краю первого ряда (5 2+ 3 2+ 2 0 2) —
— (52+ 3 2) 1/2= 1 5 м, т. е. меньше минимального эхового расстоя­
ния (17 м ).
Д л я исключения обратной связи громкоговорители экранирова­
ны стенками раковины. П роведем проверку на сам овозбуж ден ие
186
в отсутствие этой экранировки. К оординаты микрофона: х = 0 ; # = 1 0 ;
Лг= 3 . О ткуда и = 3 - 0 ,1 2 4 = 0 ,3 8 4 ; w = — 3 • 0 ,9 9 2 = — 2,976 и уровень
442
L = . Ю Ь -----------------------------------------------------------+ 9 4 = 9 2 ,1 дБ,
ё 0 , 3842 + 102/ 0 , 172 + 2 ,9 7 6 2/0 ,0 0 4
от двух громкоговорителей уровень равен 95,1 дБ.
П редельный индекс тракта Q Mc .n p = 9 6 ,4 — 9 5 ,1 + 6 — 1 2 = 4 ,7 дБ ,
т. е. будет запас около 5 — 6 дБ (6 дБ соответствует боковом у при­
ему кардиоидного микроф она). Т ребуемая мощность равна 400 Вт.
Д л я звукоусиления речей м ож но использовать рассчитанную
выше систему, но она слишком мощ ная для этого случая. Конечно,
м ож но работать с мощностью в 3— 4 раза меньшей и обеспечить
достаточные уровни для слушания докладчиков и лекторов. Все ж е
следует иметь и отдельную более экономичную систему для этого
случая.
( 1
Зм,
Озбичибаемая поверхность
' 4 - 1 - 4 /
4-
1
-4-
5i
10м
■А
v 1А.
ЧZ-Л Ч
^. _
91,6 90,4дБ
87А
„
L.
I
i
8 4 ,8
11-й ряд
Г
I ту
т—г
5
C\J
92>~3 90’ 8
у7
у7
Y7
с 7J
ш
—s------------------------------------------------- ^
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 площ адке акустические шумы
могут достигать 65 дБ (разговоры слуш ателей), поэтому уровень пе­
редачи (3.15) долж ен быть около 90 дБ . Н а середине площадки
действую т два громкоговорителя (с обеих стор он), поэтому уровень
от одной колонки долж ен быть около 87 дБ . Расстояние от колонки
до середины площадки около 10 м, следовательно, на расстоянии
1 м от колонки уровень дол ж ен быть: L = 8 7 + 2 0 lg 1 0 = 1 0 7 дБ , т. е.
звуковое давление / 7= 4,5 П а. Ближ айш ее значение звукового д а в ­
ления дает звуковая колонка типа 2К З-6. Ее параметры: # 1= 3,8 Па;
полоса 300— 7000 Гц (для речи вполне достаточная); е в= 0 ,9 2 ; ег=
= 0 , 5 ( 1 — е в2= 0 ,1 5 4 ; 1— е г2= 0 ,7 5 ) .
187
И з (3.12) находим высоту подвеса громкоговорителей н ад сл у­
ш ателями hT— (0, 3 -4- 0 ,5) •2 0 (0 ,1 5 4 )1/2= 2 ,3 5 -f-3 ,9 2 м, берем высоту
подвеса 3 м (над землей это составит 4 м ). П олучаем угол подвеса
a 0= a r c t g 3 /1 0 = 1 6 ,7 ° ,
соответственно
sin 1 6,7°= 0,287;
cos 1 6 ,7 °=
= 0,958.
Рассчитаем координаты и и w для координат х = 0 ; 10; 20; у = 0
и hr = 3:
м= 0 + 3 • 0 ,2 8 7 = 0 ,8 6 1 ;
w = 0— 3 • 0 ,9 5 8 = 2 ,8 7 4 ;
и — 10 -0 ,9 5 8 + 3 - 0 ,2 8 7 = 10,441; w = 10-0,287— 3 -0 ,9 5 8 = 0 ;
и = 2 0 • 0 ,9 5 8 + 3 • 0 ,2 8 7 = 2 0 ,0 2 1 ; w = 2 0 • 0,287— 3 •0 ,9 5 8 = 2 ,8 6 6 .
Соответственно а = м 2+ ш 2/0,154;
^ = 0 ,8 6 1 2+ 1 • 8742/ 0 , 154 = 54,38; а2= 10,4412+ 0 = 109,0;
а з = 2 0 ,0 2 12+ 2 ,8 6 6 2/ 0 , 154 = 454,2.
Уровни под громкоговорителем и на середине площадки по оси гром­
коговорителей без учета соседних пар громкоговорителей
Li, 3= 1 0 1 g [ 3 ,82(1 /5 4 ,3 8 + 1 /4 5 4 ,2 )] + 9 4 = 8 8 ,7
L2= 1 0 1 g [3,82(2 /1 0 9 ) ] + 9 4 = 8 8 ,2 дБ .
дБ;
И з (3.14) определяем шаг цепочки d. При высоте подвеса 3 м
d = 2 - 3 = 6 м. Следовательно, необходим о взять шесть пар звуковых
колонок. Ш естую пару целесообразно расположить в дальних углах
площадки, а первую — на расстоянии 10 м от сцены. Так как пер­
вый ряд располож ен на расстоянии 3 м от сцены, то он ещ е будет
в зоне действия этой пары колонок с несколько пониженным уров­
нем из-за того, что со стороны сцены к этом у уровню не будет д о ­
бавляться уровень от действия соседних колонок. Определим ур ов ­
ни, создаваем ы е парами колонок в стороне от акустической оси на
расстоянии 3 и 6 м от ее проекции на площ адку, т. е. для коорди­
наты у = 3 и 6 . Имеем для у —3 и х = 0 (на краю площадки)
Z-i = 10 lg [ 3 ,82/ (5 4 ,3 8 + 3 2 /0 ,7 5 )] + 9 4 = 8 7 ,4 дБ;
для у —6 и х = 0
1 .2 = 1 0 lg [3 ,8 2 /(5 4 ,3 8 + 6 2 /0 ,7 5 )1 + 9 4 = 85,5 дБ
и для у = 3 и 6 при * = 1 0 (на оси площадки)
£ .з= 1 0 lg [3 ,8 2 /(1 0 9 + 3 2 /0 ,7 5 ) ] + 9 4 = 8 4 ,8 дБ;
Z.4= Ю lg [3,82/ ( 10 9 + 6 2 /0 ,7 5 )] + 9 4 = 8 3 ,6 дБ .
Н айдем суммарные уровни с учетом действия соседних пар коло­
нок. Д ля второй, третьей, четвертой и пятой пар колонок уровень
под громкоговорителями складывается из уровня от «собственной»
пары колонок и действия д в ух соседних пар:
Z cyM= 8 8 , 7 ( + ) ( 8 5 ,5 + 3 ) = 9 1 ,6 дБ . Д л я тех ж е колонок уровень
на краю площ адки м еж д у громкоговорителями (х ^ = 0 и у = 3 )
L K= 8 7 ,4 + 3 = 9 0 ,4 дБ .
Уровни на оси площадки по оси колонок складываются из уровня
«собственной» пары колонок и двух соседних:
U = 8 8 ,2 ( + ) (8 3 ,6 + 6 ) = 9 2 ,3 д Б ,
и уровень на оси площадки м е ж д у громкоговорителями ( у = 3)
£ 0.м = 84,8+6= 90,8 дБ.
188
Итак, для второй — пятой пар колонок уровни б уд ут находить­
ся в пределах 92,3— 90,4 дБ . Неравномерность получилась менее*
2 дБ . Н а последнем ря ду уровни буд ут немного ниже, так как д о ­
бавляется действие только пятой пары колонок и вместо L = 91,6 д Б
будет уровень L = 88,7 (-(-) 8 5 ,5 = 8 9 ,4 дБ.
Д л я первого ряда эти уровни (см. выше для у = 7) следую щ ие:
на краю площадки 87,4 дБ и на оси площ адки 84,8 дБ , но эти уров­
ни буд ут повышены от действия первичного источника звука (лек­
тора). Н еравномерность озвучения без учета первого ряда A L =
= 9 2 ,3 — 8 9 ,4 = 2 ,9 дБ.
М ож н о было бы расположить колонки реж е, например через»б м, и неравномерность при этом увеличилась бы в пределах норм.
Проверим возмож ность появления эха. П од громкоговорителем*
разность х од а 2 0 — 5 = 1 5 м. Следовательно, это отсутствует. Д ля
первой системы разность хода составляет 20— 3 ,5 = 1 6 ,5 м. Эха
тож е нет.
Общ ая мощность 6 X 2 X 2 = 2 4 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 ф орм у
речевого спектра, то превышение речи н ад шумами по всему диа­
пазону частот одинаковое. Пиковый уровень речи равен 90 дБ , а ш у­
мы имеют уровень 65 дБ . Следовательно, уровень ощ ущения Е =
= 9 0 — 12— 6 5 = 1 3 дБ. При таком превышении речи н ад ш умами ко­
эффициент разборчивости составляет (см. табл. 3.3) 0,63 и слогова»
разборчивость — 88 % (см. табл. 3 .4 ), что соответствует отлично»
понятности речи. Уровень шумов м ож но повысить ещ е на 4 дБ , но
при этом коэффициент разборчивости упадет д о 0,5, что соответст­
вует границе м еж ду отличной и хорош ей разборчивостью. При т а ­
ком расчете не учитываем затухание высоких частот в в оздухе. Д ля
централизованной системы оно зам етно и разборчивость речи сни­
ж ается, для зональной системы оно невелико, так как наибольш ее
расстояние от громкоговорителей не превышает 12 м.
4.3. ЗВ У К О У С И Л Е Н И Е
НА
БО Л ЬШ О Й
ПЛОЩ АДИ
Задани е. Рассчитать систему звукоусиления на больш ой
площ ади (длина 180 м, ширина 120 м ). С одной стороны по длине
располож ена зубчатая стена высотой 16 м, а с другой — высокое
строение. П о ширине площ адь частично ограж дена небольшими
строениями. Н еобходи м о предусмотреть звукоусиление как со ста>ционарного микрофона, так и с подвиж ного, установленного на авто­
машине и двигающ егося по площ ади (этот вариант буд ет рассм от­
рен в следую щ ем параграф е). Стационарный микрофон распол ож ен
на высокой трибуне (размеры его см. на рис. 4 .6 ), закрытой от
зубчатой стены, находящ ейся за ней, верхней частью трибуны. П о
бокам этой трибуны расположены гостевые трибуны. О бщ ая длин»
обеих трибун 120 м. Зубч атая 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 м етод встречного озвучения с временной з а ­
держ кой излучения задн их громкоговорителей [9 ]. Д л я этого рас­
полагаем одн у цепочку громкоговорителей на зубчатой стене, а д р у ­
гую — на здании, находящ емся на противоположной стороне пло­
щ ади. П оскольку требуется осуществить звучание не ниж е первого*
189>
класса качества, для звукоусиления берем мощные звуковые ко­
лонки.
Уровень ш ума, в основном речевого типа, м ож ет достигать
70 дБ (разговор многих лю дей ). И сходя из этого (3 .1 5 ), уровень
звукового поля долж ен быть около 95 дБ , если не применять ком­
прессии речи.
В качестве пробного проверим вариант установки на зубчатой
стене сдвоенных по ширине звуковых колонок 100K 3-13. Они р аз­
вивают звуковое давление на 1 м 40— 44 П а, их направленность хаактеризуется эксцентриситетами е в= 0 ,9 8 4 и ^г= (3-|—0,912) 1/2= 0 ,9 7 8
см. (1 .5 6 )]. Соответственно 1— е в2= 0 ,0 3 2 и 1— ег2= 0 ,0 4 4 . Согласно
методике [ 9 ] оси этих колонок направляем в точки, леж ащ ие на
линии, отстоящ ей на 2 /3 расстояния от громкоговорителей до у д а ­
{
ленной точки. В данном случае это расстояние равно 80 м. П о этой
ж е методике во вторую цепочку следует ставить громкоговорители,
вдвое меньшие по мощности. Д л я данного случая мож но установить
в эту цепочку звуковые колонки 100К З-13 ( р = 20— 22 Па; е в= 0 ,9 8 4 ;
е г = 0,91). Оси этих колонок следует направлять в те ж е точки, в ко­
торые направлены оси основной цепочки громкоговорителей.
Определим оптимальную высоту подвеса цепочек. Д ля цепочки
на зубчатой стене (3.3) высота подвеса
Лг= 8 0 [ (1— 0,9842) / ( 2 • 0,9842— 1) ] V2= 14,7 м.
Это высота подвеса над озвучиваемой поверхностью., Д ля второй
цепочки, устанавливаемой на здании, находящ емся на противопо­
лож ной стороне площ ади, высота подвеса
hr = 4 0 [(1 — 0,9842) / ( 2 • 9842— 1 ) ] 1/2= 7,35 м.
Поскольку вблизи зубчатой стены есть десятиметровое пространство
и его не требуется озвучивать, то высоту подвеса основной цепочки
м ож но увеличить. Если учесть архитектурные требования (колонки
190
следует подвеш ивать м еж д у зубцам и стены, т. е. не ниж е 14 м и не
выше 17 м ), то высоту подвеса основной цепочки м ож но увеличить
д о 17 м. Ш аг цепочки находим из (3.14): с ? ^ 1 7 [(1 — 0,9782) / ( 1 —
— 0,9842) ] 1/2= 1 9 ,9 м. П о архитектурным требованиям шаг цепочки
м ож но брать 10 или 20 м. Сначала берем шаг цепочки 20 м. Н айдем
уровень на линии стыка осей громкоговорителей, находящ ихся на
противоположных сторонах площади, т. е. на расстоянии 80 м от
зубчатой стены ( 2 .6 8 ):
L=101g _«:.«>■-<» - o . g g ^
+
Mafl0>1 дБ,
2 0 (8 0 2 + 172) 1/2
так как Х 0= 8 0 /1 7 .
Этот уровень повысится на 3 дБ из-за действия второй цепочки,
т. е. будет равен 93,1 дБ . Получили уровень меньше требуем ого
почти на 2 дБ . Ц елесообразн о уменьшить шаг цепочки для повыше­
ния уровня д о заданного значения. Берем шаг цепочки равным 10 м.
Это даст повышение уровня на 3 дБ . Следовательно, уровень будет
равным 96,1 дБ .
И з (3.52) и (3.3) следует, что при высоте подвеса выше опти­
мальной неравномерность озвучения в зоне озвучения менее 3 дБ , но
она м ож ет быть выше этого значения, если граница зоны озвучения
находится далеко от громкоговорителей [см. (3 .5 9 )]. В данном сл у­
чае требуется, чтобы граница зоны озвучения была бы удалена от
линии подвеса громкоговорителей не более чем на 10 м, так как
там б уд ут находиться слушатели. Н айдем уровень поля на этом
расстоянии от зубчатой стены. Угол подвеса звуковых колонок на
стене по отношению к горизонтали a 0= arctg (1 7 /8 0 ) = 12°. Угол
м еж ду направлением на точку, отстоящ ую на 10 от стены, с горизон­
талью a = a r c t g (1 7 /1 0 ) = 5 9 ,5 °. П оэтом у угол м еж ду осью громко­
говорителя и направлением на выш еуказанную точку 0 = 5 9 ,5 — 1 2 =
= 47,5°.
Следовательно, cos 4 7 ,5 °= 0 ,6 7 6 , откуда соответственно (2.67)
уровень в этих точках
L _
|„ |
2 " » °М гН 1 - 0 ,9 8 4 4 ( 1 - 0 ,9 7 8 » ) ] '» + „ _ ю > , ^
10 [(10 2 + 1 7 2 )(I _ 0 ,9 8 4 2 -0 ,6 7 6 2) ] 1/2
Чтобы несколько повысить этот уровень, м ож но снизить высоту п о д ­
веса д о 14 м. Угол подвеса будет равен 9,9°, угол с направлением на
точку 54,5° и угол излучения 45,6°, cos 4 5 ,5 °= 0 ,7 . О ткуда уровень
L = 93,8 дБ . Получили незначительное повышение. Н о, учитывая, что
задние места трибун находятся на высоте 4 м над землей, уровень
на задних ря дах трибун будет выше, чем на высоте 1 м. М ож но
показать, что он будет не ниж е 95 дБ .
П роведем подобны е расчеты для второй цепочки. Оптимальная
высота подвеса была определена равной 7,35 м. Ее не следует м е­
нять, так как слушатели находятся вплотную к зданию . Определим
уровень на линии, отстоящ ей на 40 м от здания, на оси громкого­
ворителей.
Этот уровень (2.68)
2.202 П
£ =
О Q12\ 1/2
10 !*/>• + 9 4 = 10 l g -------------к
-----------’ ■ —
10(402 + 7 ,3 5 2) 1/2
94 — 9 4 ,1 д Б .
191
О н выше уровня от первой цепочки на 1 д Б . Д л я баланса его сле­
д у ет снизить на 1 д Б путем снижения подводимого к громкогово­
рителям напряжения на 12 %. Итак, минимальный уровень будет
равен 95 дБ , а максимальный (с учетом неравномерности 3 д Б ) —
9 8 дБ . В о вторую цепочку необходим о включить линию задерж ки
для компенсации запазды вания звука от первой цепочки. Р азница
в расстояниях равна 40 м, следовательно, время задерж ки т =
= 4 0 / 3 4 0 = 0 ,1 1 8 с.
Гоомногоборит ели
1
] j о 1
2
О
J
5
4
1О I о I
О
6
7
8
9
10 11
12
15 74 15
16
1о I о I о 1о | о | о 1 о 1 о 1 о I о I о i
17 1Ь
О
I
О
Р и с . 4.7. К расчету звукофикации большой площади:
а ) показ расчетных точек на поперечной оси площади; б) показ
располож ения громкоговорителей относительно микрофонов
Определим уровни на расстоянии ± 1 0 м от линии стыка осей
цепочек для проверки на возм ож ность появления эха при высоте
подвеса 14 м. Угол м еж ду акустической осью громкоговорителей
основной цепочки и направлением на линию, отстоящ ую от линии
•стыка осей на 10 м ближ е к этой цепочке (1 .6 1 ), см. рис. 4 .7 ,а:
0 = arccos
1 — 10 • 8 0 / (802 + 14*)
[1 + (10* — 2 .8 0 - Ю ) /( 8 0 2 4 - 142) ] 1/2
= 1,09°
Аналогично для точки на 10 м дальш е от линии стыка осей имеем
угол
1 + 1 0 .8 0 /( 8 0 2 + 142)
0 = arccos , 1/2 = 1 »37°.
[1 + (10* — 2 - 8 0 . 1 0 )/(8 0 2 + 142)]
Д л я второй цепочки соответственно имеем значения углов: 3,4 и
2,06°. Расстояния от громкоговорителей д о соответствующ их точек
бу д у т : для первой цепочки п = [(8 0 — 10)2+ 1 4 2] 1/2= 7 1 ,4 м и г2=
= [ ( 8 0 + 1 0 ) 2+ 1 4 2] 1/2= 9 1 ,1 м, а для второй цепочки соответственно
192
50,5 и 30,9 м. Расстояния от громкоговорителей д о линии стыка 80,6
и 40,7 м. П одставляя эти данные в (2.7) и (2 .9 ), находим изменение
уровней при отклонении от линии стыка на 10 м.
Д л я первой цепочки
A L = 10 l g [80,6 -0 ,0 3 3 2 1/2/9 1 ,1 ( 1 — 0,9842 c o s2 1,09°)V2] = 0 , 5 д Б и
A L = 1 0 lg [80,6 -0 ,0 3 2 1/2/7 1 ,4 ( 1 — 0,9842 c o s 2 1,32е) 1/2] = 0 ,5 1 дБ .
Д л я второй цепочки аналогично
A L = 1 0 lg |4 0 ,7 -0 ,032V2/30,9 (1 — 0,984 2 c o s 2 3 ,4е) 1/2] = 1 д Б и
A L = 10 lg [4 0 ,7 -0,032i/2/50t5 £ i —0,9842 co s 2 2,06°) i/2] = 1 дБ .
Следовательно, уровни от обеих цепочек и бли ж е и дальш е от линии
стыка на 10 м отличаются только на 1,5 д Б при разности х од а на
20 м, т. е. с задерж кой т = 2 0 / 3 4 0 = 0,059 с, что находится на пределе
заметности эха (см. рис. 1.3).
П роделаем те ж е расчеты для отклонения в + 2 0 м. Р азность
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. Д л я первой цепочки находим изменение уровней
при отклонении от стыка на 2 0 м:
A L = 10 lg [8 0 ,6 .0 ,0 3 2 |/* /1 0 1 (1 — 0,9842 c o s2 1 , 0 6 ) = 1 дБ;
A L = 10 lg [ 8 0 ,6 - 0 ,0 3 2 ^ /6 1 ,6 ( 1 ^ 0,9842 c o s2 3,17е) 1/2] = 1,1 дБ;
AL = 10 l g [4 0 ,7 -0 ,0 3 2 1/2/ 2 1 , 3 ( l — 0,9842 c o s 2 9,8е) 1/2] = 1,5 дБ;
A L = 1 0 lg [4 0 ,7 -0 ,0 3 2 1/2/ 6 0 ,4 ( l — 0,9842 c o s2 3,4е) 1/2] = 1,9 дБ .
П олучилась разница уровней для приближения к заданию от
етыка на 20 м в 2,5 д Б , а к трибуне — 3 д Б при разности х од а
40 м и, следовательно, при запазды вании на 0,118 м, что соответ­
ствует границе начала сниж ения разборчивости речи из-за эха. М о ж ­
но показать путем дальнейш его расчета, что при отклонении на
+ 3 0 м разность уровней не более 5 д Б , а запазды вание 176 мс,
т, е. наблю дается заметная пом еха эха. К этом у следует добавить,
что звук от первой цепочки, отраженный от стены здания, будет
вносить помехи почти так ж е, как и без второй цепочки. Вблизи
здания и недалеко от трибун эти помехи уменьш аются. Таким обр а­
зом, подобная система озвучения не д ает хорош его эффекта
и з-за эха.
П олное устранение эха или ослабление его д о немеш ающ его зн а­
чения возм ож н о только при озвучении одной цепочкой, распол ож ен­
ной на стене сзади трибун, при условии покрытия поглощающим
материалом стены противополож ного здания на высоту 14 м (напри­
мер, путем использования акустической штукатурки, которая не
портит вида здания и стоит н едор ого). П оглощ ение д ол ж н о сниж ать
уровень, по крайней мере на 10— 15 д Б , т. е. коэффициент погло­
щения д ол ж ен быть в среднем не менее 0,3, что вполне осущ ествимо
с помощью штукатурки из А Ц П (асбоцементны х плит). В этом
случае уровень отраж енного звука вблизи трибун на 20 д Б ниж е
прямого звука, а это гарантирует только заметность эха, н еобходи ­
мую для «ож ивления» звука на большой площ ади.
М ож н о оставить цепочку на стене без изменений. Т огда уровень
поля будет минимальным у здания и равен 91 дБ , а максимальное
значение — около 95 дБ . Чтобы повысить уровень на 4 д Б , н еобхо­
13— 190
193
дим о применить ограничитель уровня с повышением среднего уровня
на 4 дБ .
Д л я уменьшения неравномерности озвучения необходим о ориен­
тировать оси громкоговорителей на удаленную точку, т. е. на стену
здания на высоту 1,5 м. В точке упора оси громкоговорителей у р о­
вень
(2.68)
L = 10 l g [2 •402•0 ,044V2/ 10(1202—
)—142) ] 1Я ] -9 4 = 9 1 ,4 д Б ,
Определим уровень на середине площ ади, для этого найдем угол
м еж д у осью громкоговорителя и направлением на точку, леж ащ ую
на продольной оси площади. Угол м еж ду осью громкоговорителя и
вертикалью a 0= a r c t g (1 4 /1 2 0 ) = 13,1°, а м е ж д у направлением на
точку, леж ащ ую на продольной оси площ ади, и вертикалью а =
= arctg (1 4 /6 0 )= 6 ,6 5 ° , поэтом у угол направленности громкоговори­
теля 0 = 13,1— 6 ,6 5 = 6 ,4 5 °, cos 6 ,4 5 °= 0 ,9 9 4 . И сходя из этих данных,
получаем уровень на продольной оси площ ади L = 10 lg [2*402Х
X (0,044 • 0,032) 1/2/1 0 - (602-j—142) ] V2 (1— 0,9842 *0,9442) 1/2—
}-94 = 93,7
дБ ,
Получили несколько меньшее значение уровня, чем задан ное.
И спользуем те ж е звуковые колонки, но поставим их друг на
друга. Тогда эксцентриситеты е г= 0 ,9 1 , е в= ( 3 - |- 0 ,9 8 4 2) 1/2/ 2 = 0,996,
а (1— е*2) = 0 ,0 0 8 . Следовательно, оптимальная высота подвеса hr =
= 120 [0 ,0 0 8 /(2 * 0 ,9962— 1) ] х/2= 10,6 м. П о архитектурным требованиям
повышаем высоту подвеса д о 14 м, вследствие чего несколько сни­
зится уровень на гостевых трибунах (далее это будет проверен о),
Н аходим уровень в удаленной точке ( 2 .6 8 )
L min = Ю lg [2 -4 0 -0 ,1 7 2 V2/ 10(1202-J-142) ] 1/2-)-9 4 = 9 4 ,4 дБ .
Д ля задн их мест гостевых трибун расстояние от громкоговори­
телей при /* с = 3 м г = [( 1 4 — 3 ) 2-4-102] 1/2= 14,9 м, угол м еж ду осью
громкоговорителя и направлением на задн ие места гостевых трибун
47,7-—6 ,7 = 4 1 ° и c o s 4 1 ° = 0 ,7 5 , так как 4 7 ,7 °= a r c tg (1 1 /1 0 ) и поэто­
му уровень L = 1 0 1 g [2 -4 0 2-0,008^ 2- 0 - \7 2 i m 0 - 14,9(1— 0,9962-0 ,7 5 )] +
4 - 9 4 = 9 4 ,8 дБ .
Точка максимального уровня (2.28) или (3.37)
а * = 0 ,9 9 2 • 1 2 0 / (14-0,008 • 1202/ 1 4 2) = 7 5 м.
Неравномерность озвучения в основной зоне (2.30)
A L ocH = 51g (1 4 -0 ,0 0 8 -120 2/1 4 2) = 1 дБ .
Следовательно, максимальный уровень 9 4 ,4 4 -1 = 9 5 ,4 дБ . Уровень на
всей площ ади получился ^ 9 5 дБ .
Н а за д эти колонки излучаю т на 14 д Б меньше, чем по o g h
( # = 0 ,0 5 ) , поэтом у уровень на расстоянии 20 м сзади стены
* -■ < " «
'7г" 2 + 9 4 - 8 9 . 6 , Б.
Чтобы не мешать учреж дениям, находящ имся сзади стены, следует
экранировать колонки сзади путем установки щитов.
При звукоусилении речевых передач с трибуны на микрофон
воздействую т только по пять громкоговорителей с каж дой стороны,
так как средние громкоговорители заэкранированы трибуной. Д л я
упрощения расчета будет считать (это было проведено на практике),
что все 10 громкоговорителей сконцентрированы на стене на рас­
стоянии 60 м от оси площ ади. И х суммарное звуковое давление
в расчете на 1 м р Су м = 4 0 - 1 0 1/2= 1 2 7 П а, так как складываются не
194
давления, а мощности. Угол м еж д у 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. К вадрат радиус-вектора направ­
ленности (2.9) R2(67,4°) = 0 ,1 7 2 / ( 1 — е в2 c o s 2 67,4°) = 0 ,2 0 2 , следова­
тельно, уровень у микрофона
L = 10 lg [ 1272• 0 ,2 0 2 /(6 0 /s in 2 67 ,4 °)2] + 9 4 = 9 3 дБ.
Выбираем суперкардиоидны е микрофоны М Д О -1, они смонтиро­
ваны в виде линейки из пяти микрофонов длиной 40 см. Н аправлен­
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= 9 5 — 93— 1 2 + 1 2 = 2 д Б . М икрофон имеет подъем
частотной характеристики 6 дБ /о к т , поэтом у устойчивость на низ­
ких частотах будет не ниж е устойчивости на средних и высоких
частотах. Если оратор говорит на расстоянии 0,5 м (повышение на
6 д Б ), то средний уровень, создаваемы й им в удаленной точке, б у ­
дет L m in = 7 4 + 6 + 2 = 8 2 д Б , а пиковый — £ ПИк— 8 2 + 1 2 = 9 4 д Б , т. е.
при передаче речи буд ет использоваться почти полная мощность
громкоговорителей. Ш ум слуш ателей не будет восприниматься ми­
крофонами, так как они имеют подавление шумов с тыла более
18 дБ для одиночного микрофона, а для линейки он повышается ещ е
на 6 дБ . Б олее подробны е расчеты уровней поля даны в прилож е­
нии 1 , где дан расчет звуковых полей для большой площ ади.
Итак, для данного варианта требуется 18 сдвоенных звуковых
колонок типа 100К З-13. Следовательно, требуется общ ая мощность
не менее р = 2 - 100 -1 8 = 3 6 0 0 Вт. С ледует иметь без учета резерва
усилитель на 5 кВт.
Расчет разборчивости речи необходим о провести при д в ух усл о­
виях использования площ ади: для демонстраций и массовых гуляний,
При прохож дении демонстрации основной шум, как указывалось
в задании, — речевой д о 70 дБ . Н о ввиду того, что в удаленны х
местах уровень высоких частот будет сниж ен из-за затухания в в о з­
д у х е, то следует ввести поправку на разность уровней речи и ш ума,
И з рис. 1.13,а и б для влаж ности 60 % и температуре 20°С на ча­
стоте 6000 Гц затухание составляет 6 + 8 = 1 4 д Б /к м , что для 120 м
д ает 1,7 дБ . Этой величиной м ож но пренебречь. Следовательно, пре­
вышение пиковых уровней речи над ш умами равно 25 дБ , а уровень
ощ ущ ения 13 дБ . Д ля такого уровня ощ ущ ения коэффициент р а з­
борчивости (см. рис. 1.11 и табл. 3.3) равен 0,63 и понятность будет
отличная.
При массовых гуляниях уровень шумов м ож ет достигать 74 дБ
(см. рис. 1.15, шумы на Дворцовой площ ади в Л енинграде) и их
спектр отличается от речевого. В табл. 3.5,6 приведены спектраль­
ные уровни на 1 м в октавных полосах для общ его среднего уровня
71 д Б , а для пикового б у д ет 83 дБ . В данном случае пиковые уровни
достигаю т 95 дБ , следовательно, спектральные уровни сл едует по­
высить на 12 дБ . П риводим повышенные на 12 д Б спектральные
уровни речи и там ж е даем спектральные уровни акустических ш у­
мов из рис. 1.15 (кривая 4 ) . В табл. 4.1 приведены уровни ощ ущ е­
ния как разность этих спектральных уровней и соответствую щ ие им
коэффициенты разборчивости.
Как видим из этих данных, уровень ощ ущения речи резко па­
дает к высоким частотам. С ледует использовать для этого речевой
микрофон с подъем ом к высоким частотам 6 д Б /о к т . При такой
13*
195
Т а б л и ц а 4.1
Данные для расчета разборчивости
В р, оБ
5 7 ,5
В ш, дБ
35
Е , дБ
2 2 ,5
го, отн, ед.
0 ,9 1
5 8 ,5
45
3 7 ,5
3 0 ,5
2 7 ,5
40
42
36
32
30
3
1 ,5
- 1 ,5
- 2 ,5
0 ,1 5
0 ,1 2
18,5
0 ,8 2
0 ,3 0
0 ,2 5
коррекции спектра речи б;удем И!петь у ровень 01цущени я и соответственно коэффицие: нт раз( 5орЧИВО(СТИ, П]риведеннь 1Й ниж е:
1 9 ,5
2 2 ,5
2 1 ,5
15
2 4 ,5
2 2 ,5
Е , дБ
w , отн. е д .
0 ,9 1
П р и м е ч а н и е.
лают.
0 ,9 4
0 ,7 0
0 ,8 4
0,91
0 ,8 9
На пос;тедней частоте ко(ррекцик> не де-
При таких превышениях речи над ш умами следовало бы учесть
помехи от самомаскировки речи, что несколько снизило бы уровни
ощ ущения и коэффициенты разборчивости. Н о 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 х од а
звуковых волн от далеко отстоящ их друг от друга громкоговори­
телей м ож ет превышать 2 0 м, а разность уровней их м ож ет быть
близкой друг к другу. Типичного эха здесь не наблю дается, а про­
слушиваются отголоски реверберационного характера. В се ж е они
сниж аю т разборчивость речи и притом зам етно ухудш аю т качество
звучания. Э тот эффект буд ет рассмотрен в приложении 1.
4.4. ЗВ У К О У С И Л Е Н И Е Н А Б О Л ЬШ О Й
С Д В И Ж У Щ Е Й С Я АВТО М АШ ИН Ы
ПЛОЩ АДИ
Задание: Рассчитать звукоусиление для больш ой пло­
щ ади, данные которой приведены в § 4.3. П о этой площ ади дви­
гается автомашина, снабж енная радиомикрофоном с мощ ной уси­
лительной установкой, обслуж иваю щ ей громкоговорители, н аходя­
щиеся на зубчатой стене.
Все отличие этой системы от преды дущ ей заключается в том,
что возм ож н а значительная обратная акустическая связь от действия
громкоговорителей на микрофон, находящ ийся на автомашине. П ри­
менение обычных направленных микрофонов типа М Д О -1 не обесп е­
чивает устойчивой работы системы: возникает генерация, если уве­
личивать индекс тракта до таких значений, которые необходимы для
создания уровней звукового давления, требую щ ихся для получения
хорош ей разборчивости. О казалось, что этом у требованию удовлет­
воряют только такие остронаправленные микрофоны, как Д Э М Ш и
196
трубчатый микрофон. М икрофон Д Э М Ш дол ж ен крепиться на го ­
лове говорящ его около рта и тем самым связывать говорящ его
в движении. Трубчатые микрофоны позволяю т говорящ ему свободно
перемещ аться, д а ж е д о вы хода из машины. И менно поэтом у они
стали ш ироко применяться для подобны х целей. Эти микрофоны
устанавливаются вертикально и поэтом у слабо воспринимают звук,
идущ ий сбоку независимо от ориентировки машины на площ ади
(характеристика направленности такого микрофона дан а на рис. 1.21
и из нее следует, что сбоку он подавляет шумы на 20 д Б ). Т руб­
чатый микрофон имеет частотную характеристику с подъем ом
6 д Б /о к т , подавление звука, приходящ его к нему под углом около
90°, составляет около 20 д Б в широком диапазоне частот. Н екоторое
уменьшение направленности на низких частотах компенсируется сни­
ж ением его чувствительности на этих частотах.
В данном случае уровень у микрофона равен 95 д Б и в у д а ­
ленной точке т о ж е 95 дБ . Предельный индекс тракта (3.46) Q aр =
= 95— 95—1-20— 1 2 = 8 дБ . Если от оратора д о микрофона расстояние
1 м, то средний уровень, развиваемый оратором д а ж е без ф орси­
рования голоса, составляет 74 дБ . Д л я индекса тракта 8 дБ ср ед ­
ний уровень на площ ади буд ет составлять 82 дБ , а пиковый 94 дБ ,
т. е. на 1 дБ меньше расчетного. А при небольшом форсировании
голоса, что обычно и наблю дается, возникает перегрузка громкого­
ворителей. Таким образом , нет необходимости работать на предель­
ном индексе и м ож но его снизить для получения запаса устойчиво­
сти работы тракта.
4.5. ЗВ У К О У С И Л Е Н И Е Р Е Ч И Н А Н ЕБО Л Ь Ш О Й
ПЛОЩ АДИ
Задание. Д лина 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 стор о­
не здан ие низкое, а с боковых сторон — высокие. С боку от основной
трибуны располагаются гостевые трибуны (рис. 4 .8 ). В о время ми­
тингов уровень шума достигает 70 д Б (разговоры ). З адаем ся макси­
мальным уровнем речи не менее 86 дБ в наихудш ей точке. Вы би­
раем сосредоточенную систему с громкоговорителями 100Г Р Д -13
( p i= 4 8 П а, е в = 0,943; е г= 0 ,7 7 ) . М ож н о 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, идущ ая вниз касательно к краю крыши, долж на 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 долж ны 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, P i= 9 6 П а ),
В этом случае e 3 = e v= 0,943 и 1— ^2=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 площ ади (на высоте 1,5 м ). Так как высота
центра вы ходного отверстия громкоговорителя находится на высоте
30 м н ад озвучиваемой поверхностью, то угол наклона оси к го­
ризонту cto = a rctg (3 0 /1 0 0 ) = 16,7°; sin 16,7°= 0,287; co s 1 6,7°= 0,958.
Д л я расчета возьмем точки с координатами х = 1 5 ; 30; 50; 100 при
у = 0; 15; 30; 45; Л р=30.
Н аходим координаты и и w:
а = 15• 0 ,8 5 8 + 3 0 •0 ,2 8 7 = 2 2 ,9 8 ; w = 15 -0,287— 30 -0 ,9 5 8 = 2 4 ,4 3 ;
« = 3 0 • 0 ,9 5 8 + 3 0 •0 ,2 8 7 = 3 6 ,3 5 ; ш = 3 0 -0,287— 3 0 - 0 ,9 5 8 = —20,13;
и = 5 0 •0 ,9 5 8 + 3 0 •0 ,2 8 7 = 5 6 ,5 1 ; a i= 5 0 • 0,287— 30 -0,958 ------14,39;
« = 1 0 0 - 0 ,9 5 8 + 3 0 -0 ,2 8 7 = 1 0 4 ,4 1 ; а у = 1 0 0 -0 ,287— 3 0 -0 ,9 5 8 = 0 .
Н аходим величины а 2+ а ) 2/ 0,111 для всех х:
х = 1 5 м, a i = 22,982+ 2 4 ,4 3 2/ 0 , 111 = 5904,9;
х = 3 0 м, а 2 = 37,352+ 2 0 ,1 3 2/ 0 , 111 = 5045,6;
х = 5 0 м, а3= 56,512+ 1 4 ,3 9 2/0 ,1 1 1 = 5 0 5 8 ,9 ;
х = 100 м, а4= 104,412+ 0 = 10901.
Н аходим уровни для всех точек:
I , = 2 0 1 g [ 9 6 - 2 2 ,9 8 / ( 5 9 0 4 ,9 + 0 ) ] + 9 4 = 8 5 ,4 дБ;
1 2 = 2 0 l g [ 9 6 - 2 2 ,9 8 /( 5 9 0 4 ,9 + 1 52/ 0 , 1 1 1 ) 1 + 9 4 = 8 2 ,9 дБ ;
1 -3 = 2 0 lg [9 6 -2 2 ,9 8 /(5 9 0 4 ,9 + 3 0 2/ 0 ,1 1 1 ) ] + 9 4 = 7 7 , 9 дБ;
U = 20 lg [96 • 2 2,98/ (5 9 0 4 ,9 + 4 5 2/ 0 , 111)] + 9 4 = 7 3 ,2 дБ;
7 -5 = 2 0 lg [9 6 -3 7 ,3 5 /( 5 0 4 5 ,6 + 0 )1 + 9 4 = 89,7 дБ;
7-e=20 lg [9 6 -3 7 ,3 5 /(5 0 4 5 ,6 + 1 5 2/ 0 , 111 ) ] + 9 4 = 8 8 ,1 дБ;
7 -7 = 2 0 lg [96 -3 7 ,3 5 / (5 0 4 5 ,6 + 3 0 2/ 0 , 111)] + 9 4 = 8 2 ,7 дБ;
L a = 2 0 lg [9 6 -3 7 ,3 5 /(5 0 4 5 ,6 + 4 5 2/ 0 ,1 1 1 ) ] + 9 4 = 7 7 ,7 дБ;
7-9 = 2 0 lg [9 6 -5 6 ,5 1 /(5 0 5 8 ,9 + 0 ) ] + 9 4 = 94 ,6 дБ;
7 - io = 2 0 lg [9 6 -5 6 ,5 1 /(5 0 5 8 ,9 + 1 5 2/ 0 ,1 1 1 ) ] + 9 4 = 9 2 , 0 дБ;
7 .п = 2 0 lg [9 6 -5 6 ,5 1 /(5 0 5 8 ,9 + 3 0 2/ 0 ,1 1 1 ) ] + 9 4 = 8 6 ,3 дБ;
7-1 2 = 2 0 lg [9 6 -5 6 ,5 1 /(5 0 5 8 ,9 + 4 5 2/ 0 , 1 1 1 ) 1 + 9 4 = 8 3 ,3 дБ;
7-13=20 lg [9 6 -1 0 4 ,4 1 /(1 0 9 0 1 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 3 ,3 дБ;
7-14=20 lg [9 6 -1 0 4 ,4 1 /(1 0 9 0 1 + 1 5 2 /0 ,1 1 1 ) ] + 9 4 = 9 1 ,8 дБ ;
7-15=20 lg [96 -104,41 /{ 1 0 9 0 1 + 3 0 2/ 0 , 111)] + 9 4 = 8 8 ,4 дБ;
7 -16= 2 0 lg [9 6 -104,4 1 / ( 1 0 9 0 1 + 4 5 2/ 0 ,1 1 1 ) ] + 9 4 = 8 4 , 7 д Б .
Суммируя уровни от обоих громкоговорителей, получаем уровни на
средней линии площ ади для
х = 1 5 м, 7 .„ = 8 2 ,9 + 3 = 85,9 дБ;
х — 30 м, 7 -1 2 = 8 8 ,1 + 3 = 9 1 ,1 дБ;
х = 5 0 м, Т .,з = 9 2 + 3 = 9 5 дБ;
х = 1 0 0 м, 7 -1 4 = 9 1 ,8 + 3 = 9 4 ,8 дБ;
■ « -Р и с . 4.8. П лан и разрез небольшой площади:
а) располож ение громкоговорителей на крыше; б) располож ение
громкоговорителей на стене (числа у контрольных точек означают
уровень в децибелах)
199
на оси громкоговорителей для
* = 1 5 м, I 2i = 85,4 ( + ) 7 7 ,9 = 8 5 ,4 + 0 ,7 = 8 6 ,1 дБ;
х = 3 0 м, 1 22= 89,7 (4 -) 8 2 ,7 = 8 9 ,7 + 0 ,8 = 9 0 ,5 дБ;
х = 5 0 м, L 23= 94,6 ( + ) 86,3 = 94,6—
f-0,6 = 95,2 дБ;
* = 1 0 0 м, Z.24 = 9 3 ,3 ( + ) 8 8 ,4 = 9 3 ,3 + 1 ,2 = 9 4 ,5 дБ;
на боковом краю площ ади для:
* = 1 5 м, / s i = 8 2 ,9 ( + ) = 8 2 , 9 дБ ;
* = 3 0 м, 1 3* = 8 8 ,1 ( + ) 7 7 ,7 = 88 ,1 + 0 ,4 = 8 8 : 6 дБ;
* = 5 0 м, L33= 9 2 ( + ) 8 3 ,3 = 9 2 + 0 ,5 = 9 2 ,5 дБ;
* = 1 0 0 м, Z.34 = 9 1 ,8 ( + ) 8 4 ,7 = 9 1 ,8 + 0 ,8 = 9 2 ,6 дБ .
Максимальный уровень равен 95,2 д Б , минимальный — 82,9 дБ .
Н еравномерность по всей п л о щ а д и — 11,9 д Б . Если учесть, что около
стен дом ов (на краю площ ади) будут отраж ения, то уровень м ож ет
повыситься на 3 д Б , поэтом у минимальный уровень равен 85,9 дБ
и неравномерность снизится д о 9,3 дБ . У трибуны будет достаточ ­
ный уровень непосредственно от оратора и только на краю площ ади
(в одной точке) минимальный уровень составит 85,9 дБ . Эта точка
будет озвучена громкоговорителями гостевых трибун. П олучилась
неравномерность выше нормы на 1,3 д Б для одной точки. М ож но
допустить такую неравномерность, так как уменьшение ее возм ож н о
только при снижении высоты подвеса громкоговорителей, что рас­
сматривается во втором варианте.
П роверка на эхо показывает, что оно возм ож но только на краю
площ ади на линии 15 м от стены. В этой точке запазды вание
A t = [(3 0 2+ 4 5 2+ 1 5 2) 1/2— (302+ 1 5 2+ 5 2) V2] / 3 4 0 = 5 8 мс,
а перепад уровней А / = 8 2 , 9— 73,2 = 9,7 дБ . Следовательно, эхо иног­
д а будет слышимым.
Проверим систему на возмож ность ее сам овозбуж ден ия. Так
как громкоговорители заэкранированы выступом крыши, а диффракционные звуковые волны б уд ут ослаблены из-за нахож дения 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. К оординаты
микрофона имеют следую щ ие значения: * = 10 , г /= 15 и hT= 25 м,
тогда
ы = 10 • 0 ,9 5 3 + 2 5 •0,287 = 16,76;
оу=
10 - 0,287— 25 -0 ,9 5 8 = 2 1 ,0 8 м.
Следовательно, уровень звука у микрофона от обоих громкого­
ворителей
,
9 6 .1 ,4 1 * 1 6 ,7 6
L = 201ц-------------------------- 1----------!------------------------- + 94 = 8 5,1 д Б .
ё ( 1 6 , 762 + 2 1 ,0 8 2/ 0 , 111 + 152/ 0 , 111)
Угол прихода звуковых волн от громкоговорителя по отношению
к оси микрофона a = a r c t g [(2 5 2+ 1 5 2) 1/2/1 0 ] = 7 1 ,1 ° . Д ля кардиоидной
направленности
/?(71,1°) = ( 1 + c o s 7 1 ,1 )2/ 2 = 0 ,6 6 , что соответствует 3,6 дБ .
О тсю да предельное значение индекса тракта
Qnp = 94,5— 8 5 ,1 + 3 ,6 — 1 2 = 1 д Б ,
т. е. имеется большой запас по усилению.
200
П оскольку минимальный уровень равен 85,9, а для ш умов 70 дБ
следовало бы для получения хорош ей разборчивости брать уровень
речи не менее 90 дБ , то необходим о предусмотреть применение огра­
ничителя уровня на 5— 10 дБ , тем более что запас по усилению не
менее 11— 13 дБ.
Рассматриваемый вариант звукоусиления имеет только один не­
достаток — малые уровни в ближних углах площади. Если применить
дополнительное озвучение гостевых трибун, то м ож но обеспечить и
эти точки достаточным уровнем звучания. Гостевые трибуны нахо­
дятся в звуковой тени основных громкоговорителей (иначе от них
будет э х о ). Д л я озвучивания их м ож но применить два рупорных
громкоговорителя 10Г Р Д -9, расположенны х у передних углов госте­
вых трибун (см. рис. 4.8,6) с направлением вниз на задн ие углы
этих трибун. При ширине гостевых трибун около 25 м и глубине
5 м уровень звука в дальнем углу L = 2 0 lg (1 2 /2 5 )-4 -9 4 = 8 7 ,3 дБ .
При высоте установки громкоговорителя над головами слуш ателей
5,5 м (общ ая высота 7 м) неравномерность озвучения
A L = 2 0 1 g {0,5 [ 1 + ( 1 + 0 ,4 0 7 •252/5 * 5 2) 1/2 ] } = 6 ,2 д Б .
Н еозвучиваемая зона п од громкоговорителем будет иметь ширину
(3.41)
_
0 ,7 7 2-25________
Н ~ 1 + 0 ,4 0 7 -2 5 7 5 ,5 !! ~
’
мЭта зон а находится в пределах 5 + 1 ,5 8 = 6 ,5 8 м от середины трибу­
ны и поэтом у будет озвучена непосредственно оратором.
Рассмотрим второй вариант озвучения площ ади (рис. 4.8 ,6 ). Д ля
этого те ж е громкоговорители расположим на стене здания с тем ж е
расстоянием м еж ду ними. И сходя из неравномерности 6 дБ , высота
подвеса громкоговорителей д олж на быть [см. (2 .4 0 а )] для 6 дБ
/*г= 1 0 0 ( 0 , 1 11 / 8 ) !/2= 11,7 м над головами слуш ателей 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 небольш ое.
Определим ширину неозвучиваемой зоны под громкоговорите­
лями (2.416)
0 ,9 4 3 2 - 100
Н ~
1 + 0 , П М О 0 а/ 1 1 , 7 2 ~ 9 ,4 7 м’
т. е. зона охватит гостевые трибуны, для которых д ол ж н о быть
отдельное озвучение, как и в предыдущ ем варианте. Только в этом
варианте
Л г= 1 1,5 м.
Угол
подвеса
громкоговорителей
а 0=
= a r c t g (1 1 ,5 /1 0 0 ) = 6 ,5 6 °, sin 6 ,5 6 ° = 0 ,1 14; cos 6 ,5 6 °= 0 ,9 9 3 . К оорди­
наты и и w следую щ ие:
« = 1 5 * 0 ,9 9 3 + 1 1 ,5 * 0 ,1 1 4 = 1 6 ,2 1 ; су = 15-0,114— 1 1 ,5 -0 ,9 9 3 = — 9,71;
« = 3 0 * 0 ,9 9 3 + 1 1 ,5 * 0 ,1 1 4 = 3 1 ,1 0 ; с у = 3 0 - 0 ,1 14— 1 1 ,5 -0 ,9 9 3 = — 8,00;
« = 5 0 * 0 ,9 9 3 + 1 1 ,5 * 0 ,1 1 4 = 5 0 ,9 6 ; йу= 5 0 *0,114— 11,5*0,993------ 5,72;
« = 1 0 0 * 0 ,9 9 3 + 1 1 ,5 * 0 ,1 1 4 = 1 0 0 ,6 1 ; йу= 1 0 0 * 0 ,1 14— 1 1 ,5 * 0 ,9 9 3 = 0 .
Н аходим величины « 2+ а д 2/0,111:
* = 1 5 м; « 1= 16,212+ 9 ,7 1 2/ 0 ,1 11 = 1112,2;
* = 3 0 м; а 2= 3 1 ,1 2+ 8 2/0 ,1 1 1 = 1 5 4 3 ,8 ;
* = 5 0 м; а 3= 50,962+ 5 ,7 2 2/ 0 , 1 1 1 = 2 7 9 1 ,7 ;
*= 100 м; а4= 100,612+ 0 = 10122,4.
201
Н аходим уровни для всех точек:
L ,= 2 0 1 g [9 6 -1 6 ,2 1 /(1 1 1 2 ,2-j-0)] + 9 4 = 9 6 ,9 дБ;
£-2 = 2 0 lg [96• 16,21 /( 1 1 1 2 ,2 + 1 52/ 0 , 111)] + 9 4 = 8 7 ,9 дБ;
£ з = 20 l g [96-16,21 / ( 1 1 1 2 ,2 -f3 0 2/ 0 ,l 11 ) ] + 9 4 = 7 8 ,5 ;
L 4= 2 0 lg [ 9 6 - 1 6 ,2 1 /( 1 1 1 2 ,2 + 4 5 2 /0 ,1 11 ) ] + 9 4 = 7 2 ,1
дБ;
2 .5 = 2 0 l g [ 9 6 - 3 1 ,1 /( 1 5 4 3 ,8 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 9 ,7 дБ;
2 .6 = 2 0 lg [96 •31,1 / ( 1 5 4 3 ,8 + 1 52/ 0 , 111) ] + 9 4 = 9 2 ,4 ;
2,7= 2 0 l g [96 • 31,1 / (15 4 3 ,8 + 3 0 2 /0 ,111)] + 9 4 = 8 3 ,8 дБ ;
2.8=20 lg [ 9 6 - 3 1 ,1 /( 1 5 4 3 ,8 + 4 5 2 /0 ,1 1 1 )1 + 9 4 = 7 7 ,6 дБ;
2 .8 = 2 0 lg [9 6 - 5 0 ,9 6 /( 2 8 9 1 ,7 + 0 ) 1 + 9 4 = 95,6 дБ;
2 .io = 2 0 lg [ 9 6 -5 0 ,9 6 /(2 8 9 1 ,7 + 1 5 2 /0 ,1 1 1 )1 + 9 4 = 9 4 ,0 дБ;
2 .n = 2 0 lg [9 6 -5 0 ,9 6 /(2 8 9 1 ,7 + 3 0 2 /0 ,1 1 1 )1 + 9 4 = 8 7 ,0 ;
2 . 1 2 = 2 0 lg [9 6 - 5 0 ,9 6 /(2 8 9 1 ,7 + 4 5 2 /0 ,1 1 1 ) 1 + 9 4 = 8 1 ,3 дБ;
2,13=20 l g [9 6 -1 0 0 ,6 1 /(1 0 1 2 2 ,4 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 3 ,6 дБ;
2 , u = 2 0 l g [9 6 -1 0 0 ,6 1 /(1 0 1 2 2 ,4 + 1 5 2 /0 ,1 1 1 )1 + 9 4 = 9 2 ,0 ;
2 ., 5 = 2 0 lg [9 6 -1 0 0 ,6 1 /(1 0 1 2 2 ,4 + 3 0 2 /0 ,1 1 1 )1 + 9 4 = 88,5 дБ ;
2,16=20 lg [9 6 -1 0 0 ,6 1 /(1 0 1 2 2 ,4 + 4 5 2 /0 ,1 1 1 )1 + 9 4 = 8 5 ,5 дБ .
Суммируя уровни от обоих громкоговорителей на средней линии
площ ади, получаем для:
15 м
2,ц = 8 7 ,9 + 3 = 9 0 ,9 дБ;
30 м
2 .1 2 = 9 2 ,4 + 3 = 9 4 ,4 дБ;
50 м
L ,з = 9 4 + 3 = 9 7 дБ;
100 м 2 .1 4 = 9 2 + 3 = 9 5 дБ.
Н а оси громкоговорителей для:
15 м
2-21=96,9 ( + ) 7 8 ,5 = 9 6 ,9 дБ;
30 м
2.22= 99,7 ( + ) 8 3 ,8 = 9 9 ,7 дБ;
50 м
£ г з = 9 5 ,6 ( + ) 8 7 = 9 5 ,6 + 0 ,5 = 9 6 ,1 дБ;
100 м £ 24= 9 3 , 6 ( + ) 88 ,5 = 9 3 , 6 + 1 , 2 = 9 4 ,8 д Б .
Н а краю площ ади с учетом отраж ений от стен для 15 м £ з1 = 8 7 ,9 +
+ 3 = 9 0 ,9 (от другого громкоговорителя не учитываем и з-за боль­
ш ого запазды вания: 73 мс при перепаде уровней 15,8 д Б ), для 30 м
уровень £з2= 92,4+3= 95,4 д Б (второй громкоговоритель т о ж е не
учиты ваем), для 50 м £ 3з = 9 4 ( + ) 81,3+3 = 9 4 + 0 ,3 + 3 = 9 7 ,3 д Б и для
100 м £ з4 = 9 2 (+ ) 8 5 ,5 + 3 = 9 2 + 0 ,9 + 3 = 9 5 ,9 д Б .
Наибольший уровень получился на оси громкоговорителей на
расстоянии 15 м от стены (99,7 д Б ), наименьший — против трибуны
на расстоянии 5 м от нее (90,9 д Б ).
Если исключить последню ю точку, так как она озвучивается не­
посредственно оратором, и точку в ближ нем углу площ ади (ее
озвучиваем громкоговорителем для гостевых т ри бун ), то минималь­
ный уровень получился равным 95 дБ . Таким образом , неравномер­
ность 99,7— 9 5 = 4 ,7 дБ . М ож н о уменьшить и эту неравномерность,
202
если поднять громкоговорители на высоту 15 м. При этом на 1,5 д Б
уменьшится только максимальный уровень.
В отличие от преды дущ его варианта эта система не требует при­
менения ограничителей уровня, так как развивает уровни, достаточ­
ные для превышения над шумами (25 д Б ). Э хо нигде не прослуш и­
вается.
О пределим предельный индекс тракта, для чего найдем уровень
звука у микрофона. Координаты микрофона х = 1 0 , у = 15 и hT~
= 6,5 м, тогда
и = 1 0 * 0 ,9 9 3 + 6 ,5 -0 ,1 1 4 = 1 0 ,5 6 ; ш = 1 0 - 0 ,1 14— 6,5• 0 ,9 9 3 = — 5 ,3 1.
Следовательно, уровень у микрофона от обоих громкоговори­
телей
L M= 2 0 l g [96 • 1,41 • 1 0 ,5 6 /( 10 ,5 6 3 + 5 ,3 12/ 0 , 1 1 1 + 1 5 V 0 ,1 11) ] + 9 4 =
= 8 9 ,5 дБ .
Предельный индекс тракта Qnp = 95— 8 9 ,5 + 1 ,5 — 1 2 = — 5 д Б , так как
направленность микрофона п од углом 0 = a r c t g (15,6,52+ 1 5 2) 1/2= 47,5°
д (47,5°) = ( l + c o s 4 7 ,5 )/2 = 0 ,8 3 8 , или — 1,5 дБ .
Следовательно, имеем зап ас по усилению около 7 дБ .
Эта система по всем показателям превосходит преды дущ ую . Е е
недостаток в том, что громкоговорители долж ны размещ аться на
стене здания, что м ож ет нарушить архитектуру здания.
В отношении разборчивости речи м ож но сказать, что вследствие
больш ого превышения уровня речи н ад уровнем ш умов (20— 25 д Б )
следует ож идать отличную разборчивость.
4.6. О ЗВ У Ч Е Н И Е И ЗВ У К О У С И Л Е Н И Е
Н А БО Л ЬШ О М С ТА Д И О Н Е
Задани е. Озвучить стадион на 100 тысяч человек. Чаша
стадиона (см. рис. 4.9) внизу плоская овальной формы с размерами
1 5 0 Х П 0 м, вокруг нее располож ен амфитеатр с местами для зри­
телей. Ширина этой зоны равна 100 м, высота для задн их рядов —
40 м, поэтом у общ ая ширина чаши стадиона составляет 310 м,
а длина 350 м, периметр чаши по внеш нему к р а ю — 1050 м. Р а с ­
смотрим два варианта расположения громкоговорителей: по внешне­
му краю чаши и по внутреннему краю беговой дорож ки , т. е. на
расстоянии 10 м от барьера амфитеатра к центру.
Рассмотрим первый вариант. Расп олож им 60 громкоговорите­
лей по внешнему краю с расстояниями м еж д у ними 1 0 5 0 /6 0 = 17,5 м.
При таком условии не буд ут создаваться помехи от соседних гром­
коговорителей, так как разность х од а от дв ух соседних громкого­
ворителей к лю бой точке слуш ателей меньше 17 м. Н о оказывается,
что цепочка громкоговорителей, расположенны х по окруж ности, с о з­
д ает сходящ ую ся по направлению к центру стадиона волну, вслед­
ствие чего наблю дается концентрация энергии в центре стадиона.
З а центром стадиона она будет расходящ ейся. Расчет такой волны
слож ен. П оэтом у будем считать, что действующими цепочками явля­
ются две прямолинейные бесконечные цепочки, находящ иеся 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
A L = 1 0 lg (2 1 0 /1 0 0 ) по ширине стадиона и AL = 10 lg (2 5 0 /1 0 0 ) по
его длине, или 3,2 д Б и 4 дБ при запазды вании Д /= А г /3 4 0 , равном
соответственно 0,32 с и 0,44 с. Согласно рис. 1.3, наблю дается сни­
ж ение разборчивости речи. Такая система пригодна только для пе­
редачи неслож ной информации (например, объявлений).
Рассмотрим второй вариант. Д л я линейных цепочек (см. § 3.3)
м ож но брать расстояние м еж ду соседними громкоговорителями д о
30— 40 м д а ж е для радиальных громкоговорителей, а для направлен­
н ы х— тем более. Следовательно, м ож но обойтись 12 громкоговори­
телями, расположенными по периметру овала, находящ егося на рас­
стоянии 10 м от барьера к центру стадиона. Длина этого периметра
составляет около 360 м. Получим 12 секторных зон.
Р и с . 4.9. П лан и разрез большого стадиона. Расп олож ен ие гром­
коговорителей для зональной системы озвучения с показом уров­
ней в контрольных точках
П о заданию требуется обеспечить предельно допустимую р а з­
борчивость при самых высоких уровнях речевых шумов на стадионе
(77 д Б ). Граница предельно допустимой разборчивости ( 5 = 2 5 % )
соответствует формантной разборчивости 0,15 (см. табл. 1.3 и 3 .4 ).
С некоторым запасом коэффициент разборчивости дол ж ен быть не
менее 0,2 (считая, что ряд полос передается с меньшим перекрытием
ш ум а). Д ля такого коэффициента разборчивости следует иметь у р о ­
вень ощ ущения, равный 0 (см. табл. 3 .3 ). Таким образом , громкого­
ворители долж ны создавать пиковый уровень не менее 7 8 -{ -1 2 =
204
= 9 0 дБ . Такой уровень дол ж ен быть на максимальном расстоянии
от громкоговорителя, в точке на высоте 40 и расстоянии 110 м, т. е.
на расстоянии r = ( 1 0 0 2+ 4 0 2) 1/2+ 1 0 = 1 1 7 м. Значению 90 д Б соот­
ветствует звуковое давление 0,63 П а, поэтом у громкоговоритель д о л ­
ж ен создавать на расстоянии 1 м от него звуковое давление р =
= 0 ,6 3 /1 1 7 = 7 3 ,7 П а. Возьмем сдвоенный по высоте громкоговори­
тель 5 0 Г Р Д -9 , который по оси дает на расстоянии 1 м от центра
звуковое давление р = 3 3 ,5 X 2 = 6 7 П а. Э то близко к требуем ом у зн а­
чению (на 0,8 д Б меньш е). Учитывая действие соседних громкогово­
рителей, получим требуемы й уровень. Эксцентриситет характеристи­
ки направленности одиночного 5 0 Г Р Д -9 в вертикальной плоскости
равен 0,945, а для сдвоенного
е в = ( 3 + 0 , 9452) ^ / 2 = 0 ,9 8 7 .
В горизонтальной плоскости е г = 0 ,7 7 . Следовательно, 1— е в2= 0 ,0 2 8
и 1— ег2= 0 ,4 0 7 .
О пределим уровень на дальнем ря ду амфитеатра с учетом д ей ­
ствия д вух соседних громкоговорителей. Вычислим угол м еж ду осью
громкоговорителя и горизонталью. При высоте подвеса громкогово­
рителя, равной 1 м, угол d o = a r c tg 4 0 /1 1 0 = 2 0 ° , поэтом у sin 4 0 ° =
= 0 ,3 4 2 , c o s 4 0 ° = 0 ,9 4 . Д л я координат х = 1 1 0 ; */=30; Лг= 40 коорди­
наты эллипсоида
и = 1 1 0 * 0 ,9 4 + 4 0 •0,342 = 1 1 7 , w = 110 • 0,342— 40 - 0 ,9 4 = 0 .
Звук овое давление от одного соседнего громкоговорителя
67-1 1 7
р = ------------------------------------ = 0 ,4 9 П а,
F
117а + 30а/0 ,4 0 7 + 0
а для дв ух соседних громкоговорителей р = 0,49V" 2 = 0,69 Па. С ум ­
марное звуковое давление в удаленной точке с учетом давления от
основного
громкоговорителя
р = 6 7 / 1 1 5 = 0 ,5 7
Па;
р = ( 0 ,6 9 2+
+ 0 , 5 7 2) 1/2= 0 ,8 9 П а, что соответствует уровню 92,9 дБ .
О пределим уровень у барьера на оси громкоговорителя (д^=10;
у = 0; hT= — 1). И меем координаты эллипсоида:
и = 10 • 0 ,9 4 + (— 1) • 0 ,3 4 2 = 9 ,1 ; w = 10 • 0 ,3 4 2 + 1 • 0,94 = 4,36;
я = 0 , откуда получаем звуковое давление
б7’9*1
р = ------------------------------= 0 ,8 Па,
9 , 1 2 + 4 ,3 6 а/0 ,0 2 8
т. е. JL=92,1 дБ . Д ействие соседних громкоговорителей не учиты­
ваем, так как от одного соседнего громкоговорителя (для х = 3 0 )
звук овое давление
________________ 67 9 ,1 ________________
Р ~ 9 ,12 + 4>3 6 2 /0 ,028 + 3 0 V 0 ,407 ~
’
для дв ух оно составит 0,29 Па, т. е. почти втрое меньше основного.
В точке м еж ду громкоговорителями у барьера ( х = 1 5 ) для двух
громкоговорителей звуковое давление
_____________6 7 . 9 , М , 4 1 ______________
^
9 , 12 + 4 ,3 6 а/ 0 ,0 2 8 + 15а/ 0 ,5 0 7 ~ ° '
т . е. уровень L = 8 9 ,6 дБ .
205
Н айдем звуковое давление в точке на внешнем краю амфитеат­
ра м е ж д у громкоговорителями. Ширина секторной зоны на краю
амфитеатра 1 0 5 0 /1 2 = 8 8 м. Следовательно, координаты этой точки
у = 4 4 м, х = 1 1 0 м и Лг*=40 м (« = 1 1 7 ; ад = 0 ). П оэтом у звуковое
давление от дв ух громкоговорителей
р =
F
6 7 .1 1 7 .1 ,4 1
1 1 7 2 + 4 4 2 /0 ,4 0 7
= 0 , 6 Па, т. е .
уровень L = 89,6 дБ .
Н аконец, для точки на середине амфитеатра в вертикальной
плоскости, проходящ ей через ось громкоговорителя, имеем следую ­
щие координаты: х = 5 0 ; у —0; Лг= 1 0 (см. рис. 4 .9 ). Координаты
эллипсоида « = 5 0 ,4 и а д = 7,7, откуда звуковое давление
5 0 ,4 * 6 7
р = ------------------------------ = 0 ,7 2 Па,
г
5 0 ,42 + 7 ,7 2/0 ,0 2 8
а уровень L = 9 1 ,2 дБ . Если учитывать только действие соседних
громкоговорителей, то неравномерность составит 4 дБ , т. е. у д о в ­
летворяет норме. Если учесть действие всех громкоговорителей, то
неравномерность уменьшится д о 3 дБ.
П роведем проверку на эхо. Н аиболее вероятное появление слы­
шимого эха наблю дается у барьера на оси громкоговорителя, так как
в этой точке будет наибольш ая разность х од а звуковых волн.
Разность хода звуковой волны у барьера от основного и со сед ­
него с ним громкоговорителя
А г = ( 1 0 2+ 3 0 2) 1/2— 1 0 = 2 1 ,6 м,
что соответствует запазды ванию на 63,5 мс. Звуковое давление от
д вух соседних громкоговорителей (« = 9 ,1 ; ад= 4 ,3 6 и /гг= 30)
б7*9’1*1»41
р = -----------------------------------------------------=
0 ,2 9 Па,
у
9,12 + 4 ,3 6 2 /0 ,0 2 8 + 3 0 2 /0 ,4 0 7
т. е. уровень L = 8 3 ,2 дБ , а от ближайш его громкоговорителя звуко­
вое давление
6 7 -9 ,1
р = -------------------------------- = 0 ,8 Па,
у
9,12 + 4 ,3 6 2 /0 ,0 2 8
’
L = 92,1 д Б .
Разность уровней AL=»92,1— 8 3 ,2 = 8 ,3 дБ . При таком перепаде уров­
ней и запазды вании 63,5 мс эхо будет только вблизи границы его з а ­
метности (см. рис. 1.3).
Д ан ная система озвучения не рассчитана на озвучение поля ста­
диона внутри барьера. Д л я озвучения этой зоны следует применить
дополнительную систему. Так, если требуется озвучить только бего­
вую дор ож к у, то мож но расположить по два громкоговорителя сбоку
основных громкоговорителей и оси этих громкоговорителей напра­
вить по беговой дорож ке, т. е. 24 громкоговорителя. Громкоговори­
тели типа 10Г Р Д с избытком д а д у т требуемый уровень. О бщая
электрическая мощность Р = 1 2 Х 1 0 0 + 2 4 Х 1 0 = 1 5 0 0 Вт. Д л я озвуче­
ния центра стадиона при массовых мероприятиях необходим о приме­
нение централизованной системы, одновременно озвучивающ ей весь
стадион. Н аиболее подходящ ей для этого является веерная система
с располож ением 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 дол ж ен быть менее
90 д Б . Э то соответствует в среднем звуковом у давлению 0,63 П а.
Д л я высоты подвеса 30 м н ад краем стадиона (общ ая высота н ад
землей равна 70 м) расстояние от центра громкоговорителя д о
центра стадиона — около 170 м. Следовательно, громкоговорители
долж ны давать на расстоянии 1 м давление не менее
1 7 0 -0 ,6 3 =
= 107 П а. Если применить сдвоенный громкоговоритель типа 100Г Р Д ,
то р = 96 П а. Н о с таким отклонением м ож но согласиться, так как
оно менее 1 дБ (20 lg (1 0 7 /9 6 ) = 0 ,9 4 д Б ], тем более, что уровень
немного повысится из-за действия други х громкоговорителей.
Р и с . 4.10. План и разрез большого
стадиона
централизованной
системой с показом уровней
точках
при
озвучении
в контрольных
П р еж д е чем рассчитать уровни звукового поля, следует опреде­
лить как сдваивать громкоговоритель: по вертикали или по гори­
зонтали. Д л я этого проведем предварительный расчет уровня для
удаленной точки от громкоговорителя (на последнем ря ду противо­
полож н ого края стади он а). Сдваиваем громкоговорители по верти­
кали, центр координат х, у и z располож им на зем ле под громко­
говорителем, акустическую ось направим на центр стадиона. Тогда
ось громкоговорителя будет наклонена к горизонтали под углом
ao=*arctg (7 0 /1 5 5 ) = 2 4 ,3 °, откуда sin 2 4 ,3 °= 0 ,4 1 ; cos 2 4 ,3 °= 0 ,9 1 .
20?
Д л я сдвоенного громкоговорителя 100Г Р Д эксцентриситет в вер­
тикальной плоскости е в= 0 ,9 8 7 , а 1— е в2= 0 ,0 2 8 (см. выш е). Д ля
точки, находящ ейся на противоположной стороне стадиона, * = 3 1 0 ;
t/ = 0 и высота подвеса громкоговорителя н ад слуш ателем, н аходя­
щимся в рассматриваемой точке, Лг= 70— 4 0 = 3 0 . Соответственно ко­
ординаты эллипсоида и = 3 1 0 -0 ,9 1 + -3 0 -0 ,4 1 = 2 9 4 ,4 и 1^ = 3 1 0 -0 ,4 1 —
^-—30-0,91 = 9 9 ,8 , о = 0 . Следовательно, звуковое давление
9 6 -2 9 4 ,4
Л „
р = ------------------------------------- = 0 ,0 6 4 Па,
*
2 9 4 ,42 + 9 9 ,8 2/0 ,0 2 8
откуда уровень L —70,1 д Б . Такой уровень весьма мал для слуш ате­
лей, находящ ихся на стадионе. П оэтом у сдвоим громкоговорители
по горизонтали. Д ля этого случая эксцентриситет по горизонтали
такой ж е, как и по вертикали, т. е. равен 0,945, а 1— ет2—0,107. С о­
ответственно, в удаленной точке звуковое давление
р =
У
9 6 -2 9 4 ,4
= 0 ,1 5 7 Па,
2 9 4 ,4 2 + 9 9 ,8 а/0 ,1 0 7
а уровень L = 77,9 д Б . Такой уровень у ж е достаточен для слуш ателя.
Определим уровень, создаваемы й этим громкоговорителем на
конце продольной оси поля стадиона. Его координаты: * = 1 5 5 ; у =
=«75 и Аг= 7 0 , что д ает и = 1 5 5 * 0 ,9 1 + 7 0 -0,41 — 169,8; w = - 155 *0,41—
^—7 0 -0 ,9 1 = 0 ; а = 7 5 . Соответственно звуковое давление
9 6 -1 6 9 ,8
Р ~~ 1 6 9 ,8 2 + 75а/0 ,1 0 7 ~
’
3’
а уровень L = 8 0 дБ , что на 10 д Б меньше задан ного. Отыщем точку,
в которой уровень примерно на 6 д Б меньше заданного: это граница
зонального сектора, обслуж иваем ого центральным громкоговорите­
лем веерной системы. П одбором находим, что такая точка имеет
координату у —35,6.
Д л я озвучения остальной части поля стадиона используем два
сдвоенных громкоговорителя, расположенных по бокам центрально­
го. И х акустические оси направим на продольную ось поля. Точку
упора осей подбираем так, чтобы уровень на стыке с центральной
зоной был примерно на 6 д Б 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 д о точки упора оси.
Это расстояние (1702+ 6 0 2) 1/2= 180, поэтом у уменьшение уровня
A L = 2 0 lg ( 1 8 0 /1 7 0 ) = 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. Д л я этого
сначала найдем угол м е ж д у осью громкоговорителя и продольной
осью стадиона a 0= a r c t g 1 7 0 /6 0 = 7 0 ,6 °. Следовательно координата
и = 1 8 0 + 1 5 cos 7 0 ,6 = 185, а координата ш = 15 sin 7 0 ,6 °= 1 4 ,1 , откуда
звуковое давление
9 6 -1 8 5
р = —*---------------------------- = 0 , 4 9 Па,
F
1852 + 1 4 ,1 2 /0 ,1 0 7
208
что соответствует L = 8 7,8 д Б . Н о в этой точке будет действовать if
третий громкоговоритель, поэтом у уровень м ож но создать не м ен ее
90 дБ . Заметим, что третьи громкоговорители обслуж иваю т толькоамфитеатр. Если направим их акустические оси на середин у амфи­
театра по продольной оси, то м ож но зар анее сказать, что там уровни 1
не менее 77— 80 дБ . Д л я такого озвучения требуется мощ ность
= 2 X 3 X 1 0 0 = 6 0 0 Вт. М ож н о создать такую систему и для обсл уж и ­
вания всего стадиона с уровнями не менее 90 дБ , но для этого по­
требуется веерная система и в вертикальной плоскости. Мощностьдля нее будет значительно больше, чем для рассмотренной выш е
системы.
4.7. ЗВ У К О Ф И К А Ц И Я П Р И Б Р Е Ж Н О Й ЗО Н Ы
О ТДЫ Х А
Задани е. Рассчитать систему звукоусиления и озвучения 1
прибреж ной зоны отдыха, Д лина озвучиваемой зоны 200 м, ширина
20 м. Н азначение установки: воспроизведение различных х у д о ж ес т ­
венных программ (музыки, пения, рассказы и т. п .), записанных на
магнитную ленту и диски, и звукоусиление музыкальных и речевых
программ с местной концертной площ ади. Э ту систему м о ж н о
использовать и для информационных передач. Всю аппаратуру при­
возят на автобусах и ее необходим о развернуть в течение короткого
промежутка времени. П ередача не д олж на мешать разговорам отды­
хающих.
Громкоговорители
Акустическая ось
Неозвучиваемая зона
7±
yyf f
1Ы
7^
j>
7^6
МБ
- ы - Л ^ _______________
34
г |
Акустическая ссь
200
Лес
Р и с . 4.11. План и разрез прибреж ной зоны отдыха при установ­
ке громкоговорителей в середине зоны
Выбираем сосредоточенную систему озвучения, так как для зо ­
нальной системы требуется много времени для развертывания наместе (необходим о устанавливать больш ое число громкоговорителей
на м ачтах).
При выборе типа громкоговорителей возмож ны 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 ш ума, а такж е из-за ветра, часто имеющего место*
в прибрежны х зонах. П оэтом у сначала рассмотрим звукоусиление
с рупорными громкоговорителями. Согласно условию уровень пере­
дачи не дол ж ен быть высоким, чтобы не мешать разговорам, т. е.
не более 80 дБ , поэтом у выбираем рупорные громкоговорители типа
10Г Р Д -5. Его данные: pi = 12 Па; е = 0 ,7 7 ; 1— е2= 0 ,4 0 7 . Громкого-
14— 190
20£
•ворители располагаем (рис. 4.11) в середине зоны и направляем их
о с и в дальние концы площадки. Зар анее мож но сказать, что под
«громкоговорителями будет зона пониженного уровня и ее придется
озвуч и вать дополнительно.
В удаленной точке приближ енное значение уровня
L = 20 lg ( 1 2 / 100) + 9 4 = 7 5 ,6 дБ .
'Задаваясь неравномерностью 4 дБ , получим максимальный уровень
н ем н ого ниж е 80 дБ . Д л я такой неравномерности высота подвеса
громкоговорителей над землей (2.40а)
100________________
Л = { [ ( г - н ) 4/20— 1)а— 1]/(1 — 0 ,7 7 а) } 1/2 = 3 3 , 1
М‘
Э то очень высокий подвес. М ож н о увеличить неравномерность д о
6 дБ , тогда высота подвеса составит 22,6 м. Это один выход. Н о
м ож но взять более направленный громкоговоритель в вертикальной
плоскости.
Возьмем громкоговорители типа 2 5 Г Р Д -Ш -2 , у которых в вер­
тикальной плоскости направленность выше, чем у громкоговорителя
10Г Р Д -5 (p i= 1 2 ,5 Па; е г= 0 ,7 7 ; е в= 0 ,9 4 5 ; 1— ег^= 0,407; 1—
= 0 ,1 0 7 ) . Получим высоту подвеса
,
____________
100
{ [(Ы О 4/20— 1 ) 2 _ 1 ] / ( 1 _ Йв2)}1/2
М-
Э т о у ж е приемлемая высота (высота телескопической мачты). Угол
шодвеса
a 0= a r c t g 1 7 /1 0 0 = 9 ,6 5 °; s i n 9 ,6 5 °= 0 ,1 6 8 ; c o s 9 ,6 5 °= 0 ,9 8 6 .
Уровень в удаленной точке L = 2 0 l g [1 2 * 5 /(1 0 0 2+ 1 7 2) ] 1/2+ 9 4 =
« 7 5 , 8 дБ . М аксимальный уровень равен 79,8 дБ , т. е. в норме. Н ай­
дем точку границы озвучиваемой зоны, ближайш ей к громкоговори­
телю (3.41)
^
1 0 0 -0 ,8932
^ 17 о
Х1==в 1 + ( 1 — <?в2)1002/1 7 2 &
’ ’
Следовательно, площ адка длиной 34 м и шириной 20 м будет
о зв уч ен а с пониженной громкостью и подчеркиванием низких частот
(из-за малой направленности рупорных громкоговорителей на низ­
ших ч астотах). Э ту площ адку мож но уменьшить д о длины 12,6 м
сн и ж ен и ем высоты подвеса громкоговорителя до 11,2 м, но при этом
гнеравномерность озвучения вырастет д о 6 дБ , т. е. максимальный
уровень составит около 82 д Б . В первом случае необходим о доп ол ­
нительное озвучивание зоны под громкоговорителями, во втором —
м о ж н о обойтись без него. Собственно говоря, эта зона будет занята
•мачтой, так как вблизи ее леж ит опасная зона в расстоянии 17 м
® обе стороны.
О пределим уровни в угловых точках и на расстоянии 17 м от
мачты с отклонением от осевой линии на 10 м, т. е. для * = 1 7 и 100 ,
J /= 0 и 10; /*г= 1 7 .
Д ля этих точек:
и — 1 0 0 -0 ,9 8 6 + 1 7 * 0 ,1 6 8 = 101,5; w = 2 0 0 -0 ,1 6 8 — 1 7 -0 ,9 8 6 = 0 ;
ц = 1 7 •0 ,9 8 6 + 1 7 * 0 ,1 6 8 = 19,62;
*210
су=
170-0,168— 1 7 -0 ,9 8 6 = — 13,9.
Вычислим вспомогательные суммы: а = « 2+ д о 2/0,107; a i = 10 1 ,5 2-f- 0 =®
= 1 0 302,3; а 2==19,622-|-1 3 ,9 2/ 0 , 1 0 7 = 2 1 9 0 ,6 .
Н айдем уровни в четырех точках;
h = 20 lg [12,5* 101,6/10 3 0 2 , 3 ] + 9 4 - 7 5 ,8 дБ;
L 2= 20 lg [1 2 ,5 -1 0 1 ,5 /(1 0 302,3 + 1 0 2/ 0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 7 5 , 6 дБ;
L 3 = 2 0 1 g [1 2 ,5 - 1 9 ,6 2 /(2 1 9 0 ,6 + 0 )1 4 -9 4 = 7 5 ,0 дБ;
L4= 2 0 l g [12,5* 1 9 ,6 2 /(2 1 9 0 ,6 + 1 0 2/0 ,4 0 7 ) 1 + 9 4 - 7 4 ,1
дБ.
Получим вполне приемлемую неравномерность A L = 79,8— 74,1 =
= 5 , 7 дБ . О днако такое располож ение громкоговорителей св я за н о
с потерей большой площ ади.
Р ассмотрим другой вариант, когда громкоговорители м о ж н о
отнести в сторону. Относим громкоговорители на 20 м от серединыкрая площ адки и направляем оси громкоговорителей в дальние угль»
Р и с . 4.12. План и разрез прибреж ной зоны отдыха при устан овке
громкоговорителей вне самой зоны
площадки (рис. 4.1 2 ), Вы соту подвеса оставляем п р еж н ю ю — 17 м,
расстояние по горизонтали от точки подвеса громкоговорителей д о
дальнего
угла Х о = (1 0 0 2+ 4 0 2) 1/2— 107,7 м. Угол наклона do—
= a r c t g 1 7 /1 0 7 ,7 = 9 °; sin 9 °= 0 ,1 5 6 ; c o s 9 ° = 0 ,9 8 8 . Н еравном ерность
озвучения (2.40) A L = 4 ,3 5 дБ .
Н аметим характерные точки для определения в них уровня зв у­
ка. П ервая точка — в дальнем углу на оси громкоговорителя, вто­
рая в дальнем углу в стороне от его оси, третья — в точке пересе­
чения проекции оси, ближайш ей к громкоговорителю, с границей?
площадки, четвертая и пятая — на середине площадки в дальней е е
стороне и ближней. Соответственно координаты х к у для эти х
точек будут:
1) х = 107,7; у=~0; 2) х = 104,1; у = 9,8; 3) * = 1 0 7 ,7 /2 = 5 3 ,9 ; у = 0 ;
4) х = 1 4 ,5 ; у = 37,3; 5) х —7,25; г/= 18,65; для всех точек hr= 17^
Н айдем для них координаты и и w:
« = 1 0 7 ,7 -0 ,9 8 8 + 1 7 * 0 ,1 5 6 = —109,1; w = 107,7-0,156— 1 7 -0 ,9 8 8 = 0 ;
« = 104,1 -0 ,9 8 8 + 1 7 » 0 ,1 5 6 = 105,5; ш = 1 0 4 ,1 -0,156— 1 7 - 0 ,9 8 8 = — 0,56;
« = 5 3 ,9 - 0 ,9 8 8 + 1 7 - 0 ,1 5 6 = 5 5 ,9 ; ш = 5 3 ,9 -0 ,1 5 6 — 1 7 -0 ,9 8 8 = — 8,39;
« = 1 4 ,5 -0 ,9 8 8 + 1 7 -0 ,1 5 6 = 1 7 ,0 ; ку= 14,5-0,156— 1 7 -0 ,9 8 8 = 14,53;
и = 7 ,2 5 •0 ,9 8 8 + 1 7 -0 ,1 5 6 = 9 ,8 2 ; w = 7 ,2 5 - 0,256— 17 •0,988 = 15,67.
211
Вычислим для всех точек « 2+ а > 2/0,107:
« i = 1 0 9 , l 2+ 0 = 11 902,8; a^ = 105,52-J-0,562/ 0 , 1 0 7 = 1 1 133,2;
а 3 = 5 5 ,9 2 + 8 ,3 9 2 /0 ,1 0 7 = 3 7 8 2 ,7 ; «4= 172+ 1 4 ,5 3 2/ 0 , 1 0 7 = 2 2 6 2 ,1 ;
а 5= 9 , 8 2 + 1 5 ,6 7 /0 ,1 0 7 = 2 3 9 1 ,3 .
Н айдем уровни для этих точек:
L i= 2 0 1 g
L2= 2 0 lg
L 3= 2 0 1 g
L 4= 2 0 1 g
L5= 2 0 lg
[1 2 ,5 -1 0 9 ,1 /(1 1 9 0 2 ,8 + 0 ) 1 + 9 4 = 7 5 ,2 дБ;
[1 2 ,5 -1 0 5 ,5 /(1 1 1 3 2 ,2 + 9 ,8 2/ 0 , 4 0 7 ) ] + 9 4 = 75,3 дБ .
[ 1 2 ,5 - 5 5 ,9 /( 3 7 8 2 ,7 + 0 )1 + 9 4 = 7 9 ,3 дБ;
[1 2 ,5 -1 7 /(2 2 6 1 ,1 + 3 7 ,3 2 /0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = 6 5 ,5 дБ;
[1 2 ,5 -9 ,6 2 /(2 3 9 1 ,3 + 1 8 ,6 5 2 /0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = 6 5 ,4 .
П олучили низкие уровни в средней зоне. Определим уровень ещ е
в двух точках на 10 м от середины площ адки по берегу и по внут­
ренней линии площадки. И х координаты: * = 2 3 ,8 ; (/= 3 3 ,6 ; * = 1 6 ,6 ;
У = 1 6 ,8 .
Д л я этих координат:
« = 2 3 ,8 -0 ,9 8 8 + 1 7 -0 ,1 5 6 = 2 6 ,2 ; ю = 2 3 ,8 -0,156— 17-0,988 =----- 13,1;
« = 1 6 ,6 -0 ,9 8 8 + 1 7 -0 ,1 5 6 = 1 9 ,1 ; ю = 16,6-0,156— 1 7 -0 ,9 8 8 = — 14,21.
Величины а к= ы 2-Ья>2/0 ,1 0 7 будут:
a i= 2 6 ,2 2 + 1 3 ,l2/0 ,1 0 7 = 2 2 9 0 ,3 ;
а2== 19,12+ 1 4 ,2 1 2/0 ,1 0 7 = 2 2 5 2 ,0 .
Уровни для них:
L = 2 0 1 g [1 2 ,5 -2 6 ,2 /(2 2 9 0 ,3 + 3 3 ,6 2/0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 7 0 ,2 дБ;
L = 2 0 1 g [1 2 ,5 -1 9 ,1 /(2 2 5 2 + 1 6 ,8 2/ 0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 7 2 ,2
дБ .
С неравномерностью около 9 д Б буд ет озвучена площ адка за
исключением участка длиной 20 м. Д л я этой зоны требуется доп ол­
нительное озвучивание, поэтом у од н у звуковую колонку 2 К З -6
( p i = 3,8 Па; ^ = 0 ,5 ; вв= 0 ,9 2 ; 1— вг? = 0 ,7 5 ; 1— вв^ = 0 ,1 5 4 ) м ож но
подвесить на высоте 17 м.
Уровень в удаленной от колонки точке (четвертая точка)
L = 2 0 lg [3 ,8 /(4 0 2 + 1 7 2 ) 1/2] + 9 4 = 7 3 ,5 дБ ,
т. е. только на 5,8 д Б ниж е, чем для максимума. О пределим уровни
в пятой, шестой и седьмой точках. К оординаты их для этой колонки
изменятся: *5=20; (/5=0; * 6= 4 0 ; (/6=10; *7=20; 1/7=10.
Угол подвеса колонки a c= a r c t g (1 7 /4 0 ) = 2 3 °; s i n 2 3 °= 0 ,3 9 1 ;
co s 2 3 °= 0 ,9 2 1 .
Соответственно координаты « и w:
« = 2 0 - 0 ,9 2 1 + 1 7 -0 ,3 9 1 = 2 5 ,1 ; а>= 2 0 - 0,391— 17- 0,921 = — 7,84;
« = 4 0 - 0 ,9 2 1 + 1 7 -0 ,3 9 1 = 43,5; w = 4 0 -0,391— 1 7 -0 ,9 2 1 = 0 .
Вычислим вспомогательные суммы «2+ ш 2/0 ,1 5 4 = « :
а1= 2 5 ,1 2+ 7 , 8 4 2/ 0 , 154= 1 0 2 9 ,1 ;
212
а2= 4 3 ,52+ 0 = 1892,3.
Н айдем уровни в заданны х точках:
Z,5 = 2 0 lg [3 ,8 /(1 0 2 9 ,1 )1/ * ] + 9 4 = 7 5 ,5 дБ;
/,6 = 2 0 lg [3 ,8 /(1 7 9 2 ,3 + 1 0 2 /0 ,1 7 5 ) V*]+ 9 4 = 7 2 ,5
дБ;
L 7= 2 0 lg [ 3 ,8 /(1 0 2 9 ,1 + 1 0 2/0 ,7 5 ) ^ ] + 9 4 = 7 4 , 9 дБ .
Учитывая, что в точках 6 и 7 от основных громкоговорителей
уровни близки к уровням от колонки, складываем их (по интенсив­
ности) :
/,6 = 7 0 ,2 ( + ) 7 2 ,5 = 7 2 ,5 + 1 ,9 = 7 4 ,4 дБ;
/, 7 = 7 4 ,9 ( + ) 7 2 ,2 = 7 4 ,9 + 1 ,9 = 7 6 ,8 дБ.
Таким образом , звуковая колонка повысила уровни в средней
зон е до приемлемых значений (неравномерность менее 6 д Б ). М ощ ­
ность громкоговорителей около 50 Вт.
Рассмотрим вариант озвучения с более высоким качеством зв у ­
чания, т. е. с мощными звуковыми колонками. П о звуковом у д а в ­
лению наиболее п одходят колонки типа 50К З -5 (pi = 13,5 П а; вг=
= 0 ,9 1 ; е в= 0 ,9 8 4 ; 1— вг^ = 0,173; 1— вв2= 0 ,0 3 2 ) ♦ При длине озвучи­
ваемой зоны около 100 м, оптимальная высота подвеса колонки (3.3)
h r = 1 0 0 (0 ,0 3 2 )V2» 17,9 м. О ставляем высоту подвеса 17 м, как и
в первом варианте, и направляем оси колонок в удаленны е углы пло­
щ адки.
К оординаты и и w остаю тся прежними. П одсчитаем вспомога­
тельные суммы а = « 2 + ш 2/0 ,0 3 2 . [Д л я первой точки она остается
преж ней и равной 11 90 2 ,8 ):
Я2= 1 0 5 ,5 2 + 0 ,5 6 2 /0 ,0 3 2 = 11 140; а з = 5 5 ,9 2+ 8 , 3 9 2/0 ,0 3 2 = 5 3 2 4 ,6 ;
а 4= 172+ 1 4 ,5 3 2/0 ,0 3 2 = 6 8 8 6 ,5 ; а5« 9 ,8 2 2+ 1 5,672/0 ,0 3 1 = 7 7 6 9 ,8 .
О пределим уровни в первых пяти точках для первого варианта:
I i = 2 0 1 g [1 3 ,5 /(1 1 9 0 2 ,8 + 0 ) 1/ 2 ] + 9 4 = 7 5 ,9 дБ;
/ , 2= 2 0 l g [1 3 ,5 /(1 1 1 4 0 + 9 ,8 2 /0 ,1 7 3 )1/2] + 9 4 —75,9 дБ ;
/,з = 2 0 l g [ 1 3 ,5 / (5 3 2 4 ,6 + 0 ) V2] + 9 4 = 7 9 ,3 дБ;
/ , 4 = 2 0 lg [1 3 ,5 /(6 8 8 6 ,5 + 3 7 ,3 2 /0 ,1 7 3 ) 1/2 ] + 9 4 = 7 4 ,9 дБ ;
/ , 5 = 2 0 lg [ 1 3 ,5 /(7 7 6 9 ,8 + 1 8 ,6 5 2 /0 ,1 7 3 )
+ 9 4 = 7 6 ,7 д Б .
В итоге получили уровни в пределах 79,3— 74,9 дБ , т. е. неравномер­
ность, равную 4,4 дБ. О бщ ая мощность составит 100 Вт, т. е. вдвое
больш е, но, однако, качество получим более высокое.
4.8. О ЗВ У Ч Е Н И Е БО Л ЬШ О Й ВЫ С ТАВК И
Н А О ТКРЫ ТОМ В О ЗД У Х Е
Задание. Озвучить выставку с размерами в несколько
километров. Выставка располож ена на ровной местности. Ш ум толь­
ко речевого типа. Требуется создать условия полной понятности речи
на всех участках выставки при скоплении большой массы посети­
телей.
Д л я таких условий уровень шума м ож но считать равным 70 дБ .
Чтобы получить отличную понятность ( S = 8 0 % ), необходим о иметь
ф ормантную разборчивость не менее 0,5 (см. табл. 3 .4 ). При од и ­
наковой передаче всех полос равной разборчивости коэффициент р а з­
борчивости долж ен быть такж е равным 0,5, а это соответствует
213
82,7
Р и с . 4.13. Участок выставки
с
показом
располож ения
громкоговорителей и уровней
в ряде
точек одной из зон
озвучения
82,7д Б
'85,2
Ъ=7м
уровню ощущения 9 д Б (см.
табл. 3 .3 ). Учитывая пик-фак­
тор речи (12 д Б ), пиковый у р о­
85,2
вень речи долж ен быть равным
^
70+9+2=91
дБ .
П олучили
довольно высокий требуемы й
J L уровень. Н о
если применить
среднее
значение компрессии
уровня
речевого
сигнала*
например на 9 дБ , то достаточно иметь уровень звукового поля
равным 82 дБ . И сходя из этого, задаем ся минимальным уровнем
звукового поля, равным 82 д Б . Д л я озвучиваемой поверхности таких
размеров применима только зональная система озвучения простран­
ственного типа (см. рис. 4 .1 3 ). В центре каж дой зоны квадратной
формы располагаем радиальный громкоговоритель типа 25Г Д Н .
Р азмеры зоны во и збеж ани е появления мешающ его эха берем рав­
ными 4 0 X 4 0 с высотой подвеса громкоговорителей 7 м над уровнем
земли (см. с. ООО) (расчетная высота подвеса над головами слуш а­
телей буд ет 5,5 м ). Громкоговоритель 2 5 Г Д Н дает звуковое давле­
ние 4 П а на расстоянии 1 м, поэтому на стыках зон от к аж дого
громкоговорителя звуковое давление р = 4 / ( 2 0 2-+-5,52) !/2= 0 ,1 9 Па*
т. е. уровень L = 79,7 дБ . С учетом действия соседнего громкогово­
рителя уровень на 3 д Б выше, т. е. 82,7 дБ , немного выше требуем о­
го. Так как излучение вниз получается на 6 д Б меньше, чем по гоtero расстояния до слушателей:
уровень L = 7 9 ,7 — 6 + 2 0 lg 3 ,7 7 =
= 85,2 д Б , т. е. на 2,5 д Б выше, чем на стыках зон. Снизить этот
уровень м ож но путем подъем а громкоговорителя (Лг = 1 0 м ), что не­
рационально и м ож ет повысить уровень эхо. М ож но располож ить
громкоговорители через 28 м, тогда на стыках зон уровень повысит­
ся д о 85,5 дБ , и это д аст возмож ность уменьшить компрессию д о
6,5 дБ , однако стоимость системы озвучения возрастет вчетверо.
П роверим эти варианты на эхо.
В первом варианте разность х од а звуковых волн
82,7
82,7
Дг== (402+ 5 , 5 2) 1/2— 5 ,5 = 4 0 ,4 м,
т. е. запазды вание A f= 1 1 9 мс, а разность уровней
A L = 8 5 ,2 — (79,7— 6 ) = 1 0 ,5 дБ .
Согласно рис. 1.3, перепад уровней получился на 1,5 д Б меньше, чем
требуется для отсутствия заметности эха. Такой допуск вполне при­
емлем.
Д л я второго варианта разность ход а
А г = (282+ 5 , 5 2) 1Р— 5 ,5 = 2 9 ,5 м
и запазды вание 69 мс, а разность уровней
A L = 8 5 ,2 — (85,5— 6) = 5 , 8 дБ ,
тогда как заметность эха наступает при 6 дБ .
214
Э тот пример пригоден и при озвучении
открытого типа.
различных площ адок
4.9. О ЗВ У Ч Е Н И Е С П О РТ П Л О Щ А Д К И
Задание. Озвучить спортивную площ адку размером
4 0 X 2 0 м, окруж енную амфитеатром для зрителей. Ш ирина амфи­
театра 10 м, высота последних мест н ад землей 4 м (головы зрите­
лей на высоте 5 м) .(рис. 4 .1 4 ). Установка предназначена для м у­
зыкальных передач в перерывах м е ж д у этапами соревнования,
а такж е для информационных сообщений. П ередачи долж ны быть
слышны и на самой площ адке. Н еобходи м о сравнить варианты р аз­
ного качества звучания.
1 1м
4/?
60
а
Р и с . 4.14. План и разрез
спортплощ адки с показом
уровней
озвучения зональной
системой с радиальными громкоговорителя­
ми (показаны уровни озвучения в дец ибелах)
Учитывая, что озвучиваемая площ адка имеет небольш ие разм е­
ры, м ож но было бы применить централизованную систему озвучения
с располож ением мощных громкоговорителей в центре площадки.
О днако середина площадки занята, поэтом у выбираем зональную
систему. М ож н о применить шесть радиальных громкоговорителей
с располож ением их по углам и по средней поперечной оси с уста ­
новкой на мачтах высотой 5 м у барьера амфитеатра (см. рис. 4 .1 4 ),
П олучим шесть зон с радиусом около 10 м. Если взять громкогово­
ритель 2 5Г Д Н ( p i = 4 П а ), то на расстоянии 10 м, т. е. на последних
местах амфитеатра, уровень Lom in= 2 0 l g ( 4 / 1 0 ) - f 9 4 = 8 6 д Б . Такой
максимальный уровень необходим о ограничить на 15 д Б , чтобы п од ­
тянуть низкие по уровню звуки (см. табл. 1.7). Если соседние гром­
коговорители располож ены друг от друга на расстоянии около 16 м,
то эхо не будет прослушиваться. Уровень п од громкоговорителями
бу д ет т о ж е около 86 д Б , так как вниз излучение меньше на 6 д Б ,
чем в стороны, но расстояние вниз д о слуш ателей около 5 м, что
215
повысит уровень по сравнению с 10 м на 6 дБ . Д ля озвучения по­
требуется мощность 150 Вт. Громкоговорители почти обеспечивают
II класс качества (частотный диапазон 80— 8000 Г ц). Н едостаток
этой системы озвучения — низкая громкость.
Рассмотрим вариант с применением рупорных громкоговорите­
лей. Он не м ож ет обеспечить д а ж е II класс качества, но м ож ет
создать высокие уровни передачи. Возьмем рупорные громкоговори­
тели 5 0 Г Р Д -9 (p i- З З Па; гР= 0 ,7 7 ; г в= 0 ,9 4 5 ; 1— ^ 2 = 0 ,4 0 7 ; 1—
Зона пониж енного
урод ня
Р и с . 4.15. План и разрез спортплощадки при
озвучении (показана зон а пониженного уровня)
двухзональном
= 0 ,1 0 7 ) и расположим их по два на мачтах в точках пересечения
поперечной оси площадки у барьера амфитеатра, направив их оси
вдоль площ адки, т. е. будем иметь две зоны озвучения длиной 60 м
и шириной 20 м к аж дая (рис. 4 .1 5 ). Определим высоту подвеса
громкоговорителей. Если взять неравномерность б д Б , то высота
подвеса н ад озвучиваемой поверхностью (2.40а)
30
Аг= {[(Ю 6/ 20— I) 2 — 1 ] / 0 , 107}*^ ~ 3 ,5 М’
а н ад землей Л г=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
L 0m i n = 2 0 \ g (3 3 /7 0 ) + 9 4 = 9 4 ,8 дБ .
М аксимальный уровень
Lmax —94,8—
f—
6 —100,8 дБ.
216
Ближ айш ая к громкоговорителю точка с уровнем, равным в у д а ­
ленной точке (2.416):
* i= 0 ,7 7 2- 3 0 / ( l+ 0 ,1 0 7 - 3 0 2/3 ,5 2) = 2 м.
С ледовательно, зон а длиной 4 м п од громкоговорителями будет
иметь уровень ниже, чем в удаленной точке. Ее необходим о д оп ол ­
нительно озвучить. Ш ирина эллипса направленности в горизонталь­
ной плоскости 6 = 3 0 (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 м естах в расстоянии 15 м от громкоговорите­
лей и д о конца площ адки уровень не ниж е 94,8 дБ . С более низким
уровнем буд ут озвучены сектора по поперечной оси площ адки под
громкоговорителями шириной 4 м, а на задн их местах — шириной
15 м. Уровень на задн и х ря дах по продольной оси площадки от
громкоговорителей одной стороны ( # = 10 )
L = 2 0 1 g [33 * 3 0 /(302+ 1 0 2/0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = ^ 9 2 ,7 д Б .
С учетом второй пары громкоговорителей уровень повысится до
95,7 дБ . Уровень на первом ря ду по продольной оси (« = 2 0 ; а = 1 0 ;
hr= 5 — 1 = 4 ) с учетом второй пары громкоговорителей
33-20
: 201 g
20 2 + 102/ 0 , 4 0 7 + 4 2/ 0 ,1 0 7
• 94 = 9 5 ,4 дБ.
Таким образом , везде, кроме д вух секторов поперечной оси, уровень
будет не ниж е 95 дБ . В качестве средства дополнительного озвуче-
- ^ L .-
tip одоль на
Р и с . 4.16.
П оказ
располо­
жения дополнительных гром ­
коговорителей для озвучения
зоны
пониженного
уровня
к рис. 4.15:
а) с двумя;
б) с четырьмя
громкоговорителями
(
л
ПШ о-
91,2A S
К
:\
I\
Центр
площадки
Поперечная
ось
Г
93,2д Б
Ю \
ния возьмем два громкоговорителя 10Г Р Д -5 (рис. 4.16,а ). Хотя они
х у ж е передаю т низкие частоты, чем 5 0 Г Р Д -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 ж е мач­
тах и той ж е 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 с оздает уровень L = 2 0 lg ( 1 2 ,5 /1 0 ) + 9 4 = 9 5 ,9 дБ.
В стороне от оси на 15 м уровень L = 2 0 lg [1 2 ,5 -1 0 /(1 0 2+
+ 1 5 2/0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 7 9 ,6 дБ . Это низкий уровень. Возьмем дополни­
тельно два громкоговорителя 10Г Р Д -5 и направим их оси в сторону
от поперечной оси площ адки на 8,4 м (п од углом 40° к поперечной
оси),^ в точки на краю амфитеатра; оси других д в ух громкоговори­
телей направим вниз на продольную ось площадки в точки на рас­
стоянии 9 м от поперечной ее оси (рис. 4.1 6 ,6 ). В точках стыка осей
217
громкоговорителей с внешним краем амфитеатра получаем уровень
12 5
L = 20 l g -------------- !------п т + 94 = 9 3 ,6 д Б .
(102 + 8 ,4 2) 1/2 ~
Н а поперечной оси
( 2 . 11 ) и ( 1 .6 ) уровень
L = 20 l g
площадки от д в у х
громкоговорителей из
-------------- + 94 = 9 5 ,5 д Б ,
8 (102 + 8 ,4 V 0 ,4 0 7 ) c o s 40° ^
так как и = 10 cos 40° и i 0= 8 ,4 c o s 4 O°.
Таким образом , на стыках осей громкоговорителей с озвучивае­
мой поверхностью уровень получается меньше, чем в удаленной
точке.
Возьмем громкоговорители 25 Г Р Д -2 . Они даю т звуковое давле­
ние на расстоянии 1 м, равное 16,5 П а. Н аправленность их в гори­
зонтальной и вертикальной плоскостях одинаковая и определяется
эксцентриситетом 0,77. В этом случае на осях дополнительных гром­
коговорителей уровень повысится на A L = 2 0 lg (1 6 ,5 /1 2 ,5 ) = 2 ,4 д Б и
составит 96 д Б . Уровень, создаваемы й ими на поперечной оси пло­
щадки, буд ет 9 5 ,5 + 2 ,4 = 9 7 ,9 дБ . В пром еж утке м еж ду точками,
отстоящ ими от поперечной оси больше, чем на 8,4— 15 м от нее,
работаю т основной громкоговоритель и дополнительный и их уровни
суммируются, поэтому вряд ли общий уровень буд ет ниж е, чем у р о­
вень в удаленной точке. П роверим это в точке, отстоящ ей на рас­
стоянии 1 1 м
от поперечной оси. В этом случае для основ­
ного громкоговорителя координата ц = 3 0 — 11 = 19, а д о= 10 и поэто­
м у уровень
3 3 -1 9
L = 20 lg --------------------- — - f 94 = 9 4 ,3 дБ .
ё 192 + 1 02/0,407 “
Так как для дополнительного громкоговорителя м = (10 2- [ - П 2) 1/2Х
X c o s 7 ,7 °= 1 4 ,8 и у = ( 1 0 2-)-11 2) 1/2 sin 7 ,7 ° = 2 , а угол наклона а о =
= arctg (1 1 /1 0 ) = 7 ,7 °, то уровень
1 6 ,5 -1 4 ,8
Л„
L = 20 l g -------------1-------- 2--------- = 9 4 ,6 дБ.
8 14,82 + 2 2 /0 ,4 0 7
Суммарный уровень L cyM= 9 4 ,3 ( + ) 9 4 ,6 = 9 7 ,5 дБ .
Рассчитаем уровни по продольной оси площадки при условии
направления осей дополнительных громкоговорителей на точку,
отстоящ ую от них на расстоянии 10 м. Уровень на высоте 1 м от
земли на оси дополнительного громкоговорителя
1 6 ,5
L = l ьg ---------------7-гг +* 94 = 9 5 ,8
дБ ,’
{ лъ +I 11П02 2 +
I
1Л2\1/^
*
^
(42
Ю
2) 1
а от громкоговорителей с противоположной стороны к этом у уровню
прибавится 3 дБ . Общий уровень составит 98,8 дБ . Угол м еж д у осью
громкоговорителя и направлением на центр площадки в точку на
1 м от земли 0 = arctg ( 1 0 / ( 4 2+ 1 0 2) 1/2) = 4 2 ,9 ° , поэтом у уровень
в этой точке
2 - 1 6 ,5 ( 4 2 + Ю2) 1/2
А = 20 l g -------------------------------- J ----------- + 94 = 9 6 ,5 д Б .
(4 2 + 102 + Щ 112 cos 4 2 ,9 ’
218
Д обав л я я 3 д Б от громкоговорителей с противоположной стороны,
получаем 99,5 дБ . В пром еж утке м еж ду этой точкой и первым ря­
дом на продольной оси уровень будет не менее 95 дБ .
Таким образом , уровни всю ду бу д у т не менее 95 д Б . Как и
в преды дущ ем случае, эхо не мож ет прослушиваться, так как рас­
стояние м е ж д у громкоговорителями близко к предельному, при ко­
тором эхо незаметно. О стается проверить уровни п од громкоговори­
телями при их совместной работе. От основных громкоговорителей
уровень будет низким (необслуж иваем ая зона) от дополнительных
внешних громкоговорителей такж е низким, потому что под углом,
близким к 90°, они почти не излучают (по крайней мере на средних
и высоких частотах). Р аботаю т в этой зон е только громкоговорите­
ли, оси которых направлены на середину площадки. Определим сум ­
марный уровень, создаваемы й всеми громкоговорителями.
Угол м е ж д у вертикалью и осью «своих» громкоговорителей
a o = a r c tg [ (10 2—f-102) ll2/ 4 \ = 7 4 ,2 °.
Д ля такого угла
(2.13)
cos 7 4 ,2 °= 0 ,2 7 2 ,
а коэффициент
0 ,4 0 7 -0 ,2 7 2
R ( 7 4 ,2 ° ) = --------!---------------1 ’ }
1 - 0 ,5 9 3 - 0 ,2 7 2 2
’
направленности
= 0 ,1 1 5 ;
’
следовательно, уровень ( 2 .6 )
L = 20 l g
2 - 1 6 ,5 - 0 .1 1 5
------ +
94 = 9 3 ,5 д Б .
От противоположных громкоговорителей уровень такж е м ож но
определить по углу 0 (1 .6 0 ), где 6 Г= 4; х 02= 102+ 1 0 2; х 2+ # 3 = 2 0 2;
х=у:
42 + 202/2
9 = arccos (4а - j - 2^013)11^22 (42 _(_ т
,„,,1/2
=43,9“.
юз , ю
г) 1
Д л я этого угла коэффициент направленности
R ( 43,9°) = 0 ,5 8 , поэтом у уровень из (2.11) и (1.6)
2 - 1 6 ,5 - 0 , 5 8
1 2 0 1*
(42—
{- 2Q2) 1
/ о п
, ; —
+
9 4 =
9 0 ’4
* Б
-
Суммарный уровень L = 9 3 ,4 ( + ) 90,4 = 95,3 дБ . Следовательно, на
всей площ адке уровень будет не ниж е 95 дБ и не выше 101 дБ .
Требуемая мощность составляет 200 Вт. Э то больше, чем для ради ­
альных громкоговорителей, но, однако, уровень для них получается
почти на 10 д Б выше.
Рассмотрим вариант озвучения звуковыми колонками. И х такж е
м ож н о подвеш ивать на мачтах в тех ж е точках, что и рупорные
громкоговорители. Д л я озвучения с достаточной громкостью сначала
берем по две звуковые колонки типа 100K 3-13. При расчете ок аза­
лось, что они могут дать уровень не выше 95 дБ на максимуме,
кроме того, высота подвеса оказывается около 12 м н ад землей.
Возьмем более эффективные звуковые колонки 50К З-ЗМ и сдвоим их
по высоте (p i= 4 0 П а; е г= 0 ,9 2 ; е в= [ ( 3 + О ,9 8 6 2) / 4 ] 1/2= 0 ,9 9 7 ; 1—
_ е г2= 0 ,1 5 4 ; 1— е ъ2~ 0 ,0 0 7 ). Оптимальная высота подвеса при этом
(2.34) hT= 2 •30 •0 ,0 7 / (2 •0,997 2— 1) V2 = 5 ,1 м.
219
Уменьшаем эту высоту д о 4 м, чтобы несколько повысить уро­
вень п од колонками, и направляем оси горизонтально, как и в пре­
ды дущ ем случае. Уровень от одной колонки по оси громкоговори­
теля в удаленной точке
L = 2 0 l g (4 0 /3 0 ) + 9 4 = 9 6 , 5 дБ .
От второй колонки в той ж е точке
L = 2 0 l g [ 4 0 /( 3 0 2+ 2 0 2) 1/2] + 9 4 = 9 4 , 9 дБ .
Суммарный уровень L = 9 6 ,5 ( + ) 9 4 ,9 = 9 8 ,8 д Б . Уровень на попереч­
ной оси площадки L = 2 0 l g [2 -4 0 (0 ,1 5 4 ) 1У2 / 1 0 ] + 9 4 = 103,5 дБ . У ро­
вень под колонками
L = 2 0 1 g [2 •40 (0,007) ХР /4 ] + 9 4 = 9 8 ,4 дБ .
К этом у уровню следует добавить уровень от действия второй пары
колонок (с другой стороны ). Д л я координат а = 2 0 и w = 4 уровень
2 -4 0
L = 20 l g --------------------------- Г7 9 -+ 9 4 = 95,2 д Б ,
8 (2 0 а/ 0 , 154 + 42/0 ,0 0 7 ) 1/2 '
а суммарный уровень
I = 9 8 ,4 ( + ) 9 5 ,2 = 9 9 ,1 дБ .
Уровень на задних рядах по продольной оси площадки от одной
колонки
40
1 = 20
Л22/л
1 кл \ 1/2 + 9 4 = 94,1 д Б ,
( 3 0 2 +, ,Ю
/0 ,1
5 4 )1
а от дв ух колонок он составит 97,1 дБ . Уровень на первом р я ду на
продольной оси площадки от двух колонок для координат н = 2 0 ;
и= 10; ш=4:
40
L = 20 l g ----------------------------------------------- — + 9 4 + 3 = 9 3 ,8 дБ.
s (20 2 + 102/ 0 , 1 5 4 + 42/ 0 ,0 0 7 ) 1' 2 Т
т
В центре площадки (координаты и = 0; ц = 1 0 ; w = 4) от всех гром­
коговорителей получаем уровень
2 -4 0
L = 201g
+ 9 4 + 3 = 9 7 ,4 дБ
(102/ 0 , 154 + 4 2 /0 ,0 0 7 ) 1
П олучился низкий уровень на первых ря дах по продольной оси
площадки и высокий — на краю амфитеатра по поперечной оси.
Н аправим оси колонок на средние ряды (на высоту 2 м н ад озв у­
чиваемой поверхностью на расстоянии 30 м от громкоговорителя).
Тогда от одной колонки на ее оси в удаленной точке ( и = 2 5)
L = 2 0 1 g [ 4 0 / (2 5 2 + 2 2) 1/2] + 9 4 = 9 8 ,1 .
От колонки с другой стороны
40
L = 2 0 'S - , ^
, оа , t n i n t K t .,,2 + 9 * = 95 «Б,
(252 + 2 2 + 1 0 /0 ,1 5 4 ) 1
суммарный уровень L = 9 8 ,1 ( + ) 9 5 = 9 7 ,8 дБ .
О пределим уровни в других точках. Д л я этого найдем вспомо­
гательные величины. Угол наклона оси к горизонтали а э=
= arctg 3 /3 0 = 5 ,7 ° , откуда sin 5,7 °= 0 ,0 9 9 3 ; cos 5 ,7 °= 0 ,9 9 5 . К оордина­
ты ц = 3 0 • 0 ,9 9 5 + 2 * 0 ,0 0 9 9 3 = 30; w = 3 0 -0 ,0 9 9 3 — 2 * 0 ,9 9 5 = 0 ,9 8 9 . П о оси
y = v возьмем координаты 0 ; 10 и 2 0 .
220
Вспомогательная сумма
а = u * + w * /0 ,1 5 4 = 302- f 0 , 9892/ 0 , 1 5 4 = 3 2 ,22.
Следовательно, на задн их ря дах по продольной оси площадки
уровень
40
L = 20 Ь --------------------------— + 9 4 + 3 = 9 6 ,8 дБ;
g 3 2 ,22 + 102/0 ,1 5 4 ^
^
уровень на заднем р я ду вдоль оси колонки
L —20 lg [40/(32,224-102)
9 4 = 9 5 ,9 дБ
и уровень от другой колонки
40
L = 20 Ь ------------------------------- г г г + 9 4 = 99,4 д Б ;
g (32,22 + 2 0 2 / 0 ,1 5 4 ) Ч2 ^
суммарный уровень L = 9 5 ,9 ( 4 4 9 0 ,4 = 9 6 ,9 дБ . Н а краю амфитеатра
по поперечной оси площ адки уровень останется прежним 103,5 дБ ,
то ж е сам ое будет и в центре площадки, т. е. 97,4 д Б .
Таким образом , уровни будут находиться в пределах 103,5— 96,9 д Б
(в углу на задн их ря дах он будет немного ниж е ниж него п р едел а).
Н еравномерность получается около 7 д Б . О бщ ая мощ ность системы
составит 4 x 2 x 5 0 = 4 0 0 Вт. Качество звучания близко к I классу
(диапазон частот 80— 10 000 Г ц ),
4.10. О ЗВ У Ч Е Н И Е Ш И РО КО ГО П РО С П Е К Т А
Задани е. Озвучить проспект с основной п р оезж ей частью
40 м и боковыми проездам и по 20 м шириной на протяжении 2 км
(рис. 4 .1 7 ). М ож н о озвучить его с помощью мощных рупорных гром­
коговорителей. Н о если включить их обычным образом , т. е. синхрон­
но, то возникнет сильное эхо. П оэтом у применяется система озвуче­
ния с включением громкоговорителей через линии задерж ки . Этот
м етод называется методом бегущ ей волны . Громкоговорители, на­
правленные в одну сторону вдоль проспекта, включены так, чтобы
звуковые волны, приходящ ие от первого громкоговорителя ко второ­
му, совпадали по времени со звуками, излучаемыми вторым громко­
говорителем вследствие включенной в его цепь линии задерж ки .
За д ер ж к а долж н а быть равна времени распространения волны от
первого громкоговорителя д о второго. Озвучение целесообразно
вести в д в ух 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 каж дая цепочка будет равна 1 км, что
требует задерж ки приблизительно 2 с.
W p4 “ 2
Я — ---------- _
^ 10ГРД-5 89,3д Б
^7дБ
85,9д Б
30
S.
...
g 1>1A5
87,9дБ
Jt
100ГРД-2
Т т
~ ~ ~ V 7s
250 *
* 85, Г 1
^ Зона громногодорителя ЮГРДS
Р и с . 4.17. Р асп олож ен ие громкоговорителей при озвучении длин­
ного ш ирокого проспекта (показан один пролет — начальный)
221
Если
взять
сдвоенные
(по вертикали)
громкоговорители
ЮОГРД-2 ( p i= 9 6 Па; е г= 0 ,7 7 ; 1— ег2= 0 ,4 0 7 ; е в= 0 ,9 7 3 ; 1—
*= 0,533), то при минимальном уровне 86 д Б громкоговорители м о ж ­
но ставить примерно через 250 м. Д л я неравномерности 8 д Б угол
наклона оси громкоговорителей из (2.41а) <x0= a r c t g (0 ,0 5 3 3 /1 5 ) 1/* =
= 3 ,4 ° , т. е. высоту подвеса следует брать равной 15 м. Такой угол
мал, так как из-за затухания звука при распространении вдоль п уб­
лики (а основное назначение этой системы — озвучение дем он ­
страций) его следует брать не менее 5° c o s 5 ° = 0 ,9 9 6 , s in 5 ° = 0 ,0 9 7 .
В таком случае высота подвеса громкоговорителя над слуш ателями
Лг= sin 5° *2 5 0 = 2 2 м. Н еравномерность озвучения (2.40а) составит
5,6 дБ . Зон а под громкоговорителем (около 15 м) будет озвучивать­
ся
преды дущ им
громкоговорителем.
Уровень
от
него
L=
= 2 0 l g (9 6 /2 6 5 ) + 9 4 = 8 5 ,2 д Б без учета действия своего громкого­
ворителя. Учет последнего увеличит уровень на 3 дБ. Чтобы в на­
чале цепочек под громкоговорителями уровень был достаточен, не­
обходим о подзвучивание зоны длиной 30 м с помощью рупорных
громкоговорителей 10Г Р Д -5, подвешенных вместе с основными гром­
коговорителями, но направленными вниз. Один громкоговоритель
10Г Р Д -5 будет создавать уровень L = 2 0 1 g ( 1 2 / 2 2 ) + 9 4 = 8 7 дБ .
Определим уровни сбоку от оси громкоговорителей. Д л я точки
с координатами х = 5 0 ; # = 4 0 ; /*г= 2 2 м:
к = 5 0 - 0 ,9 9 6 + 2 2 .0 ,0 8 7 1 = 5 1 ,7 ;
су= 5 0 * 0 ,0 8 7 1 — 2 2 - 0 ,9 9 6 = —
17,6,
Уровень
9 6 - 5 0 ,7
L = 20 l g -------------------------------------1------------------------------ + 9 4 = 8 5 ,9 д Б .
8
(5 0 ,7 2 + 4 0 2 /0 ,4 0 7 + 17,62/ 0 ,0 5 3 3 ) + 44 ^
Н а той ж е линии, но на расстоянии 100 м
и— 1 0 0 -0 ,9 9 6 + 2 2 -0 ,0 8 7 1 = 101,5; w = 100*0,0871— 2 2 * 0 ,9 9 6 =
= — 13,2 и уровень
,
9 6 -1 0 1 ,5 -9 6
,
L = 2 0 \ а -------------------------------------------g 101,52 + 402/0 ,4 0 7 + 1 3 ,2 2 /0 ,0 5 3 3 г
+94
= 87,9.
Н аконец, на расстоянии 250 м сбоку от громкоговорителя коорди­
наты
и = 2 5 0 • 0 ,9 9 6 + 2 2 • 0,0871 = 250,9, ю = 2 5 0 •0,0871— 22 * 0 ,9 9 6 = 0
и уровень
2 5 0 ,9 -9 6
L =* 2 0 l g ------------------ — ----------------- + 9 4 = 85,1 дБ .
g 250,92 + 402/0 ,4 0 7 + 0 ^
Н а оси громкоговорителей на расстоянии 50 м
5 1 ,7 -9 6
L =» 20 l g ----------------- 1----------------- + 9 4 ш 8 9 ,3 д Б .
g 51,72 + 17,62/0,0533 ^
’
’
на расстоянии 100 м
L -= 20 l g
9 6 ‘ 1 0 1 ,5 -------------Г - + 94 =
g 1 0 1 ,5 * + 1 3 ,22/0,0533 т
Н а расстоянии 250 м L —85,2 дБ .
222
9 1 . 1 ДБ -
Сводим данны е в матрицу
х
У
50
100
250
0
8 9 ,3
9 1 ,1
8 5 ,2
40
8 5 ,9
8 7 ,9
8 5 ,1
П р и м е ч а н и е . Неравномерность уровней равна
6 дБ; у —расстояние от громкоговорителя, м;
расстоя­
ние от начальной точки под громкоговорителем, м.
Громкоговорители могут быть расположены на мачтах или н а
дом ах. П рименение этой системы возм ож н о только в случаях торг*
ж ественного шествия или при встречах иностранных гостей. В обыч­
ное время эту систему не используют по санитарным нормам.
Р и с . 4.18.
Располож ение
громкоговорителей
при
озвучении длинного ш иро­
кого проспекта
распредепоииои
Г'п/'тм/глй
г*
rrr»v n o rm
точках проспекта (в ск об­
ках указаны
уровни, с о ­
здаваем ы е
одиночным
громкоговорителем)
Рассмотрим зональную систему озвучения того ж е проспекта,
с помощью звуковых колонок, расположенны х на кромке основной
проезж ей части проспекта с обеих его сторон в ш ахматном поряд­
ке.
Оси
громкоговорителей направим
поперек
проспекта (см.
рис. 4 .1 8 ). Возьмем зоны озвучения размерами 4 0 X 4 0 м и найдем*
уровни на участке м е ж д у соседними громкоговорителями по одной
из сторон проспекта, т. е. на участке длиной 80 м и шириной 40 м
от действия одного громкоговорителя.
В озьмем сдвоенную по высоте звуковую колонку 8 К З -4 (pi =
= 15,2 П а; е в= 0 ,9 5 1 ; ег = 0 ,6 5 ; 1 — е в2= 0 ,0 7 6 ; 1 — ег2= 0 ,5 7 8 ) и*
рассчитаем поле от нее в точках х = 0 ; 20; 40 для # = 0 ; 20; 40,.
а такж е в точке * = 0 , у = 8 0 , т. е. в десяти точках. Угол наклона
берем предельно меньший (5°), чтобы увеличить уровень под ко­
лонкой во избеж ани е эх а . Тогда cos 5 °= 0 ,9 9 6 ; sin 5 ° = 0 ,0 8 7 2 , вы­
сота подвеса над озвучиваемой поверхностью hr = 3,5 м, следова­
тельно, а о = 5 ° .
Н аходим координаты и и w для всех точек:
и = 0 • 0 ,9 9 6 + 3 ,5 • 0 ,0 8 7 2 = 0 ,3 0 5 ; w = 0 • 0 ,0 8 7 2 -3 ,5 • 0 , 9 9 6 = — 3,486;
uis= 20• 0 ,9 9 6 + 3 ,5 • 0,0872 = 20,2;
и = 4 0 • 0 ,9 9 6 + 3 ,5 • 0 ,0 8 7 2 = 4 0 ,1 ;
w = 2 0 - 0 ,0 8 7 2 — 3 ,5 -0 ,9 9 6 = 1,742;
w = 4 0 • 0,0872— 3,5 • 0 ,0 9 9 6 = 0 ;
v = 0\ 20; 40 и 80.
223
Рассчитываем уровни в десяти точках:
Li = 2 0 lg
L , = 2 0 lg
(0,305* + 0 + 3 ,4 8 6 а/ 0 ,0 7 6 ) 1/2
~*~94 = 9 5 >6 д Б •
( 2 0 -2 * + 0 + 1,7422/ 0 ,0 7 6 ) 1/2 + 94 = 91>1 д Б 5
" 2 0 ' « " (4 0 .L + 0 + 0) - »
+ W -
“ •* ДБ;
1 5 ,2
L < = 20 »*
L b = 2O lg
, o n . , п е т . * , o , o g g , n . , g ) i /2
(0,305* + 2 0 * /0 ,578 + 3,4 8 6 3/ 0 ,0 7 6 ) 1
+ 9 4 = 8 8 ,3 д Б ;
1 5 ,2
/on o2 f o n 2 C 7 ,0 ’ , 1 7 JO, , n f t 7 e . i f — + 9 4 = 87,1 дБ;
(20,2* + 2 0 * /0 ,5 7 8 + 1,7 4 2 * /0 ,0 7 6 ) 1
1 5,2
L . = 20 l g ------------------------- 1-------------- П5 - + 9 4 = 84,0 д Б ;
e
g (4 0 ,l* + 2 0 * / 0 , 5 0 8 + 0 ) 1/2 T
’
L 7. = 20 l &g
1 5,2
----------------------- 1-------------------------ГТГ -+94
= 8 3 ,0 ^д Б »;
QOK2 I АГ,2 / Л C 7 Q I О A QC2 /П < V 7 « \ 1 / ^
1
(0,305*
+ 40*/0 ,5 7 8 + 3,486*/ 0 ,0 7 6 ) 1
/п
1 5 ,2
L . = 20 l g --------------------------------- 1-------------------------- п т - 4 9 4 = 8 2 ,6 д Б ;
*
g
(20,2* + 4 0 * /0 ,5 7 8 + 1 ,7 4 2 * /0 ,0 7 6 ) 1/2 ^
’
L t — 2 0 lg
1 5 ,2
/лп 1g f ЛП2,ЛС70 , r\ji/2 + 9 4 = 8 1 ,2 дБ;
(4 0 , l 2 + 4 0 2/ 0 , 5 7 8 + 0 ) 1
15,2
A o = 2 Q l g - - — onet , O M ffter ; a iO M M n 7 C. r
(0,305* + 802/0 ,5 7 8 + 3,4 8 6 2/ 0 ,0 7 6 ) 1
+ 9 4 » 7 7 t l дБ .
П роведем проверку на эхо. В первой точке полезный уровень
равен 95,6 д Б , эхо от громкоговорителей с другой стороны 8 1 ,2 + ,
+ 3 = 8 4 ,2 дБ
с
запазды ванием
[(4 0 2+ 4 0 2+ 3 , 5 2) 1/ 2— 3 ,5 ]/3 4 0 = *
= 0,156 с и со своей стороны 7 7 , 1 + 3 = 8 0 , 1 дБ с запазды ванием
(80—3 ,5 )/3 4 0 = 0 ,2 2 5 с. Д л я таких запазды ваний эхо незаметно
яр и
L =16
и AL= 2 1 дБ,
а в данном случае A L = 1 1 ,4 и
15,5 дБ , т. е. на 4,2 и 5,5 д Б больше, но при этом отсутствует м е­
ш аю щ ее эхо (он о проявляется при 8 и 12 д Б соответственно).
В о второй точке уровень от ближ айш его громкоговорителя
равен 91,1 д Б , а от други х громкоговорителей с противоположной
стороны 8 2 , 6 + 3 = 8 5 , 6 д Б , перепад составляет 5,5 д Б при зап азды ­
вании A t = [ (402+ 2 0 2+ 3 , 5 2) V2— (20 2+ 3 , 5 2) V2] / 3 4 0 = 7 2 мс, т. е. эхо
находится на пределе заметности.
В третьей точке все расстояния от трех громкоговорителей оди­
наковы, поэтом у суммарный уровень L = 8 5 , 6 ( + ) 8 6 = 88,8 д Б и нет
запазды вания.
В
пятой
точке полезный уровень буд ет скла­
ды ваться из д в ух уровней, т. е. L = 8 7 ,1 + 3 = 9 0 , 1 д Б . В четвер­
той (и ш естой) точке запазды вание такое ж е, как и для второй
точки, а разность уровней 88,3— 8 4 = 4 , 3 д Б , т. е. эхо будет чуть
выше порога заметности. Таким образом , при таком располож ении
громкоговорителей эхо не является мешающим, хотя в некоторых
точках оно будет заметным.
Н еравномерность озвучения A L = 9 5 ,6 — 8 8 ,3 = 7 ,3 д Б , т. е. с о ­
ответствует норме.
224
Э та система требует для озвучения площ ади в 2 км 50 гром­
коговорителей, т. е. 100 сдвоенных звуковых колонок 8К З-4, или
1600 В т мощности, т. е. эта система требует такую ж е мощность,
как и система с рупорными громкоговорителями. О днако эксплуа­
тация системы с звуковыми колонами слож нее.
Рассчитаем разборчивость речи для последнего варианта. При
расчете за основу возьмем шумы на Д ворцовой площ ади в Л енин­
граде (см. табл. 3.5, графа 4 ). П омехи от запазды ваю щ их звук о­
вых волн, создаваемы х соседними громкоговорителями, как было
показано, на пределе заметности, поэтом у их действием пренебре­
гаем. Н айдем рациональный индекс тракта (3.67) из расчета, что
в студии используется микрофон речевого типа, например М Д - 66 ,
установленный на расстоянии 0,5 м от диктора. Тогда спектральный
уровень речи для первой октавной полосы (см. табл. 3.56) 4 5 .5 +
+ 6 = 5 1 , 5 д Б , для этой полосы спектральный уровень ш умов (см.
табл. 3.5,6, графа 4) равен 43 дБ , поправка на отраж ение от го ­
ловы — 1,0 дБ . Следовательно, рациональный для этой полосы ин­
декс тракта <3Рац = 43— 5 1 , 5 + 1 + 6 = — 1,5 дБ .
Аналогично рассчитываем Фрац для остальных октавных полос.
Н иж е приводим данные расчета.
Средняя час­
тота полосы,
Гц . . . .
250
500
1000
2000 4000
6000
<?рац, д Б . .
— 1 ,5
7 ,3
2 0 ,7
2 8 ,7 3 0 ,9
3 0 ,4
Н аходим фактический индекс тракта пока без учета постоян­
ной составляющей (усиления усилителя). Д л я этого складываем
нормированные значения чувствительности микрофона М Д -66 и громкоговооителя 8К З-4 по отношению к чувствительности на частоте
1000 Гц. Д л я октавной полосы со средней частотой 125 Г ц 1 чув­
ствительность микрофона равна 10 дБ , громкоговорителя 10 дБ и
суммарная — 20 дБ. Аналогично проделы ваем тот ж е расчет для
остальных октавных полос и получаем следую щ ие данные, приве­
денные в табл. 4.2.
Т а б л и ц а 4 .2
Расчет суммарной частотной характеристики тракта
Элемент тракта
Чувствительность составляющих тракта для средних
частот октавы, Гц
125
250
— 10
Микрофон
-1 0
Громкоговоритель
— 10
0
Суммарный тракт
— 20
— 10
500
-5
0
-5
юоэ
2000
4000
6000
0
5
5
6
0
0
-5
0
—5
— 10
0
—4
Д л я определения постоянной составляющ ей индекса тракта п о д ­
считаем суммарный уровень передачи пока без учета усиления уси­
лителя.
1 П олоса для частоты 125 Гц необходим а для расчета общ его
уровня передачи.
15— 19Q
225
Д ля этого складываем нормированный индекс передачи тракта с
октавным уровнем речи (см. табл. 3 .6 ). Д л я средней частоты окта­
вы, равной 125 Гц, имеем 6 4 , 3 + ( — 20) = 4 3 , 3 дБ. То ж е самое на­
ходим и для остальных октавных полос и данные сводим в т аб­
лицу. При этом значения уровней в децибелах переводим в отно­
сительные величины (табл. 4 .3 ).
Таблица
4. 3
Данны е д л я р а сч ет а о б щ е г о уровня речи
Значение параметра для средних частот октавы, Гц
Параметр
125
250
500
1000
2000
4000
Уровень, дБ
4 3 ,3
5 7 ,9
6 1 ,9
6 1 ,5
5 7 ,0
53
4 4 ,5
И нтенсивность,
отн. е д - 106
0 ,0 2
0 ,6 2
1 ,5 3
1,41
0 ,5
0 ,2
0 ,0 2
6000
Следовательно, суммарная интенсивность 7 = 4 , 3 2 - 1 0б, а ур о­
вень 7 ,= 6 6 ,4 дБ , а так как минимальный уровень был равен
88,3 дБ , то постоянная составляющ ая индекса тракта
Qn0CT = 8 8 , 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
2 000
4000
6000
И ндекс, дБ
- 0 ,1
9 ,9
14,9
1 9 ,9
19,9
1 9,9
1 5,9
Сравнивая полученные данные с данными для рационального
индекса тракта, видим, что они значительно отличаются от рацио­
нальных. А это означает то, что разборчивость речи м ож но было
бы повысить введением коррекции уровня передачи. Н и ж е приво­
дим разности этих значений индексов тракта.
Ч астота, Гц . . .
250
AQ, д Б ........................— 11,4
500
— 7 ,6
1000
0 ,8
2000
0 ,8
4000
1 1 ,0
6000
1 4,5
И з этого следует, что низкие частоты необходим о «подавить»
на 10 дБ , а высокие поднять на столько ж е. Это объясняется тем,
что спектр заданных шумов имеет подъем к высоким частотам. Е с­
ли взять для данной цели микрофон с более резким подъем ом ча­
стотной характеристики к высоким частотам, т. е. вместо М Д -66
взять микрофон М Д О -1, то получим как бы «коррекцию» всего
на 6 дБ . Если бы ориентироваться на акустические шумы рече­
вого типа, то микрофон М Д -66 давал бы значения индекса тракта,
близкие к рациональным.
П роведем расчет разборчивости речи для микрофона М Д - 66 ,
чтобы показать, насколько буд ет сниж ена разборчивость речи при
отклонении частотной характеристики тракта от рациональной. Р ас-
22?
ker буд ем цести по октавным полосам частот, так как в характе­
ристиках тракта и спектре шумов нет резких
максимумов и мини­
мумов. Д л я октавной полосы со средней частотой 250 Гц берем
спектральный уровень речи, равный 45,5 д Б , и записываем его в
специальную таблицу во вторую строку (в
первой строке будет
записана средняя частота октав, т. е. в данном случае 250 Г ц ).
В третьей строке помещ аем сумму спектрального уровня речи на
входе тракта (из второй строки) и фактического индекса тракта.
Д ля октавы около 250 Гц это будет 4 5 ,5 + 9 ,6 = 5 5 ,1 д Б . В четвер­
тую строку записываем спектральный уровень акустических шумов
(граф а 4 из табл. 3 .5 ,6 ). Он равен 43 д Б . 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
Т а б л и ц а 4 .4
Р а с ч е т разбор ч и вости речи
Значение параметра для средних частот октавы, Гц
Параметр
250
500
10G0
2000
4000
6000
Спектральный уровень
речи, дБ
4 5 ,5
4 1 ,5
3 3 ,0
2 6 ,5
1 8 ,5
15 ,5
Спектральный уровень
речи на выходе
тракта, дБ
5 5 ,1
55,1
5 2 ,6
46,1
38,1
31,1
Спектральный уровень
шумов, дБ
43
47
51
50
44
40
Уровень ощущения ре­
чи, д Б
11, 1
6 ,3
“ 1, 1
“ 8, 1
- 1 1 ,3
Коэффициент разбор­
чивости, от н ., ед.
0 ,5 4
0,41
0 ,1 7
0 ,0 4
0 ,0 2
— 14,8
0
ощ ущения. Д ля первой октавы 55,1— 43— 1 = 11,1 дБ . П о уровню
ощущения с помощью табл. 3.3 находим коэффициент разборчиво­
сти. Д л я первой полосы он равен 0,54. Аналогично ведем расчет
и для других полос. Полученные данные сводим в табл. 4.4. С ум ­
мируем коэффициенты разборчивости речи по (3.78) и получаем
формантную разборчивость
А = 0 ,0 5 (0 ,5 4 + 3 • 0 ,4 1 + 4 .0 ,1 7 + 6 -0 ,0 4 + 5 - 0 ,0 2 + 0 ) = 0 ,1 4 .
Ъ=20м
Громкогодорители.
J.US
600м
Р и с . 4.19. Располож ение громкоговорителей при озвучении длин­
ной узкой улицы (показаны два пролета)
15*
227
Э то значение формантной разборчивости соответствует слого­
вой разборчивости менее 2 5 %» т. е. находится на ниж ней границе
предельно допустимой понятности речи.
При
введении коррекции частотной характеристики тракта
на высоких частотах (на частоте 4000 Гц подъем равен 10 д Б ) и
введении компрессии речевого сигнала на 12 дБ м ож но получить
понятность речи, близкую к хорош ей.
4.11, О ЗВ У Ч Е Н И Е У ЗК О Й У Л И Ц Ы
Задание: Озвучить улицу для праздничных целей
(рис. 4.19) шириной 2 0 м и большой длиной. Уровень ш ума в от­
сутствие шествия равен 75 дБ (шум транспорта), во время дем он­
страции уровень тот ж е, но с другим спектром (праздничный ш ум ).
Ж елательно возм ож но больш ее покрытие звуком всей улицы. П о­
скольку это возм ож но только при зональном озвучении по неболь­
шим участкам (не длиннее 40 м ), то это озвучение буд ет стоить д о ­
рого, так как улица длиной в 1 км потребует 25 пар звуковых ко­
лонок или 25 строенных рупорных громкоговорителей. М етодику
озвучения и конкретные данные для этого мож но взять из примера
озвучения ж елезн одорож ны х путей или пассаж ирских платформ.
Б олее дешевый способ озвучения будет в случае применения
мощных рупорных громкоговорителей, расположенны х на стенах или
на краях крыш дом ов и направленных вниз на поверхность улицы.
Само собой разум еется, что при этом возм ож н о и эхо и н еозву­
ченные участки улицы.
Возьм ем громкоговоритель
100Г Р Д -2 ( р = 4 8 П а;
ег = 0 ,7 7 ;
е в= 0 ,9 4 5 ; 1— ег2= 0 ,4 0 7 ; 1— е в2= 0 ,1 0 7 ). Если два таких громко­
говорителя будут работать встречно, то м ож но определить пре­
дельное расстояние м е ж ду ними, исходя из условия равенства пи­
кового уровня речи на 12 д Б выше среднего уровня шумов. Если
средний уровень ш ума равен 75 д Б , то пиковый уровень речи, с о ­
здаваемы й одним громкоговорителем, дол ж ен
быть 7 5 + 1 2 —3 =
= 8 4 д Б . Это соответствует звуковому давлению 0,32 П а. С ледо­
вательно, расстояние этой точки от громкоговорителя г = 4 8 / 0 ,3 2 =
= 150 м, а расстояние м еж д у громкоговорителями 300 м. Н а улицу
длиной 1 км потребуется семь пар громкоговорителей. Конечно
в стыках зон будет предельно допустимая разборчивость, она б у ­
дет ниж е этого предела под громкоговорителями. Если ориентиро­
ваться на неравномерность не выше 8 д Б , то высота подвеса из
(3.39) долж н а быть не менее
hr — ------------------------------------ггг' = 18,6 м.
г
[(2* 100,04 — I)2 — 1] у
При высоте 25 м неравномерность [см. (3 .3 9 )]
A L = 20 lg { 0 ,5 [1 + ( 1 + 0 ,1 0 7 * 1502/ 2 5 2) !/ 2] } = 4 , 1
дБ.
Н еозвученная зона п од громкоговорителями в первом случае
(3.41))
2*150.0,772
Хл й = -----------------------------------------------------------------------------= 1 1 м,
1
228
1 + - 0,107* 1502/12,б2
(см.
во втором
2-1 5 0 .0 ,7 7 2
Н ™ 1 + 0 .1 0 7 .1 5 0 V 2 5 2 “
**'
В первом случае неозвучена зона на 3,7% , а во втором — на 12,2%,
4.12. О ЗВ У Ч Е Н И Е А Л Л Е И П А Р К А
Задание: К роме общ его озвучения, для отдельных ал­
леи парка необходим о озвучение отдельной программой (создание
музыкального ф он а). З а д а н о два типа аллей: узкая (шириной 4 м)
и средняя (шириной 10 м ). Длина аллей 50 м (рис. 4 .2 0 ). Вы би­
раем распределенную систему озвучения, так как она позволяет
создать равномерное озвучение (неравномерность не более 3 д Б ).
Максимальный уровень о з ­
, Ъ=4-м
.
вучения не долж ен быть более
- ф -----------70 д Б при передаче музыки
(для объявлений возм ож н о по­
^89, гдБ
вышение уровня д о 80 д Б ).
Так как предусмотрены пере­
дачи музыкальные, то громко­
говорители долж ны быть д о ­
статочно
высокого
качества
(маломощ ные 2 К З, звуковые
колонки не годятся для этого,
так как их частотные д и ап азо­
ны 300— 7000 Г ц ). П оэтом у
берем диф ф узорны е громкого­
ворители типа 1Г Д -28 (/?i =
= 0,96 П а, частотный ди ап а­
nuiuoupniw ibn
при
озвучени.
зон 100— 10 000 Г ц ). При не­
узкой и широкой
аллей
парк
равномерности
3 д Б высота
(показаны
распределенны е
си
подвеса громкоговорителей над
стемы озвучения с одной цепоч
головами
слуш ателей оп р еде­
кой и двум я)
ляется из следую щ его соотн о­
шения:
3 = 10 lg (4 2+ 4 2) //ir 2,
т.
е.
Аг = 4
м.
С ледова­
тельно, высоту подвеса над землей следует взять не менее 5,5 м.
Р асстояние м еж ду громкоговорителями, согласно
(3 .1 1 ),
мож но
взять, не менее 8 м (м ож но увеличить д о 11 м ). П оэтом у число
необходимы х громкоговорителей д ол ж н о быть 5— 7. Возьмем по
шесть громкоговорителей 1 Вт. О бщ ая мощность б Вт. Б олее рав­
номерное озвучение м ож но получить при расположении громкого­
ворителей на обеих сторонах аллеи в ш ахматном порядке (три с
одной стороны через 14 м и три с другой такж е через 14 м ). П о ­
следняя система несколько слож нее по монтаж у, но имеет мень­
шую неравномерность, чем первая.
В удаленной точке уровень
£ = Ю lg
2 - 0 .9 6 2
£4 2 _|_ 42 у /2
+ 9 4 = 8 9 ,2 д Б.
Д л я другой аллеи возьмем те ж е громкоговорители, но с це­
почками с дв ух сторон. Высота подвеса, согласно (3. 10), долж на
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 сниж ается д о нуля (на самом дел е она
из-за усреднения характеристик немного отличается
от
нуля).
Возьмем высоту подвеса /*г = 4,5 м. Р асстояние м еж ду громкогово­
рителями (ш аг цепочки) (2.63) берем равным * / = 4 , 5 / 0 , 4 5 = 1 0 м.
При таком условии уровень внизу на середине м еж ду громкогово­
рителями на 1 дБ (2.62) ниж е, чем уровень на середине аллеи.
4.13. О ЗВ У Ч Е Н И Е П Е Р Р О Н А
Ж Е Л Е З Н О Д О Р О Ж Н О Й СТА Н Ц И И
З адан о. Озвучить четыре параллельно стоящ их плат­
формы длиной 240 м, ширина каж дой платформы 6 м, расстояние
м еж ду краями платформ 8 м. О бщ ая ширина всего перрона 48 м
(см. рис. 4 .2 1 ). Д о л ж н а быть полная понятность объявлений при
прохож дении поездов (уровень 85 дБ , табл. 3.5, графа 3 ) .
Рассмотрим два варианта озвучения: сосредоточенную и з о ­
нальную системы. Д л я сосредоточенной системы возьмем по два
громкоговорителя в середине каж дой платформы с направлением их
акустических осей на концы платформ (на уровне человека), т. е.
1,5 м. Н аиболее подходящ им и
являются громкоговорители типа
100Г Р Д -13 ( p i= 4 8 Па; <?в = 0,945; ег = 0 , 0 7 7 ) .
Щ ГР Д -1 5
\ М 5.°------------- • ' -------------"
:~ 1 ~
'
-----------------«„л
___________ 120м
со t 10 1
1
*
ООt
10
to
оо 'sZ
do
ЮГРД-Л^'88
72 , Л
— * 1 38,8м
Озвучиваемая
/поверхность
Уровень платформы
о
92,7дБ
о
О
О
II..
........
2У0м
Р и с . 4.21. План и разрез перрона с показом расположения гром­
коговорителей при централизованной
системе озвучения (показа­
ны уровни озвучения в характерных точках)
Вы соту подвеса громкоговорителей определяем из допустимого
значения неравномерности озвучения. Возьмем ее равной 6 дБ.
И з (2.40а)
для
такой неравномерности Х з = Х о = х о / / 1г= 8 ,7 .
При расстоянии от громкоговорителя д о точки упора его акусти­
ческой оси от громкоговорителя х 0= 1 2 0 м, высота подвеса долж на
быть Лг= 1 2 0 / 8 ,7 = 14 м. С учетом высоты озвучиваемой плоскости
это составит 15,5 м н ад уровнем платформ. Следовательно, угол
наклона акустических осей ao = arctg 14/120 = 6,65°. Р асстояние от
центра громкоговорителя д о точки упора оси
го = (1202+ 142) V 2 = 120,8 м.
230
Следовательно, в самой удаленной от громкоговорителя точке ур о­
вень
I o = 2 0 lg 4 8 /1 2 0 ,8 + 9 4 = 8 6 дБ .
П оскольку неравномерность задан а равной 6 дБ , то максимальный
уровень равен 92 дБ . Точка максимального уровня располож ена на
расстоянии от точки подвеса громкоговорителя (3.37):
120 Г
Хтах— 8 72
1 + 8,72
[ {1 +
(1 _
^
0 >9452) 8 >72 ] 1/2
i j — 3 8 ,8 М.
Н еозвучиваемая зона находится в пределах от точки подвеса гром­
коговорителя д о координаты (по длине платформы) (3.41)
120-1,9452
1 + (1
—0 ,9452) . 8,72
=12,1 м.
Д л я ее озвучения подвеш иваем на те ж е мачты по одн ом у гром­
коговорителю
10Г Р Д -5
со
следующими данными: pi = 12 П а,
е = 0 , 7 7 с направлением акустической оси вниз перпендикулярно
платформе (см. рис. 4.2 1 ). Создаваемый им под мачтой уровень
u L = 20 lg (1 2 /1 4 ) + 9 4 ==92,7 дБ ,
т. е. равен максимальному уровню. Уровень, создаваемы й этим
громкоговорителем на расстоянии х\ от мачты (в конце неозвучиваемой зон ы ), м ож но найти из следую щ их рассуж дений. Угол м еж ­
д у осью громкоговорителя и направлением на эт у точку а о =
= arctg 1 2 ,1 /1 4 = 4 0 ,8 ° , поэтом у cos 4 0 ,8 ° = 0 ,7 5 7 , а коэффициент на­
правленности громкоговорителя 10Г Р Д -5 (2.13)
Д( . 0 . 8 - , -
'
;
П -0 .7 7 -)-° .7 Б 7
1 —0 ,772 . 0,7572
Следовательно, уровень в точке x i (2.11)
0 464-12
1 = 20 lgm
4 i 2 , i » ) ~ +94 = 83>6 дБ-
Суммарный уровень в точке x i (см. рис. 2.28)
L = 8 6 ( + ) 8 3 , 6 = 8 6 + 2 = 88 дБ .
Таким образом, имеем уровни на
платформе: 92,7; 8 8 ; 92;
86 дБ . Получилась неравномерность 6,7 д Б , что вполне допустимо.
С ледует ещ е указать на то, что уровень в удаленной точке н е­
сколько повысится из-за действия громкоговорителей на соседних
платформах. П одсчет показывает, что неравномерность снизится д о
3 дБ . Требуемая мощность 8 X 1 0 0 + 4 X 1 0 = 840 Вт.
П роведем расчет разборчивости речи. Д л я этого сначала най­
дем фактический индекс тракта. Если взять микрофон речевого
типа, например М Д - 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 дан а частот­
ная характеристика микрофона М Д - 66 , нормированная по отнош е­
нию к фго чувствительности на частоте 1000 Гц, и частотная ха-
23}
Таблица
4 .5
Д анны е д л я расч ета суммарной ч аст от н ой харак теристи ки
Элемент тракта
Чувствительность элементов тракта, дБ, для средних
частот октавы, Гц
125
250
Микрофон
— 10
— 10
Г ромкоговоритель
— 10
0
Суммарный тракт
— 20
— 10
500
1000
2000
4000
6000
0
5
5
6
0
0
—5
-5
0
0
-5
—5
— 10
0
—4
рактеристика громкоговорителя 100Г Р Д -13, такж е нормированная
для 1000 Гц, приведена и результирую щ ая частотная характеристи­
ка микрофон — громкоговоритель, называемая фактической без учета
постоянной составляющей индекса тракта.)
О пределим интенсивность звука в октавных полосах частот на
выходе тракта без учета постоянной составляющей усиления, эти
данные приводятся в табл. 4.6.
Т а б л и ц а 4.6
Д ан н ы е д л я р асч ета о б щ его ур ов н я речи
Значение параметра для средних частот октавы, Гц
параметр
125
250
500
1000
2000
4000
Октавные уровни, дБ
6 4 ,3
6 7 ,9
6 6 ,9
6 1 ,5
57
53
4 8 ,5
Индекс тракта, дБ
— 20
— 10
—5
0
0
—4
Октавные уровни на
выходе тракта, дБ
4 4 ,3
5 7 ,9
6 1 ,9
6 1 ,5
57
53
4 4 ,5
Интенсивность звука,
отн. е д .* 10 в
0 ,0 3
0 ,6 2
1,5 6
1, 41
0,5
0 ,2
0 ,0 3
0
6000
Суммируя интенсивности звука в октавных полосах на выходе
тракта, получаем суммарную интенсивность звука на вы ходе тракта
7 = 4 ,3 6 » 10е и соответствующ ий ей уровень на вы ходе тракта без
постоянной составляющей усиления.
Уровень получается равным
66,4 дБ . Следовательно, по отношению к минимальному уровню,
создаваем ом у в звуковом поле (86 д Б ) , постоянная составляю щ ая
усиления равна 19,6 дБ , а фактический индекс тракта с учетом этой
составляющей имеет значения, приведенные ниже.
Частота, Г ц ........................
250
500 1000 2000 4000 6000
И ндекс тракта, д Б . . .
9 ,6
1 4 ,6 19,6 1 9 ,6 1 9,6 15,6
Д л я 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). Д л я первой октавы (250 Гц) уровень речц
233
0йвен 4 5 ,5 дБ . Д ля первой полосы уровень на вы ходе тракта 4 5 ,5 +
+ 9 ,6 = 5 5 ,1 д Б . 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 ш умов и поправку
на отраж ение от головы (см. табл. 3 .5 ,6 ), получаем уровень ощ у­
щения, так как другие помехи по сравнению с ш умами ж ел езн о­
д орож н ого транспорта невелики. Р езул ьтат вычисления помещ аем
в пятую строчку. В ш естую строчку помещ аем значения коэф ф и­
циента разборчивости из табл. 3.3. П роделы ваем то ж е д л я других
октав.
Т а б л и ц а 4. 7
Данные для расчета разборчивости речи
Значение параметра для средних частот
октавы, Гц
Параметр
250
500
1000
2000
4000
6000
4 5 ,5
4 1 ,5
3 3 ,0
2 5 ,5
1 8 ,5
1 5 ,5
5 5 ,1
5 6 ,1
6 2 ,6
4 5 ,1
38 ,1
31, 1
уровень
51
46
41
30
31
29
Уровень ощущения речи,
дБ
3,5
8,3
8,9
1 0 ,9
1 ,7
-3 ,*
Коэффициент разборчи­
вости, отн. ед.
0 ,3 2
0 ,4 8
0 ,5 0
0 ,5 6
0 ,2 6
0,1
Спектральный
речи, д Б
уровень
Спектральный уровень ре­
чи на выходе тракта, дБ
Спектральный
шумов, дБ
Суммируя коэффициенты разборчивости согласно
всех октав получаем формантную разборчивость
(3 .7 8 ),
для
А = 0 ,0 5 (0 ,3 2 + 3 • 0 ,4 8 + 4 •0 ,5 0 + 6 •0 ,5 6 + 5 •0 ,2 6 + 0 ,1 ) = 0,43.
И з табл. 3.4 находим слоговую 5 = 7 3 % и словесную №— 97%
разборчивость. Следовательно, получили хорош ую понятность речи
(см. табл. 1.3).
А нализируя данные табл. 4.7, определяем , что не все полосы
передаю тся одинаково разборчиво. С ледовало бы поднять низ­
кие частоты ниже 500 Гц на 5 — 6 д Б на частоте 250 Гц и поднять
высокие частоты выше 2000 Гц на 6 — 7 д Б на частоте 4000 Гц.
П ервую коррекцию довольно легко выполнить, но не обязательно,
так как она ещ е хорош о передается, а вторую надо выполнить
обязательно, так как она играет заметную роль и к том у ж е эти
частоты значительно сильнее затухаю т в воздухе, чем низкие. П о ­
этом у сл едует 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 возм ож ность применения зональной системы. В о з­
можны два варианта этой системы озвучения: с рупорными громко­
говорителями и звуковыми колонками. Д л я линейной зональной
системы зоны нарезаю тся через 40 м (см. § 2.4) как оптимальные
с точки зрения экономики и допустим ого влияния эха. Как и для
централизованной системы, задаем ся типом громкоговорителей и
посмотрим, удовлетворит ли этот тип требованиям по понятности
речи, а м ож ет 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 10Г Р Д -5 ( p i = 12 Па; е = 0 ,7 7 ) . В середине к а ж ­
д ой из шести зон на мачтах устанавливаем по два громкоговори­
теля 10 ГР Д -5 . И х акустические оси направляем в противополож ­
ные стороны вдоль платформы в концы зон в точки на высоте
н/, /•>от
*3
м
t]
W
рпЗ
и
W
М
и
1X1
и
N
и
86,2
N
0 97
о
92,2лБ
92Л
*3
м
М
Р и с . 4.22. План и разрез перрона при зональном озвучении спа­
ренными рупорными громкоговорителями (стрелки у уровня ука­
зывают направление прихода сигнала мешающ его громкоговори­
теля)
1,5 м. Высоту подвеса возьмем 7 м н ад уровнем платформы (стан­
дартная высота подвеса осветительных устройств), т. е. 5,5 м над
озвучиваемой поверхностью (см. рис. 4 .2 2 ). В удаленной точке (на
расстоянии 2 0 м от мачты, т. е. на границе зоны) один громкогово­
ритель будет создавать уровень
12
1 = 20 ^
/оп»а +, 5г,5К2)
2;1~+
(20
1
94 = 89’2 дБ-
Д обавл я я 3 дБ на действие встречно работаю щ его громкогово­
рителя, получаем уровень 92,2 д Б , т. е. по сравнению с централизо­
ванным вариантом на 6 д Б больше. Д л я принятой высоты подвеса
получается следую щ ая неравномерность озвучения (2.40):
A L = 201g{0,5 [ 1 + ( 1 + ( 1— 0,772) 20 2/5 ,5 2) 112\ } = 4 , 9
234
дБ .
Эта неравномерность получается по средней линии платформы, на
краях ее неравномерность будет больш е, но как буд ет показано
дальш е, это увеличение незначительно.
Определим уровни поля под громкоговорителями (у мачт)* Так
как для этих точек угол м еж ду осью громкоговорителя и направ­
лением на основании мачты a = a r c t g ( 2 0 /5 ,5 ) = 7 4 ,6 o, то нельзя поль­
зоваться эллиптическим приближением характеристики направлен­
ности рупорного громкоговорителя и п о э т м у найдем коэффициент
направленности из графика для громкоговорителя 10Г Р Д -5 (см.
рис. 1.28). Он равен 0,27. П оэтом у у основания мачты от действия
одного громкоговорителя будет создаваться уровень L = 2 0 1 g (1 2 X
Х 0 ,2 7 /5 ,5 ) - f - 9 4 = 8 9 ,4 д Б , а для д в ух громкоговорителей он будет
равен 92,4 дБ , т. е. на 0,2 д Б выше, чем на стыке зон. Определим
уровень, создаваемы й на боковом крае платформы (на линии мачт).
Угол м е ж д у осью громкоговорителя и направлением на эту точку
(1.60)
0 = a r c c o s [ ( l - f 3 2/ 5 ,52) ( 1 4 -2 0 7 5 ,5 2)^-V2] = 7 6 ,5 °.
И з того ж е графика (см . рис. 1.28) находим коэффициент направ­
ленности /? (0 )= 0 ,2 6 5 .
Соответственно
уровень
I = 2 0 1 g (1 2 Х
X 0 ,2 6 5 /5 /5 )-4 -9 4 = 8 9 ,2 дБ , т« е. почти такой ж е, как и п од мач­
тами.
С точки зрения соблюдения норм на неравномерность все о б ­
стоит хорош о, но у этой системы озвучения есть два существенных
недостатка: первый — в стороне о т акустической оси уровни силь­
но зависят от частоты: на низких частотах эта зависимость больше,
чем на высоких. Э то объясняется снижением направленности гром­
коговорителей при уменьшении частоты. П оэтому, рассчитывая уров­
ни поля по усредненным характеристикам направленности, получаем
усредненную величину неравномерности озвучения. Н а самом деле,
под громкоговорителями и вообщ е на линии мачт буд ет наблю дать­
ся «бубнение». Д л я устранения этого недостатка необходим о подзвучивание зоны вблизи мачт с подчеркиванием высоких частот,
что м ож ет повысить уровни поля п од мачтами.
Второй недостаток — заметность эха вблизи мачт из-за дей ст­
вия соседних громкоговорителей. Если на стыке зон создается у р о ­
вень 92,2 дБ , то на удвоенном расстоянии (под следую щ ей мачтой)
уровень примерно на 6 д Б ниже, т. е. 86,2 дБ , а «свой» уровень
равен 92,4 д Б — на 6,2 дБ выше при разности ход а 4 0 — 5 ,5 = 3 4 ,5 м,
(запазды вание равно 101 м с). Согласно рис. 1.3 эхо будет зам ет­
ным (следовало бы увеличить перепад уровней д о 10— 11 дБ , чтобы
эхо было только еле слышным). П оэтом у под громкоговорителями
следовало бы повысить уровни на 5 д Б , что приведет к повышению
неравномерности д о 11 дБ . М ож н о 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 д о 6 м, тогда высота над озвучиваемой плоскостью
б удет 4,5 м, неравномерность озвучения
A I = 2 0 1 g { 0 ,5 [ 14 - ( 1 - Н 1 - 0 , 772)2 0 2/ 4 ,5 ) Щ } = 6 дБ .
Уровень в удаленной точке
(на стыке зон)
12
С учетом действия второго громкоговорителя уровень равен 92,3 дБ .
Д л я определения уровня под мачтами, найдем угол подвеса гром­
коговорителя
a n= a r c t g ( 2 0 /4 ,5 ) = 7 7 ,3 ° .
И з графика рис. 1.28 находим, что коэффициент направленности
под этим углом равен 0,26. Следовательно, от действия одного гром­
коговорителя уровень под мачтами L = 2 0 lg (1 2 -0 ,2 6 /4 ,5 ) + 9 4 =
= 9 0 ,8 д Б , а от двух— 93,8 д Б , т. е. на 1,4 выше, чем на стыке зон, но
такого повышения м ало для устранения пом ех от эха. Все это
услож н яет систему озвучения, так как требуется применение допол­
нительного громкоговорителя для озвучения зоны около мачт, на­
пример 10Г Р Д -5, так как менее мощных рупорных громкоговорите­
лей нет.
У ОзНичибаемая
у/^пооерхность
Л
Lf,S"
f N.f
Мм
8 9 ,3
О
со 1
w —
» *£ 9 6 , 1
8 8 ,9
,
78
<
54, 7
1
8 1 ,г л 5 м
8 3 ,2
Г
8 2 ,7
о
И
С
о
82
и
\
N
)
1
Р и с . 4.23. План и разрез перрона при озвучении строенными р у ­
порными громкоговорителями
(стрелки у уровня указывают на­
правление прихода сигнала мешающ его громкоговорителя)
Р ассчитаем звуковое поле в ряде боковых точек платформ
(рис. 4 .2 3 ). Таких точек берем девять с координатами: Лг= 4 , 5 м,
х = 0 ; 20 и 40, # = 0 ; 3; 11 и 14. Д л я точек я = 0 учитываем только
действие громкоговорителей, направленных вниз, для остальных т о ­
ч ек — действие только громкоговорителя, направленного в уд ал ен ­
ную точку поля ( # = 0 , х = 2 0 ) . Имеем: 1— ^ = 1 — 0,772=*0,407.
Точка * = 0 ; у = 0. П о д дополнительным громкоговорителем со­
здается давление р = 1 2 /4 ,5 = 2 ,7 П а и уровень L = 1 0 2 ,5 дБ . В то
ж е время основные громкоговорители создавали уровень 93,8 дБ ,
следовательно, в этой точке м ож но не считаться с действием основ­
ных громкоговорителей. В точке * = 0 и у = 3 (сбоку от линии
громкоговорителей) звуковое давление ( 2 . 1 1 )
12^5
у
27Па
4 ,5 2 + 32/0 ,4 0 7
и уровень L = 9 6 ,l дБ . Точно так ж е получаем для точек х = 1 1
и 14. Уровни в них от дополнительного громкоговорителя составят
80 и 74 ,7 дБ и ими м ож н о пренебречь. Д л я точек на стыке зон
( х = 2 0 ) координаты б уд ут иметь следую щ ие значения: и = ( 2 0 2-|-
236
4 -4 , 5 2) i/2=_20,5;
w — 0 . При # = 0
(точка упора оси в озвученную по­
верхность) уровень был вычислен ранее: L = 89,3 д Б (от одного
громкоговорителя). С боку о т точки упора на расстоянии 3 м от нее
уровень
1 2 -2 0 ,5
L = 2Ol g;
-9 4 = 8 8 ,9 д Б ,
• 2 0 ,5 2 + 3 2 /0 ,4 0 7
для точки на расстоянии 11 м от точки упора уровень
L = 20 lg и
дл я
#=14
1 2 -2 0 ,5
2 0 , 5 2 + 112/0,407
+ 9 4 = 8 4 ,7 дБ
уровень
I = 20 lg
1 2 -2 0 ,5
20,52 + 142/0,407
-94 = 82,7 д Б .
Д л я точек под следую щ ими громкоговорителями ( * = 4 0 ) найдем
координаты и и w. Угол наклона оси к горизонтали cen= a r c t g X
X ( 4 ,5 /2 0 )= 1 2 ,7 ° , следовательно, sin 1 2 ,7 °= 0 ,2 2 и c o s 12,7°= 0,976.
О ткуда
и = 4 0 •0 ,9 7 6 + 4 ,5 - 0 ,2 2 = 4 0 ,0 , w = 4 0 • 0,22— 4,5 •0 ,9 7 6 = 4 ,4 1 .
В
ление
точке под
следую щ ими громкоговорителями
звуковое д а в ­
12-40
______
р = -------------------------------= 0 , 2 9 Па.
F
4 0 2 + 4 ,4 1 2 /0 ,4 0 7
’
Д ля точки сбоку от громкоговорителей на расстоянии 3 м уровень
L = 20 lg
12-40
402+
( 3 2 + 4 ,4 1 )/0 ,4 0 7
-94 = 9 3 ,2 д Б .
Д ля отклонения о т оси (# = 1 1 м) уровень L = 8 2 д Б и для # =
= 14 м L = 7 9,6 дБ .
Сводим эти данны е уровней в матрицу:
*
У
0
3
11
14
0
20
40
102,5
96, 1
78
7 4 ,7
8 9 ,3
8 8 ,9
8 4 ,7
8 2 ,7
8 3 ,2
8 3 ,2
82
7 9 ,6
Д анны е уровней для * = 2 0 суммируются по интенсивности, т. е.
уровень в них буд ет выше на 3 д Б . Уровни для * = 4 0 б уд ут пом е­
хой для * = 0 в виде эха. Разность х о д а для них в точке # = 0
(п од громкоговорителями) Д г = 4 0 — 4 ,5 = 3 5 ,5 м и запазды вание
А ^ = 104 мс. Разность уровней 102,5— 8 3 ,2 = 1 9 ,3 дБ . Э хо будет на
грани исчезновения. Д л я # = 3 перепад уровней равен 96,1— 8 3 ,2 =
= 12,9 дБ , а запазды вание около 100 мс. Эхо будет обнаруж иваться,
но не мешать. Д ля # = 1 1 и 14 эхо буд ет мешать, если по той ли­
нии не буд ет цепочки громкоговорителей. Такая цепочка не долж на
быть дальш е чем 7 — 8 м от первой. Такая система имеет большую
237
неравномерность из-за высокого уровня под громкоговорителем.
М ож но снизить ее уменьшением уровня, развиваемого дополнитель­
ным громкоговорителем, примерно на 3— 5 дБ. Э хо ещ е не будет
мешать.
Вместо рупорного громкоговорителя применим звуковую ко­
лонку 2К З -6 (/?= 3,8 П а ). Получим п од мачтой уровень
L = 2 0 1 g (3 ,8 /5 ,5 ) + 9 4 = 9 0 , 8
дБ .
Суммируем его с уровнем от основных громкоговорителей (см.
рис. 2.28): L = 9 2 ,4 (4 -) 9 0 ,8 = 9 2 ,4 -|-2 ,3 = 9 4 ,7 дБ , и получаем перепад
уровней A L = 9 4 ,7 — 8 6 ,2 = 8 ,5 дБ, это и требовалось, чтобы отсутство­
вало меш ающ ее эхо. Звуковую колонку следует располагать осью
вниз перпендикулярно платформе с расположением продольной оси
колонки параллельно продольной оси платформы. При этом ее д ей ­
ствие буд ет наибольшим по поперечной оси платформы, т. е. в наи­
более уязвимых м естах звукового поля.
Эта система (48 громкоговорителей 10Г Р Д и 24 звуковых ко­
лонки 2К З ) требует электрическую мощность
Р = 4 Х 6 Х 2 Х Ю -Н Х 6 Х 2 Х 2 = 5 2 8
Вт,
т. е. в 1,6 меньше, чем д л я централизованной системы. Экплуатационные расходы и первоначальные для зональной системы будут
выше, чем для централизованной. Н о если длина перронов будет
значительно больше 250 м, то для централизованной системы потре­
бую тся очень мощные громкоговорители и приходится применять
зональную систему.
Рассмотрим второй вариант зональной системы: озвучение зв у ­
ковыми колонками (рис. 4 .2 4 ). Сдвоенные звуковые колонки 2 К З -6
даю т на оси на расстоянии 1 м от центра колонки звуковое д авл е­
ние 76 П а, в 1,57 раза (на 4 дБ ) меньше, чем рупорный громкого­
воритель 10Г Р Д З-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 располож ением ). Такие колонки располагаем с
обеих сторон мачт, как и в предыдущ их 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
г * 2 кз-б
^77,3°
2 * 2 К З -$
Озбичибаемая
поверхность
7,5м
-~г-
5
to
4 /7м
N
82Л
И
88Л дБ
у 8 2 ,3 ^
N
Р и с . 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. Вы соту подвеса
подбираем так, чтобы получить уровень под мачтами на б д Б выше,
чем на стыке зон. Она получается равной 4,5 м. При этом угол
наклона акустической оси колонки к вертикали a 0= a r c t g ( 2 0 /4 ,5 ) =
= 7 7 ,3 ° .
Н айдем уровень, создаваемы й одной составной колонкой на
стыке зон:
L = 201g[7,6/ (20 2 + 4,52) V 2J+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. Д л я сдвоенной си­
стемы 2К З эксцентриситет в вертикальной плоскости е в= [ 1— ( 1—
— 0,5 2) / 4 ] 1/2= 0 ,9 , в горизонтальной плоскости ег= 0 ,9 2 1 .
Коэффициент направленности такой звуковой колонки в верти­
кальной плоскости
^ 77-30)= Т Г ^ ^ 5
г
= ° .44»
Уровень п од колонками от двух колонок (с обеих сторон мачты)
L = 2 0 1 g (7 ,6 -0 ,4 4 -1 ,4 1 )-{-9 4 = 9 4 ,4 д Б , т. е. на б д Б выше, чем на
стыке зон.
Посмотрим, как эти колонки действую т на соседних платфор­
мах. Определим уровень, создаваемы й на ближайш ем стыке зон
соседней платформы. Его мож но рассчитать м етодом координат.
Возьмем точку с координатами х = 2 0 \ */= 14; /гг= 4 ,5 , угол наклона
оси к горизонтали а = 9 0 — 7 7 ,3 = 1 2 ,7 °, cos 12,7°= 0,976; sin 1 2 ,7 °=
= 0,22.
З вук овое давление от громкоговорителей дв ух платформ
___________________ 7 , 6 - 1 , 4 1 ____________________
р ~
20а +
1 4 /(1 — 0 ,9 2 1а) + 4 , 5 / ( 1 — 0 ,9 а) i = 0 ’2 6 1 ’
что соответствует уровню /.= 8 2 ,3 д Б . Э то ниже уровня от «своих»
громкоговорителей на 88,4— 8 2 ,3 = 6 ,1 д Б при разности х од а
A r = (20 2—J—14 2-f-4,52) I/2* - (202- f 4,52) * ^ = 4,32 м.
Э хо буд ет неслышно. Посмотрим, буд ет ли заметно эхо от дей ст­
вия громкоговорителей, находящ ихся на следую щ ей мачте. Уровень
на стыке зон равен 88,4 дБ , у следую щ ей мачты он буд ет примерно
на 6 дБ ниже, т. е. 82,4 дБ , а уровень от «своих» громкоговорите­
лей у той ж е мачты определен ранее и равен 94,4 д Б . С ледова­
тельно, перепад уровней равен 12 д Б при разности х од а приблизи­
тельно 40— 4 ,5 = 3 5 ,5 м и запазды вании 104 мс. В этих условиях
э х о будет только ещ е слышимым.
При таком озвучении на каж дой мачте будет по четыре колонки
2К З -6 на шести мачтах и четырех платформах, всего их будет 96.
Следовательно, требуем ая мощность равна 192 Вт. Получилось
наименьшее значение мощности. Н еравномерность не более 6 дБ .
В отличие от централизованной системы для расчета разборчи­
вости речи в данном случае необходим о было бы учитывать влия­
ние помех от соседних громкоговорителей в том случае, если р а з­
ность уровней полезного и задерж анн ого сигналов и время задерж ки
находятся в области IV рис. 1.3. В рассматриваемом случае р а з­
ность уровней и время задерж ки находятся в области II и поэтому
влияние эха не учитываем. И сходя из этого разборчивость речи не
239
рассчитываем, тем более, что она была определена длй централизо*
ванной системы, а уровни передачи в данном случае выше.
Сравнивая эти системы, приходим к выводу, что наиболее п од ­
ходящ ей системой является зональная с звуковыми колонками, наи­
более экономичная — централизованная. Существенный недостаток
последней — слшком больш ая зона слышимости передачи при ис­
пользовании этой системы. П оэтом у она м ож ет оказаться непригод­
ной при нахож дении станции вблизи ж илой зоны, так как уровень,
создаваемы й системой озвучения, уменьш ается медленно с удал е­
нием от нее. Так, если на конце платформы уровень равен 86 дБ ,
то на расстоянии 1000 м он будет на 201g( 1 0 0 0 /1 2 0 )= 1 8 ,4 дБ
меньше, т. е. 67,6 д Б . А санитарная норма составляет 30 д Б для
ночного времени. П оэтом у централизованная система имеет ограни­
ченное применение,
4.14, О ЗВ У Ч Е Н И Е ВА ГО Н Н Ы Х ГО РО К
Задани е. О звучить вагонную горку длиной 2 км и ши­
риной 30 м. (рис. 4 .2 5 ). Требуется обеспечить понятность речи при
передаче неслож ной информации, преимущ ественно цифровой в
условиях шумов проходящ их поездов. Если бы длина озвучиваемого
участка была не более 500 м, то м ож но было бы использовать цен­
трализованную систему из дв ух сдвоенны х рупорных стоваттных
громкоговорителей, установленных на высоком подвесе (около 16 м
над зем л ей ), направленных в противоположные стороны от мачты.
При этом неравномерность была бы в норме, кроме участка под
мачтой. Д л я озвучения этого участка потребовалось бы дополни­
тельное озвучение по примеру озвучения платформ. Использовать
такую систему для длинны х горок путем наращивания, т. е. в з о ­
нальной системе, нельзя из-за сильного эха. К роме того, эту систему
часто нельзя использовать из-за пом<ус ж илой зоне.
Р и с . 4.25. План и разрез одного из участков вагонной горки прй
зональном озвучении
рупорными
громкоговорителями
(стрелки
у уровня указывают направление прихода сигнала мешающ его
громкоговорителя)
240
И сход я из этого выбираем для данного случая зональную си­
стему. Зональные системы могут быть такие ж е, как и в случае
озвучения платформ, т. е. или с рупорными громкоговорителями
типа 10 ГР Д -5 или со звуковыми колонками 2К З и 8 К З.
П ервая система м ож ет быть взята в основном, как и в случае
озвучения платформ, т. е. по три громкоговорителя в к аж д ой ср ед­
ней точке участка длиной
40 и . Если участок широОсновной
Д ополнит ельны й
кии, то возм ож но примене- гром коговорит ель гром коговорит ель
ние
параллельных
линий
озвучения, как и в случае
озвучения платформ, но с
рядом оговорок.
Д е л о в том, что систеП родольная
П оперечная ось
ма с тремя громкоговори- ось плат форм ы
плат ф орм ы
телями в каж дой средней — ■■.шин i ш. ■>
■»■■■■
■ ........ точке участка не годится
для озвучения участков шиР и с.
4.26.
Направления
осей
риной
больш е 6 м, так
основных и дополнительных
громкак на
линии
громкогокоговорителей
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 + 1 4 м о т оси не превышает 89,3— 8 2 ,7 = 6 ,6 д Б .
Если взять для озвучения зоны перед громкоговорителем и в сто­
рону от него не один громкоговоритель, как в случае озвучения
платформ, а два громкоговорителя 10Г Р Д -5 с развертыванием их
осей в сторону (перпендикулярно осям основных громкоговорите­
лей (рис. 4 .2 6 )) и упором их осей в точку поверхности озвучения
на расстоянии 7,8 м от мачты, т. е. п од углом 60° к вертикали, то
уровень в этой точке
L = 2 0 1 g [ 1 2 /(7 ,8 24 -4 ,5 2) i/2] + 9 4 = 9 6 , 5 дБ ,
С учетом коэффициента направленности (2.13) для е 2/ ( 1 — е2) = 1 ,4 6
и sin 2 6 0 ° = 0 ,7 5
/? ( 6 0 ° ) = 0 ,5 /(1 4 - 1 ,4 6 - 0 ,7 5 )^ 0 ,2 4 ,
уровень
под
громкоговорителями
Z .=201g ( 12- 2- 0 ,2 4 /4 ,5 )4 - 9 4 = 9 6 ,1 д Б .
Н а расстоянии 15 м о т мачты угол м еж д у осью громкоговори­
теля и направлением на эту точку составляет и = a r c t g ( 15/4,5) — 6 0 =
= 1 3 ,3 , коэффициент направленности д л я него /?(13,3°) = 0 , 9 . У ро­
вень
L = 2 0 1 g [1 2 -0 ,9 / ( 1 5 4 - 4 , 52) 1/2 ]4 _ 9 4 = 9 0 ,8 д Б ,
А о т основных громкоговорителей на оси на стыке зон (см . выше)
имеем 8 9 ,3 -|-3 = 9 2 ,3 дБ ; на расстоянии 14 м от оси уровень 82 ,7 -4 -3 =
в=85,7 д Б . Таким образом , на стыке зон уровень изменяется в пре­
дел ах 92,3— 85,7 д Б , т. е. на 6,6 дБ , а на линии громкоговорителей
в поперечном направлении от 96,5 д о 90,8 д Б , т. е. на 5,7 д Б .
О днако м е ж д у ними уровень изменяется от 96,5 д о 85,7, т. е. на
10,8 дБ . Н о так как м е ж д у этими линиями расстояние равно 20 м,
то такая неравномерность не будет зам етна. Проверка на зам ет­
ность эха показывает, что под громкоговорителями разность уров­
ней от своих громкоговорителей и от соседних 96,1— (8 3 ,5 4 -3 )= =
16— МО
241
*=9,6 д Б при разности х о д а 40,5— 4 ,6 = 3 5 ,8 м, или 105 мс. Превы­
шение порога заметности получилось на 1,4 д Б , что несущ ественно.
На расстоянии 14— 15 м перепад уровней
AL = 90,8— ( 7 9 ,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 , м ож ет быть озвучена полоса шириной 30 м и
с лю бой длиной, кратной 40 м. Н а к аж д ую точку необходим о иметь
четыре громкоговорителя 10Г Р Д -5, т. е. 40 Вт. При длине озвучи­
ваемой территории, равной 2 км, потребуется 2 кВт мощности.
_ТтРГ_;
40
Р и с . 4.27. План и разрез одного из участков
вагонной горки
с показом
располож ения звуковых колонок
(стрелки у уровня
указывают направление прихода сигнала
мешающего громкого­
ворителя)
Рассмотрим вариант озвучения с помощью звуковых колонок.
Возьмем для этого 8 К З -4 ( р = 7 ,6 Па; е в= 0 ,9 7 1 ; ег= 0 ,7 1 ; 1— е в2—
= 0 ,0 5 7 1 ; 1— ег2= 0 ,4 9 6 ) . Рассмотрим вариант с двум я колонками на
мачте, направленными в противоположные стороны (рис. 4 .2 7 ). Если
взять за основу участки длиной 40 м, то на оси громкоговорителей
эхо не будет заметно при высоте подвеса не выше
/гг= 4 0 (1— е в2) 1/ 2/ 2 ,3 = 4 ,2 м.
Соответственно угол подвеса громкоговорителей к горизонтали а п=
= a r c t g ( 4 ,2 / 2 0 ) = 12°. Д л я него sin 1 2°= 0,208; cos 1 2 °= 0 ,9 7 8 . Так
как е в2/ ( \ — е в2) = 1 6 ,5 , то коэффициент направленности вниз (2.13)
R ( 90°— 12°) = 1/ [ l- f - 1 6 ,5 s i n 2 (7о^)] V2= 0 ,2 4 4 , Уровень п од громко­
говорителями
L n = 2 0 1 g (2 .7 ,6 -0 ,2 4 4 /4 ,2 ) + 9 4 = 9 2 , 9 дБ .
Уровень
в
стыке
зон
L = 201g[7,6 - 1. 41/ (20 2+ 4,22) V 2] + 9 4 = 8 8 ,4 д Б .
242
Определим уровни в точках с координатами х = 0 ; # = 1 5 ; .
х = 2 0 ; # = 1 5 ; х = 4 0 ; # = 0 и 15, для всех точек hr— 4,2.
Н а линии, перпендикулярной оси громкоговорителей, на рас­
стоянии 15 м от нее координаты « = 4 ,2 - 0 ,2 0 8 = 0 ,8 7 4 и w = — 4,2Х
Х 0 ,9 7 8 = — 4,108, уровень
Ln = 20 lg 0>g 742 -(- 4> 1082/0,0 5 7 1 + 15а/0,486~*~94 = 8 8 ,8 д Б '
Координаты для боковой точки на стыке зон
« = 2 0 - 0 ,9 7 8 + 4 ,2 •0 ,2 0 8 = 2 0 ,4 ;
Уровень
в
этой
г20 lg Координаты
в
20 •0 ,2 0 8 - 4 ,2 - 0 ,9 7 8 = 0 .
1, 41-7, 6
20,42+
-94 = 85,2 дБ*
152/ 0 ,4 8 6
точек п од следующ ими громкоговорителями
« = 4 0 • 0 ,9 7 8 + 4 ,2 •0 ,2 0 8 = 4 0 ;
уровень
су-
точке
точке
на
оси
40 • 0,208— 4,2 - 0 ,9 7 8 = 4 ,2 1 ,
громкоговорителей
L31 = 20 l g -------- - 1— - ----------+ 9 4 = 8 1 ,8 д Б ,
31
ё 4 0 2 + 4 ,2 2 / 0 ,0 5 7 ^
’
Уровень
в
боковой
точке
1,41-7,6
Loo = 20 l g -------------------------------------- ТТГ'
^ 2
ё ( 4 0 2 + 152/0,486 + 4 ,2 2 /0 ,0 5 7 1 )1/2
-94 = 8 0 ,9 дБ*
Сводим вместе данные о б уровнях в матрицу;
X
У
0
20*
0
9 2 ,9
8 8 ,4
8 1 ,8 * *
15
8 8 ,8
8 5 ,2
8 0 ,9
40
* Стык зон.
**3апаздывание составляет 284 мс.
Н еравномерность озвучения 92,9— 8 5 ,2 = 7 ,7 дБ , т. е. в норме. П од
громкоговорителями э х о не будет зам етно, так как разность уров­
ней Д 1 = 9 2 ,9 — 8 1 ,8 = 1 1 ,1 д Б при разности хода (402+ 4 , 2 2) 1/2— 4 ,2 =
= 3 6 , т. е. Д £ = 1 0 6 мс (см. рис. 1.3). Н а краю зоны разность уров­
ней IAL 88,8— 8 0 ,9 = 7 ,9 д Б при разности х о д а (4 0 2+ 1 5 2+ 4 , 2 2)V2—
— (1 5 2+ -4 ,2 2) х/2= 2 7 ,1 м, т. е. Д / = 8 0 мс. И з рис. 1.3 находим, что
допустима A L = 7 дБ . Следовательно, эхо не будет зам етно и на
краю зоны.
Рассмотренны е выше варианты основаны на том, что эхо не
д ол ж н о быть заметным. Н о мож но для случаев служ ебн ой связи
допускать наличие такого эха, которое находится на таком пределе,
что сниж ается разборчивость речи (рис. 1.3, см. кривая 3 ). П ро­
ведем расчет системы озвучения вагонных путей для такого усл о­
вия. В этом случае, как показывают расчеты, расстояние м еж ду
16*
243
громкоговорителями м ож но взять в 2— 2,5 раза больше, т. е. 80—
100 м. Возьмем предельный случай — расстояние 100 м. Д л я о зв у­
чения возьмем сдвоенные колонки 8К З -2, поставленные по верти­
кали (рис. 4 .2 8 ). И меем следую щ ие параметры: p i= 1 5 ,2 Па; ег=
= 0 ,7 1 ; (1— ег2= 0 ,4 8 6 ) ; е в= 0 ,5 ( З - М в i2) 1/2= 0 t993; (1— е в2= 0 ,0 1 4 3 ) .
Возьмем предельно низшую высоту подвеса 5 м для расстояния
м еж ду громкоговорителями 100 м, т. е. высота над озвучиваемой
поверхностью буд ет 3,5 м и угол подвеса громкоговорителей к го­
ризонтали a 0= a r c t g (3 ,5 /5 0 ) = 4 ° . Н айдем коэффициент направленно­
сти громкоговорителя вниз. Так как е в2/ ( 1 —ев2) = 7 0 1 тго i? ( 8 6 ° ) =
= 1 /(1 —
(-70 sin 2 86°) V2= 0 ,1 1 9 . Уровень п од громкоговорителями
L n = 2 0 I g [2 • 15,2 • 0,1 1 9 /3 ,5 ] —
J-94= 9 4 ,3 д Б , а
уровень
в
стыке
зон
L2i= 2 0 1 g [ 1,41 • 1 5 ,2 / (502+ 3 , 5 2) 1/2J-J-94= 8 6 ,6 д Б .
Р и с . 4.28. План и разрез одного из участков вагонной горки при
предельном удлинении зонального
участка (показано распол ож е­
ние громкоговорителей, стрелки у уровня указывают направление
прихода сигнала мешающ его громкоговорителя)
Н айдем уровень под следующ ими громкоговорителями ( * = 1 0 0 ;
у = 0; Лг= 3 , 5 ) . Д л я угла 4® cos 4 °= 0 ,9 9 8 ; s in 4 ° = 0 ,0 7 , координаты
этой точки « = 100 • 0 ,9 9 8 + 3 ,5 •0 ,0 7 = 1 0 0 ;
а д = 100 • 0,07— 3,5 • 0 ,9 9 8 =
= — 3,51. О ткуда
1 41- 15 2
L3l = 20 l g -------------- 2--------- !---------- п т + 9 4 = 8 0 ,3 д Б .
31
g (100* + 3 ,5 1 7 0 ,0 1 4 3 ) 1/2 Х
Разность уровней 94,3— 8 0 ,3 = 1 4 дБ , а разность х о д а
Д г = (1002+ 3 , 5 2) 1/2— 3 ,5 = 9 6 ,6 м, т. е. Д * = 0 ,2 8 4 с.
Такое запазды вание соответствует 14 д Б по кривой 3 рис. 1.3. Сле­
довательно, запазды вание леж ит на пределе снижения разборчиво­
сти речи. Определим уровни в трех точках, смещенных на 15 м от
осевой линии.
Координаты точки на линии громкоговорителей: * = 0 ; « /= 1 5 ;
Л г=3,5; « = 3 ,5 .0 ,0 7 = 0 ,2 5 ; w = — 3 ,5 -0 ,9 9 8 = 3 ,4 9 , следовательно, у р о­
вень
1 И = 20 lg
244
(0 25* + 3 , 492 / 0,0 1 4 3 + 152/ 0 , 4 8 6 ) 1/2
"*~94 = 9 2 ,5 д Б ‘
Точка на стыке зон « = 5 0 -0 ,9 9 8 + 3 ,5 -0 ,0 7 = 5 0 ;
X 0 ,9 9 8 = 0 ; уровень в ней
1 2а = 2 0 l g ( 5 0 + 2 ^
и>=50 •0,07—3,5 X
152/ 0 , 48 6 ) 1/2 ”^ 94 = 8 5 '9 д Б '
Уровень от соседних громкоговорителей
L32 = 20 lg (100* + 3 . 51^ 0 > 0 1 4 3 + 152 / 0 , 4 8 6 ),/2 ^ 94 = 8 ° ’ 1 ДБ'
Сводим данные уровней, дБ , в матрицу:
X
и
0
50*
0
9 4 ,3
8 6 ,6
8 0 ,3 * *
15
9 2 ,5
8 5 ,9
8 0 ,1 * * *
100
•Стык зон. «Запаздывание 284 мс. « ‘Запазды­
вание 80,6 мс.
В боковой точке на линии громкоговорителей э х о будет на
12,4 д Б ниж е основного сигнала при запазды вании на 80,6 мс (д о ­
пустимо A L = 7 д Б ). Неравномерность озвучения 94,3— 8 5 ,9 = 8 ,4 дБ .
Это немного более нормы, но допустимо, так как ширина участка
озвучения довольно широка и поэтом у эта неравномерность не б у ­
дет заметна.
Если необходим о повысить уровни речи вследствие высоких
уровней шумов, то возм ож н о использование тех ж е громкоговори­
телей, но с предварительной компрессией речи (типа ограничителя
уровня) на б— 12 дБ .
М ож н о расширить зон у озвучения в ширину д о 50— 70 м с
некоторым допуском в отношении неравномерности озвучения и
заметности эха. Так, при ширине зоны 70 м получим следую щ ие
уровни по оси громкоговорителей (преж ние данные) и на боковой
линии, отстоящ ей от оси на 35 м.
Д анны е уровней, д Б , сводим в матрицу:
X
и
0
50*
100
0
9 4 ,3
8 6 ,6
8 0 ,3 * *
35
8 8 ,4
8 3 ,6
80,3***'
•Стык зон. «Запаздывание 282 мс. ‘ «Запазды­
вание 206 мс.
Д л я запазды вания 206 мс перепад уровней дол ж ен 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 у ж е мешать не будет.
Следовательно, м ож но озвучить полосу шириной 50 м и дли­
ной, равной 100 л, рде п — число участков. При длине 2 км п о­
требуется 20 точек озвучивания по четыре громкоговорителя
245
8К З-4, т. е. 80 громкоговорителей, мощность 640 Вт. При озвуче­
нии участками по 40 м потребуется 50 точек озвучивания по два
громкоговорителя в к аж дой, т. е. 100 громкоговорителей, или
мощ ность 800 Вт* П оследняя система несколько д о р о ж е преды ду­
щей, но она дает более высокое качество звучания.
П роведем расчет разборчивости речи для ш умов ж ел езн од о­
рож ного транспорта с учетом помех от речи на 8,1 дБ ни ж е уров­
ня ^самой речи. З а основу возьмем расчет для платформ, проведен­
ный в преды дущ ем параграфе. В расчетную табл. 4.8 в первую
строку записываем средние частоты октав, во вторую — спектраль­
ные уровни на вы ходе тракта из табл. 4.7. В третью строку з а ­
писываем спектральные уровни шумов из той ж е таблицы. В чет­
вертую строку записываем суммарный уровень спектральных ш у­
мов и пом ех, получаемый путем суммирования уровней шумов и
помех по интенсивности. Так, для первой октавы имеем акустичеТ а блица
4 .8
Данные для расчета разборчивости речи
Значение параметра для средних частот
октавы, Гц
Параметр
250
Спектральные уровни речи
на выходе тракта, дБ
Спектральные
уровни
шумов, д Б
Спектральные уровни по­
мех, д Б
Суммарные уровни шумов
и помех, д Б
Уровни ощущения, дБ
Коэффициент разборчи­
вости, отн. ед.
500
1000
2000
5 5 ,1
5 6 ,1
5 2 ,6
45,1
51
46
41
47
48
5 2 ,5
5 0 ,1
2 ,6
0 ,2 9
6 ,0
0 ,4 0
4000
6000
3 8 ,1
3 1 ,1
30
31
29
4 4 ,5
37
30
23
4 6 ,2
3 7 ,8
3 3 ,5
30
6 ,4
0 ,4 2
7 ,3
0 ,4 4
4 ,6
0 ,3 5
1 ,1
0 ,2 4
ские шумы со спектральным уровнем 51 дБ , а помехи со спектраль­
ным уровнем на 8,1 д Б ниж е спектрального уровня речи на вы­
ход е тракта, т. е. 55,1— 8 ,1 = 4 7 дБ . Следовательно, суммарный
уровень 5 1 ( + ) 4 7 = 5 2 ,5 дБ . П оэтом у уровень ощ ущ ения для этой
полосы 55,1— 5 2 ,5 = 2 ,6 д Б . Записываем его в пятую строку. П о
уровню
ощ ущ ения
находим
коэффициент разборчивости
(см.
табл. 3 .3 ). Аналогично проделываем эти расчеты для остальных
полос. В результате получаем данные, приводимые в табл. 4.8.
П о этим коэффициентам разборчивости находим формантную
разборчивость (3.55):
А = 0 ,0 5 (0 ,2 8 + 3 • 0 ,4 0 + 4 • 0 ,4 2 + 6 • 0 ,4 4 + 5 .0 ,3 5 + 0 ,2 4 ) = 0 ,3 9 .
Д л я этой формантной разборчивости находим из табл. 3.4 величи­
ны слоговой и словесной разборчивости. Они соответственно рав­
ны: 5 = 6 8 % и 1*7=95%. Получили хорош ую разборчивость речи
д а ж е без ее компрессии. Применение компрессии м ож ет дать б о ­
лее лучшую разборчивость речи.
246
4.15. ОЗВУЧЕНИЕ ТАНЦПЛОЩАДКИ
Задание. Озвучить танцплощ адку размером 4 0 X 4 0 м
на
открытом в озд ухе
вдали от ж илы х зданий
(в парке)
(рис. 4 .2 9 ). Качество звучания задан о по II классу. Уровень зв у ­
чания не ниж е 90 д Б в центре площадки и допустим о снижение
его на краях площадки д о 85 дБ . В соответствии с заданным ка-
ш -_!
мл
3x0
Зхо
Зхо
3x0
93,9
10
{5
9 8 Эхо
IЭхо
Эхо
91
85,2дБ
\8,г
Эхо
9 5 ,6
87,9 8 7 ,5 £ 92,1
ss'5
86,5
20
Р и с . 4.29. П лан и разрез танцплощ адки при двустороннем озвучении с показом уровней основного и ахового звука
чеством выбираем рупорный громкоговоритель 5 0 Г Р Д -Ш -8 ( p i =
= 1 6 Па; ег= 0 ,7 7 ; е в= 0 ,9 4 5 ; 1— а2г = 0,407; 1— е 2 в = 0,107). Сначала
располож им громкоговорители с д в у х противоположных сторон
по два громкоговорителя с расстоянием м еж ду ними 20 м (поло­
вина ширины площ адки). П од громкоговорителями, вероятно, б у ­
д ет неозвученное пространство, поэтому, мож ет быть, придется по­
ставить дополнительные громкоговорители для его озвучения. Они
могут потребоваться и для устранения эха.
З адаем ся неравномерностью озвучения 6 дБ . Н аходим ориен­
тировочную высоту подвеса (для одиночного громкоговорителя) из
(2.40а)
6 = 2 0 lg 0,5 {1 + [1 + (1— 0,9452)2 0 2//г2г] 1/2};
1 — 0 ,9 4 5 2
:20
(2-106/20— 1)2.
тГ-*.
3 ! м.
Н а д площ адкой высота подвеса 2 ,3 + 1 ,5 = 3 ,8 м. Угол наклона осей
громкоговорителя
a 0= a r c t g
(20/2,31) = 6 ,6 ° ,
sin
6 ,6 ° = 0 ,!1 5
и
cos 6 ,6 °= 0 ,9 9 3 . Ближ айш ая точка к громкоговорителю неозвучи-
247
ваемой зоны (3.41)
2 0 -0 .9 4 5 2
*х
1 + 0,107• 202/ 2 ,3 1 а
1,31
точка максимального уровня (3.37)
“
(1+2072,312)
*м =
(1 + 0 ,1 0 7 -2 0 2/ 2 ,3 1 2) 1/2
Рассчитаем уровни д л я одного громкоговорителя для следую ­
щих точек: х = 2 ; 7; 20; 33; 38 и у — 0; 10; 20; 30. Сначала находим
координаты и и w (2.10). Д л я точки х = 2 и = 2 - 0 ,9 9 3 + 2 ,3 1 -0 ,1 1 5 =
= 2 ,2 5 , ш = 2 - 0,115—2 ,3 1 -0 ,9 9 3 = — 2,06. Аналогично
рассчитываем
их для други х х и получаем следую щ ие значения:
X
2
а
2 ,2 5
7 ,2 2
W
— 2 ,0 6
— 1 ,4 9
7
33
38
2 0 ,1 3
33
38
0
1 .6
2 ,1 6
20
Н аходим вспомогательные суммы u2+ w 2/0,107;' a t=:44,7; a2= 12,88;
a 3= 4 0 5 ,2 ; a 4= 1 1 1 0 ; a 5= 1 4 8 7 ,6 .
Рассчитываем все уровни:
A i= 2 0 lg [ 1 6 - 2 ,2 5 /(4 4 ,7 + 0 ) 1 + 9 4 = 9 2 ,1 дБ;
7-2=20 l g [1 6 -2 ,2 5 / (44,7 + 1 0 2/0 ,4 0 7 ) 1 + 9 4 = 7 5 ,9 дБ ;
7 -3 = 2 0 lg [1 6 -2 ,2 5 /(4 4 ,7 + 2 0 2/0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 6 4 ,9 дБ ;
7-4=20 lg [ 1 6 - 2 ,2 5 /(4 4 ,7 + 3 0 2 /0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 5 8 ,1 дБ ;
7 -5 = 2 0 l g [ 1 6 - 7 ,2 2 /(7 2 ,8 8 + 0 ) ] + 9 4 = 9 8 ,0 дБ;
7-e= 20 lg [1 6 -7 ,2 2 /(7 2 ,8 8 + 1 0 г/ 0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 8 5 ,2 дБ;
7-7=20 lg [1 6 -7 ,2 2 /(7 2 ,8 8 + 2 0 2/0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 7 4 ,8 дБ ;
7-8= 20 lg [ 1 6 - 7 ,2 2 /(7 2 ,8 8 + 3 0 2 /0 ,4 0 7 ) 1 + 9 4 = 6 8 ,1 дБ;
7.9= 2 0 l g [ 1 6 - 2 0 , 1 3 /( 4 0 5 + 0 ) ] + 9 4 = 9 2 ,0 дБ;
L ,o = 2 0 l g [ 1 6 - 2 0 ,1 3 /(4 0 5 + 1 0 2 /0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 8 7 ,9 дБ ;
7 -ц = 2 0 lg [1 6 -2 0 ,1 3 /( 4 0 5 + 2 0 2 /0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = 8 4 ,3 дБ ;
7-i2= 2 0 lg [ 16 • 2 0 ,13/ (4 0 5 + 302/0.407) ] + 9 4 = 7 5 ,8 дБ ;
L 13= 2 0 lg £ 16 - 3 3 / (1110 ,9 + 0 ) ] + 9 4 = 8 7 ,5 дБ;
L h = 20 l g [16• 3 3 / (1110,9 + 1 02/0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 8 5 ,8 дБ ;
7-16=20 lg [ 1 6 - 3 3 /( 1 1 1 0 ,9 + 2 0 2 /0 ,4 0 7 ) ] + 9 4 = 8 2 ,0 дБ ;
7 .ie = 2 0 lg [ 1 6 - 3 3 / ( 1 1 1 0 ,9 + 3 0 2 /0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = 7 8 ,0 дБ ;
7-17=20 lg [ 1 6 - 3 8 ,5 /( 1 4 8 7 ,1 + 0 )1 + 9 4 = 8 6 ,2 дБ;
7-18= 2 0 1 g [1 6 -3 8 ,5 /(1 4 8 7 ,1 + 1 0 2 /0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = 8 4 ,9 дБ ;
7-i9= 2 0 lg [1 6 -3 8 ,5 /(1 4 8 7 ,l + 2 0 2/0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 8 1 ,8 дБ ;
7-20=20 lg [1 6 -3 8 ,5 /( 1487,1 + 3 0 2/0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 7 8 ,3 дБ .
от
248
Сначала посмотрим, как будет обстоять дел о в отношении эха
соседнего громкоговорителя. Собственный уровень п од гром­
коговорителем на расстоянии 2 м от края площ адки составляет
75,9 дБ , а от соседнего — 64,9 дБ , т. е. разность 11 д Б , а зап азды ­
вание во времени около 52 мс, т. е. э х о от этого громкоговорителя
не буд ет заметно. Суммируем уровни пока только от соседних
громкоговорителей. Н а расстоянии 2 м от края площ адки с гром­
коговорителями на оси площадки L = 7 5 ,9 ( + ) 7 5 ,9 = 7 8 ,9 дБ , на оси
громкоговорителей L = 9 2 ,l ( + ) 6 4 ,9 = 9 2 ,1 дБ , на боковом краю пло­
щ адки 75,9 ( + ) 5 8 ,1 = 7 5 ,9 дБ . На расстоянии 7 м (от края пло­
щадки) по оси площ адки L = 8 5 ,2 ( + ) 8 5 ,2 = 8 8 ,2 дБ , по оси гром­
коговорителей L—98 (-}-) 7 4 ,8 = 9 8 дБ , на боковом краю площадки
L = 8 5 ,2 ( + ) 6 8 ,1 = 8 5 ,2 дБ . Н а середине площадки по ее оси L =
= 87,9 ( + ) 8 7 ,9 = 9 0 ,0 д Б , по оси громкоговорителей L = 9 2 ( + ) 8 4 , 3 =
= 9 2 ,6 дБ , на краю площадки L = 87,9 ( + ) 7 5 ,8 = 8 8 дБ .
Т а б л и ц а 4 .4
2
7
20
33
38
7 8 ,9
8 8 ,2
9 0 ,9
8 8 ,8
8 7 ,9
8 7 ,9
8 8 ,8
9 0 ,9
8 8 ,2
7 8 ,9
Примечание.
8 7 ,9
9 3 ,9
8 7 ,9
1-я
пара
2-я
пара
92,1
98
9 2 ,6
8 8 ,6
8 7 ,5
8 7 ,5
8 8 ,6
9 2 ,6
98
9 2 ,1
98
9 5 ,6
98
Эхо
На краю пло­
щадки, дБ
1-я
пара
2-я
пара
7 5 ,9
8 5 ,2
88
8 6 ,5
8 6 ,5
8 6 ,5
8 6 ,5
88
8 5 ,2
7 5 ,9
Отсутствие значения суммарного уровня означает
Примечание
2-я
пара
На оси громко­
говорителей,
дБ
Суммарный
уровень, дБ
1-я
пара
На оси пло­
щадки, дБ
Суммарный
уровень, дБ
Расстояние, м
Р асп р ед ел ен и е ур ов н ей н а пл ощ адк е
8 6 ,5
91
8 6 ,5
наличие
эха.
Н а расстоянии 33 м от линии громкоговорителей на оси пло­
щадки £ = 8 5 ,8 ( + ) 8 5 ,8 = 8 8 ,8 дБ , на оси громкоговорителей L =
= 87,5 ( + ) 8 2 = 8 8 ,6
дБ ,
на
боковом
краю
площадки
L=
= 85,8 ( + ) 7 8 ,0 = 8 6 ,4 д Б и на расстоянии 38 м — на оси площадки
L = 8 4 ,9 ( 4-) 8 4 ,9 = 8 7 ,9
дБ ,
на
оси
громкоговорителей
L=
= 86,2 ( + ) 8 1 ,8 = 8 7 ,5 д Б и на краю площадки L = 8 4 , 9 ( + ) 8 1 , 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
лож ны х громкоговорителей оказываются выше, чем от ближайш их,
на 10 дБ , т. е. имеем значительное эхо и неравномерность озвуче­
ния получилась выше 10 дБ . Т рудно устранить подзвучиванием
э хо и неравномерность. П оэтом у такая система озвучения непри­
годна.
П еренесем громкоговорители на одну сторону и расположим
их через 10 м друг от друга (крайние громкоговорители будут на­
ходиться на расстоянии 5 м от кр ая). Эта система озвучения у ж е
будет распределенной. Направим оси громкоговорителей на дальццй конец площадки
(рис. 4 .3 0 ). Задаваясь неравномерностью
249
озвучения от одиночного громкоговорителя, равной 6 дБ , найдем
высоту подвеса громкоговорителей н ад озвучиваемой плоскостью
, Г(2 *10°»3— I)2— 1 V12
I
/гг = 40 ----------------------------------г
[
0 ,1 0 7
= 4 ,6 4 м.
J
Округляем д о 4,7 м и получаем высоту подвеса над площадкой
м. О пределим уровень в конце площадки, считая, что для у д а ­
ленных точек мож но пользоваться
формулами
цилиндрической
волны, т. е. для распределенны х систем (1.6) и (2.21). Д л я уда6,2
t р в Н З - 4 Ср
Г
ср
iSaeмая /7/7о ер* но сть
6,2 м
1,5
^
Од
Л _____ Л______
Оо
____ _____________
------------ ----------------------------------------------
40
[88,9
Ь
о
i
88,5д \Б
7Ъ
10 * ^ 10 ^ ^
г
10 *
Р и с . 4.30. План и разрез танцплощ адки при одностороннем озв у ­
чении. П оказаны уровни в наиболее опасном месте дл я обр азова­
ния э х а .
ленной
точки расстояние
ее от
громкоговорителя х о= ( 4 0 2+
+ 4 ,72 ) 1/ 2= 40,3 м> следовательно, уровень в конце площадки
L = 10 lg
162-0 ,1 0 7 1/2 ,
10*40 3
= 8 7 ,2 дБ .
Максимальный уровень, создаваемы й одним громкоговорителем,
равен 87,2 дБ. Д л я четырех громкоговорителей он повысится на
6 д Б и буд ет равен 93,2 дБ .
О пределим уровень на расстоянии 5 м от линии громкогово­
рителей. В этих точках у ж е нельзя пользоваться ф ормулой для
распределенной системы, так как звуковая волна более близка
к сферической, чем к цилиндрической. П оэтом у расчет ведем по
250
обычной координатной методике. Н айдем координаты и и W, ДЛя
чего сначала найдем угол подвеса громкоговорителя:
a 0= a r c t g (4,7/40) = 6 ,7 ° ; sin 6 ,7 °= 0 ,1 1 7 ; cos 6 ,7 °= 0 ,9 9 3 ;
и = 5 • 0 ,9 9 3 + 4 ,7 • 0 ,1 1 7 = 5 ,5 2 ; w = 5 -0,117— 4,7 • 0 ,9 9 3 = — 4,08.
Вспомогательная сумма а = 5 ,5 2 2+ 4,082/0 ,1 0 7 = 1 8 6 . Уровни в точ­
ках с координатами * = 0 ; 5; 10; 15; 20; 25; 30 и 35; у = Б и Лг= 4 ,7
для одного громкоговорителя:
/ 0= 2 0
/ 5= 2 0
/ю = 2 0
Z.i5 = 2 0
lg
lg
lg
lg
/:>о=20 lg
/ 25= 2 0 l g
/ 30= 2 0 lg
/ 3 5 = 2 0 lg
[ 1 6 - 5 ,5 2 /( 1 8 6 + 0 ) ] + 9 4 = 8 7 ,5 д Б ;
[1 6 * 5,52/(186 + 52/0 ,4 0 7 )1 + 9 4 = 8 5 ,1 дБ;
[ 16 • 5 ,5 2 /( 1 8 6 + 1 02/0,407) ] + 9 4 = 8 0 ,2 д Б ;
[ 16 • 5 ,5 2 /(1 8 6 + 1 52/0,407) J + 9 4 = 7 5 ,6 дБ;
[ 16- 5,52/ (186 + 202/0,407) ] + 9 4 = 7 1,6 дБ;
[1 6 * 5 ,5 2 /( 1 8 6 + 2 5 2/0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 6 8 ,2 дБ;
[ 16 - 5 ,5 2 /( 1 8 6 + 3 0 2/0 ,4 0 7 )] + 9 4 = 6 5 ,3 дБ ;
[16* 5,5 2 /(1 8 6 + 352/0,407) ] + 9 4 = 6 2 ,8 д Б .
Н аходим суммарные уровни в пяти точках, начиная с края пл о­
щ адки через 5 м для * = 5 при работе четырех громкоговорителей:
/о=85,1 ( + ) 75,6 ( + ) 68,2 ( + ) 62,8=85,7 дБ ;
/ 5= 8 7 ,5 ( + )
/ 10= 8 5 , 1 ( + )
/1 5 = 8 7 ,5 ( + )
/2 0 = 8 5 ,1 ( + )
80,2 ( + )
85,1 ( + )
80,2 ( + )
85,1 ( + )
71,6 ( + ) 6 5 ,3 = 8 8 ,3
75,6 ( + ) 6 8 ,2 = 8 8 ,3
80,2 ( + ) 7 1 ,6 = 8 8 ,9
75,6 ( + ) 7 5 ,6 = 8 8 ,5
дБ;
дБ;
дБ ;
дБ .
Как видим, уровень на расстоянии 5 м от линии громкогово­
рителей в четырех точках изменяется в пределах 1,0 д Б (0,6 д Б ) и
только на краю площ адки он уменьш ается приблизительно на
2,5 дБ . Н еравномерность озвучения, если не учитывать эту точку,
леж ит в пределах 6 дБ , а с ее учетом — 7,5 дБ . Конечно, ближ е
5 м от линии громкоговорителей неравномерность больше (мини­
мальные уровни на линии под громкоговорителями в углу пл о­
щ адки).
Проверка на эхо показывает, что оно не будет заметно.
Это
видно
из
данных суммирования уровней. Н аиболее эхоопасное
место — край площадки. Рассматривая первую строчку суммарных
уровней, видим, что при разности хода 30 м (от первого и чет­
вертого громкоговорителей)
перепад
уровней Л / = 8 5,1— 6 2 ,8 =
= 2 2 ,3 дБ , т. е. полная незаметность эха.
Чтобы озвучить и линию под громкоговорителями, мож но при­
менить звуковые колонки 100К З-13. Они даю т уровень выше на
А / = 2 0 lg (22/16) = 2 , 8 дБ . При этом минимальный уровень близок
к 90 дБ . Кроме того, уменьшится неравномерность озвучения и
повысится качество звучания. О днако потребуется вдвое большая
мощность (400 В т ).
4.16.
О ЗВ У Ч Е Н И Е У Д А Л Е Н Н О Й ЗО Н Ы
Зад ан а зон а озвучения, находящ аяся 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 м ачта). Н еобходим о озвучить
зон у по глубине на 250 м со средней точкой на 500 м (озвучи­
вается зон а от 375 д о 625 м от громкоговорителя) (рис. 4 .3 1 ).
Н айдем
необходим ую направленность
громкоговорителей в
вертикальной плоскости из (3.88) при х 3= х 0= 5 0 0 ; а = 2 5 0 ; Лг = 25
/
*в - (
25 0 -2 5 2
\ 1/2
500а(500 — 2 5 0 ) )
= °’
7’
1—е2в= 0,0026.
Чтобы осуществить такой эксцентриситет, необходимо взять четы­
ре громкоговорителя типа 100Г Р Д (е в= 0 ,9 4 5 „ £г= 0 ,7 7 ) с установ­
кой их по вертикали др уг на друга. Т огда получим эксцентриситет
в вертикальной плоскости из (3.89) при x$=Jto= 500; а = 2 5 0 ;
hT= 25
^в= [ 1 6 — 1 + 0 ,9 4 5 2] 7 2/1 6 = 0 ,9 9 6 7 .
При таком эксцентриситете глубина озвучиваемой зоны несколько
увеличится:
252
5 0 0 / i = 1 + -------------------------------•
'
т 5002(1 — 0,99672)
О ткуда i = 362 м вместо 250 м. Увеличивать число громкоговори­
телей из-за громоздкости установки нецелесообразно.
О пределим неравномерность озвучения в пределах эллипса
озвучения (2.40а)
A L = 2 0 lg { 0 , 5 ( 1 + [ 1 + ( 1 —0,99672)5 0 0 2/2 5 2] 1/2) } = 1 ,1
дБ .
Если взять эксцентриситет направленности в горизонтальной
плоскости, равный типовому аг= 0 ,7 7 , то малая ось эллипса о зв у ­
чения (3.90) 6 = 3 6 2 ( 1 — 0,772) 7 2= 2 3 1 м, а задан а ширина 400 м.
О пределим неравномерность озвучения на флангах зоны
(3.91).
Так как a = a r c t g [ 4 0 0 /( 2 - 5 0 0 ) J = 2 1 ,8 °, c o s 21,8 °= 0 ,9 2 8 , то
л
(1 — 0 ,7 72)0,928
ло ^
AL — — 20 l g -------------------------------= 2 , 3 д Б .
g 1 - 0 , 7 7 2.0,9282
что
вполне допустимо.
Если взять сдвоенный громкоговоритель, для которого е в =
= 0 ,9 4 5 , то A L = 7,3 д Б , это много для неравномерности озвучения,
поэтому оставляем счетверенный громкоговоритель. Д л я него в
улучшенном варианте номинальное звуковое давление p i = 4 X 5 0 =
= 2 0 0 П а. Если не применять ограничитель уровня, то на расстоя­
нии 500 м без учета затухани я в в о зд у х е уровень звукового д а в ­
ления
L = 2 0 1 g (2 0 0 /5 0 0 ) + 9 4 = 8 6
дБ .
Это б у д ет пиковый уровень. Средний уровень речи получится
86 — 1 2 = 7 4 дБ , т. е. уровень, равный уровню, развиваемому ор а­
тором на расстоянии 1 м от него. В условиях акустических ш умов
менее 6 0 д Б [(3 .1 5 ); (3 .1 6 )] требуемый уровень не превышает 85 дБ ,
т. е. для речи будет достаточно. Д л я музыки этого уровня мало.
Если применить ограничитель уровня на 10 дБ , то и дл я музыки
такой уровень достаточен. Если ж е уровень акустических ш умов
будет не менее 70 д Б (громкие разговоры ), то и для речи этот
252
уровень мал. Н аиболее вероятен ш ум около 70 д Б , поэтом у сле­
д у ет применить ограничитель уровня на 10 дБ и для передачи
речи. Э тот уровень соответствует уровню речи 95 д Б , как и у р о­
вень музыкальных передач.
4.17. О ЗВ У Ч Е Н И Е П Л О Щ А Д И
С ДА Л ЬН ЕЙ ДИСТАНЦИИ
Задание: О звучиваемая площ адь находится на расстоя­
нии 1 км, размеры ее по ширине около 200 м (рис. 4 .3 2 ). П ередача
дол ж н а вестись с закрытой позиции, но громкоговорители мож но
или выдвигать вверх, если м еж ду озвучиваемой площ адью и п о­
зицией находится лес высотой не более 2 0 м, или с земли, если
м еж ду позицией и площ адью нет видимых препятствий. О ба слу-
Р ис.
4.31. Р асп олож ен ие удаленной зоны
озвучения
чая не имеют принципиальной разницы \ В обои х случаях выби­
раем острую направленность в горизонтальной плоскости, так как
ширина площади невелика, и небольш ую направленность — в вер­
тикальной. П оследнее применяем, чтобы и збеж ать действия в оз­
м ож ной акустической тени в районе площ ади. Чтобы охватить ш и­
рину 2 0 0 м на расстоянии 1000 м, необходим о иметь эксцентриси­
тет
направленности
для
рупорных
громкоговорителей
ет=
= ( 1— 200 2/20002) 1/ 2= 0 ,9 9 5 . Если взять три рупора от громкоговори­
телей типа 100Г Р Д -2 и расположить их горизонтально, то их
эксцентриситет из (3.89) ег = [(8 Н -0 ,9 4 5 2) / 9 ] 1/ 2= 0 ,9 9 4 , ширина м а­
лой оси эллипса £ = 2 0 0 0 ( 1 — е2г) = 2 1 8 м. Разм ер громкоговорителя
в горизонтальной плоскости составит около 3 м, в вертикальной —
0,5 м. Угол излучения — не мёнее ± 3 0 ° , 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 П ередача поверх леса м ож ет иметь уменьш ение дальности
из-за поглощения звука и увеличение ее из-за изгиба звуковых волн
вследствие рефракции, О ба эффекта могут компенсироваться,
253
т .
Отражатель
v//\
Поверхность земли
ВддБ
Us
«3
т
ВОдБ
Р и с . 4.32. Располож ение дальней зоны озвучения
погоду затухание звука из-за расхож ден ия 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 д Б на частотах д о 2000 Гц, выше этой частоты затухание
резко возрастает. О бщ ее затухание без учета акустической тени и
ветра равно 72 дБ . Если рассчитывать на средний уровень речи
в точке приема не м енее 68 дБ (обычный разговорный уровень),
то на расстоянии 1 м средний уровень долж ен быть не менее
140 дБ , а для передачи пик-фактора уровень следует повысить на
12 дБ . Громкоговоритель 100Г Р Д -2 д а ет 48 Па, строенный громко­
говоритель прц подведении мощности 30 0 Вт будет давать 144 Па
(на самом дел е из-за интерференции это давление несколько умень­
ш ится), т. е. составит 137,2 дБ . Если подводить вдвое большую
мощность (600 В т), то развиваемый громкоговорителями уровень
буд ет равен 140 дБ . В этом случае потребуется введение ограни­
чителя уровня на 12 дБ . Такое ограничение практически не сни­
ж аю т качество передачи речи, если оно осущ ествляется инерцион­
ным ограничителем.
К стати, и передача музыкальных программ с таким ограни­
чением заметно не сниж ает качества звучания, но все ж е гром­
кость передачи недостаточна велика при прослушивании в ш умах.
При наличии акустической тени все уровни сильно сниж аю тся, но
для этого предусмотрено средство против нее и поэтом у вероят­
ность ослабления из-за тени невелика.
Если применить у рупоров отраж атели звука, то это повысит
уровень на 6 дБ и потребуется ограничение только на 6 дБ .
П осмотрим, насколько следует повысить мощность, чтобы вес­
ти передачу на расстояние, большее 1 км. Так как для передачи
на расстояние 2 км основное затухани е равно 66 дБ , а дополни­
тельное [9, 10] 15 дБ , то затухание составит 81 д Б вместо 72 дБ
254
для 1 км. П оэтом у дл я получения того ж е уровня необходим о
увеличить мощность громкоговорителя в 8 раз, т. е. довести ее
д о 4,8 кВт. Такие громкоговорители отсутствую т и поэтом у берем
громкоговорители с мощностью на 1,5 кВт, т. е. в 2,5 раза боль­
ше, чем для 1 км (увеличение на 4 д Б ). Получим уменьшение ур ов­
ня звучания на 5 д Б . П ри дальности в 4 км затухан и е ещ е у в е ­
личится [9, 10] на 7 д Б и уровень снизится по сравнению с 1 км
на 18 д Б , т. е. б у д ет составлять 56 дБ . Слышимость на таком
уровне у ж е д а ж е при ш умах не более 50 дБ приближ ается к пре­
дельно понятной. Н о вследствие различных метеорологических ф ак­
торов (ветра, потоков возд уха и т. д .) слышимость м ож ет значи­
тельно возрасти.
ПРИЛ ОЖ ЕН ИЕ /.
ЗВУ К О Ф И К А Ц И Я Б О Л ЬШ О Й П Л О Щ А Д И
Общие положения. П лощ адь для демонстраций имеет
размеры 120X 180 м (см. рис. 4.6 ). С одной продольной стороны она
ограничена зубчатой стеной высотой 20 м, с другой — зданием высо­
той 30 м. Зубцы имею т высоту 5 м и расстояние м еж д у ними 5 м.
В середине площади, ближ е к зубчатой стене, находится строение
шириной 10 м, высотой 15 м. Строение находится на расстоянии
10 м от стены. Н а нем располож ена трибуна с микрофонами. Вы­
сота микрофонов н ад землей 7,5 м, сзади микрофона на расстоянии
2,5 м строение суж ен о до 5 м. С боков строения находятся госте­
вые трибуны длиной 60 м, шириной 30 м, задний ряд трибун име­
ет высоту 4 м. М еж д у строением и трибунами пр оход 10 м. Э хо
не дол ж н о мешать восприятию речи.
Уровень интенсивности не д ол ж ен быть менее 90 д Б , неравно­
мерность озвучения не более 6 дБ . Участок от стены д о трибун
м ож ет не озвучиваться. К ласс аппаратуры I: дол ж н а быть об ес­
печена полная понятность речи при ш умах речевого типа не более
75 д Б . На площади не долж но быть каких-либо столбов, опор
и т. п.
Выбор системы озвучения и громкоговорителей. П о заданном у
условию зональная система исключается, так как нельзя ставить
столбы для установки громкоговорителей. Ц ентрализованная систе­
ма неприменима из-за больших ее размеров и малого значения
заданной неравномерности озвучения. Остается
распределенная
система с располож ением основных громкоговорителей на стене,
т. е. настенная цепочка из звуковых колонок, так как рупорные
громкоговорители неприменимы из-за их низкого качества зв у ­
чания. Однако распределенная система м ож ет быть применена с
осторожностью , так как при длинных цепочках м ож ет создаться
эхо из-за большой разности хода волн, приходящ их от удаленных
д р уг от друга громкоговорителей. Так, например, в точку, отстоя­
щ ую от стены на 20 м, будет проходить волна от ближайш его
громкоговорителя,
находящ егося на расстоянии приблизительно
20 м и от громкоговорителя, отстоящ его от первого на 40 м, т. е.
с расстоянием от рассматриваемой точки (см. рис. 4.6) примерно
на 45 м. П олучается разность хода 25 м, что у ж е создает ощ у­
щение эха. Громкоговорители, более удаленны е от первого, такж е
б удут создавать запазды ваю щ ие звуки. П олучается ощ ущение реверберационного эф фекта. Чтобы уменьшить влияние такого рода
помех, приходится применять направленные громкоговорители в го ­
255
ризонтальной плоскости. Направленность громкоговорителя долж на
быть такой, чтобы запазды ваю щ ие волны примерно на 60 мс были
ослаблены не менее чем на 10 дБ по сравнению со звуком, при­
ходящ им от ближайш его громкоговорителя к рассматриваемой
точке. Если рассматриваемая точка находится от стены на рас­
стоянии х , высота цепочки Лц, то мешающий громкоговоритель на­
ходится от ближайш его 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 м ож ет появиться эхо,
Ум < 2 0 [ 1 + 0,1 ( 102+ 152) V2]V2= 18 м,
т. е. громкоговоритель дол ж ен иметь угол излучения меньше 0 =
= a r c t g (18/20) = 4 2 ° . Если положить, что затухание из-за направ­
ленности долж но быть не менее 10 дБ , т. е. /?2(0 )= О ,1 , то тр ебуе­
мый эксцентриситет направленности в горизонтальной плоскости
из (2.9)
е т В=з --------------------------------------------------------------------- Г 7 а " :=:::0 , 9 7 5 .
г
[1 -{-sin2 42° 0,1/(1 — 0,1)] ^
Д л я мощных колонок эксцентриситет в горизонтальной плос­
кости равен 0,91. Если такие колонки сдвоить, поставив их рядом,
то эксцентриситет такой колонки из (1.56)
т. е. то, что требуется. Высота подвеса громкоговорителей опре­
деляется довольно точно размерами стены и зубц ов. Если распо­
лож ить громкоговорители м еж ду зубц ам и, то минимальная высота
подвеса громкоговорителей будет около 15 м (высота основания
зубц ов 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 d ^
^ 2 ,1 5 ( 1 — 0,9782) !/ 2= 6 ,2 6 м. Так как участок от стены д о трибун
м ож ет озвучиваться с неравномерностью больше 6 д Б , то возьмем
расстояние м еж ду громкоговорителями 10 м (в дальнейшем про­
ведем проверку на неравномерность на линии, отстоящ ей от сте­
ны на 10 м ).
Если взять колонку 100К З-13, то она на расстоянии 1 м имеет
звуковое давление, равное 22 П а, а сдвоенная — 44 П а. Такая
колонка при сдвоении по горизонтали имеет эксцентриситет е т—
= 0 ,9 7 8 . Н а расстоянии 120 м от нее при шаге цепочки 10 м с о зд а ­
ваемый ею уровень [см. (1.6) и (2 .2 2 )]
[ 4 т ^ - г~'-~- ' + 9 5 = 9 4 ’5 д Б >
1 ig 0" • 4-- 120-10
т. е. близок к предельному уровню. Таким образом , громкогово­
рители считаем выбранными. Согласно [9 ], оси громкоговорителей
целесообразно направлять на точку не в самый конец обсл уж и ­
ваемой зоны, а несколько ближе, в зависимости от заданной не­
равномерности. Д е л о в том, что при направлении оси в самый
дальний конец озвучиваемой зоны не используется 0,5 мощности
колонки. П оэтом у для использования большей мощ ности громко­
говорителей при непревышении заданной неравномерности следует
приближ ать к громкоговорителю точку упорэ его осц р озву^ивае-
256
мую поверхность
вид (3.59)
[9]. О бщ ая неравномерность для цепочки имеет
^
= 5 I g j [ ( l + ( l - £ BW
] X
(**„* + \)*+ ( Х - Х 0) * / д - е в*) )
( 1 - * о 2)2
Г
где X — b/hrt Х 0= х / к ц\ Ъ — ширина площади. В этой ф ормуле пер­
вый множитель д ает неравномерность в зоне от громкоговорителя
до точки упора оси.
Задаваясь неравномерностью 4 д Б 1, находим, что при X —
= 1 2 0 / 1 5 = 8 Х0= 4 ,5 . Следовательно, точка упора оси громкогово­
рителя будет находиться на расстоянии лг0= 4 ,5 *15== 67,5 м от
стены.
Н еравномерность на участке от этой точки до конца площади
определится вторым множителем. Р асчет дает для нее 3 дБ .
Определим общ ий уровень, создаваемы й цепочкой на расстоя­
нии 67,5 м от стены (2.22):
,
3 ,1 4 -4 4 2 .0 ,0 4 3 5 1/2
,
L = 10 l g
1-------------- :-------— — Н- 94 = 9 6 ,6 дБ .
Ю -(6 7 -5 2 + !52) 1/2
На расстоянии 120 м от стены уровень 96,6— 3 = 9 3 ,6 дБ . Но
это общ ий уровень, полезный уровень меньше, так как часть его б у ­
дет создаваться громкоговорителями, очень удаленными от ближ ай­
шего. М ож но было бы взять громкоговорители типа 50К З-ЗМ —
они даю т немного меньший уровень, чем 100K 3-13, но для запаса
по уровню оставим громкоговоритель 100К З-13.
Расчет уровней звукового поля. П роведем 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 м.
На линии х = 1 0 для высоты громкоговорителя над озвучивае­
мой поверхностью /*ц= 1 1 м при угле подвеса a 0= a r c t g ( 1 5 / 6 7 ,5 ) =
= 12,5° (sin 1 2,5°= 0,216; cos 1 2 ,5 °= 0 ,9 7 6 ), координаты и и w будут
и = 1 0 . 0 ,9 7 6 + 1 1 -0 ,2 1 6 = 1 2 ,1 4 ; ш = 1 0 * 0 ,2 1 6 — 11 -0 ,9 7 6 = — 8,58. С озда­
ваемый одним громкоговорителем в рассматриваемой точке уровень
442
А = 10 l g -----------------------------------------------+ 9 4 = 92,7 д Б .
* 12,142 + 8 ,5 8 2/ ( 1 — 0 ,9852) ^
А создаваемы й тем ж е громкоговорителем в сторону от его оси на
у — 5 м уровень
442
i= = 1 0 1 g
( 1 2 ,1 4 2 + 8 .5 8 V 0 .0 3 + 53/ 0 , 0435) + 94 = 9 1 >9 д Б ’
т. е. отклоняется всего на 0,8 дБ . Следовательно, отсутствует необходимость проверять уровни в пром еж утках м еж ду громкоговорите1 Д анная неравномерность рассчитывается для случая, когда
громкоговорители не мешают друг другу, а в данном случае ряд
громкоговорителей с оздает помехи другим громкоговорителям, п о­
этом у неравномерность по полезному звуку несколько увеличится.
2 Д л я расчета уровней звукового поля разработана программа
расчета их на ЭВМ (см. приложение 2 ). Н о она в данном случае
непригодна, так как разработана для случая малой разности хода
звуковых волн от громкоговорителей, а в данном случае эти р а з­
ности превышают эховы е расстояния.
17— 190
257
лями. Заметим, что уровень в этих точках повысится от действия
соседних громкоговорителей и выравняется.
Н айдем точку максимального уровня. И з (3.36)
_________ 0,9852-6 7 ,5
__
1 + 0 ,0 3 (6 7 ,5 /1 ,5 )*
’_ 4 0 ‘
Следрвательно, характерными точками б уд ут 10 м — задний
ряд
гостевых трибун, 20 м — первый ряд их, 40 м —i точка максимума
уровня, 67,5 м— точка упора оси в озвучиваемую поверхность,
100 м — точка максимального уровня помех, 120 м — конец площ а­
ди по ширине.
Д л я расчета уровней определим координаты и и w для других
точек на проекции оси громкоговорителя (лг=20; 40; 67,5; 100; 120).
Д ля * = 2 0 :
w = 2 0 -0,976—[—15 *0,216= 22,76; ш = 2 0 -0 ,2 1 6 — 1 5 -0 ,9 7 6 = — 10,32;
для * = 4 0 :
ц = 4 0 -0 ,9 7 6 4 -1 5 -0 ,2 1 6 = 4 2 ,2 8 ; ш = 4 0 -0 ,2 1 6 — 1 5 -0 ,9 7 6 = — 6,0;
для * = 6 7 ,5 :
ц = 6 7 ,5 -0 ,9 7 6 4 -1 5 -0 ,2 1 6 = 6 9 ,1 2 ;
ку=
6 7 ,5 -0,216— 1 5 -0 ,9 7 6 = 0 ;
для * = 1 0 0 :
и —] 00• 0,976 + 1 5 - 0 ,2 1 6 = 100,84; w = 100• 0,216— 15• 0,976 = 6,96;
для * = 1 2 0 :
и = 120 •0,9764-15 •0 ,2 1 6 = 120,36; ш = 120 •0,216— 15 -0 ,9 7 6 = 11,28.
Вычислим вспомогательные величины: u2-{-w2/ 0 , 0 3 = a \ а 10= 2601;
<220=4068; а 40= 2 9 8 8 ; а б7>5= 4 7 7 8 ; аю о= 11 783; a i2o = 1 8 735. Соответ­
ственно этим данным определим уровни (для * = 1 0 он был опреде­
лен ранее и равнялся 91,9 д Б ). Д ля лг=20:
L2o= 1 0 1 g (442/ 4 0 6 8 ) + 9 4 = 9 0 ,8 дБ ; L40= 9 1 , l
дБ ;
7*67,5=90,1 дБ ; L ioo= 86,2 дБ ; L i 2o= 84,1 д Б .
П р еж д е чем рассчитывать уровни поля к аж дого громкоговорителя
в сторону от его оси, определим, при какой величине этого откло­
нения громкоговоритель будет мешать из-за большой разности хода.
Н айдем значения у м. Д л я лг=10 м у м^ [ 1 + 9 , 1 ( 1 0 24 " П 2 ) 172] 1/2=
= 3 1 ,5 м, т. е. полезный уровень будет только от трех громкоговори­
телей с к аж дой стороны.
Д л я * = 2 0 1 /м ^ [ 1 + 0 ,1 (2 0 24 -1 5 2) 1У2] 1/2 = 3 7 >4 м, т. е. тож е для
трех громкоговорителей.
Д л я * = 4 0 1/м^ 4 5 ,9 м, т. е. по четыре громкоговорителя с к аж ­
дой стороны.
Д л я * = 6 7 ,5 i/m ^54,2, т . е. по пять громкоговорителей.
Д л я * = 1 0 0 у м< 6 6 ,7 , т . е. по 6 громкоговорителей. Д л я * = 1 2 0
у м^ 7 2 ,4 , т. е. по 7 громкогоЬорителей.
П роведем определение уровней поля для одного громкоговори­
теля с тем расчетом, чтобы путем налож ения полей к аж д ого из 18
258
громкоговорителей найти суммарный полезный уровень поля й ур о­
вень взаимных помех. Суммарное звуковое давление находим путем
квадратичного суммирования значений:
2 _________ 442
Р ~
а2
г/2/0 ,0 4 3 5 ’
так как 0 ,0 4 3 5 = \ —е2г, а суммарный уровень L = 1 0 1 g 2 p 2.
Данны е расчета сводим в табл. П 1. 1а и П 1.1 б.
Таблица
П 1.1а
Значения звуковых давлений в разных точках площади
при работе всех громкоговорителей
Квадрат звуковых давлений, Паа , на расстояниях
от стены по проекции оси громкоговорителя, м
Расстояние
от стены
У. м
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
10
20
40
67,5
0 ,7 4 4 3
0,3951
0,1641
0,0831
0 ,4 7 5 9
0,3041
0 ,1 4 6 0
0 ,0 7 8 2
0 ,0 4 9 2
0,0321
0 ,0 2 2 7
0 ,0 1 6 8
0,0 1 2 9
0 ,0 1 0 3
0 ,0 0 8 3
0 ,0 0 6 9
0 ,0 0 5 8
0 ,0 0 5 0
0 ,0 0 4 3
0,0 0 3 7
0,0 0 3 3
0 ,0 0 2 9
0 ,0 4 7 3
0 ,0 3 1 3
0 ,0 2 2 3
0 ,0 1 6 6
0 ,0 1 2 8
0 ,0 1 0 2
0 ,0 0 8 3
0 ,0 0 6 9
0 ,0 0 5 8
0 ,0 0 4 9
0 ,0 0 4 3
0 ,0 0 3 7
0 ,0 0 3 3
0 ,0 0 2 9
0,6 4 7 9
0 ,3 6 6 2
0 ,1 5 8 9
0 ,0 8 1 8
0 ,0 4 8 7
0 ,4 0 5 2
0,2261
0 ,1 3 8 6
0 ,0 7 6 0
0 ,0 4 6 6
0,0311
0 ,0 3 2 0
0 ,0 2 2 6
0,0 1 6 7
0 ,0 1 2 9
0 ,0 1 0 2
0 ,0 0 8 3
0,0 0 6 9
0 ,0 0 5 8
0 ,0 0 4 9
0 ,0 0 4 3
0 ,0 0 3 7
0,0 0 3 3
0 ,0 0 2 9
0,0221
0 ,0 1 6 5
0,0 1 2 7
0,0101
0 ,0 0 8 3
0 ,0 0 6 8
0 ,0 0 5 8
0 ,0 0 4 9
0 ,0 0 4 3
0 ,0 0 3 7
0 ,0 0 3 3
0 ,0 0 2 9
|
100
120
0 ,1 6 4 3
0 ,1 3 7 5
0 ,0 9 2 3
0 ,0 5 9 6
0 ,0 3 9 9
0 ,0 2 8 0
0 ,0 2 0 5
0 ,1 0 3 0
0 ,0 9 2 0
0 ,0 6 9 3
0,0491
0 ,0 2 8 8
0 ,0 2 5 4
0,0191
0 ,0 1 4 7
0 ,0 1 5 6
0 ,0 1 2 2
0 ,0 0 9 8
0 ,0 0 8 0
0 ,0 0 6 7
0 ,0 0 5 6
0 ,0 0 4 8
0 ,0 0 4 2
0 ,0 0 3 7
0 ,0 0 3 3
0 ,0 0 2 9
0 ,0 1 1 7
0 ,0 0 9 5
0 ,0 0 7 8
0 ,0 0 6 5
0 ,0 0 5 5
0 ,0 0 4 8
0,0041
0 ,0 0 3 6
0 ,0 0 3 2
0 ,0 0 2 8
П р и м е ч а н и е . Выше подчеркнутых значений находятся полезные состав­
ляющие, ниже—взаимные помехи.
Определим полезные уровни на линиях проекций осей средних
громкоговорителей (С р ), т. е. 8, 9, 10 и 11-го, так как для них в с о з­
дании полезного уровня участвует одинаковое число громкоговори­
телей с каж дой стороны. ДЛя нахож дения уровней суммируем квад­
раты звуковых давлений и эти квадраты для боковых громкогово­
рителей удваиваем. Расчетные данные сводим в табл. П 1.2. Д ля
каж дого расстояния от стены даем сум м у квадратов звукового д а в ­
ления (табл. П 1.2а) и соответствующ ий ей уровень (табл. П 1.26).
Это и будет полезный уровень наг линиях средних громкоговорите­
лей. Р ядом дается сумма квадратов звуковых давлений без их уд в о­
ения для боковых громкоговорителей, т. е. для линии 1 и 18 гром­
коговорителей и соответствующ ий этой сумме уровень. Это составит
полезный уровень на линиях проекции осей крайних громкоговори­
телей (К р ).
17*
259
Как видим, расчет общ его уровня для цилиндрической волны
д ает небольш ую ош ибку (0,3— 1 д Б ), тогда как расчет уровня помех
д ает значительную ош ибку, особенно на больших расстояниях от
громкоговорителей. П оэтом у расчет пом ех мож но проводить только
на Э ВМ (или на микрокалькуляторе с программой).
Т аблица
П1.1 б
Значения уровней звука в различных точках площади при
работе всех громкоговорителей
Уровень, дБ, на расстояниях от стены
Расстояние
по проекции оси громкоговорителя, м
от оси, м _____________________________________________________
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Ю
20
40
67,5
100
120
9 1 ,9
9 0 ,7
8 6 ,2
8 3 ,2
9 0 ,8
8 8 ,8
8 5 ,6
8 2 ,9
8 0 ,9
79,1
7 7 ,6
7 6 ,3
75,1
7 4 ,0
7 3 ,2
7 2 ,4
7 1 ,6
7 0 ,9
7 0 ,3
6 9 ,7
6 9 ,2
6 8 ,6
8 0 ,8
7 9 ,0
7 7 ,5
7 6 ,2
7 5 ,1
74,1
7 3 ,2
7 2 ,4
7 1 ,6
7 0 ,9
7 0 ,3
6 9 ,7
6 9 ,2
6 8 ,6
9 2,1
8 9 ,6
8 6 ,0
83,1
8 0 ,9
9 0 ,1
8 8 ,4
8 5 ,4
8 2 ,8
8 0 ,7
7 8 ,9
8 6 ,2
8 5 ,4
8 3 ,7
8 1 ,8
80
7 8 ,5
7 7 ,1
84,1
8 3 ,6
8 2 ,4
8 0 ,9
7 9 ,4
7 8 ,0
7 6 ,8
7 5 ,7
79,1
7 7 ,5
7 6 ,2
7 5,1
74,1
7 3 ,2
7 2 ,4
7 1 ,6
7 0 ,9
7 0 ,3
6 9 ,7
6 9 ,2
6 8 ,6
7 7 ,4
7 6 ,2
75,1
74,1
7 3 ,2
7 2 ,4
7 1 ,6
7 0 ,9
7 0 ,3
6 9 ,7
69 ,1
6 8 ,6
7 5 ,9
7 4 ,9
7 3 ,9
7 3 ,0
7 2 ,3
7 1 ,5
7 0 ,8
7 0 ,2
6 9 ,7
6 9 ,1
6 8 ,6
7 4 ,7
7 3 ,8
7 2 ,9
72,1
7 1 ,4
7 0 ,7
7 0 ,2
6 9 ,6
6 9 ,0
6 8 ,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 площ ади колеблется в пределах
7,4— 9,9 д Б . Снизить уровень помех м ож но применением более на­
правленных громкоговорителей в горизонтальной плоскости, напри­
мер, установкой звуковых колонок не вплотную друг другу, а с рас­
стоянием д о 60 см м е ж д у ними. В этом случае эксцентриситет гром­
коговорителя в горизонтальной плоскости возрастет с 0,978 д о 0,985,
а величина 1— е \ с 0,0435 уменьш ается д о 0,03.
В этом расчете не рассматриваются помехи, создаваем ы е отра­
женными от стены здания звуковыми волнами. Попытки компенса­
ции их включением цепочки мощных громкоговорителей, располож ен­
ных на ф асаде здания, не даю т снижения помех от сильного эха.
Единственный выход: покрыть стену здания д о высоты 15 м сильно
поглощающим материалом (например, акустической штукатуркой
АГШ с коэффициентом поглощения не менее 0,9 ), тогда отраженные
звуки бу д у т ослаблены не менее чем на 10 дБ вблизи здания и не
с о зд а д у т мешающего эхй, а на расстоянии 20 м разность уровней еще
более возрастет и эхо не будет заметно.
260
5
C«M
о
C
M
§
CD
со
O
со
CO
о
со
g
О
£2
CO
CD
8
CM
<N
О
CM
4f
Ю
О
О
О
<N
02
о
H
о
\o
2
CD
О
ю
CD
о
02
О
s
02
T#«
<N
O*
о
О
со
со
ю
ГЗ
Q.
со
CD
т#«
CD
СО
00
о
со
о
о
со
ю
со
S2. 9
о
СЧ
со
02
ю
02
оо
•Q О
О
СО
4f
оо
CD
со
3аз
22
К
с
ю
оо
о*
я
ю
ос
со
3
00
оо
см
о
со
оо
Ч*«
9яК
SK
см
оо
02
ю
ю
т#«
Ч*«
00
£
02
см
о
X
C
2
x
00
CD
ю
X
8
О
3
Q.
•я
2
X
со
X
02
96
93
u
Ш
§
с
ы
2
2
53
53
>»
и
а
я *9Я
Я
<
DS
S3
261
S3
x
я
ч
VO
90,6
ю
см
03
см
03
CO
CO
’1
СО
03
Оз
CM
00
Tf
oo
03
_r
03
СО
СО
03
CM
oo
CM
1—1
’1
CO
CO
03
03
СО
03
о
Tf
00
03
03
CO
Tf
03
03
ю
03
Ю
_H
4*
CM
CO
03
см
ю"
03
CO
lO
00
03
03
CO
ю"
о
03
со
03
Ю
CO
00
о
CO
Г-н"
03
о
т#*
03
CO
со"
00
Tf
n.
"
03
ю"
03
CO
00
00
Tt<
ю"
03
CO
со’
00
и-Н
о
оо
оо
8,2
90,0
VO
CM
Ю
CM
03
CO
03
t'-
о
__
oo
03
о
00
oo
CO
CO
03
oo
oo
oo
о
in
оо
ю
VO
td
Q.
s
Q.
td
H
о
a5Г
td
a
s
н
a
o
x
sr
о
H
X
о
2
о
00
r-H~
03
со
Tf
о
s's' (О
3o
L«2 cs
-н
CO
оз"
oo
о"
«3 е;
*a
юл
я c
со"
sо i£
SyО
SsО
я к
со Н
03
CO
CO
03
о
f-H
03
CO
о
03
о"
§ 2
СО
см
s
£
S
td
м
a
td
ч
td
s
03
4«
00
oo
Tt«
oo"
sО) оЙ
о
со"
03
X
со
03
CO
СО
03
03
оз
о
о
f-н
oo
о.
Ч
X
см
см
ч
X
а
«
ч
ч
о .*
>> S
0>
s 3
8 «
55 о
Я С
Й8
S л>
I 5Hо
С
О
<и
s
s &
О
С
n«
Is
*&
sr
2В -о
COCQ
262
2
ч
2 £
2
Я
3
2
х
СО
О)
Ч
о
с
э
2
сз
3
<
V
х<D3CU
a►Q s
В«
>>
2
>•»
X
X
о
<D ^
Я §
> •3
gs
Юй
° £
4г
О
н
СО
9SJ
2
2
>»
U
2
2
>•»
и
я
3
2
я
3
а>
S
2
х
VQ
Я
3
О
2
>•»
и
2
о
2
2
>•»
83
5Я-н
ао. со*|
ёа
В табл. П 1.26 даны величины превышения полезного уровня
над уровнем помех как разность их уровней. П риводятся такж е
расчеты общ его 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 общ ем у уровню
как самого уровня, так и уровня помех.
И з данных таблицы П 1.2а следует, что неравномерность о зв у ­
чения по полезному уровню в середине площ ади не превышает
4,6 д Б , цо краям 5,4 дБ , а общ ая — 7,1 дБ , т. е. больше заданной
на 1,1 д Б . Так как эта неравномерность обусловлена снижением
уровня на расстоянии 120 м, т. е. около ф асада здания, то ц елесооб­
разно подзвучить этот участок площ ади дополнительной цепочкой
с маломощными громкоговорителями и установить эту цепочку или
на ф асаде здания или на столбах тротуара, идущ его вдоль края
площ ади по ее длине. В последнем случае направление осей громко­
говорителей долж н о быть к зданию , а в первом случае к зубчатой
стене.
Рассмотрим последний вариант. Так как звук от стены зап азды ­
вает с разностью хода около 120 м, то дополнительную цепочку
следует включать через линию задерж ки на 356 мс.
Чтобы не создавать помех для основной цепочки громкоговори­
телей, дополнительная цепочка д олж на быть подвеш ена невысоко, не
выше 2— 3 м над головами слуш ателей (озвучиваемой поверхно­
стью ). Возьмем высоту подвеса 2,5 м. Так как ширина тротуара
равна 3 м, то расстояние д о слуш ателей, находящ ихся на краю
тротуара, г = (2,52—1-32) 1/2= 3 ,9 м. Если применить ненаправленные
громкоговорители, то на расстоянии 20 м от ф асада здания уровень
уменьшится (из расчета цилиндрической волны) только на A L =
= 101g (2 0 /3 ,9 ) = 7 ,1 д Б и будет создавать помехи основной цепочке.
П оэтом у целесообразно применить звуковые колонки, например
2К З-6 (p t= 3 , 8 П а; е в= 0 ,9 2 ; ег= 0 ,5 0 ) . И х звуковое давление н е­
сколько высоко для данного случая, а ширина частотного диапазона
узка (300— 7000 Г ц ), поэтому следовало бы заменить в ней головки
более широкодиапазонными (до 100—<3000 Гц) (со снижением зв у ­
кового давления д о 1,8 П а ). Например, 2К З-6М . П оскольку эти гром­
коговорители являются подзвучивающ ими, то качество их звучания
м ож ет быть и более низкого уровня. Ш аг цепочки определяем из
(3.11): k ^ 2 *2,5= 5,0 м. П о тем ж е соображ ениям м ож но взять шаг
цепочки 5 м, всего громкоговорителей в цепочке бу д ет 36. Точку
упора оси громкоговорителя возьмем на краю тротуара, т. е. х = 3 .
Тогда в этой точке для цилиндрической волны (так как эта цепочка
приближ ается к бесконечной из-за больш ого количества громкогово­
рителей) составит уровень [см. (2 .22)]
,
3 ,1 4 -1 ,82 (1 — 0 ,5 0 2)'^ 2
_
„
L = 10 l g ----------------- 5 Г3 - 9--------------- ' 9 4 = 9 0,5 дБ.
Это удовлетворительный уровень, так как на краю площ ади будет
уровень более 93 дБ (вместо 90 д Б ). Н а середине площ ади (по дл и ­
не) у ф асада здания уровень был 92,5 дБ , а будет 92,5 (—(-) 9 0 ,5 =
= 9 4 ,6 дБ , т. е. неравномерность озвучения снизится (уточним после
окончания расчета). П роведем расчет уровней при х = 0 (под цепоч­
263
кой ), * = 2 0 м и * 0 = 5 2 ,5 *) м (в точке упора оси громкоговорителей
основной цепочки), а такж е при * = 0 для отклонений от оси * = 2 0 м
для определения взаимных помех и неравномерности озвучения вдоль
здания, где она будет наибольшая.
Определим координаты и и w. Угол наклона оси a 0= a r c t g ( 2 ,5 / 3 ) =
= 3 9 ,8 ° ; sin 3 9 ,8 °= 0 ,6 4 ; cos 39 ,8 °= 0 ,7 6 8 ; 1— е2в= 1— 0,922= 0 , 1536.
Д ля * = 0
« = 2 ,5 * 0 ,6 4 = 1 ,6 ; w = — 2 ,5 -0 ,7 6 8 = — 1,92; * = 2 0
+ 2 , 5 •0 )6 4 = 16,96;
* = 5 2 ,5 ;
« = 2 0 - 0 ,7 6 8 +
ш = 20 •0,64— 2,5 •0 ,7 6 8 = — 10,88;
« = 5 2 ,5 -0 ,7 6 8 + 2 ,5 -0 ,6 4 = 4 1 ,9 2 ; te>=52,5-0,64— 2 ,5 -0 ,7 6 8 =
= 3 1 ,6 8 .
Вспомогательные величины:
«! = 1,62+ 1 ,922/ (1 — 0,922) = 26,56; а2= 16,962 + 1 0,882/ (1 — 0,922) = 1058;
« з = 4 1,922+ 3 1,682/ 0 ,1 5 3 6 = 8 2 9 1 ,3 .
Уровень в этих точках:
3,14* 1,8а*0 ,7 5 1/2 ,
+ 9 4 = 89,3 дБ!
Lx = 10 lg — ------- 1------ + 5 -2 6 ,56I/2
3 ,1 4 - l ,8 a -0 ,7 5 I/2 ,
i 8 = 10 lg -------------------—
+ 9 4 = 81,3 дБ!
5 -1 0 5 8 ^
, , 3 , 1 4 -1,8 * -0 ,7 5 1/2 ,
„
L3 = 10 lg — ------- 1-------— ------- + 9 4 = 7 6 ,9 дБ .
5 -8 2 9 1 ,31/2
Н еравномерность озвучения под цепочкой (см. 3.62)
- 0 , 0 0 8 дБ ,
5 - 0 ,1 5 3 6 1/2
т. е. ничтожно малая. Определим, будут ли взаимные помехи в этой
цепочке. Д в е колонки, действуя с расстояния 20 м, создаю т у р о ­
вень
2 *1,82
L = 10 l g --------------- 1
+ 9 4 = 7 4 ,6 дБ ,
g
2 6 , 5 6 + 202/0 ,7 5 ^
’
т. е. на 20 дБ меньше уровня, создаваем ого обеими цепочками.
Уточним неравномерность озвучения от обеих цепочек. У сам о­
го ф асада имеем уровни 92,5 ( + ) 8 9 ,3 = 9 4 ,2 д Б и 90 ( + ) 8 9 ,3 = 9 2 ,7 дБ .
На расстоянии 10 м от ф асада основной уровень — около 92 и
89,5 д Б , а от дополнительной цепочки —) 86,2 дБ , что д а ет 93 и
91,2 д Б . Следовательно, неравномерность составит 97,1— 9 1 ,2 =
= 5 , 9 дБ , что как раз и удовлетворяет заданной норме.
П омехи от дополнительной цепочки на линии 100 м определяю т­
ся разностью полезных уровней от обеих цепочек. Полезный уровень
от основной цепочки 93,6 д Б , а от дополнительной — 81,3 д Б . Р а з­
ность составляет 12,3 дБ при разности ход а 40 м и запаздывании
Д /= 1 1 8 мс, т. е. на пороге заметности эха (см. рис. 1.3).
Выбор микрофона и определение индексов тракта. Д л я умень­
шения приема шумов с площ ади и повышения устойчивости тракта
*) В о избеж ание эха переносим точку упора оси с 67,5 на 52,5 м.
264
к сам овозбуж дению выбираем микрофон речевого типа с острой о д ­
нонаправленной характеристикой или кардиоидной. И з таких микро­
фонов пригодны микрофоны М ДО-1 и М Д -78. Первый имеет харак­
теристику направленности # ( 0 ) = O , 2 5 ( l + c o s 0 ) 2, второй — Я ( 0 ) =
= 0 , 5 ( 1 + cos 0) Д ля увеличения направленности обычно используют
линейную группу микрофонов. Возьмем такую группу из восьми ми­
крофонов, разнесенных на длину 50 см. Такая группа д ает направ­
ленность в зависимости от частоты (1.51):
Tid
Л.
/?гр(9) = s i n n x/ t i s in x ; х = — — sin 0,
f = с/КУ
где d — длина группы; f — частота колебания.
Чтобы найти эту направленность, необходим о определить, под
какими углами будут приходить звуковые волны от громкоговорите­
лей. И з плана площ ади следует, что строение частично экранирует
микрофон от ближайш их 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, отстоящ ие от середины пло­
щ ади (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 бу д у т воздействовать на микрофон. Таким о б р а ­
зом, углы прихода звуковых волн м ож но определить из следую щ их
рассуждений: высота громкоговорителей над микрофонами 15—
— (7,5— 1,5) = 9 м, расстояние от микрофона д о зубчатой стены —
20 м, т. е. от микрофона д о ближайш их громкоговорителей 22 м,
расстояния громкоговорителей от середины: 45, 55, 65, 75 и 85 м.
Следовательно, углы будут:
0 rp= a r c t g [ 4 5 /2 2 ]= 6 4 ° , 0rp= a r c t g [5 5 /2 2 ] = 6 8 ,2 ° ;
0 rp= a r c t g [6 5 /2 2 ]= 7 1 ,3 ° ,
0 rp= a r c t g [7 5 /2 2 ] = 7 3 ,7 °;
0 rp= a r c t g [8 5 /2 2 ] = 7 5 ,5 ° .
Э то углы приема для группы, для отдельного микрофона они
будут следующими:
0 = a r c t g [ (452~4~92) V2/2 0 ] = 6 6 ,5 ° ; 0 = a r c t g [ (552-J-92) V 2 /2 0 ]= 7 0 ,3 °;
0 = a r c t g [ (6 5 2+ 9 2) 1/2 /2 0 ]= 7 3 ° ; 0 = 7 5 ,2 ° ; 0 = 7 6 ,8 ° .
Задаваясь частотами по октавному ряду: 250, 500, 1000, 2000, 4000
и 8000 Гц, находим направленность группы микрофонов под ук азан­
ными выше углами, переводя их затем в децибелы: # ( 0 ) = 2 O l g # ( 0 ) .
Все данные сводим в табл. П1.3.
Н айдем квадраты звукового давления и уровни, создаваемы е
громкоговорителями в точке микрофона. Д л я этого вычислим коор­
динаты и и w для х = 2 0 и Лц= 9 м:
и = 2 0 •0 ,9 7 6 + 9 -0 ,2 1 6 = 2 1 ,4 6 ; w = 20 •0,216— 9 •0 ,9 7 6 = — 4,46.
Вспомогательная величина
ц 2 + ш 2 /о ,0 3 = 2 1,462+ 4 ,4 6 2 / 0 ,0 3 = 1124,
откуда находим:
для 5-го и 14-го громкоговорителей
у = 45
р2м= 442/ ( 1 124 + 452/0 ,0435) — 0,0406, L = 80,l дБ;
265
&
о
U
3
>=(
с
о
о
со
я
о
О
со
05
05
о
о
см
ю
из
•=(
S
S3
>ь
X
2.
оо
см
rt<
см
ю
ю
СО
ю
с?
о
rt<
см
о
о
LO
о
LO
о
со
со
00
оо
05
оо
о
оо"
оо"
05
00
г*-
о
см
о
см
о
см
о
о
см
СО
к
оо
см
СО
из
о
*0 *
о
о.
со
со
С5
н
о
из
о
4
с
н
5
о.
о
соо
(н
о
со
со
оо
05
о
см"
см
см
"
см"
со"
8
05
см
о"
см
см
ю
см
см
со
со
со
оо
05
о
СО
СО
со"
см
00
СО
со
со
оо
05
о"
о"
о"
о"
со
со
со
Tt<
см
05
05
о
о
т—
1
a
см
см
см
X
5
о
из
X
о
4
ю
ю
со
со
со
о.
с
СО
£
£
X
X
н
о
5
о.
о
н
£
из
•=(
со
05
05
СО
о.
о
ТР
05
00
СО
X
ч
со
«2V Э0с;Й5С
н
а
0 .&
си О
X
s
со
сг
266
Iе
T
t<
ю
со
a
ю
a
Ч1
a
со
00
a
—
-
Таблица
Ш.Зб
Суммарная направленность микрофонов в сторону
громкоговорителей
Направленность для номеров громкоговорителей
5-го и 14-го
Тип микро­
фона
ч
ч
SB
SB*
из
н
о
М Д-78
МДО-1
4-го и 13-го
0 ,6 9 9
0 ,4 8 9
з л
6 ,2
З-го и 16-го
2-го и 17-го
<и
5
Я*
Я
О
н
о
U3
Ч
о
0 ,6 6 8
0 ,4 4 6
3 ,5
7 ,0
0 ,6 4 6
0 ,4 1 7
из
е*
3 ,8
7 ,6
1-го
И
18 -го
ч
О)
из
к
0 ,6 2 8 4 .0
0 ,3 9 4 8 .1
из
я’
ё
*4
0 ,6 1 4
0 ,3 7 7
4 ,2
8 ,5
для 4-го и 15-го громкоговорителей
* /= 5 5
р2м = 442/ ( 1 1 2 4 -f5 5 2/0 ,0 4 3 5 ) = 0 ,0 2 7 4 , L = 78,4 дБ;
для 3-го и 16-го громкоговорителей
*/= 65
р2м= 4 4 2/(1 1 2 4 4 -6 5 2/0 ,0 4 3 5 ) = 0 ,0197, L = 76,9 дБ;
для 2-го и 17-го громкоговорителей
*/= 75
р2м= 4 4 2/ ( 1124-|-752/0,0435) = 0 ,0 1 4 8 , L = 75,7 дБ;
для 1-го и 18-го громкоговорителей
*/= 8 5
р2м = 4 4 2 /(1124_)_852/0,0435) = 0 ,0 1 1 6 , L = 74,6 дБ.
Квадраты звуковых давлений и соответствующ ие им уровни для
каж дой пары громкоговорителей на входе микрофонов (с учетом их
направленности) определяем из формулы р2Вх = 2 р 2# 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
м ож но вычислить предельный индекс передачи для микрофонов
М ДО-1 и М Д -78. И з (3.69) получаем следую щ ие предельные ин­
дексы:
Ч астота, Гц
Qnp(М Д -78), дБ
( ^ ( М Д О Л ) , дБ
250
— 4 ,2
— 0 ,7
500
1 ,0
5 ,3
1000
7 ,0
11,4
2000
13,9
17,4
4000
2 0 ,0
2 3 ,4
6000
2 4 ,5
2 7 ,9
Следовательно, наиболее критический диапазон частот находидится около 250 Гц. Если выбрать микрофон М Д О -1, то, учитывая
подчеркивание им высоких частот для коррекции спектра речи с кру­
тизной 6 д Б /ок т , получим частотную характеристику, близкую к оп­
тимальной.
Д л я определения рационального индекса тракта зададим ся аку­
стическими шумами из числа известных видов ш умов, наиболее
близко подходящ их к условиям работы звукоусилительного устрой­
ства на нашей площ ади (например, проведение митингов). Д ля сл у­
чая озвучения площ ади музыкальными программами микрофоны на
площ ади выключены и нет обратной связи, поэтому индекс тракта
ограничен только уровнем громкости передачи на площ ади. И з табл.
267
со см со со гр
ЮСО—ГсгГоо*
ЮЮЮгр гр
5 9 ,3
ю со ю ю см
см
гр
L
Q05
гр N
гр Ю
гр гр
00 гр СО гр
СОСМСОСОN
гр 00 ЮСОСМ
3 4 ,3
О СО СМгр о
N 00 СМ
*~
[Q
К
СОСОСОN гр
05 N LO гр
6 5 ,4
ююююю
4<U
^ 00
00
268
|
5
3
я
о
[Q
Ч
<а
ч
х;
Гр 05 о
N гр i гр _
LOСОСМ'—1•—<
СО CNГр N
гр
Р-. ю СО—« О
со со со СО СО
00 ю
со —Г о "
00 гр
05 О) N 1—1
гр 0 0 LOгр
см —•
О
а:
ио N со со см
гр 05 N СО*
СОсо ю ю ю
СО
ю*
6 1 ,9
ЮN ЮСОСМ
со
05
N*
со
о
отн. ед.
я о
я
о
а;
ч
я
я
°1
6 1 ,7
2000
я'
СОю ю ю ю
О СОсо -И 05
со
см со съ со
оо ЮГр
о
а
СО
О 05- 05~СО—
1Ю
ю смсо
со см —
to
ч
N СОгр 00 гР
05 N*1C со*см*
00 СМN Гр 05
СО’—IСО05 СО
со см
N N S N N
О оо СО05 05
Гр ю СОN оо
X я К Я к
Ю гр СОCMi—1
—
•N СОгр С
Т5
ЮСОгр - гр СМ—
•смЮ
05 СО
СОN СОN СМ
СО*00 05 ОО*
N N N СО СО
—05 СМ00 гр
О гр N СО СО
ОС05 юсо СМ
гр ЮСОN
00
X X X Я X
Югр со см ^
гр*
N
989
см —<со N ио
СМСОгр со N
05 Юсо 1—1
о
о
о
оо
3954
N со СО со
7 7 ,4
&
N
ЮN СОN СМ
О N ioco см*
N С
ОСОСОСО
2208
а
ою
со -н 05*ьГ со
8 3 ,5
S3
СОсо гр N Гр
отн. ед.
из
ч
>»
я
м
Сумма
оя
8829
Я
отн. ед 10"5
а) Макрофон
МД-78
а
>>
я
ио
L
O
247
|
я
со
250
Значение звуковых давлений и их уровней
с учетом
направленности
tо.
X
S
s
Номер громко­
говорителей
ах
о
я
tr
«с;
Ч
Ю
е(
N. СОСМгр
7 1 ,4
£
gо
отн. ед.
я
U
400С
to
ч
N CO00 CM05
ЮО CO05 CO
00 CN|i—iО О
ио
со со —Г о Г оо*
со
4 9 ,9
5 3 ,4
8 ,6 2
ю см оо СОсо
N 05 ю сосм
—<о * о*о " о
3
я
н
о
\о
552
оо
00
я
X
СОСО СО 1—1
гр Гр Гр со
138
СО<N СОСОгр
05
ОС
М
гр N
гр Ю
гр С
гр
гр
в
3 ,8 7
Гр
X
2
S
>»
и
3.5 берем акустические шумы fiepfeoro тйпа с общим уровнем
7i
дБ.
Спектральные уровни для этого шума приведены ниже:
Частота, Г ц ..................
В а, д Б ............................
250
3 9 ,0
500
3 5 ,0
1000
3 2 ,5
2000
1 8 ,5
4000
1 2 ,5
6000
7 ,0
Теперь найдем уровень помех. В данном случае такими пом еха­
ми в точке на расстоянии 100 м от стены будут: самомаскировка
речи, имеющая спектральные уровни
на 24 д Б ниж е спектральных
уровней речи у слуш ателя, помехи от отраженных звуковых волн
(от зд ан и я), помехи от второй цепочки и взаимные помехи громко­
говорителей. П омехи от отраж енны х звуковых волн, как показано
выше, на 12,4 д Б ни ж е полезного уровня речи, помехи от второй
цепочки — на 11,7 д Б ниж е полезного уровня и взаимные помехи
(превышение полезного уровня над ними), равные 11,2 д Б . П осл ед­
ние помехи, вообщ е говоря, действую т сложным образом и их влия­
ние несколько меньше, чем других пом ех при равных величинах, но
будем считать, что они действую т в полную меру.
Просуммируем все помехи по интенсивности.
Суммарный уровень пом ех
Ln= ( L p c - 2 4 ) ( + ) (/,Рс - 1 2 ) ( + ) (LPc - 1 2 ,3 ) ( + )
(LpC— l l , ) = Lpc— 1 0 1 g (1 0 -2>4+ 1 0 - 1.2+ 1 0 - 1*23 + l 0 - i . 12) = L p C- 7
дБ.
т. е. суммарные пом ехи будут на 7 д Б ниж е полезного уровня речи.
А так как этот уровень равен 91,3 дБ , то уровень помех составит
86,3 д Б . Следовательно, спектральный уровень помех (3 .7 1 ), (3.72)
5n=^p.M-"bQM.C
7,
где Вр.м — спектральный уровень речи микрофона, который на 6 дБ
выше стандартного уровня (на расстоянии 1 м от оратор а), т. е.
£ р .м= В ' р-4 - 6 ; Q Mс — индекс передачи тракта.
Н айдем
рациональный
индекс тракта При
звукоусилении.
И з (3.67)
О р а ц = ^ а — £p.M~f~6-|-iA,
где Л — превышение полезного уровня над помехами. В этом случае
д = 7 д Б , поэтому получим следую щ ие данные:
Частота, Гц
...................
250
500
Qpau, д Б ................................ 0 ,5 0 , 5
1000
0 ,5
2000
0 ,0
4000
1 ,0
6000
- 1 ,5
О пределим фактический индекс тракта
суммированием чувстви­
тельностей микрофона М Д О -1, громкоговорителя 100К З-15 с услоТ а б л и ц а П 1.5
Определение фактического индекса тракта
Фактический индекс для частот, Гц
Чу вст в ит ел ьноет ь :
микрофона МДО-1
колонки 100ДЗ-1
Суммарная
Фактический индекс
тракта
—2
—7
—9
— 8 ,5
500
1000
2000
4000
6000
1
—1
0
0 ,5
0
0
0
0 ,5
3
0
3
3 ,5
1
—2
—1
— 0 ,5
сл о
250
1
Параметр
269
ЁйеМ йепрейышений предельного индекса тракта ёо всем диапазоне
частот (табл. П 1.5).
Фактический индекс тракта получен добавлением 0,5 д Б к сум ­
марному индексу для того, чтобы он был по возмож ности не ниже
рационального и ниже предельного. Сравнивая фактический индекс
с предельным, видим, что на частоте 500 Гц он ниж е предельного
на 4,8 дБ , а на всех други х 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):
А 1 = Ю0,1 (V - ' +(W
Af0KT,
где А / о к т — ширина октавной полосы. Расчетные данные для всех
октавных полос приводим в табл. П1.6. Суммируя полученные ин­
тенсивности, находим интенсивность, соответствующ ую среднем у
уровню речи у слушателя. П ереводя ее в уровни и прибавляя 12' дБ
на пик-фактор речи, получаем пиковый уровень речи у слушателя.
Т аблица
П 1.6
О пределение сум м арн ой интенсивности
Значение параметра при средних частот октавы, Гц
Параметр
Ярм, ДБ
Фф.и> дБ
Я р .с дБ
/* Ю2, отн. е д .
Af. Гц
Д/, отн. ед.
250
500
5 1 ,5
4 7 ,5
0 ,5
- 8 ,5
4 7 ,0
4 8 ,0
631
200
175
350
35 000 220 850
1000
2000
4000
6000
3 9 ,0
0 ,5
3 9 ,5
8 9 ,1 3
700
62391
3 1 ,5
0 ,5
3 2 ,0
15,85
1400
22 190
2 4 ,5
3 ,5
2 8 ,0
6 ,3 1
2800
17 668
2 1 ,5
— 0 ,5
2 1 ,0
1 ,2 6
2000
2520
П р и м е ч а н и е . Сумма интенсивностей /=360619- 10й. Средний уровень речи
у слушателей LCp=75,6 дБ. Пиковый уровень ^пик=87*6 дБ.
Система громкоговорителей м ож ет развить в той ж е точке пико­
вый уровень 93,6 дБ. Следовательно, мож но 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 д Б буд ет выше на 0,3 д Б ).
В этом случае спектральные уровни у слуш ателя будут:
Ч астота, Г ц .......................
В с, д Б ...................................
250
500
4 7 ,5 5 2 ,5
1000
4 4 ,0
И спользуем их для расчета разборчивости речи.
270
2000
3 6 ,5
4000
3 2 ,5
6000
2 5 ,5
Расчет разборчивости речи. И меем следующие исходные данные
для расчета разборчивости речи: спектральные уровни речи у слу­
шателя, спектральные уровни помех (на 7 д Б ниж е речевых) и спек­
тральные уровни акустических шумов (см. выш е). Суммируем спек­
тральные уровни шумов и помех по интенсивности: В а { - \ - ) ВА= В г.
Вычитая последние из спектральных уровней речи, получаем уровень
ощ ущения Е = В р . с—В с. П о нему находим коэффициенты разборчи­
вости w (см. табл. 3 .3 ). Все расчетные данные сводим в табл. П1.7.
Т аблица
П1.7
Данные для расчета разборчивости речи
Значение параметра для средних частот октавы, Гц
Параметр
250
в р . с,
дБ
вп, дБ
в„, дБ
вс ,, дБ
Е, дБ
W, отн. ед.
4 7 ,5
4 0 ,5
3 9 ,0
4 2 ,8
4 ,7
0 ,3 6
500
5 2 ,5
4 5 ,5
3 5 ,0
4 5 ,8
6 ,7
0 ,4 2
1000
2000
4000
6000
4 4 ,0
3 7 ,0
2 6 ,5
3 7 ,3
6 ,7
0 ,4 2
3 6 ,5
2 9 ,5
18,5
2 9 ,8
6 ,7
0 ,4 2
3 2 ,5
2 5 ,5
1 2,5
2 5 ,6
6 ,9
0 ,4 3
2 5 ,5
1 8 ,5
7 ,0
1 8,8
6 ,7
0 ,4 2
Ф ормантная разборчивость определяется из (3.78):
/4 = 0 ,0 5 {W\ + З 11У2 + 4ДОз+6ш4+5ш5 + ^б) — 0,05 (0,3 + 1,26 + 1,68 —
|—
+ 2 ,5 2 + 2 ,1 5 + 0,42) = 0 ,4 2 , что соответствует (см. табл. 3.4) слого­
вой разборчивости 5 = 6 7 ,5 % , т. е. несколько выше среднего значе­
ния хорош ей оценки (56— 80% ),
Д л я получения слоговой разборчивости не менее 80% (граница хорош ей и отличной понятности) необходим о снизить уровень
помех. Это мож но сделать применением более направленных гром­
коговорителей. Например, мож но 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 . М ож но повысить коэффициент поглощения стены здания
до 0,95 применением штукатурки АГШ -0,95; повысить направлен­
ность звуковых колонок 2К З сдваиванием их по вертикали, что
увеличит эксцентриситет с 0,92 д о ( 3 + 0 , 922) 7 2/2 = 0 ,9 8 . Все это
снизит уровень помех с — 7 д о — 10 дБ , и формантная разборчи­
вость повысится до 0,52 ( 5 = 8 2 % ) .
Таким образом, повышен индекс тракта на 5 дБ по отнош е­
нию к рациональному, это означает возмож ность повышения аку­
стических ш умов с 71 д о 76 дБ без сущ ественного снижения р аз­
борчивости речи.
П остоянство коэффициента разборчивости в диап азоне выше
250 Гц показывает хорош ее качество звучания речи (лишь немного
сниж ается разборивость низких звуков речи, с формантами ниже
250 Г ц).
Звукоусиление с движ ущ ихся машин. Поскольку (по условию)
движ ущ иеся машины могут находиться в разных точках площади,
но не ближ е 25 м от стены и ориентация их является круговой, то
при звукоусилении необходим о 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
(ниж е 2000 Гц характеристика спадает на 6 д Б /о к т ). Н аправлен­
ность такого микрофона из (1.51)
R( b ) = sin n z / п sin z , где z — — - - sin
X
s i n2 0/2.
2
с
В данном случае наименьший угол прихода звуковых волн от гром­
коговорителей на стене получается около 60° [ a = a r c t g ( 2 5 /1 5 )].
Если взять расчетный уровень, как и в предыдущ ей системе зв у ­
коусиления (93,6 д Б ), а возможный уровень в точке распол ож е­
ния микрофона (максимальный) 95,2 дБ , то предельный индекс
тракта на частоте 200 Гц Qnp= 9 3 ,6 — 9 5 ,2 + 1 0 lg Я (0 ) — 12, где ин­
декс направленности микрофона для
z = 2 -3 ,1 4 -5 sin 230° (200/340) = 0 ,0 4 6
(расстояние м еж ду трубками равно 0,05 м ), поэтому
R (0 ) = s i n (40 • 0,045/40) sin 0 ,0 4 6 = 0 ,5 4
(количество трубок п равно 4 0 ). Следовательно, направленность
микрофона /?(0)2О lg 0 ,5 4 = — 5,4 дБ . П одставляя эту величину в
(3.69), получаем предельный индекс для частоты 200 Гц QnР=
= 8 ,2 дБ . Н иж е частоты 200 Гц частотная
характеристика микро­
фона спадает с крутизной 6 д Б /о к т и поэтому предельный индекс
тракта остается тем ж е. Выше этой частоты предельный индекс
растет по 6 д Б /ок т . Н иж е приводятся расчетные данные для него.
Частота, Гц . . .
200
250 500
Предельный индекс,
— 0 ,2
д Б ............................— 8 ,2 — 6 ,2
1000
2000
4000
6000
5 ,8
1 1 ,8
1 7 ,8
3 1 ,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 ж е уровней громкости не­
обходим о или форсировать голос на 5,5 дБ или говорить с рас­
стояния около 25 см от микрофона. Н о так как расчетный уровень
Т аблица
П 1.8
Определение фактического индекса тракта
Параметр
Значение параметра, дБ, для средних частот
октавы, Гц
250
Чувствительность:
микрофона
колонки 100КЗ-1
Суммарная
Фактический индекс
— 12
—7
— 19
— 14,5
|
500
-6
—1
—7
- 2 ,5
|
1000
2000
4000
6000
0
0
0
6
1
7
11,5
12
16,5
—2
14,5
19
4 ,5
0
12
1 6 ,5
П р и м е ч а н и е . 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 м ож но его снизить д о
86 дБ , тем более, что имеется достаточно больш ое превышение
над шумами.
Рациональный индекс тракта остается без изменения (если
оставить те ж е уровни акустических ш умов и пока не приближать
м икроф он).
О пределим 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, поэтом у мож но ввести коррекцию спектра речи
выше 1000 Гц со снижением индекса тракта д о 6 дБ .
Т а б л и ц а П 1.9
О пределен ие сум м арн ой интенсивности
Значение параметра для средних частот октавы, Гц
Параметр
250
5 1 ,5
- 1 4 ,5
3 7 ,0
£ р .с , дБ
/ • 1 0 2, отн. ед.
50,11
175
^foKT» Бц
/ , отн. ед.
8769
Яр.м, дБ
Оф.и» д Б
500
1000
2000
4000
6000
4 7 ,5
- 2 ,5
4 5 ,0
3 1 6 ,2 3
350
110681
3 9 ,0
4 ,5
4 3 ,5
2 3 3 ,8 7
700
163 709
3 1 ,5
6 ,0
3 7 ,5
5 6 ,2 3
1400
78 722
2 4 ,5
6 ,0
3 0 ,5
11,2 2
2800
31416
2 1 ,5
6 ,0
2 7 ,5
1,189
2000
2378
П р и м е ч а н и е . Суммарная интенсивность 7=395675-102.
О пределим интенсивность речи в октавных полосах и найдем
уровни передачи речи. Данны е расчета сводим в табл. П1.9. Сле­
довательно, суммарный уровень L = 1 0 l g (3 ,9 6 -1 07) = 7 6 дБ . А пи­
ковый уровень у слуш ателя Ь Пи к = 7 6 ,0 + 1 2 = 8 8 дБ . Так как си­
стема громкоговорителей м ож ет развивать уровень 93,6 дБ , то
мож но оставить и этот уровень, поскольку 86 дБ считается д о ­
статочным уровнем передачи речи, а м ож но 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 ).
П роведем расчет разборчивости речи без этого условия. Как
и в предыдущ ем случае, сводим данные расчета в табл. П1.10.
Т а б л и ц а П 1 .10
Данные для расчета разборчивости речи
Значение параметра для средних частот октавы, Гц
Параметр
Яр.с> д Б
В п, дБ
В а, дБ
В с. дБ
Е, дБ
w, отн. ед.
18— 190
250
500
3 7 .0
3 0 .0
3 9 .0
3 9 ,4
— 2 ,4
0 ,1 3
4 5 .0
3 8 .0
3 5 .0
3 9 ,8
6 ,2
0 ,4 1
1000
2000
4 3 .5
3 6 .5
2 6 .5
3 0 ,9
6 ,6
0 ,4 2
3 7 .5
3 0 .5
1 8 .5
3 0 ,8
6 ,3
0 ,4 2
4000
3 0 .5
2 3 .5
1 2 .5
2 3 ,7
6 ,8
0 ,4 3
6000
2 7 .5
2 0 .5
7 .0
2 0 .5
7 .0
0 ,4 3
273
Формантная
разборчивость
Л = 0 ,0 5 ( 0 ,1 3 + 3 - 0 ,4 1 + 4 * 0 ,4 2 + 6 - 0 ,4 2 + 5 - 0 ,4 3 + 0 ,4 3 ) = 0 ,4 2 ,
т.
е.
такое ж е значение, как и в преды дущ ем случае. Точно так ж е м о­
ж ет быть повышена разборчивость речи и в данном случае.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
РАСЧЕТ ЗВ У К О В Ы Х П О Л Е Й
НА Э В М 1
И звестно, что характеристики направленности большин­
ства громкоговорителей, усредненные в диапазоне частот 200—
2000 Гц, имеют вид эллипсоидов [ п .
Д л я рупорного громкоговорителя одна вершина эллипсоида
совпадает с его рабочим центром. Звук овое давление, создаваем ое
этим громкоговорителем в некоторой точке с координатами и, v и
ю, м ож ет быть определено по формуле
р = --------------------------^ -------------------------- .
и2 + v 2/ ( l — е г2) + о;2/ ( 1 — е в2)
(П 2 .1 )
З д есь и, v и w — координаты, отсчитываемые относительно р або­
чего центра громкоговорителя, а р\ — среднее давление, развивае­
мое громкоговорителем на расстоянии 1 м по акустической оси.
Ось и совмещ ена с рабочей осью громкоговорителя. Оси v и
w — параллельны главным осям эллипсоида характеристики на­
правленности.
В общ ем случае эксцентриситеты характеристики направлен­
ности в плоскостях u v ( e г) и u w ( e B) не равны. О днако у рупоров
с круглым сечением в силу симметрии ег= е в= е , и (П 2.1) прини­
мает вид
р = -------------------- — --------------- .
и2 —
{- ( v 2 + до2) / ( 1 — е 2)
(П 2.2)
В отличие от рупорных громкоговорителей, рабочий центр зв у ­
ковой колонки совмещ ен с центром аппроксимирующ его эллипсои­
да. Расчет звукового давления в точке с координатами и, v и w
ведут по формуле
Pi2
и2 + v 2/ (1 -
<?г2) + ю» / (1 — е 2)
(П 2 .3 )
Эллиптическая аппроксимация справедлива в пределах угла
± 4 5 ° к рабочей оси громкоговорителя с круглым рупором, а в сл у­
чае односторонне излучающ ей колонки — в пределах ±70-4-80°.
Д л я расчета поля уровней необходим о знать точки размещ ения
громкоговорителей и ориентировку их рабочей оси. П ользуясь эти­
ми данными и зная параметры громкоговорителей, м ож но рассчи­
тать звуковое давление р, создаваем ое каждым громкоговорителем
1 Эта программа разработана в М ЭИ С Н. Т. М олодой, В. К*. В а­
сильевым и введена в Э В М М ЭИС.
274
в лю бой точке поля. Результирую щ ее звуковое давление опр еде­
ляют методом квадратичного (энергетического) суммирования:
р= (2р> ?у2.
<П2-4)
Поскольку непосредственное определение координат для точек,
находящ ихся на озвучиваемой площ ади, затруднено, вводят вспо­
могательную систему координат х, у , z (рис. П 2 .1 ). Э ту систему
совмещ аю т с горизонтальной плоскостью, привязанной к строитель­
ным чертеж ам или плану мест­
ности. Обычно начало коорди­
нат и ориентировку осей совме­
щ ают с какими-нибудь деталя­
ми объекта. Д л я прямоуголь­
ного объекта за начало коррдинат удобно выбрать один
из его углов, а оси — напра­
вить по длине, ширине и высо­
те объекта.
П о плану определяю т коор­
динаты точек установки гром­
коговорителей А и B i и точек
озвучиваемой поверхности xj,
Vjt £j. Высота озвучиваемой
поверхности Zj находится по
отметкам уровня или разрезам.
Вы соту установки громкогово­
рителей
H i обычно задаю т.
О риентировка
рабочей
оси
громкоговорителя определяется
углами наклона к горизонталь­
Р и с . П2.1. Р асполож ение коорной поверхности <х< и углами
динат громкоговорителей
поворота в плане ,р.
Р асчет уровней звукового давления, создаваем ы х на озвучи­
ваемой поверхности громкоговорителями, производится в следую ­
щем порядке.
1. Д л я всех точек Xj, Vj,
определяю т координаты х и у и z<
в системах, привязанных к к аж дом у из громкоговорителей. Д л я
/-го громкоговорителя начало координат леж ит в точке с коорди­
натами Л г, Bi, являющ ейся проекцией акустического центра гром­
коговорителя на базовую плоскость XY. Ось O X t совмещ ается с
проекцией акустической оси громкоговорителя и обр азует с осью
О Х угол Ра. Следовательно, преобразование координат долж но
выполняться по формулам:
х ц = ( Х ] — А{)
c o s P i + ( v j — B i ) sin Pi;
y i j = ( x j —A i ) sin P i+ (v j— Bi ) cos Pi; Z ij= £ i.
2. П о найденным значениям х ц , y i , , г ц находят координаты
точек озвучиваемой поверхности в системах координат, привязан­
ных к соответствующ им громкоговорителям:
Uijz=Xij cos < X i+ (tfi— Zij) sin Qi;
*>и=Уи\
W i j = X i j sin a i - ( H i - Z i j ) cos a t\
18*
275
3. Выполняется расчет звукового давления в /-й точке, с о зд а ­
ваемого /-м громкоговорителем, по формулам
(П 2 .1 ), (П 2.2),
(П 2.3)
в зависимости от типа громкоговорителя.
4. Д л я каж дой точки определяется косинус угла cpij м еж ду
направлением на данный громкоговоритель и направлением его аку­
стической оси по ф ормуле
11ц
C0S?1' ~
[«?/ + »?/ +a>i/]1/2
Если \ w n \ ^ \ U i j \ t то последним членом подкоренного выражения
м ож н о пренебречь. При небольших углах наклона акустической
оси а* это приводит к тому, что угол <рij равен углу м еж ду про­
екциями на базовую плоскость акустической оси громкоговорителя
и направлением на громкоговоритель.
5. П о найденным значениям
определяю т, л еж ат ли они в
пределах углов <рд, для которых справедлива эллиптическая аппро­
ксимация. Очевидно, что в общ ем случае долж но быть выполнено
условие
COS (pij^ C O S фд.
В частном случае, когда \ и ) ц \ < ^ \ и ц \ и а* — мало, достаточно
выполнения условия, что в плане точки леж ат м еж ду прямыми, о б ­
разующ ими с акустической осью громкоговорителя угол <рд. В вер­
тикальной плоскости долж но выполняться аналогичное правило.
Э то значительно упрощ ает расчеты.
6. Д л я каж дой точки рассчитывается результирующ ий уровень
звукового давления:
L / = 1 0 1 g S / ’2‘7 + 9 4 ,
i
где суммирование проводится только по тем Piu для которых вы­
полняются указанные выше требования.
П рограмма позволяет рассчитать значения результирую щ его
уровня звукового давления в точках озвучиваемой поверхности с
учетом всех заданны х громкоговорителей. Расчет производится в
точках, размещ енных с заданным ш агом на поверхности прямо­
угольной формы, которая может: совпадать с озвучиваемой по­
верхностью; быть частью озвучиваемой поверхности; охватывать
озвучиваемую поверхность более слож ной формы.
Результатом выполнения программы на ЭВМ является табли­
ца значений результирую щ его уровня звукового поля в заданных
точках, а такж е максимальное и минимальное значения уровня из
этой таблицы.
Н иж е перечислены исходные данные к расчету и их обозн а­
чения в программе:
М — количество громкоговорителей;
Л ( х ) и В (х) — координаты размещ ения громкоговорителей в
выбранной системе координат;
B ET A (а<) — углы м еж ду проекцией рабочей оси громкогово­
рителя и осью;
М Е Т К А (I) — тип громкоговорителя (рупорный громкоговори­
тель — 0, звуковая колонка — 1);
D E L (/) — полуугол излучения громкоговорителя в горизон­
тальной плоскости;
276
Pi (/) — давление, создаваем ое i -м громкоговорителем на рас­
стоянии 1 м по рабочей оси;
# ( / ) — высота подвеса громкоговорителя относительно плоско­
сти ХУ. Если задан а стандартная высота над уровнем почвы или
пола, то м ож ет быть запрограммировано определение Н( 1) в з а ­
висимости от А ( 1 ) и В( 1) (см., например, рис. П 2.2);
A L F A (/) — угол м еж ду рабочей осью громкоговорителя и ну­
левой плоскостью;
E X S G (1) — эксцентриситет аппроксимирующ его эллипса в го­
ризонтальной плоскости;
E X S B (/) — эксцентриситет аппроксимирующего эллипса в вер­
тикальной плоскости;
G R A N (/) — полуугол излучения громкоговорителя в верти­
кальной плоскости;
Х М А Х и X M I N — пределы изменения координат расчетных т о ­
чек по оси Х\
УМАХ и Y MI N — то ж е, по оси У;
D E L T A X и D E L T A Y — шаг изменения крординат расчетных т о ­
чек по оси X и оси У соответственно;
YXO — высота «нулевой» плоскости (для сидящ его слуш ателя
1,2 м; для сто я щ его — 1,5 м);
P F C H — параметр, управляющий печатью исходных данных
( 1 — значение исходны х данных печатается; 0 — не печатается);
L I N — параметр, определяющий один из трех возмож ны х про­
филей озвучиваемой поверхности |[см. (П 2 .2 )];
R l , R 2 , G A M 1 , G A M 2 — параметры, характеризую щ ие за д а н ­
ный профиль (см. рис. П 2.2).
На рис. П2.3 дана графическая интерпретация некоторых ис­
ходны х данных. В соответствии с методикой расчета звукового
поля для определения результирую щ его уровня звукового давления
в расчетной точке необходим о найти звуковое давление в этой точ­
ке поверхности, создаваем ое каж ды м громкоговорителем. Д л я э т о ­
го, в частности, следует установить, находится ли данная точка в
зон е излучения того или иного громкоговорителя. С этой целью
следует проверить два условия:
1.
Н аходится ли данная расчетная точка в зоне излучения
l-ro громкоговорителя в горизонтальной плоскости, т. е. м еж ду
прямыми P R l M l ( I ) и P R I M 2 ( I ) (см. рис. П 2.3).
Р и с . П2.2. Типы поверхностей озвучения
277
2.
Н аходится ли данная расчетная точка в зон е излучения
1-го громкоговорителя в вертикальной плоскости, т. е. выше плос­
кости, определяемой углом GR A N ( I ) к рабочей оси.
х од е расчета эти два условия проверяются в каж дой рас­
четной точке по отношению к к аж дом у из данных громкогово­
рителей.
X
Р ис.
ных
П2.3. Графическая интерпретация некоторых исходны х д а н ­
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 зон е излучения
громкоговорителя, если:
для 1-го громкоговорителя P R I M 1 (1) < y < P R l M 2 ( l ) ;
для 2-го громкоговорителя y < P R l M l (2) и y < P R I M 2 ( 2 ) \
для 3-го громкоговорителя P R I M 2 ( 3 ) < y < P R I M l ( 3 ) .
Анализ показывает, что в общ ем случае выполнение условия
1 сводится к проверке одного из шести конкретных соотношений,
в зависимости от полож ения громкоговорителя в горизонтальной
плоскости. В связи с этим расчет результирую щ его уровня в неко­
торой точке мож но проводить в такой последовательности:
1. В вод исходных данных.
2. Классификация громкоговорителей по их полож ению в го­
ризонтальной плоскости [определение для каж дого громкоговорите­
ля конкретных соотношений, проверяющих условие (1)].
3. Проверка в расчетной точке условия (1) по отношению
к очередном у громкоговорителю.
278
4. Проверка в расчетной точке условия (2) по отношению к
очередном у громкоговорителю.
5. Если условия (1) и (2) выполнены, расчет звукового д а в ­
ления в данной точке от очередного громкоговорителя по м етоди­
ке, излож енной выше.
6. Выполнение пп. 3, 4 и 5 для к аж дого из заданны х громко­
говорителей и суммирование полученных значений звукового д а в ­
ления в расчетной точке.
7. Вычисление значения результирую щ его уровня и выдача
результатов.
Программа расчета звукового поля реализует указанный алго­
ритм со следую щ ими дополнениями:
расчет
результирую щ его
уровня производится во всех
PRIM(2)
PR1M(3)
расчетных точках прямоуголь­
ника,
заданного
величинами
Х М А Х , X MI N ,
DELTAX
и
Y MAX, Y M I N и D E L T A Y :
отыскиваются
максималь­
ное и минимальное значения
результирую щ его уровня.
Рассматриваемая програм­
ма
расчета
звукового
поля
представляет собой головную
программу P R O J E C T и набор
PRIM 2 (1) У ^ PRIM2 (2)
вызываемых ею подпрограмм
(рис.
П 2.5).
П рограмма
R P O J E C T осущ ествляет после­
Р ис.
П2.4.
Графическое
подовательное выполнение п од­
строение для определения услопрограмм для обработки и сход ­
вий задачи
ных данных и промежуточных
результатов. Кратко рассмотрим
назначение подпрограмм:
V V O D 1 — вводит исходные данные с перфокарт в память м а­
шины;
K L A S S — осущ ествляет своеобразную классификацию громко­
говорителей в зависимости от их полож ения в горизонтальной пло­
скости. В результате для каж дого из них выделяются конкретные
соотношения, проверяю щ ие условие 1;
FI EL D — последовательно определяет координаты всех расчет­
ных точек и в каж дой из них обращ ается к подпрограмме;
P O I N T — для нахож дения соответствующ его результирую щ его
Р и с . П 2.5. Н абор подпрограмм
279
уровня. Параллельно определяю тся максимальный и минимальный
уровни;
P O I N T — вычисляет звуковое давление в данной точке от
каж дого из громкоговорителей и определяет результирующ ий у р о­
вень. При этом в отношении каж дого громкоговорителя устанав­
ливается, находится ли данная точка
в зоне его излучения (про­
верка условий 1 и 2);
V I V O D — осущ ествляет вывод на печать результатов вычис­
лений в виде таблицы результирую щ их уровней во всех расчетных
точках и экстремальных значений уровня.
В рассмотренной программе сущ ествую т следую щ ие ограниче­
ния, которые при необходим ости могут быть устранены:
1. Число громкоговорителей не более 60.
2. Число расчетных точек не более 3600, причем не более 60
по оси О Х и не более 60 по оси О У.
3. Профиль озвучиваемой поверхности мож ет быть аппрокси­
мирован одним из трех профилей, показанных на рис. П2.2.
Н иж е приведены тексты головной программы и подпрограмм,
написанные на языке Ф О Р Т Р А Н -IV для ЕС ЭВМ.
В процессе использования программы расчета звукового
по­
ля м ож но выделить следую щ ие шесть
этапов:
1. П одготовка исходны х данных.
2. Составление пакета задания.
3. Расчет контрольных точек.
4. Перфорация.
5. Расчет на ЭВМ.
6. Анализ результатов.
Н и ж е 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 обслуживаю щ им пер­
соналом вычислительного центра.
Значения исходных данных, перечисленных выше, следует оф ор­
мить в виде табл. П2.1.
В се линейные величины в табл. П2.1 заданы в метрах, угло­
вые — в градусах и их десятичных долях. Система координат, в
которой задаю тся все величины, выбирается так, как показано
на рис. П2.2. Если озвучиваемая поверхность имеет горизонталь­
ный профиль, то система координат м ож ет быть выбрана произ­
вольно.
На примере табл. П2.1 рассмотрим подготовку исходны х дан ­
ных. Д есять громкоговорителей с одинаковыми характеристиками
расположены двумя цепочками (по пять громкоговорителей в ц е­
почке). О звучиваемая поверхность находится в пределах 15— 300 м
по оси X и 0— 140 м по оси У. Профиль поверхности горизонталь­
ный ( L I N = 1 ) .
Б удем считать, что программа расчета звукового поля хранится
в библиотеке вычислительного центра. Д л я того чтобы ЭВМ вы­
полнила программу P R O Y C T , необходим о составить пакет-задание,
который содерж ит инструкции к машине и численные значения ис­
ходных данных. П акет-задание оформляется на стандартном блан­
ке. К аж ды й 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 J O B пользователь долж ен указать свою фамилию после на­
звания задания и числовые исходные данные записывать после
280
со
я <и 55
\0 q й
<и 2с
0я н
о§.о
» B g
5Д
Я ifT
о
а
* I
2*
§2 11е1
s
я
0
н
oq2
а н
£h
§.<°
..> > Р
-ЕС
и Ь-
1
я
Я CQ _£■
\о
и
§
ffl О ?
со Си_1_
Р- <UJ /
с 2 *7?
о
§ II
Си
н
>» с
? , х<D ^ <U
Я о >
ч!
О .
1
£§е
к
S
к
Ч
У
й уК
О н
о си g
1П
<и со
Я
^ аег
*1
®я со £
& сий
©
Я со со
Я
<и Я о .
Я Я я
н
S
Си
§5
и S Е
о я 5
С (D °
и°
N
- 2
^« ®Р=3
К я о
^ о
W со <и
5
III
я —х
5•*Г^
о ^
О <J
со b j
й O s
00
§ « !
Я 1' Й О
^ §Н
«О
СОйк - оЯ
w к я
§з
&Г
4 ?
XI
5
§ ~
.«-ч;
►
н со о о я Си
5 я р« с я я
5 s ь
со о»
R s O о CUS
2 f-
«Ч
CQ
4§
• • •*.
Й ®
йI
о
о
о
о
о
о
о
о
о
*Я 5^
Ч
«1
35
п
П»4
О
4 °JLT
14
0 5
хU 5^
я £
о
О О О
CD
О
— (N
о
о
со
о
CN
о
о
о
со
*-*
о о
со о
(N со
CN
О
~
W W ^ l O C O N O O O
к
£<6 5
2§ s« hgs
*&?
281
строки 11ЕХЕС и R V 1 , где R V 1 — имя программы в библиотеке.
Н а рис. П 2.6 справа показаны обозначения, поясняющ ие порядок
ввода исходных данных. Основные правила записи числовых зн а ­
чений заключаются в следую щ ем:
1. Значения целочисленных переменных М, N ( J ) , L I N зан им а­
ют две позиции со смещением вправо.
2. Значения действительных переменных (все переменные, кро­
ме М, N ( J ) , L I N и М Е Т К А ( / ) ) занимаю т шесть позиций, вклю­
чая десятичную точку, запись которой обязательства.
3. Значения целочисленной переменной М Е Т К А (I) занимают
ш есть позиций со смещением вправо.
4. П осле значения переменной L I N записывается контрольная
комбинация цифр 999999.
;
5
10
15
20
30
25
/ / и 3 0 8 l j P O O J E C T u ПЕТРОВ
u, A $ S G N u J V S C L B > X ' 191 f
u £ X E Си, XXX
10
12
2 0 * иы u 9 0 * u u u 1 6 0 *
2 3 0 * и u 3 0 0 • U U 20 *U
u 160 • u u 230 •
з 1 'о ^ u
13
П О - U u 1 9 0 • u u 190 •
П О - и u 1 9 0 * u u 70 * u
7 0 * u u u 7 0 * v u u 70 * и
70 * и и u
M
v N(1)
u u
UU
2^0 • и u
и
282
> B( D
f
' N(3)
BETA(I)
MET КAl l )
N15)
DELII)
N(6)
PHD
N(7)
u
HID
N18)
ALFAII)
N19)
EXSG(l)
u
EXSB(I)
u
N(10)
95* u u u
300 * U u / 5 • u u u 15 * u u u
190* u u U U U UU U 1 0 ' U U U
1 • 5 UU u 1 • U U u u
u uu uu u
01
99999
/+*
n
Р ис.
aid
N(9)
UU u uu u
U 5
11
S
4 N(2)
uu
uu
uu
и4
45** u u
u 6
17-3
u 7
6 *u uu
ид
J 066
U 9
u -77
10
0-995
\
uu
П 2.6. Пример оформления пакета-задания
N(11)
GRAND)
XMAX,YMIN
DEL TAX
9MAX, 9MIN
0ELTA9
У /0 . PECH
GAN1-RUGAMZ
RZ
UN
П акет-задание, оформленный на бланке, передается на вы­
числительный центр дл я перфорации и счета на ЭВМ .
П роверка достоверности результатов заключается в сравнении
полученных значений с результатами контрольного расчета в однойд в ух точках. В верхней части распечатки находится таблица ис­
ходны х данных. В нижней части — таблица значений уровней с
указанием максимального и минимального значений. П ервая 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 (X M I N , YM1N) и максимальными (Х М А Х , YMAX) зн а­
чениями координат. Если озвучиваемая поверхность имеет иную
ф орм у, то необходим о по таблице результатов проверить, попа-
Р и с . П 2.7. План и разрез
рия) на открытом в оздухе
озвучиваемого
пространства
(лекто­
даю т ли точки с минимальным и максимальным значениями уровня
в пределы озвучиваемой поверхности.
Рассмотрим пример. Зад ан а площ адка на 250 мест. П лан и
вертикальный
разрез
площадки
схематически
изображ ены
на
рис. П 2.7. Д ол ж н а быть спроектирована система звукоусиления
(З У ), обеспечиваю щ ая хорош ую понятность речи на всех местах,
занятых слуш ателями.
283
284
Рассмотрим вариант централизованной системы, содерж ащ ей
две звуковые колонки типа 15К З-4, размещ енные в передней части
зала.
Звуковая колонка 15К З-4 развивает на оси на расстоянии 1 м
от рабочего центра давление P i= 7 ,3 П а ( Р 1 = 7,3 ). Высота подвеса
колонок н ад полом выбрана равной 5,5 м ( Я ( / ) = 5 , 5 ) . Высота точ­
ки упора оси громкоговорителя равна 5,6 м (ухо слуш ателя, си­
дящ его в последнем р я д у ). Угол м е ж д у горизонтальной плоскостью
и осью громкоговорителя равен 4,22 ( ALFA (I) = 4 , 2 2 ) . Оси X и У
размещ ены так, как показано на рис. П2.7.
В табл. П 2.2 приведен пакет-задание, который передается на
вычислительный центр. Д л я проверки правильности расчета, выпол­
ненного на ЭВМ , необходим о рассчитывать звуковое давление в
одной или двух конкретных точках. Результаты контрольного рас­
чета, проведенные для точек 1 и 2, даны в табл. П 2.3.
Т а б л и ц а П 2.3
Р асч етны е данные, полученные от ЭВМ д л я контрольных
точек
Значение для параметров
%
V
8
ч
\ - е 2 1—е2
в
г
О.
S
£
1
2
ХЧ УН
га
“а
12
7
4 ,6
2 ,2
12
7 ,2
0
4
va
0
4
WH
0
— 2 ,2 7
144
4 ,9
0
6 5 ,8
0
8 1 .8
р , Па
L, дБ
0 ,6 0 6
0 ,5 2
8 9 ,6
8 8 ,3
П р и м е ч а н и е : а= 4,22°; Н = 5,5 м; е р=0,87; ев=0,968; p i = 7 t3 Па.
Полученные в последней графе табл. П 2.3 величины — уровень
звукового поля, создаваем ого в рассматриваемых точках первым
громкоговорителем. Результирую щ ий уровень будет на 3 дБ выше:
L i= 9 2 ,6 дБ; 7,2= 91,3 дБ .
В табл. П 2.4 приведены результаты расчета на ЭВМ . В верх­
ней части таблицы записаны исходны е данные, которые долж ны
совпадать с приведенными в табл. П 2.2. В нижней части табл. П 2.4
находятся значения уровней в соответствующ их точках озвучивае­
мой поверхности, а такж е максимальный и минимальный уровни.
К ак видно из сравнения результатов, приведенных в табл. П 2.3
и П 2.4, они достаточно близки.
та лГДГ
rt<
gO
w
о
MS
5
v ••
н 2 s
3
В g |
о
оS
о
оо
о
о
W
оо
©
©
W
о
о
оо
о
о
W
оо
©
©
О
-~S
© ©
со
со
W II
S
о
W
о
оо
W
о
©
W
о
W
© cm
II °
a*w
-S°
Ь,
см
см
^ 2
Йс§
§ 'I
о
W
о
о ^3
©
©
W^)
8 ..
о
W
о
©CM
2 Ji
со
о
W
о
ю
©
W
о
©
! u
4
Ы
Q
I®
со II
W
о
о
I
© X
и*
^
..
2®
%%
^•• ©
©
S5
a j
65
fef
CQ
со
©
о
W
©
©
см
см
>>
о
W
о
о
W
о
о
о
в) о
31®
§s®
Jl
cm
s>»oc
286
W
©
о
W
о
о
e>*4
atq
CO .*
K©
o
W
о
о
г-
=11*Н
со
ЕТ
о
СЧ
Й5
Ч
VO
ю
о
05
_
05
со
Tt« со
ю
05
05
05
05
со
О
см
05
о
см
05
со
см
05
05
СМ г>.
о
05 05
о
о
05
со
05
00
ю
оо
оо
oo
oo
05
о
05
см
о
05
rt«
05
00
со
оо
оо
CM
oo
oo
05
со
о
05
ю
05
оо
hоо
оо
CM
oo
00
05
со
о
05
ю
05
оо
hoo
00
CM
oo
oo
05
05
со
о
05
ю
05
оо
hоо
00
CM
oo
oo
00
,
05
05
со
о
05
Ю
05
00
оо
oo
CM
oo
oo
05
со
Н
СО
Tt< ю
СМ СМ см
05 05 05
со
см*
05
оо
05
о
о
О
см
05
ю
см
05
00
см
05
оо
см
05
Tt<
см
05
05
со
г>см
05
05 05
СМ см
05 05
ю
см
05
уровней
05
05
05
о
00*
ю 05
СМ см
05 05
о
N.*
ю
см
05
05
см
05
О 05 Tt< оо
СО СМ см
05 05 05 05
05
со
О
05
ю
05
оо
hoo
oo
CM
oo
00
О
ю
см
05
05
см
05
о
со
05
05 Ю
СМ см
05 05
00
со
05
со
о
05
ю
05
оо
hoo
00
CM
oo
oo
СО h- 05
см СМ см
05 05 05
05 U0
СМ см
05 05
05
t
о
ю
05
05
со
О
05
ю
05
оо
oo
oo
<N
oo"
oo
О
см
05
05
,
о
05
05
со
О
05
ю
05
оо
t>.
oo
oo
CM
oo
oo
ю
05
00
hoo
00
CM
oo
00
05
см
05
Tt< ю
СМ
* см
05 05
со оо
СМ
05 05
05
со
О
05
О
см
05
см
05
О со
СМ
05 05
05
О
05
см
о
05
rt< CO CM
05 oo oo
00 oo oo
со
ю
о
05
о
о
05
со
05
оо
со
05
о
Ю
о
|
05
rt«
см
05
05
О
о
05 ю
СМ см
05 05
00 оо
СМ см
05 05
о
СЧ
О
о
со
05
ю
см
05
СО
05
5
05
о
о*
о
со
значений
Таблица
О
м
05
,
О
05
,
О
см
СМ
05
05
О
со
О
,
05
,
О
ю
,
о
со
о
,
,
о
оо
Ю
oo
00
l
о
05
oo
00
о
о
Максимальное значение уровня, дБ, 93.04. Минимальное значение уровня, дБ, 83.07. Разность 4.97.
о
«—
<
СМ
С
Примечание:
$
287
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
РАСЧЕТ Р А ЗБ О Р Ч И В О С Т И РЕЧ И
С П РИ М Е Н Е Н И Е М Э В М 1
(Д Л Я СИСТЕМ ЗВ У К О У С И Л Е Н И Я )
Расчет разборчивости речи является заключительным
этапом расчета системы, поэтому целый ряд технических показате­
лей системы, необходимы х для этого расчета, определяется на более
ранних этапах общ его расчета и используются как известные ве­
личины.
И сходя из практических требований для дв ух типов систем —
сосредоточенной и распределенной, выполняем следую щ ие опе­
рации:
1. Д л я выбранного типа микрофона из справочных данных б е ­
рем значение индекса направленности q M с учетом условий работы
и вычисляем предельный индекс тракта Qnp:
Q np=^M +A ^cM — 12;
A L Cu = E c— LM-
2. Д л я выбранных типов микрофона и громкоговорителя по
справочным данным рассчитываем индексы нормированной (по о т ­
ношению к частоте 1000 Гц) чувствительности микрофона и гром­
коговорителя и суммируем их. П олучаем величин) ^Ем.Г3. Определяем фактический индекс тракта Q M.с. Д л я этого
смещ аем полученное значение Е 1м%г д о величины, наиболее близ­
кой к предельному индексу тракта Qnp, но не выше ее. Прибавив
смещ ение, которое равно значению фактического индекса тракта на
частоте 1000 Гц, к величине E lM Tj получаем значение фактиче­
ского индекса тракта.
4. Задаем ся расстоянием от оратора д о микрофона г м и н ахо­
дим спектральный уровень речи у микрофона:
5 р . м = 5 /р— 20 lg гм,
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 слуш ателя В Р.С:
£ р .с = £ р .м "ЬQ m. c.
6. Н аходим спектральный уровень помех В п:
Вп=ВрФ
с—А^с.П.
7. Н аходим спектральный
уровень акустических
табл. П.3.2.
8. Вычисляем общ ий уровень ш умов и помех В т :
ш умов
из
Вш= 101g[10OJ*a+ 1 0 ° ^ m].
9. Вычисляем
уровень
ощ ущ ения
Е:
Е = В р С— В ш.
1 Эта методика разработана в М ЭИ С Ч. М. М етер и И. А. М лодзеевской и введена в Э ВМ М ЭИС.
288
Т а б л и ц а ПЗ. 1
Параметры для расчета разборчивости речи по полосам равной
разборчивости
Спектральные уровни, дБ
200— 330
330— 465
465— 605
605— 750
750— 900
900— 1060
1060— 1230
1230— 1410
1410— 1600
1600— 1800
1800— 2020
2020— 2260
2260— 2530
2530— 2840
2840— 3200
3200— 3630
4150— 4790
4150— 4790
4790— 5640
5640— 7000
265
400
535
680
825
980
1145
1320
1505
1700
1910
2140
2395
2685
3020
3415
4370
4370
5215
6320
громкие
разговор
приглу­ разговоры,
нескольких шенные
выкрики
разговоры
человек
и т. п.
В'р
4 5 ,5
4 4 ,0
4 1 ,5
3 9 ,0
3 6 ,5
3 4 ,0
3 2 ,0
3 0 ,0
2 8 ,5
2 7 ,0
2 6 ,0
2 5 ,0
2 4 ,0
2 2 ,0
2 1 ,0
2 0 ,0
18,0
1 8,0
17,0
15,5
3 9 ,0
3 8 ,0
3 5 ,5
3 3 ,0
3 0 ,0
2 8 ,0
2 5 ,0
2 3 ,0
2 1 ,0
2 0 ,0
1 9,0
1 8 ,0
1 7,0
1 6 ,0
1 5 ,0
1 4,0
11,0
1 1,0
9 ,0
7 ,0
Поправка i
ние от roj
ДБ
акустических шумов, В'а
(речевых)
Сред­
няя
Номер Границы полос частота
полосы равной разбор­ полосы
чивости, Гц
^ср’ гц
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
«и и
£•>4
со,
о<
оЯ
s i
4 7 ,0
4 4 ,5
4 2 ,5
4 0 ,5
3 8 ,5
3 6 ,5
3 4 ,5
3 2 ,5
3 0 ,5
2 8 ,0
2 6 ,5
2 4 ,5
2 3 ,0
2 1 ,5
2 0 ,0
1 7 ,5
1 2 ,0
12,0
9 ,0
5 ,0
1 ,0
1 ,4
1 ,7 5
2 ,1
2 ,4
2 ,6
2 ,9 5
3 ,1
3 ,4
3 ,7
4 ,0
4 ,3
4 ,5
4 ,7
4 ,9
5 ,1
5 ,5
5 ,5
5 ,7
5 ,9
Т аблица
П 3.2
2 7 ,0
2 7 ,5
2 8 ,0
2 5 ,0
2 2 ,0
1 9 ,0
1 6 ,0
1 3 ,0
1 1 ,0
9 ,0
7 ,0
6 ,0
5 ,0
4 ,0
3 ,0
2 ,0
0 ,0
0 ,0
— 2 ,0
- 4 ,0
Зависимость коэффициента разборчивости от уровня ощущения
формант
Е у дБ
W
— 12 — 10
—9
—8
—7
—6
—5
0 ,0 2
0 ,0 3
0 ,0 4
0 ,0 5
0 ,0 6
0 ,0 7 5
0
3
6
9
12
15
18
20
22
0 ,2
0 ,3
0 ,4
0 ,5
0 ,6
0 ,7
0 ,8
0 ,8 6
0 ,9
0 ,0 1
Еу дБ
W
19—190
—4
—
3 —2
—1
0 ,0 9 5 0 ,11 0 ,1 4 0 ,1 7
26
28
0 ,9 6 0 ,9 8
289
10. Вычисляем коэффициент разборчивости w:
w = ( E + 6 )/3 0 , если 1 8 > £ ^ 0 .
Д л я други х условий значение w берется из рис. П7.1 или из
табл. П3.2.
11. П роведем расчеты пп. 1— 10 для всех двадцати полос рав­
ной разборчивости (см. табл. П 3.1), интерполируя значения вели­
чин для средних частот этих полос.
П ри м еч ани е.
Индексы
нормированной чувствительности
выбранных типов микрофона и громкоговорителя (см. п.2 данного
асчета) определяю т дл я средних частот третьоктавных полос: 250,
15, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000,
5000, 6300 Гц.
12. Н аходим формантную разборчивость А:
20
А = 0,05 2 wk•
k=\
13. П о графику рис. П 3.2 или табл. ПЗ.З находим слоговую S,
я по графику рис. ПЗ.З или табл. П 3.4 — словесную разборчивость
W и соответствую щ ую им понятность речи (табл. П 3 .5 ).
Р и с . П 3.1.
Зависимость ко­
эффициента разборчивости от
уровня ощ ущ ения
V/, %
Р и с . П3.2. Зависимость сло­
говой разборчивости от ф ор­
мантной
Н и ж е перечислены исходные
данные и их обозначения в про­
грамме, которые необходим о з а ­
дать для выполнения программы
расчета разборчивости речи:
T S Y — тип системы звук оуси­
ления (сосредоточенная или рас­
пределенная) ;
T I P — тип
громкоговорителя
(диффузорны й
громкоговоритель
или звуковые колонки);
R M A X — расстояние от гром­
коговорителя до наиболее удален ­
ного слуш ателя1, м;
р и с . ПЗ.З. Зависимость словес1 З ад ается только в случае соной разборчивости от слоговой
средоточенной системы.
.290
Т а б л и ц а ПЗ.З
Слоговая разборчивость в зависимости от формантной
А
0 ,0 5
S , о/,
0 ,1
0 ,2
0 ,3
0 ,4
0 ,5
0 ,6
0 ,7
0 ,7 5
0 ,8
0 ,8 5
15
36
54
69
80
87
9 2 ,5
9 5 ,2
9 6 ,5
98
5
Т а б л и ц а ПЗ. 4
Словесная разборчивость в зависимости от слоговой
5 , о/,
5
15
36
54
69
80
87
9 2 ,5
9 5 ,2
9 6 ,5
98
W, %
30
63
85
93
96
98
9 8 ,8
9 9 ,2
9 9 ,4
9 9 ,6
9 9 ,7
L C — длина цепочки громкоговорителей1, м;
В С — расстояние м еж ду цепочками громкоговорителей *, м;
R M — расстояние от оратора д о микрофона, м;
Q M ( I ) — индекс направленности микрофона заданного типа
на октавных частотах;
Е М (/) — значение индекса чувствительности микрофона на
средних частотах третьоктавных полос, дБ;
EG( 1 ) — значение индекса чувствительности громкоговорителя
на средних частотах третьоктавных полос, дБ;
A K S H U M — параметр, определяю щ ий вид акустических рече­
вых ш умов (разговор нескольких человек, приглушенные разгово­
ры или громкие разговоры, выкрики);
Р Е С Н — признак, определяющ ий необходимость вывода на пе­
чать промежуточных результатов расчета.
Алгоритм, реализованный в программе расчета разборчивости
речи, полностью определяется порядком расчета, изложенным выше.
Р асчет по пп. 1— 10 проводится для всех указанных средних ча­
стот полос равной разборчивости.
П рограмма расчета разборчивости речи состоит из головной
программы с именем «РЕЧ Ь» и трех подпрограмм (рис. П 3.4).
П одпрограмма V V O D 2 обеспечивает ввод исходны х данных
для лю бого варианта расчета. Введенные значения исходных д а н ­
ных распечатываются в протоколе с целью контроля. Результаты
расчета выводятся на печать подпрограммой VIVOD2 . П одпрограмТ а б л и ц а П 3.5
Значения понятности речи в зависимости от значений
разборчивости речи
Градация понятности, %
Виды разборчи­
вости
С логовая, S
Словесная, W
Предельно
допустимая
Удовлетвори­
тельная
Хорошая
Отличная
2 5 — 40
7 5— 87
40— 55
87— 93
55— 80
93— 98
80 и выше
98 и выше
1 З адается только в случае распределенной системы.
19*
291
ма P O L обеспечивает вычисление значения функции, заданной т аб­
лично, путем интерполирования алгебраическим многочленом треть­
ей степени. П одпрограмма P O L применяется для вычисления зн а­
чений функций, заданных табл. П3.2, ПЗ.З, П3.5, а такж е значений
величин QM, ЕМ, EG, на расчетных частотах: последние отлича­
ются от частот, на которых задаю тся перечисленные величины.
Р ис.
П 3.4.
Н абор подпрограмм
В программе предусмотрена возм ож ность вывода на печать
значений промежуточных результатов расчета на всех двадцати
расчетных частотах. При этом печатаются значения следую щ их ве­
личин:
F S R E D — средняя частота полосы равной разборчивости, Гц;
Q P R — предельный индекс тракта, д Б (п. 1);
Q M C — фактический индекс тракта, д Б (п.З);
B R S — спектральный уровень речи у слушателя, дБ (п. 5);
B R — спектральный уровень помех, д Б (п. 6);
B A S — спектральный уровень акустических ш умов, д Б (п. 7);
B S — общий уровень шумов и помех, д Б (п. 8);
E R — уровень ощ ущ ения, дБ (п. 9 );
W R — коэффициент разборчивости (п. 10).
Н еобходимы е для расчета исходны е данные предварительно
сл ед ует оформить так, как это показано в табл. П 3.6— П 3.7 для
-случая сосредоточенной системы звукоусиления (пример дан при
использовании звуковых колонок) и в табл. П 3.8— П 3.9 для слу­
чая распределенной системы звукоусиления (пример дан при ис­
пользовании диф ф узорны х громкоговорителей).
При оформлении исходны х данных следует иметь в виду сле­
дую щ ее.
1. П еременная логического типа T S Y определяет тип системы
звукоусиления и мож ет принимать одно из двух значений: Т —
в случае сосредоточенной системы или F — в случае распределен­
ной системы.
2. Переменная логического типа T I P определяет тип излуча­
теля и м ож ет принимать одно из дв ух значений: Т — в случае ис­
пользования звуковых колонок или F — в случае использования
диф ф узорного громкоговорителя.
3. П еременная целого типа A K S H U M , определяю щ ая вид аку­
стических речевых ш умов, мож ет принимать одно из трех зн а­
чений:
Таблица
П3.6
Частотная зависимость индекса направленности микрофона МД-78
f, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
■Чи (Qtt)
10,6
1 0 ,6
10,6
10 ,6
1 0 ,6
1 0 ,6
292
f
10
5
15
20
25
30
R E C H СЕМЕНОВ
и ^ JO
В
|_| ASSG
N
И шЕХ
E
C u,-X XX
^34
Q
M -6 * 77. 5, E M - - 3 .6 , - 3 .2 ,~ 2 .6,
L_j - 2 .,
-
u j-®
U
SYSCLB, X ' 191 ’
1 . 3 , - 0 5 5 , 0 . , - 0 . 1 , - 0 . 18,
-1. 5 5 ,- 3 .3 5 ,- 5 ,- 4 .7 ,- 3 .,
.*
1_| 0 . , -
J
.,- 2 .3 ,- 1 .6 5 ,- 1 .,- 0 .5 5 ,- 0 . ,
0
.5 ,-1 .8 ,-3 .5 ,-3 .1 5 ,-2 .4 ,-1 .,
t—i - 0 .5
9
t_i Г = 0 .
9
7,1. 15, 7.
I 12
9
A L F A - 0 .4 2 1 ,0 . 3 4 9 ,® - 3 3 2 ,
t_i 0 3 1
9
,0 .2 9 3 ,0 .2 8 2 ,0 2 5 5 ,
M
= 2 , PECH=1 0 &END
LJ
l_ i
AKSU
-1.3,
7. 2 6 , 7. 2 J ,
1*
11
Р и с . П 3.5. Пример
ченной системы
оформления
1
пакета-задания
10
15
20
для
2f
И t-i9 0
В
l_,
^ ASSO
N
^ S Y S C L B , X ' 191'
H L-. EX
E
l_j
l_i EM=3
*
0 . , 3 * 1 . 9 2 * 0 - , 0 . 5 , I , 1 . 5 , 2 . , 3.
XXX
5,
u, ££=4-
,7 . , 8 .5 ,9 ., 2 . , 0 . , 3 . , 4 .,
.
30
/?Ш / i_. TYTOB
^ 2.,1
S .,£
еосредото-
,1 1 . ,9 ., 11.5, 8., &END
/*
11
Р и с . П 3.6. Пример оформления пакета-задания для распределен­
ной системы
293
Т а б л и ц а П3.7
Частотные характеристики микрофона и громкоговорителя
для первого расчетного примера
( Е М)
Е г ( EG)
Л Гц
Е и ( ЕМ)
Е г ( EG)
250
315
400
500
630
800
1000
0
1
2
1
3
3
о сч
1
f, Гц
1
0
3
2
0
0
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6000
1
—2
1
—2
—1
0
—1
2
0
3
3
2
4
1
4
—2
1 — шумы вида «разговор нескольких человек»; 2 — шумы вида
«приглушенные разговоры»; 3 — шумы вида «громкие разговоры,
выкрики».
4. Значение переменной целого типа Р Е С Н определяет необ­
ходимость вывода на печать промежуточных результатов расчета.
Если переменной Р Е С Н присвоить л ю бое целое значение, отличное
от нуля, то программа обеспечивает печать промежуточных ре­
зультатов расчета. В противном случае (Р Е С Н - 0 ) промежуточные
результаты не печатаются.
5. Значения переменных вещественного типа Q M , ЕМ, E G з а ­
даю тся строго на тех частотах, которые, указаны в соответствую ­
щих табл. П З.б— П3.9.
Д л я того чтобы провести расчет разборчивости речи с по­
мощью предлагаемой программы, необходим о составить пакет-задапие, который содерж и т инструкции машине и численные значения
исходных данных. П акет-задание оформляется на стандартном
бланке. К аж ды й символ записывается в отдельной колонке.
Н а рис. П 3.5 и П З.б приведены примеры оформления пакетов
заданий для случая сосредоточенной системы звукоусиления с
использованием звуковых колонок (см. табл. ПЗ.б, П 3.7, рис. П З.б)
и случая распределенной системы звукоусиления использованием
диф ф узорны х громкоговорителей (см. табл. П3.8 — П 3.9, рис. П З .б).
Численные значения исходных данных соответствуют значениям,
приведенным в табл. П З.б— П3.9.
Таблица
П 3.8
Частотная зависимость индекса направленности
для микрофона МДО-1
Л Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
ян т )
1 3,8
1 3 ,8
1 3 ,8
1 3 ,8
1 3 ,8
13,8
294
Т а б л и ц а П3.9
Частотные характеристики для второго расчетного примера
Д Гц
250
315
400
500
630
800
1000
Е м ( ЕМ)
Е г ( EG)
0 ,0
4 ,0
0 ,0
7 ,0
0 ,0
8 ,0
1 ,0
8 ,5
1 ,0
9 ,0
1 ,0
2 ,0
0 ,0
0 ,0
/ , Гц
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
{ ЕМ)
Е г ( EG)
0 ,0
3 ,0
0 ,5
4 ,0
1 ,0
8 ,0
1 ,5
9 ,0
2 ,0
1 1 ,0
3 .0
9 .0
2 ,0
1 1 ,5
1 ,5
8 ,0
ПРИЛОЖЕНИЕ 4.
П А РА М ЕТРЫ А П П А РА ТУ РЫ Д Л Я ЗВУ К О Ф И К А Ц И И
В операторе J O B пользователь долж ен указать свою фамилию
после имени задан ия Р Е С Н и числовые исходные данные после
оператора II L J E X E C \ I X X X , где X X X — имя программы в
библиотеке абсолютны х модулей.
Числовые значения исходных данных оформляются в виде дв ух
записей.
В
случае
сосредоточенной
системы
звукоусиления
(см. рис. П З.б) первая запись L I S T 1 задает значения переменных
T S Y и T I P , а вторая запись L I S T 2 значения всех последую щ их
переменных, необходимы х в этом случае (см. табл. П З.б— П 3.8). В
случае распределенной системы звукоусиления (рис. П З.б) первая
запись LIST1 такж е содерж и т значения переменных T S Y и T I P ,
а вторая запись L I S T 3 содерж и т исходны е значения переменных,
2.
Значения всех переменных, кроме TSY, T I P , A K S H U M Р Е С Н ,
П 3.9).
Основные правила записи исходных данных состоят в следую ­
щем.
1. Значения переменных A K S H U M и Р Е С Н являются целыми
и не долж ны содерж ать десятичной точки.
2. Значения всех переменных, кроме 7\ST, 77Р , A K S H U M Р Е С Н ,
являются вещественными и долж ны содерж ать десятичную точку.
3. При записи значений элементов массивов Q M , Е М , E G сле­
дует строго придерживаться порядка следования значений, соответ­
ствующ его возрастанию частоты (см. табл. П З.б — П 3 .9 ).
4. Если при записи значений элементов массивов встречается
несколько следую щ их подряд одинаковых значений, то мож но
295
воспользоваться сокращенной формой записи k * X t означающей,
что k следую щ их д р уг за другом элементов имеют одинаковое
значение X.
5. К аж дая запись д олж на оканчиваться символами &END.
П акет-задание, оформленный на бланке, передается на вычис­
лительный центр для перфорации и счета на ЭВМ .
Оформление исходны х данных для случая распределенной
системы звукоусиления (при использовании звуковых к ол онок):
T S Y = Т; Т 1 Р = Т \ 5 = 2 2 2 7 ,5 ;
R M A X = 24,0;
/?М = 0,3;
A K S H U M = 2;
Р Е С Н = 10.
Оформление исходны х данных для случая распределенной
системы звукоусиления (при использовании диф ф узорны х громкого­
ворителей) :
T S Y = F ] 77P = F; S = 9 7 2 ; L C = 18; B C = 12; /?Af = 0,25;
A K S H U M = 2; Р £ С Я = 1 .
Таблица
П4.1
50— 16 000
100— 10 000
50— 15000
60— 15000
50— 15 000
160— 8000
5 0 — 16 000
40— 16 000
50— 15 000
50— 15 000
300— 3000
— 48
— 44
-5 2
— 53
— 44
— 52
— 48
— 51
— 30***
-4 6
— 44
Выходное
сопротив­
ление, Ом
ОН
он
НН
НН
он
ООН
он
ДН
пн
НН
НШ
ДБ
М Д-52А
М Д-66
М Д-59
М Д-63
М Д-78
МДО-1
М Л-19
МЛ-51
МК-13М
КМЭ-6****
ДЭМ Ш -1А
Частотный
диапазон, Гц
Уровень
чувстви­
тельности,
Тип
Направлен­
ность*
П ар ам етр ы микрофонов
Габаритные
размеры, см
Масса, г
250
250
250
250
250
250
250
250
600
3 2 X 61
37X 92
34X 180
22X 68
37X 90
35X 151
135X 45X 40
52X 180
272X 153X 89
420
450
600
125/50**
220
660
550
600
2300
600
23Х П
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.
ЗВУ К О У С И Л И Т Е Л Ь Н Ы Е УСТРО ЙСТВА
Радиомикрофон РМ-7
Приемопередатчик работает на частотах 58 и 59 М Гц
с девиацией частоты ± 5 0 кГц, точность установки ± 0 ,0 2 %, диап а­
зон ± 5 0 0 кГц, коэффициент нелинейных искажений 1,7 %. Чувстви­
тельность приемника при отношении сигнал-шум 50 дБ не х у ж е
296
15 мкВ. В ы ходное напряж ение приемника на резисторе сопротив­
лением 240 Ом равно 10 мВ. В ы ходная 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 М К Э -2 (электретный), однонаправ­
ленный, работающ ий в диапазоне 200— 20 000 Гц с неравномер­
ностью 20 дБ .
Электромегафон переносный ЭМ-2
В состав электромегафона входят громкоговоритель
51Р Д -1 и микрофон ДЭ М Ш -1А . П редназначен Э М -2 для работы на
открытом в оздухе и в больших помещ ениях на расстоянии (в ш у­
мах с небольшим уровнем) д о 200— 300 м.
Т а б л и ц а П 4.2
П арам етры гр ом к оговор и тел ей
<v w
| С
„>
Г
кв
я
s
XИ
2 C
Q
X §
Звуковые
2К З -6
2К З -5
8К З-4
10К З-2
25К З-2
50К З-2
100К З-2
15К З-4
15К З-6
15К З-8
25К З -6
2 5К З-12
50К З-5
50К З-ЗМ
100К З-13
2 300— 7000
2 300— 7000
8 150— 8000
10 120— 8000
25 120— 8000
50 100— 8000
100
50— 10 000
15 200— 5000
15
80— 12 500
15
80— 10 000
25
80— 10 000
25
63— 16 000
50
80— 14 000
50
80— 10 000
100
80— 10 000
Рупорные
10ГРД-5
2 5Г Р Д -2
50Г Р Д -3
100ГРД-Ш -1
10
25
50
100
300— 3550
200— 4000
2 ,0 -4 0 0 0
200— 4000
и
Габаритные
размеры, м
Масса,
Тип
Зеэ
X »
АА
Частотный
аСЗ оН
* 2« диапазон, Гц
к
ощ яо
X 2
3 ,8
2
7 ,6
2 ,5
4 ,0
5 ,6
19,0
7 ,4
3 ,7
6 ,1
7 ,9
4 ,8
1 3,5
2 0 ,0
2 2 ,0
ег
ев
КОЛОНКИ
394X 132X 94
680X 120X 73
423X 188X 124
775X 365X 255
860X 415X 320
1 160X 580X 383
1310X 610X 460
725X 274X 100
651X 301X 179
132 0 X 3 0 7 X 2 6 0
730X 280X 210
1280X 340X 230
148 0 X 3 9 4 X 2 9 4
1280X 340X 280
3 ,7
3 ,5
7 ,5
15,0
2 0 ,0
4 0 ,0
6 0 ,0
10,0
11, 0
1 5 ,0
1 5,0
—
—
4 0 ,0
0 ,5
0 ,9 2
0 ,5
0 .9 5 ,
0 ,6 5 0 ,9 2
0 ,9 0 0 ,9 7
0 ,9 0 0 ,9 7 4
0 ,9 0 0,9 8 1
0 ,9 0 0 ,9 8 5
0 ,8 7 0 ,9 6 8
0 ,8 9 0 ,9 5 5
0 ,9 2 0 ,9 8 6
0 ,9 0 0 ,9 8 8
0 ,91
0 ,9 8 5
0 ,9 1
0 ,9 8 5
громкоговорители
1 2,0
13,0
1 6,0
4 8 ,0
5 2 0 X 4 8 0 X 3 9 0 8 ,0 0 ,7 7 0 ,7 7
5 3 0 Х 4 Ю Х 7 4 0 1 2 ,5 0 ,7 7 0 ,9 5
5 5 0 X 4 1 0 X 2 7 0 17,0 0 ,7 7 0 ,9 5
11 6 7 X 8 9 6 X 7 4 0 4 3 ,0 0 ,7 7 0 ,9 5
297
М аксимальная выходная мощ ность составляет 4 В*А, частотная
характеристика равномерная в диап азоне 400— 3000 Гц. М асса Э М -2
с источником питания не более 2,8 кг, габаритные размеры
3 5 5 X 2 1 0 X 2 5 9 мм. Питается электромегафон от источника постоян­
ного тока напряжением 12 В (потреблением тока не более 0,8 А)
или от шести батарей К БС-Х-0,70. Время работы не более 9 ч.
Т а б лица
П 4.3
Параметры головок громкоговорителей, предназначаемых
для комплектации звуковых колонок
4ГД -8Е
Тип
ЗГД-42
10ГД-36К 10ГД-36Е
4
10
10
3
Н оминальная
м ощ ­
ность, Вт
10
П аспортная мощность,
10
Вт
Номинальный д и ап а­ 100— 12 500 125— 7100 63— 2 0 0 0 0 63—20 000
зон частот, Гц
14
14
Н еравномерность ч а­
18
14
стотной характеристи­
ки, д Б
0 ,1 5
С реднее
стандартное
0 ,2 8
0 ,1 5
0 ,3
звуковое давление, Па
4
4
4
Номинальное
элек­
8
трическое сопротивле­
ние, Ом
40
120
40
Ч астота
основного
100
резонанса, Гц
1 0 0 X 1 6 0 X 5 2 0 125X 49 0 2 0 0 X 8 7 0 2 0 0 X 8 0
Габариты, мм
0 ,6 2
0,68
М асса, кг
1,2
1 ,4
Примечание: При монтаже головок в звуковых колонках частотная характе­
ристика выравнивается и частотный диапазон расширяется в сто­
рону низких частот, вследствие взаимодействия громкоговори­
телей.
Т а б л и ц а П 4.4
Выходная
мощность,
Вт
Класс
Масса, кг
Аппаратура звукоусиления
ЗС -800А
ЗС -1000А
800
1000
II
I
2000
3200
Сеть, автономное
3C -300A
300
I
—
9
Тип
298
Питание
Комплектация
М Д -44, 50ГРД -8А
М Д -52А , 50ГР Д -8,
15К З-7, 100КЗ-7
ЗГ Д -1
М Д -52А , 100К З-11,
50Г Р Д -12
п
Класс
зс п -зо
ЗУ С -150-2
УЗУП -4
30
150
600
I
I
I
_
ЗУ С -400
.Звук* 60X 50*
800
300
I
I
500
Тип
Масса кг
Выходная
мощность,
Вт
Окончание таблицы П4.4
Питание
Сеть
110
—
Сеть
Комплектация
М Д-66А , 15К З-4
М Д -66А , 15К З-4
М Д -52А , М Д -66А ,
2К З -1 . 10К З-4,
25К З-1
■
—
■
Агрегат: один ру­
порный (1А-17) ВЧ
и два диффузорных
НЧ (2А-11)
* Выпускаются также .Звук* 6ХЮ0» ^Х25, 4X25, 2X25.
С П И СО К Л И Т Е РА Т У РЫ
1. Ф урдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Связьиздат, 1 9 6 9 .— 320 с.
2. Нюренберг В. А. О бработка вещательных сигналов.— М.:
В ЗЭ И С , 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 св я зи .—
М.: С вязьиздат, 1963.— 452 с.
5. Сапожков М. А. Защ ита трактов радио и проводной теле­
фонной связи от помех и ш умов.— М.: С вязьиздат, 1959.—
254 с.
6. Папернов Л . 3 .
О звучение
открытых
пространств.— М.:
Связьиздат. 1960— 102 с.
7. Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи.—
М.: С вязьиздат, 1962. — 392 с.
8. Д рейзен И. Г. Электроакустика и звуковое вещание.— М.:
Связьиздат, 1961.— 544 с.
9. Иофе В. К. Д ок л ад по опубликованным работам «Некоторые
вопросы приема и воспроизведения звука», представленный
для соискания ученой степени доктора технических наук.—
М ЭИС, 1970.— 70 с.
10. Кибакин В. М. Автоматические звуковещ ательные установ­
ки.— М.: Р ад и о и связь, 1983.— 144 с.
И . 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 общ его применения.
М етоды испытаний.
14. Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапожков М. А. Справочник
по акустике.— М.: Связь, 1979.— 218 с.
15. Ефимов А. П. Радиовещ ание.— М.:
Связь,
1975.— 360 с.
16. ГОСТ 115 15 75. Каналы и тракты.
17. Анерт В., Р айхард В. Основы техники звукоусиления: Пер.
с нем. — М.: Р ади о 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
— — хорош ей 18
удовлетворительной 18
предельно допустимой 18
Громкоговоритель веерный 52
— пневматический 59
— радиальный 52
— рупорный 50, 52
— составной 54
Группа микрофонов линейная
46
пространственная 46
Д авлени е звуковое 4
номинальное 61, 150
прямого звука 69
Д и аграм м а
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
Д и ап азон динамический сигна­
ла музыкального 25
------------- речевого 14
300
—^ — тракта 38
— частотный
сигнала
музы ­
кального 25
------------- речевого 14
— — тракта 38
Д ли на эллипса озвучения 97,
156
Закон В ебера — Ф ехнера 10
Затухани е 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 площ ади 189, 197, 255
— *
с движ ущ ихся
м а­
шин 196
Звукофикация зеленого театра
176,
— зон отдыха 176, 209
— концертной площадки 176,
183
— лектория 176, 183
— стадиона 176, 203
Звучание оптимальное 61
И ндекс направленности мик­
роф она 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
К оэффициент восприятия 22
— затухания звука 28
— передачи тракта 34
— разборчивости 22, 165, 289
Л окализация звукового поля
64, 134
— источника звука 64, 134
М аскировка 6
— дополнительная 10
Маскировки эффект 7
М етод артикуляционный 17
— бегущ ей волны 76
— координат 70, 154
М икрофон трубчатый 46
М ощность голоса 15
— номинальная 64
Н аправленность 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
О звучение 59, 134
— аллеи парка 229
— бегущ ей волной 70, 221
— вагонной горки 240
— выставки 213
— дальних и удаленны х зон
172
— перрона станции 230
— проспекта 221
— с дальней дистанции 253
— спортплощадки 215
— стадиона 203
— танцплощ адки 247
— улицы 228
Октава 14
Ось акустическая 43
— эллипса озвучения большая
97, 141
------------- малая 141
Ощущ ение слуховое 10
Пакет — задание для расчета
звукового поля 281
------------- разборчивости
речи
293
П ерепад уровней 110, 114, 116,
117
П ер еход формантный 20
Пикфактор сигнала музыкаль­
ного 25
речевого 15
------------- при ограничении 41,
171
Плотность спектральная 9, 34
П оверхность озвучиваемая 59
П одзвучивание 146
П оле звуковое 4
громкоговорителя рупор­
ного 155
П олоса октавная 169
— равной разборчивости 21,
168, 288
Полоска слуха критическая 9
Понятность речи 16, 18, 166
отличная 18
хорош ая
удовлетворительная 18
предельно допустим ая 18
Поправка к расчету суммарно­
го уровня 124, 165
П орог слушимости 6
Постоянная времени компрес­
сора 40
ограничителя 40
слуха 11
Превышение сигнал/ш ум 126,
262
П риближ ение эллипсоидальное
характеристик направленности
звуковой колонки 70
------------------ рупорного
гром­
коговорителя 73
Приемник градиента давления
45
— давления 44
Проверка на эхо 159
Пространство открытое 25
Разборчивость peqn 16. 24, 164
словесная 16, 166
слоговая 16, 166
— формантная 21, 166, 290
Разность уровней прямого и
отраж енного звука 143
— хода звуковых волн 26
Р аспределение уровней речево­
го сигнала 14
— формант 20
— формант
по
частотному
диап азону 20
С ам овозбуж дени е
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 двум я цепочками
диф ф узорны х громкоговорите­
лей 79
------------- звуковых колонок 82
------------- с
одной
цепочкой
диф ф узорны х громкоговорите­
лей 78
------------------------звуковых
ко­
лонок 80
с дальней дистанции 253
сосредоточенная с зв у­
ковыми колонками 65
------------- с рупорным громко­
говорителем 68
удаленны х зон
Скорость звука 4
Слитность звучания И , 63
Спектр частотный сигнала м у­
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
— ощ ущения 23, 121, 165, 167
302
« параметра 5
— пиковый 15
— порога слышимости 9
— прямого звука 69
— речи 16
— сигнала отраж енного
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
— диф ф узорны х 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
Ш аг цепочки 103, 149
Ш ирина эллипса озвучения 97,
156
Ш ум акустический 32
— гуляния в парке 33, 169
на Д ворцовой
площади
в Л енинграде 33, 169
стадионе (ф утбол)
33,
169
— разговорный 33, 169
с бубнением 33, 169
— тракторный 33, 169
— транспортный (ж д ) 33, 169
Экспертиза качества 25
Эллипс озвучения 97, 141
Э хо 26, 27, 63
ОГЛАВЛЕНИЕ
П редисловие
Глава
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
.
1. Основы теории передачи и восприятия звука
3
4
Основные характеристики звукового поля
. . . .
4
Некоторые
свойства с л у х а ........................................................
6
Характеристики
речевого и музыкального сигналов
.
13
Характеристики открытых п р о с т р а н с т в .......................................... 25
Характеристики трактов передачи речевых и музыкаль­
ных с и г н а л о в ....................................................................................................34
Глава
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
.
2.
Системы з в у к о ф и к а ц и и .................................................. 59
Требования к системам
звукоусиления и озвучения
.
59
Системы
о з в у ч е н и я .................................................................................... 64
Уровни прямого звука на местах слуш ателей
. . .
69
Н еравномерность о з в у ч е н и я ....................................................................83
М етоды нейтрализации помех в системах звукофикации
107
Уровни ощущения р е ч и .........................................................................121
Индексы тракта передачи р е ч и ........................................................ 124
Глава
3. М етодика проектирования систем звукофи­
.............................................................................................................................133
кации
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
В в е д е н и е ...................................................................................................................133
Выбор системы
озвучения • .................................................................137
Расчет геометрических данных с и с т е м ы ........................................ 139
Расчет уровней звукового п о л я ........................................................ 150
Расчет индексов тракта и выбор
типа микрофона
,
160
Расчет разборчивости р е ч и .................................................................164
Расчет уровня звукового поля при передаче речи и вы­
бор аппаратуры з в у к о у с и л е н и я .............................................................167
Г л а в а 4. Примеры расчета систем звукофикации ти­
пичных объектов на открытом в о з д у х е .....................................................176
4.1. Звукофикация больш ого зеленого театра
. . . .
176
4.2. Звукофикация концертной площадки и лектория на от­
крытом в о з д у х е .......................................................................................... 183
4.3. Звукоусиление на большой
п л о щ а д и .........................................189
4.4. Звукоусиление на большой площ ади с движ ущ ейся ав­
томашины
...................................................................................................... 196
4.5. Звукоусиление речи на небольш ой площ ади
. . .
197
4.6. Озвучение и звукоусиление на большом
стадионе
. 203
4.7. Звукофикация прибреж ной зоны отдыха
. . . .
209
4.8. Озвучение больш ой выставки на открытом воздухе
.
213
4.9. Озвучение с п о р т п л о щ а д к и ..................................................................215
4.10. Озвучение ш ирокого п р о с п е к т а ........................................................221
4.11. Озвучение
узкой
у л и ц ы ................................................................ 228
303
4.12.
4.13.
4.14.
4.15.
4.16.
4.17.
Озвучение аллей п а р к а ........................................................
О звучение
перрона
ж елезн одорож ной станции
О звучение вагонных г о р о к ................................................
Озвучение
т а н ц п л о щ а д к и ..................................................
О звучение удаленной з о н ы ................................................
О звучение площ ади с дальней дистанции
Приложение
1. Звукофикации
Приложение
2.
Расчет
Приложение 3 . Р асчет
нием ЭВМ
(для систем
229
230
240
247
251
253
большой
площади
255
звуковых полей
на ЭВМ
274
разборчивости речи с примене
звукоусиления)
. . . .
288
Приложение 4. Параметры
аппаратуры
для звукофи
кации
............................................................................................................
Список
л и т е р а т у р ы ...........................................................................
Предметный у к а з а т е л ь .........................................................................
295
299
300
МИХАИЛ АНДРЕЕВИЧ САПОЖКОВ
Звукофикация открытых пространств
Заведующий редакцией В. JI. 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/ 3 2 Бумага типогр. № 1
Гарнитура литературная
Печать высокая
Уел. печ. л. 15,96
Уел. 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» Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полигра­
фии и книжной торговли: 113054, Москва, Валовая, 28.
М-А'Сапожмв
i
«Радио и связь»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
8 958 Кб
Теги
prostranstv, otkrytykh, zvukofikatsiya, 1sapozhkov
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа