close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1sapozhkov m a zvukofikatsiya pomeshcheniy proektirovanie i r

код для вставкиСкачать
М .А .С А П О Ж К О В
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
К РАСЧЕТ
МОСКВА*СВЯЗЫ979
32.871
С19
УДК 534.874(84)
С19
Сапожков М. А.
Звукофикация помещений: Проектирование и рас­
чет.— М.: Связь, 1979.— 144 с., ил.
55 к.
С одерж ит рекомендации по выбору систем озвучения и звукоусиления
и их элементов (громкоговорителей, микрофонов, аппаратуры звукоусиле­
ния), расчет разборчивости речи, акустические расчеты помещений и м е­
тодику проектирования систем озвучения и звукоусиления, иллюстриро­
ванную примерами.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, заня­
тых радиообслуж иванием .
30403— 021
С-------------------- 4 4 —79
0 4 5 ( 0 1 )— 79
2402030000
ББК 32.871
6Ф 1.3
ИБ № 434
Михаил Андреевич Сапожков
ЗВ У К О Ф И К А Ц И Я ПОМ ЕЩ ЕНИЙ.
ПРОЕКТИ РО ВА Н И Е И РАСЧЕТ
•
Редактор Е. Э. З у е в с к а я
Обл. худож ника Л. В. Б р ы л е в а
Художественный редактор Р. А. К л о ч к о в
Технический редактор К. Г. М а р к о ч
Корректор Л . С. А п а с о в а
Сдано в набор 22
Т-21881
Формат
Печать высокая
И зд.
И здательство
IX 1978 г.
П одп. в печ. 27/XII 1978 г.
60X90/ie
Бумага тип. № 2.
Гарнитура литературная
9,0 уел. печ. л.
10,65 уч.-и зд. л.
Тираж 12 000 экз.
№ 18253
Зак. № 245
Цена 55 коп.
«Связь». М осква 101000, Чистопрудный бульвар, д . 2
Типография издательства «Связь» Госкомиздата СССР
Москва 101000, ул. Кирова, д. 40
© И здательство «Связь», 1979 г.
П Р Е Д И С Л О В И Е
В последнее время возникла необходимость в литерату­
ре, посвященной вопросам проектирования систем звукофикации помещений с учетом новых методик расче­
та разборчивости речи, включая расчет разборчивости
речи для трактов с компрессорами и ограничителями.
Необходимо отметить, что во всех звукофицируемых помещениях
предусматривается звукоусиление
речи. При этом обязательным требованием является
полная понятность ее. Для этого создают уровни звуко­
вого поля, обеспечивающие требуемую разборчивость
речи в заданных условиях шумов и помех.
При звукоусилении музыкальных передач необходи­
мо обеспечить только требуемые (для данного вида пе­
редачи) уровни звукового поля и неравномерность озву­
чения независимо от уровней шумов и помех, так
как методики расчета основного показателя для музы­
кальных передач — качества звучания — нет и пока не
определены критерии, по которым можно было бы, хотя
бы приближенно, рассчитать качество звучания. Таким
образом, методика расчета систем звукофикации для
музыкальных передач является более простой, чем для
речевых. Учитывая это, в данной книге основное внима­
ние уделяется проектированию систем звукофикации по­
мещений для речевых передач и указаны особенности
расчета звукофикации помещений для музыкальных пе­
редач.
Вопросы стереофонии в книге не рассматриваются,
так как не разработана методика расчета подобных си­
стем. Можно лишь сказать, что необходимы два раз­
дельных канала с одинаковыми параметрами. Каждый
из каналов должен рассчитываться как монофониче­
ский.
Автор выражает благодарность рецензенту канд.
техн. наук доц. Г. Н. Сталь.
Все замечания следует направлять в издательство
«Связь» по адресу: 101000, Москва, Чистопрудный буль­
вар, д. 2.
Автор
Г Л А В А
П Е Р В А Я
Основы теории передачи и восприятия звука
l.i.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
Звуковые волны, излучаемые источниками звука, распространя­
ются в окружающей нас среде в форме продольных колебаний,
т. е. в виде перемещающихся сгущений и разрежений среды в на­
правлении от источника звука. Скорость движения волн с в воз­
духе при температуре 20° С и нормальном атмосферном давлении
составляет около 340 м/с. Пространство, в котором происходят
звуковые колебания, называется звуковым полем. Звуковое поле
характеризуют чаще всего звуковым давлением р, интенсивностью
звука / и плотностью звуковой энергии s.
Звуковым давлением называется давление, дополнительно воз­
никающее в газообразной или жидкой среде при прохождении
через нее звуковых волн. Звуковое давление является знакопере­
менной величиной: в местах сгущения частиц среды оно положи­
тельное, в местах разрежения — отрицательное, и измеряется в
паскалях (П а )1.
Интенсивностью звука называют количество звуковой энергии,
проходящей в единицу времени через единицу площади, перпен­
дикулярной к направлению распространения звуковой волны
(Вт/м2).
Плотность энергии представляет собой количество звуковой
энергии, заключающееся в единице объема (Дж/м3).
Интенсивность звука связана с действующим значением звуко­
вого давления [1] соотношением
I = pVpc,
(1.1)
где р — плотность среды; с — скорость звука; рс=412 кг/м2 с, а с
плотностью звуковой энергии [1]
1 = с 8,
(1.2)
откуда г = р 21рс2.
Поверхность, соединяющую все смежные точки пространства с
одинаковой фазой волны, называют фронтом волны. Фронт волны
в каждой из его точек перпендикулярен направлению распрост­
ранения волны, т. е. звуковому лучу, проходящему через эту
точку.
1 П аскаль равен ньютону на квадратны й метр (Н /м 2). Ранее дл я звукового
давления использовали единицу «бар», равную дин на сантиметр квадратны й
(1 Па ==10 дин/см2).
4
Различают три основные формы фронта волны: плоскую, сферическую и цилиндрическую. В плоской волне энергия не расходится (звуковые лучи идут параллельно друг другу), и поэтому
интенсивность звука, амплитуда звукового давления и средняя
плотность энергии не изменяются при удалении от источника звука.
Это справедливо в пределах десятка метров, при большем удале­
нии они постепенно уменьшаются из-за ряда потерь (например,
из-за вязкости среды и т. п.).
В сферической волне при удалении от источника звука интен­
сивность убывает по квадратичному закону [1]
/ = V r 2,
(1.3)
а звуковое давление
P = Pi/r,
(1.4)
где / 1 и р 1 —интенсивность и звуковое давление на расстоянии
1 м от источника звука; г — расстояние от источника звука, м.
В цилиндрической волне интенсивность убывает по гиперболи­
ческому закону
/ = Ii/r, Р* = р\/г.
(1.5)
В помещениях звуковые волны отражаются от ограничиваю­
щих поверхностей, и поэтому создается сложное поле в общем
случае с неравномерным распределением параметров в нем. Р аз­
личают поле прямого звука, представляющее поле звуковых волн,
идущих от источника звука до отражающих поверхностей, т. е. не
претерпевших ни одного отражения, и поле отраженных звуков.
Иногда для прямого звука используют термин «прямая волна»,
но его можно спутать с «плоской волной», поэтому в литературе
по звукоусилению используют термин «прямой звук». Поле пря­
мого звука определяется так, как если бы источник звука нахо­
дился в неограниченном пространстве. Если вследствие много­
кратных отражений средняя плотность энергии становится одина­
ковой во всех точках помещения и средний поток звуковой энер­
гии одинаковым во всех направлениях, то такое поле называют
диффузным.
Очень часто параметры поля выражают в уровнях параметров.
Уровень параметра — величина, пропорциональная логарифму от­
носительного значения параметра, и измеряется в децибелах. Со­
ответственно уровни интенсивности звука, звукового давления и
плотности энергии равны:
^ = 1 0 1 g ( // /o), Lp = 201g(р/Ро)>
Le =101g(e/eo).
(1.6), (1.7), (1.8)
где / = / „ 10°'1L/; р = р 0 10°wb = р 0 10°.°s<v-94); е==8о IOo,il8 ^
Принято [13], что нулевому уровню интенсивности звука со­
ответствует величина интенсивности / 0= 1 0 -12 Вт/м2 (она близка
к величине порога слышимости в тишине на частоте 1000 Гц). Из
(1.1) и (1.2) следует, что нулевому уровню по звуковому давле5
фщю содтдстствует давление;
гии ео^ З - 10~15 Д ж /м 3.
ро~2* 10~5 Па, а по плотности Энер­
Разумеется, что в соответствии с (1.1) и (1.2) все эти уров­
ни практически равны друг другу до тех пор, пока рс ж
^ 4 0 0 кг/(м 2-с), и можно говорить просто об уровне звукового по­
ля.
1.2 .
НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА
Порог слышимости — это эффект скачкообразного появления
заметного на слух ощущения звука при плавном возрастании
раздражающей силы от нуля или некоторого уровня, не вызы­
вавшего слухового ощущения. Величину порога слышимости
обычно характеризуют соответствующими параметрами раздра­
жающей силы, т. е. интенсивностью звука, звуковым давлением или
плотностью энергии. Порог слышимости зависит от ряда факто­
ров и, прежде всего от частоты тона (рис. 1.1). Выражая вели-
Г ’ ¥ !'•
Рис. 1.1. Пороги слышимости
в тишине:
1 — фронтальный;
Р ис . 1.2. Э квивалентная электрическая схе­
ма внутреннего уха
2 — диф ф узны й
чины параметров звукового поля в уровнях, можно получить и ве­
личины порога слышимости безотносительно к отдельным пара­
метрам звукового поля. Соответственно этому на рис. 1.1 по оси
Ординат дан масштаб в уровнях звукового поля.
Маскировка — повышение порога слышимости при наличии
щумов или помед па отношению к порогу слышимости в тишине.
Эффект маскировки определяют разностью порогов слышимости
(для чистого тона1 заданной частоты) в шумах и в тишине
где
М = Рш-|Зт>
(1.9)
Рш= 101g(/n с ш/ / 0), P x = 1 0 1 g (/n.c.T//0);
(1.10), (1.11)
рш и рт — уровни порога слышимости и шумах
Iu.c.m и /пел — соответствующие им интенсивности.
и в тишйне;
1 П од чистым тОном подразумеваю тся звуковые колебания синусоидальной
д]эормы. В дальнейшем для краткости мы будем опускать прилагательное «чис­
той » и под термином. *тон» будем иметь в вйду чистый тон.
6
Эффект маскировки забйсит от ряда факторов. В первую
очередь он определяется уровнем маскирующего звука. Сущест­
венное значение имеет и форма огибающей спектра шумов: низ­
кочастотные составляющие шумов маскируют звуки высокой
частоты лучше, чем высокочастотные составляющие шумов —
звуки низкой частоты. В случае дискретных шумовых спектров
эффект маскировки получается наибольшим для звуков, частот­
ные составляющие которых располагаются вблизи частот маски­
рующих составляющих. Поэтому эффект маскировки для слож­
ных помех можно определить только экспериментально. Однако
для шумов со сплошным спектром при достаточно равномерном
распределении его плотности по частотному диапазону эффект мас­
кировки можно легко рассчитать исходя из резонансной теории
восприятия звука.
В основу этой теории положен тот факт, что тон определен­
ной частоты вызывает колебания только вполне определенного
волойна (и, лишь частично, соседних волокон) основной мембра­
ны, находящейся в улитке внутреннего уха. Получается нечто
похожее на процессы в гребенке резонаторов, настроенных на
разные частоты звукового диапазона: на высокие — в начале
улитки и низкие— в ее конце (рис. 1.2). Такое расположение
резонаторов объясняет большую эффективность маскирующего
действия низкочастотных составляющих.
Каждой из групп волокон соответствует резонансный контур,
ток в котором эквивалентен скорости колебаний волокна. При
колебаниях волокон происходит возбуждение соответствующих
им окончаний слухового нерва, в результате чего в мозг посту­
пают импульсы тока. Нервные окончания всегда возбуждаются
до Максимума. Но так как они располагаются на разных рассто­
яниях от волокна, то при увеличении амплитуды колебаний во­
локна общее возбуждение слухового нерва происходит по сту­
пенчатому закону. Естественно, что если наиболее близкая к
волокну часть нервных окончаний уже возбуждена шумами, то
пришедшие звуки не возбудят
других
нервных
оконча­
ний, если эти звуки имеют уровень ниже уровня шумов. Когда
амплитуда колебаний волокна от действия тона превышает ам­
плитуду колебаний того же волокна от действия шума н притом
на вполне определенную величину, появляется слуховое ощуще­
ние данного тона. Поскольку резонатор, соответствующий волок­
ну, интегрирует интенсивность шума в некоторой полосе частот,
определяемой добротностью резонатора, условие появления ощу­
щения тона приближенно имеет вид [1] / п . с . ш = /п г А /к р , где / щ=
=
д//Д/ — спектральная плотность шума, В т/(м 2-Гц);
ЛДф— полоса пропускания слухового резонатора на уровне
—3 дБ, называемая критической полоской слуха; /д/=— интен­
сивность шума в узких (не уже критической) полосах частот Д/.
С учетом этого выражение (1.10) преобразовывается к виду
рш — l O l g ^ m Д / к Р/70) — -Вш + /Ссл>
( 1. 12)
7
где Вш= 10lg(/m//o) — уровень спектральной плотности шума1,
т. е. уровень интенсивности в полоске шириной 1 Гц; /о — интен~
сивность, соответствующая нулевому уровню (70= 10—12 Вт/м2),
• K c n = 1 0 1 g i A f Kp — логарифмическая критическая
полоска слуха.
В табл. 1.1 даны значения критической полоски слуха для
ряда частот речевого диапазона.
Т аб л и ц а 1.1
Ширина критических полосок слуха
/ , Гц
200
300
40 0
5 00
800
1000
1400
2000
3000
4000
5000
6000
7Ссл>
1 5 ,8
1 5 ,4
1 5 ,4
1 5 ,6
1 6 ,0
1 6 ,5
1 7 ,4
1 8 ,4
2 0 ,0
2 1 ,0
2 1 ,9
2 2 ,2
38
34
34
36
40
45
55
69
100
126
154
166
А /кР> Гц
Из выражения (1.12) видно, что уровень порога слышимо­
сти равен уровню шумов в критической полоске слуха:
Рш =
А п +
/С е л =
( 1- 13)
А р-
Поэтому этот порог не зависит от величины порога слышимости
в тишине. Это положение справедливо только для шумов с об­
щим уровнем интенсивности не ниже 40 дБ. Общий уровень шу­
мов в любомпомещении, в котором находятся слушатели, как
правило, выше этой величины.
Если повышать уровень шумов в критической полоске слуха
более 50 дБ, то маскирующий эффект будет нарастать быстрее,
чем уровень шума [5]:
Рш =
Дш +
( 1- 1 4)
/С сл +
где т — дополнительная маскировка (табл. 1.2). Это объясняет­
ся нелинейностью слуха.
Таблица
1.2
Зависимость дополнительной маскировки т от уровня акустических ш умов L a
•Га> д Б
77
83
88
92
96
99
102
105
108
110
т, д Б
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
В соответствии с резонансной теорией слуха восприятие зву­
ков с дискретным спектром происходит путем интегрирования
спектральных составляющих звука, попадающих в одну и ту же
1 В дальнейшем мы будем называть его спектральным уровнем.
8
критическую полоску слуха, т. е. на заданной
тивный уровень такого звука
Lf = Bf + /СсЛ,
где
Bf = 101g ( / д^/Д//0)
частоте
эффек­
(1.15)
(1.16)
— спектральный уровень звука в критической полоске слуха на
частоте /, а /д / — суммарная интенсивность в этой полоске.
Уровень ощущения сигнала. Согласно закону Вебера и Фехнера слуховое ощущение раздражающей силы звукового сигнала
пропорционально еелогарифму, т. е. E = a \ g l + С. Вообще гово­
ря, этот закон сугубо приближенный, но для речевогосигнала
он достаточно точен. По определению порога слышимости уро­
вень ощущения для него равен нулю, поэтому С = —a \ g I UXf
откуда £,= a l g ( / / / n.c), или в децибелах
£ - 101g (///„.«) =
(1.17)
гдерп.с = Ю lg (/п.с//о)— уровень порога
слышимости; / п.с—
пороговое значение интенсивности звука;L = 1 0 1 g (///0) —уровень
тона с интенсивностью I.
Выражение (1.17) справедливо и для случая звукового сигна­
ла в условиях шума, если в него подставить величину порога
слышимости в шумах, т. е. в соответствии с (1.15) и (1.13) уро­
вень ощущения (на заданной частоте f)
Е = B f - \ - 1{сл— Рш ~
(1 .1 8 )
а учитывая (1.14),
E = Bf — Bm— tn.
(1.19)
Слитность звучания. Слуховое ощущение звука после его пре­
кращения исчезает не сразу, а постепенно, плавно уменьшаясь
до нуля. Длительность задержки слухового ощущения характе­
ризуется постоянной времени слуха. Вследствие этого свойства
наблюдается интегрирование кратковременных звуковых им­
пульсов и слитное восприятие звуков, запаздывающих друг отно­
сительно друга. Д ля слитного восприятия двух звуков необходи­
мо, чтобы последующий звук запаздывал на вполне определен­
ный промежуток времени (не более 50 мс). Но и при большем
запаздывании слитность звучания может не нарушиться, если
последующий звук имеет уровень, значительно ниже первого. На
рис. 1.3 (кривая 1) приведена зависимость необходимой разно­
сти уровней обоих звуков от времени запаздывания, при кото­
рой последующий звук не воспринимается на слух как самостоя­
тельный. Если разность уровней этих звуков не превышает оп­
ределенного предела (кривая 2), то запаздывающий звук не
снижает разборчивость речи.
При многократном повторении звуков, если разность между
общим уровнем и уровнями запаздывающих звуков в зависимо­
9
сти от разности времени их запаздывания не выходит за преде­
лы, ограниченные кривой 1: звучание будет слитным. При боль­
шое числе запаздывающих звуков, с разными значениями вре­
мени запаздывания, часть интенсивности звуков, запаздывающих
более чем на 50 мс, как бы добавляется к интенсивности основ­
ного звука, усиливая его. При этом чем больше время запазды­
вания звука, тем меньше его взнос в интенсивность основного
звука. Остальная часть интенсивности запаздывающих звуков
является помехой приему основного звука. Звуки, запаздываю-
/
у
УА
J/
{
200 Ш
Рис. 1.3. Порог слитного восприятия
двух звуковых импульсов Ц ) и по­
рог мешания восприятию от дейст­
вия запазды ваю щ их волн (2) в з а ­
висимости от временного интервала
меж ду ними
500800 №20002000 5000Ги,
Рис. 1.4. Индекс н аправ­
ленности слуха при д в у ­
ухом слушании в д и ф ­
фузном поле
щие на время более 100 мс, целиком являются помехой. Исходя
из этого приближенно считают [4], чТо интенсивность звуков,
запаздывающих на 60 мс и менее, полностью суммируются с ин­
тенсивностью основного звука, а звуки, запаздывающие на 60 мс
и более, — полностью являются помехой.
Индекс направленности слуха для диффузного поля. При пер­
пендикулярном падении звуковой волны на ухо имеют место и
отражение волны и дифракция ее. Соотношение между интенсив­
ностями отраженной и дифрагирующей волн зависит от отноше­
ния длины звуковой волны и размера головы. Так как волна от­
ражается от головы, то звуковое давление у уха повышается. На
частоте 500 Гц это повышение составляет около 1 дБ, а на час­
тоте 2000 Гц доходит до максимума и составляет 6 дБ. При дву­
ухом слушании в случае падения волны спереди явление отра­
жения почти не сказывается. Если же звуковая волна падает под
различными углами, как это свойственно диффузному полю, то
на низких частотах звуковое давление возле ушей примерно рав­
но звуковому давлению в той точке неискаженного поля, в кото­
рой находится центр головы (под термином «неискаженное по­
ле» подразумевается звуковое поле до внесения в него рас­
сматриваемого приемника звука, в данном случае — головы слу­
шателя). На высоких частотах это давление удваивается.
10
Частотная зависимость отношения звукового давления у
ушей к звуковому давлению в неискаженном поле получается
более пологой, чем при перпендикулярном падении на ухо слу­
шателя. Так, на частотах 200—300 Гд приращение звукового дав­
ления вследствие отражения составляет около 1 дБ, а прираще­
ние в 6 дБ получается только на частотах 6000—7000 Гц. На
рис. 1.4 приведена частотная зависимость приращения уровня
ALv для диффузного поля. Согласно определению индекса на­
правленности [1] величина ALV является индексом направленно­
сти головы как приемника давления. Следовательно, индекс на­
правленности ее при двуухом слушании в диффузном поле не
превышает 6 дБ, а на частоте 1000 Г ц — около 3 дБ.
1 .3 .
ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЧЕВОГО И МУЗЫКАЛЬНОГО
СИГНАЛОВ
Частотный спектр речевого сигнала. Многочисленные иссле­
дования речевого сигнала [4] и, в частности, спектрального со­
става русской речи [5] показали, что в среднем спектр имеет фор­
му, представленную на рис. 1.5. Как видим, средний спектраль­
ный уровень речи на самых низких речевых частотах (200—
300 Гц) почти постоянен, затем начинает спадать с крутизной
до 10 дБ/октаву, а на самых высоких речевых частотах (4000—
5000 Гц) крутизна спектра уменьшается до 6 дБ/октаву.
В соответствии с определением спектральной плотности общий
уровень речевого сигнала
b p = 1 0 1 g ^ j 4 ( M = 1 0 1 g ? 10°-1BP(f)^ 1 0 1 g ^ 2 / p(/ft)A /ft, (1.20)
0о
о
0 *=1
где B p(f) — спектральный уровень речи на частоте /; / р(/)л ;
~ U f k JAfk.
Заметим, что в случае когда затухание или усиление тракта
во всем речевом диапазоне частот имеет одинаковое значение, то
s ; = s ;
о- 2 »
где\В 'р и /./*>— спектральный и общий уровень речи на входе
тракта передачи речи (или на входе участка его); B"v и L"р —
то же самое на выходе тракта или его участка.
Если рассматривать речевой сигнал как случайный процесс
(теоретически это верно только для интервалов времени не ме­
нее 5— 15 с), то общий уровень (1.20) будет равен усреднен­
ному уровню речц за длительный промежуток времени. В прак­
тике с ошибкой не более 1 дБ это положение справедливо и для
интервалов времени 0,2—0,5 с.
Амплитудное распределение уровней речевого сигнала. Иссле­
дование амплитудного распределения уровней речевого сигйала
для различных участков Частотного диапазона показало, что по
W
форме они почти одинаковы. Поэтому с достаточной для практи­
ки точностью можно считать распределение одинаковым во всем
речевом диапазоне частот.
На рис. 1.6 приведено интегральное распределение уровней
для среднего голоса. По оси абсцисс отложена разность между
текущим и средним уровнями в данной полосе частот, а по оси
ординат — относительная длительность пребывания уровня сиг­
нала не ниже его текущего значения. Из этих данных следует,
Рис. 1.5. О гибаю щ ая речевого спектра
Рис. 1.6. Амплитудное распре*
деление уровней речи:
Д — динамический диапазон;
пик-фактор речи
П —
что длительность пребывания уровня выше среднего значения
составляет 20%, а общая длительность уровня, превышающего
средний на 12 дБ и более, составляет 1%. Заметим, что уровни,
занимающие не более 1% от общей длительности передачи, не
воспринимаются слухом, и поэтому принято считать, что пико­
вый уровень неискаженной речи превышает средний на 12 дБ.
Вследствие этого пикфактор речи считают равным 12 дБ (см.
рис. 1.6). На рис. 1.6 также показан динамический диапазон ре­
чевого сигнала как разность 1 и 99-процентных уровней сигнала.
Уровни речевого сигнала. При определении уровней речевого
сигнала следует иметь в виду, что (в зависимости от условий
произнесения речи и субъективных данных говорящего) общий
уровень ее может изменяться в широком диапазоне значений.
Так, в тихом помещении, при беседе, уровень речи на расстоя­
нии 1 м от рта говорящего в среднем равен 68 дБ. При разгово­
ре по телефону в хороших условиях этот уровень обычно дости­
гает 71 дБ. Оратор в условиях низких уровней шумов в зале
создает средний уровень (тоже на расстоянии 1 м от рта), рав­
ный 74 дБ, а при повышенных уровнях шумов и громком голо­
се оратора средний уровень речи иногда может оказаться даже
равным 77—80 дБ. Следовательно, средний уровень речевого
сигнала может изменять свои значения в пределах не менее
12 дБ. Наблюдение за уровнями речи показало, что при произнесе­
нии докладов, лекций и других информационных сообщений на­
иболее часто имеют место средние уровни в пределах 71—74 дБ.
Очевидно, что разборчивость речи для уровня 74 дБ всегда бу­
12
дет несколько выше, чем для уровня 71 дБ, поэтому в целях соз­
дания некоторого запаса в разборчивости речи, а также запаса
устойчивости тракта в отношении его самовозбуждения следует
ориентироваться на средний уровень речи, равный 71 дБ на рас­
стоянии 1 м от рта. А для определения необходимой номиналь­
ной мощности громкоговорителя и усилителя — ориентироваться
на передачу пикового уровня речи, т. е. на 80 дБ для расстояния
1 м от рта. В этих условиях пики речи для среднего уровня ее,
равного 71 дБ, будут ограничены только на 3 дБ.
При передаче речи со средним уровнем выше 71 дБ можно
уменьшать усиление тракта на соответствующую величину, а
ораторам со средним уровнем речи ниже 71 дБ (таких голосов
немного) рекомендуется приблизиться к микрофону или форси­
ровать голос.
Разборчивость и понятность речи. Определяющим требовани­
ем к любому тракту передачи речи является обеспечение им пол­
ной понятности передаваемой речевой информации, иначе данный
тракт не будет выполнять своей функции.
Понятность речи является качественной характеристикой. По­
этому введено понятие разборчивости речи, являющееся количе­
ственной характеристикой тракта передачи речи. Под разборчи­
востью речи подразумевают отношение числа элементов речи,
правильно принятых слушателями, к общему числу элементов,
переданных по тракту. В качестве передаваемых элементов речи
используют звуки, слоги, слова, цифры, фразы. В связи с этим
определяют звуковую, слоговую, словесную, цифровую или фразо­
вую разборчивость речи.
Между всеми этими видами разборчивости есть вполне опре­
деленные статистические взаимозависимости. Для каждого язы­
ка эти взаимозависимости, вообще говоря,
различны. На рис. 1.7 приведена соответст­
вующая взаимозависимость между слого­
вой 5 и словесной W разборчивостью для
русской речи [7].
Хорошо известно, что тренированные
слушатели принимают большее количество
элементов речи, чем нетренированные. При
этом тренировка иногда может проходить
быстро (например., при передаче слов в хо­ Рис. 1.7. Зависимость
роших условиях приема), а иногда — мед­ словесной разборчи­
ленно (например, при передаче слогов в ус­ вости речи от слого­
вой
ловиях значительных искажений и помех).
Поэтому для получения стабильных резуль­
татов измерение разборчивости проводят с помощью специально
натренированной бригады слушателей и дикторов. Такую брига­
ду называют артикуляционной. Для артикуляционной бригады
получается разборчивость речи, максимально возможная в за-»
данных условиях передачи и приема речи, т. е. отличающаяся от
данных для обычного слушателя, но зато эти результаты доста­
13
точно стабильные и повторяющиеся. 'Поэтому величины разбор­
чивости речи, измеренные артикуляционной бригадой, для како­
го-либо тракта сами по себе ничего не говорят об абсолютной
величине понятности речи, обеспечиваемой данным трактом, т. е.
о понятности речи для обычных слушателей. Для определения ее
надо знать связь между абсолютной величиной понятности речи и
величинами разборчивости речи, полученными с помощью арти­
куляционной бригады. Для определения этой связи были прове­
дены массовые испытания с обычными разговаривающими або­
нентами. В качестве последних были взяты все возможные кате­
гории телефонных абонентов по возрасту, подготовке и т. п., с
различной степенью тренировки к слушанию речи, различными
слуховыми и речевыми данными. Каждый из слушателей и дик­
торов участвовал в испытаниях кратковременно и поэтому не
получал какой-либо дополнительной тренировки. Тракты были
взяты самые разнообразные, и условия варьировались в широком
диапазоне. Это было сделано для того, чтобы охватить все воз­
можные условия приема и передачи речи. Разговор велся в обе
стороны под контролем людей, фиксировавших, как понимали
друг друга разговаривающие абоненты. Д ля удобства ведения
разговора и отражения свойств русской речи были использова­
ны специальные разговорники — тесты.
Оценка отлично ставилась, если абоненты не переспрашива­
ли друг друга; хорошо, если переспрашивались отдельные ело*
ва, главным образом, редко встречающиеся; удовлетворитель­
но — при частых переспросах и утомительном напряжении слу­
ха при разговоре. Наконец, оценка предельно-допустимо дава­
лась при неоднократных переспросах одного и того же материа­
ла и при полном напряжении слуха. Одновременно с помощью
тренированной бригады артикулянтов были измерены величины
слоговой-и словесной разборчивости. Этим способом были уста­
новлены градации абсолютной величины понятности речи и соот­
ветствующие им величины разборчивости речи. В табл. 1.3 при­
ведены стандартизованные результаты этих испытаний.
Т а б л и ц а
1.3
Разборчивость речи для различных градаций понятности
Разборчивость, %
Понятность
П редельно допустимая
Удовлетворительная
Хорошая
Отличная
слоговая
словесная
25—40
40—55
55—80
80— 100
75— 87
87—93
93—98
98— 100
Данными табл. 1.3 пользуются для случаев передачи речи с
неограниченным словарем используемых слов и в том числе со
специальной терминологией. Д ля ограниченного словаря те же
14
градации понятности могут быть получены при меньшей разбор­
чивости, Так,, например, для передачи информации в форме
кратких служебных сообщений отличная понятность получается
при слоговой разборчивости, равной 50% вместо 80% для общего
случая. Поэтому для диспетчерских систем необязательная сло­
говая разборчивость речи, превышающая 50%. В театрах, ауди­
ториях, лекционных залах требуется отличная понятность; в по­
мещениях для собраний, митингов допускается хорошая понят­
ность речи, Но во всех случаях стремятся получить возможно
более высокую разборчивость речи с учетом экономических и
технических требований,
С помощью формантной теории структуры речи, увязанной с
основными свойствами слуха ,и характеристиками трактов пе­
редачи речи, были разработаны теория разборчивости речи и
соответствующая методика ее расчета.
Понятие формант. При произнесении речи человек переме­
щает язык, нижнюю челюсть, губы и небную «занавеску», т. е,
весь артикуляционный аппарат речи, по вполне определенному
закону л д я каждого звука речи. Неточность их перемещения при­
водит к неточности произнесения этого звука, а следовательно, к
снижению его разборчивости, Поэтому-то дикторами должны
быть люди с хорошей дикцией.
При вполне определенном для каждого звука расположении
артикуляционного аппарата получаются вполне определенные
резонансные частоты полостей рта и носа. В результате этого
происходит усиление спектральных составляющих на вполне оп­
ределенных (для каждого звука) участках частотного диапазона
(рис. 1.8).
дВ В
55
50
05
00
55
50
15
\
Nг
X
ч
V
X
! vf
17
_1К
и \ 1 iU
/
* \
УыГ
Чч\
/\
\/
/
№
f7
\
\
200 500 ООО 600 80010001000 20005000 5000Ги
Рис. 1.8. Спектральные оги­
бающие звуков р е ч и :--------- «в»;
-----------«т»; —х—х—х«м»
Рис. 1.9. Плотность распре­
деления формант по частот­
ному диапазону
Области концентрации энергии в частотном диапазоне, полу­
чающиеся при произнесении какого-либо звука речи, носят на­
звание его формант. Каждый звук речи имеет несколько фор­
мант. Кроме формант, есть еще антиформанты, т. е. области ну­
левых значений спектра. Они имеют большое значение для рас­
15
познавания некоторых звуков речи, но в расчетах разборчиво-*
сти речи их обычно не учитывают, так как они маскируются шу­
мами. Каждая из формант для заданного звука находится на
вполне определенном месте в диапазоне частот, конечно, при пра­
вильном его произношении. Д ля ряда звуков речи во время их
произнесения происходят перестройка артикуляционного аппа­
рата и соответствующее изменение резонансных частот, поэтому
для таких звуков введено понятие формантных переходов. Фор­
мантные переходы для каждого из них располагаются в опреде­
ленных участках частотного диапазона. Кроме того, для этих
звуков имеет значение не только расположение формант, но и
тенденция их изменения. Все это учитывается при распределении
формант по частотному диапазону.
Частотное распределение формант. Речь состоит из большого
количества звуков речи (основных фонем1 в русской речи 41, с
позиционными вариантами их более 120). Поэтому форманты
полностью заполняют весь частотный диапазон речи от 150 до
7000 Гц. В нем нет «пустых» промежутков, форманты распола­
гаются не только вплотную, но даже перекрывают друг друга.
В зависимости от частоты повторения звука речи частость
встречаемости формант того или иного звука различна. Поэто­
му и встречаемость формант в определенной полосе частот раз­
лична.
На рис. 1.9 приведена плотность распределения формант по
частотному диапазону для русской речи, т. е. вероятность появ­
ления их в полосе шириной 1 Гц.
Установлено, что каждая из формант дает свою часть инфор­
мации о звуке речи и эти части независимы друг от друга. Это
дает возможность арифметического суммирования вероятностей
появления формант. Иными словами, вероятности появления
формант обладают свойством аддитивности. Поэтому если взять
полосы частотного диапазона с одинаковой вероятностью появ­
ления формант в каждой из них, расположенные в разных участ­
ках речевого диапазона, то разборчивость речи (при передаче
каждой из этих полос) будет одинаковой. Такие полосы назва­
ли полосами равной разборчивости, а суммарную вероятность
появления формант во всем диапазоне— формантной разборчи­
востью. В соответствии с этим свойством формант и частотным
распределением вероятности появления формант (см. рис. 1.9)
весь частотный диапазон речи делят на 20 полос равной разбор­
чивости (табл. 1.4). В каждой из этих полос содержится 5%
формантной разборчивости.
1 Фонема является минимальной единицей речи, существующей в виде конкретных физических реализаций, называемы х звуками речи. По отношению к
звуку речи фонема представляет то ж е самое, что и конкретная рукописная
буква в письме по отношению к точному начертанию ее в изолированном виде
(фонема — это то, что человек хочет сказать, а звук речи — это то, что он
произносит).
16
Таблица
1.4
Границы полос равной разборчивости для русской речи
№
1
2
3
4
5
6
7
Границы, Гц
200—330
330—465
465—606
605—750
750—900
900— 1060
1060— 1230
№
9
10
11
12
13
14
Границы, Гц
Границы, Гц
1230— 1410
1410— 1600
1600— 1800
1800—2020
2020—2260
2260—2530
2530—2840
15
16
17
18
19
20
2840—3200
3200— 3630
3630—4150
4150—4790
4790—5640
5640—7000
Д ля перехода к другим видам разборчивости речи были най­
дены их зависимости от формантной. На рис. 1.10 приведена за­
висимость слоговой разборчивости 5 от формантной А для рус­
ской речи.
Рис. 1.10. Зависимость
слоговой
разборчивости
речи от формантной
Рис. 1.11. Зависимость коэф ф и­
циента восприятия от уровня
ощущения формант
Распределение уровней формант. Как показали исследования
[4], мощность формант в диапазоне выше 300 Гц по отношению
к мощности речи в этом же диапазоне составляет 98%. И это
вполне понятно: в формантах сконцентрирована основная мощ­
ность речи. Ввиду этого уровни формант практически совпадают
с уровнями речи в одних и тех же полосах частот. Соответствен­
но средний уровень формант в полосе частот, например в поло­
се, равной разборчивости, почти равен среднему уровню речи в
той же полосе. Аналогично можно сказать и о спектральной
плотности интенсивности формант. Таким образом, получается
что амплитудное распределение уровней формант, во-первых,
одинаково для всех полос равной разборчивости и, во-вторых,
совпадает с амплитудным распределением уровней речи
(см.
рис. 1.6). Соответственно этому на рис. 1.6 по оси абсцисс отло­
жена разность между средним и текущим уровнями формант, а
по оси ординат — интегральная вероятность появления формант
с уровнем не ниже данного (текущего), т. е. относительное вре17
мя пребывания уровня формант на данном текущем значении и
выше.
Восприятие формант. Если уровни формант, даже самые минимальные по значению, в какой-нибудь достаточно узкой (см.
§ 1.2) полосе частот будут выше уровней шума в той же поло­
се, то в соответствии со свойствами слуха (1.18), (1.19) все фор­
манты 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 равной раз­
борчивости, то формантная разборчивость будет равна 0,05, или
5%. Если же уровень шума в этой полосе будет превышать ми­
нимальный уровень формант в той же полосе частот, то в зави­
симости от величины этого превышения та или иная часть
формант будет замаскирована шумами и поэтому не будет вос­
принята слухом. Введено понятие коэффициента разборчивости
(по другой терминологии — коэффициента восприятия), под ко­
торым подразумевается относительная величина снижения фор­
мантной разборчивости в полосе частот по сравнению с полным
значением формантной разборчивости в этой полосе. Иными сло­
вами, при наличии шумов, по уровню превышающих уровни не­
которых формант, коэффициент разборчивости становится мень­
ше единицы. Чем больше уровень шумов, тем больше формант
маскируется и уменьшается коэффициент разборчивости. Таким
образом, величина разборчивости формант, например в k -й поло­
се равной разборчивости, будет составлять АЛ^ = 0,05ш^, где
wk — коэффициент разборчивости
(восприятия)
в &-й полосе
частот.
Коэффициент разборчивости может быть отождествлен с ин­
тегральной вероятностью появления формант, имеющих уровни,
превышающие
порог
слышимости,
создаваемый
шумами
(рис. 1.11).
Заметим, что зависимость, приведенная на рис. 1.11, идентич­
на зависимости на рис. 1.6, но с переменой знака по оси абсцисс.
На рис. 1.11 для иллюстрации показан пример определения коэф­
фициента разборчивости по заданному порогу слышимости.
В соответствии с (1.17) под уровнем ощущения формант пони­
мают превышение их уровня над порогом слышимости. По этому
зависимость, приведенную на рис. 1.11, можно рассматривать как
зависимость коэффициента разборчивости от уровня ощущения
формант. Согласно такому отождествлению на рис. 1.11 по оси
абсцисс дан масштаб для уровней ощущения.
Поскольку в расчетах используется сплошной спектр1, то уро­
вень ощущения формант (1.18)
£ = Яф + /СсЛ- ( 5 ш,
(1 .2 2 )
где Вф — спектральный уровень формант, численно равный
1 При усреднении речевого сигнала
сплошным.
18
частотный
спектр
речи
сред­
становится
нему спектральному уровню речи в той же полосе равной разбор*
чивости, т. е.
(1.23)
Так как уровни шумов в вещании и звукоусилении часто не на­
столько велики, чтобы учитывать дополнительную маскировку, то
уровень ощущения формант
(1.24)
Е = Вр— Вш,
где В ш — суммарный спектральный уровень всех шумов и помех.
Учитывая (1.24), зависимость, приведенную на рис. 1.11, мож­
но рассматривать как зависимость коэффициента разборчивости
от разности средних уровней речи и шумов.
Зависимость коэффициента разборчивости от уровня ощуще­
ния формант (см. рис. 1.11) с достаточной для практики точно­
стью может быть заменена прямой на участке уровней ощуще­
ния от 0 до + 18 дБ (по отношению к среднему уровню ощуще­
ния формант). Поэтому коэффициент разборчивости для таких
уровней ощущения может быть вычислен по приближенной фор­
муле
w — (Е + 6)/30.
(1.25)
Определение величины разборчивости. Если известны спект­
ральные уровни речи и шумов (с помехами) во всем диапазоне
частот, т. е. для всех полос равной разборчивости, то по ним из
(1.24) и (1.25) могут быть найдены коэффициенты разборчивости
Wu и общая формантная разборчивость
20
20
,
20
(1.26)
где wk — коэффициент разбдрчивости в k -и полосе. Здая значение
формантной разборчивости А, по рис. 1.10 и 1.7 нетрудно найти
слоговую 5 и словесную W разборчивость, а ло табл. 1.2 опреде­
лить градацию понятности передачи.
Характеристики музыкального сигнала. В отличие от речевого
сигнала музыкальный сигнал характеризуют только частотным и
динамическим диапазонами и усредненными уровнями (средним и
пиковым). Аналога разборчивости и понятности речи для музы­
кального сигнала пока не найдено. Правда, с помощью субъек­
тивных экспертиз оценивают качество звучания музыкальных пе­
редач, но методов расчета этого качества пока нет.
Частотный диапазон передаваемого музыкального сигнала сим­
фонического оркестра находится в пределах 30— 15 000 Гц, по но­
вым данным для высококачественного звучания надо передавать
еще более широкиш диапазон.
Динамический диапазон музыкального сигнала составляет для
симфонического оркестра 65—75 дБ, для камерных оркестров
55—65 дБ. Такой диапазон не всегда ^возможно воспроизвести в
19
помещении, поэтому его обычно сжимают в трактах передачи сиг­
нала до 50—60 дБ.
Средние уровни музыкального сигнала, определяемые в точках
зала при оптимальном расстоянии слушателя от оркестра или ис­
полнителя, составляют: для симфонического оркестра при гром­
кости форте-фортиссимо 95— 100 дБ, для камерных оркестров и
небольших ансамблей при той же громкости 90—95 дБ. Для
сольного исполнения с музыкальным сопровождением получается
такой же уровень, хотя при струнном музыкальном сопровожде­
нии средний уровень не превышает 85—90 дБ.
Пиковые уровни для музыкальных сигналов, определяемые в
тех же точках зала, превышают средние (для той же громкости ис­
полнения) на 20 дБ для симфонического оркестра и на 12 дБ для
пения.
1 .4 .
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕЩЕНИЙ
Основными характеристиками помещений являются время ре­
верберации и акустическое отношение.
Время реверберации. При выключении источника звука звуко­
вые колебания в помещении затухают не сразу, а постепенно, в
течение некоторого промежутка времени. Временем реверберации
называют время, в течение которого плотность энергии умень­
шается в 106 раз, а звуковое давление в 103 раз по отношению к
начальному значению, т. е. уровень интенсивности уменьшается на
60 дБ. Время реверберации по Эйрингу [1]
r = 0,161W (a'5s + 4fxF),
(1.27)
где V — объем помещения, м3; 5^ — суммарная величина
ограничивающих поверхностей помещения, м2; Ss = 2
всех
(*>
а' = — 1п(1— аср) = аср+ Да
— реверберационный коэффициент поглощения;
(табл. 1.5);
“ ср = ( 2
S* + £
“*■
Nn) /
= A'Sv
(1.28)
(Да — поправка
(1 .2 9 )
(h)
(л)
— средний коэффициент поглощения;
А — общий фонд поглощения, создаваемый ограничивающими по­
верхностями помещения и различными предметами, находящими­
ся в нем (стульями, креслами, диванами и людьми); аь, — коэф­
фициент поглощения k-ik поверхности; S& — площадь k -и поверх­
ности, м2; ап— коэффициент поглощения п-го предмета; N n— число
предметов; р,— коэффициент затухания, м-1. Величина р, (рис.
1.12) для частот ниже 1000 Гц очень мала, но с увеличением час­
тоты (выше 1000 Гц) быстро растет. Она также зависит от влаж ­
ности среды т]. Наибольшее значение коэффициентов затухания
20
Т а б л и ц а 1.5
Поправки Д а
При п ереходе от а ср к а'
При п ереходе от а'
к V
аср
Да
аср
Да
а'
Да
а'
Да
0 ,0 3
0,04
0,05
0,06
0 ,0 7
0,08
0 ,0 9
0 ,1 0
0,11
0 ,1 2
0,13
0,14
0,15
0,16
0 ,1 7
0,18
0 ,1 9
0 ,20
0,21
0,001
0,001
0,001
0,002
0,003
0,003
0,004
0,005
0,007
0,008
0,009
0,011
0,013
0,014
0,016
0,019
0,021
0,023
0,026
0 ,2 2
0 ,2 3
0,24
0,25
0 ,2 6
0 ,2 7
0 ,2 8
0 ,2 9
0 ,3 0
0,31
0 ,3 2
0 ,3 3
0,34
0 ,35
0 ,3 6
0 ,3 7
0,38
0 ,3 9
0,40
0,029
0,031
0 ,034
0,038
0,041
0,045
0,0 4 9
0 ,053
0,057
0,061
0 ,066
0,071
0,076
0,081
0,086
0 ,092
0,098
0 ,1 0 4
0,111
0 ,0 4
0 ,0 5
0 ,0 6
0 ,0 7
0 ,0 8
0 ,0 9
0 ,1 0
0,11
0 ,1 2
0 ,1 3
0 ,1 4
0 ,15
0,16
0 ,1 7
0 ,18
0 ,1 9
0 ,2 0
0,21
0 ,2 2
0 ,2 3
0 ,2 4
0,25
0 ,2 6
0 ,2 7
0,001
0,001
0,00 2
0,00 2
0 ,0 03
0,004
0,0 05
0,006
0 ,007
0 ,008
0 ,009
0,011
0 ,012
0,014
0,015
0 ,017
0 ,0 1 9
0,021
0,02 3
0,025
0,027
0 ,029
0,031
0,033
0,28
0 ,2 9
0,30
0,31
0 ,3 2
0,33
0,3 4
0,35
0 ,3 6
0 ,37
0 ,38
0,39
0 ,40
0,41
0,42
0 ,43
0 ,4 4
0,45
0,46
0,4 7
0,48
0 ,49
0,50
0,51
0,0 3 6
0,038
0,041
0,0 4 3
0,046
0 ,0 49
0 ,0 5 2
0,055
0,058
0,061
0,064
0 ,0 6 7
0 ,0 7 0
0,074
0,077
0,081
0,084
0,088
0,091
0 ,0 9 5
0,0 9 9
0,103
0,107
0,112
Рис. 1.12. Зависимость коэффициента затухания звука в воздухе от влаж ности ц и частоты
(параметр)
Рис. 1.13. Зависимость времени
оптимальной
реверберации
от
объема помещения
получается при относительной влажности около 15%. С поправоч­
ной величиной 4рУ в формуле Эйринга считаются только при
расчете больших помещений (У>1000 м3). Если средний коэффи­
циент поглощения а Ср < 0 ,1 , то так как в этом случае Л а< 0 ,0 0 5
21
и а'я^аср (см. табл. 1.5), из (1.27) получают время реверберации
по Сэбину
Т = 0,161/аср52,
(1.30)
Установлено [ п . что оптимальное значение реверберации за­
висит от объема помещения и вида исполнения. Соответствующие
данные оптимальной реверберации для речевых передач Гр0пт~
^ 0 ,3 1 g K —0,05 и концертных исполнений 7к.опт~0,5 lg К—0,3
приведены на рис. 1.13. Как видно из рисунка, оптимальное значе­
ние реверберации для речевых передач находится в пределах от
0,5 (для очень малых помещений) до 1,2 с (для очень больших
помещений). Но очень часто приходится передавать речь и не в
оптимальных для нее условиях, например в больших концертных
залах, театрах и т. п. В этом случае приходится считаться с ме­
шающим влиянием реверберационного процесса. Из (1.21), (1.28)
и (1.29) и условия Г=Гопт следует, что средний коэффициент по­
глощения а ср определяется тем или иным оптимумом ревербера­
ции. Это имеет существенное значение для расчетов систем звуко­
усиления.
Постоянную времени слуха, определяющую собственный реверберационный процесс слуха и равную примерно 125— 150 мс, мож­
но привести к условиям измерения времени реверберации, если
пересчитать ее для уменьшения уровня на 60 дБ после выключе­
ния источника звука (вместо уменьшения в е раз по звуковому
давлению, т. е. на 8,64 дБ). Тогда получается собственное время
реверберации слуха: Гсл= (0,8-М,0) с. Поэтому помеха от ревер­
берации начнет проявляться при значении времени реверберации
только больше 0,7 с. Эмпирическая формула поправки_в- децибе­
лах на величину эквивалентных помех от реверберации имеет
вид
A L n r = 1 0 1 g r 5/3 + 3.
(1 .3 1 )
При Т = 2/3 с величина ALuT = 0. Следовательно, при осуществле­
нии оптимальной реверберации для речевых передач эта помеха
обычно невелика, и с нею приходится считаться только в случае
больших помещений, когда время реверберации превышает 1 с.
Оптимальное время реверберации зависит также от частоты.
Как правило, необходимо стремиться к тому, чтобы отклонения
времени реверберации от оптимального значения не превышали
допустимых (рис. 1.14), но конечным критерием допустимости от­
клонений являются разборчивость речи и качество звучания.
Акустическое отношение. Плотность энергии в помещении со­
стоит из двух частей: плотности энергии прямого епр и отражен­
ного 8д звука. Звуковое поле отраженного звука обычно называ­
ют диффузным [1]. На самом деле оно может значительно отли­
чаться от диффузного и только приближенно (в пределах нерав­
номерности озвучения) рассматриваться как диффузное. Отноше­
ние диффузной составляющей к составляющей прямого звука
* = V « n p = p £ /p 2 p
22
(1-32)
называют акустическим отношением. Если перейти к уровням и
идей, а через
чер'
обозначить через Ьд уровень диффузной составляющей,
£пР—уровень прямого звука [Рд— 201g (Рд/Ро), ^пр = : 201 g (Рпр/Ро) ] >
то разность этих уровней, дБ.
La—Lnp = 101gP = AL^,
(1.33)
где для удобства обозначений сделана замена lOlgiR на ALR.
Эту величину также называют акустическим отношением. При этом
уровень суммарной плотности энергии
«2 I 2'
пр
£v=101g- PR +Р,
Ро
Акустическое отношение является одним из количественных по­
казателей акустики помещения. Если оно велико, то речь стано­
вится неразборчивой, а музыка, особенно при быстром исполне-
Рис.
мых
1.14. Границы допусти­
отклонений оптимальной
реверберации:
I — для речевого сигнала; 2 — для
музыкальных сигналов
нии, превращается в какофонию. Если акустическое отношение
меньше единицы, то музыка звучит отрывисто, теряется плав­
ность
исполнения.
Речь
звучит
также
отрывисто,
но
если акустическое отношение несколько больше 0,5, то разборчи­
вость речи не снижается. Поэтому стремятся для речевых пере­
дач обеспечивать акустическое отношение в пределах 1—4, а для
музыкальных исполнений в пределах 2— 10. Правда, для некото­
рых видов исполнения (органная музыка) это отношение допуска­
ется по верхнему пределу до 16—20.
Помехи в помещении от полезного сигнала. К этим помехам
относятся помехи от реверберирующего звука и помехи от диф­
фузного звука. Первые определяются временем реверберации, а
вторые — акустическим отношением. Известно [1], что установив­
шееся значение плотности энергии в помещении
em = 4nPJcacpS^.
(1.34)
С учетом (1.2) звуковое давление в установившемся режиме оп­
ределяется равенством p2—^ c n P J a cvS ^ , где яР а — акустическая
мощность всех источников звука, находящихся в помещении. Сле­
довательно, так называемая диффузная часть плотности энергии
(точнее, плотность энергии, создаваемая отраженными звуковыми
23
волнами) [1 ]ед = 4пРа (1 — a Cp)/caCpSs , или, переходя к давле­
нию,
Рд = 4р спРа (1 — a cp)/acp Ss.
Откуда уровень диффузной составляющей
Ьл =
101g
4Р CtlPa (1
«ср
Кср) = 1Qlg _яРа(1-— 1^ср). . +
pi
126
(1_35)
«cpSs
Акустическая мощность источника звука [1]
Р а = 4хс р^/р с Qr,
(1.36)
где pi — звуковое давление на расстоянии 1 м от источника звука;
Qr — коэффициент осевой концентрации источника звука (громко­
говорителя). Этот коэффициент равен отношению акустических
мощностей ненаправленного й данного громкоговорителей при
равенстве звукового давления на их акустических осях [1], т. е.
Qr= Ра.нн/Ра.н при /?нн=/?н. Это определение равнозначно отно­
шению квадратов звуковых давлений на акустических осях нена­
правленного и направленного громкоговорителей при равенстве
их акустических мощностей, т. е.
при Рам—Р&.вн- Соответственно выражение для диффузной состав­
ляющей может быть приведено к следующему виду:
р \ = 1 6 n n p 2 (l_ a cp)/Qra cpS2,
(1.37)
в котором акустическая мощность заменена коэффициентом осе­
вой концентрации и звуковым давлением. Уровень диффузной со­
ставляющей
Z-д = 101g --6-ЯП- - - ~— --- = /- ! + 101g 16л^ 1~ ttcp)- ,
Q i-acp
Pq
(1.38)
£2ra cp
где L 1= 2 0 lg (p i/p 0) — уровень на расстоянии 1 м от громкогово­
рителя по его акустической оси.
Д ля так называемых ненаправленных громкоговорителей, на­
пример диффузорных, находящихся в ящиках с закрытой задней
стенкой, коэффициент осевой концентрации отличается от едини­
цы. Так, для типовых громкоговорителей, находящихся в таких
-ящиках, коэффициент осевой концентрации на частотах выше
2000 Гц достигает 3—5. Поэтому плотность энергии диффузного
звука в озвучаемом помещении соответственно уменьшается. При
расчетах следует подставлять в ф-лу (1.37) величину коэффици*
ента осевой концентрации даже для диффузорных громкоговори­
телей.
Заметим, что для ряда громкоговорителей (например, кресель«
пых), для которых можно пренебречь излучением в тыльную по­
лусферу, величина диффузной составляющей будет вдвое меньше
по интенсивности, а уровень на 3 дБ ниже. Если считать, что по24
глощается не только излучение в тыльную полусферу, но частич­
но и в фронтальную, то одновременно будут одинаково уменьше­
ны уровни прямого звука и диффузной составляющей. Это равно­
сильно уменьшению мощности громкоговорителей. Акустическое
отношение при этом не изменится.
Д ля определения этих величин необходимо рассмотреть раз­
личные системы озвучения, что и будет дано в следующей главе.
Так как диффузная составляющая характеризует помеху от от­
раженных звуков, целесообразно ее уменьшать. Из (1.38) следу­
ет, что при заданном уровне на выходе громкоговорителя L*
уменьшение ее возможно путем увеличения среднего коэффици­
ента поглощения а Ср (при этом уменьшается и время ревербера­
ции) или коэффициента концентрации.
Чтобы не усложнять расчеты, к уровню прямого звука не до­
бавляют полезную часть диффузной составляющей, а уровень по­
мех от диффузной составляющей считают равным Ln= L R—24, с
учетом выражения (1.33) Ln — ^пр + AL r — 24.
Все же в ряде случаев учитывают увеличение уровня прямого
звука из-за добавления к нему однократно отраженного звука*
когда разность между временем прихода прямого и отраженного
звуков очень мала. Так это делают для мест, находящихся
у задней и боковых Стен. Можно считать, что на местах,
отстоящих от боковых стен не более чем на 3—5 м и от задней
не более чем на 2—3 м, прямой и отраженный звуки сливаются
и не нарушают локализацию источника звука.
Уровень помех в точке помещения увеличится на ALT, когда в
ней окажется центр головы слушателя (в соответствии с данны­
ми рис. 1.5), и тогда
Ln = 4ip +
+ Д — 24.
С учетом помех от действия реверберации современем Т
[см. (1.31)] уровень помех в помещении, воспринимаемый слуша­
телем, Ln=Lnp+ALH+ALr +A Lnr —24. Соответственно для спект­
ральных уровней
-Sn = Aip + A L r + А Z/p+ Д L ?— 21,
где ALnr заменено с учетом (1.31) на
A L T— 101g Т5/3 =
lg 7\
(1.39)
(1.40)
О
1 .5 .
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОВ ПЕРЕДАЧИ
РЕЧЕВЫХ И М УЗЫКАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Тракт передачи речи начинается у рта диктора или оратора и
заканчивается у уха наиболее удаленного слушателя1. В тракт
1 П од точкой наиболее удаленного слуш ателя подразумеваю т
озвучиваемой поверхности с минимальным уровнем прямого звука.
точку
на
25
входят: первый акустический участок — от рта до точки простран­
ства, в которой будет помещен микрофон; аппаратурная часть
тракта — от входа микрофона до выхода излучателя и второй аку­
стический участок — от выхода излучателя до уха слушателя.
Для музыкальных сигналов первый акустический участок тракта
менее определенный, чем для речевого. Он начинается где-то в
центре источника музыкального сигнала.
Чувствительность аппаратуры. Чувствительность аппаратуры
представляет отношение звуковых давлений на выходе и входе
аппаратуры при передаче синусоидального сигнала, т. е.
■^“ Рвых/Рвх*
Стандартный индекс усиления— разность уровней
ного сигнала на выходе и входе аппаратуры
Q CT = 2 0 1 g t f = L BbIX- L
BX.
(1*41)
синусоидаль­
( 1 .4 2 )
В тех случаях, когда используются громкоговорящие устрой­
ства, за звуковое давление и уровень на выходе аппаратуры при­
нимают звуковое давление р х и уровень
в неограниченном про­
странстве на расстоянии 1 м от акустического центра громкогово­
рителя по акустической оси, т. е.
= LV
( 1 .4 3 )
За звуковое давление и уровень на входе аппаратуры принимают
звуковое давление рм и уровень звукового сигнала LM той точки
неискаженного поля, в которой будет находиться акустический
центр микрофонапри условии фронтального падения звуковой
волны намикрофон по его акустической оси. Входное звуковое
давление и входной уровень связаны следующей зависимостью:
LBX= 2 0 1 g ( р вх/р о ) = 2 0 1 g ( р м/ р 0) = LM.
В состав аппаратуры обычно входят: микрофоны, регуляторы,
усилители; линия и громкоговорители. Чувствительность аппара­
туры зависит от частоты, поэтому измерение ее проводят на сину­
соидальном тоне для ряда частот заданного диапазона. Д ля гра­
дуировки аппаратуры звуковое давление или уровень берут чис­
ленно равным общему (по всему спектру) звуковому давлению
или уровню, развиваемому при речи на акустической оси рта на
заданном расстоянии микрофона от него.
Следовательно, чувствительность аппаратуры (1.40)
£вы х = 2 0 1 g ( / w / P o ) =
2 0 1 g (Р х /Р о )
К — pjPm ~ КмКрКуКлКг,
где Км= и ш/рж— чувствительность микрофона1; Kj>=UBX/UM— за ­
тухание в регуляторах усиления; /Су= t/вых/^вх — общий коэффи­
циент усиления усилительных устройств; Кл = и г1иВЫх — затухание
в линии; Кт= Р\/иг — чувствительность громкоговорителя по на­
пряжению1;
— напряжение, развиваемое микрофоном при зву­
1 Под чувствитечьностью микрофона и громкоговорителя
чувствительность по их акустическим осям.
26
подразум евается
ковом давлении /?м; UBX— напряжение на входе усилителя; £/Вых—
напряжение на выходе усилителя; UT — напряжение на входе
громкоговорителя; стандартный индекс усиления (1.42)
QcT Qm
Qy
Qr := -^1 -^м»
где QM— уровень осевой чувствительности микрофона; ар — зату­
хание в регуляторах; Qy — усиление усилителя; ал — затухание в
линии; Qr — уровень чувствительности громкоговорителя. Все ве­
личины выражены в децибелах. Уровень чувствительности микро­
фона в децибелах определяют по отношению к 1 В/Па (QM=
= 20 lg Км) , уровень
чувствительности
громкоговорителя — к
1 Па/В (QP= 2 0 lg /Сг).
Чувствительность тракта. Полная (ортотелефоническая) чувст­
вительность тракта передачи речи равна отношению звуковых дав­
лений прямого звука в точке нахождения наиболее удаленного
слушателя и на стандартном расстоянии от рта говорящего (за
стандартное расстояние от рта обычно принимают 1 м). В этом
случае полный индекс тракта [9] для синусоидального тона пред­
ставляет собой разность уровней прямого звука в точке удаленно­
го слушателя Lc и на стандартном расстоянии от рта L 'р:
QoT=Qp.M+ Q CT+Q r.c = ^ c - ^ ; .
(1-44)
где Qp.m= £m — L 'p — изменение уровня звуковых колебаний на
первом акустическом участке: QCT — стандартный индекс усиле­
ния аппаратуры; Qr.c = L c—L\ — затухание звуковых колебаний на
участке от громкоговорителя (вернее от точки на расстоянии 1 м
от него) до расчетной точки помещения, т. е. точки удаленного
слушателя.
Прямой звук, идущий от источника звука в неограниченное
пространство, ослабляется в соответствии с законом распростра­
нения сферической волны (1.3) и (1.4), т. е. для любых двух то­
чек а и b
I J h = p lf p b2 = rllrl
или
для
уровней
L a—L& = 10 lg (I J h ) = 20 lg (га/гь),
Фр.м = ^ р .м
~ 2 0 1 g ( l / r M) ,
(1.45)
поэтому
( 1 .4 6 )
где Z/p — уровень речи на расстоянии 1 м от рта; LP.M— уровень
речи у микрофона (точнее, в точке свободного поля, н которую
должен быть помещен акустический центр микрофона); гш— рас­
стояние от рта до микрофона.
В расчетах часто приходится иметь дело с разностью между
уровнями прямого звука, создаваемыми громкоговорителем в
точке наиболее удаленного слушателя, и уровнем на входе мик­
рофона, создаваемым первичным источником звука. Есть два ас­
пекта этой разности. В дальнейшем часто придется иметь дело с
разностью между уровнем прямого звука, создаваемым громко­
говорителем в точке слушателя, уровнем на входе микрофона,
создаваемым источником синусоидального сигнала. Эта разность
27
равна разности спектральных уровней речи, шумов и т. п., соз­
даваемых соответствующими источниками, на частоте синусои­
дального сигнала. Эта разность называется индексом передачи
тракта
@м.с = Lfnp
Lfu = Впр— Вм.
(1.47)
Иногда же имеют дело с разностью между общим уровнем
прямого звука, создаваемым в точке слушателя при передаче ре­
чи, и общим уровнем, создаваемым диктором (оратором) на входе
микрофона. Эту разность иногда тоже называют индексом пере­
дачи тракта [9]. Д ля устранения многозначности назовем ее
«взвешенным» индексом тракта. Этот индекс зависит от формы
частотной характеристики тракта. Только в тех случаях, когда
неравномерность частотной характеристики тракта, по крайней
мере, в диапазоне частот 200—2000 Гц близка к нулю, можно го­
ворить о примерном равенстве взвешенного индекса передачи
тракта и среднего значения индекса передачи тракта в этом диа­
пазоне.
Итак, взвешенный индекс тракта (опускаем слово «передачи»)
Qb3B= Ьр.пр -^р.м •
( 1 *48)
Частотная характеристика тракта. Под частотной характерис­
тикой тракта подразумевают зависимость чувствительности или
индекса тракта от частоты. Обычно интересуются неравномерно­
стью частотной характеристики тракта. Акустические участки
тракта можно считать в первом приближении частотнонезави•симыми. Частотные характеристики усилителя и регулирующих ус­
тройств также почти идеальны, а затухание короткой линии в ос­
новном диапазоне практически не зависит от частоты. Поэтому
неравномерность частотной характеристики почти исключительно
определяется неравномерностью системы микрофон — громкого­
воритель.
Следует указать на то, что для получения оптимальных усло­
вий приема речи (см. § 1.3) частотная характеристика тракта пе­
редачи речи должна иметь форму, обеспечивающую одинаковое
превышение уровня речи над уровнем помех на выходе тракта (2.41),
поэтому в общем случае для ее передачи необходимо предусмат­
ривать коррекцию частотной характеристики тракта. Так как
большинство помех имеют равномерный спектр, то оптимальной
частотной характеристикой тракта передачи речи является харак­
теристика с подъемом в сторону высоких частот (с крутизной
6 дБ/октаву). Исходя из этого, неравномерность частотной ха­
рактеристики тракта передачи речи оценивают по отношению к
крутизне 6 дБ/октаву. Поэтому для повышения разборчивости
речи, особенно при передаче в шумах, применяют микрофоны с
частотной характеристикой, имеющей подъем в сторону высоких
частот (с крутизной до 6 дБ/октаву).
Динамический диапазон тракта. Под динамическим диапазо­
ном тракта подразумевается разность между максимально воз­
28
можным уровнем сигнала в точке удаленного слушателя и сум­
марным уровнем шумов и помех в той же точке. Максимально
возможный уровень сигнала обычно бывает ограничен или с на­
ступлением перегрузки тракта при повышении входного уровня
сигнала, или с наступлением самовозбуждения тракта из-за обрат­
ной акустической связи (см. § 2.7). При правильном согласова­
нии работы отдельных звеньев тракта
перегрузка наступает одновременно во №i---S
всех звеньях тракта, которым это свой­
г
30
ственно. Обычно перегрузка наступает
\
на частоте 400 Гц, так как на этой ча­ 20'
ч\
\
стоте громкоговорители имеют мини­
мальное входное сопротивление.
10
Суммарный уровень шумов и помех
у уха слушателя складывается из сле­ О
дующих составляющих: акустических -10
/
шумов в помещении, где находится
слушатель; акустических шумов, про­
никающих через тракт из помещения, Рис. 1.15. Спектральные оги­
в котором находится микрофон (при бающие акустических шумов:
ЭТО Ш у М Ы В ТОМ Ж е / — речевого типа; 2 — производст­
звукоусилении
венного характера
помещении); шумов, создаваемых ап­
паратурой, и помех от самомаскировки речи, создаваемых диффуз­
ной составляющей поля и реверберацией помещения (1.39). Аппа­
ратурные шумы для систем озвучения имеют очень низкий уровень,
поэтому ими всегда пренебрегают. Акустические шумы, проникаю­
щие через тракт из другого помещения (или того же самого), обыч­
но бывают также невысокого уровня, так как в студиях и им по­
добных помещениях уровни шумов невелики, а в тех случаях, когда
передача ведется из шумного помещения, применяют направленные
микрофоны, значительно понижающие их выходной уровень. Поэто­
му приходится считаться.только с акустическими шумами в поме­
щении, в котором находится слушатель, и с помехами от речи.
Акустические шумы. Акустические шумы разнообразны по
уровню и спектру, но в большинстве случаев максимальные зна­
чения спектральной плотности соответствуют частотам ниже
500 Гц, а .в области высоких частот спектральный уровень быст­
ро падает (рис. 1.15).
По уровню акустические шумы в непроизводственных помеще­
ниях можно классифицировать следующим образом:
1) «полная тишина» (слушатели даже затаили дыхание) 35—
40 дБ,
2) «нормальная тишина» 45—55 дБ,
3) отдельные тихие разговоры 55—60 дБ,
4) разговоры многих слушателей 65—70 дБ,
5) громкие разговоры, крики 75—80 дБ.
Уровни в производственных помещениях имеют широкий диа*
пазон — от 65 до 85 дБ и более.
29
Часто бывает такое положение, когда спектр шума задан из
числа типовых, а общий уровень отличается от приведенного
выше. В этом случае спектральные уровни шумов могут быть най­
дены по формуле
(1.49)
ВШ—^т.ш + (Ад Ар ш)>
где В т.ш и Lt.hi — спектральный и общий уровни типовых шумов;
Lm — заданный общий уровень шумов.
Это равенство основывается на том, что общая интенсивность
шумов связана со спектральной плотностью линейным соотноше­
нием. Общий уровень шумов
(1.50)
где 5m =101g { J J I о) — спектральный уровень на частоте / (1.12);
Jm = dIintldf^I& fk /Afk — спектральная плотность интенсивности.
На величины спектральных уровней шумов в помещении ока­
зывает влияние поглощающая способность ограничивающих по­
верхностей [1]. Как было показано (1.34), при заданной мощности
источника звука средняя величина плотности энергии обратно про­
порциональна среднему коэффициенту поглощения ограничиваю­
щих поверхностей помещения. Это соотношение полностью отно­
сится и к шумам. Поэтому спектральный уровень акустических
шумов зависит от среднего коэффициента поглощения: Ва=
= 10 lg (kPa.Hi/ctcpJ;
где k — коэффициент пропорциональности;
Ра.ш — акустическая мощность источника шума. Эта мощность
обычно неизвестна, поэтому уровень шумов определяют при зна­
чении времени реверберации Т = 1 с и вносят поправку на коэф­
фициент поглощения через время реверберации. Фактический спек­
тральный уровень шума является суммой типового спектрального
уровня шумов для времени реверберации 1 с и поправки к нему:
А В = 10 1 g 7 \
(1.51)
Соответственно этому изменится и общий уровень шумов.
Компрессия и ограничение динамического диапазона речевого
сигнала. Если из-за высоких значений уровней шумов и помех
или из-за невозможности повышения максимального уровня сиг­
нала в точках удаленных слушателей динамический диапазон
тракта оказывается уже, чем динамический диапазон речевого
сигнала, то для получения высоких значений разборчивости речи
приходится сжимать диапазон речевого сигнала с помощью ком­
прессоров и ограничителей. Применение их еще обусловлено и
тем, что некомпрессированныи речевой сигнал имеет относительно
широкий динамический диапазон, и поэтому из-за слишком боль­
шого пикфактора речи аппаратура (особенно мощные усилители
и громкоговорители) используется нерационально. При сжатии
динамического диапазона использование их мощности получается
30
более рациональным. Широкое применение нашли инерционные
ограничители уровня и компрессоры (§ 2.5).
Работа ограничителя уровня характеризуется зависимостью
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 L0гр. Ниже этого значения уровни остаются в том же
соотношении, что и на входе ограничителя. Это означает, что при
предельном ограничении все голоса будут одинаково громкими
на выходе ограничителя.
Рис. 1.16. Амплитудная
характеристика ограни­
чителя уровней
Рис. 1.17. Амплитудная х а ­
рактеристика
компрессора
(по уровням)
Постоянная времени срабатывания ограничителя обычно не
превышает доли миллисекунды, т. е. его срабатывание происхо­
дит почти мгновенно. В литературе [2] приводятся утроенные зна­
чения стандартной постоянной времени, что лучше характеризу­
ет длительность переходных процессов. Постоянная времени вос­
становления коэффициента передачи находится в пределах 0,15—
0,7 с. Вследствие такой большой постоянной времени звуки (низ­
кие по уровню 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, т. е.
динамический диапазон для них не сжимается. Если постоянная
времени невелика (не более 0,25 с), то ограничитель выравнивает
уровни по слогам (вернее, по уровням гласных звуков), а если
постоянная времени около 0,7 с, то получается выравнивание го­
лосов по их средней мощности. Интересно сопоставить эти вели­
чины с постоянными времени затухания колебаний в помещениях.
Они находятся в пределах ют 0,1 с (для студий) до 0,3 с (для
больших концертных залов) [1], так как равны времени ревербе­
рации Г, уменьшенной в 6,9 раза. Следовательно, постоянные вре­
мени ограничителя и помещений примерно одинаковы.
При предельном ограничении динамический диапазон речево­
го сигнала сжимается не более чем вдвое,-т. е. до 18—20 дБ. При
этом пикфактюр речи уменьшается на 4 дБ (с 12 до 8 дБ).
31
При ограничении уровня имеют место нелинейные искажения,
возникающие вследствие появления переходных процессов при из­
менении коэффициента передачи ограничителя.
Работа компрессора характеризуется зависимостью уровня сиг­
нала на выходе компрессора от входного уровня (рис. 1.17). Как
видно, сжатие всех уровней происходит в одинаковой степени
я = ctg a. Поэтому слабые по уровню голоса, хотя и приближаются
к уровням громких голосов, но не полностью, как при предельном
ограничении. Компрессоры имеют такие же постоянные времени,
как и ограничители. Вследствие этого происходит выравнивание
значений уровней по слогам или по мощности голосов. Внутри этих
интервалов динамические диапазоны почти не изменяются. По­
этому компрессоры дают сжатие динамических диапазонов (даже
при малых постоянных времени) не более чем в 1,5—1,8 раза.
При компрессии из-за переходных процессов имеют место не­
линейные искажения. Величина их примерно та же, что и при ог­
раничении уровня.
Сравнение компрессии и ограничения уровня приводит к выво­
ду, что для речи более подходит предельный ограничитель уров­
ня с постоянной времени на восстановление около 0,2 с [2]. При­
менение его особенно целесообразно в диспетчерских системах, а
также для передачи информационных программ при высоких уров­
нях шумов. В первую очередь это объясняется тем, что ограничи­
тель уровня гораздо проще по устройству и эксплуатации, чем
компрессор. А нарушение пропорциональности в динамике уров­
ней информационной речи не сказывается на ее разборчивости.
Д ля передачи художественной речи, вероятно, компрессор с эк­
спандером будут более подходящими.
Рассмотрим два крайних режима работы ограничителя. В од­
ном из них ограничитель подавляет пики речевого сигнала, не­
сколько снижая при этом уровни слабых звуков речи. Величина
этого подавления при ограничении на 10 дБ составляет 2 дБ, при
ограничении на 36 дБ она доходит до 14,5 дБ. Вследствие этого
разборчивость речи соответственно снижается. В таких случаях
следует повышать уровень речи после ограничителя. Этот режим
работы имеет то преимущество, что по сравнению с работой без
ограничителя пиковый уровень речи будет ниже на величину по­
давления. А это означает, что можно пользоваться менее мощны­
ми громкоговорителями и усилителями. Поскольку динамический
диапазон сжимается, то использование усилителя и громкоговори­
телей по мощности становится более эффективным. Подобный ре­
жим работы ограничителя назовем подавляющим, а ограничитель
в последующем изложении будем называть ограничителем-пода­
вителем.
В другом режиме уровень ограничения остается постоянным,
а изменяется коэффициент усиления перед ограничением. В этом
случае пиковый уровень сигнала остается постоянным, а увеличе­
ние ограничения соответствует повышению уровня слабых звуков.
Конечно, при этом также имеет место относительное подавление
32
слабых звуков речи, но оно целиком компенсируется усилением
перед ограничителем или после него. Этот режим работы ограни-»
чителя назовем усилительным, а ограничитель будем в последу-»
ющем называть усилителем-ограничителем.
Те же самые ограничители уровня и компрессоры в общем
случае пригодны и для передачи музыкальных сигналов, хотя ими
следует пользоваться осторожно, так как возможны искажения,
заметные при передаче симфонической музыки по первому или
высшему классу качества [14]. При передаче танцевальной музы*
ки их можно применять, так как повышается общий уровень зву*
ка и допускаются большие искажения (работа по второму классу
качества).
Г Л А В А
В Т О Р А Я
Системы звукофикации помещений
2 .1.
ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ
ЗВУКОУСИЛЕНИЯ И ОЗВУЧЕНИЯ
Из практики известно, что если помещение имеет объем свыше
2000 м3 или длину более 20 м, то голоса человека, как правило,
уже недостаточно для того, чтобы создать уровень громкости в
удаленных точках этого помещения, необходимый для полной по­
нятности передаваемой речи. А если уровень шумов в помещении
превосходит 60 дБ, то и в небольших помещениях (объемом око­
ло 200 м3) мощности человеческого голоса недостаточно для по­
лучения полной понятности речи. В этих случаях необходимо
применять звукоусилительную аппаратуру, состоящую из микро­
фонов,, усилителей и громкоговорителей.
То же самое можно сказать и в отношении сольных номеров и
камерной музыки. Д ля исполнителей со слабым голосом необхо­
димо звукоусиление и в небольших помещениях. Д ля больших
оркестров, играющих Даже в большом помещении, не требуется
звукоусиления. Но если оркестр небольшой, а необходимо создать
впечатление большего, то при соответствующем звукоусилении
этого можно добиться (в этом случае говорят о подусилении ор­
кестра). Сейчас распространена поп-музыка с довольно высоки­
ми уровнями исполнения. Это также требует применения звуко­
усилительной аппаратуры.
В системах звукоусиления микрофоны обычно находятся в поле
действия громкоговорителей, т. е. налицо обратная связь через»
систему звукоусиления. Это явление ограничивает возможности си­
стемы звукоусиления. Но иногда приходится иметь дело с пере­
дачей информации в помещения, изолированные от первичного' ис2—245
**
точника звука (от диктора, лектора и т. п.). В таких случаях для
передачи информации применяется система озвучения, состоящая
из вторичных источников звука — громкоговорителей. При этом
уже нет ограничения индекса тракта в форме обратной связи. Си­
стемы озвучения являются частным случаем систем звукоусиления
(величина обратной связи для них равна нулю).
Приведем требования, предъявляемые к системам звукоусиле­
ния и озвучения. При передаче речи определяющим является обес­
печение требуемой разборчивости речи во всех точках помеще­
ния, даже самых удаленных от основного источника звука, т. е.
от лектора, оратора, чтеца и т. п. Иначе разрабатываемая система
не будет выполнять своего основного назначения.
Как следует из предыдущего, для выполнения этого требова­
ния необходимо, чтобы тракт обеспечивал соответствующие пре­
вышения спектральных уровней речи над спектральным уровнем
помех и шумов, а это зависит как от общего уровня речи на мес­
тах слушателей, так и от частотной характеристики аппаратуры.
Д ля музыкальных передач первым требованием является соз­
дание соответствующего уровня на местах слушателей. В табл.
2.1 приведены рекомендуемые номинальные уровни звукового
поля [9].
Т аб л и ц а 2.1
Оптимальные значения параметров звукового поля, д Б
Назначение установки
Н еравномер­
ность
озвучения
М аксимальное
акустическое
отнош ение
9 4 -9 6
6
8— 10
94— 96
8
4— 6
80— 86
60— 70
6
4— 6
8— 10
100
8
Т
о
6
оо
В оспроизведение музыки и театраль­
ных эффектов
В оспроизведение
музыкальных п р о­
грамм; подусиление солистов
В оспроизведение развлекательных м у ­
зыкальных программ (танцы ); музыки
и речи в шумных помещ ениях
Усиление речи при
низких уровнях
ш умов
С оздание музыкального фона
Номинальный
уровень
Вторым требованием к любым трактам передачи, чаще всего
■к последнему его звену — помещению, являются оптимальность
звучания и отсутствие различных дефектов звучания в форме эха,
«бубнения из-за резонансов отдельных небольших объемов, резко­
го изменения времени реверберации из-за резонансов в поглоща­
ющих материалах, резкого повышения уровня в отдельных точках
помещения из-за фокусировки энергии, создаваемой куполами и
другими концентраторами энергии. Все эти дефекты влияют на
разборчивость речи в отдельных точках помещения и снижают
34
качество звучания любых передач. Поэтому по возможности они
должны быть устранены, а время реверберации и акустическое от­
ношение должны быть приближены к оптимальным для данного
помещения значениям (табл. 2.1).
Для обеспечения указанных требований показатели тракта (не­
равномерность частотной характеристики; номинальное звуковое
давление, развиваемое громкоговорителями; направленность и чув­
ствительность громкоговорителей и микрофонов; мощность усили­
тельного устройства; нелинейные искажения; шумы и т. п.) долж­
ны удовлетворять соответствующим нормам на эти показатели.
Третьим требованием к системам звукоусиления и озвучения
является возможно меньшая неравномерность озвучения, т. е. па
возможности минимальное изменение уровня звучания от точки
к точке. Величина неравномерности определяется как разность
= Анакс
Амин>
(2*1)
где Ьм&кс и ^мин — максимальный и минимальный уровни прямого
звука, создаваемые системой озвучения.
Неравномерность озвучения состоит из двух частей: неравно­
мерности средних значений уровня и интерференционной нерав­
номерности, создающейся в случае применения нескольких гром­
коговорителей. Пока вторая часть не учитывается из-за сложно­
сти расчета. Неравномерность по средним значениям приводит к
тому, что если в самых удаленных точках помещения обеспечен
необходимый уровень ЬМ1Ш, то в ряде точек он может оказаться
завышенным. Следствием этого являются ненужная перегрузка
слуха; излишний расход мощности; неприятное ощущение, испыты­
ваемое слушателем при его перемещении по помещению. Поэтому
в помещениях не допускается неравномерность озвучения больше
6 дБ. Вообще же всегда, когда это не противоречит требованиям
экономичности и техники обслуживания, стремятся к снижению
неравномерности озвучения. В табл. 2.1 приведены максимально
допустимые значения неравномерности озвучения.
Следует также указать на то, что соответственно основному
назначению системы звукоусиления необходимо, чтобы слушатель,
находящийся в удаленной точке, т. е. в точке с максимальным
акустическим отношением, имел те же условия слышимости, что
и слушатель, находящийся вблизи основного (первичного) источ­
ника звука. В частности, это относится к уровню передачи. Если
считать, что слушатель на расстоянии 1,5—2 м от лектора, орато­
ра и т. п. находится в оптимальных условиях слушания, а микро­
фон обычно располагается на расстоянии 0,3—0,5 м от говоряще­
го (рис. 2 J ) , то согласно (1.47) и рис. 2.1 имеем
Q„.c =
= 201g ( r j r j = - 201g 4 = - 1 2 дБ.
(2.2}
Поэтому ориентировочный индекс передачи тракта для речи на­
ходится в пределах — 10-i— 14 дБ. Но эта величина справедлива
только для случая низких уровней шумов.
2 -2 4 5
35
Из аналогичных рассуждений были определены требуемые ин*
дексы передачи и для звукоусилительной аппаратуры другого на*
значения. В табл. 2.2. приведены соответствующие рекоменда*
ции [9].
Рис. 2.1. И ллю стра­
ция основного прин­
ципа
звукоусиления
Т а б л и ц а
271
Расчет оптимального индекса передачи
Расстояние
от источника
звука до
микрофона
Назначение установки
V
Оптимальный
индекс
передачи, дБ
7,
о
7
0 ,3 —0 ,5
3
1— 1, 5
1
1 -2
3— 6
— 10
3— 6
— 36
0 ,0 5 -0 ,1
•к
Усиление речи
Усиление оркестров, хоров, ансамблей
П одусиление голоса
солистов при
удаленном микрофоне
Усиление голоса солистов при бл и з­
ком расположении микрофона
м
Оптимальное
расстояние
от источника
звука до
слуш ателя
гс, м
— 12
2.2.
СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ
Установилась следующая классификация систем озвучения по­
мещений и открытых пространств: сосредоточенные, зональные,
распределенные.
Сосредоточенные системы отличаются тем, что содержат один
или несколько громкоговорителей, расположенных достаточно
близко друг к другу (расстояние между крайними громкоговори­
телями должно быть меньше расстояния до ближайших слушате­
лей). К сосредоточенным системам с некоторым допущением
можно отнести и такие системы, в которых громкоговорители рас­
положены в одной части помещения, например по бокам сцены.
В сосредоточенных системах направление распространения
звука легко может быть совмещено с направлением прихода зри­
тельного ощущения, т. е. легко выполнить совпадение зрительного
и слухового образов. На рис. 2.2, 2.3 и 2.4 даны примеры распо­
ложения громкоговорителей в случае сосредоточенных систем. К
сосредоточенным системам относятся и группы громкоговорителей,
расположенных в виде «звуковой» люстры на потолке помеще­
ния.
36
В зональных системах озвучения громкоговорители располага­
ют на таких расстояниях друг от друга, что уровень звука в каждой из точек нахождения слушателей создается в основном од-*
ним, ближайшим, громкоговорителем и только на стыках зон
¥-
Рис. 2.2. Пример
громкоговорителей
* =
=
=
расположения
на авансцене
Рис. 2.3. Пример
расположения
громкоговорителей, когда разм ес­
тить их на авансцене невозм ож ­
но
ж
=
^ггттТТТТШПГ
« К - ----------
'С '
и ±V -
— ~к
—
гтттттпШ Т Т Ш Ш Ш М М М П
« j - -------------------------{
*<■
Рис.
2.4.
Пример
расположения
громкоговорителей при
раздельном
озвучении балкона и партера
Рис. 2.5. Распределенная система озвучения с одной настенной цепочкой
уровня от соседних громкоговорителей суммируются (по интен­
сивности). Это приводит к повышению уровня на стыках зон [9],
а соответственно и к снижению неравномерности озвучения. В
помещениях такие системы используют только в тех случаях, ког­
да в нем есть частично изолированные участки, например ниши,
37
или когда есть другие помещения, отделенные от основного низ­
кими или узкими арками и т. п. Балконы иногда можно рассмат­
ривать как частично изолированные помещения.
Распределенные системы представляют собой группу громкого­
ворителей, разнесенных на небольшие расстояния так, что в каж ­
дой точке помещения суммарный уровень получается от действия
всех или большей части громкоговорителей. Громкоговорители мо­
гут образовывать линейную группу, например, громкоговорите-
Т<
*=
^ ^^
6
_
Ih
***** ^
Г0
_
_ fj
™ИзВдчиВаемаяповерхность
ь
-------------------------------
-и
-1|
Рис. 2.6. Р аспределенная система о з ­
вучения с двум я настенными цепоч­
ками
Рис. 2.7. Распределенная си*
стема озвучения с одной по­
толочной цепочкой
лей, расположенных по какой-нибудь линии, большей частью пря­
мой. Ряд громкоговорителей, расположенных так, что их акустиче­
ские оси направлены в одну сторону и перпендикулярны прямой,
соединяющей громкоговорители, называют цепочкой. Цепочки
располагают на одной стене (рис. 2.5), на двух противоположных
стенах (рис. 2.6), на потолке в виде одной или двух цепочек
(рис. 2.7 и 2.8). Если громкоговорители располагаются по всему
потолку, то такое распределение называется решеткой. В зависи­
мости от порядка расположения громкоговорителей она бывает
шахматной или прямоугольной (рис. 2.9).
В распределенных системах слуховой и зрительный образы,
как правило, не совпадают. Исключением является одиночная це­
почка, располагаемая на передней стене, даже если эта стена до­
вольно широка. К распределенным системам также относятся
кресельные системы озвучения, когда на спинках каждого из кре­
сел укреплены индивидуальные громкоговорители, и уровень у
38
Рис. 2.8. Р аспределенная система озвучения с двум я потолочными цепочками
Рис. 2.9. Р аспределенная система
озвучения с потолочной решеткой
слушателя в основном создается своим и соседним громкоговори­
телями, хотя могут действовать и другие.
Наконец, в ряде случаев применяют комбинацию систем озву­
чения, например, сосредоточенную и зональную, сосредоточенную
и распределенную.
2.3 .
УРОВНИ ПРЯМОГО ЗВУКА НА МЕСТАХ СЛУШАТЕЛЕЙ
Сосредоточенные системы
Громкоговорители, сосредоточенные в передней части зала.
В этом случае один или несколько громкоговорителей располага­
ются на передней стене помещения, в плоскости рампы сцены или
на боковых стенах вблизи сцены и т. п.
Д ля одиночного ненаправленного громкоговорителя звуковое
давление и уровень прямого звука на расстоянии гг.с от него
связаны с развиваемыми им звуковым давлением и уровнем на
расстоянии 1 м от громкоговорителя р( и L( '[см. (1.4), (1.7),
(1.43)] следующими зависимостями:
Pnp = Px/'Y.c
(2-3)
Lnv = 201g (Px/zVr.c) = £ i- 2 0 1 g r r c .
(2.4)
И
При озвучении помещения одним направленным громкогово­
рителем звуковое давление дляпрямого звука на расстоянии гг.с под
39
углом 0 к акустической оси громкоговорителя [см. (1.4)]
Рпр = P iD (б)/гг с ,
(2.5)*
где Х>(0) = р ( 0 ) /р ( 0 ) — радиус-вектор диаграммы направленности
под углом 0. Из (1.43) и (2.5) определяется уровень прямого
звука (1.7)
4 Р = 201g (рПр/р0) = L l — 2 0 lg [ гг с / D (0 )].
(2 .6 )
Минимальное значение этого уровня будет в самой удаленной
от громкоговорителя точке помещения
V „ H„ = Z'x -2 O lg [rMaKC/D(0)] « Z ^ O l g Z ,
(2.7)
где Гмакс — расстояние от громкоговорителя до самого удаленного
слушателя (/*макс ~ 0 ; I — длина помещения.
Выражение (2.5) приближенно можно представить в более
удобной для расчета форме, если воспользоваться эллипсоидаль­
ной аппроксимацией характеристики направленности1 и методом
координат [6]. В этом случае для звуковой колонки (в заданной
точке с координатами и, v, w) звуковое давление прямого звука
Рпр = Р М Щ /г ,
Г _
/
+
“2 + И>2
DK№ ~ y
d \ (0r)
О гв Фв)
(2.8)
,.2~
где
1- г т |-4 •
(2.9)*
Г
Ас(0) — радиус-вектор характеристики направленности колонки*
если ось и направлена по акустической оси колонки, ось w — па
продольной оси колонки, а ось v — по поперечной (рис. 2.10а);
Dr (0г) и Z)B (!0 в ) — радиусы-векторы соответствующих диаграмм
направленности под углами 0Г и 10в. Для эллипсоидальной аппрокси­
мации
1 - е 2
# г ( 0г ) = —
г - ^ - и
1 — е2 cos2 0Г
1 - е 2
—
Г - 5— ;
1 — е2 cos2 0В
ев — эксцентриситет эллипса, аппроксимирующего диаграмму
направленности в плоскости, проходящей через продольную ось.
колонки; еГ— эксцентриситет эллипса, аппроксимирующего диаг­
рамму направленности в плоскости, проходящей через попереч­
ную ось звуковой колонки.
Д ля удобства расчета обычно используют систему координат
* Эллипсоидальная аппроксимация диаграмм направленности громкоговори­
телей дает достаточную точность расчетов в пределах 45° в сторону от акусти­
ческой оси рупорного громкоговорителя и 90° — для звуковой колонки.
40
х, у, z, в которой ось х располагают по горизонтальной проекции
акустической оси колонки, ось у — в горизонтальной плоскости,
перпендикулярно оси х, ось z — вертикально через акустический
центр колонки. Центр координат располагают под звуковой ко­
лонкой на уровне пола (см. рис. 2.10). Если слушатель стоит, то*
озвучиваемая поверхность находится на уровне 1,5— 1,7 м выше
уровня пола, а для сидящих — выше на 0,9— 1 м. В таком случае
переходные формулы имеют вид
tt = * c o sa + (2 r —z) sin а,
(2. 10)
v = y;
w = x sin а — (zr—z) cos a,
где a — угол наклона акустической оси колонки к горизонтальной
плоскости; tg a = hTjl — (zr — zi)jl\ hT— высота подвеса колонки над
удаленной точкой озвучиваемой поверхности1; I — расстояние по
оси х от начала координат до точки пересечения акустической
оси с удаленным краем озвучиваемой поверхности; zr и Zi — вер­
тикальные координаты центра колонки и точки пересечения.
Д ля рупорного громкоговорителя аналогично (2.8)
Г
Pnp = P i£ p(0)/r,
11
__ Y u 2-f- У* ■ У и* -f- W2
Dp (0)
D r (0Г)
D B (0В)
*
(2.11)
/
v2
( “
w2
\
7 3 4 + 7 3 4 )
+
где Д р (0 )— радиус-вектор характеристики направленности рупор*
ного громкоговорителя, а остальные обозначения совпадают с обо*
значениями для звуковой колонки, причем продольной оси колон*
ки соответствует широкая база излучателя, а поперечной — уз­
кая. Д ля эллиптической аппроксимации
^
( 1 — е г ) C 0S ©Г
А . ( 0 г) = - ----------г —
-
1 — ер cos2 0Г
( 1
и D
M
— еи ) cos 6в
* - S—
1—
-
}
cos2 0В
Метод координат особенно удобен при расчете поля для слож­
ной формы озвучиваемой поверхности, например, амфитеатра (см.
рис. 2J10 б и б). iB этом случае акустическую ось громкоговорите­
ля также направляют в самую удаленную точку аудитории, т. е. в
точку нахождения центра головы слушателя, сидящего в послед­
нем ряду. Если точка подвеса громкоговорителя находится ниже
уровня головы удаленного слушателя, то угол подвеса громкого­
ворителя имеет отрицательное значение.
Если помещение озвучивается не одним, а несколькими громко­
говорителями, расположенными недалеко друг от друга, и акусти­
ческие оси их имеют примерно одинаковое направление, то уро­
вень прямого звука повышается. Это повышение на средней оси
помещения для двух громкоговорителей составит немного меньше
3 дБ, для трех — меньше 4,8 дБ, а для /г, если пренебречь взаимо­
действием громкоговорителей, 10 lg п. Интенсивность звука от
1 Озвучиваемой поверхностью называют поверхность, проходящ ую через
ловы слушателей.
42
гсу*
всех громкоговорителей суммируется с учетом их направленности
и расстояния до рассматриваемой точки:
PlP= P i t ( D 2 ^
)
’
(2 Л 2 )
k=l
где rh — расстояние от рассматриваемой точки до k-ro громкогово­
рителя; D (0ft)— направленность k-vo громкоговорителя в сторону
рассматриваемой точки под углом
к его оси. Отсюда уро­
вень прямого звука
£nP= £ x -2 0 1 g r2,
(2.13)
где
i / 'i = £ ( £ ” <(>,№2).
k=\
В этих выражениях величина fkJD(Qh) может быть выражена
через координаты точки и эксцентриситеты эллипсов ев и ег (2.9).
Потолочные системы. Для одного ненаправленного громкогово-*
рителя, расположенного в центре потолка, с учетом (2.3) звуко­
вое давление прямого звука
PnP= V k aPl/rr^ ,
(2.14)
где гг.с= yV2c+ ft2r — расстояние от громкоговорителя до места
слушателя; гс — горизонтальная проекция этого расстояния; hv —
высота подвеса громкоговорителя над головами слушателей;
k0— поправочный коэффициент, физический смысл которого из­
ложен ниже. В этом случае уровень прямого звука у слушателя
Аф = А — 101g [( h j + r i y k 0].
Минимальное значение этого уровня будет в конце продольной
оси помещения, т. е. для гс = //2 (в углу помещения уровень пря­
мого звука может быть несколько меньше, чем в конце продоль­
ной оси помещения, но вследствие действия отраженных волн пер­
вого порядка полезный уровень мало отличается от уровня на оси
помещения).
Поэтому
^пр.мин » A - 101g [(Ч + 0,25 l*)/k0],
(2.15)
где I — длина помещения; к 0 — поправочный коэффициент, сущ­
ность которого сводится к следующему.
Д ля диффузорного громкоговорителя, находящегося в ящике с
закрытой задней стенкой, характеристика направленности на низ­
ких частотах близка к сферической, поэтому если такой громко­
говоритель находится вблизи хорошо отражающей поверхности,
можно считать, что плотность энергии прямого звука для одиноч­
ного громкоговорителя удваивается. А если позади, громкоговори­
теля расположен хорошо поглощающий материал, то плотность
43
энергии почти не изменяется. На высоких частотах подобные
громкоговорители излучают только в переднее полупространство,,
и поэтому для одиночного громкоговорителя не произойдет увели­
чения плотности энергии прямого звука. Мы ввели коэффициент
k0f с помощью которого можно учитывать увеличение плотности
энергии прямого звука из-за отражения от ближайшей поверхности.
Величина этого коэффициента находится в пределах 1—2.
Д ля цепочки из таких громкоговорителей уровень прямого звука будет меньше, чем для ненаправленных. Поэтому в числитель
(2.14) следует ввести поправочный коэффициент Y 1—в2, где е —
эксцентриситет эллипса, аппроксимирующего диаграмму направо
ленности громкоговорителя.
Д ля типовых громкоговорителей, применяемых для озвучения
помещений, на частотах около 2000 Гц е« 0 ,9 , т. е. Y 1—е2~0,45.
Поэтому плотность энергии прямого звука, создаваемого цепочкой
таких громкоговорителей, уменьшается вдвое по сравнению с дей­
ствительно ненаправленными громкоговорителями. На более высо­
ких частотах уменьшение еще больше. Эта поправка учитывается
тем же коэффициентом &о. Таким образом, коэффициент k0 умень­
шается от 2 на низких частотах до 0,5 на частотах 2000 Гц и
выше.
Д ля одиночного громкоговорителя с открытой задней стенкой
ящика при хорошо отражающей поверхности позади громкогово­
рителя происходит удвоение плотности энергии прямого звука на
всех частотах. Д ля цепочки из таких громкоговорителей плотность
энергии прямого звука определяется направленностью его излуче­
ния. Направленность таких громкоговорителей приближается к
направленности звуковых колонок в переднюю полусферу в плос­
кости, перпендикулярной продольной оси колонки. В этом случае
правильнее всего рассчитывать звуковое поле помещения, рас­
сматривая такие громкоговорители, как систему направленных
громкоговорителей с удвоением плотности прямого звука из-за от­
ражения от ближайшей поверхности.
Д ля централизованной потолочной системы с направленным
громкоговорителем в виде люстры из звуковых колонок поле пря­
мого звука может быть рассчитано, как для обычной сосредото­
ченной системы, но с учетом того, что высота подвеса громкогово­
рителя определяется высотой подвеса центра люстры над голова­
ми слушателей, а точка упора акустической оси громкоговорите­
ля удалена от центра помещения на расстояние, равное половине
длины помещения.
Распределенные системы
В случае применения распределенной системы громкоговорите*
лей прежде всего встает вопрос: какова разность времени прихо­
да звуковых волн от разных громкоговорителей к слушателю?
Обычно в большинстве помещений разность времени прихода волн
44
от любой пары громкоговорителей не превышает 60 мс. Поэтому
прямой звук от всех громкоговорителей будет полезным. Для со­
средоточенной системы возможно нарушение слитности звучания
в залах большой длины. В таких случаях на задней стене распо­
лагают сильно поглощающие материалы. Д ля распределенной си*
стемы отражение от задней стены локализовано, поэтому следует
повысить отражение от нее, так как полезное звуковое давление
от этого увеличивается.
Настенные цепочки из ненаправленных громкоговорителей.
Д ля распределенной системы озвучения с двумя параллельными
цепочками ненаправленных громкоговорителей, находящимися на
боковых стенах помещения (см. рис. 2.6) на расстоянии не менее
r> 0 ,6 d [6] от цепочек, звуковое давление и уровень интенсивно*
сти прямого звука определяются следующими выражениями:
2
/ 1
^пр
d
( ri
1\
)
*0Я;tipi / 1
2 /ц
I г,
1\
r2 ) ’
(2 . 16)
^ =
т
^ p (20 d-\ +Г1 ~ r2) I = L, - m
- kг0 -n Р(rx^+ гr2)т
где pi — звуковое давление, создаваемое одним громкоговорите*
лем на его акустической оси, на расстоянии г= 1 м от его акусти*
ческого центра; гх и г2— расстояния от ближайших громкоговори*
телей первой и второй цепочек до слушателя; r2i = x 2+ h \ ; г22=
— (Ьц—х ) 2-\-№ц\ ri-\-r2t t b 4\ Ьц — расстояние между цепочками,
равное ширине помещения 6, если цепочки расположены на боко­
вых стенах; Лц — высота подвеса цепочки громкоговорителей над
озвучиваемой поверхностью; п — общее число громкоговорителей;
х — проекция гц на горизонтальную плоскость; d — шаг цепочки;
1ц=пй/2 — длина цепочки, обычно она немного меньше длины по*
мещения /. Выражение (2.16) (при замене обозначения 26 на d и
без коэффициента k0) было получено в [6] для случая озвучения
открытого пространства двумя цепочками диффузорных громко*
гов'орителей. Д ля помещений оно будет справедливо только при
условии, что громкоговорители находятся далеко от отражающих
поверхностей и что эти громкоговорители являются ненаправлен*
ными во всем расчетном диапазоне частот.
Обычно громкоговорители располагаются в помещении, как
правило, вблизи отражающих поверхностей, и большинство так на*
зываемых ненаправленных громкоговорителей, используемых для
озвучения помещений, в действительности являются ненаправлен*
ными только на низких частотах. Поэтому надо учитывать увели­
чение плотности энергии прямого звука из-за-отражения его от
близлежащей отражающей поверхности и направленность громко*
говорителей на средних и высоких частотах. К этому уровню еле*
довало бы прибавить поправку на отражение от головы слушате*
ля, так как полезный звук приходит к нему с разных сторон.
45
Из выражений (2.16) и (1.5) следует, что в данном случае мы
имеем дело с цилиндрической волной, по крайней мере с г > 0 ,6 d.
Следовательно, интенсивность звука для излучателя в виде цепоч­
ки будет падать с удалением от него не по квадратичному зако­
ну, а только по гиперболическому (1.5). Это является преимуще­
ством цепочек перед сосредоточенными системами.
В этом случае наименьший уровень прямого звука (2.16) будет на продольной оси помещения, т. е. при ri = r2^ b Ul/2
: L, — 101g (У>ц/2я k 0ri)
(2.17)
п р .м и н
При одной цепочке, находящейся на боковой стене (см. рис. 2.5),
для прямого звука p2np=konp2i/rd, где г = У х 2+ №ц, откуда мини­
мальный уровень прямого звука для х = &ц и г « 6 ц
» L1— 1Qlg ( W * o я «)•
(2-18)
Настенные цепочки из звуковых колонок. Определим уровень
прямого звука для случая озвучения помещений и открытых про­
странств с помощью цепочек направ­
ленных громкоговорителей типа звуко­
вых колонок.
Рассмотрим случай двух цепочек с
колонками, расположенными так, что
их акустические оси параллельны, на­
правлены вниз под углом а и перпен­
дикулярны продольной оси озвучиваеРис. 2.11. Координаты систе- мой плоскости (см. рис. 2.6 и 2.11).
мы озвучения с двум я цепоч- Расстояние Между цепочками равно Ьц
ками
и длина цепочки — /ц (при выводе
уравнений поля будем предполагать,
что эта длина достаточно велика и можно считать ее беско­
нечной) .
Из (2.12) следует, что для прямого звука, создаваемого п/2 =
= 2 т + 1 направленными громкоговорителями, входящими в одну
цепочку,
^ п р .м и н
2/гс-Н
э пр
2 =
я 2 (я , (е,№5).
(2.19)
k=l
Ограничимся рассмотрением поля в точках проекции большой оси
эллипсоида на озвучиваемую плоскость.
С учетом (2.9) после несложных преобразований для прямого
звука от одной цепочки имеем
_
- р ! V
РПр
у
rd у
о
--------------1 — е2 cos2 (Р — а )
•—
rd iI / f - и- +
'- 4
/ ( 1 — e l)
что свидетельствует о наличии цилиндрической волны, а для двух
цепочек громкоговорителей
46
n p2iV
О -Ф О -Ф
d
Ti
Y 1 — e B COs2 (Pi — “ )
(2 .20)
r2 y
1 — e \ cos2 (p2 — a )
Заменив d на 2/ц/п, получим
(2.21)
/"г [ / 1 — e* cos2 (P2 — a )
Выражение У (1—е2г)(1 —e2B) может быть заменено коэффици­
ентом осевой концентрации громкоговорителя согласно равенству
[ 6]
К(еР>
(2.22)
где К (ет, ев) — множитель, зависящий от эксцентриситетов эллип­
соида. Этот множитель определен в [6], и для рабочих значений
(ев> 0 ,9 5 ; ег> 0 ,9 ) примерно равен 1,0 при ориентировке на коэф­
фициент концентрации в соответствии с его общепринятым опре­
делением [1]. Учитывая (2.20), (2.22), находим, что для распреде­
ленной системы из двух цепочек звуковых колонок, расположенных
вдоль боковых параллельных стен с акустическими осями, на­
правленными перпендикулярно продольной оси помещения, для
прямого звука имеем
^пр= 101g
« L . + lO lg
- 2 о2р и
(2.23)
где г' = rx y 1— е\ cos8 (рх—а); г' = г2 ] / “1—е2 cos2 ф2— a).
Это выражение справедливо для ев^ 0 ,9 5 ; ег^ 0 ,9 , для меньших их
значений коэффициент Qr должен быть уменьшен [6].
Минимальное значение Лщ, будет на продольной оси помещения
,
(2.24)
47
где Го =
Ti
=
г2жЬц/ 2 — расстояние до озвучиваемойповерх
так как
при
этомр1= р2= а по отношению кколонке,стоящей
вертикально, т. е. когда продольная ось колонки вертикальна.
Потолочные цепочки. Д ля одной цепочки из п ненаправленных
громкоговорителей, расположенных по продольной оси потолка на
расстояниях d друг от друга, в соответствии с [6] имеем
Рпр = п P V rd ** п n P \ ! k r >
(2.25)
где 1ц= п й \ r2= h 2+ r 2c\ гс — расстояние от продольной оси пола до
заданной точки озвучиваемой поверхности.
Откуда уровень прямого звука (1.43)
4 ф = 1Olg (я p2/p0rd) =
— 1Olg (rd/я).
Минимальное значение уровня прямого звука будет вблизи про­
дольных стен (гжЬ/2)
Ч .м и н « ^ 1 -Ю 1 § (М /2 я ),
(2.26)
где b — ширина помещения.
Если положить, что г2= оо, n=iT, а = 9 0 ° и \р= Рь то из (2.23)
можно получить соответствующую формулу для потолочной цепоч­
ки из звуковых колонок.
Потолочные решетки. Д ля системы из ненаправленных громко
говорителей, равномерно распределенных по потолку, звуковая
волна будет плоской. Вследствие этого интенсивность звука не зависит от расстояния громкоговорителей до слушателей, кроме са­
мых высоких частот (из-за затухания в воздухе). Полагая, что из­
лучение громкоговорителей в тыльную полусферу целиком погло­
щается, интенсивность прямого звука с учетом (1.36), (1.1) и
£2Г= 1
Aip == ЩР*№ = nPa/2Sc3l — 2 п np2/ScJlр с, р2р = / прр с = 2я np2/ScJl,
(2.27)
где Р а — акустическая мощность одного громкоговорителя; п\ —
количество громкоговорителей на 1 м2; п — общее число громкого­
ворителей; S Cji — did2 — площадь, занимаемая слушателями (точ­
нее, площадь, по которой распределены громкоговорители). Уро­
вень прямого звука определяется
1Olg (2я пр\!р\ ScJI) = LX— 1Olg (5сЛ/2я п).
(2.28)
Заметим, что в данном случае минимальный и максимальный
уровни прямого звука будут практически одинаковыми.
Расстояние между соседними громкоговорителями не должно
превышать половины высоты помещения, так как иначе будет за­
метна неравномерность уровней прямого звука.
Кресельные системы. Для распределенной системы, состоящей
из кресельных громкоговорителей, уровень прямого звука почти не
зависит от расстояния до слушателя, начиная с г > 0 ,5 ^ мин (где
^мин — минимальный шаг установки громкоговорителей). Это объ48
ясняется действием соседних громкоговорителей. Лишь на очень
близких расстояниях от громкоговорителя уровень прямого звука
увеличивается. Для кресельной системы выражения (2.27) и (2.28)
целиком справедливы. Отличаться они будут только числом гром­
коговорителей. Общая мощность кресельной и потолочной систем
должна быть одинаковой.
2 .4 .
НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ОЗВУЧЕНИЯ
Сосредоточенные системы
Неравномерность озвучения в продольном направлении. Для
звуковой колонки, находящейся на высоте hv над озвучиваемой по­
верхностью и наклонной к горизонтальной плоскости под углом
а с упором акустической оси колонки в конец озвучиваемой по-
Рис. 2.12. Д иаграм м а направленности: а — при высокой подвеске звук о­
вой колонки; б — для рупорного громкоговорителя
верхности (рис. 2.12), неравномерность озвучения была определе
на в [6] и имеет вид
A L = 101g[ 1 + (1 -
е\) c tg 2 а ] «
101g [ 1 + (1 - « * ) 12!Щ\
(2.29)*
Это выражение справедливо лишь для участка озвучения cl (см.
рис. 2.12а), а также для случая, когда точка с находится за гром­
коговорителем, т. е. вне зоны обслуживания. Но такой вариант
расположения колонки уступает варианту, представленному на
рис. 2.12, так как в случае звукоусиления нет смысла в том, что­
бы уровень поля прямого звука вблизи первичного источника зву­
ка был выше, чем в месте нахождения наиболее удаленного слу* П риближ енное равенство справедливо только для случая плоской озвучи­
ваемой поверхности.
49
шателя. В ближней зоне на слушателя воздействует первичный ис­
точник звука, и громкоговорители будут лишь мешать.
Определим полную неравномерность озвучения на участке от
точки под громкоговорителем до удаленной точки ( * = / ) для слу­
чая, когда точка с находится между х = 0 и х= 1 .
Имеем ALc= A Lci+AL ос, где согласно [6]
A L* = 101g [ 1 + (1 - e l ) ctg2 а] « 101g [ 1 + (1 - е*) Р/й?],
(2.30)
а неравномерность на участке Ос
с= ^Olg ( Px=JPx=о) ~ ^®lg ( px=i/px=Q),
А
так как согласно определению характеристики направленности
точки, лежащие на ней (х = с \ х = 1 ) 9 имеют одинаковый уровень,
т. е. р х = с = = Р х = и
Из (1.4) в точках х = / и х = 0 звуковое давление
pl=i = ( p\ s{v?аУ Ч = р\ I (1*+Ц )
р\ =о = р\ (1 + ctg2 a)/hi [ 1 + ctg2а/( 1— е\)} та
p j ( l - e l ) ( l + m l )
•
откуда неравномерность озвучения на участке Ос имеет вид
1—е\ + ctg2 а
A ^=101g-
hl(l* + h l- e lh l)
t o ig -
(I — ^ ) (1 + c t g 2 ех)«
( l _ e2) ( / 2 + ft2)2
Соответственно общая неравномерность (2.1)
Д 1 0 б = 101g
е\ ctg2 а
1
10lg 1
0 —el) О + ctg2 ос)2
}
(1 - 4 ) ( Р + ®
(2.31)
При высоте подвеса
К ~ hm — I
лу /
(2.32)
ч 2- 1
уровни в точках х = 0 и х = 1 будут одинаковыми и A L 0 с= 0 (рис.
2.13), а неравномерность озвучения
AL = ALo6=101g(2e*).
(2.33)
* П риближенные равенства справедливы только для плоской озвучиваемой
поверхности.
50
Из (2.32) следует, чго чем больше направленность колонки,
тем ниже ее надо подвешивать, неравномерность озвучения при
этом уменьшается. Высота подвеса hm может считаться оптималь­
ной, если задняя стена сильно заглушена и первичное отражение
от нее практически не увеличивает полезный уровень.
При хорошо отражающей задней стене полезный уровень около
йее по сравнению с предыдущим случаем повысится на 3 дБ, а
под колонкой останется прежним. Поэтому для получения одина­
ковых уровней в точках х = 0 и х= \I необходимо снизить высоту
подвеса в 1^2 раза. Оптимальная высота равна
hr — 0,7ft/я.
(2.34)
В случае звукоусиления целесообразно подвешивать колонку
так, чтобы уровень под ней был ниже, чем в удаленной точке (х =
— \1), на 3—5 дБ, при этом в передней части помещения необходи­
мо лишь подусиливать прямой звук, идущий от оратора или лек­
тора. Если взять высоту подвеса колонки
hr = 2Zj/" 1—е\
2hn
(2.35)
то согласно ф-лам (2.30) и (2.31) неравномерность озвучения на
участке с\1 (см. рис. 2.12) будет около 1 дБ, а уровень под колон­
к о й — на 5 дБ ниже, чем в точке х = 1 . Следовательно, эта высота
подвеса будет оптимальной для звуко- г
усиления в случае заглушенной задней
стены. При хорошо отражающей задней
стене эту высоту необходимо уменьшить
до hr = 1,41 hm или до
hr = hm.
(2.36)
Все эти рекомендации справедливы толь- /■
ко для плоской озвучиваемой поверхно- /
сти, а для амфитеатра они относятся к \ Т
высоте подвеса громкоговорителя, распо- \
ложенного над началом озвучиваемой
поверхности.
Неравномерность озвучения в попе- Рис. 2.13. Д иаграмм а наречном направлении. Неравномерность пРавленности звуковой^ ко­
оптимальной вы­
озвучения в поперечном направлении мо­ лонки при
соте подвеса
жет быть определена из (2.8), (2.9) для
значений v = y = 0 и у ф 0 (см. рис. 2.12 и 2.13). В общем случае
имеем
ALy = 101g[ 1 + yV ( 1— е\) [и2+ wV( 1— ев2)]].
(2.37)
Если стены плохо отражают звук, то значительного снижения
уровня прямого звука следует ожидать на линии задней стены, где
w = 0 и u = l 2+ h 2r, а максимального — в удаленных углах помеще­
ния. В ближних углах помещения снижение уровня неопасно, так
как в них достаточен уровень, создаваемый первичным ис­
51
точником звука. Поэтому неравномерность
них углах помещения (г/=0,5&; х= 1 )
озвучения
Д^ь/2 — 101g[l +&2/4 /^ (1 —е2)(1 + l 2/h2r)]>
в даль­
(2.38)
где b — ширина помещения. Из этого выражения следует, что вы­
сота подвеса колонки, выбранная в пределах оптимальных значе­
ний (2.32), (2.34), (2.35) и (2.36), не влияет на неравномерность
озвучения. Д ля звуковых колонок, имеющих ег= 0 ,9 при отноше­
нии длины помещения к ширине, равном 1,4, неравномерность со­
ставляет примерно 2 дБ. Следовательно, такие помещения можно
было бы озвучивать одной колонкой. Если же стены хорошо отра­
жают, то уровень в углах помещения повышается и неравномер­
ность очень мала.
Для рупорных громкоговорителей неравномерность озвучения
по продольной оси помещения [3]
Д L = 201g[ 0 ,5 ( 1 + Y
1 + ( 1 —eB
2)ctg 2a )],
где ев — эксцентриситет диаграммы направленности в вертикаль­
ной плоскости; a — угол наклона акустической оси громкоговори­
теля. Точка с максимальным уровнем расположена на проекции
громкоговорителя (см. рис. 2.13) и имеет координату [3]
h Г
l+ c tg 2a
1 ]
лт — ,
Ctga
А »
У
l + ( l - e 2) ctg2 a
а точка с с минимальным уровнем (ближайшая к громкоговори­
телю) имеет координату
*i = ( е\ ctg a)/[ 1 + (1 — e2B) ctg2a ] .
Озвучение сосредоточенной системой в виде люстры из звуко­
вых колонок рассматривается как зональное озвучение (см. [6])
по секторам.
Распределенные системы
Настенные цепочки из ненаправленных громкоговорителей. Для
двух параллельных прямолинейных цепочек, расположенных на
боковых стенах, наименьший уровень получается в середине меж­
ду ними, а максимальный — обычно под цепочками. Из ф-лы
(2.16) находим, что минимальное звуковое давление получается
на средней линии помещения (х=Ьл]2)
Рмин = 2я^оР21 ^ | / 0,25 62+ А 2,
а максимальное — под цепочками ( я = 0 )
Лk0p{
1
1
Р2
^макс
hn
К
52
ч
+ <
(2.39)
(2. 40)
Неравномерность озвучения находим как разность уровней под це­
почками и на средней линии
AL=
101
§ [р 2 акс/р 2 ин1 = 101g [0,5 / 1 + 0 , 2 5 х
х ( 1 + 1 / / 1 + 6 » /Л* )].
(2.41)
При /гц= 0 , 5 6 6 ц уровни под цепочками и на середине помеще­
ния получаются равными друг другу, а максимальный уровень на­
ходится недалеко от точек под цепочками. При этом неравномер­
ность озвучения получается менее 0,1 дБ. Однако вследствие имею­
щейся направленности «ненаправленных» громкоговорителей на
частотах выше 1000 Гц уровень под цепочками будет ниже, чем на
середине помещения, на 1—2 дБ. Если же выбрать высоту подвеса
цепочек не выше 0,36ц, то неравномерность озвучения будет не вы­
ше 1 дБ в широком диапазоне частот.
На рис. 2.14 (кривая 1) приведена графическая зависимость
AL от отношения ЛЦ/6Ц. Из графика и ф-лы (2.41)
следует, что
неравномерность озвучения менее 1 дБ будет при высоте подвеса
К > 0,36ц.
(2 .4 2 )
Если взять по одному громкоговорителю на каждой боковой стене,
то неравномерность озвучения, определяемая из выражения для
сферической волны [8] (рис. 2.14, кривая 2)
A L = 101g
(1 + 0,5 6 ц //» ц ) (1 + 0 , 2 5 d l t h \ )
(2 .4 3 )
1+6ц+ц
т. е. неравномерность озвучения менее 1 дБ получается, если
К > 0 .5 6 ц.
(2 .4 4 )
0,2 0ft 0,6 0,8 1ft 1,2 1ft
Рис. 2.14. Зависимость неравномерно­
сти озвучения в поперечном направ­
лении для распределенных систем
озвучения от отношения высоты п од ­
веса к ширине помещения:
/
для длинной цепочки; 2 — для одного
громкоговорителя на каждой стене; 3— для
одиночной цепочки
Рис. 2.15. Зависимость неравномерно­
сти озвучения в продольном направ­
лении для распределенной системы
озвучения от отношения высоты под­
веса цепочки к ее шагу:
1 — для длинной цепочки; 2 — для цепоч­
ки из двух громкоговорителей; 5 —для по­
толочной решетки из 25 громкоговорителей
53
Следовательно, высоту подвеса в зависимости от количества гром­
коговорителей в цепочке следует выбирать в пределах
0,36ц < Л ц < 0,56ц.
(2.45)
Из [6] известно, что неравномерность озвучения в продольном
направлении (по длине помещения, под цепочками громкоговори­
телей)
Д Lx= 201g cth (at h^/d).
(2.46)
На рис. 2.15 (кривая 1) приведена эта зависимость. По рисунку
определяем, что неравномерность озвучения получается менее
1 дБ при шаге цепочки d ^ 2 ,2 h 4.
Если же учитывать действие только двух смежных громкогово­
рителей, то, как и выше, неравномерность озвучения в продольном
направлении (см. рис. 2.15, кривая 2)
"Из рис. 2.15 следует, что неравномерность озвучения будет менее
1 дБ при шаге цепочки
2,1АЦ. С учетом направленности гром­
коговорителей на высоких частотах целесообразно выбирать шаг
щепочки
(2.48)
^<2Л ц.
Для одной прямолинейной цепочки, подвешенной на боковой
стене (см. рис. 2.5), при сильно заглушенных стенах звуковое дав­
ление прямого звука получается из (2.16) при Г2 = оо. Д ля точки
под цепочкой (х = 1 ) р2макс=я&оР21 /Лц^, а для удаленной точки,
находящейся у противоположной стены, (х= Ь ) р2мин=я&оР21 /
jd У b2+ h2n, откуда получаем неравномерность озвучения по ли­
нии, являющейся проекцией акустических осей на озвучиваемую
поверхность:
A L = 5 \g (l+ b 4 h l).
(2 .4 9 )
На рис. 2.14 (кривая 3) приведена эта зависимость. Неравно­
мерность озвучения, не превышающая 3 дБ, будет при высоте под­
веса
/гц > 0,36,
(2.50)
a 1 дБ — при
/гц > 1,3 b.
(2 .5 1 )
Неравномерность озвучения в продольном направлении остается
такой же, как и в случае использования двух цепочек (2.46).
Если стены хорошо отражают, то давление и неравномерность
озвучения определяются так же, как и в случае двух цепочек (сте­
на служит зеркалом), но в соответствующие формулы надо под­
ставлять удвоенную фактическую ширину помещения.
54
Итак, если ширина помещения близка к ее высоте или меньше
ее, то целесообразно применять одну цепочку. Если ширина поме­
щения в 2 раза больше его высоты, то необходимо применить две
цепочки. Ориентировочно можно считать, что при ширине помеще­
ния не менее 8 м следует применять две цепочки, а при ширине
менее 6 м — одну.
Настенные цепочки из звуковых колонок. Если ширина помеще­
ния превосходит 10— 12 м и потолок невысокий, то получить не­
большую неравномерность при использовании ненаправленных
громкоговорителей не всегда.удается. К тому же с ненаправленны­
ми громкоговорителями в широких помещениях нельзя получить
подходящее акустическое отношение. В этих случаях применяют
цепочки из звуковых колонок малой и средней мощности. Соответ­
ственно (2.23) для одной прямолинейной цепочки из колонок, под­
вешенных на одной стене, имеем
я А
rd
У
Р - Ф
Р - Ф
j/~ 1 — е\ cos2 (Р — ос)
п р \У
1— е\
+
(2.52)
dy
(b x -h lf
+ Л* ( * - * ) «
I (l-e 2
B)
где r = y rx2 + h2 ; tg a = h«/b; tg p = Лц/хДля удаленной точки на озвучиваемой плоскости ( х = Ь )
P L и= я P i
/ г <4 = » Р\
/ dу Щ
Ц .
(2.53)
Если задаться равенством уровней под цепочкой ( х = 0 ) и в точке
х = \Ь , то можно получить высоту подвеса цепочки
К = ъ у ( 1 - е в2) / ( 2 ^ - 1 ) * * ъ у 1 - e l .
(2.54>
Интересно отметить, что высота подвеса цепочки получилась
такой же, что и для сосредоточенной системы в виде одной колон­
ки (2.32), если в ней / заменить на Ь. При такой высоте подвеса
неравномерность озвучения по ширине помещения
М = ЪЩ2е1у
(2.55>
А при меньшей высоте ее можно определить из формулы, анало­
гичной (2.30),
A L = 51g [ 1 + (1 - e l ) Ь Щ ] .
(2.56>
Эти соотношения пригодны только для случая с сильно заглушен­
ной противоположной стеной. Множитель 5 вместо 10 получился
из-за наличия цилиндрической волны [4].
Попутно отметим, что эти соотношения применимы для случая
озвучения помещения цепочкой из колонок, подвешенных на перед55
ней стене при заглушенной задней стене. В этом случае (2.55) и
(2.56) дают неравномерность озвучения по продольной оси поме­
щения. Она оказывается вдвое меньше, чем для одиночной колон­
ки, а в поперечном направлении — будет ничтожной [6]. При хо­
рошо отражающих боковых стенах достаточно одной колонки, чтоЬы из зеркальных источников получить цепочку громкоговорите­
лей. Неравномерность озвучения под цепочкой можно определить
по (2.46), если рассматривать поле звуковой колонки как поле не­
направленного излучателя с деформацией осей координат w в
~У~ 1—е2в раз и v = y в V 1—е \ раз. Так как высота подвеса коло­
нок невелика в сравнении с шириной помещения, то угол наклона
колонок получается небольшим, вследствие чего ось w почти вер­
тикальна и направлена по высоте помещения. Подставляя в (2.46)
41 V 1—е2г вместо d и Ац/ У 1—е2в вместо Лц, получаем выражение
для неравномерности озвучения под цепочкой из колонок
AL, = 201gcth (яНц,Y l - e j j d j f
(2.57)
Соответственно для определения неравномерности озвучения
можно воспользоваться кривыми рис. 2.15 при замене абсцисс
йц/d на Ац j/^ 1— el I d |/ " 1— е1- На том же основании шаг цепоч­
ки из колонок следует выбирать соответственно неравенству (2.48),
л именно
(2.58)
Если угол наклона оси колонки ia^>0, то вместо е2в в эти фор­
мулы следует подставлять e2B cos2a. Неравномерность озвучения в
любой плоскости, проходящей через ось цепочки, на расстоянии г
от оси ее определяется этими же формулами при замене
йц/ У 1—е2в на г/ Y 1—e2BSiiTY, где у — угол между заданной плос­
костью и плоскостью осей колонок.
Для двух прямолинейных цепочек из колонок, подвешенных на
боковых стенах (см. рис. 2.6), соответственно (2.23) для звукового
давления имеем
np \V о - ф о - ф
d
r i Y 1 — e\ cos2 (px — a )
(2.59)
r» Y 1 — el cos* (Рг —“)
где rx= у x2+ ft2; rt = Y
+
t g a = 2 Лц/6ц; tg Pi = йц/х; tg p 2 = ft4/(&u—x).
56
Д ля точки на продольной оси помещения
2я р \ l / " 1 — 4
2п Pi V*"1 — 4
о2 = -----—--------- = --------- -------------- .
r° d
(2.60h
d y 0,256*
Если задаться равенством уровней под цепочками и на про­
дольной оси помещения в озвучиваемой плоскости, то высота под­
веса цепочек определяется из (2.59) и (2.60):
Лц=0,56ц у
( l - e l ) I (2ев2- 1 ) « 0,56ц } / Т ^ .
(2.61)
Это также следует из того, что в этом случае уровень от двух це­
почек на 3 дБ выше, чем от одной, а полезный уровень под цепоч­
ками не изменится, так как расстояние между ними обычно быва­
ет не менее 16—20 м (разность времени не менее 50 мс). При та­
кой высоте подвеса неравномерность озвучения по шцрине поме­
щения оказывается менее 1 дБ.
Неравномерность озвучения по длине помещения определяется
так же, как и для одной цепочки. Соответственно вычисляется и.
шаг цепочки [см. (2.57) и (2.58)].
Д ля одиночной цепочки в случае хорошо отражающей противо^положной стены пригодны все соотношения, полученные для двух:
цепочек, при условии замены в них 6Ц на 26Ц.
Потолочные системы. Потолочные цепочки можно рассматри­
вать как настенные, но размещенные у самого потолка. При пото­
лочных цепочках нельзя манипулировать высотой подвеса. В зави­
симости от размеров помещения надо брать одну или две потолоч­
ные цепочки и (вычислять получающуюся величину
неравномерно­
сти озвучения. Д ля одной цепочки, расположенной по продольной
оси потолка, помещение можно представить в виде двух независи­
мых половин (по прямому звуку). Это дает возможность использо­
вать все формулы и графики, полученные для одной настенной це­
почки, при подстановке в них высоты подвеса,равнойвысоте по­
толка надозвучиваемойплоскостью, и замене 6Ц на0,56ц. Из ф-л:
(2.51) и (2.50) получается, что для одиночной цепочки при неотра­
жающих боковых стенах неравномерность озвучения по ширине
помещения будет менее 1 дБ, если ширина
6Ц< 1 ,5 6 Ц,
(2.62)
и менее 3 дБ, если
6Ц< 6,5АЦ.
(2.63)
Для двух потолочных цепочек помещение можно представить в
виде трех частей: средней, озвучиваемой двумя цепочками, и двух
крайних, озвучиваемых одной цепочкой. По прямому звуку все час­
ти помещения будут независимыми, и поэтому звуковое давление
и неравномерность озвучения по ширине помещения можно рас­
считывать по соответствующим формулам и графикам, подставив
в них для средней части расстояние между цепочками вместо ши­
57
рины помещения, а для крайних — расстояние от ближайшей це­
почки до боковой стены вместо ширины.
Исходя из (2.42) и (2.45), неравномерность озвучения в сред­
ней части помещения будет менее 1 дБ, если расстояние между
цепочками
6ц < 3,36ц.
(2.64)
Чтобы цепочка обеспечивала неравномерность не более 1 дБ,
расстояние между ней и боковой стеной должно быть
&б.ц < 0,75ftu.
(2.65)
В случае хорошо отражающих боковых стен неравномерность
озвучения не более 1 дБ может быть получена, если расстояние
цепочки от боковой стены
6б ц < 1,656ц.
(2.66)
Ш аг цепочки во всех случаях определяется, как и для настенных
цепочек, по (2.48).
Для равномерной потолочной решетки с шагом d звуковое дав­
ление, развиваемое ею на оси громкоговорителя, с учетом отраже­
ния от потолка [2]
р2 = 4л pi Id,2.
(2.67)
Из (2.47) следует, что даже для двух громкоговорителей, расстоя­
ние между которыми d< .2hv, где 6Р — высота подвеса решетки
громкоговорителей над озвучиваемой поверхностью, неравномер­
ность озвучения на линии между ними не превышает 1 дБ. Из
рис. 2.15 (кривая 3) также видно, что для решетки из 25 громко­
говорителей неравномерность озвучения будет менее 1 дБ, если
шаг решетки
d < 2,36р.
(2.68)
Учитывая некоторую направленность громкоговорителей на вы­
соких частотах, целесообразно брать шаг решетки
d < 26р.
(2.69)
2 .5 .
АКУСТИЧЕСКОЕ ОТНОШЕНИЕ
Сосредоточенные системы
Громкоговорители, сосредоточенные в передней части помеще­
ния. Для одиночного громкоговорителя акустическое отношение
определяется из (1.32), (2.5) и (1.37)
R = 16jt л2 (1 — а ср)/(£2ГD 2 (0) а ср Ss ) ,
(2.70)
где r = Y~x2+ h 2г, х — расстояние от громкоговорителя по горизон­
тали; 6Г— высота подвеса громкоговорителя над головами слуша58
телей. Следовательно, на заданном расстоянии от громкоговорите­
ля и под заданным углом (т. е. в заданной точке помещения)
акустическое отношение при условии выбранного (или заданного)
времени реверберации однозначно определяется коэффициентом
осевой концентрации громкоговорителя. Последним варьировать^
как правило, трудно, так как выбор громкоговорителей ограничен.
Некоторое исключение представляет случай увеличения коэффици­
ента концентрации и соответственно уменьшения акустического от­
ношения при объединении двух-трех колонок в одну, но это не
всегда допустимо из-за неравномерности звукового поля, получаю­
щейся вблизи такой составной колонки.
Если взять два громкоговорителя, расположенные недалека
друг от друга (не ближе Я Ма к с / 2 ) , то уровень диффузной состав­
ляющей увеличится на 3 дБ (мощность увеличивается вдвое). Уро­
вень прямого звука только в некоторых точках может увеличиться
на 3 дБ, а в большинстве точек помещения увеличение его будет
меньше. В результате акустическое отношение может несколько
увеличиться. Как указывалось ранее, в самых удаленных точках
зала уровень прямого звука в этом ,случае почти не понижается;
в пределах угла 40—60° по отношению к оси громкоговорителя на­
правленность его изменяется мало, и поэтому акустическое отно­
шение не повысится. Повышение его происходит вблизи громкого­
ворителей (сбоку от них), так как в этом месте уровень первично­
го источника звука достаточно велик. Аналогичная картина на­
блюдается для сосредоточенной системы озвучения помещений и
при большем числе громкоговорителей.
Д ля системы из ряда направленных громкоговорителей акусти­
ческое отношение согласно (2.12) и (1.37)
R = 1 6 я п ( 1 — а ср) I t a a cpS s 2
(Я 2 (0 *)/г1) 1 •
(2-71>
Потолочные сосредоточенные системы. Для ненаправленного
громкоговорителя, подвешенного в 4центре потолка, акустическое
отношение [см. (2.14), (1.37)]
Я = 1 6 я ( 1 — аср)(Щ + г2с) | (k0a CpSs).
(2.72)
Акустическое отношение для люстры, состоящей из направленных
громкоговорителей, отличается от акустического отношения для
ненаправленного громкоговорителя только коэффициентом кон­
центрации, т. е.
R = 1 6 я ( 1 - а ср)(Щ + г1) I (k0a cpSs Qr).
(2.73)
Если в люстру входят звуковые колонки, то коэффициент кон­
центрации люстры Qr будет связан с коэффициентом концентра­
ции отдельной колонки QK следующим соотношением:
(2.74)
59
Это соотношение справедливо, если в люстру входит не более
четырех колонок. При большем числе колонок коэффициент кон­
центрации уменьшается с увеличением числа колонок медленнее,
так как уровень прямого звука при большом их числе будет опре­
деляться не только той колонкой, в секторе которой находится
рассматриваемая точка, но и другими колонками.
Распределенные системы
Настенные цепочки из ненаправленных громкоговорителей. Ес­
ли применяется распределенная система озвучения с ненаправлен­
ными громкоговорителями в виде двух цепочек, то на основании
(2.16) и (1.37) акустическое отношение
R = 32гцгхг2 (1 — acp)/[k0 (r,+ г 2) а ср S2].
(2.75)
В это выражение при расчете озвучения помещения с помощью
громкоговорителей в закрытых ящиках следует подставлять в зна­
менатель величину коэффициента концентрации используемого
громкоговорителя (см. § 2.2).
Из рассмотрения этого выражения следует, что акустическое
отношение в этом случае однозначно определяется размерами по­
мещения, средним коэффициентом поглощения и расстояниями от
заданной точки помещения до ближайших громкоговорителей обе­
их цепочек.
Настенные цепочки из звуковых колонок. Для распределенной
«системы, состоящей из двух цепочек звуковых колонок из (2.23) и
{1.37), определяется акустическое отношение
R = S2la( l - a cp) r [ r ’2J [ acpS2 ( r [ + r '2)Qr y j ^ \ ,
где г[ = г, у l —e \ cos2(p2— а);
(2.76)
= r2 j / ’l — e^cos2^ —а).
Интересно отметить, что в этом случае акустическое отношение за ­
висит только от направленности громкоговорителей в вертикаль­
ной плоскости.
Потолочные системы. Для одной цепочки ненаправленных гром­
коговорителей, расположенных по продольной оси потолка, из
(2.25) и (1.37) находим
R = 16/ц(1— аср) у
Л2+ 0,2562 / ( а срS2).
(2.77)
Д ля потолочной распределенной системы озвучения, в отличие
ют кресельной системы, акустическое отношение определяется по
излучению как в переднюю, так и в заднюю полусферу, поэтому
диффузная составляющая берется полностью, а для учета увели­
чения плотности энергии прямого звука из-за отражения от потол­
ка и направленности громкоговорителя вводятся коэффициент k 0
и коэффициент концентрации Qr.
60
Таким образом, акустическое отношение
К — 8£ц&ц (1 — acp)/(Qra cpSs ) ^ 8Sn0T(1 осСр)/(^г®ср ^s) >
(2.78)
где 5 пот==: ц “ “ площадь потолка.
Кресельные системы. Для кресельной системы озвучения с уче­
том уменьшения диффузной составляющей в 2 раза из (2.27) и
(1.37) получаем акустическое отношение
R = 41Ц&Ц(1 — а ср) / (аср S2) « 4Sca (1 - а ср)/(аСрS2).
(2.79)
В данном случае акустическое отношение также однозначно опре­
деляется размерами помещения и средним коэффициентом погло­
щения.
А нализ акустических отношений
Итак, в большинстве случаев, если выбрать оптимальное по­
глощение, то варьировать акустическим отношением можно лишь
в небольших пределах и то лишь для направленных громкоговори­
телей. Определим максимальные значения акустических отноше­
ний. Для точных расчетов максимальную величину акустического
отношения следует вычислять по (2.70) — (2.79) в ряде точек по­
мещения и, в частности, в тех точках, в которых ожидается мини­
мальное значение уровня прямого звука.
В самой удаленной точке помещения для сосредоточенной сис­
темы из п громкоговорителей интенсивности громкоговорителей
примерно равны, поэтому плотность энергии прямого звука увели­
чивается
в
п
раз;
направленность
громкоговорителей
D(0) для этой точки можно считать равной единице, а расстояние
от громкоговорителя — равным V /2+Лг. В таком случае акусти­
ческое отношение (2.70)
D _ 16я (/2-f-й2) (1 —а сР)
16я/а (1 —сесР)
* иакс QracpSs
^
йг«ср%
’
так как обычно hr<g.l.
Для распределенной системы с ненаправленными громкогово­
рителями длина цепочки, расположенной на боковой стене, немно­
го меньше длины помещения I, а максимальное расстояние от це­
почки до слушателя (находящегося на продольной оси помеще­
ния) — немного больше половины ширины помещения Ь/2. При
таком условии и учете, что г1= г2= гмакс, акустическое отношение
(2.75)
г>
макС
1 6 /цгм акс( 1 — о&ср)
Ь гу я
к о а ср
^
8 / ц 6 ц ( 1 — а ср)
и г,
о
а ср ^ 2
>
где гмакс= У 0,25&2ц+Л2цг»0,5Ьц; /гц — высота подвеса цепочки.
Приближенное соотношение максимальных значений акустических
отношений для сосредоточенной и распределенной систем имеет
вид
Ямакс.с /Ямакс.р « 2 * lk0/(Qr b).
(2.80)
61
Из этого выражения следует, что, во-первых, соотношение меж­
ду ними зависит от отношения длины помещения к его ширине и
от коэффициента осевой концентрации громкоговорителя, приме­
няемого в сосредоточенной системе. Во-вторых, в практических
случаях сосредоточенная система дает примерно в 2 раза большее
акустическое отношение.
Д ля кресельной и потолочной систем (2.78), (2.79) в сравнении
с распределенной системой с ненаправленными громкоговорителя­
ми (2.75) максимальное акустическое отношение получается вдвое
меньшее.
Д ля распределенной системы в виде двух цепочек направлен­
ных громкоговорителей максимальное акустическое отношение
(2.76) будет на продольной оси помещения. Аналогично предыду­
щему случаю получаем
Ямакс =
81* У 0,25Ь1 +А*
« ЫЬ (1 —а ср)
(1
- а ср) ]/T = ^ l /
a cpS 2 «
/ осср 5Г = 8lb(l - а ср) / а ср Ss Qr ] / ! = % .
Сравнивая распределенные системы с направленными и нена­
правленными громкоговорителями, получаем, что соответствующие
им акустические отношения находятся в соотношении
R JR n n = koy i = ? B.
(2.81)
Для ев> 0 ,9 7 и k o = 2 это отношение меньше 0,5. Следовательно,
применение звуковых колонок в распределенной системе дает
уменьшение акустического отношения более чем в 2 раза по срав­
нению с ненаправленными громкоговорителями.
Д ля централизованной потолочной системы с ненаправленным
громкоговорителем максимальное акустическое отношение (2.72)
я макс = 16jt (1~ “cp)-(0,25Z2+ h \) & 4" (1~ ” ср)/2 .
k Q а ср ^ 2
г'
'
к 0 «ср
Если сравнивать направленный громкоговоритель, расположен­
ный у сцены, с ненаправленным потолочным, то получается, что
максимальное акустическое отношение для последнего в £2г/4 раза
больше, чем для первого. Следовательно, ненаправленная потолоч­
ная система уступает направленному громкоговорителю, находя­
щемуся у сцены только при условии, что его коэффициент кон­
центрации больше четырех.
Д ля потолочной цепочки ненаправленных громкоговорителей из
(2.77) максимальное значение акустического отношения
я
= 1бгс/ц(1-«ср)
к0 а сР Sg
V
«
Ш.М ' ~ аср).
ко а ср
Сравнение этого выражения с выражением для двух цепочек,
находящихся на боковых стенах, показывает, что обе системы поч­
ти равноценны по акустическому отношению. Однако для потолоч­
ной системы неравномерность озвучения получается меньше, а
62
число громкоговорителей уменьшается вдвое. Заметим, что минимальное значение уровня прямого звука для потолочной системы
получится у боковых стен (в отличие от настенной системы), но
это уменьшение может скомпенсироваться отражением от стены.
Так как на середине помещения плотность энергии от обеих цепо­
чек настенной системы суммируется, то одна потолочная цепочка
должна иметь мощность примерно такую же, как и две настенные
цепочки.
Для направленной потолочной системы, например, в виде люст­
ры из четырех звуковых колонок, акустические оси которых на­
правлены примерно в сторону наиболее удаленных от люстры слу­
шателей, максимальное значение акустического отношения (2.73)
р
макс “
16я (1 — а Ср)
Qracp
/л o r ?2 | tj2\ ~
+ К) ~
4 л /2 (1
а сР)
Qracp s 2
Сравнивая это выражение с выражением для случая направ­
ленного громкоговорителя, находящегося у сцены, получаем, что
акустические отношения для них будут одинаковыми, если коэф­
фициент осевой концентрации потолочной системы будет в 4 раза
меньше, чем коэффициент концентрации громкоговорителя у сце­
ны. Заметим, что подобная люстра дает неравномерность озвуче­
ния меньше, чем направленный громкоговоритель, находящийся у
сцены.
2 .6 .
УРОВНИ ОЩУЩЕНИЯ РЕЧИ
Как было показано (§ 1.3), разборчивость речи определяется
разностью спектральных уровней речи и помех. Рассмотрим их в
отдельности.
Спектральные уровни речи. Для прямого звука этот уровень
определяется индексом тракта во всем диапазоне частот, т. е. в
соответствии с (1.47) при учете, что для речи £ м= £ р.м и £щ>=
==В$.с
(2-82)
где Врм — спектральный уровень речи у микрофона. Уровень Б р.с
также может быть найден, если известен спектральный уровень ре­
чи на выходе аппаратурной части тракта, путем уменьшения его
на величину разности уровней на выходе громкоговорителя (на
расстоянии 1 м от него) Ь\ и у слушателя L c, т. е. lQrc [см. (1.44)
(1.43), (1.46)].
Спектральный уровень на выходе аппаратурной части тракта
для каждой полосы равной разборчивости может быть найден, ес­
ли известны спектральный уровень речи на входе микрофона для
той же полосы и средний стандартный индекс усиления аппарату­
ры для нее (1.42). Поскольку индекс усиления аппаратуры в пре­
делах полосы равной разборчивости изменяется незначительно, то
В , . С = В Р .„
63
достаточно знать его для средней частоты полосы. Следовательно,
на расстоянии 1 м от громкоговорителя в k-n полосе выходной
спектральный уровень речи
Я;* = Яр.м*+ <Эст*.
(2.83)
где Qct/i — стандартный индекс усиления аппаратуры на частоте
fk (1.42);
=
+ 201£(1/гм)
(2.84>
Я р . м *
5
; к
— входной спектральный уровень речи в k -й полосе (1.46); гм —
расстояние от рта до микрофона, м; B ' vk — стандартный спект­
ральный уровень речи, т. е. спектральный уровень на расстоянии
1 м от рта.
Для определения стандартного индекса усиления (1.42) необхо­
димо знать величину ap+'Qy+Ял, уровень осевой чувствительности
микрофонаQM=201g(£/M/pM) и громкоговорителя Q r= 201g(p7
/£/r)= 2 0 1 g (p ,/£/,), где р " = р \ — звуковое давление на акустиче­
ской оси громкоговорителя на расстоянии 1 м от его акустическо­
го центра в неограниченном пространстве; рш— звуковое давление
в точке микрофона на его оси; С/г — напряжение на входе громко­
говорителя, В; UM— напряжение на выходе микрофона, В. В этом
случае стандартный индекс усиления аппаратуры (1.43) равен
QcT h = Qu k + Qr ft + Qy k>
(2.85)
где Qy=201g(£/,/£/M) — разность уровней на входе громкоговори­
теля и выходе микрофона, дБ. Иногда возникает необходимость
рассчитать разборчивость по заданным чувствительности громко­
говорителя и микрофона, уровню интенсивности громкоговорителя
(на расстоянии 1 м) и расстоянию от микрофона до рта.
Если частотная характеристика аппаратуры идеальна, то стан­
дартный индекс усиления можно определить из следующих сообра­
жений. Речевой спектр на выходе громкоговорителя должен иметь
ту же форму, что и на входе, т. е. разность спектральных уров­
ней на выходе громкоговорителя и входе микрофона на любой час­
тоте должна быть равна стандартному индексу усиления. Следо­
вательно, стандартный индекс усиления будет равен разности об­
щих уровней речи на выходе и входе (1.42), т. е. Q c t = L " v —LP.M>
где L "p = L i, а входной уровень, т. е. у микрофона, (1.46) LP.M=
= L 'p+ 2 0 1 g (l/rM).
Если же стандартный индекс усиления зависит от частоты в
при этом известна только форма частотной характеристики трак­
та (например, в виде частотной зависимости разности индексов
усиления на текущей частоте и на 1000 Гц), то требуемые величи­
ны стандартного индекса усиления на всех частотах могут быть
определены косвенным путем.
Пусть Qcrft представляет стандартный индекс усиления на сред­
ней частоте к-й полосы, тогда спектральный уровень речи на выхо­
де громкоговорителя на той же частоте будет определяться соот­
ветственно (2.83) и (2.84). По ф-ле (1.20), если в нее подставить
64
значения спектрального уровня из (2.83) для полос частотного
диапазона речи, можно найти общий уровень речи на выходе
громкоговорителя. Разность между найденными общими уровнями
на выходе и входе аппаратуры L"v — L V,U= Q B3B является взвешен­
ной величиной стандартного индекса усиления, учитывающей фор­
му спектра речи (1.48). Разность между взвешенным значением
индекса усиления и индексом усиления, например, на частоте
1000 Гц
AQb3B =
Q b 3B
— QlOOO
(2.86)
отражает влияние неравномерности частотной характеристики
тракта, т. е. отклонений стандартного индекса усиления относи­
тельно 1000 Гц
AQk = Q ct k Qeт 1000*
(2 - 87)
Если неизвестна абсолютная величина стандартного индекса
усиления, а известны лишь его отклонения по отношению к индек­
су на 1000 Гц (2.87), то, используя (2.84), (1.20) и (1.48), можно
получить разность между взвешенным значением индекса и его
значением на частоте 1000 Гц. Аналогично определяется и взве­
шенный индекс тракта QBзв = Ар.с—LP.M. Следовательно, с учетом
поправки (2.86) спектральный уровень речи на выходе (на рас­
стоянии 1 м от громкоговорителя)
в; = ■
£р.м + (*•; —^р.м) + д Qbsb.
(2.88)
и у слушателя
вг.« = V + ( V - V . ) + Л<?»»•
(2 89»
Спектральные уровни шумов й помех. Суммарный спектраль­
ный уровень шумов и помех может быть найден суммированием
спектральных плотностей интенсивности этих шумов и помех, если
они некогерентны и не имеют корреляционных связей, и когда их
спектры могут рассматриваться как сплошные. Операция такого
суммирования спектральных уровней условно обозначается знакам
(+ ) :
Вш = Ва( + ) В П( + ) В т,
(2.90)
а в развернутом виде это суммирование выглядит следующим об*
разом:
io ig [io OIB* + ю '- '^ - ы о 0- ' ^ ] ,
где В а, Ви и В т— спектральные уровни интенсивности акустиче­
ских шумов, помех и шумов тракта.
Если учитываются только две составляющие, то выражение мо­
жет быть упрощено. Пусть требуется найти
в = Вшкс( + )Вшт= loig [ю 0’1Вмакс+ 1 0 °’1Вмин] .
3 -2 4 5
(2.91)
65
После преобразований (2.91) примет вид
5 = 5 Ма к с + 1 0 1 ё [ И - 1 0 - 0 ’1(Вмакс~ Вмин)]
или В = £ макс + Д £ , (2.92)
где АВ = § (Вмаке— В мин) и лежит в пределах О сД В г^ З дБ (рис.
2.16).
Рис. 2.16. П оправка дл я
суммирования уровней
Из этого графика следует, что при разности уровней больше
10 дБ влиянием меньшего уровня можно пренебречь, а при ра­
венстве обоих уровней поправка составляет 3 дБ.
2.7.
ИНДЕКСЫ ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ
Оптимальный (рациональный) индекс тракта. Как уже указы­
валось, собственные «электрические» шумы аппаратуры невелики
в сравнении с акустическими шумами и помехами в помещении,
где находитсяслушатель (1.39). Поэтому уровень суммарной ин­
тенсивностишумов и помех в помещении (2.90) складывается из
интенсивности акустического шума 5 а и помех ВП.
Исходя из этого, уровень ощущения формант (1.24) для &-й по­
лосы
£fc = £p.Cfc— IAifc( + ) Bnkl-
(2.93)*
Величина спектрального уровня помех, воспринимаемого слушате­
лем, соответственно (1.39)
(2.94)
В п = £ р с + A L ^ - f A LT+ A Z,r -21,
где
В р .с = В р .м + Q
= В 'р +1 О пт
(2.95)
— спектральный уровень речи, создаваемый у слушателя полем
прямого звука (2.82), (1.44).
В соответствии с (2.93) и (2.94) уровень ощущения формант,
воспринимаемый слушателем,
В = = В р.ы
+ Q
m.c
■“
[В а( + ) ( 5 Р „
+ Q
C. M
+ Д -Ц +
А £ Т
+ Д £ Г— 2 1 )].
(2.96)
* Индекс
66
в дальнейшем опускаем.
Составляющая Ва не зависит от усиления тракта, а Вп имеет
уровень (2.94), линейно зависящий от индекса тракта, как и уровень речи.
Если пренебречь влиянием дополнительной маскировки (1.14)>
то, строго говоря, нельзя из выражения (2.96) получить оптималь­
ное значение коэффициента передачи тракта. Поэтому было введено
понятие его рациональной величины [5]. Рациональной величиной
коэффициента передачи является такая, при которой на каждой
частоте спектральный уровень помех Вп будет на 6 дБ выше спект­
рального уровня акустического шума, т. е. когда
Яп = Да+ 6.
(2.97)
Если используется рациональная величина индекса тракта, т. е.
Вп—Д а= '6 дБ, то в соответствии с (2.91), (2.92) (см. рис. 2.16)
суммарный спектральный уровень шумов и помех
Дш = Да( + )Д„ = Д „ + 1 .
С учетом этого уровень ощущения формант (2.93)
Е = Вр с- (Вп + 1) = 2 0 (Д L r + A LT+ Д Lr).
(2.98)
(2.99)
Следовательно, для рациональной величины индекса тракта уро­
вень ощущения формант зависит только от величины акустическо­
го отношения в данной точке помещения и времени реверберации*
Это значит, что и разборчивость речи при осуществлении рацио­
нального индекса тракта (или выше его) будет определяться толь­
ко акустическим отношением и временем реверберации.
В обычных помещениях, предназначенных для слушания речи,
акустическое отношение в самой удаленной от громкоговорителя
точке помещения не превышает пяти, время реверберации не пре­
вышает 1 «с, а поправка на отражение от головы слушателя на
средних частотах менее 3 дБ. Поэтому уровень ощущения формант
получается не выше 10 дБ, что по (1.25) соответствует коэффи­
циенту разборчивости оу=0,53. Е сли передавать 16 полос равной
разборчивости, т. е. диапазон частот от 200 Гц до 3600 Гц, то фор­
мантная разборчивость (1.26) А = (16/20) 0,53 = 0,43, что в со­
ответствии с рис. 1.10 дает 72% слоговой разборчивости, т. е. на
4,5% превышает среднее значение для хорошей понятности речи
(см. табл. 1.3). Если же акустическое отношение будет равно 10, а
время реверберации 2 с, то коэффициент разборчивости w равен
0,27, формантная разборчивость — 0,21, а слоговая — 37%, т. е,
понятность речи согласно табл. 1.3 будет ниже удовлетворитель­
ной. Наконец, для акустического отношения, равного 1, времени
реверберации 0,8 с величина слоговой разборчивости получается
равной 91%, а понятность речи будет отличной.
Рациональная величина индекса тракта в децибелах получает­
ся из (2.99) и (2.97), ориентироваться при этом надо на макси­
мальную величину акустического отношения, т. е. на максимум по­
мех
в п.макс - Ва + 6 - Врм + Qpa, + (Д
+ A 1Т+ Д Lr) - 2 1 , (2.100)
3!
67
хде
СП
A L r = 101gЯмакс, ALr = ^ - l g 7 \
M
o
(2.101)
QP,4 = Ba- B pM- T i A L + 27.
(2.102)
откуда
Величина SAL = ALRm + ALT + ALr изменяется в зависимости от
частоты в небольших пределах, 'причем поправка на отражение от
головы слушателя растет с увеличением частоты, а акустическое
отношение и время реверберации уменьшаются с ее увеличением.
В результате можно считать, что частотная зависимость индекса
тракта почти целиком определяется разностью спектральных уров­
ней акустических шумов и речи. Заметим, что, -если при расчете час­
тотной характеристики тракта, приращения индекса между сосед­
ними полосами равной разборчивости (на частотах выше 1000 Гц)
получаются более 1 дБ, то приходится уменьшать эти приращения
д а 1 дБ на полосу. Дело в том,
что в этом случае искажения
речевого сигнала становятся
уже заметными на слух, даже
при слушании в акустических
шумах.
Если по каким-либо сообра­
жениям (например, из-за са­
мовозбуждения) нельзя осу­
ществить
рациональную вели­
Рис. 2.17. И ллю страция обратной
чину индекса тракта, то это
связи по прямому звуку
приводит к соответствующему
уменьшению уровня ощущения формант (2.93) и к снижению раз­
борчивости речи. Если повышать индекс тракта QM.C сверх рацио­
нального, то уровень ощущения формант хотя и будет расти, но в
пределах не более 1 дБ (2.99). Когда спектральный уровень помех
превысит спектральный уровень акустических шумов на 10 дБ, уро­
вень ощущения формант почти достигнет максимально возможного
(точнее, будет меньше его на 0,4 д Б ), Конечно, если есть возмож­
ность, то усиление следует брать и выше рационального для созда­
ния запаса на случай повышения акустических шумов. Заметим,
что такое усиление желательно осуществлять в точках, где уро­
вень прямой волны минимален.
Предельный индекс тракта. Определенные выше рациональные
величины индекса тракта можно осуществить, если этому не будет
мешать самовозбуждение из-за обратной акустической связи. По­
этому при расчете звукоусиления в помещении необходима про­
верка на предельно допустимый индекс тракта. Обратная акусти­
ческая связь может быть по полю прямой волны и по диффузному
полю. Из рис. 2.17 следует, что самовозбуждение по полю прямой
волны возникнет, если на какой-либо частоте звук с уровнем LM в
точке нахождения микрофона, действуя через усилитель и громко-*
68
говоритель, будет создавать в той же точке уровень £ г.м, который
с учетом направленности микрофона (т. е. с учетом поправки на
то, что звук от громкоговорителя приходит не по акустической ocrf
микрофона) будет равен LM, т. е.
^р.м
4qм = ^м»
(2.103)
где «7ем — коэффициент направленности микрофона, дБ, под углом
в в акустической оси микрофона, q$м= —2OlgD^(0).
Фазовые соотношения не учитываем, так как в условиях акус­
тической обратной связи они всегда благоприятны для самовоз­
буждения. Положим, что на промежутке между громкоговорителем и микрофоном укладывается целое число волн (гг,м= п Х ). Это
может происходить на частотах fn = ^ A = 3 4 0 /rr.M> Если гг.м= 1 0 м,
то f n = 34n Гц. Следовательно, в каждом частотном интервале ши­
риной 34 Гц прц изменении частоты будет изменяться сдвиг фаз
между излучаемой волной и принимаемой в пределах от 2 (п—4 )я
до 2тт, т. -е. в пределах 0—2я. Согласно определению Q m.c= L c—
—LM, поэтому пороговый индекс тракта
Фм.с.пор^ем +^С
^Г.М.
(2.104)
Для получения устойчивой работы аппаратуры необходимо предусмотреть запас, равный 6 дБ на неравномерность поля и 6 дБ на
отсутствие регенеративной реверберации (при приближении к по­
рогу самовозбуждения наблюдается усиление отдельных частотных
составляющих и их медленное затухание из-за временной задержки при распространении в воздухе), т. е. предельный (критиче­
ский) индекс усиления по прямому звуку
Ои.с.кр = <7ем + Lc
Lr M
12 = <70м + ALc м
12,
(2.105)
где Д£с.м = £ с —LTM — разность уровней, создаваемых громкогово­
рителями в удаленной точке и у микрофона.
Следовательно, для повышения предельного индекса тракта не­
обходимо применять направленный микрофон, ориентируя его так,
чтобы в направлении на громкоговоритель -его чувствительность
была возможно меньшей. Также следует понижать уровень, разви­
ваемый громкоговорителями в точке нахождения микрофона. При­
меняя возможно более направленные громкоговорители и ориенти­
руя их так, чтобы они излучали возможно меньше в направлении
микрофона, и по возможности удаляя их от микрофонов, можно
снизить уровень в точке микрофона. Конечно, при этом следует
иметь в виду допустимые пределы увеличения неравномерности
озвучения. При этом увеличение уровня прямого звука в удален­
ной точке, точнее, увеличение разности между уровнем в удален­
ной точке и в точке акустического центра микрофона, также при­
водит к повышению предельного индекса тракта. Д ля диспетчер­
ских систем часто применяют специальные переключатели, дейст­
вующие от голоса, и поэтому в таких системах нет ограничения
индекса передачи.
69
Если микрофон находится в диффузном поле (рис. 2.18), то са­
мовозбуждение возникнет, когда уровень диффузной составляющей
поля с учетом ослабления его из-за направленности микрофона к
диффузному звуку будет равен
уровню прямого звука, созда­
ваемому у микрофона (на его
оси), т. е.
—
(2.106)
4м,
fD
где cjм — индекс направленно­
диср
сти микрофона к диффузному
звуку.
Согласно
определению
Рис. 2.18. И ллю страция обратной св я ­
Qm.c
=
L
c
—
LM
.
Откуда
полу­
зи по диф фузному звуку
чается пороговый индекс трак­
та Qm.C.IIOP = Ям 4“ L q Z/Д.
Д ля получения устойчивой работы тракта берется запас в
12 дБ, как и при обратной связи по прямому звуку. Следователь­
но, предельный (критический) индекс тракта при обратной связи
по диффузному звуку имеет вид
Qm.c.kp = q u- L K- L np- \ 2 = qu- A L Rii- \ 2 ,
(2.107)
ГДе AZ-ям = Ю l g ^?макс> L c = /.п р .
|Как правило, эта величина предельного индекса тракта полу­
чается меньшей, чем для случая обратной связи по полю прямой
волны.
По изложенной методике достаточно дать запас на 12 дБ, а не
на 18 дБ [6], так как неравномерность частотной характеристики
тракта учтена и расчет ведется не на среднюю величину акустиче­
ского отношения, а на Лмакс- Условие (2.107) должно быть выпол*нено во всем частотном диапазоне, так как
и /?макс зависят от
частоты.
'Существенное значение для предельного индекса тракта имеет
направленность микрофона. В совершенном диффузном поле на­
правленность микрофона <7м определяется обычным коэффициен­
том направленности (или индексом направленности). Но этот ин­
декс обычно не превышает 6 дБ для комбинированных микрофо­
нов из приемников давления и градиента давления. Д ля бикардиоидных он достигает 8 дБ. Более остронаправленные микрофоны
в практике вещания СССР не применяют.
Из (2.107) следует, что понижение уровня диффузной состав­
ляющей поля в помещении приводит к повышению предельного
индекса тракта. А в соответствии с (1.38) его можно снизить толь­
ко путем повышения коэффициента концентрации громкоговорите­
лей, так как коэффициент поглощения определен оптимальным
временем реверберации, а звуковое давление, развиваемое громко­
говорителем на расстоянии 1 м, одновременно влияет и на уровень
прямого звука. Уровень диффузной составляющей поля около
микрофона можно снизить также путем заглушения стен, находя70
жцихся во фронтальной зоне микрофона. В этом случае может быть
значительно снижен поток энергии отраженных волн, попадающих
в микрофон с его фронтальной полусферы. Это может рассматри­
ваться и как повышение направленности микрофона к диффузному
звуку.
Положим, что стены позади оратора покрыты поглощающим
материалом с большим коэффициентом а т. Тогда в микрофон бу­
д ут попадать помехи преимущественно с тыльной полусферы мик­
рофона. Следовательно, коэффициент направленности микрофона
«с учетом полного поглощения будет
<2 1 0 8 >
а индекс направленности
Ян = <7„.0 + 101§ I 1 + й ф/т 1 ^ <7„.0 + (7ф/т »
(2 - 109)
где Оф/т и <7ф/Т— коэффициент и индекс -направленности «фронт/
/тыл»; Йм.о и <7м.о — обычные коэффициент и индекс направленно­
сти микрофона.
Следовательно, индекс направленности микрофона может быть
в пределе повышен на величину, примерно равную индексу микро­
фона «фронт/тыл». Для гиперкардиодных микрофонов -он состав­
л яет примерно 12 дБ.
Повышение уровня прямого звука также приводит к повыше­
нию предельного индекса тракта. В этом случае играет существен­
ную роль возможное приближение громкоговорителей к слушате­
лю как в прямом смысле (например, путем применения распреде­
ленных систем), так и в косвенном: переходом от сосредоточенной
системы к цепочкам и от цепочек к решеткам громкоговорителей.
В первом случае дело имеем с сферической волной, во втором <— с
цилиндрической и в третьем — с плоской волной.
Как было выяснено ранее, акустическое отношение в основном
зависит от типа системы (сосредоточенная или распределенная) и
ют коэффициента концентрации громкоговорителя. Для заданного
помещения имеется несколько градаций величины акустического
отношения, соответствующих следующим вариантам: сосредоточен­
ная система с удвоенной высотой звуковой колонки, сосредоточен­
ная система с обычной колонкой, распределенная система с нена­
правленными громкоговорителями и распределенная система с зву­
ковыми колонками. Может быть и пятый вариант — сосредоточен­
ная система с рупорными громкоговорителями, но это редкий слу­
чай. Следовательно, предельный индекс тракта будет определять­
ся этими градациями акустического отношения. Если обратная
зкустическая связь по прямому и диффузному звукам получается
одного порядка, то результирующая обратная связь определяется
их суммарным действием. Можно сказать, что она больше самой
большой из них.
Определим величину предельного индекса тракта при совмест­
ном действии обеих связей. Условием самовозбуждения тракта при
71
раздельном действии обратной связи по прямому звуку является
/Спр.о.с = 1/Япр.тр ,и по диффузному /Сд.о.с = 1/^д.тр, где К — мо­
дуль коэффициента усиления по цепи обратной связи (индекс
«о.с») и по тракту (индекс «тр»), поскольку фазовые соотношения
не играют роли в акустической связи. При совместном действии
обеих связей результирующее значение критической обратной свя­
зи определится их энергетической суммой К 2х о . с = ^ 2пР.о.с+ К \ . 0.с>
откуда получаем уравнение для предельных значений коэффициен­
тов усиления по тракту: l / K h тР= 1/^С2п р .к р + 1 //(2д.кр. Здесь индекс
«2» означает суммарное значение К .
Согласно определению (1.42) Q = 201g/( или K 2= l O ° ' lQ. Соот*
ветственно для суммарного предельного индекса тракта имеем
—0,1QV
—0,1Q
—0,1Q
Ю
р= Ю
пркр + ю
д.кР>
где 'Qnp.Kp и Qff.Kp — предельные индексы тракта для раздельного
действия прямого и диффузного звука. Следовательно, суммарный
предельный индекс тракта
г —о, 1Q
—0 . 1Q 1
Qx кр = — ЮШ [10
пр кр + 10
д кр J .
(2.110)
При сравнении рационального индекса тракта (2.102) с пре­
дельным (2.107), видно, что оба они зависят от акустического от­
ношения. Поэтому разность между ними
Qkp—@рац = <7м+ ^р.м —Ba-{-ALT— Д L p— 39,
(2.111)
определяющая запас усиления, не зависит от акустического отно­
шения, а от свойств помещения зависит только с учетом поправки
на реверберационные помехи, изменяющейся в пределах 2—3 дБ.
В основном этот запас определяется направленностью микрофона
и может быть повышен также приближением микрофона ко рту
(это увеличивает уровни речи на входе микрофона) и снижением
уровня акустических шумов в помещении, что обычно не в наших
силах, если не считать возможности снижения йх путем сильного
заглушения помещения.
Фактический индекс тракта. Частотная характеристика тракта,
как правило, значительно отличается от равномерной. Но так как
по условию на любой из частот передаваемого диапазона индекс
тракта звукоусиления не должен превосходить предельного значе­
ния, то на других частотах индекс тракта может значительно от­
личаться от предельного. 1Введем понятие фактического индекса
тракта, под которым подразумевается -сумма индексов отдельных
звеньев тракта на каждой из частот. Неравномерность частотной
характеристики тракта обусловлена исключительно неравномер­
ностью частотных характеристик микрофона и громкоговорителей.
Остальные звенья тракта не вносят искажений более 1 дБ. Поэто­
му складывая уровни чувствительности микрофона и громкогово­
рителя и прибавляя к ним постоянную величину, соответствующую
усилению и затуханию в децибелах для остальных звеньев тракта,
можно получить фактический индекс тракта как сумму этих вели72
чин. Эта сумма должна быть меньше предельного индекса на лю­
бой из частот. В то же время нет смысла в том, чтобы фактиче­
ский индекс тракта был выше рационального. Очевидно, для боль­
шего приближения фактического индекса к предельному и рацио­
нальному надо применять соответствующие коррекции частотных
характеристик тракта. Заметим, что для случая озвучения факти­
ческий индекс тракта ограничен только рациональным значением.
В заключение следует сказать, что в системах звукоусиления
применение усилителей-ограничителей почти исключено, если фак­
тический индекс тракта близок к предельному. Поэтому таким
ограничителем можно пользоваться, только если предельный ин­
декс тракта очень высокий. Однако в системах звукоусиления це­
лесообразно применять ограничители-подавители, дающие умень­
шение мощности выходных устройств.
В системах озвучедия нет обратной связи, поэтому можно поль­
зоваться компрессорами и ограничителями уровня без каких-либо
оговорок, причем для повышения разборчивости речи необходимо
пользоваться компрессорами и ограничителями-усилителями. В
том случае, когда нет необходимости в повышении разборчивости
речи, для уменьшения мощности выходных устройств целесообраз­
но применять усилители-подавители.
Г Л А В А
Т Р Е Т Ь Я
Методика проектирования систем звукофикации'
3 . 1.
ВВЕДЕНИЕ
Как уже указывалось, основной характеристикой систем звукоуси­
ления и озвучения в случае передачи речи является обеспечивае­
мая ими понятность речи. Все остальные показатели, как-то: время
реверберации, акустическое отношение, неравномерность озвуче­
ния, неравномерность частотной характеристики тракта являются
показателями комфорта. Если понятность речи ниже требуемой, то
бессмысленно говорить об оптимуме по реверберации или акусти­
ческому отношению. Если же понятность речи удовлетворяет за­
данным требованиям, то для комфорта необходимо обеспечить оп­
тимальные значения времени реверберации, акустического отноше­
ния и др. При хорошей понятности речи в большинстве случаев эти
показатели находятся вблизи оптимума.
1 В данной главе сосредоточены основные расчетные формулы дл я типовых
случаев звукофикации. Большинство из них выведено в гл. 1 и 2, о чем сви­
детельствую т соответствующие ссылки на формулы. Тем не менее д л я удобства
расчетов в гл. 3 всем этим формулам присвоены новые номера.
73
Конечно, при этом следует иметь в виду экономические возмож­
ности и возможность технической реализации соответствующих па­
раметров аппаратуры, а также требования техники обслуживания,.
Известно, что понятность речи оценивается с помощью разбор­
чивости речи [2], а разборчивость речи определяется превышением:
спектральных уровней речи над спектральными уровнями помех к
шумов. Спектральные уровни помех определяются временем ревер­
берации и акустическим отношением, а спектральные уровни ре­
чи — данными громкоговорящей системы.
Д ля музыкальных передач существенное значение имеет ка­
чество звучания [14]. Если оно низкое, то звукоусиление может
только ухудшить впечатление слушателей. И лучше будет без зву­
коусиления. Звукоусилительная аппаратура должна создавать тре­
буемые уровни звучания на всех местах слушателей. Но часто это»
нельзя осуществить, так как появляется обратная акустическая,
связь, которая ограничивает уровни звукового поля.
Как было показано выше, величина акустического отношения в;
основном определяется размерами помещения, средним коэффици­
ентом поглощения и расстоянием от громкоговорителей, и только»
для направленных излучателей она еще зависит от коэффициентов
направленности. Следовательно, если время реверберации уж е
выбрано, нельзя задаваться величиной акустического отношения,,
а его следует рассчитывать.
Поскольку разборчивость речи и качество звучания музыкаль­
ных передач в значительной мере определяются акустическим от­
ношением, то необходимо вести расчеты для максимального значе­
ния акустического отношения, т. е. для наихудших (обычно самых:
удаленных) точек помещения. Ясно, что для всех других точек по­
мещения разборчивость речи и качество звучания музыкальных
передач будут почти те же самые или выше, так как акустическое*
отношение в них будет меньше.
Иногда необходимо знать и минимальное значение акустическо­
го отношения, так как оно соответствует максимальному значению»
разборчивости речи в рассматриваемом помещении. Минимальное
акустическое отношение будет в точках с максимальным уровней
прямого звука, поэтому оно может быть определено из неравно­
мерности поля прямого звука AL=101g(i/?MaKc/#Mim). Определятьсреднее значение акустического отношения не требуется, так каю
оно получается для точек помещения, находящихся где-то между
точками максимума и минимума уровня прямого звука.
Само собой разумеется, что если при расчете системы озвуче­
ния из-за большой величины акустического отношения получатся:
низкая разборчивость речд и качество звучания музыкальных пе­
редач, то следует принять меры к уменьшению величины акустиче­
ского отношения. Чаще для этого используют системы озвучения,
громкоговорители которых располагаются близко к слушателю.
Кроме того, переход от одиночных громкоговорителей к цепочкам
я от цепочек к решеткам дает уменьшение акустического отноше­
ния, так как цепочки создают цилиндрическую волну, а решетки—
74
плоскую. Снижению акустического отношения в распределенной
системе способствует переход к направленным громкоговорителям,
а в сосредоточенной — увеличение коэффициента осевой концент­
рации. Уменьшение акустического отношения также получают и
при увеличении среднего значения коэффициента поглощения.
В табл. 2.1 [9] приведены значения акустического отношения,
при которых получаются хорошая разборчивость речи и качество
звучания музыкальных передач. Но они определены для типовых
Помещений и могут служить лишь ориентиром при расчете систем
озвучения и звукоусиления.
Индекс тракта QM.c должен рассчитываться на получение воз­
можно более высокой разборчивости речи. Рекомендуемые в табл.
2.2 величины QM.с для систем звукоусиления речи пригодны только
для типовых помещений с низким уровнем акустических шумов, а
в более сложных случаях они могут считаться ориентировочными.
В табл. 2Л приведены оптимальные значения уровней звуково­
го поля для музыкальных передач. Д ля речевых передач уровни
звукового поля в конечном счете определяются из расчета разбор­
чивости речи. (Конечно, ею можно приближенно задаться и уточ­
нить после расчета разборчивости.
Неравномерность озвучения (2.1), т. е. неравномерность поля
прямого звука, определяется при расчете системы озвучения. При
этом нельзя допускать превышения норм по неравномерности оз­
вучения (6 дБ для помещений) [1]. Более того, следует стремить­
ся, по возможности, к снижению этой неравномерности.
Неравномерность частотной характеристики тракта определя­
ется после выбора аппаратуры звукоусиления. При этом стремятся
к возможно большей равномерности звучания всего передаваемого
частотного диапазона.
Для звукоусиления речи вполне допустим второй класс качеств
ва аппаратуры, а для диспетчерских установок нормы на показа­
тели качества определяются из условия обеспечения ими требуе­
мой разборчивости речи. Д ля музыкальных передач тракт должен
удовлетворять требованиям первого или высшего класса качества
[14].
На практике при проектировании системы озвучения или зву-*
коусиления известны лишь назначение данной системы, назначе­
ние помещения (аудитория, зал заседаний, конференц-зал, театр,
торговое помещение, аппаратурный зал, цех завода, вокзал и т. п.),
геометрические данные помещения (планы и разрезы помещения с
указанием местонахождения слушателей, оратора, лектора и т. п.),
описание поглощающих материалов, количество слушателей. По­
этому следует исходить только из этих данных. Но прежде чем
приступить к проектированию системы, необходимо определить об­
щий уровень и форму спектра акустических шумов в помещении.
Д л я ряда типовых помещений эти данные известны. Так, например,
для театров расчетный уровень шумов не превосходит 45 дБ, для
аудиторий и залов заседаний 55 дБ, в помещениях для собра­
75
ний 65 дБ. Форма спектра во всех этих случаях имеет характер*
близкий к форме речевого.
Для производственных помещений со станочным оборудова­
нием уровень должен быть задан или измерен, так как его диапа­
зон очень широк. Форма спектра этих шумов тоже может изменяться в широких пределах, но в-большинстве случаев спектр про­
изводственных шумов ближе к равномерному, чем речевой шут
(СхМ. табл. 3.5). В том случае, когда время реверберации заметна
отличается от 1 с, эти данные должны быть пересчитаны с учетом
поправки (1.51) к спектральным уровням шумов. Если же поме­
щение значительно отличается от указанных выше и нет возмож­
ности воспользоваться известными данными, то остается только
одно: измерить общий уровень акустических шумов в заданном по­
мещении и провести их спектральный анализ.
Итак, выбору подлежат: время реверберации; система озвуче­
ния, тип, расположение и количество громкоговорителей; тип, ко­
личество и расположение микрофонов; звукоусилительное обору­
дование. Звукоусилительная аппаратура используется не только
для усиления акустических сигналов (речь, музыка и т. п.), но в
для усиления записанных ранее сигналов на магнитную ленту, ки­
нопленку, грампластинки и т. п., а также для приема сигналов с
трансляционных линий и от радиоприемников. Для этой цели в
звукоусилительной аппаратуре предусмотрены соответствующие
входы. Их чувствительность рассчитана на максимально допусти­
мую выходную мощность. Поэтому если выбранная звукоусили*
тельная аппаратура для озвучения помещения от микрофона удов­
летворяет требованиям по уровню звучания, то она будет удовлет­
ворять этому требованию и для всех остальных входов.
Рассчитывают следующие характеристики: средний коэффици­
ент поглощения, геометрические данные системы озвучения, нерав­
номерность озвучения, уровни звукового поля в наиболее характер­
ных точках помещения (и обязательно в удаленных точках), ве­
личины акустического отношения для точек минимального и мак­
симального уровня прямого звука; предельный, рациональный и
фактический индексы тракта; разборчивость речи для удаленной
точки (а иногда и для точки с максимальным уровнем прямого
звука); уровень прямого звука с учетом частотной характеристики
тракта; неравномерность частотной характеристики тракта.
3 .2 .
АКУСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОМЕЩЕНИЯ
Для определения оптимального времени реверберации сначала
необходимо найти свободный объем помещения, т. е. из общего
объема должны быть вычтены объемы, отделенные от него различ­
ными низкими арками и проемами. По свободному объему в со­
ответствии с рис. 1.13 определяется оптимальная реверберация
Топт на частоте 500 Гц. Если помещение используется только для
76
речевых передач, то оптимальная реверберация определяется по
кривой 1. Если же помещение предполагается использовать и для
концертов, то время реверберации выбирается средним между временем для речи и для концертного помещения. Наконец, для му­
зыкальных театров, в которых речь играет вспомогательную роль,
время реверберации выбирают по кривым для музыкальных пере­
дач (кривая 2), Для музыкальных передач часто эксперименталь­
но подбирают подходящее значение реверберации с помощью ре­
вербераторов, которыми теперь снабжается аппаратура звукоуси­
ления. То же самое делают и в случае амбиофонических систем
(методика их расчета пока не разработана). После этого из (1.27)
находят реверберационный и средний коэффициенты поглощения
(1.28) для р = О
/
а ; р = 0 ,1 Ш 7 ^ Г Опт, асртр = 1— е “тр = а ;р— Да,
(3.1)
где S 2 — сумма всех ограничивающих поверхностей помещения,
м2; V — объем помещения, м3; Да — поправка (см. табл. 1.5). По­
лученная величина а ср.тр соответствует частоте 500 Гц. Затем вы­
числяем требуемый фонд поглощения [см. (1.29)] Лтр= а ср.тр5:2.
Пользуясь справочными таблицами (см. приложение 1), подсчиты­
ваем по (1.29) имеющийся фонд поглощения Лим на частоте
500 Гц. При этом пол, потолок, стены и другие поверхности счи­
тают в квадратных метрах; слушателей, кресла, стулья и другие
предметы — по их числу, причем число слушателей берут или
100%, если помещение всегда заполнено, или наиболее вероятный
процент заполнения помещения, необходимый для получения оп­
тимальных условий. Определяют дополнительное поглощение
Лдоп = Лтр— Л1М= a
+ X anNn ) .
(*)
(3.2)
(л)
Дополнительное поглощение на частоте 500 Гц подбирается
так, чтобы величина общего фонда поглощения Л0бщ была близка
к требуемой. Она не должна отличаться от нее более чем на 10%.
Для всех поглощающих материалов подсчитывается общий
фонд поглощения на всех частотах октав от 250 до 4000 Гц, а
также на частоте 6000 Гц. По (1.28) (1.29) определяется средний и
реверберационный коэффициенты поглощения для всех частот
a cp = ^ o6l4/S2, а '= — In (1 — a cp) = acp + Aa
(3.3)
и по (1.27) рассчитывается время реверберации
r - 0 ,1 6 1 W ( a 'S 2 + 4 p F ),
(3.4)
где р — затухание в воздухе (табл. 3.1). Для частот ниже 1000 Гц
р равно нулю.
Для частот выше 6000 Гц поглощение не рассчитывают, так как
коэффициенты поглощения известны только до значения этой час77
Т а б л и ц а 3.1
Зависимость коэффициента затухания звука р,
в воздухе от частоты f и влаж ности ц
|JL М
/ , Гц
1000
2000
4000
6000
1• Ю4 при 7J, %
40
60
80
5
35
85
145
4
25
61
125
3
20
50
110
тоты. Выше ее они сильно зависят от условий их расположения в
помещении из-за сильного затухания звуковых волн в воздухе.
Затем строится график частотной зависимости времени ревер­
берации и определяется отклонение от оптимальных кривых (см.
рис. 1.14). Если это отклонение превосходит 10%) то подбираются
другие поглощающие материалы, удовлетворяющие этому требо­
вании}.
Окончательно определяется средний коэффициент поглощения
и время реверберации на всех расчетных частотах.
После того как выбрана система, следует посмотреть, как целе­
сообразнее разместить поглощающие материалы. Дело в том, Ито
при расположении громкоговорителей в передней части помеще­
ния, если длина его превосходит 16—20 м, надо остерегаться по­
явления эха. Во избежание этого поглощающие материалы целе­
сообразно располагать на задней стене. Далее, чтобы избежать
ухудшения частотной характеристики громкоговорителя из-за ин­
терференции волн, отраженных от стены, находящейся за ним, це­
лесообразно в диаметре 3—б м покрывать ее сильно поглощаю­
щим материалом. Различного рода ниши также следует заглу­
шать, чтобы не было заметных резонансных явлений.
3 .3.
ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОЗВУЧЕНИЯ
Выбор вида системы озвучения
Прежде всего надо выбрать систему: сосредоточенную или рас­
пределенную, а затем выбрать класс громкоговорителей: рупор­
ные, звуковые колонки или так называемые ненаправленные (диффузорные)1 и акустические системы. В помещении сложной формы
(например, при наличии балкона или ряда отсеков) часто прихо­
дится применять зональную систему озвучения. В таких случаях
каж дая из зональных систем рассчитывается раздельно, а в точ1 В действительности диф ф узорны е громкоговорители имеют направленность
на частотах выше 1000 Гц.
78
ках стыка зон -определяется суммарный уровень от соседних ис*
точников звука ш .
Если в помещении будут проводиться концерты и по заданию
система должна быть универсальной, то пригодна только сосре*
доточенная система (эти соображения не относятся к «люстре»
из звуковых колонок). Д ля речевых передач можно применить -со­
средоточенную систему из звуковых колонок, если [см. (2.80)] для
&о=1 и Qr= 1 0 выполнено условие
Ь/1> 0,6,
(3.5)
где / — длина помещения; а Ъ — ширина его.
Для рупорных громкоговорителей должно выполняться условие
Ы 1> 0,25.
(3.6)
-Оба соотношения, конечно, ориентировочные. Более точную
оценку можно сделать лишь на основании сравнения систем по
максимальному акустическому отношению.
Если выбрана распределенная система, то надо уточнить вид
ее: настенные цепочки (одна или две) — рис. 2.5 и 2.6; потолочные
цепочки '(одна илидве) — рис. 2.7 и 2.8; решетка —рис. 2.9; кре­
сельная система;система
из нескольких направленных или нена­
правленных громкоговорителей, расположенных в разных точках
помещения.
Одну настенную цепочку из ненаправленных громкоговорителей
применяют, если ширина помещения не превосходит 4—8 м. При
ширине помещения от 6 до 16 м применяют две настенные цепоч­
ки из ненаправленных громкоговорителей. В помещениях шириной
10—46 м следует использовать одну настенную цепочку и шириной
12—30 м — две настенные цепочки из звуковых колонок.
Верхний предел для одиночных цепочек используется только
при хорошо отражающей противоположной стене, когда можно
считать, что действует зеркальный источник звука, расположенный
за стеной на расстоянии, равном ширине помещения (в этом слу­
чае стена как бы является средней линией помещения, на которую
направлены оси громкоговорителей).
При низком потолке предпочтение следует отдать потолочным
цепочкам, но если при этом ширина помещения велика, то лучше
применить потолочную решетку. Для очень широких помещений
пригодна только или потолочная решетка, или кресельная система.
Одна потолочная цепочка при низком потолке равноценна двум
кастенньш цепочкам, подвешенным под потолком. При равных
акустических отношениях предпочтение следует отдавать настен­
ным цепочкам. Если ширина помещения
& < ( 3,0 + 3 ,3 ) Лг,
(3.7)
то применяют однупотолочную цепочку, а еслиширина помеще­
ния
b > (6,0 + 6,6) &г,
(3.8)
то следуетприменить потолочную решетку. Здесь Лгпредставляет
70
высоту потолка над головами слушателей, т. е. высоту потолка
над озвучиваемой поверхностью. Действительная высота помеще­
ния будет больше на величину среднего значения расстояния го­
ловы от пола. Д ля сидящих слушателей эта величина принимается
равной 1—1,2 м, а для стоящих— 1,5—1,6 м. Если помещение име­
ет сложную форму, то лучше применять различные комбинации
громкоговорителей, состоящие или из отдельных громкоговорите­
лей, или из цепочек.
Все приведенные рекомендации являются ориентировочными
и подлежат уточнению путем сравнения величин акустических от­
ношений. Лучшей с акустической точки зрения является система,
которая дает меньшую величину акустического отношения, по­
скольку при этом получается большая разборчивость речи. Серьез­
ным критерием при выборе системы озвучения является экономич­
ность: выбирается самая дешевая в строительстве и эксплуатации
система. Немаловажным фактором является и простота обслужи­
вания.
Выбор класса громкоговорителей частично предопределен при
выборе системы. Дополнительно следует сказать, что рупорные
громкоговорители применяют если надо озвучить большое поме­
щение и не требуется высокого качества звучания. Колонки при­
меняют преимущественно в сосредоточенных системах, а в распре­
деленных— только при большой ширине помещения. iB последних
системах чаще всего применяют диффузорные громкоговорители.
Расчет геометрических данных системы
Расчет геометрических данных системы (высота подвеса гром­
коговорителей, расстояние между ними, расстояние между цепоч­
ками, направление оси излучения и др.) выполняют, учитывая сле­
дующее: достижение возможно меньшей величины акустического
отношения в удаленной точке и возможно меньшей величины не­
равномерности озвучения в основной зоне1, озвучиваемой громкого­
ворителями, удовлетворение архитектурным и экономическим тре­
бованиям, а также требованиям техники обслуживания.
Распределенные системы из ненаправленных громкоговорите­
лей. Высота подвеса двух настенных цепочек из ненаправленных
громкоговорителей определяется из неравенства (2.45):
0,3 b < h ц< 0 ,5 Ь.
(3.9)
Нижний предел соответствует неравномерности (на проекции
оси громкоговорителя на озвучиваемую поверхность) не более
1 дБ при большом количестве громкоговорителей в цепочке (не
менее трех в каждой). Верхний предел соответствует той же не­
равномерности, если в каждой цепочке взять по одному громко­
говорителю. Для одноцепочечной системы, если противоположная
1 Основной зоной мы называем зон у, в которую звук от первичного источ­
ника звука д оходи т с более низким уровнем, чем от громкоговорителей. Само
с о б о й разумеется, что эта зона относится к местам для слушателей.
80
стена хорошо отражает звук, высота подвеса берется та же, но
при этом за расчетную ширину помещения следует брать удвоен­
ную фактическую ширину помещения. Заметим, что ось излуче­
ния громкоговорителя при этом направляют в противоположную
стену на высоте озвучиваемой поверхности (см. рис. 2.5). Если
стена сильно заглушена1, что бывает очень редко, то необходимая
высота подвеса цепочки лежит в пределах [см. (2.50) и 1(2.51)]
0,3 6 < Ад< 1 ,3 Ь.
(ЗЛО)
Нижний предел соответствует неравномерности 3 дБ, верхний —
1 дБ.
Расстояние между громкоговорителями в цепочке (шаг цепоч­
ки) выбирают [см. (2.48)] из условия
й<2Л д.
(3.11)
Одну потолочную цепочку располагают на средней линии по­
мещения, а две — на расстоянии Ь/2 друг от друга при хорошо от­
ражающих боковых стенах и 2Ь/3 — при плохо отражающих. Рас­
стояние между громкоговорителями в потолочной цепочке выби­
рают так же, как и для настенных цепочек [см. (2.48)]. Шаг по­
толочной решетки выбирают по ф-ле (2.69):
d < 2 h p,
(3.12)
где Лр — высота подвеса громкоговорителей над озвучиваемой по­
верхностью.
Распределенные системы из направленных громкоговорителей.
Прежде всего следует задаться (с последующим уточнением) ти­
пом звуковой колонки. Дело в том, что геометрические данные сис­
тем зависят от характеристик направленности громкоговорителей.
Д ля колонок, часто используемых в распределенных системах
(2КЗ, 8КЗ, 10КЗ), эти характеристики заметно отличаются друг
от друга, и поэтомунельзя ориентироваться
на средние данные.
Для двух настенных цепочек из колонок высота подвеса (2.61)
^ 0 > 5 А ц] / Т = ё | Г
(3.13)
где ев— эксцентриситетдиаграммы направленности ввертикаль­
ной плоскости колонки. Для одиночной цепочки при хорошо отра­
жающей противоположной стене высоту подвеса определяют так
же, но подставляется удвоенная фактическая ширина помещения.
При сильном поглощении стен [см. (2.54)]
/Ь = ь у т = ? в.
(3.14)
1 Здесь и в дальнейш ем часто б удут использоваться термины «хорош о от­
раж аю щ ая стена» и «сильно заглуш енная стена». Если стена или другая поверх­
ность имеет коэффициент поглощения 0— 0,4, то интенсивность отраж енной вол­
ны б удет составлять 1,0— 0,6 от падаю щ ей волны. Суммарный уровень получит­
ся на 3 — 2 дБ выше, чем для одной падаю щ ей волны. Это соответствует хор о­
шо. отраж аю щ ей стене. Д л я коэффициента поглощения 0,75 увеличение
уровня составит только 1 дБ . Это соответствует плохо отраж аю щ ей стене.
81
Шаг настенной цепочки из колонок (см. 2.58)
d < 2 A „ / ( l - « “) / ( l - « ® ) f
(3.15)
где ег — эксцентриситет диаграммы направленности в горизон­
тальной плоскости колонки. Д ля колонок 10КЗ, 25КЗ
<*<3,6йц.
(3.16)
Сосредоточенные системы. Прежде всего следует сказать, что
высоту подвеса сосредоточенной системы надо определять в зависимости от назначения данной системы: будет ли она использо­
ваться для озвучения или для звукоусиления.
При сильно заглушенной задней стене в случае озвучения вы­
сота подвеса колонки (2.32)
h m i* iy T = % ,
(3.17)
а в случае звукоусиления (2.35)
(3.18)
Для хорошо отражающей задней стены уровень около нее уве­
личится на 3 дБ, поэтому высота подвеса может быть уменьшена
при озвучении в 1,41 раза (2.34), а при звукоусилении в 2 раза
(2.36), если только при этом угол наклона акустической оси не по­
лучится меньше 5° и не возникнет обратная связь по прямому зву­
ку.
Для рупорных громкоговорителей высота подвеса определяется
по неравномерности озвучения [3]
AL = 2 0 1 g [ 0 ,5 ( l + j / 1 + ( 1 —^ ) c tg 2a )],
(3.19)
где c tg a = //A r.
Количество громкоговорителей и расстояние между ними по ши­
рине помещения определяют чаще из архитектурных соображений*
чем акустических, так как только для широких помещений, когда
6 > 0,7 Z,
(3.20)
требуются два громкоговорителя [см. (2.38)]. Их можно распола­
гать почти вплотную к боковым стенам или, что предпочтительней*
на расстоянии Ь/4 от них, так как при этом получается наимень­
шая неравномерность озвучения, а акустические оси целесообраз­
нее всего направлять параллельно продольной оси помещения, ес­
ли оно вплане имеет прямоугольную форму, и развертывать по
радиусам, если оно имеет форму сектора. Для помещения с ши­
риной, превышающей его длину, можно применять несколько коло­
нок, расположенных в передней части помещения, например, в ви­
де цепочки на передней стене. Такую систему уже следует рас­
сматривать как распределенную систему из направленных громко­
говорителей. При наличии балконов следует иметь отдельную сис­
тему для их озвучения.
82
Сосредоточенную систему из колонок в форме люстры следует
рассчитывать как сосредоточенную систему, располагаемую у сце­
ны, с учетом того, что расстояние до удаленной точки в данном
случае вдвое меньше. При этом каждая из колонок будет обслу­
живать свой сектор, т. е. по существу это уже зональная система.
3 .4 .
ВЫБОР ТИПА ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
И РАСЧЕТ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
Расчет номинального звукового давления громкоговорителя
Сначала определяют ориентировочное значение оптимальной1
величины максимального уровня прямого звука в удаленной точке,
исходя из условия перекрытия заданного или выбранного уровня
акустических шумов в помещении.
Алакс = L a+ A La.
(3.21)
Для многоцелевых помещений и концертных залов уровень в
удаленной точке выбирают согласно рекомендациям, приведенным
в [9] (см. табл. 2.1). Для обеспечения высококачественной пере­
дачи речи ALa= 25.
Заметим, что для уровней шумов выше 75 дБ при такой по­
правке получается несколько завышенное значение уровня прямо­
го звука, поэтому в таких случаях следует брать несколько мень­
шее значение уровня.
Д ля передачи несложных информационных программ допуска­
ется небольшое плавное амплитудное ограничение или ограниче­
ние уровня (примерно на 4—6 дБ), поэтому максимальный уро­
вень берется ниже на 5 дБ, т. е. ALa= 2 0 .
Для диспетчерских передач ограничение допускается еще боль­
шее: ALa = 15. Наконец, для диспетчерских передач в условиях вы­
соких уровней шумов ALa = 10. Уровень, вычисленный по (3.21), не
всегда может быть получен, так как в системе звукоусиления суще­
ствует ограничительный фактор: обратная акустическая связь (гром­
коговоритель— помещение — микрофон — тракт — громкоговори­
тель). Поэтому вполне возможно, что в дальнейшем придется
брать менее мощный громкоговоритель.
Кроме того, разборчивость речи при таком уровне будет макси­
мально возможной в заданных шумовых условиях* Однако это не
столь уж необходимое условие, так как бывает вполне достаточна
меньшая разборчивость (например, при передаче несложной ин­
формации), тем более, что для создания высокого уровня речи
требуется более дорогая аппаратура.
По максимальному уровню прямого звука LMакс для удаленной
точки [см. (3.21)] находим величину максимального звукового
1 П од оптимальным подразум евается уровень, обеспечивающий
возм ож н ую , в заданны х шумовых условиях, разборчивость речй.
предельно
83
давления в паскалях
= 20 lg ( р и ^ к с / р о ) I то
в
удаленной
точке. Так
как
L MaKc =
(3.22)
Распределенные системы из ненаправленных громкоговорителей.
Для одиночной настенной цепочки без учета отражения от проти­
воположной стены или для одиночной потолочной цепочки без уче­
та отражения от боковых стен номинальное значение звукового
давления1 р и которое должен развивать громкоговоритель для со­
здания уровня £ Пр.мин=£макс в удаленной точке, может быть опре­
делено по (2.18) и (3.22), полагая Li = 201g ( p i / p o ) y Ь ц ж г и / ц/ я =
= d:
(3.23)
Р1 = РмаксК^/*0л.
где Рмакс — максимальное звуковое давление в точке пересечения
акустической оси громкоговорителя с озвучиваемой поверхностью
(см. рис. 2.5); d — шаг цепочки; ko — поправка на отражение ог
стены или потолка, находящихся позади громкоговорителей, а
также на направленность так называемых «ненаправленных» гром­
коговорителей; г — расстояние от цепочки до слушателя, сидящего
у противоположной стены (для настенной цепочки), или до боко­
вой стены (для потолочной цепочки).
В первом случае
r = y p + h i;
во втором
г= у
(3.24)
0,25Й* + Л*,
где Ьц — высота подвеса цепочки; Ъ — ширина помещения (рас­
стояние цепочки от противоположной стены).
Для одиночных цепочек с учетом отражения от противополож­
ной стены, а также для двойных настенных цепочек номинальное
звуковое давление определяется из (2.17) аналогично (3.23)
(3.25)
где риакс — максимальное звуковое давление для продольной оси
помещения на озвучиваемой поверхности (см. рис. 2.6); г — для
одиночной цепочки дано в предыдущем случае, а для двух цепочек
г = У 0,25&2ц+/г2ц; Ьц — расстояние между цепочками. Для пото­
лочных решеток номинальное давление (2.67), если k0=/=l
P i = P u^ V r d l 2 n k 0,
(3.26)
Распределенные системы из направленных громкоговорителей.
Д ля одиночной настенной цепочки из колонок без учета отраже­
ния от противоположной стены номинальное звуковое давление
P i = p mKQ. d / 2 V n k 0.
1 Номинальным значением звукового давления называют звуковое д ав л е­
ние, развиваемое громкоговорителем на расстоянии 1 м от его акустического
центра по акустической оси при подведении к громкоговорителю номинальной
мощности.
84
При условии равенства давлений прямого звука в удаленной точке
и требуемого рМакс определяется из (2.53)
Рх = Рмакс
У
rd/*1 У 1 — ег-
(3 -2 7 )
где r = V b 2+ h \ .
Аналогично предыдущему случаю для двухнастенных цепочек
или одной, нопри хорошо отражающей стене всоответствии с
ф-лой (2.60) давление
Рх = Рмакс У
r d / 2 n y ~ l = ? r, '
(3 .2 8 )
где r = Y 0,2562ц+/12ц — для двух цепочек и r = Y b2+ h2n — для
одной; ег — эксцентриситет диаграммы направленности в горизон­
тальной плоскости.
Сосредоточенные системы. Для п громкоговорителей, входящих
в систему, приближенно (считая, что в удаленной точке интенсив­
ности, развиваемые каждым громкоговорителем, примерно равны
друг другу и мало отличаются от интенсивности на акустической
оси) можно считать, что номинальное звуковое давление
Рх = Рняксг/У~п>
(3 .2 9 )
где г ^ 1 — расстояние от громкоговорителей до удаленной точки;
/ — длина помещения (от громкоговорителей до задней стены).
В заключение по значению рассчитанного давления р\ подби­
рается подходящий громкоговоритель, и для развиваемого им но­
минального звукового давления (на расстоянии 1 м) определяете,!
уровень в удаленной точке £прмин, точнее, минимальный уровень
на озвучиваемой поверхности. Это можно сделать по ф-лам (2.7),
(2.15), (2.24), (2.26) или (2.28), а для сосредоточенной системы
из нескольких громкоговорителей — по методу координат [см.
ф-лы (2.8) — (2.13)], тогда уровень, развиваемый громкоговорите­
лями, должен быть
^ном = V mhhк^ном*
^
Расчет неравномерности озвучения
Для распределенных цепочечных систем неравномерность озву­
чения (2.1) в продольном и поперечном направлениях определяет­
ся или по ф-лам (2.41), (2.43), (2.46), (2.47), (2.49), (2.55), (2.56)
и (2.57), или по графикам рис. 2.14 и 2.15. Для кресельных систем
она обычно мала, и поэтому нет смысла ее определять. Для ру­
порных громкоговорителей ее определяют по ф-ле (3.19).
Для распределенных систем сложной формы и для сосредото­
ченных систем сначала проводится расчет уровней поля в наибо­
лее характерных точках помещения, в том числе в наиболее ве­
роятных точках минимального и максимального уровней. Место­
положения последних определяются методом последовательного
85
приближения, за исключением случая, когда озвучение помещения
осуществляется одним громкоговорителем. В этом случае точку
максимального уровня для рупорного громкоговорителя [ lj мож­
но определить по формуле
1 -f - ctg2 а
xm = hr ----- - ‘.т у * ~ —-----1 tg a
_ e2)ctg2a
J
(3.31)
и для звуковой колонки
Хт = К -
- е?вctg* а----- ,
(3.32)
1 + (1 — е \) ctg2 а
где а — угол наклона акустической оси к горизонтальной плоско­
сти.
Определение звукового давления, создаваемого громкоговори­
телями в выбранных точках помещения, проводится методом коор­
динат. Если для каждого громкоговорителя известно развиваемое
им звуковое давление, то суммарное давление
= У р 1 + р 1 + р 1+ * * • •
Откуда общий для громкоговорителей уровень
Ls = 201g ( ps/р0),
(3.33)
где р о = 2 -1 0 -5 Па.
Неравномерность озвучения может быть найдена как разность
(2.1)
А ■£>= Ьмакс—LM„H,
(3.34)
где 1 Макс — максимальный уровень звукового поля; Ьшш — мини­
мальный уровень. При этом точки с минимальным уровнем, нахо­
дящиеся вблизи первичного источника звука (оратора, лектора),
следует исключать из рассмотрения, а минимальный уровень опре­
делять для точек, удаленных от первичного источника.
3 .5 .
РАСЧЕТ ИНДЕКСОВ ТРАКТА И ВЫБОР ТИПА
МИКРОФОНА
Расчет акустического отношения
Расчет акустического отношения можно проводить или непо­
средственно, или по диффузной составляющей. Если известны чис­
ло громкоговорителей п и развиваемое каждым громкоговорите­
лем звуковое давление pi на расстоянии 1 м от него, то уровень
диффузной составляющей (1.35), (1.38)
я Р .О -«ср )
, , ос
где Sz — общая поверхность, ограничивающая помещение; Qr —
коэффициент осевой концентрации громкоговорителя; а Ср — сред­
ний коэффициент поглощения; Р а — акустическая мощность гром­
коговорителя, Вт; 111 д Б = 1 0 1 g (1 6 ji/p 2o). Для ненаправленных,
громкоговорителей, если стена или потолок, находящиеся за нимиг
заглушены, вместо 111 дБ следует брать 108 дБ. Зная уровень
диффузной составляющей, нетрудно найти и акустическое отноше­
ние в децибелах:
A Lr = 101gfi = LA- L np9
(3.36>
где Lnp — уровень прямого звука.
Обычно нас интересует максимальное акустическое отношение,
т. е. разность между уровнем диффузной составляющей и мини­
мальным уровнем прямого звука. Акустическое отношение опреде­
ляют и для других точек помещения, в которых уровень прямого
звука выше минимального, но чаще всего это делают для точки
максимального уровня прямого звука. Это дает возможность вы­
числить разборчивость речи и для этих точек помещения с тем,,
чтобы определить диапазон изменения разборчивости речи.
Поскольку уровень диффузной составляющей зависит от часто­
ты (через коэффициент поглощения и коэффициент осевой кон­
центрации), акустическое отношение следует рассчитывать д ля
всего речевого диапазона частот. Уровень диффузной составляю­
щей еще зависит от частоты, так как звуковое давление, развивае­
мое громкоговорителем на расстоянии 1 м, в свою очередь зависит
от частоты, но в такой же степени это давление определяет и уро­
вень прямого звука. Поэтому разность между диффузной состав­
ляющей и составляющей прямого звука не зависит от уровня зву­
кового давления на расстоянии 1 м.
Максимальное акустическое отношение для одной настенной
цепочки при неотражающей противоположной стене, а также для
одной потолочной при неотражающих боковых стенах определяет­
ся -по формуле (ем. § 2.5)
р
16nrMaKcd ( 1 — О&ср)
k 0 S z a cp
-
16/цГмакс(1 — О&ср)
k 0 а сР S j ,
где для настенной цепочки гмакс = УГ b 2 +
h 2ц,
/Q
9
а для потолочной —
Г м а к с = К 0,25Ь 2 + Л2ц, n d t t l A.
Для настенных и потолочных цепочек с отражающими стенами
п
^м акс-
8 я г Ма к с ^ 0 — а с р )
£о а сР
8/цГмакс( 1 — а ср)
k0a cpSx
/о OQV
’
где п — общее число громкоговорителей; гмакс — расстояние от це­
почек до точки пересечения акустических осей с озвучиваемой поверхностью. Д л я двух настенных или одной потолочной гмакс =
= ] / 0 ,2 5 6 2 + Л2ц, для одной настенной rMaKC= | ^ b 2+ h \
87
Для двух настенных цепочек из звуковых колонок 'или для од­
ной, но при хорошо отражающей противоположной стене (см.
§2 .5 )
g
___
8лгм акс^ (1 — О&ср)
__
1 6 /ц Гмакс (1 — g cp)
2 д^
^ — ег
а Ср *^2
<*СР *^2
^
При этом гМакс определяется так же, как и для ненаправленных
громкоговорителей.
Для одной цепочки из колонок при неотражающей противопо­
ложной стене акустическое отношение
Ямакс = _ 16«Гмакс^(1- «ср)_ _
аср^2 ®г
(3.40)
—4
Для потолочной решетки из п ненаправленных громкоговори­
телей (2.78) при й г = 1
d
к
п
_ вш ^О -яср)
* макс
fcOcpSs
(3.41)
где rfp — шаг решетки; nd% = S uoт.
Д ля кресельной системы коэффициент ko равен двум, так как
излучение громкоговорителей в тыльную полусферу поглощается и
отражения прямого звука не происходит.
Для сосредоточенной системы из одного-двух громкоговорите­
лей максимальное акустическое отношение в удаленной точке (см*
§ 2.5) на оси громкоговорителя, т. е. при £)(0) = 1,
16л
<*'макс
акс (1
а ср)
ссср
г д е Гмакс— "]/" 12 + № т
Расчет рационального и предельного индексов тракта
Для каждой из основных (например, октавных) частот в слу­
чае звукоусиления следует найти оба индекса тракта, а при озву­
чении— только рациональный индекс. Рациональный индекс
тракта см. (2.102)
Qpm = Ba- B p u - ^ AL + 27.
(3.42)
Здесь Вр.м — спектральный уровень речи у микрофона. С учетом
поправки на расстояние от оратора или лектора домикрофона
спектральный уровень речи у микрофона (2.84)
V
= я ; + 2 0 1 g (l/rJ .
(3.43)
где гм — расстояние от рта до микрофона, м; В'р — спектральный
уровень на расстоянии 1 м от рта для суммарного уровня 71 дБ
(см. табл. 3.5); Ва — спектральный уровень шумов (берется в со88
ответствии с заданием, для некоторых типовых шумов их спектры
и общие уровни приведены в табл. 3.5);
2 А Ь = Д 1 Лм + Д Ь г + А 1 г;
(3 .4 4 )
A L r м— максимальное
акустическое
отношение, дБ; А Ь я м =
= lOIgi/^макс; Д^т — поправка на влияние реверберационных помех
(1.40):
A L T= - f l g T ;
ALr — поправка на отражение от головы
3.5).
Предельный индекс тракта (2.107)
(3 .4 5 )
слушателя
< 2 к р = ? м -Д Ь л - 1 2 ,
(см.
табл,
(3 .4 6 )
где qM— индекс направленности микрофона с учетом приращения,
возникающего вследствие расположения микрофона около сильно
поглощающего материала. В данной формуле взята поправка не
18 дБ, как в [9], а 12 дБ, так как исключена поправка на нерав­
номерность частотной характеристики тракта, поскольку расчет
выполняется для каждой из октавных частот. Фактический индекс
тракта следует выбирать не выше предельного, но нет смысла вы­
бирать его и выше рационального (2.102). Это условие должно вы­
полняться во всем частотном диапазоне передачи.
Расчет фактического индекса тракта
Сначала следует определить относительную частотную зависи­
мость индекса тракта. Обычно ее нормируют относительно чувст­
вительности тракта на частоте 500 или 1000 Гц.
Так как усилитель и другие звенья тракта, кроме громкогово­
рителя и микрофона, практически не вносят искажений в частот­
ную характеристику тракта, то расчет ведут только для электро­
акустических звеньев: микрофона и громкоговорителя.
Для построения нормированной характеристики тракта из
справочников выписывают чувствительность микрофона и громко­
говорителя (в децибелах с произвольным нулевым уровнем) для
всех экстремальных точек частотных характеристик микрофона и
громкоговорителя (см., например, табл. 4.3). Для каждой из час­
тот нормируют чувствительность путем вычитания уровня чувстви­
тельности на частоте 1000 Гц из уровня чувствительности на дан­
ной частоте. Заметим, что при таком нормировании произволь­
ность выбора нулевых уровней нейтрализуется. Затем суммируют
нормированные значения для каждой из частот. Ниже, в приме­
рах (см. гл. 4), приведены конкретные расчеты таких характерис­
тик (см. табл. 4.3; 4.7 и др.).
Для определения фактического индекса тракта QM.C следует
нанести на график частотной характеристики значения рациональ­
ного и предельного индексов тракта и индексов нормированной ха­
89
рактеристики тракта (см. рис. 4.8, 4.12). Затем, смещая, послед­
нюю вверх или вниз по ординате, находят такое ее положение, при
котором она оказывается возможно выше, но не выше предельной
н, по возможности, близкой (или выше) к рациональной. Смеще­
ние кривой равно искомому значению фактического индекса трак­
та на частоте 1000 Гц. Прибавляя эту величину к значениям нор­
мированной характеристики тракта на других частотах, получают
частотную характеристику фактического индекса тракта.
Можно обойтись и без построения частотных характеристик ин­
дексов тракта. В этом случае для систем звукоусиления следует
интерполировать предельный индекс ’тракта для всех частот, для
которых определена нормированная характеристика тракта. Затем
д л я каждой из частот из значения предельного индекса тракта на­
до вычесть нормированную чувствительность тракта. Минималь­
ная из полученных разностей суммируется со всеми значениями
нормированной характеристики. Полученная характеристика и яв­
ляется частотной характеристикой фактического индекса тракта
(см. табл. 4.3).
Для систем озвучения расчет частотной характеристики факти­
ческого индекса тракта выполняется следующим образом. Подби­
рают такое значение индекса тракта на частоте 1000 Гц, учет ко­
торого на всех других частотах приведет к тому, что они будут
йли выше рационального индекса на этих частотах, или немного
ниже. Конечно, если на какой-либо частоте будет резкий выброс
нормированной чувствительности тракта, то нет смысла добивать­
ся равенства ее с рациональным индексом.
Сравнивая полученную характеристику с рациональной, можно
сказать, насколько близки мы к максимально возможной (в з а ­
данных условиях), разборчивости речи. В тех диапазонах частот,
в пределах которых фактический индекс выше рационального, ко­
эффициент разборчивости будет максимально возможным незави­
симо от превышения, а в диапазонах, в пределах которых факти­
ческий индекс будет ниже рационального, коэффициент разборчи­
вости будет тем меньше, чем больше разность между ними.
После этого сравнения можно сделать заключение о необходи­
мой коррекции частотной характеристики тракта, если между зна­
чениями фактических и рациональных индексов будет большая
разница. Корректировать частотную характеристику тракта можно
или заменой микрофонов и громкоговорителей другими типами с
более подходящей частотной характеристикой, или путем включе­
ния корректирующих устройств. Если окажется, что требуется
сложная коррекция частотных характеристик фактического индек­
са тракта или получилось слишком большое расхождение между
предельной и рациональной частотными характеристиками, то
можно сделать заключение и о необходимости их изменения. Эти
характеристики можно изменять, варьируя средним коэффициен­
том поглощения, коэффициентом концентрации громкоговорителя
и индексом направленности микрофона. Последний можно менять*
варьируя поглощением стен позади и сбоку от оратора (2.109).
90
Соответствующие решения зависят от ряда факторов, и в каж ­
дом конкретном случае они могут быть различны. Ниже в приме­
рах расчета рассмотрены различные, наиболее характерные слу­
чаи.
3 .6.
РАСЧЕТ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
Приведем последовательность операций и формулы расчета.
Для каждой из полос равной разборчивости (см. табл. 3.5);
1. Вычисляем по ф-ле (3.43) спектральные уровни речи с по­
правкой на расстояние от микрофона
Bp.u =B'p + 2 0 lg (l/rJ .
(3.47)
2. По заданному спектру и уровню акустических шумов нахо­
дим его спектральные уровни Ва (см. табл. 3.5а).
3. Интерполируем суммарную поправку 2AL, вычисленную ра­
нее для октавных частот [см. ф-лу (3.44)], на средние частоты
полос равной разборчивости.
4. Аналогично интерполируем фактический индекс тракта
Q m.c-
5. Все эти данные заносим в сводную таблицу.
6. Вычисляем спектральные уровни речи у слушателя (2.82)
в р.с
(3.48)
р.м 4
1 -Q
^ м .с *.
'
'
7. Вычисляем спектральные уровни помех (2.94)
Bn = Bpc + Y A L - 2 1 .
(3.49)
8. Суммируем спектральные уровни помех со
уровнями шумов (по интенсивности) (2.91)
вш= ва( + ) Вп= 101g [ 10м *
спектральными
+ 10м * ] .
(3.50)
Это суммирование может выполняться по ф-ле (2.92)
=
А яакс ( +
) Длин =
Д л ак с +
(3.51)
А А
где АВ берется из табл. 3.2 или рис. 2.16.
Т а б л и ц а 3.2
Поправки для расчета суммарного уровня В ш по разности уровней В п и В а
^макс
^мин» ДБ
АВ, дБ
1
2
3
4
5
3 ,0 2 ,5
2,1
1.8
1.5
1,2
0
6
7
8
1.0 0 ,8 0 ,6
9
10
0 ,5 0 ,4
11
12
0 ,3 0 ,2
9. Вычитаем из спектрального уровня речи спектральный уро91
вень суммарных помех и шумов и получаем уровень
формант (1.24)
Е = Вр с - В ш.
ощущения
(3.52)
10.
По найденному уровню ощущения Е вычисляем коэффици­
ент разборчивости w (1.25) для 0 < £ < ;1 8 дБ
w = (E + 6)/30
(3.53)
или находим его точное значение по табл. 3.3.
Т а б л и ц а 3.3
Зависимость коэффициента разборчивости w от уровня ощущения формант Е
Е . дБ
w , отн. ед.
Я, дБ
w , отн. ед.
— 12
— 11
— 10
—9
—8
—7
—6
—5
0,01
0,015
0,02
0,0 3
0 ,0 4
0 ,0 5
0 ,0 6
0 ,0 7 5
—4
—3
—2
—1
0
3
6
9
0,095
0,11
0 ,1 4
0 ,1 7
0 ,2 0
0 ,3 0
0 ,4 0
0 ,5 0
Е, дБ
w , отн. ед.
Я, дБ
0,60
0,70
0 ,80
0 ,83
0,86
0,88
0 ,9 0
0,915
24
25
26
27
28
29
30
33
36
12
15
18
19
20
21
22
23
w %отн. ед.
0,93
0,945
0 ,9 6
0 ,87
0 ,9 8
0,985
0 ,9 9
0,995
1,0
Все вычисленные значения заносим в сводную таблицу.
11.
Полученные значения коэффициента разборчивости сумми­
руем и определяем формантную разборчивость (1.26)
20
А — 0,05 ^ wu(3.54)
k=l
По формантной разборчивости определяем слоговую S и словес­
ную W разборчивость (табл. 3.4) и понятность речи (см. табл,
1.2 ).
Т а б л и ц а 3.4
Зависимость слоговой и словесной разборчивости, %, от разборчивости формант
0 ,0 5
0,10
0,15
0 ,2 0
0,25
0 ,3 0
S
5
15
26
36
46
54
W
30
63
76
85
90
93
А
0 ,35
0 ,4 0
0,45
0 ,5 0
62,5
69
75
80
94,5
96
97
98
П р о д о лж ен и е
А
0 ,5 5
0 ,6 0
0 ,6 5
S
84
87
90
9 2,5
9 5 ,2
9 8,5
98,8
99
9 9 ,2
99,4
W
92
0 ,7 0
0 ,7 5
0 ,9 5
1,00
0 ,8 5
0 ,9 0
9 6 ,5
98
99
9 9 ,5
100
9 9 ,6
99,7
99,8
99 ,9
100
0 ,8 0
Т а б л и ц а 3.5
Вспомогательные данные для расчета разборчивости речи
а) по полосам равной разборчивости
№
поло­
сы
1
2
3
4
5
6
7
S
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Ширина
полос
Границы
полос равной
разборчи ­
вости, Гц
Ак
200--3 3 0
330--4 6 5
465—605
605--7 5 0
750--9 0 0
900--1 0 6 0
1060--1 2 3 0
1230--1 4 1 0
1410--1 6 0 0
1600--1 8 0 0
1800--2 0 2 0
2020--2 2 6 0
2260--2 5 3 0
2530--2 8 4 0
2840--3 2 0 0
3200—3630
3630—4150
4150—4790
4790—5640
5640--7 0 0 0
130
135
140
145
150
160
170
180
190
200
220
240
270
310
360
430
520
640
850
1360
Поправка
на отраж е­
ние от
головы
Д£г , дБ
Спектральные уровни, дБ
Средняя
частота
полосы
Л:р’
Гц
речи
В'
Р
265
400
535
680
825
980
1145
1320
1505
1700
1910
2140
2395
2685
3020
3415
3890
4370
5215
6320
4 5 ,5
4 4,0
4 1,5
39 ,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
20,0
19,0
18,0
17,0
15,5
акустических ш умов1 В а
2
1
39 ,0 2 7 ,0
3 8 ,0 2 7 ,5
35,5 2 8 ,0
33 ,0 2 5,0
3 0 ,5 22,0
2 8 ,0
19,0
25,0
16,0
2 3,0
13,0
21,0
11,0
20,0
9 ,0
19,0
7 ,0
18,0
6 ,0
17,0
5 ,0
16,0
4 ,0
15,0
3 ,0
14,0
2 ,0
13,0
1,0
11,0
0 ,0
9 ,0 - 2 , 0
7 ,0 - 4 , 0
4
3
1
5 0 ,0
4 8 ,0
4 6 ,0
4 4 ,0
4 2 ,0
4 1 ,0
4 0 ,0
3 9 ,0
3 8 ,0
3 7,0
3 6 ,0
3 5,0
3 4 ,0
3 3 ,0
3 2 ,0
3 1 ,5
3 1 ,0
3 0 ,5
3 0 ,0
2 9 ,0
4 7 ,0
4 4,5
42,5
4 0,5
3 8,5
36,5
3 4,5
3 2,5
30,5
2 8,5
2 6,5
24,5
2 3 ,0
21,5
2 0 ,0
17,5
15,0
12,0
9 ,0
5 ,0
1,0
1,4
1,75
2,1
2 ,4
2 ,6 0
2 ,9 5
3,1
3 ,4
3 ,7
4 ,0
4 ,3
4 ,5
4 ,7
4 ,9
5,1
5 ,3
5 ,5
5 ,7
5 ,9
б) по октавным полосам
Границы
октавы
175—350
350—700
700— 1400
1400—2800
2800—5600
5600—7000
С редняя
частота
октавы
Ширина
полосы
Л)КТ’
Гц
ДЛ ж т’
Гц
речи
В'
Р
250
500
1000
2000
4000
6000
175
350
700
1400
2800
2000
4 5 ,5
4 1 ,5
3 3 ,0
2 5 ,5
18,5
15,5
С ум м арн ы й у р о в е н ь
Спектральные уровни, дБ
акустических ш умов1 В я
1
1 2 1 3
3 9 ,0
2 7 ,0
3 5,0 28,0
2 6 ,5
17,0
18,5
6 ,5
12,5
1,0
7 ,0 — 4 ,0
71,0* 65,0
5 5 ,0
4
4 7 ,0
4 2 ,5
3 5,5
25,5
13,0
5 ,0
5 0 ,0
4 6 ,0
4 0 ,5
3 5 ,5
3 1 ,0
2 9 ,0
7 3 ,0
7 7,0
Поправка на
отражение
от головы
Д£г, дБ
1,0
1,8
2 ,7
4 ,2
5 ,4
5 ,9
1 Акустические шумы: 1—речевые (разговор нескольких человек), 2—рече­
вы е (приглушенные разговоры ), 3— речевые (громкие разговоры, выкрики и
т. п.), 4—производственные (шум машинного оборудования в цехе).
* Н а расстоянии 1 м от рта с учетом составляю щ их ниже 200 Гц.
При высоких уровнях шумов из уровня ощущения Е надо вы­
читать дополнительную маскировку т (см. табл. 1.4).
Для ориентировочного определения разборчивости речи мож­
но воспользоваться сокращенной методикой расчета. Если спект93
ры речи и шумов изменяются по частоте не очень резко, то нет
смысла вычислять их для всех полос равной разборчивости, а до­
статочно рассчитать их на октавных частотах, полагая, что в их
пределах коэффициент разборчивости будет практически одинако­
вым. Октаве 175—350 Гц (табл. 3.5) соответствует первая полоса
равной разборчивости (200—350 Гц), следующая октава (350—
700 Гц) охватывает три полосы равной разборчивости (330—465,
465—605 in 605—750 Гц), октава 700— 1400 Гц включает в себя
четыре полосы (750—900, 900—1060, 1060—1230 и 1230— 1410 Гц),
октаве 1400—2800 Гц соответствуют шесть полос, охватывающих
диапазон 1410—2840 Гц, октаве 2800—5600 Гц соответствуют пять
полос в диапазоне 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 учетом этого формантную разборчи­
вость можно определять по формуле с весовыми коэффициентами
А. — 0,05 [w± -f- Зо^ 2 4w3"4" 6 0 У4 -Г 5ву§ -f- oug] >
(3.55)
где w\—Wq— коэффициенты разборчивости на октавных частотах.
Расчет разборчивости речи для систем, имеющих ограничитель
уровня с постоянными времени 1 мс и 0,3 с, выполняется аналоТ а б л и ц а 3.6
Параметры речевого сигнала при ограничении уровня
Величина
ограничения
^ ог, дБ
0
3
6
10
16
20
Подавление
слабых звуков
Д £ ог, дБ
Пикфактор
суммарного сигнала
Пог, дБ
0
0, 5
1. 0
2 ,0
4 ,0
6 ,0
12
11,3
10,4
8 ,5
6 ,3
2 ,5
гично обычному расчету разборчивости речи с той лишь разницей,
что спектральные уровни помех Вп (3.49) определяются с учетом
величины ограничения Lor (табл. 3.6):
5 n = Bp c - L or+ £ A L - 21,
(3.56)
а уровень ощущения Е (3.52) определяется для неограниченного
спектрального уровня у слушателя 5 Р.С с учетом величины подав­
ления слабых уровней речи ALor:
E = Bp c - A L or- B m.
(3.57)
94
3 .7.
РАСЧЕТ УРОВНЯ ПРЯМОГО ЗВУКА
ПРИ ПЕРЕДАЧЕ РЕЧИ И ВЫБОР АППАРАТУРЫ
ЗВУКОУСИЛЕНИЯ
Этот расчет можно выполнять или по октавным частотам, или
по полосам равной разборчивости. Последний способ точнее, но
иногда необходимо определить этот уровень еще до расчета раз­
борчивости речи, и тогда можно рассчитать его приближенно по
октавным частотам. В этом случае для каждой из расчетных ок­
тавных частот находят спектральный уровень речи у слушателя по
ф-ле (2.82)
В р.с = В р.м 41-0
^ м .с ’,
^(3.58)'
где в качестве Q M.c берут фактический индекс тракта на октавных
частотах. Порядок дальнейшего расчета одинаков как для октав­
ных полос, так и для полос равной разборчивости. Для каждой из
таких полос:
1. По спектральному уровню определяется относительная вели­
чина плотности интенсивности (по отношению к / о )
0,1В
J k/I0= 10
рс.
(3.59)
2. Умножаем полученную плотность на соответствующую ши­
рину полосы (октавы А/0кт или равной разборчивости А/р, ширина
этих полос приведена в табл. 3.5) и вычисляем относительную ин­
тенсивность в полосах A/fe=/feA/fe. Все данные заносим в сводную
таблицу.
После этого, суммируя интенсивности в полосах, получают об­
щую интенсивность прямого звука (в величинах / о ) :
/ пр/ / 0 = 2 А / ь//0.
(*)
Откуда находят его уровень
4 ,p = io ig (V /o ).
(3.60)
(3.61)
Это является средним уровнем прямого звука у слушателя в уда­
ленной точке помещения при речевых программах.
В случаеограничения уровней расчет среднего уровня речи от­
личается от предыдущего только тем, что уровни 5 Р.С берутся
.меньше на величину ограничения Lor, т. е.
о,1 / в
—и
J /I0 = Ю 1 рс ог).
(3.62)
3. Определяем пиковый уровень прямого звука. Д ля высокока­
чественной передачи речи без применения компрессоров и ограни­
чителей пиковый уровень должен быть на 12—15 дБ выше средне­
го, так как пикфактор речи равен 12 дБ, Кроме того, мы ориенти­
ровались на уровень 71 дБ, развиваемый оратором на расстоянии
95
1 м, а следует предусмотреть неискаженную передачу с уровнем
74 дБ, т. е.
(3.63)
А * = А ф + (12-т-15).
Для расчета пиковых уровней прямого звука в случае ограни­
чения уровней следует пользоваться формулой
(3.64)
где Пог — пикфактор ограниченного речевого сигнала (см. табл.
3.6).
При сравнении полученного значения L hhk с вычисленным ра­
нее значением минимального уровня звука £ пр.мин (3.30) оконча­
тельно определяем пригодность выбранных 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 она не пре­
восходит 1—2 дБ, то нет смысла в такой замене. А если больше,
то может потребоваться изменение распределения громкоговорите­
лей и даже замена системы.
После окончательного выбора громкоговорителей и расчета
разборчивости определяем суммарную номинальную мощность
громкоговорителей и по этой величине выбираем подходящий мощ­
ный усилитель. В расчете на включение дополнительных громкого­
ворителей рекомендуется выбирать усилитель, по мощности не­
сколько превышающий номинальную.
При расчете универсальной системы озвучения ориентируются
на программу, требующую наибольший уровень.
3 .8 .
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА МНОГОЦЕЛЕВЫХ
ПОМЕЩЕНИЙ
К наиболее распространенным многоцелевым помещениям от­
носятся концертные залы, клубные помещения и т. п. В них наря*
ду с звукоусилением речи требуется усиливать музыкальные соль­
ные номера, подусиливать оркестры и т. п.
В таких помещениях необходимо осуществлять акустические
условия для передачи как речевых, так и музыкальных программ.
Могут быть два варианта: в первом исходят из того, чтобы полу­
чающаяся разборчивость речи обеспечивала ее полную понятность,
во втором исходят из компромисса — акустические условия созда­
ют промежуточные между оптимальными для речи и музыки (см.
§ 3.2). Исключение могут составить оперный театр и залы, пред­
назначенные только для музыкальных программ, в них условия
должны быть оптимальными для музыкальных передач. Соответст­
венно этому выбирают оптимальную реверберацию и акустическое
отношение.
Так как для речевых передач максимальный уровень в много­
целевых помещениях требуется меньший, чем для музыкальных, то
96
при выборе громкоговорителей ориентируются на уровни, необхо­
димые для музыкальных передач, а расчет разборчивости речи
проводят для рационального индекса тракта. Так, для воспроиз­
ведения музыки и театральных эффектов требуется уровень
100 дБ, подусиления солистов и небольших оркестров — 94—96 дБ,
тот же уровень требуется для танцевальной музыки. Микрофон
для смешанной передачи музыкальных и речевых программ, как и
для одних музыкальных программ, выбирают исходя из требова­
ния высококачесгвенной передачи музыки т. е. по высшему или
первому классу точности передачи.
Г Л А В А
Ч Е Т В Е Р Т А Я
Примеры проектирования
4. 1.
ЗВУКОУСИЛЕНИЕ В ЗАЛЕ «КРУГЛОГО СТОЛА»
З а д а н и е. Спроектировать звукоусилительную установку дл я зал а «круглого сто­
ла» размером 2 0 X 2 0 X 8 м (рис. 4.1). Количество участников засед ан и й — 120
чел. З а л рассчитан на двенадцать делегаций. 36 членов делегации сидят в пер­
вом ряду (у края сто л а), другие 36 — во вто ­
ром ряду. В доль каж д ой из стен расположено
по девять кресел д л я вспомогательного персо­
нала делегаций. В центре за л а расположен
стол стенографисток (12 человек). П отолок и
часть стен (500 м 2) покрыты специальным звукопоглотителем типа А ЦП (коэффициенты по­
глощ ения даны в табл. 4.1), помещение имеет
фальшивые окна, облицованные стеклом, пло­
щадью 60 м2, двери и деревянные панели на
кондиционерах имеют общую площ адь 80 ам2,ч
одна часть пола (320 м2) покрыта ковром по'
бетону, и другая его часть (80 м2) зан ята сто­
лом, покрытым толстой скатертью (по ко эф ­
фициенту поглощения
ее мож но
считать
ковром ).
В зале во время работы члены делегации
тихо переговариваю тся.
А куст ический расчет . С начала о
п
р
е д
е л
я е м
^
объем и общую ограничивающую поверхность >
помещения. Общий (габаритный) объем зал а
Vo б = 2 0 X 2 0 X 8 = 3200 м3. Стол занимает
объем V c = 8 0 x 0 ,7 5 = 60 м3 (высота стола Рис. 4.1. Схематический верти0,75 м), поэтому свободный объем зала кальный разрез и план зал а
V = 3200—60 = 3140 м3. О бщ ая ограничиваю- «круглого стола»
(указаны
щ ая поверхность
= 2 X 2 0 X 2 0 + 80X 8 =
только расчетные точки)
= 1440 м2.
И з граф ика (см. рис. 1.13, кривая 1) находим значение оптимальной ревер­
берации д л я речевых передач. Д л я V = 3 1 4 0 м3 величина 7,0пт = 1 с. И з (3.1)
0 ,1 6 1 V
0,161-3140
находим реверберационный коэффициент поглощения а ' = ^ Т опт =
1440~1— ^
= 0,35, а по нему находим средний коэффициент поглощения а ср = 1—е ~ а '=
4 —245
97
98
Поглощением
в воздухе
поглощения
его малостц.
коэффициента
цз-за
среднего
пренебрегаем
Расчет
и времени
реверберации
= 1—е-0 ’35= 0 ,2 9 5 , или с помощью табл. 1.5 по а ' находим Д а — 0,055, откуда
«ср = 0,35—0,055 = 0,285. Это значение коэффициента поглощения соответствует
частоте 500 Гц. Д л я
= 1 4 4 0 м 2 находим требуемый фонд поглощения на ча­
стоте 500 Гц Л тр = a Cp S s = 0 ,2 9 5 -1440= 425 м2.
Подсчитаем имеющийся фонд поглощения на этой частоте. Коэффициенты
поглощения берутся из приложения
1 [8]. Определим поглощение: люди
( 1 2 0 чел.) создаю т Л л = а л Л/л = 0 , 4 4 Х 120 = 5 2,8 м2; потолок и пол
( 9 0 0 м2)
Л п = а ш5 ш = 0,31 X 9 0 0 = 279 м2; двери и деревянные панели ( 8 0 м2) Л д =
= а д£ д = 0 , 1 Х 8 0 = 8 м2; стекло (60 м 2) Л с = а с *5с = 0 , 0 2 1 X 6 0 = 1,3 м2; ковер по
бетону (4 0 0 м2) Л к = а к*5к = 0,21 Х 4 0 0 = 8 4 м2. Суммарное Л Им = 5 2 , 8 + 2 7 9 + 8 +
+ 1 , 3 + 8 4 = 4 2 5 м2. Следовательно, имеющийся фонд поглощения и требуемый
совпадаю т (это легко объяснить: акустика за л а была рассчитана при проекти­
ровании всего зд ани я).
Теперь подсчитаем фонд поглощения Л им на всех расчетных частотах и ре­
зультаты сведем в таблицу (табл. 4.1).
Д л я полученного фонда поглощения определим средний и реверберационный
коэффициенты поглощения (3.3) и время реверберации (3.4) на всех расчет­
ных частотах и запишем их в ту ж е таблицу. Н аконец, вычислим отклонение
времени реверберации на разных частотах по отношению к времени ревербера­
ции на частоте 500 Гц. Эти отклонения вы ходят за допустимые пределы
(см. рис. 1.14).
В ы б о р системы о з в у ч е н и я и расчет ее геом ет рических д а н н ы х. Учитывая
назначение зал а и требование, чтобы все делегации находились в равных усло­
виях, выбираем сосредоточенную систему озвучения с громкоговорителями, р ас­
положенными в центре потолка. Т ак как в центре потолка висит люстра, то
громкоговорители следует располагать вокруг ее подвеса. Возможны два в а­
рианта: или несколько маломощных звуковых колонок располагаю тся ради аль­
но, или несколько диффузорных громкоговорителей располагаю тся вокруг под­
веса люстры.
В обоих вариантах наиболее целесообразно располагать громкоговорители
так, чтобы их акустические оси были направлены на ряды, занимаемы е делега­
циями. В этом случае система из звуковых колонок будет иметь вид выпуклой
звезды, а из диффузорных громкоговорителей — вид розетки (см. рис. 4.2 и 4.3).
Если считать, что акустические центры громкоговорителей будут ниже по­
толка примерно на 30 см, а высота сидящих людей около 1,2 м, то высота
акустического центра системы над озвучиваемой плоскостью составит 8,0—0,3—
1,2 = 6,5 м. С оответственно от акустического центра слушателей в первом ряду
расстояние г {= у ~
у б,52+ 6 ,5 2= 9 ,2 м, до самых удаленных слуш ате­
лей, находящ ихся у стены, r 2= V h 2i + l 2c + b 2= ]^ 6 ,5 2+ 9 ,5 2+ 3 ,6 2= 12 м и до
стенографисток r 3= /ii -+A /i= 6,5-+ 0,25= 6,75 м. Если оси громкоговорителей
направить на слушателей первого ряда, то угол наклона осей составит 45°, а
угол наклона осей, направленных н а удаленных слушателей, 57°.
В ы б о р типа гром коговорит елей и расчет з в у к о в о г о п о ля . П реж де всего опре­
делим уровень и спектр акустических шумов в зале. Известно, что в зале ве­
дутся приглушенные разговоры. Следовательно, уровень шумов мож ет быть
около 55 дБ , спектр шума речевой. Этим данным более всего соответствуют ш у­
мы второго типа, приведенные в табл. 3.5. Н айдем ориентировочную величину
максимального уровня звукового поля по выбранному уровню акустических ш у­
мов. И спользуя (3.21), получаем L TP= L a+ 2 5 = 5 5 + 2 5 = 8 0 дБ. Этой величине
соответствует звуковое давление (3.22) /?тр = 10°’05(80“ 94> = 0 ,2 Па.
Если обеспечить такой уровень для удаленного слуш ателя, то на расстоя­
нии 1 м от акустического центра громкоговорителя звуковое давление (1.4)
P i = /?тр^макс = 0,2 • 12= 2 ,4 Па.
Если в качестве громкоговорителей брать звуковы е колонки, то наиболее
подходящей является колонка типа 2КЗ-2. Чтобы получить равномерное излу­
чение в горизонтальной плоскости, необходимы шесть колонок (рис. 4.2). При
четырех колонках неравномерность озвучения будет около 4 дБ . При шести ко­
лонках неравномерность получается менее 1 дБ . Поэтому берем шесть колонок
и располагаем их в виде звезды. Горизонтальный размер излучателя по лучам
звезды составит 85 см. Х арактеристика направленности такого излучателя во
4*
99
всех вертикальных плоскостях одинакова. Н а расстоянии 1 м от громкоговори­
теля звуковое давление под углом 45° к горизонтали составляет 5,4 П а, т. е. на
2 0 lg - 1- = 7 д Б больше, чем требуется. Звуковое давление по вертикальной оси
2*4
составляет 3,7 П а, а под углом 57° к горизонтали 5,2 П а, среднее p i = 4,3 Па.
Рис. 4.2. Звезда из
звуковы х
колонок
Следовательно, для первой точки (в первом ряду слушателей) давление и
уровень соответственно р ' = prfri = 5 ,4 /9 ,2 = 0 ,5 9 П а, U = 201g (р'/ро) = 201g (0,59/2 •
.1 0 -5 ) = 8 9 ,4 дБ .
Д л я удаленной точки р " = р \ ^ г 2= 5,2/12 = 0,43 П а, L "= 2 0 1 g (p "/p o ) =
= 201g(0,43/2 • 10-5 ) = 8 6 ,8 дБ. Неравномерность озвучения AL = 89,4—86,8 =
= 2,6 дБ , т. е. удовлетворяет общим требованиям к звукоусилительным у ста­
новкам (см. § 3.1). Определим уровень в центре зал а (у стенографисток). Т ак
* а к Р " ' = Р Ю /г 3= 3,7/6,75=0,55 П а, то L " '= 2 0 lg (p"'Ipo) = 2 0 lg (0,55/2-1 О*5) =
= 88,8 дБ. Расчет характеристик направленности д л я варианта розетки из дифф узорны х громкоговорителей (рис. 4.3) показывает, что розетка имеет несколь­
ко меньшую направленность и поэтому создает более неравномерное поле, чем
зв е зд а из колонок, хотя по внешнему виду розетка больше соответствует ин­
терьеру зала. Остановимся все ж е на звезде.
В ы б о р типа м икроф он а и расчет и н д е кс о в тракта. Вычислим акустическое
отношение для удаленного слуш ателя. Д л я этого по (3.35) найдем уровень ди ф ­
фузной составляющ ей звукового поля
Р | Л ( 1 — ССср)
«tp
ftr
1
+ 111 = IOlg
‘«CP
OCfpfip
■94,
где p i = 4 ,3 П а, n = 1; 5 = 1 4 4 0 m2.
П одставляя в это выраж ение значения средних коэффициентов поглощения
(из табл. 4.1) и коэффициентов концентрации д л я люстры из звуковы х колонок
2 К З , найдем диффузную составляющ ую д л я всех расчетных частот.
Д л я частоты 500 Гц она составляет 93 дБ . Определим максимальное зн а ­
чение акустического отношения д л я каж дой из расчетных частот. Оно соответ­
ствует точке с минимальным уровнем прямого звука, т. е. удаленной точке.
Д л я нашего случая Lnp.Mин = 86,8 дБ. Соответственно (3.36) дл я частоты
500 Гц акустическое отношение
A Ln
— 101g /?макс — ^д — ^пр.мин = 93 — 8 6 ,8 = 6 ,2 дБ .
Вычислим его дл я остальных расчетных частот и результаты расчета запи­
шем в таблицу (табл. 4.2). Следует отметить, что величина акустического отно­
ш ения уменьш ается с 8 дБ на частоте 250 Гц до 3,1 дБ на частоте 6000 Гц,
т. е. только на самой низкой речевой частоте она немного выходит за допусти­
мые пределы.
Д л я определения предельного индекса тракта необходимо знать характерис­
тики направленности выбранного типа микрофона. Т ак как микрофоны долж ны
100
Т а б л и ц а 4.2
Расчет предельного и рационального индексов тракта
Ч астота,
Гц
u Ru
“ср
^кр
AL T
ААг
2Д L
1,0
1,8
2 ,7
4 ,2
5 ,4
5 ,9
11,1
8 ,0
7 ,8
8,6
6 ,5
5 ,8
5 р.м
^ p ait
2г
ДБ
250
500
1000
2000
4000
6000
0,23
0 ,3 0
0,31
0 ,3 3
0,4 0
0,4 3
2 ,8
3 ,0
3 ,2
3 ,3
3 ,4
3 ,4
94,8
9 3 ,0
92,4
92,0
9 0,5
8 9 ,9
8 ,0
6 ,2
5 ,6
5 ,2
3 ,7
3,1
7 ,0
7 ,0
7 ,0
7 ,0
7 ,0
7 ,0
13,0
11,2
10,6
10,2
8 ,7
8,1
2,1
0 ,0
—0 ,5
—0 ,8
- 2 ,6
- 3 ,2
5 7 ,5 2 7 ,0 14,6
5 3 ,5 2 8 ,0
6 ,5
4 5 ,0 17,0 8 , а
3 7 ,5
6 ,5 1 2 ,5
30,5
1,0 8 ,9
2 7 ,5 —4 ,0 ю , а
находиться близко к громкоговорителю, то возмож на обратная связь по прямо­
му звуку. Чтобы избеж ать этого, микрофоны надо ориентировать так, чтобы
минимум характеристик направленности микрофонов был направлен к громко­
говорителю. Н аиболее подходящ им микрофо­
ном д л я этого является ленточный биградиентный (микрофон М Л -19. О риентация микрофонов
Акустическая
/
показана (на рис. 4.4. В точках расположения
микрофонов уровень получится примерно т а­
ось микрофона
кой же, к ак и в первом ряду слушателей, т. е.
он будет равен 89,4 дБ . П оэтому если д аж е
* Характеристика
расположить микрофоны под углом 30° по от­
направленности
ношению к лучшей ориентации, показанной на
рис. 4.4, то и тогда <70 = 6 дБ и в соответствии
Стол
с (2.105) для £ с = £ Пр.мин величина предель­
ного (критического) индекса тракта Qnp.ftp=
Рис. 4.4. И ллю страция р ас­
= <70 — (^г.м—^пр.мин)—12 = 6— (89,4—86,8) —
положения ленточного мик­
— 1 2 = — 8,6 дБ .
рофона по отношению к
Определим предельный индекс тракта по
громкоговорителю
диффузному звуку. Д л я микрофона М Л-19 ин­
декс направленности <7м=7 д Б (диаграмма н а­
правленности описывается формулой cos2 6 ). П оэтому в соответствии с (3.46)
для 500 Гц предельный (критический) индекс тр ак та Сд.кр = <7м—A L r m — 1 2 = 7 —
—6,2—1 2 = — 11,2 дБ . Аналогично находим его и для остальных расчетных частот,
и результаты расчета сводим в таблицу (табл. 4.2). К ак видно из таблицы, зн а­
чения индекса увеличиваются с — 13 д Б на частоте 250 Гц до — 8,1 д Б на частоте
6000 Гц. Н а частоте 4000 Гц предельные индексы тракта по прямом у и диф ф уз­
ному звуку получились одинаковыми. Следовательно, почти во всем диапазоне
частот преобладает обратная связь по диффузному звуку.
Определим величины рационального индекса тракта. Н айдем поправки на
помехи от реверберации см. (3.45). Д л я частоты 500 Гц она составляет AL t =
50
50
= T - l g r = — lg l = 0 . Д л я других частот эта поправка изменяется от 2,1 д Б на
о
о
частоте 250 Гц до —3,2 д Б на частоте 6000 Гц. В табл. 4.2 из табл. 3.56 пере­
носим поправки ALr , учитывающие отраж ения от головы слуш ателя. Д л я часто­
ты 500 Гц эта поправка равна 1,8 дБ . С уммарная поправка к величине помех
(3.44) на частоте 500 Гц составляет 2 Д 7 ,= |Д 7 ,л м + А /,т + А 7 ,г = 6 , 2 + 0 + 1 , 8 =
= 8,0 дБ . Суммарные поправки д л я остальных частот записываем в табл. 4.2.
В эту ж е таблицу из табл. 3.56 перепишем и спектральные уровни акустических
шумов второго типа, а так ж е спектральные уровни речи. Последние нужно уве­
личить на 12 дБ , так как в таблице они даны для расстояния в 1 м от оратора,
а мы задаем ся расстоянием его от микрофона, равны м 0,25 м (3.43). Д л я частоты
500 Гц Ва='28 д Б и Вр.м= 5 3 ,5 дБ . П одставляя эти данные в (3.42), находим р а ­
циональный индекс тракта для частоты 500 Гц: С?Ра ц = £ а —£ р .м—2 A L + 2 7 = 2 8 —
—53,5—8 + 2 7 = —6,5 дБ.
101
Расчетные данные для остальных частот помещаем в табл. 4.2. И з этих
данных следует, что рациональный индекс изменяется в пределах от — 14,6 д Б
на частоте 250 Гц до —6,5 д Б на частоте 500 Гц. Н а верхних частотах этот ин­
декс изменяется в пределах от — 12,6 до —8,9 дБ . Сопоставляя предельные ин­
дексы с рациональными, получаем, что на нижних частотах предельный индекс
ниже рационального, а на верхних частотах предельный индекс выше рацио­
нального. Равенство их получается в области частоты 800 Гц. Это свидетельст­
вует о том, что предельный индекс тракта близок к оптимальному.
Т а б л и ц а 4.3
Расчет фактического индекса тракта
Чувствительность, дБ
250
350
500
600
1000
1400
2000
3500
4000
5000
6000
МЛ-19
—1
-3
—2
—1
0
— 0 ,5
0
—5
—2
1
—
Примечание.
Индексы тракта, дБ
Суммарная
чувствительность,
^кр
2 К З -2
—2
1
3
4
0
4
—1
8
6
3
—
Курсивом
—3
-2
\
3
0
3 ,5
—1
3
4
4
2
выделены
<?м.с
^рац
— 13,0 - 1 4 , 6
-1 2 ,1
—6 ,5
-1 1 ,0
— 10,6
-1 0 ,4
— 10,2 — 12,6
— 8 ,9
— 8 ,7 - 8 , 9
— 8,1
—7 ,5 — 10,3
1
оо
оо
Частота,
Гц
— 10,0
— 10,1
г—12,2
— 14,0
— 10,6
— 13,9
- 9 ,2
— 11,9
- 1 2 ,7
— 12,1
- 9 ,5
интерполированные
— 17
— 16
— 13
— 11
— 14
— 10
— 15
— 11
— 10
— 10
— 13
значения.
Определим фактический индекс тракта (см. § 3.5) при условии, что ф акти ­
ческие индексы во всем речевом
диапазоне частот не превышают соответствую ­
щие (по частоте) предельные индексы. Д л я определения фактического индекса
тракта начертим частотные характеристики
0,05
чувствительности
(в децибелах) микрофона
М Л -19 и люстры из звуковых колонок 2К З-2
Л
и пронормируем их относительно чувствитель­
j
ности, например, на 1000 Гц. Полученные д ан ­
500 1000 2000 то ные
запишем в табл. 4.3. Затем просуммируем
обе характеристики (рис. 4.5, к ривая 1) и з а ­
3 пишем в эту таблицу все максимальные и ми­
нимальные ординаты полученной кривой рядом
с соответствующими им частотами. Н а частоте
/ \ ч<J Y N
500 Гц относительная чувствительность микро­
фона равна —2 дБ, громкоговорителя 3 дБ ,
следовательно, суммарная равна 1,0 дБ.
Н а тот ж е график рис. 4.5 нанесем пре­
дельные и рациональные индексы тракта. П ос­
Рис. 4.5. Частотные х ар ак те­ ле этого суммарную характеристику сместим
по ординате вниз д о таких значений, чтобы она
ристики индексов тракта:
нигде не превосходила предельного индекса
1 — суммарного,
нормированного;
2 — фактического; 3 — предельного; тракта (в данном случае величина снижения
равна 14 д Б ). Соответствующие значения ор­
4 — рационального
динат и будут значениями фактического ин­
декса тракта Qm.c О ни приведены в табл. 4.3 н аряду с предельными и рациональ­
ными значениями индекса. С равнивая их, видим, что на нижних частотах ф акти ­
ческий индекс на 4 дБ , а на верхних частотах на 5,5 дБ ниже предельного. Это
свидетельствует о необходимости коррекции частотной характеристики.
Расчет разборчивост и р е ч и (см. § 3.6). Д л я каж дой из полос равной р а з ­
борчивости (см. табл. 3.5а) запишем в табл. 4.4 спектральные уровни речи Др.м,
АА
Л
102
увеличенные на 12 д Б дл я учета приближения микрофона к оратору до 0,25 м
<3.47), и спектральные уровни акустических шумов В л (как и при расчете ин­
дексов тр ак та). Д л я первой полосы £ Р.М= 57,5 д Б , В л = 27 дБ . Д ал ее интерпо­
лируем суммарную поправку тракта, приведенную для октавных частот в табл.
4.2, на средние частоты полос равной разборчивости. Аналогично интерполиру­
ем фактический индекс тракта на те ж е частоты. Результаты интерполяции за*
несем в табл. 4.4. Д л я первой полосы 2 A L = 1 1 д Б , QM. c = — 17 дБ .
Т а б л и ц а 4.4
Расчет разборчивости речи и уровня прямого звука при передаче речи
№
Яр. м
ЕД L
-<?м . с
Яр. с
Е
—
W
полосы
Т
Jo
•10,
А
/р
Гц
Л>
130
135
140
145
150
160
170
180
190
200
220
240
270
310
360
430
520
640
850
1360
1320
1700
1570
1450
530
252
208
228
212
160
110
96
85
62
57
54
52
51
43
38
Гц” 1
дБ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
5 7 ,5 27 ,0
56 ,0 27,5
53,5 28,0
51,0 2 5 ,0
4 8 ,5 22 ,8
4 6 ,0 19,0
4 4 ,0 16,0
4 2 ,0 13,0
4 0 ,5 11,0
3 9 ,0
9 ,0
3 8 ,0
7 ,0
3 7 ,0
6 ,0
3 6 ,0
5 ,0
34,0
4 ,0
33 ,0
3 ,6
32 ,0
2 ,0
3 1 ,0
1,0
30,0
0 ,0
29 ,0 —2 ,0
27,5 —4 ,0
11,0
9 ,5
8 ,0
8 ,0
8 ,0
8 ,0
8 ,0
8 ,0
8 ,0
8 ,5
8,5
8 ,5
8 ,0
7 ,5
7 ,5
7 ,0
6 ,5
6 ,0
5 ,5
5 ,0
17
15
13
11
13
14
13
11
10
10
11
И
11
11
11
11
10
11
12
13
4 0 ,5 3 0 ,5 32,1 8 ,4 0 ,4 8
4 1 ,0 2 9 ,5 31,6 9 ,4 0,51
4 0 ,5 27,5 3 0 ,7 9 ,8 0,53
4 0 ,0 2 7 ,0 29,1 10,9 0,56
3 5 ,5 2 2 ,0 2 5 ,2 10,3 0,5 4
3 2 ,0 19,0 2 2 ,0 10,0 0,53
3 1,0 18,0 20,1 10,9 0,56
3 1 ,0 18,0 19,2 11,8 0 ,5 9
30,5 17,5 18,4 12,1 0 ,6 0
29 ,0 16,5 17,2 11,8 0 ,5 9
27,0 14,4 15,4 11,6 0 ,5 9
2 6 ,0 13,5 14,4 11,6 0 ,5 9
2 5,0 12,0 12,8 12,2 0,61
2 3 ,0
9 ,5 10,6 12,4 0,61
2 2,0
8 ,5 9 ,6 12,4 0,61
2 1,0
7 ,0 8 ,2 12,8 0,63
2 0,0
5 ,5 6 ,8 13,2 0,64
19,0
4 ,0 5 ,5 13,5 0,65
17,0
1,5 3,1 13,9 0,66
14,5 — 1,5 0 ,8 13,7 0,66
1120
1260
1120
1000
3350
1580
1260
1260
1120
800
500
400
316
200
158
126
100
80
50
28
Затем д л я каж дой из полос равной разборчивости:
1) Вычисляем спектральные уровни речи у слуш ателя £ р.с (3.48) и спект­
ральные уровни помех В а (3.49) (для первой полосы они соответственно равны
40,5 д Б и 30,5 д Б ).
F
2) Суммируем спектральные уровни помех В п со спектральными уровнями
акустических шумов £ а (по интенсивности) по (3.50) или (3.51). Д л я первой
полосы имеем В т = 3 0 , 5 ( + ) 2 7 = 3 2 ,1 д Б (так как 30,5— 2 7 = 3 ,5 дБ , добавка по
табл. 3.2 равна 1,6 д Б ).
3) Вычитаем из спектрального уровня речи спектральный уровень помех й
получаем уровень ощущения формант (3.52) Е . Д л я первой полосы Е = В Р с—
—Вш= 4 0 ,5 -3 2 ,1 = 8 ,4 .
4) П о найденному уровню ощущения находим коэффициент разборчивости
(3.53) или по табл. 3.3 (для первой полосы ш = 0,48).
Все вычисленные величины д л я всех полос равной разборчивости записы ­
ваем в табл. 4.4.
Суммируем полученные величины коэффициентов разборчивости и находим
формантную разборчивость (3.54). Она получилась равной 0,587, что соответст­
вует слоговой разборчивости (см. табл. 3.4) 86,6%. Это согласно табл. 1.3 со­
ответствует отличной понятности речи. Следует обратить внимание на то, что
хорошо передается весь частотный диапазон речи.
И з анализа данных коэффициента разборчивости следует, что нижние часто­
ты передаю тся немного хуж е верхних. Т ак к ак есть зап ас по предельному ин­
103
дексу тракта на этих частотах, то можно скорректировать их примерно на
4 дБ. Разборчивость от этого почти не изменится, но повысится качество звуча­
ния.
Расчет у р о в н я пр я м о го з в у к а п р и перед ач е р ечи и вы бор аппарат уры з в у к о ­
у с и л е н и я (см. § 3 .7 ). Д л я каж дой из полос равной разборчивости по спектраль­
ному уровню Бр.с (3.58) найдем относительную плотность величины интенсивно­
сти ///о (3.59), умножим ее на соответствующую ширину полосы равной разбор­
чивости Д/р (см. табл. 3.5а) и получим интенсивность в полосе равной разборчи­
вости Д ///0. Д л я первой полосы плотность интенсивности 11 200 I о и ширина по­
лосы 130 Гц, а интенсивность в полосе Д/i = 11 200-130 / 0= 1320-103 /о. П роде­
лаем те ж е операции для всех полос и полученные данные запиш ем в табл. 4.4.
Просуммируем интенсивности д л я всех полос (3.60) и получим общую интенсив­
ность / Пр = 8178-103 / 0.
Следовательно, уровень прямого звука
(3.61) Lnp.Cp = 101g( / Пр.ср//о) =
= 101g8,l 78 -106= 6 9 ,1 дБ. Эта величина соответствует уровню речи, равному
71 д Б на расстоянии 1 м от оратора. Пиковый уровень (3.63) будет выше н а
величину пикф актора речи, т. е. на 12 дБ. В расчете на уровень 74 д Б (на 1 м)
и с учетом пикф актора ГПик = Г ср+12+3 = 69, 1+ 12+3=84,3 дБ . Поскольку н а­
ша система развивает пиковый уровень в удаленной точке, равный 86,8 дБ , то,
следовательно, запас равен 86,8— 84,3=2,5 дБ . Это вполне понятно, так к а к
при ориентировочном выборе мы взяли громкоговорители с запасом на 7 дБ .
Это позволяет повысить уровень речи без перегрузки тракта еще на 3 дБ .
О бщ ая мощность громкоговорителей составляет 2 X 6 = 1 2 Вт, поэтому по­
требуется выходной усилитель мощностью тож е не больше этой величины. В ы ­
бираем стандартный усилитель на 25 Вт (аппаратура «Звук» 1X 2 5 ). Н аконец,
определим взвешенный индекс тракта. В соответствии с (1.48) и доб авляя
12 д Б к уровню речи у микрофона (микрофон находится на расстоянии 0,25 м,
а не 1 м от оратора), получаем ф Взв = 69,3— (71 + 12) = — 13,7 д Б , в то врем я
как фактический индекс тракта (см. табл. 4.3) изменяется в пределах о т
— 17 д Б до — 10 д Б .
4 .2 .
ЗВУКОУСИЛЕНИЕ В АУДИТОРИИ
За д а н и е. Спроектировать звукоусилительную установку дл я большой ауди­
тории (рис. 4.6). О бщ ая вместимость аудитории 256 чел. В аудитории 16 рядов
по 16 мест в каж дом и два продольных прохода шириной по 1,2 м. М еж д у
первым рядом и передней стеной расстояние 4 м. Микрофоны долж ны быть на
столе преподавателя (станционарный) и у доски (переносный). В акустическом
отношении аудитория еще не обработана. Пол паркетный, парты деревянные,,
потолок и больш ая часть стен (300 м2) покрыты гипсовой ш тукатуркой. А уди­
тория имеет по 2 двери размером 2X1,5 м в каж дой из торцовых стен. Окон
нет.
А куст ический расчет. Габаритный
объем помещения
ГОб= 20Х 12Х б=
= 1440 м3. И з этого объема следует вычесть объем, находящ ийся под покатой
частью пола, 0,5X3X16X12 = 288 м3. П арты (высотой 0,75 м) и люди, сидящ ие
за ними, занимаю т объем 0,75(12—2,4) -16=«115 м3. Объем выступа на перед­
ней стене 1,0X12X3=36 м3. Всего получается около 439 м3. С ледовательно,
свободный объем аудитории V составляет около 1000 м3.
П лощ адь потолка равна 20X 12=240 м2, площ адь передней стены 12X6 =
= 72 м2, площ адь задней стены 12X 3=36 м2, площ адь пола перед партами
12X 4= 48 м2, площ адь, образуем ая поверхностью парт, и площ адь проходов
12X16,5=198 м2, площ адь боковых стен от потолка до парт 2 X 4 X 6 = 4 8 м2,
6+ 3
площ адь боковых стен вдоль парт 2 Х —~ Х 1 6 = 144 м2. Таким образом,
общ ая
ограничивающ ая поверхность помещения S s = 2 4 0 + 72 + 3 6 + 4 8 + 1 9 8 + 4 8 + 1 4 4 =
=786 м2. Д еревянные покрытия имеют площ адь 48+198=246 м2, ш тукатурка —
240+ 72+ 36+ 48+ 144= 540 м2.
104
^
Разрез по ВГ
зк
И
2М
зч
•т зв"
зк
■•3 4
5,15
о акс
95,2 95
Ь.15
2,5
зн
ЗК а
ЗК
2кз.
14
Рис. 4.6. Вертикальный разрез и план аудитории с двумя
вариантами расположения громкоговорителей: сосредото­
ченном (10Г Р Д ) и потолочным (ЗК )
П о графику (рис. 1.13, к ривая 1) находим оптимальное время реверберации
Г0пт для объема б 1000 м 3 на частоте 500 Гц. Оно равно 0,75 с. Н аходим реверберационный коэффициент поглощения (3.1) a '= 0 , 1 6 l V / ( 5 s Г0Пт) = (0,161 •
• 1000)/(786*0,75) = 0 ,2 7 4 . Следовательно, средний коэффициент поглощения
,acp = 1—е“ <*'=1— е“ 0*274= 0 ,2 4
или
а ср = а '— Л а = 0,274—0,034, где Д а =0,034
(см. табл. 1.5). О ткуда требуемый фонд поглощения на частоте 500 Гц Атр =
= a e P<S2 = 0,24X 786 = 188 м2.
Подсчитаем имеющийся фонд поглощения на частоте 500 Гц в расчете на
250 слушателей (коэффициенты поглощения см. в приложении 1). Л ю д»
создаю т поглощение А л = 0,44X250= 110 м2, гипсовая ш тукатурка на потолке и
части стен Аг= 0,04X540= 2 2 м2, деревянные покрытия (пол, двери, парты и
часть стен) А „ = 0 ,1X246 = 25 м2. Результирующий фонд АИм= 1 10+ 22+ 25=
= 157 м2. Недостающ ий фонд поглощения Лн= 188—157=31 м2. Заменим час­
тично гипсовую ш тукатурку ш тукатуркой АЦП. Н а частоте 500 Гц коэффици­
ент поглощения ш тукатурки А Ц П равен 0,31, а гипсовой — 0,04. Следовательно,,
заменить ш тукатурку нужно на площ ади 5 Ац П = 31/(0,31—0,04) = 116 м2. Н а ­
пример, можно покрыть ш тукатуркой А Ц П половину потолка (120 м2).
Подсчитаем фонд поглощения на остальных октавных частотах. Р езу л ьта­
ты расчета сведем в таблицу (табл. 4.5). Д л я полученного фонда поглощения
вычислим величины среднего (3.3) и реверберационного [см. табл. 1.5 или
(3.3)] коэффициентов поглощения и время реверберации (3.4) на всех октав­
ных частотах и запишем их в ту ж е таблицу. Определим отклонение времен»
реверберации на частотах 250 и 4000 Гц по отношению к 500 Гц. Они равны
соответственно 1,07 и 0,95, т. е. частотная характеристика времени ревербера­
ции близка к оптимальной (см. рис. 1.14).
В ы б о р системы о з в у ч е н и я и расчет ее геом ет рических д анн ы х. В рассматри­
ваемом случае можно применить как сосредоточенную систему, так и распре­
деленную. В сосредоточенной системе могут быть использованы рупорные гром105
см
о о см
^ со со ю
Я
К
4
T
f*
см
см
Я*
со
о о о о
ХО
cd
Н
лг
см со оо
~ См ~ ^
лс
оо оо
(N
« 1 0 0
— СМ СМ
о
о
см
S
S
см
я
ь.
со ооoсоco
со
rfo
VO
о.
*сй
£^!Я$3
со
см со
см
со
со со ^
rfO O C O
O IO N S
«и см —со
о
Tt* О rj* 1—I
^«ОСО
ч
<*
Я
Я
я
см
о о оо
СО
см
о с м —«со
<и
X
•е*
•е*
<г>
о
со
^«O^CN
СМ
О О О О
о
0>
X
я
ч
(U
NИИ
в
о
ч
я S S S
о тГ
со осмсм
о
Ю
СМ СМ М4 —
Оо
О)
с
Он
ХО
11
Он
е
с?
о
cd
л
5&
о Л,
e lf
ва
О)
К .нн
§5
§&С
Я еЗсГ
cd
«
Он
X
к >>
* cd
— н
Я cd
Я «5 м
о
к g oл «>>
2 £■§£
■& S
оа
§*
85S 'о&
* Он
Я О) ^ .
а) и сз
Он О)
и а кк
я
Ж
cd
S
S
>>
и
196
с
о
и
Cd
X
>>
я
со
о
о
я
я
О)
ХО
си
О) О)
о я
оО
а)
04
-К *о
5О) Яч
Оч н
CQO
о>
я
я
о>
я
о
ч
U
о
с
коговорители или звуковые колонки. Распределенную систему можно применить
к а к с настенными цепочками, так и потолочными. Так как ширина помещения
равна 12 м, то в настенных цепочках можно использовать и ненаправленные
громкоговорители, и звуковы е колонки. Очевидно, что лучшей системой будет
та, которая, во-первых, даст наименьшее значение максимальной величины акус­
тического отношения, во-вторых, небольшую
неравномерность
озвучения и,
в-третьих, будет удобнее в эксплуатации.
Следует сравнить сосредоточенные системы по акустическому отношению на
частоте 5 0 0 Г ц. Соответственно (2.70) максимальная величина акустического
отношения
для
D 2 (0 ) = 1
Ямакс = 1 6 я г 2макс X (1 — a c p ) / ( a c p 5 s Qr) =
= 16 л 2 0 2 (1 — 0,2 4) / ( 0 , 2 4 . 7 8 6 Й Г) .
Д л я звуковы х колонок коэффициент концентрации на 500 Гц не превышает
20 (см. приложение 3), а для рупорных он не менее 25. П оэтому применение
звуковы х колонок не мож ет обеспечить хорошую разборчивость речи. Акустиче­
ское отношение для звуковых колонок больше 8, а для рупорных громкоговорите­
лей меньше 3,2. Таким образом, в этом отношении рупорные громкоговорители
лучше.
Сравним сосредоточенную систему, построенную на рупорных громкоговори­
телях, с распределенной системой из ненаправленных громкоговорителей. И з
(2.80) следует, что соотношение максимальных величин акустического отноше­
ния для сосредоточенной и распределенной систем в виде настенных цепочек
Яс/#р=2л;/&о/£2Ь) = 2 я 2 0 - 2 / ( 2 5 - 12) = 0 ,8 3 , т. е. по акустическому отношению
распределенная система из ненаправленных громкоговорителей немного уступает
сосредоточенной с рупорным громкоговорителем. Однако максимальное значение
акустического отношения дл я распределенной системы еще не выйдет за преде­
лы допустимых значений (3,2/0,83=3,9).
Если применить в распределенной системе звуковые колонки 2К З, имеющие
эксцентриситет в вертикальной плоскости ев = 0,95 (см. приложение 3), то соот­
ветственно (2.81) получается, что соотношение максимальных величин акустиче­
ских отношений дл я ненаправленных громкоговорителей и звуковы х колонок
2 К З в распределенной системе
R h/ R hh = &о
у 1 -е*
= 2 / 1 — 0 ,9 5 2 = 0 , 6 3 ,
С ледовательно, распределенная система из звуковы х колонок создает акустиче­
ское отношение не более 3,9-0,63 = 2,5. По этому показателю она превосходит
сосредоточенную систему с рупорным громкоговорителем.
Расчет дл я распределенной системы в виде потолочных цепочек дает (см.
§ 2.5) еще более выгодные соотношения по акустическому отношению, так как
громкоговорители в потолочных цепочках находятся к слуш ателям ближе, чем
в настенных.
И з опыта известно, что потолочные цепочки из звуковы х колонок даю т наи­
меньшие величины неравномерности озвучения, а рупорный громкоговоритель —
наибольшие.
Более удобными в эксплуатации являю тся рупорные громкоговорители и н а­
стенные цепочки. П о э т о м у в дальнейшем рассматриваю тся только эти две систе­
мы.
Сосредоточенная система
Один рупорный громкоговоритель, вообще говоря, мож ет озвучить аудиторию
с небольшой неравномерностью. Н аибольш ая неравномерность получается в бли­
ж айш их углах из-за снижения уровня, В дальних углах неравномерность невели­
к а , так к ак там уровень повышается из-за первичного отраж ения от боковых
стен.
Рассмотрим озвучение с помощью одного рупорного громкоговорителя, под­
вешенного на выступе передней стены под самым потолком (см. рис. 4.6). При
этом обеспечивается минимальная неравномерность. Высота подвеса над полом
составляет 5,5 м, а над первым рядом слушателей, если считать высоту си дя­
щ их студентов равной 1 м, получается 4,5 м. Акустическая ось громкоговорителя
н аправляется на последний р я д в точку, находящ ую ся на высоте 1 м от пола, т. е.
н а 4 м от пола в первом ряду. Тогда угол наклона оси к горизонтали a =
107
= arctg (/ia//) = arctg (1,5/19) = 4,5°, а расстояние от громкоговорителя до слуш а­
тел я В последнем ряду Гмакс = | / ^ 2 + /j2r== У 1 9 2 + 1 ,5 2 ^ 1 9 м#
В ы б о р типа гром коговорит еля и расчет з в у к о в о г о п о л я . П реж д е всего вы ­
берем уровень и подходящий тип спектра акустических шумов. Следует учиты­
вать то, что во время лекций студенты будут переговариваться, особенно в по­
следних рядах. Уровень акустических шумов от разговоров мож ет достигать
L a = 60 дБ (см. § 1,5). Спектр ш ума возьмем речевого типа (№ 1 в табл. 3.5) с
общим уровнем на 5 дБ ниже табличных. Соответственно этому ориентировоч­
ное значение максимального уровня звукового поля (3.21) LTp = La 4- 25 = 6 0 +
+ 2 5 = 85 дБ . Е м у соответствует звуковое давление (3.22) р Тр = 10°*05(85~ 94> =
= 0 ,3 6 Па. Т акое давление долж но быть в удаленной точке, т. е. на расстоянии
19 м от громкоговорителя. И спользуя соотношение (1.4), определим звуковое
давление на расстоянии 1 м от громкоговорителя р 1= р т р Г Макс = 0,3 6 -1 9 =
= 6,9 Па.
Так рупорный громкоговоритель 10ГРД-5 при подведении к нему номиналь­
ной мощности развивает звуковое давление на расстоянии 1 м от него, равное
12 П а (см. приложение 3), следовательно, он подходит нам с запасом в
20 lg (12/6,9) = 5 дБ , т. е. Lnp.MHH = 90 дБ . Д л я рупорного громкоговорителя не­
равномерность озвучения по средней линии на озвучиваемой плоскости опреде­
ляется ф-лой (3.119). П оэтому для выбранного расположения громкоговрителя не­
равномерность озвучения
Д L = 201g [ 0 ,5 ( 1 + } / 1 + ( 1 —e |) P/A ? ) ] = 201g [0 ,5 ( l +
+ ) Л + ( 1 —0 ,7 7 2)192/5 2 ] = 5 ,2 д Б .
где h r — высота подвеса громкоговорителя над озвучиваемой плоскостью (см.
рис. 4.6), равная 5 м; ев = е Г = е — эксцентриситет эллипса направленности
10ГРД -5, равный 0,77 [6].
Абсцисса точки максимального уровня в озвучиваемой плоскости (3.31)
Это соответствует 8,2 м от передней стены (примерно у слушателей, сидящих
в пятом ряду). Определим уровень в двух точках первого ряда: в середине
(точка а) и на краю (точка в ) . Расчет проведем методом координат. Если
центр координат расположить на уровне пола под громкоговорителем, то д л я
точек а и в: х — 3 м, у а = 0, уъ = 5,85 м, z = l м, а = 4 ,5 ° , hv — 5,5 м. Н аходим
координаты, привязанные к осям эллипса направленности, (2.10):
и — х cos а -f- (hr — z) s i n a = 3cos
4,5°-|- (5,5 — l) s in 4,5° = 3 ,3 6 m;
w = x s i n a — (hr — z) cos a = 3sin 4 ,5° — (5 ,5 — 1) cos 4 ,5 ° = 4 ,2 5 m;
°а = Уа = 0;
~ Ув = 5 ,8 5 м.
Звуковое давление в точке а (2.11) при pi = 12 П а
_____________Ш ______
Ра
и2 + ю2 / ( 1 —^ ) + 0 * I (1— е2)
1 2 /3 ,3 6
0 ,7 3 Па
3,36* + 4 ,2 5 2/(1 — 0 .7 7 2) + 0
и в точке Ъ
12-3,36
3 , 362 + 4 ,252/ (1 — 0 , 772) + 5 , 852/ (1 — 0 , 772)
108
= 0,29 11а.
Э ти величины соответствуют уровням звука
La = 201g (ра/ро) = 201g (0 ,7 3 /2 .10~5) = 91.3 дБ и
Lb = 201g (0,29/2-10~5) = 83,9 дБ.
Следовательно, в середине первого ряда уровень будет на 1,3 д Б выше, чем
в последнем ряду, а в первом ряду около стены — на 6,1 д Б ниже его. Заметим,
что в удаленных углах, вследствие первичного отраж ения от боковых стен, уровень повышается примерно до уровня в середине последнего ряда. Уровень на
краю первого ряда можно поднять до 90 д Б подзвучиванием с помощью звуко­
вой колонки 2К З, подвешенной на боковой стене на высоте около 2 м. О днако
так о е распределение уровней все ж е нельзя признать хорошим: во-первых, мес­
т а вблизи лектора и без того озвучиваю тся непосредственно лектором, во-вто­
рых, получилось, что в середине пятого р яда уровень будет на 5,2 д Б выше,
чем в последнем ряду (для этих слушателей уровень будет слишком велик).
М ожно было бы применить д ва рупорных громкоговорителя, подвешенных
на выступе передней стены близко к боковым стенам. В этом случае на местах
вблизи лектора уровень будет ниж е на 6,6—3 = 3 , 6 дБ , чем в середине последне­
го ряда. Это в какой-то степени приближ ает распределение уровней к опти­
мальному, но и делает систему озвучения более громоздкой.
Чтобы избеж ать появления эха вследствие отраж ения от задней стены (р а з­
ность хода лучей от громкоговорителя непосредственно до первого ряда и с от­
раж ением от задней стены составляет около 30 м ), лучше всего покрыть ее
ш тукатуркой А Ц П выше уровня парт (24 м2). Остальную ш тукатурку А Ц П сле­
дует расположить по потолку.
В ы б о р м и кроф он а и расчет и н д е кс о в перед ачи. Стационарный микрофон на
столе лектора находится как в поле прямого, так и диффузного звука, со здавае­
мого, громкоговорителем, а переносный микрофон — только в поле диффузного
зйука. Определим уровень прямого звука, создаваемого громкоговорителем в
точке расположения стационарного микрофона. Расстояние от громкоговорителя
д о микрофона, находящ егося на высоте 1 м от пола на середине стола, равно
4,5 м, угол м еж ду осью громкоговорителя и направлением на микрофон состав­
л яет 75°. И з диаграммы направленности 10ГРД -5 для 75° коэффициент направ­
ленности D = 0,27. Следовательно, звуковое давление у микрофона p = p i i D / r =
= 12*0,27/4,5 = 0,71 П а, что соответствует уровню 91,2 дБ .
П оскольку при чтении лекции перед стационарным микрофоном направле­
ния звуковых волн, излучаемых лектором и громкоговорителем, почти совпа­
даю т, то предельный индекс передачи по прямому звуку (2.105) Lnp = ^0 +
+ (£пр.мин— L T.м) — 12 = 0 + ( 9 0 —91,2)— 1 2 = — 13,2 дБ . М ож но показать, что т а ­
кое значение индекса передачи в акустических ш умах с уровнем 60 д Б не мо­
ж ет обеспечить хорошую разборчивость речи, необходимую д л я аудиторий.
О п р е д ёл ен и е у р о в н я д и ф ф узн о го з в у к а . И з (3.35) д л я p i = 1 2 П а, S s =
= 782 м2 и Qr ==25,3 (см. приложение 3) величина
12
+ 111 = 10Ig
» (1 -«ер)
786«25,3аср
+
i i i = io ig - ~
acp +
+ 8 9 ,6 д Б .
Д л я частоты 500 Гц а Ср = 0,24, поэтому £ n = 1 0 1 g [ ( l —0 ,2 4 )/0 ,2 4 ]+ 8 9 ,6 =
= 94,6 дБ . О тсю да максимальное значение акустического отношения (3.36)
A L ru = 94,6—90 = 4,6 дБ. Д л я 250 Гц оно равно 5 дБ , для 6000 Гц соответственно
3,6 дБ . Следовательно, если взять микрофон типа М ДО-1, для которого индекс н а­
правленности равен 9 дБ , то предельный (критический) индекс передачи по диф ­
ф узн ом у звуку (3.46) QKp = — 5 + 9 — 12 = —8 дБ . При таком значении индекса
разборчивость речи будет близкой к хорошей, но в целом, с учетом сильной об­
ратной связи по прямому звуку, один рупорный громкоговоритель 10ГРД -5 не
м ож ет обеспечить хорошую работу системы озвучения.
О днако мож но показать, что если два громкоговорителя 10ГРД -5 разм ес­
тить вблизи боковых стен и направить их оси вдоль стен, а микрофон располо-
109
ж ить на оси помещения, то предельный индекс по прямому звуку получитсй
близким к требуемому, т. е. система из двух 10ГРД -5 мож ет обеспечить хоро­
шую разборчивость речи.
Распределенная система
Рассмотрим распределенную систему из двух настенных цепочек, состоящих
из звуковы х колонок. Заран ее ориентируемся на 2К З-2, так как менее мощных
колонок нет.
Высота подвеса колонки над озвучиваемой плоскостью (3.13)
&ц = 0 ,5 6 Y
При
дут
ный
вых
[см.
X ~ el = ° ’5 - 12 / 1
— 0,95а = 1,9 м.
такой высоте подвеса уровни под цепочкой и на середине помещения бу­
одинаковыми, а подробный расчет звукового поля показал, что м аксим аль­
уровень будет на расстоянии, равном четверти ширины помещения от бокостен, и не отличается более чем на 1 д Б от уровня на середине помещения,
ф-лы (2.59) и (2 .6 0 )]. Соответственно шаг цепочки (3.15)
d=
2ft4 } / ’(l
— e f j I ( 1 — <ф = 2 . 1 , 9 У (1 — 0 ,5 2)/(1 — 0 ,9 5 2) = 10,5 м .
При таком ш аге неравномерность озвучения в продольном направлении
(2.57) не превысит 1 дБ . Так как направленность на высоких частотах несколь»
ко увеличивается, то шаг цепочки следует брать вдвое меньшим, т. е. 5 м.
Всего в каж дую цепочку входит по три колонки. П ервая колонка устанавли­
вается на расстоянии 2,5 м от задней стены по линии 14-го ряда, вторая — п о
линии 9-го р яд а и третья — по линии 4-го ряда (рис. 4.7). При таком разм е­
щении колонок общ ая неравномерность не превышает 1 дБ по всей озвучивае­
мой плоскости за исключением первого ряда. Уровень в первом ряду примерна
на 2 дБ ниже, чем в конце аудитории. Д л я того чтобы на краю первого
р яда уровень был таким ж е, как и в конце аудитории, целесообразно разм ес­
тить третью колонку на линии 3-го ряда с разворотом в сторону середины 4-го
ряда.
В ы б о р м и кр о ф о н а и расчет и н д е к с о в п е р ед а ч и . В данном случае нет смысла
рассчитывать предельный индекс по прямому звуку, так как колонки находятся
110
далеко от микрофонов и не направлены в их сторону. К тому ж е угол меж ду
направлением прихода звуковы х волн от лектора и от ближайш их колонок со­
ставляет около 90°. В таком случае целесообразно применять бикардиоидный
микрофон, например, М ДО-1. Этот микрофон имеет индекс направленности око­
ло 9 дБ , а индекс «фронт/тыл» не менее 15 дБ.
Определим акустическое отношение д л я выбранной системы озвучения. Д л я
двух цепочек из колонок 2К З-2 на средней линии помещения звуковое дав л е­
ние прямого звука определяется из (2.60)
2 ^ 1 , 8 ^ 1— 0,5*
Ч п р \ \ Г \ — е\
о2 = ----------- -----------------= —
d / 0 . 2 H j + *5'
. = 0 .5 7 .
5 V °.25- 12а—
f—1,92
т. е. /? = 0 ,7 6 П а. Номинальное звуковое давление колонки 2К З-2 равно 1,8 П а,
а эксцентриситет направленности в горизонтальной плоскости колонки ег = 0 , 5
(см. приложение 3).
Полученное звуковое давление соответствует уровню 91,6 дБ . В других точ­
ках уровень будет немного выше. Следовательно, есть запас по уровню, равный
201g (0,76/0,36) = 6 ,5 дБ.
Уровень диффузного звука находим из (3.35) для S = 786 м2, pi = 1,8 П а и
п — 6:
L« = 101g
101g6- ^ f + 111 = 10,g
+ 94-9 ДБ>
Н а частоте 500 Гц Qr = 4,0 (см. приложение 3), a Cp = 0,24, поэтому £ д =■
= 101g[ (1—0,24) /(0,24 *4)] + 9 4 ,9 = 93,9 дБ . О ткуда
акустическое отношение
AL r m = 93,9—91,6 = 2,3 дБ . Д анны е акустического отношения на других час­
тотах приведены в табл. 4.6, где так ж е даны значения коэффициента концентра­
ции (см. приложение 3) и среднего коэффициента поглощения а Ср на октавных
частотах из табл. 4.5. Акустическое отношение получилось небольшим (от 4,7
до — 1,0 д Б ).
Т а б л и ц а 4.6
Расчет предельного и рационального индексов тракта
Ч асто­
та, Гц
AL
ср
Rm
—Qкр
SZ.A
р.М
а Б
*рац
дБ
250
500
1000
2000
4000
6000
0,23
0,24
0,23
0,25
0,25
0,28
2 ,5
4 ,0
5 ,0
5 ,6
6 ,5
6 ,8
4 ,7 7 ,5
9 6 ,2
93,9
2 ,3 9 ,0
93,2
1,6 11,0
0 ,6 10,5
92,2
91,5 — 0,1 10,0
90,6 - 1,0 9 ,5
9 ,2
5 ,3
2 ,6
2,1
1,9
1,5
1 ,7
2 ,2
1,8
2 ,4
2 ,5
3 ,5
1,0
1,8
2 ,7
4 ,2
5 ,4
5 ,9
4 ,0
1,9
2 ,5
2 ,4
2 ,8
1,5
5 1 ,5 3 4 ,0 3 3 ,0
47 ,5 3 0 ,0 2 9 ,2
39,0 2 1 ,5 2 2,4
31,5 13,5 12,1
6 ,0
24,5 7 ,5
21,5 2 ,0
0 ,9
5 ,5
7 ,6
7 ,0
6 ,6
7 ,2
6 ,0
Предельный индекс передачи по диффузному звуку (3.46) на частоте 500 Гц
Q k p = ^ m—AL h m— 1 2 = 9 —2,3— 1 2 = —5,3 дБ . Аналогично рассчитаем индекс и
на других частотах и значения их запишем в таблицу (табл. 4.6). Т акая вели­
чина предельного индекса мож ет обеспечить хорошую разборчивость.
Д л я определения рационального индекса тр акта найдем величины попра­
вок iALT и А 1 ,л г > Н а частоте 500 Гц поправка на реверберационные помехи
(3.45) ALr = у lg T = у lg0,74 = —2,2 дБ. П оправка на отраж ение
от головы
(см. табл. 3.56) A Lr = l ,8 дБ , и акустическое отношение дл я 500 Гц равно
2,3 дБ. О бщ ая сумма поправок (3.44) составляет S A L = —2 ,2 + 1 ,8 + 2 ,3 = 1,9 дБ .
Аналогично рассчитываем SAL на других частотах и результаты расчета по­
местим в табл. 4.6. Величина SAL изменяется в небольших пределах.
111
Пусть расстояние от лектора до микрофона равно 0,5 м, тогда поправка на
изменение уровня по отношению к уровню на расстоянии 1 м равна 6 дБ . Б е ­
рем величины спектрального уровня речи из табл. 3.56 и, прибавляя к ним
€ дБ , переносим их в табл. 4.6. Т уда ж е переписываем из табл. 3.56 спектральТ а б л и ц а 4.7
Расчет фактического индекса тракта
Ч астота,
Гц
Чувствитель­
ность, дБ
МДО-1 | 2К З-2
250
350
500
600
1000
1400
2000
3500
4000
5000
6000
—7
—4
—1
0
0
—1
1
—1
0
—1
—2
—2
1
3
4
0
4
— 1
8
6
3
3
Суммарная
чувстви­
тельность,
дБ
—9
—3
2
4
0
3
0
7
6
2
1
Индексы тракта, дБ
1
^рац 1
Q м. с
— 9 ,2
5 ,5
— 5 ,3
7 ,6
2 ,6
7 ,0
— 1,1
— 2 ,0
— 1,9
6,6
—
—
—
—
—
—
—
—
7 ,2
— 1,5
6 ,0
^кр
18
12
7
5
9
6
9
2
— 3
— 7
— 8
«ы е уровни акустических шумов первого типа с уменьшением их на 5 дБ , так
к а к они там даны дл я общего уровня 65 дБ . Кроме того, прибавляем к ним
величину lOlgT [см. (1.37)] д л я учета уменьшения уровня ш ума из-за поглоще*
ния. Вычисляем рациональный индекс тракта
Qtd5__________ 9
(3.42). Т ак как на частоте 500 Гц В а = 30 дБ ,
£ р.м = 47,5 д Б и S AL 5= 1,9 дБ , то имеем
*Sv,
Qpai* — В а—Д р .м + S A L + 2 7 = 30—47,5— 1,9+
+ 2 7 = 7 ,6 дБ . Результаты расчета д л я других
/
частот приведены в табл. 4.6. Рациональный
250/51ю т о „ ж о__ т щ
индекс передачи во всем диапазоне частот по­
лучился значительно выше, чем предельный.
\
Это свидетельствует о том, что обратная связь
к
слишком велика. Уменьшить ее можно, увели­
2 X
чивая индекс направленности микрофона или
уменьшая акустическое отношение. Повысить
'Ш 6
индекс направленности можно только примене­
нием специальных микрофонов
(например,
1
Д Э М Ш ), что почти исключено из-за их не­
удобства. А заглуш ить стену позади микрофо­
на [см. (2.108)] в данном случае мы не можем,
Рис. 4.8. Ч астотная зависи­
так к ак эту часть стены заним ает классная
мость индексов тракта
доска. Уменьшить акустическое отношение
i — суммарного, нормированно­
трудно, поскольку оно и так невелико. Таким
го; 2 — фактического; 3 — пре­
образом, следует ож идать получения очень не­
дельного; 4 — рационального
высокой разборчивости речи.
Определим фактический индекс тракта Q M.c (см. § 3.5). Д л я этого норми­
руем частотные характеристики микрофона МДО-1 и звуковой колонки 2К З-2
относительно чувствительности на 1000 Гц (табл. 4.7) и затем просуммируем их.
Н а график (рис. 4.8) нанесем предельный и рациональный индексы передачи.
Затем сместим суммарную характеристику тракта по ординате так, чтобы она
нигде не превосходила предельного индекса, а лишь в одной или нескольких
точках касалась его. В данном случае ее надо сместить вниз на 9 дБ . Все по­
лученные данные запишем в табл. 4.7. Получилось, что только на 500 и 4000 Гц
фактический индекс мало отличается от предельного, а на остальных частотах
к / \ / мX;
V
112
меньше предельного примерно на 6 дБ. Это можно выправить соответствующей
коррекцией.
Расчет разборчивост и р е ч и (см. § 3 .6 ). Д л я каж дой из полос равной раз­
борчивости (см. табл. 3.5а) рассчитаем спектральный уровень речи у микрофона
(3.47) при расстоянии меж ду ним и лектором г м = 0,5 м. Д л я первой полосы
В р.м = 51,5 д Б (см. табл. 4.6). Д алее рассчитаем спектральный уровень шума
д л я той ж е полосы: значения спектрального уровня шума первого типа из
табл. 3.5а уменьшаем на 5 д Б и 101g T (см. выш е). Д л я первой полосы получа­
ется В& = 3 9 — 5— 1 = 33 дБ . Интерполируя величины 2AL и QM.с, приведенные в
табл. 4 6, 4.7 на средние частоты полос равной разборчивости, для первой поло­
сы получаем 2 Д £ = 4 дБ и Q M. с = — 18 дБ . Рассчитаем спектральный уровень
речи у слуш ателя В р.с (3.48) и спектральный уровень помех В п (3.49) и про­
суммируем последний со спектральным уровнем акустических шумов Б а по ин­
тенсивности [(3.50) или (3.51)]. Д л я первой полосы имеем: В р с = 51,5— 18 =
= 33,5 дБ ,
Я п = 33,5 + 4 —21 = 16,5 д Б ,
Я ш = 3 3 + /(3 3 ,0 — 16,5) = 3 3 + 0 ,1 =
= 3 3 ,1 дБ . Д ал ее из спектрального уровня речи у слуш ателя Б р>0 вычтем вели­
чину помех и шумов В ш и найдем уровень ощущения формант Е (3.52) (для
первой полосы £ = 3 3 , 5 —33,1 = 0,4 д Б ). По уровню ощущения найдем коэф ф и­
циент разборчивости w [см. (3.53) или табл. 3.3]. Д л я первой полосы он равен
0,21. Аналогично рассчитываем эти величины для остальных полос равной р а з­
борчивости и полученные данные записываем в табл. 4.8. Суммируя коэффициТ а б л и ц а 4.8
Расчет разборчивости речи и уровня прямого звука при передаче речи
Я
оо
ч
о
в
р.м
1Д£ - Q м. с в р.с
7
Е
W
U
"ft
К
2
о1
дБ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
51,5 33,0
50,0 31,8
47,5 29,2
45,0 26,8
42,5 24,3
40,0 21,9
38,0 18,8
36,0 16,8
34,5 14,7
33,0 13,7
32,0 12,6
31,0 11,6
30,0 10,6
28,0
9,6
27,0
8,5
26,0
7,5
25,0
6,5
24,0
4,4
2,2
23,0
21,5 —0,9
4,0
2,9
1,9
2,2
2,4
2,5
2,5
2,5
2,4
2,4
2,4
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,6
2,4
2,0
1,5
18
12
7
5
7
9
7
6
6
7
9
8
8
8
7
2
3
4
6
8
о
33,5
38,0
40,5
38,0
35,5
31,0
31,0
30,0
28,5
26,0
23,0
23,0
22,0
20,0
20,0
24,0
22,0
20,0
17,0 13,5 -
16,5
19,9
21,4
19,2
16,9
12,5
12,5
11,5
9,9
7,4
4,4
4,4
3,5
1,6
1,7
5,8
3,6
1,4
2,0
6,0
33,1
32,1
29,8
27,5
24,9
22,4
19,7
17,9
15,7
14,6
13,2
12,4
11,4
10,2
9,3
9,7
8,3
6,2
3,5
0,3
0,4
5,9
10,7
10,5
10,6
8,6
10,3
12,1
12,8
11,4
9,8
10,6
10,6
9,8
10,7
14,3
13,7
13,8
13,5
13,2
0,21
0,40
0,56
0,55
0,55
0,49
0,54
0,60
0,63
0,58
0,53
0,55
0,55
0,53
0,56
0,68
0,66
0,66
0,65
0,64
2240
6300
11200
6300
3550
1260
1260
1000
709
400
200
200
158
100
100
250
158
100
50
22
130
135
140
145
150
160
170
180
190
200
220
240
270
310
360
430
520
640
850
1360
291
850
1570
914
532
202
214
180
135
80
44
48
43
31
36
107
82
64
43
31
енты разборчивости [см. (3.54)], находим формантную разборчивость А, она
равна 0,56 — это соответствует 85% слоговой разборчивости. Таким образом,
получили отличную понятность. С ледует обратить внимание на то, что низ­
кие частоты передаю тся неэффективно (^1 = 0,21). К ак указы валось выше, при­
чиной этого является несколько пониженный индекс направленности микрофона
5 -2 4 5
ИЗ
и громкоговорителей на этих частотах. И справить это положение можно коррек­
цией усиления нижних частот на 10 дБ.
Расчет у р о в н я п р я м о го з в у к а и вы бор аппарат уры (см. § 3 .7 ). По значе­
ниям спектральных уровней речи у слуш ателя (см. табл. 4.8) находим относи­
тельную спектральную плотность интенсивности / / / 0 (3.59), умнож аем ее на
ширину соответствующей полосы равной разборчивости A fp (см. табл. 3.5а)- и
получаем интенсивность в этой полосе Д ///0. Д л я первой полосы / 1=
— 2238 / 0> Afi = 130 Гц, поэтому iA/1/ / о= 2 9 1 -103. Аналогично проводим вычис­
ления для остальных полос и данные заносим в табл. 4.8. Затем суммируем
интенсивности в полосах и получаем общую интенсивность (3.60), она равна
5590-103 /о. Средний уровень прямого звука получается равным 67,4 дБ. Это со­
ответствует среднему уровню речи 71 дБ. Пиковый уровень равен 6 7 ,4 + 1 2 + 3 =
= 82,4 дБ. З ап ас получился равным 91,6—8 2 ,4 = 9 ,2 дБ. Это и понятно — вы­
бранная нами колонка дав ал а уровень выше на 6,5 дБ . Следовательно, при
ориентировочном выборе требуемого уровня мы завысили его примерно на
3 дБ.
Определим взвешенный индекс тракта. Соответственно (1.48), с учетом д о ­
бавки 6 дБ к уровню речи у микрофона вследствие приближения микрофона с
1 м до 0,5 м, QB3b = 67,4— ( 7 1 + 6 ) = —9,6 дБ , в то время как фактический ин­
декс тракта изменяется в пределах — 18-i— 2 дБ .
О бщ ая электрическая мощность, необходимая дл я озвучения колонками,
Р э = 6 - 2 = 1 2 Вт. Выбираем стандартную аппаратуру (см. приложение 4) «Звук»
1X 25. Получился двойной зап ас по мощности. Если ж е взять два рупорных
громкоговорителя 10ГРД-5, то потребовалась бы мощность вдвое большая. Д л я
этого случая подходит стандартная аппаратура «Звук» 2X 2 5 (см. приложение
4)-
В заключение расчета следует указать на то, что в рассматриваемом случае
потолочные цепочки (рис. 4.6) обеспечили бы лучшую разборчивость речи, так
как расстояния от них до слуш ателей небольшие, особенно д л я последних р я ­
дов. Это приводит к уменьшению акустического отношения и повышению р а з ­
борчивости речи на местах последних рядов.
4 .3 .
ОЗВУЧЕНИЕ ЗА Л А ОЖИДАНИЯ АЭРОВОКЗАЛА
За д а н и е. Спроектировать установку озвучения дл я зала ож идания нового
аэровокзала размером 5 0 X 2 0 X 7 ,5 м (рис. 4.9). О дна продольная стена почти
наполовину состоит из окон и стеклянных дверей (200 м2). Н а уровне второго
этаж а вокруг зал а балкон. К ак на первом, так и на втором этаж ах есть дер е­
вянные двери общей площадью 100 м2. Н а обоих этаж ах пол паркетный с ас-
г ~ ..... —
1ГО,1Г11
й
2.5
1
*5
ТГ П T T I...
V—
_И
- И
>
,^П 1,1X1X1X1-1X1.111
«О
i
J
21
15
\2
Рис. 4.9. Продольный и
поперечный
вертикаль­
ные разрезы зал а ож и ­
дания аэровокзала
п - --------- ------------- -4—i
фальтовым основанием. Вся остальная ограничиваю щ ая поверхность з а л а %пока
покрыта гипсовой штукатуркой. В зале возможно присутствие лишь небольшого
количества пассаж иров, поэтому расчет следует вести для пустого зала, как
случая с наибольшим акустическим отношением.
А куст ический расчет. Габаритный объем зал а ГОб= 50Х20Х7,5 = 7500 м3.
И з этого объема следует вычесть объем двух выступов, предназначенных дл я
бытовых целей: 1^ = 2X2,5X20X4,5=225 м3, и объем перекрытия под балконом
V = 2 X 2 X 50X 0,5= 100 м3. Свободный объем равен
У =7500—100—225 =
= 7175 м3. О бщ ая площ адь ограничивающих поверхностей зал а 5 Об= 2Х50Х
Х 20+ 2(50+ 20)Х 7,5+2X 2,5X 2X 4,5=3000 м2. К этой площ ади следует приба­
114
вить площ адь пола и потолка балкона S n.6 = 2 X 2 X 4 5 X 2 = 360 м2. О бщ ая по­
глощ аю щ ая поверхность составляет
=3360 м2. Оптимальное время ревербе­
рации для объема 7175 м3 определяется по кривой 1 рис. '1.13. Оно равно 1,15 с.
По ф-ле (3.1) находим реверберационный коэффициент поглощения а ' =
= 0,161 V/(7,0nT5s ) =0,161 - 7175/((1, 15*3360) = 0 ,3 0 и средний коэффициент по­
глощения ((3.1) и табл. 1.5] а Ср = 1— е - а '= 1— е-0>30=0,26, а ср= а ' —Д а =
= 0,30— 0,04 = 0,26. Следовательно^, требуемый фонд поглощения Л тр = 0,26 X
Х3360 = 870 м2. Подсчитаем имеющийся фонд поглощения на частоте 500 Гц
(коэффициенты см. в приложении 1). Поглощение стекла (200 м2) Л с = 200 X
Х0,03 = 6 м2; дерева (100 м2) Лд = 100X0,05 = 5 м2; паркета (1180 м2) Лп =
= 1180x0,07 = 83 м2; гипсовой ш тукатурки (1880 м2) Л г = 1880X0,04 = 79 м2;
всего ЛИм=173 м2. Требуется дополнительное поглощение ЛДОп=870 — 173= 6 9 7 м2. Д л я этого заменим часть гипсовой ш тукатурки специальной ш тука­
туркой А ГШ -Б (см. приложение 1). Коэффициент поглощения ее на частоте
500 Гц равен 0,73. Следовательно, необходимая площ адь ее 5АГШ =0,697/(0,73—
—0,04) = 1000 м2. Гипсовая ш тукатурка будет заним ать площ адь 880 м2.
Подсчитаем фонд поглощения на всех расчетных частотах и результаты
расчета запишем в таблицу (табл. 4.9).
Т а б л и ца 4.9
Расчет среднего коэффициента поглощения и времени реверберации
ak
Тип поглотителя
ak
Ak
Количе­
ство
Сумма
Время
Ak
ak
ak
ak
Ak
500
1000
2000
4000
6000
880 М2
0 ,44 35 0,44 35 0,06 53 0,06 53 0,03 26 0,06 53
1180 м2
100 м2
200 м2
0,04 47 0,07 83 0,06 71 0,06 71 0,07 83 0,06 71
4 0,04 4 0,04 4 0,04 4
5 0,04
0,02
2 0,05
0 ,03 5 0,03 6 0,03
6 0 ,0 2
4 0 ,0 2
4 0,04 4
1000 м2 0,78 780 0,73 730 0,76 760 0 ,6 0 600 9 ,5 9 590 0,56 560
реверберации
839
870
3360 м2
Средний коэффициент
0,26
поглощения а ср
Реверберационный ко­
эффициент поглощения а ' 0 ,30
Поглошение в воздухе
4цУ
Т, с
Ak
для частоты, Гц
250
Гипсовая
ш тукатурка
П аркет по
асф альту
Дерево
Стекло
Ш тукатурка
АГШ -Б
ak
1,И
894
732
717
692
0,25
0,2 7
0,22
0,21
0,21
0,29
0,31
0,25
0,24
0 ,2 3
12
1,17
1,09
72
1,29
172
1,18
360
1,02
Д л я полученного фонда поглощения рассчитываем средние коэффициенты
поглощения (3.3) <хСр = Лим/3360 и реверберационные коэффициенты [см. (3.3)
и табл. 1.5] а ' = — In (1— а ср), а ' = а ср+ Д а .
Д л я частот, начиная с 1000 Гц, подсчитаем поглощение в воздухе 4ц V. З н а ­
чение коэффициента ц берем из табл. 3.1 для влаж ности 60% и умножаем их
5*
115
на 4 V . Полученные данные вписываем в табл. 4.9 (для 1000 Гц ц г = 4 - 1 0 -4, по­
этому 4 p ,V = 4 -4 * 10~4Х 7 1 7 5 = 12 м2).
По полной формуле Эйринга (3.4) находим время реверберации на всех р ас­
четных частотах. В ремя реверберации для 500 Гц отличается от оптимального
на 2 %. Отклонение времени реверберации на других частотах по отношению к
500 Гц не превышает 10%, а это вполне удовлетворительный результат (см.
рис. 1.14). Если в зале присутствует публика, время реверберации сниж ается,
цо незначительно. Д а ж е при 500 пассаж ирах оно уменьшится не более чем на
25% , а это вполне допустимо дл я информационных передач.
В ы б о р системы о з в у ч е н и я и расчет ее геом ет рических д а н н ы х . Д л я рассм ат­
риваемого зал а наиболее пригодной будет распределенная система озвучения с
направленными громкоговорителями. М ож ет быть использована система озвуче­
ния в виде двух цепочек, расположенных н а боковых стенах, но при этом потре­
буется дополнительное озвучение или под балконом, или над ним. Если звуковые
колонки расположить на торцах перекрытия балкона, то потребуется дополни-
Рис. 4.10. Располож ение громкоговорителей при распределенной
системе озвучения с настенными цепочками
- и . , .......... 10 ...........-_U....£......Озвучиваемая яоверх ност ,^ ^
ш ш я^ к ------ % ------------- / ------ Г У щ и
« Т У - * ---------Ч — iff
--------- n * f r
/ ‘ /
Д)Г кВГ
, с16 , |
\
7
'
5 f± J ffr ОзВучиВаемая \_
поверхность
20
Рис. 4.11. Располож ение громкоговорителей при
ной системе озвучения
\
'!
потолоч­
тельное озвучивание и под, и над балконом (рис. 4.10). Этому варианту свойст­
венна малая (неравномерность озвучения, но эта система слишком слож на и п о­
этому экономически и эксплуатационно невыгодна. Н аиболее подходящей являет­
ся потолочная система. Н а рис. 4.11 показаны две потолочные цепочки с расстоя­
нием меж ду ними 10 м. Плоскости колонок располагаю тся под углом 21° к п о­
верхности потолка, оси колонок упираются в озвучиваемую плоскость (находя­
щуюся на уровне 1 м от пола) под углом 69°, н а расстоянии 2,6 м от ближайшей
боковой стены. Высота центра колонки над озвучиваемой плоскостью равна 6,2 м.
П ри таком расположении колонок они озвучивают всю площ адь как на первом
этаж е, так к на балконе. В сравнении с колонками, подвешенными на торцах
116
перекрытия балконов, расстояние от цепочек до удаленного слуш ателя, т. е. слу­
ш ателя, находящ егося на средней линии зала, получается несколько меньше, чем
д л я предыдущего варианта (8 м вместо 8,5 м).
Д л я высококачественного озвучения таких больших залов требую тся мощ­
ные звуковые колонки, эксцентриситет направленности которых в продольной
плоскости е в составляет не менее 0,97, а в поперечной ег менее 0,93. С ледова­
тельно, шаг цепочки (3.15)
d < 2АЦ | / ( 1 — е*) /
(1 — е |) = 5 ,3 /
(1 — 0 ,9 3 2)/(1 + 0,97*)
= 8 м.
И сходя из полученного, шаг цепочки следует брать 5 м. К ак будет пока­
зан о дальш е, такое уменьшение ш ага необходимо для получения требуемого
уровня прямого звука. Н еравномерность озвучения в продольном направлении
з а л а будет меньше 1 дБ. Д л я озвучения потребуется 20 звуковы х колонок (по
10 в каж дой цепочке).
Озвучение без применения ограничителей уровня
В ы б о р типа з в у к о в о й к о л о н к и и расчет з в у к о в о г о п о ля . В зал ах подобного
типа уровень шумов достигает 70 д Б и более. Возьмем типовой шум для зал а
с большим количеством разговариваю щ их людей (см. тип 3 в табл. 3.5). У ро­
вень шумов возьмем равным 73,5 дБ (с учетом добавки на влияние ревербера­
ции). Следовательно, с учетом ограничения ориентировочный уровень, который
долж на создавать система озвучения в удаленной от нее точке (см. 3.21),
L Tp = L a+ 2 0 = 7 3 ,5 + 2 0 = 93,5 дБ , что соответствует звуковому давлению р тр =
= 0,95 Па.
И з (3.27) получаем номинальное звуковое давление от одной колонки (на
расстоянии 1 м от нее)
P i = Ртр
У Л -о/я j / " l —
е* = 0 , 9 5 ] /
5 - 6 ,7 / я / I — 0 ,9 3 2
= 5 . 1 П а.
У довлетворяет полученному номинальному звуковому давлению звуковая
колонка 25КЗ-6, так как ее номинальное давление равно 7,9 Па. Эта колонка
имеет эксцентриситет направленности в продольной плоскости е в = 0,977, а в по­
перечной еГ = 0,92. И сходя из этих данных, находим, что на озвучиваемой
плоскости, в точке пересечения с ней акустической оси колонки, уровень прямо­
го звука
£.пр = 10Ig( л pf j / ’l - e * I r<Apl}=>\Q\g[m.& / 1 - 0 .9 2 2 /( 6 .7 .5 - 4 . Ю '10)] =
= 97.6 д Б ,
что на 4,1 д Б выше ориентировочного значения. Определим уровни в других
точках озвучиваемой плоскости. Рассмотрим три точки: у боковой стены под
балконом, у боковой стены на балконе (на высоте 1 м от пола балкона) и на
средней линии зала. В первой и второй точках можно не учитывать действие
второй, удаленной цепочки, так как она создает звуковое давление в зоне 5 м
от боковой стены на 10 д Б ниже, чем ближ няя цепочка.
Из (2.52) и (2.53) получаем отношение квадратов звуковых давлений, р а з­
виваемых одиночной цепочкой на оси одной из колонок и под углом у» к этой
оси на расстояниях соответственно го и гу от цепочек:
Р2
г.
гу
Г1
~ ~ Г0 V
р2
г
V
c o s2
у
1 _ е2
в
И з рис. 4.11 возьмем соответствующие углы и расстояния д л я выбранных точек:
Yi = 18°; Y 2 = 5 0 o; у з = 60°; г0= б , 7 м; п = 8 м; г2= 5,3 м; / з = 8 м.
117
Д л я первой точки уменьшение уровня равно
I 8
Д L x = 101g/C = 101g ^
для
1
у
f
1 — 0 ,9 7 7 2 cosM 8° \
i l o >977«---------J = 3 ,2 д Б .
второй'—
, Л, ( 5 ’3 1 /
A L 2 — l Ol g^g^y у
1 — 0 .9 7 72 cos2 50° \
„ „
/ — 3, 6 дБ ,
j ___ 0 ,9 7 7 а
д л я третьей с учетом действия обеих колонок
—
/ 8 1 / 1 — 0,9772 cos2 60° \
л
_
^\6,7 г
1 ___ о,9 7 7 2
/ — — 3, 9 дБ.
Минимальный уровень прямого звука получается на средней линии за л а
^пр.мин= 9 7 ,6—3 ,9 = 9 3 ,7 дБ. К ак видим, он почти равен ориентировочному.
Теперь определим, как целесообразно расположить поглощающие м атериа­
лы. Так к ак зал очень длинный, то чтобы избеж ать эха торцовые стены его(290 м2) следует покрыть поглощающими плитами АГШ -Б. Д л я поглощения
тыльного излучения колонок стену за ними ( 10X 2 0 = 2 0 0 м2) тож е покрыть пли­
тами. О стальные 510 м2 плит расположить на боковых стенах.
В ы б о р типа м икроф он а и расчет и н д е кс о в п ер ед а ч и тракта. Поскольку мик­
рофон находится в отдельном помещении, изолированном от озвучиваемого за л а,
то выбор микрофона определяется только общими требованиями к частотной х а ­
рактеристике д л я передачи речи. Возьмем микрофон типа М Д-52-А.
Уровень диффузной составляющ ей звукового поля (3.35) при p i = 1,8 П а,
л = 2 0 и S s = 3 3 6 0 м2
п р \ (1 — а сР)
АА
д = 101g
д
с wОr
acP^
+ 111 = 10t e
1 — а сР
- ^ - + 1 0 6 , 7 дБ,
acpQr
Д л я частоты 500 Гц коэффициент концентрации колонки 25К З-6 Йг= 1 1 ,8 (см.
приложение 4), а средний коэффициент поглощения а Ср = 0,25 (см. табл. 4.9).
П одставляя их, получаем £ д = 100,5 дБ , отсюда максимальное значение акусти­
ческого отношения (3.36) А 1лм —100,5—93,7 = 6 ,8 д Б . Это несколько выш е
нормы, но из §2,5 следует, что при заданном коэффициенте поглощения сни­
зить акустическое отношение мож но только увеличением направленности в про­
дольной плоскости колонки. О днако это приводит к увеличению неравномерно­
сти озвучения. Таким образом, приходим к выводу, что снизить акустическое
отношение практически нельзя.
З н ая средний коэффициент поглощения а ср (см. табл. 4.9) и коэффициент
концентрации Йг (см. приложение 4 ), вычислим уровень диффузной составляю ­
щей и акустического отношения д л я других, частот, результаты запишем в т а б ­
лицу (табл. 4.10). Видно, что акустическое отношение получилось почти одина­
ковым во всем диапазоне частот.
П оправки на реверберационные помехи, вычисленные по (3.45), поправки
на отражение от головы дл я октавных частот из табл. 3.56 запишем в табл.
4.10. Просуммируем все поправки (A L r u , A L t и AL ?) и их сумму (3.44) т а к ж е
запишем в табл. 4.10. В ту ж е таблицу перенесем из табл. 3.56 значения спект­
ральных уровней речи у микрофона (данные табл. 3.5 нужно увеличить на
12 дБ , так как микрофон находится на расстоянии 0,25 м, а не 1 м от рта)
и значения спектральных уровней акустических шумов типа 3 с добавлением
0,5 д Б из-за отклонения времени реверберации от 1 с [см. (1 .3 7 )]. Теперь р ас­
считаем рациональный индекс передачи (предельный индекс не определяем и з-за
отсутствия обратной связи) для 500 Гц <3Рац = В &— £ р#м— 2А L + 27 = 43— 53,5—
—9,6 + 2 7 = 6,9 дБ .
Аналогично находим его и д л я других частот, результаты записываем и
табл. 4.10. Построенная по этим данным частотная характеристика получается
сравнительно равномерной, и лишь на частотах выше 2000 Гц есть западание.
Последнее объясняется резким спадом спектральной плотности акустических
шумов к высоким частотам из-за затухания звука в воздухе.
118
Т а б л и ц а 4.10
Расчет рационального индекса тракта
Частота, Гц
AZT
АЧ с
2г
%
IAL
Д^г
В
р. м
Q
^рац
*а
дБ
а) без ограничения уровня передачи
250
500
1000
2000
4000
6000
0,26
0,26
0,27
0,22
0,21
0,21
9,6
11,8
15,7
16,5
16,7
17,0
250
500
1000
2000
4000
6000
0,26
0,26
0,27
0,22
0,21
0,21
2,5
4,0
5,0
5,6
6,5
6,8
101,4
100,5
99,1
100,1
100,2
100 г2
7,7
6,8
5,4
6,4
6,5
6,5
1,0
1,0
0,6
1,8
1,0
0,0
1,0
1,8
2,7
4,2
5,4
5,9
9,7
9,6
8,7
12,4
12,9
11,4
57,5
53,5
45,0
37,5
30,5
27,5
47,5
43,0
36,0
26,0
13,5
5,5
7,3
6,9
9,3
3,1
—2 ,9
- 6 ,4
11,1
9,9
9,2
12,6
12,4
11,9
57,5
53,5
45,0
37,5
30,5
27,5
47,5
43,0
36,0
26,0
13,5
5,5
5,9
6,7
8,8
2,9
—2,4
—6,9
б) с ограничением уровня
94,9
92,9
91,7
92,4
91,8
91,8
9,1
7,1
5,9
6,6
6,0
6,0
1,0
1,0
0,6
1,8
1,0
0,0
1,0
1,8
2,7
4,2
5,4
5,9
Т а б л и ц а 4.11
Расчет фактического индекса тракта
Суммарная
чувствитель­
ность, дБ
—3,0
0,0
—3,5
-1 ,0
0,0
—0,2
—3,5
—3,0
-1 ,0
- 2 ,0
—1,0
- 6 ,6
—3,4
- 6 ,2
- 3 ,0
0,0
—1,2
-3 ,9
—6,4
—6,0
—7,0
— 5,0
2,4
5,6
2,8
6,0
9,0
7,8
5,1
2,6
3,0
6,0
4,0
«аО
оа
7,3
7,2
7,0
6,9
9,3
6,2
3,1
—0,5
—2,9
-4 ,4
- 6 ,4
25КЗ-2
25КЗ-6
—3,6
- 3 ,4
-2 ,7
—2,0
0,0
- 1 ,0
- 0 ,4
- 3 ,4
—5,0
- 5 ,0
—4,0
а
i
О
Чувствитель­
ность, дБ
М Д-45
М Д-52А
250
300
400
500
1000
1400
2000
3000
4000
5000
6000
Индексы
тракта, дБ
Частота, Гц
Частота, Гц
Чувствитель­
ность, дБ
б) с ограничением уровня
Суммарная
чувствитель­
ность, дБ
а) без ограничения уровня передачи
Индексы
тракта, дБ
а
S
O'
cсdг
О**
1,4
5,9
8,0
7,0
6,7
0 ,0
2000 - 0 , 4 —1,0 - 1 , 4
5,6
2,9
4000 —5,0
3,0 - 2 , 0
5,0
—2,4
6000 —4,0
3,0 - 1 , 0
6,0
—6,9
250 —3,6 —2,0 —5,6
500 - 2 , 0
1000
0,0
3,0
0,0
1,8
8,8
Определим фактический индекс тракта (см. § 3.5). Пересчитаем частотные
характеристики микрофона М Д-52 и звуковой колонки 25К З-6 в децибелах. Все
экстремальные значения чувствительности запишем в табл. 4.11 и просуммируем
их, а затем пронормируем по отношению к 1000 Гц. Н ормированные и рацио­
нальные значения индекса запишем в табл. 4.11. По этим данным построим гр а­
ф ик рис. 4.12. Н а него ж е нанесем и рациональный индекс передачи. Затем
суммарную характеристику сместим по оси ординат до наилучшего совпадения
119
ее с рациональной и отметим величину, на которую сдвинулась сумм арная х а ­
рактеристика на частоте 1000 Гц. Эту величину добавляем к значениям сумм ар­
ной характеристики, приведенным в табл. 4.11. Результат расчета п редставляет
фактическую частотную характеристику тракта QM.с (см. табл. 4.11 и рис. 4.12).
Расчет разборчивост и р е ч и (см . § 3.6). Д л я каж дой из полос равной р а з ­
борчивости (см. табл. 3.5а) рассчитаем спектральный уровень речи у микрофона
(3.47). Д иктор находится на расстоянии гм = 0,25 м от микрофона. Д л я первой
полосы Бр.м = 4 5 ,5 + 1 2 = 5 7 ,5 дБ . Д алее для той ж е полосы рассчитаем спектQJ6
Рис. 4.12. Частотные характеристики ин­
дексов трактов без ограничения уровня
передачи:
1 — суммарного, нормированного; 2 — факти­
ческого; 3 — рационального при ограничении?
уровня;
4 — суммарного;
5 — фактического;
6 — рационального
ральный уровень шума Б а. Д л я этого спектральный уровень дл я выбранного на­
ми акустического шума (№ 4, табл. 3.5а) повышаем на 0,5 д Б вследствие откло­
нения времени реверберации от 1 с ( A £ = 1 0 1 g r ) . Д л я первой полосы Б а =
= 47,5 дБ. Интерполируем величины 2 А L и QM.с, приведенные в табл. 4.10,.
4.11 на средние частоты полос равной разборчивости. Д л я первой полосы
2A L = 9,7 д Б и QMc = 2,4 дБ . Рассчитаем спектральный уровень речи у слуш а­
теля Бр.с (3.48) и спектральный уровень помех В п (3.49). Просуммируем уров.ни помех с уровнями акустического шума по интенсивности [(3.50) или (3 .5 1 )].
Д л я первой полосы £ р.с = 57,5—2,4 = 59,9 д Б , Б п = 5 9 ,9 + 9 ,7 —2 1 = 4 8 ,6 д Б ,
£m = 4 8 ,6 + f (48,6—47,5) = 4 8 ,6 + 0 ,5 = 5 1 ,1 дБ . Затем вычтем этот уровень из?
спектрального уровня речи у слуш ателя и найдем уровень ощущения формант
(3.52) Е. Д л я первой полосы £ = 5 9 , 9 —5 1 ,1 = 8 ,8 дБ . По уровню ощущ ения
найдем коэффициент разборчивости w [см. табл. 3.3 или (3.53)]. Д л я первой по­
лосы oyi = 0,49. Аналогично находим все эти данные для других полос равной
разборчивости и записываем их в таблицу (табл. 4.12). Суммируя коэффициен­
ты разборчивости для всех полос (3.54), находим формантную разборчивость.
Она равна 0,50. Следовательно, слоговая разборчивость (см. табл. 3.4) равна
80% . Это соответствует отличной понятности речи (см. табл. 1.3). Коэффициент
разборчивости во всей полосе частот будет почти одинаковым (до = 0,47-т-0,57),
и поэтому никакой коррекции частотной характеристики не требуется.
При сокращенном расчете нет надобности в интерполяции суммарной по­
правки 2 АL и индекса тракта QM.с на средние частоты полос равной разборчи­
вости, а мож но непосредственно использовать имеющиеся данные для октавных
частот (см. табл. 4.13). В остальном порядок расчета остается прежним. П олу­
ченные данные запишем в таблицу (табл. 4.13) и определим формантную р а з ­
борчивость (3.55) А = 0,0 5 (0 ,4 9 + 3 -0 ,5 4 + 4 -0 ,5 7 + 6 * 0 ,4 7 + 5 -0 ,4 6 + 0,52) = 0 ,5 . П о
точному расчету она равна той ж е величине.
Расчет у р о в н я п р я м о го з в у к а и вы бор аппарат уры (см. § 3 .7 ). По данным
спектральных уровней речи у слуш ателя (см. табл. 4.12) находим относитель­
ную величину спектральной плотности интенсивности ///о (3.59), умножаем ее
на ширину соответствующей полосы равной разборчивости (см. табл. 3.5а) и
получаем интенсивность в этой полосе А ///о. Д л я первой полосы / / / о=
= 980 - 103, А /1 = 130 Гц, поэтому A h /I o = 127 *10е. Аналогично вычисляем А///*
для остальных полос и данные заносим в табл. 4.12. Затем суммируем интен­
сивности для всех полос и получаем общую интенсивность / пр//о. О на
равна 684-106, это соответствует среднему уровню речи 88,4 дБ . С учетом пик­
ф актора (12 д Б ) находим требующийся пиковый уровень прямого звука £ Пик =
= 8 8 ,4 + 1 2 = 1 0 0 ,4 дБ. Это почти на 5 д Б больше уровня, создаваемого систе-
120
Т а б л и ц а 4.12
Расчет разборчивости речи и уровня прямого звука при передаче речи
д
о«ч
о
и
в
р. м
им
*а
Q
в
м. с
7ЕГ
Е
р. с
W
и
Ъ
и,
о
Ч -°
<
« Г -
ЕГ
дБ
%
47,5
1 57,5
2 56,0 45,0
3 53,5 43,0
4 51,0 41,0
5 48,5 39,0
6 46,0 37,0
7 44,0 35,0
8 42,0 33,0
9 40,5 31,0
10 39,0 29,0
11 38,0 27,0
12 37,0 25,0
13 36,0 23,5
14 34,0 22,0
15 33,0 20,5
16 32,0 18,0
17 31,0 15,5
181 30,0 12,5
1S1 29,0
9,5
2С1 27,5
5,5
9,7
9,6
9,5
9,4
9,1
8,7
8,8
9,2
9,8
11,8
12,4
12,5
12,6
12,7
12,8
12,9
12,9
12,5
12,0
11,4
2,4
2,8
6,8
8,0
8,7
9,0
8,2
7,5
6,7
6,0
5,5
4,7
4,1
3,3
2,6
2,8
2,9
4,0
7,0
4,0
59,9 48,6
58,8 47,4
60,3 48,8
59,0 47,4
57,2 45,3
55,0 42,7
52,2 40,0
49,5 37,7
47,2 36,0
45,0 35,8
43,5 33,9
41,7 33,2
40,1 31,7
37,3 29,0
35,6 27,4
34,8 26>7
33,9 25,8
34,0 25,5
36,0 27,0
31,5 21,9
51,1
49,4
49,8
48,3
46,2
43,8
41,2
39,0
37,2
36,5
34,7
33,8
32,3
29,8
28,2
27,2
26,2
25,7
27,1
22,0
8,8
9,4
10,5
10,7
11,0
11,2
11,0
10,5
10,0
8,5
8,8
7,9
7,8
7,5
7,4
7,6
7,7
8,3
8,9
9,5
0,49 980
0,51 955
0,55 1070
0,56 795
0,57 525
0,57 316
0,57 166
89
0,55
53
0,53
32
0,48
22
0,49
15
0,46
10
0,46
5
0,45
4
0,45
3
0,45
3
0,46
3
0,48
4
0,50
0,53
1
130
135
140
145
150
160
170
180
190
200
220
240
270
310
360
430
520
640
850
1360
127
129
150
115
79
51
28
16
10
6
5
4
3
2
2
1
2
2
3
1
Т а б л и ц а 4.13
Сокращенный расчет разборчивости речи и уровня прямого звука
Ч аст о­ Яр.м
т а , Гц
*а
ЕД L
Фм.с
Яр.с
J
Е
W
дБ
250
500
1000
2000
4000
€000
5 7,5
5 3 ,5
4 5,0
3 7,5
30,5
27,5
47 ,5
43,0
2 6,0
36,0
13,5
5 ,5
250
500
1000
2000
4000
6000
57,5
53,5
45,0
37,5
30,5
27,5
47,5
43 ,0
36,0
26,0
15,5
5 ,5
а) без
9 ,7 2 ,4
9 ,6 6 ,0
8,7 9 ,0
12,4 5,1
12,9 3 ,0
11,4 4 ,0
б)1 при
11,1 1,4
9 ,9 8,0
9 ,2 7 ,0
12,6 5 ,6
12,Б 5 ,0
11,9 6 ,0
~Г • 10»,
о
Г ц -1
ограничения уровня передачи
5 9 ,9 48,6 51,1
8,8 0,49 980
5 9 ,9 48,1 4 9 ,3 10,2 0 ,5 4 890
5 4,0 4 1 ,7 4 2,8 11,2 0 ,5 7 256
4 2 ,6 3 4,0 3 4,6
8,0 0,4 7
18
3 3 ,5 2 5 ,4 25,7 7 ,8 0 ,4 6
2
31,5 21,5 22,0 9 ,5 0 ,5 4
1
ограничении уровня передачи
5 8 ,9 33,0 4 7 ,7
7 ,2 0 ,43 776
6 1,5 3 4 ,4 4 3 ,5 14,0 0 ,6 7 1413
159
5 2 ,0 2 4,2 36,3 11,7 0 ,5 9
43,1 18,7 2 6 ,7 12,4 0,61
20
4
3 5 ,5 10,9 15,4 16,1 0,7 9
8 ,4 10,2 19,3 0 ,8 9
33,5
2
ДЛ)КТ,
Гц
^ м о *
/Л
О
175
350
700
1400
2800
2000
171
312
175
25
6
2
175
350
700
1400
2800
2000 ,
136
495
111
28
И
4
мой озвучения в удаленной точке. Этого и следовало ож идать, так как мы р а с­
считывали на небольшое ограничение пиков речи. Заметим, что расчет по сокра­
щенной методике (см. табл. 4.13) дает то ж е значение уровня, т. е. 88,4 дБ .
121
М ожно взять громкоговорители, идентичные по направленности, но более
мощные, например 50КЗ-2Т. Номинальное звуковое давление, развиваемое гром­
коговорителем 50КЗ-2Т, составляет 14,5 П а, т. е. на 5,3 д Б выше, чем д л я
25КЗ-6. П оэтому они будут создавать уровень £ Пик = 9 3,7+ 5,3 = 99 дБ , т. е.
только на 1,3 д Б ниже требуемого при передаче пиковых уровней речи. Д л я 2i>
колонок 50КЗ потребуется мощность не менее 1 кВт. Хотя по разборчивости эта
система озвучения оказалась отличной, но по экономическим показателям она
не годится.
Уменьшим усиление в предварительном усилителе на 6 д Б . Н а такую ж е
величину уменьшится и индекс тракта, а так ж е и спектральный уровень рече­
вого сигнала у слуш ателя В р.с и уровень помех от речи В п. В этом случае
никакого ограничения уровней пиков речи не будет. Суммируя уровень помех
от речи с акустическими шумами В а [см. (3.51)] аналогично предыдущему в а ­
рианту, находим суммарный уровень шумов и помех В ш, а вычитая его иэ
уровня речи, находим уровень ощущения ф ормант £ , а по нему — коэффициент
разборчивости w д л я каж дой октавной полосы. Они имеют следующие значе­
ния: 0,45; 0,46; 0,50; 0,42; 0,43; 0,51. Суммируя коэффициенты разборчивости п а
приближенной ф-ле (3.55), находим формантную разборчивость А = 0,45, что
соответствует слоговой разборчивости 75% , т. е. понятности речи, близкой к от­
личной, Д л я информационной системы так ая разборчивость вполне подходит.
Д л я этого случая требуемый пиковый уровень будет меньше на 6 дБ , чем
д л я предыдущего, т. е. 7*пик== 100,7—6 = 9 4 ,7 дБ . Этот уровень всего на 1 д Б
выше, чем обеспечивает система в самой худш ей точке зала. Д л я работы этих
громкоговорителей требуется усилитель мощностью не менее Р э= 2 5 » 2 0 =
= 500 Вт. М ож но было бы применить усилитель ЗУС-400 (см. приложение 5 )г
но такой усилитель не подходит по экономическим показателям.
Озвучение с ограничителем уровня
Рассмотрим систему озвучения с применением ограничителя уровня в ре­
ж им е подавления высоких уровней, поскольку требуем ая мощность получилась
большой. Вместо колонок 25К З-6 применим колонки 2К З-2 с тем ж е распределе­
нием по залу. Н а входе мощного усилителя включим ограничитель уровня. При
этом для слабы х звуков усиление оставим прежним, а для громких звуков уси ­
ление снизим на 16 дБ.
Расчет з в у к о в о г о п о л я и и н д е к с о в передачи. Звуковы е колонки 2К З-2 будут
создавать номинальный уровень прямого звука на озвучиваемой плоскости и
точке встречи ее с осью колонки (для p i = 1,8 П а, г0 = 6,7 м, d = 5 м*
р 0= 2 - 10~ 5 П а)
■^пр — Ю1§>
= 8 8 ,2 дБ ,
r0d p 20
6 ,7 .5 ‘ 4 .1 0 —10
так как для колонки 2К З-2 еГ = 0,5 и ев = 0,95 (см. приложение 4 ). В сравне­
нии с прежней системой уровень прямого звука получился на 9,5 дБ меньше.
Аналогично предыдущ ему варианту определим разницу меж ду уровнями в з а ­
данных трех точках зала и уровнем в точке пересечения оси громкоговорителя с
озвучиваемой поверхностью.
Д л я первой точки (под балконом) уменьшение уровня по сравнению с уров­
нем на оси колонки составляет
Д
= 101g
1 — 0 ,9 5 2 cos2 18°
1 — 0 ,9 5 2
Д л я второй точки (на балконе)
A L2 = 101g
122
1 — 0 ,9 5 2 cos2 50°
1 — 0 ,9 5 2
Д л я третьей точки (на средней линии зал а)
Л.
(
Д 1 3 — 101g
8
л /
7 у
1 — 0 , 9 5 2 COS26 0 °
1 — 0 , 95я
\
л
о ,
J — 3 — 2 ,4 д Б .
Следовательно, неравномерность озвучения в поперечном направлении равна
2,4 дБ , а минимальный уровень прямого звука озвучиваемой плоскости будет
н а средней линии зала Lnp.мин= 8 8 ,2 —2,4 = 85,8 дБ . Н еравномерность озвучения
в продольном направлении ничтожно мала. И з (3.35) получаем уровень диф ф уз­
ной составляющ ей поля
п Р\ (1 — а ср)
ЬЛ
м = 101е
«а ср S
о ~Q
1 — а сп
+ 111==101б ------аср ^
Qr “ + 94,3 ДБ,
т а к как p i = 1,8 П а; п = 20; S = 3360 м2.
Д л я частоты 500 Гц коэффициент концентрации колонки 2К З-2 Qr = 4 ,0 , а
средний коэффициент поглощения для данного случая а Ср = 0,25. С ледователь­
но, диф ф узная составляю щ ая £ д = 9 2 ,9 дБ. П оэтому на этой частоте максималь­
ное акустическое отношение Л £ л м = 92,9—85,8 = 7,1. дБ.
С равнивая его с акустическим отношением для предыдущей системы, полу­
чаем, что акустическое отношение немного уменьшилось. Это объясняется тем,
что колонка 2К З-2 имеет меньшую направленность в горизонтальной нлоскосги
и поэтому в каж д ой точке уровень прямого звука склады вается от действия
многих колонок, а при использовании колонок 25К З-6 действие других колонок
сказы вается слабее из-за большей их направленности. Если учесть то, что нерав­
номерность озвучения в поперечном направлении (из-за большей направленности
в вертикальной плоскости 25КЗ-6, чем 2 К З -2) больше, то разница получается в
пользу колонки 2КЗ-2. Но эта колонка имеет меньший коэффициент концентра­
ции, и поэтому диф ф узная составляю щ ая получается (при равном уровне п ря­
мого звука) больше, чем для колонки 25КЗ-6.
По величине среднего коэффициента поглощения и коэффициента концентра­
ции колонки 2 К З -2 находим диффузную составляющ ую для остальных частот.
Результаты расчета записываем в таблицу (табл. 4.106). Затем определяем акус­
тическое отношение в децибелах (3.36) и записываем их туда же. Значения
акустического отношения получились близкими к верхнему пределу и мало отли­
чаю тся от предыдущего варианта. Вычислим суммарную поправку 2 Д L (3.44)
для данного варианта и определим рациональный индекс тракта (3.42). Данны е
запишем в таблицу (табл. 4.10). И з этих данных следует, что рациональный ин­
декс тракта мало отличается от предыдущего варианта, и поэтому условия по­
лучения наибольшей разборчивости остаются прежними, но для громких звуков
уровень сниж ается на 16 дБ.
Д л я микрофона М Д-52А (см. табл. 4.11) и звуковой колонки 2К З (см
табл. 4.3) определим суммарную характеристику и к ней добавим 7 дБ , так
к ак при этом рациональный и получаемый фактический индексы в среднем час­
тотном диапазоне будут наиболее близки друг к другу. Н а частотах выше
1000 Гц фактический индекс получается выше рационального и хотя это допус­
тимо, но все ж е целесообразно дл я лучшего звучания ввести соответствующую
коррекцию. Д анны е QM.с запишем в табл. 4.11 и нанесем на график рис. 4.12.
Расчет разборчивост и речи. В табл. 4.136 из табл. 4.126 перепишем значения
£ р .м и В а. По значениям Вр.м и QM.с вычисляем Вр.с для неограниченной речи
(без применения ограничителя уровня). Рассчитаем помехи от речи с поправкой
на ограничение (на 16 д Б ) (см. табл. 3.6). Д л я частоты 500 Гц [(3.48), (3.49)]
В р.с = 5 3 ,5 + 8 = 61,5; В п = 6 1 ,5 + 9 ,9 —21— 16 = 34,4 дБ. Аналогично рассчитаем их
д л я других октавных частот и запиш ем в табл. 4.13. Затем найдем суммарный
уровень помех и шумов (3.50) В ш. Д л я частоты 500 Гц В ш = 4 3 ,5 дБ . Находим
уровень ощущения (3.57) Е с поправкой на подавление слабых уровней A L or,
которую берем из табл. 3.6 с интерполяцией дл я ограничения на 16 дБ. Она
равна 4 дБ . Следовательно, дл я частоты 500 Гц уровень ощущения £ = 6 1 , 5 —
— 4—43,5 дБ . П о уровню ощ ущ ения находим (см. табл. 3.3) коэффициент разб о р ­
чивости до = 0,67. Рассчитываем его и для остальных октавных частот и зап и ­
сываем в табл. 4.136. Затем по ф-ле (3.55) вычисляем формантную разборчи­
вость. Она равна 0,65, что соответствует слоговой разборчивости 90% , т. е. от­
123
личной понятности (см. табл. 1.3). Следует сказать, что по разборчивости мьр
получили данные выше, чем дл я звуковы х колонок 50КЗ.
Рассчитаем уровень прямого звука. С начала найдем уровень прямого звука
д л я неограниченной речи. Д л я этого определим относительную плотность ///&
д л я уровней Вр.с. Д л я частоты 500 Гц соответствующ ая плотность равна
1410-103/ 0- У м нож ая ее на ширину октавы (Д /ОКТ = 350 Г ц), получаем интен­
сивность Л/. Она равна 495 - 106/о. Вычисляем эти величины д л я других октав­
ных частот и записываем результаты в табл. 4.136. Затем суммируем все интен­
сивности и получаем общую интенсивность / пр. Она равна 7 8 5 -1 06/ 0, что соот­
ветствует уровню 88,9 дБ. Это средний уровень. Д л я определения пиковогоуровня к полученному значению добавляем 12 д Б (величину пикф актора для
неограниченной речи), получаем 100,9 дБ. Так к ак пиковый уровень ограничен
на 16 дБ , то он составляет 100,9— 16 = 84,9 дБ.
А наша система обеспечивает в худшей точке 85,8 дБ, т. е. на 0,9 дБ выше
требуемого. Требуемая мощность усилителя 2 * 2 0 = 4 0 Вт. Пригоден серийный
усилитель на 50 Вт (например, «Звук» 2 X 2 5 ). Поскольку дл я такого ограниче­
ния (см. табл, 3.6) пикфактор составляет 6,8 дБ , то средний уровень передачибудет 78,6 дБ . К ак видим, применение ограничения уровня повышает разборчи­
вость речи в ш умах и создает возможность применения менее мощной системы
звукоусиления, которая имеет преимущество и по экономическим показателям.
4 .4 .
ЗВУКОУСИЛЕНИЕ В АППАРАТНОМ ЗА ЛЕ
З а д а н и е. Рассчитать систему звукоусиления в аппаратном зале, располож ен­
ном в помещении коридорного типа (рис. 4.13).
З ал имеет большую длину (30 м) и сводчатый потолок (его средняя высота
равна 5,5 м), что требует проверки на
Разрез по ВГ
эхо. Почти во всю длину помещения
(28 м) посередине расположен стол, ши­
риной в 2 м, за ним сидят 38 операторов
и один диспетчер. Помещение имеет ни-дпи глубиной 1 м и шириной 3 м в обеих
баковых стенах. Потолок в нишах свод­
т
чатый, и средняя высота ниши равна
3 м. Ниши расположены симметрично п а
Ч'К\
пять в каж дой стене с расстоянием 3 м.
\
В нишах установлены столы длиной 3 м
и шириной (в глубину ниш) 1 м. З а эти­
ми столами сидят 20 операторов. С уче­
Разрез по АБ
том одного рассыльного в зал е находит­
ся 60 человек. Вдоль свободных боковых
стен стоят деревянные шкафы высотой
2 м, глубиной 0,5 м и шириной 3 м. Все­
го таких ш каф ов 8. П ол гранитный, сте­
ны гладкие бетонные, потолок облицован
простой гипсовой ш тукатуркой.
В зал е 59 телеграфных аппаратов,
и у каж дого оператора есть телефонный
аппарат, по которому он м ож ет разго­
варивать во время работы телеграфного
аппарата. Общий уровень шумов до об­
работки помещения составлял 83 д Б .
Требуется централизованное и индиви­
дуальное оповещение операторов со сто­
ла диспетчера. В данном случае расчету
Рис. 4.13. Вертикальный разрез
план аппаратного за л а
124
подлежит только система централизованного оповещения. По системе звукоусиления мож ет передаваться достаточно слож ная по смыслу информация, поэтому
слоговая разборчивость долж на быть близка к 80% (см. табл. 1.3).
А куст ический расчет. Габаритный объем равен 6X30X5,5 = 990 м3. Объем
ниш 3 X 3X 1X 10= 90 м3. И з объема помещения следует вычесть объем ш кафов
2X0,5X3X8 = 24 м3 и объем тумб (столов) 1X1X1X59 = 59 м3. Свободный
объем зал а V = 1000 м3. Определим величину ограничивающей поверхности зала.
Пол 30X 6= 180 м2, торцовые стены 6X5,5X2 = 66 м2, потолок 7X 30=210 м2
и боковые стены 4,7X30X2 = 210 м2. О бщ ая ограничивающ ая поверхность 52 =
= 738 м2. Д л я помещения объемом 1000 м3 оптимальная реверберация равна
(см. рис. 1.13, кривая 1) 1 с. Д л я зал а подобного назначения ее целесообразно
брать гораздо меньшей (например, 0,5— 0,7 с при частоте 500 Гц). Возьмем
Г = 0,7 с. Д л я частоты 500 Гц найдем реверберационный коэффициент поглоще­
ния (3.1) а '= 0 , 1 6 ^ (5 2 7 ^ = 0,16Ы000/(738-0,7) =0,311, а по нему — средний
коэффициент поглощения а ср = 1 — е~°’311 = 0,268 или [табл. 1.5] а Ср = 0,311—
— 0,043 = 0,268.
Следовательно,
необходимый
фонд
поглощения
А тр =
= а ср5 2 = 0 ,268X 738= 198 м2. Подсчитаем имеющийся фонд поглощения на
частоте 500 Гц (коэффициенты поглощения берем из приложения 1): лю­
ди А л = 0,44X 60=26 м2, свободный пол А п = 0,03X 122=4 м2, стены Л с =
= 0,02(282+66) = 7 м2, потолок ЛНот = 0,04X 210=8 м2, столы А с = 126X0,05=
= 6 м2. Суммарное поглощение Лим = 53 м2. Это соответствует среднему коэф ­
фициенту поглощения а ср = 53/738=0,072. С ледовательно, дополнительно тре­
буется ЛДоп = 198— 53=145 м2. Свободный пол нужно покрыть резиновым к о в ­
ром, это даст поглощение Лр= (0 ,0 8 — 0,03)122 = 6 м2, половину потолка — але­
бастровой штукатуркой, Лш= (0 ,1 4 — 0,04)105=11 м2, задние стены в нишах и
половину потолка — ш тукатуркой АГШ -Б, добавляется поглощение Л н —
= (0,73—0,02)90+(0,73 — 0,03) 105= 138 м 2. Суммарное дополнительное погло­
щение равно 155 м2, т. е. немного больше требуемого. Кстати, при таком р ас­
положении поглощающих материалов устраняется резонанс ниш и возможность
образования эха от потолка. П равда, в зале такой длины не долж но быть эха,
так как звуковы е волны будут затухать, поглощ аясь потолком и людьми, сидя­
щими вдоль всего зала.
Зн ая коэффициенты поглощения на других частотах, подсчитаем фонд по­
глощения на них. Данны е запишем в таблицу (табл. 4.14). О бщ ая поглощаю­
щ ая поверхность больше, чем ограничивающ ая помещение, так как добавляется
боковая поверхность столов.
Д л я полученного фонда поглощения рассчитаем средние коэффициенты по­
глощения а ср (3.3), а по н и м — реверберационные [(3.3) и табл. 1.5] и время
реверберации 7 (3 4). Затухание в воздухе не учитывается, так как основные
звуковы е волны распространяю тся в поперечном направлении, имеющем малые
размеры. Запиш ем полученные данные в табл. 4.14. К ак видно, наибольшее
время реверберации получилось на частоте 2000 Гц и равно оно 0,79 с, мини­
мальное 0,62 с — на частоте 1000 Гц. Отклонение от линейной зависимости нахо­
дится в пределах + 1 3 % , а это вполне удовлетворительный результат.
В ы б о р системы о з в у ч е н и я и расчет ее геом ет рических д анн ы х. В данных
условиях (больш ая длина зала) пригодна только распределенная система. При
такой ширине помещения можно применить одну или две настенные цепочки из
ненаправленных громкоговорителей. Так как уровень акустических шумов велик,
то целесообразно применить две цепочки.
Высота подвеса цепочки над головами слушателей определяется из усло­
вия (3.9) /1Ц^ 0 ,3 6 = 0,3-6 = 1,8 м.
Увеличиваем ее до 2 м (над полом высота подвеса будет равна 3 м), так
как на этой высоте находится карниз, к которому удобно прикрепить громкого­
воритель. Ш аг цепочки (3.11) берем из условия d ^ ; 2/i4 = 2 - 2 = 4 м. Уменьшим
его до 3 м, так как крепить громкоговоритель удобно к стенам ниш. Всего гром­
коговорителей потребуется 20 шт.
Так как торцовые стены не заглушены, то вследствие отраж ения волн от
них цепочки могут считаться бесконечными и уровень на средней линии зал а бу­
дет везде одинаковым. Расстояние цепочек от озвучиваемой поверхности по
средней линии зала г0= V Л2ц+ ^ 2= Y 22+ 3 2= 3 , 6 м; расстояния от цепочек до
125
Т а б л и ц а 4.14
Расчет среднего коэффициента поглощения и времени реверберации
Тип
поглотителя
Количе­
ство
а*
Ak
ak
К
ak
К
ak
К
ak
К
для частоты, Гц
500
250
Л ю ди
60 чел. 0,41
Р ези н о в ы й к о ­
в ер
122 м2 0 ,0 4
Д ерева
58* м2 \
82 м2 / 0,0 2
Д ерево
Б ет о н н ая п е р е ­
городка
258 м2 0,01
А лебастровая
ш тукатурка
105 м2 0,10
Ш тукатурка
195 м2 0,78
А Г Ш -Б
С ум м а
798 м2
1000
2000
4000
6000
25 0 ,4 4
26 0 ,4 6
28 0,46
28 0 ,4 6
28 0 ,46
28
5 0 ,0 8
10 0,12
15 0 ,08
10 0,1 0
12 0 ,08
10
3 0 ,0 5
7 0 ,0 4
6 0,04
6 0 ,0 4
6 0 ,0 4
6
3 0,0 2
5 0 ,02
5 0,02
5 0 ,0 4
10 0 ,0 4
10
11 0 ,1 4
15 0 ,15
16 0 ,2 5
16 0,20
21 0,23
24
158 0 ,7 3
142 0 ,7 6
148 0 ,6 0
117 0 ,5 9
115 0 ,56
109
205
205
218
177
192
187
С р ед н и й к о эф ф и ц и ен т
п о гл о щ ен и я а ср
0,28
Р еверберационны й к о ­
эф ф и ц и ен т п о г л о щ е ­
ния а '
0,323
Время реверберации Г, с
!
ak
0 ,6 8
0 ,28
0 ,3 0
0,24
0 ,2 6
0,25
0,323
0,350
0,274
0 ,300
0,292
0,68
0 ,6 2
0,79
0 ,7 3
0 ,7 5
* 82 м2 составляют боковую поверхность столов и шкафов и в основную ограничиваю­
щую поверхность не входят.
слушателей, сидящ их под щепочками, 2 и 6,3 м; расстояния от цепочек до слу­
шателей, сидящ их по бокам среднего стола, соответственно составляю т 2,8 и
4,5 м (см. рис. 4.13).
В ы б о р типа гром коговорит елей и расчет з в у к о в о г о п о л я . С начала найдем
общий уровень акустического ш ума, получающийся после акустической обра­
ботки зала. Н а частоте 500 Гц коэффициент поглощения до обработки был
0,072, а после обработки 0,277. Следовательно, уровень акустических ш умов
на этой частоте будет снижен щ a A L = 1 0 1 g (0,277/0,072) = 6 дБ . Н а других ч а с ­
тотах уменьшение уровня ш ума примерно такое ж е, так к ак время ревербера­
ции изменяется в небольших пределах. П оэтому будем считать, что уровень ш у­
мов вместо заданны х до обработки помещения 83 д Б будет равен 77 дБ . В
табл. 3.56 под № 4 приведен к ак раз такой тип ш ума со средним уровнем,
равным 77 дБ .
Д л я того чтобы перекрыть такой уровень шума, пиковый (ориентировочный)
уровень (см. 3.21), развиваемый громкоговорителями, долж ен быть примерно
LTp = L a + 1 5 = 7 7 + 1 5 = 9 2 дБ . Э тот уровень соответствует звуковому давлению
(3.22) р м = 100-05*92" 94)= 0,79 П а.
Чтобы получить такое давление на средней линии зала, необходимо иметь
громкоговоритель о номинальным
давлением
(3.25)
р 1 = р м V Г (4 1 2 п = *
= 0,79 К 3 ,6 «3/2л = 1,03 Ц а. Зд есь подходящим громкоговорителем будет гром­
коговоритель 1ГД-6, имеющий номинальное звуковое давление не менее 0,95 Па.
Это дает небольшое снижение уровня [201g( 1,03/0,95) = 0 , 7 д Б ]. Рассчитаем
уровни звукового поля в наиболее характерны х точках.
П одставляя в (2.16) расстояния от цепочки до заданных точек на озвучи­
ваемой поверхности, находим квадраты звуковы х давлений и уровень: д л я дис­
петчера
126
I „ „ c = 10ig (0 ,5 2 2 /4 -Ю ~10) ) .
РдИС = 2 л р \ / drg = 2 я 0 ,9 5 2(3 -3 ,6 ) = 0,522;
= 9 1 ,2 дБ;
дл я слушателей, сидящих под цепочками,
«2
X ( о ,62/(4- Ю ~10)) = 9 1 ,9 дБ;
дл я слушателей у среднего стола
,
n Pi
Рс~
/ 1
d
1 \
л 0 ,9 5 2 / 1 ,
+
\2 , 8
3
1\
4
л
,
,5 ) _
Бс — 10Ig X
X (0 ,5 4 7 /(4 -1 0 —10)) = 9 1 ,4 д Б .
Таким образом, неравномерность озвучения в поперечном направлении состав­
ляет Д 1 = 91,9—9 1 ,2 = 0 ,7 дБ.
В продольном направлении неравномерность озвучения (2.46)
A L i = 201 g cth (я h n /d ) = 201g cth (я 2/3 ) = 0,1 д Б .
В ы б о р м икроф он а и расчет и н д е кс о в тракта. Определим уровень диф ф уз­
ной составляющ ей поля. И з (3.5)
пр\ ( 1 —асР)
о-------- + 1 1 1
аср
Лл = 101g------- !—
1
—а,.п
асР
= 101g----------
+ 9 4 ,9 дБ,
так как 5 S= 9 3 8
м2; л = 2 0 ; pi = 0,95
Па.
П одставляя величину среднего коэффициента поглощения, найдем уровни
диффузной составляющ ей для всех расчетных частот и запишем их в табл.
4.15. Д л я частоты 500 Гц этот уровень равен 99,1 дБ.
Т а б л и ц а 4.15
Частота,
Гц
Расчет предельного и рационального индексов тракта
250
500
1000
2000
4000
6000
<?кр
Д £*м
®ср
—AL т
Д£г
2 4£
5 р.м
*а
^рац
1,0
1,8
2 ,7
4 ,2
5 ,4
5 ,9
6,1
6 ,9
6 ,7
11,2
11,3
12,2
7 7 ,5
7 3 ,5
6 5 ,0
5 7 ,5
5 0 ,5
4 7,5
50 ,0
4 6 ,0
40,5
35,5
3 1,0
29,0
6,6
7 ,4
4 ,2
6 ,2
3,8
3 ,7
дБ
0 ,2 8
0,28
0,30
0,2 4
0,26
0,25
99,1
99,1
99,1
9 9 ,9
9 9 ,4
99 ,6
7 ,9
7 ,9
7 ,5
8 ,7
8 ,2
8 ,4
36
30
24
18
12
8
16,1
10,1
4 ,5
- 2 ,7
“ 8 ,2
— 12,4
2 ,8
2,8
3 ,5
1,7
2 ,3
2,1
Учитывая, что минимальный уровень прямого звука равен 91,2 дБ , найдем
величину акустического отношения как разность этих данных (3.36), она равна
7,9 дБ . Вычисленные величины дл я других частот приведены в табл. 4.15. Из
этих данных видно, что акустическое отношение будет несколько выше рекомен­
дуемого на 1,5—2,5 дБ . Такое превышение еще не очень велико, но лучше, если
бы его не было. М ожно применить звуковы е колонки 2КЗ-2, имеющие номи­
нальное давление 1,8 П а и повышенные коэффициенты концентрации по сравне­
нию с диффузорным громкоговорителем 1ГД-6. Это приведет к снижению акус­
тического отношения до приемлемых значений. Н о все ж е мы продолжим расче­
ты для громкоговорителя 1Г Д -6.
127
Д л я заданны х уровней акустических шумов вещательные микрофоны непри­
годны, поэтому возьмем микрофон типа ДЭМ Ш . Его индекс направленности з а ­
пишем в табл. 4.15. Заметим, что его шумостойкость очень велика на низких
частотах, а на высоких приближ ается к шумостойкости вещательных микрофо­
нов. Но на высоких частотах спектральный уровень акустических шумов обыч­
но значительно ниже, чем на низких, и поэтому такой микрофон удовлетворяет
высоким требованиям по шумозащищенности тракта.
Вычислим предельный индекс тракта по диффузному полю, так как для р ас­
пределенной системы предельный индекс тракта по прямому звуку очень мал.
П одставляя в (2.106) значения индекса направленности для микрофона ДЭМ Ш ,
Т а б л и ц а 4.16
1 6 ,1 — 6 , 6
1 0 ,1 — 7 , 4
4 ,5 — 4 ,2
— 24 2000
— 19 4 0 0 0
— 14 6 0 0 0
Суммарная
чувствитель­
ность, дБ
— 10
— 5
0
1ГД-6
0
2
0
Фрац Qm. c
Чувстви­
тельность,
дБ
ДЭМШ
Фкр
Индексы тракта,
дБ
Частота, Гц
Суммарная
чувствитель­
ность, дБ
— 10
—7
0
1ГД-6
250
500
1000
Чувстви­
тельность,
дБ
ДЭМШ
Частота, Гц
Расчет фактического индекса тракта
7
9
—7
—3
—3
—6
4
6
— 13
Индексы тракта,
дБ
°к р
Qpau Q m. c
— 2 ,5 — 6 ,2
— 8 ,2 — 3 ,8
— 1 2 ,4 — 3 ,7
— 10
— 8
— 27
находим искомые индексы тракта. Д л я частоты 500 Гц QKp = <7m— A L Rm— 12 =
= 30—7,9— 12 = 10,1 дБ. Вычисленные значения индекса записываем в табл. 4.15.
Н а высоких частотах индекс падает до — 12,4 дБ . Вычисляем поправки на реверберационные помехи A Ь т (3.45) и записы­
ваем их в табл. 4.15 наряду с поправками на
отраж ение от головы слуш ателя А Ь Г (из табл.
3.56). Суммируем все поправки (3.44) и сум ­
му записываем в табл. 4.15. В эт у ж е таблицу
записываем спектральные уровни речи, увеличенные из-за приближения микрофона ко рту
оператора с !1 м д о i2,5 см (см. 3.47) на A L =
= 2 0 lg (100/2,5) = 3 2 дБ, и спектральные ур ов ­
ни акустических шумов из табл. 3.56 (тип п р о­
изводственных ш ум ов). По этим данным н ахо­
дим рациональный индекс тракта (3.42). В ы ­
численные значения записываем в табл. 4.15.
Значения рационального 'индекса мало отлича­
ются по всем у диап азону частот. И только на
самых высоких частотах они приближ аю тся к
Рис. 4.14. Частотные характе- предельным,
ристики индексов тракта:
Рассчитаем фактический индекс тракта (см.
1 — суммарного, нормированно- § 3.5). Составим таблицу чувствительностей
го; 2 — фактического; з — пре- микрофона и громкоговорителя, нормировандельного; 4 — рационального
дых для Чу ВСТВИтельН0СТИ на частоте 1000 Гц,
и сумму этих чувствительностей запишем в
табл. 4.16. В эту ж е таблицу запишем предельный и рациональный индексы т р а к ­
та. Смещая нормированную характеристику тр ак та на —’14,0 дБ , получаем ф ак ­
тический индекс тракта (см. табл. 4.16 и рис. 4.14), ни в одной из точек не пре­
вышающий предельный. Фактический индекс тракта ниже рационального. Это
означает, что -разборчивость получится ниже максимально возмож ной в условиях
заданных акустических шумов.
Расчет разборчивост и речи. Проведем расчет по сокращенной методике (см.
§ 3.6). Из табл. 4.15 перепишем значения спектральных уровней речи у микро­
фона Бр.м, спектральных уровней акустических шумов В а, суммарной поправки
2 A L и фактического индекса тр акта QM.c в табл. 4.17. Затем вычислим спект­
ральные уровни у слуш ателя Б р.с (3.48) и спектральные уровни помех В а
128
Т а б л и ц а 4.17
Частота, Гц
Расчет разборчивости речи и уровня прямого звука
250
500
1000
2000
4000
6000
^р.м
*а
EAZ,
Е
“ Qm.C ^ р .с
W
дБ
77,5
73,5
65,0
57,5
50,5
47,5
5 0 ,0
4 6 ,0
40,5
35,5
31,0
29 ,0
6,1
6 ,9
6 ,7
11,2
11,3
12,2
24 ,0
19,0
14,0
10,0
8 ,0
2 7 ,0
53,5
54,5
5 1 ,0
47,5
4 2 ,5
2 0 ,5
3 8 ,6
4 0 ,4
3 6 ,7
3 7,7
3 2 ,8
11,7
5 0 ,3
3 ,2
7 ,4
47,1
42,1
8 ,9
3 9 ,7
7 ,?
7 ,5
3 5 ,0
29,1 —8,6
0,31
0,45
0,50
0 ,46
0,45
0 ,0 3
J
Т-103, Д / о К Т ’
Гц
0
1
Гц” 1
224
282
126
56
18
—
175
350
700
1400
2800
2000
А/°кт
/о
10*
392
987
882
784
504
—
(3.49). Д л я первой октавы В р.с = 77,5—24 = 53,5 дБ , В а = 5 3,5+ 6,1—>21 = 38,6 дБ .
П росуммируем уровни помех и акустических шумов по интенсивности [см.
(3.50) или (3.51) и табл. 3.2]. Д л я первой октавы В т = 5 0 ,0 + / (50—38,6) =
= 5 0 ,0 + 0 ,3 = 5 0 ,3 дБ. Н айдем уровень формант (3.52) £ , а по нему — коэф ф и­
циент разборчивости w [см. табл. 3.3 или (3.53)]. Д л я первой октавы Е \ =
= 53,5—50,3 = 3,2 дБ , ^1 = 0,31. Все вычисленные данные для других октав з а ­
носим в табл. 4.17. П одставляя полученные значения коэффициента разборчиво­
сти в (3.55), найдем формантную разборчивость. Она равна 0,44, это соответ­
ствует слоговой разборчивости 74% , словесная равна 91% , т. е. обеспечивается
почти отличная понятность речи (см. табл. 1.3). Заметим, что при использова­
нии звуковы х колонок 2КЗ-1 можно получить несколько более высокую разбор­
чивость, так как уменьшается диф ф узная составляю щ ая вследствие большей
направленности громкоговорителя. При этом коэффициент разборчивости мало
зависит от частоты, т. е. все частоты (кроме самых высоких) передаются почти
одинаково.
Расчет у р о в н я п р я м о го з в у к а и вы бор аппарат уры (см. § 3 .7 ). По спект­
ральным уровням речи у слуш ателя В р.с (см. табл. 4.17) определим относитель­
ные величины плотности интенсивности ///о (3.59) и запишем их в ту ж е таб­
лицу. Туда ж е переписываем ширину октавных полос Af0Кт из табл. 3.56. З а ­
тем, ум нож ая плотность интенсивности на соответствующую ширину полосы,
получаем интенсивность в этой октавной полосе Д///о. Эти значения запи­
шем в табл. 4.17 и просуммируем их для всех полос. Получим общую ин­
тенсивность / пр, она равна 3,55 • 108/ 0. Это соответствует 85,5 дБ . Пиковые уров­
ни равны 97,5 дБ . Выбранные громкоговорители не обеспечат такие уровни, они
создаю т уровни только 91,2 дБ.
Следовательно, тракт будет ограничивать речевой сигнал по амплитуде на
6,3 дБ , но такое ограничение все ж е допустимо для диспетчерской связи.
М ожно применить ограничитель уровня. К ак показываю т расчеты, при пре­
дельном ограничении д аж е громкоговорители 1ГД-6 даю т зап ас более чем на
3 дБ. Д л я нормальной работы громкоговорителей 1ГД-6 необходим усилитель
мощностью 2 0 X 1 = 2 0 Вт. Но, учитывая перегрузки, целесообразно выбрать ее
равной 40— 50 Вт. В этом случае пригодней будет стандартная амплитуда на
50 Вт (например, «Звук» 2 x 2 5 , см. приложение 4).
4 .5 .
ЗВУКОУСИЛЕНИЕ В КОНЦЕРТНОМ ЗА ЛЕ
За д а н и е. Рассчитать уровни звукового поля дл я музыкальных передач и
разборчивость речи при использовании системы звукоусиления д л я концертных
передач.
129
З а л рассчитан на концертные программы, и поэтому нельзя изменять его
акустические характеристики, но он не имеет системы звукоусиления, и поэтому
ее следует рассчитать. П лан и вертикальный разрез зала даны на рис. 4.15, со­
став звукопоглотителей — в табл. 4.18 (исходные данные заимствованы из при-
<.____
to %
са-
to
Озвучиваемая поверхность
to
10
Рис. 4.15. Вертикальный разрез и план кон­
цертного зал а
Т а б л и ц а 4.18
Расчет среднего коэффициента поглощения и времени реверберации
о
са
н
Тип поглотителя
ak
Ак
и
*k
а/с
ГГ
X
250
Сумма
1260 м2
500
1000
ak
2000
4000
6000
0,41 164 0,44 176 0 ,46 184 0,46 184 0,46 184 0,46 184
0,12 10 0,17 14 0,17 14 0,12 10 0,10 8 0,10 8
0 ,0 4 2 0,07 3 0 ,0 6 2 0,06 2 0 ,0 7 3 0,07 3
0 ,08 9 0,21 24 0 ,2 7 30 0,27 30 0 ,37 41 0,45 50
0 ,3 0 34 0 ,4 0 45 0 ,4 0 45 0,40 45 0 ,4 0 45 0,40 45
0,01
8 0,02 1G 0,02 16 0,03 24 0 ,0 3 24 0 ,03 24
0,11
1 0,1 0
1 0 ,0 7
1 0,06
1 0 ,0 7
1 0 ,06
1
228
279
292
Средний коэффициент погло­ 0,18
0 ,23
0,22
щения а Ср
Реверберационный
коэффи­ 0,20
0,25
0 ,2 6
циент поглощения а '
—
—
Поглощение в воздухе 4[iV
Время реверберации 7, с
ak
для частоты, Гц
ч
о
405 ч ел .
Люди
80 ш т.
Кресла свободные
П ол паркетный1 по 240 м2
бетону
112 м2
Ковер на бетоне
Сценический проем 112 м2
783 м2
Ш тукатурка
13 м2
Дерево
*k
1,68
1,34
10
1,25
296
306
315
0,24
0,2 4
0,25
0,27
0,2 7
0 ,2 9
26
1, 16
63
1,05
130
0,8 5
1 И з этой площ ади учитывают только пол п од незанятыми креслами, т. е. 40 м2.
130
мера, приведенного в J9]). Объем зал а V = 2630 -м3, ограничивающ ая поверхность 5 s = 1260 м2. Число мест в зал е 480, но расчет долж ен быть выполнен
на 85% заполнения, т. е. на 405 чел. Кресла обиты кожей. Уровень акустическо­
го шума при передаче речи без учета влияния реверберации равен 55 д Б ,
спектр ш ума — речевой (см. табл. 3.5). Н а сцене два микрофона — один на сто­
ле президиума, в то р о й — на кафедре.
П о ве р о ч н ы й акуст ический расчет. Т ак как данных акустического расчета у
нас нет, то проведем поверочный расчет. Д л я заданны х поглотителей берем из
справочников коэффициенты поглощения (см, приложение 1) и записываем их
в табл. 4.18. Н аходим поглощение д л я всех расчетных
(октавных)
частот
(см^ табл. 3.56), записываем его в таблицу и подсчитываем фонд поглощения
на каж дой частоте: Л 0б = 2 ( а / Л + а ^ Л М . Затем рассчитываем средний (3.3) и
<*)
реверберационный коэффициенты поглощения: а Ср = Л 0о/5 s j= А 0б/1260; а ' =
= — In (1 — а ср).
Д л я частот, начиная с 1000 Гц, подсчитываем затухание в воздухе 4р,У, к о ­
эффициенты jx берем из табл. 3.1 для влаж ности 60% . Н аконец, вычисляем вре­
мя реверберации (3.4) Г = 0,161 У /(а '5 + 4 |х У ).
По кривой 2 рис. 1.13 дл я объема 2630 м3 находим оптимальное время ре­
верберации. Оно равно 1,36 с. И з табл. 4.18 следует, что на частоте 500 Гц вре­
мя реверберации получается равным оптимальному (что и следовало ож ид ать),
так как зал соответствующим образом был обработан при строительстве. Н з
частоте 250 Гц отклонение фактического времени реверберации от оптимального
на 500 Г ц составляет 1,17, а на частоте 4000 Гц 0,735, т. е. в пределах д о ­
пустимого для концертных залов и несколько выше, чем допускается для пере­
дачи речи (см. рис. 1.14).
В ы б о р типа гром коговорит елей и р а зм е щ е н и я их. П оскольку зал предназ­
начен для концертов, то система озвучения долж на быть сосредоточенной. По
качественным показателям наиболее подходящими являю тся звуковы е колонки.
И з (2.38) видно, что достаточно взять только одну колонку, расположенную на
средней оси помещения, и неравномерность в поперечном направлении будет не
более 6 дБ . Но над проемом сцены нет места для ее расположения, поэтому
возьмем две колонки и расположим их по бокам сцены. Ш ирина сцены равна
10 м, поэтому расстояние м еж ду колонками возьмем 12 м. Оси колонок н а­
правляем параллельно стенам в точки, находящ иеся на уровне голов слуш ате­
лей, сидящих в последнем ряду (на высоте 1 м от пола в этом р яд у ).
И з (3.18) находим высоту подвеса колонки над головами первого ряда
слуш ателей h r = 2 l Y 1— e2B = 2 - 2 2 Y 1—0,9752= 1 0 м, так как для мощных коло­
нок е в ^ 0,975. Такую высоту реализовать нельзя, поскольку высота потолка над
головами первого ряда слуш ателей равна 6,8 м. Если учесть 0,3 м на снижение
центра колонки, то высота ее подвеса над головами слушателей первого ряда
составит 6,5 м, над головами слушателей последнего ряда 6,5— 1,4 = 5,1 м.
З а л не рассчитан на выступление крупных симфонических оркестров, поэто­
му берем уровень прямого звука для удаленной точки равным 90 дБ [9], что
соответствует давлению /7Тр = 0,63 П а. И з (3.29) дл я двух громкоговорителей
при г м а к с == V /2+ Л 2г = V 222+ 5 2= 2 2 ,5 м номинальное
звуковое
давление
долж но быть не менее /?1= г Макс/?тр /К 2 = 22,5-0,63/ Y 2 = 10 П а. Выберем зв у ­
ковую колонку 50КЗ-3, удовлетворяющ ую требованиям первого класса точности.
О на развивает звуковое давление 20 П а, т. е. мож ет дать уровень несколько
выше требуемого.
Расчет з в у к о в о г о п о ля . Если высота подвеса колонок над головами слуш а­
телей заднего ряда равна 5,1 м, тангенс угла наклона оси колонок к горизонту
t g a = & r/ / = 5,1/22 = 0,232. Это соответствует углу а = 1 3 ° . Д л я колонки 50КЗ-3
е в = 0,983; ет = 0,93. Расчет проведем по методу координат (см. § 2.3). Д л я этого
возьмем 10 точек на озвучиваемой поверхности.
Первые четыре точки возьмем на продольной оси помещения: первую в точ­
ке микрофона, находящ егося на столе президиума (под линией, соединяющей
громкоговорители); вторую — в первом ряду; третью — в последнем ряду п арте­
ра; четвертую — в последнем ряду амф итеатра. По три точки возьмем на проек­
циях осей громкоговорителей: одну под громкоговорителем, другую — в первом
131
ряду и последнюю — в последнем ряду амф итеатра. Точка под одним из гром­
коговорителей будет близка к точке микрофона, находящ егося на кафедре. Эти
точки приведены на плане зала.
Соответствующие координаты точек в системе х, у и z приведены в табл.
4.19 (центр координат располагаем в точке под одним из громкоговорителей на
уровне пола первого р яд а).
Т а б л и ц а 4.19
Расчет уровней прямого звука в различных точках зал а
для одной колонки
X
Z
Точки
У
и
W
1,29
3 ,4 2
13,16
22,58
3 ,4 2
1,2 9
3 ,4 2
3 ,4 2
2 2 ,5 8
2 2 ,5 8
— 5 ,5 5
— 5 ,8 8
— 3 ,62
0
— 5 ,8 5
— 5 ,5 5
— 5 ,88
— 5 ,88
0
0
V
Р\
Па2
L,
ДБ
0,338
0 ,3 0 6
0 ,4 8 3
0,515
0,437
0 ,2 0 2
0,3 8 5
0 ,1 9 0
0 ,7 8 7
0 ,2 5 4
89,3
88 ,8
9 0 ,8
91,1
9 0 ,4
8 7 ,0
8 9 ,8
86,8
9 2 ,9
8 8 ,D
м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
2
12
22
0
0
2
2
22
22
1,8
1,0
1,0
2 ,4
1,8
1 ,8
1 ,0
1,0
2 ,4
2 ,4
6
6
6
6
0
12
0
12
0
12
6
6
6
6
0
12
0
12
0
12
П о координатам х, у и z из (2.10) находим координаты в системе и, v и w дл я
угла наклона оси громкоговорителя, равного 13° (эти координаты приведены в
табл. 4.19). Соответственно (2.8) находим квадраты звуковых давлений в этих
точках при номинальном звуковом давлении 20 П а, развиваемом звуковой ко ­
лонкой на расстоянии 1 м от центра колонки. По этим данным вычисляем у р о ­
вень звукового давления во всех точках. К ак видим, одна колонка, располож ен­
ная в 6 м сбоку от оси помещения, все ж е дает неравномерность озвучения не
более б дБ. При расположении ее на оси помещения неравномерность озвучения
будет не более 4 дБ.
Д л я двух колонок квадраты звуковых давлений на оси помещения у дваи ­
ваются, а в боковых точках квадраты звуковых давлений суммируются с уче­
том симметрии расположения колонок, т. е. суммируются данные дл я пятой и
шестой точек, седьмой и восьмой, девятой и десятой. Н иж е приводятся сумм ар­
ные данные квадратов давлений и уровней (табл. 4.20).
Т а б л и ц а 4 20
Распределение уровней в зале
Т очки
р \ , П а2
L s , дБ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,676
0 ,6 1 2
0,966
1,030
0,639
0,639
0,575
0,575
1,041
1 ,0 4 1
9 2 ,3
91,8
9 3 ,8
94,1
92 ,0
9 2 ,0
91 ,6
91,6
9 4 ,2
9 4 ,2
И з этих данных следует, что во всех точках уровень получился выше з а ­
данного на 1,6—4,2 дБ, наибольший уровень получается в точках пересечения
оси громкоговорителей с озвучиваемой поверхностью, чуть меньше — на оси
помещения в последнем ряду. В точках микрофонов уровни равны 92,3 и»
94,2 дБ.
132
В середине зал а уровень получается на 0,4 д Б ниже максимального, наи­
меньший уровень — в первом ряду: он на 2,6 д Б ниже максимального. Но в
первом ряду уровень основного источника звука достаточно высок, и поэтому
общий уровень прямого звука будет не меньше, чем в удаленной точке зала.
Равномерность распределения уровней получилась очень хорошей, и поэтому
уровень прямого звука у стен вследствие добавления звукового давления от от­
раж енных звуковых волн первого порядка будет не меньше, чем на проекции
оси громкоговорителей.
Расчет и н д е к с о в тракта и вы б о р типа м икроф она. Рассчитаем диффузную*
составляющ ую уровня (3.35) дл я п = 2, pi = 20 П а и 5 2 = 1260 м2:
«Р? (1 — «ср)
1 Д = 10 >8-----£ ~ 5 " о ------- + Н 1 = W ig
“ ср * 2 “ г
1 — асе
г Р ~ + Ю 0.9 д Б .
а сР
Ц-
В табл.
4.22 приведены средние коэффициенты поглощения, взяты е
изтабл. 4.18,и коэффициенты концентрации для звуковой колонки 50КЗ-3. По этим
данным вычисляем диффузную составляющую для октавных частот. Вычитая иа
диффузной составляющ ей уровень прямого звука для удаленной точки (94.2 д Б ),
получаем акустическое отношение в децибелах (3.36). Акустическое отношение
получилось в пределах от 9,4 дБ на частоте 250 Гц до 6,9 д Б на частоте 6000 Гц,
т. е. в относительных единицах соответственно 8,7 и 4,9. Они допустимы для му­
зыкальных программ и несколько велики для речи, но, как показываю т расчеты
разборчивости речи, они будут годиться и для речи.
Выберем кардиоидный микрофон М Д-52А и определим предельный индекс
тракта по прямому звуку (2.105) фпр.кр = <7м e + A L c.M— 12. При этом предпо­
лагается, что прямой звук приходит от колонки к микрофону под углом 90°"
(чувствительность микрофона д л я этого угла составляет 0,5). С ледовательно,
коэффициент направленности под этим углом (2.103) q MQ = — 10 lg 0 ,5 = 3 ,2 д Б ,
а разность уровней L c . m = 92,3—89,3 = 3 дБ. Таким образом, предельный индекс
гракта по прямому звуку Q n p K p = 3 ,2 + 3 — 1 2 = — 5,8 дБ. Так как направлен
ность выбранного микрофона почти не зависит от частоты, то предельный ин­
декс тракта по прямому звуку такж е почти не зависит от частоты. Считаем:
его равным — 5,8 дБ на всех частотах.
Теперь рассчитаем предельный индекс тракта по диффузному звуку. И н­
декс направленности кардиоидного микрофона по диффузному полю равен
4,8 дБ. Д л я нас этого мало, поэтому заранее будем считать, что сзади микрофо­
на расположены сильно поглощающие материалы (сценический проем), и поэто­
му индекс направленности повышается на 6,8 дБ , что соответствует коэф ф и­
циенту поглощения (2.109), равному 0,8. Следовательно, индекс направленности
(2.109) равен 11,6 дБ.
Из ф-лы (2.106) находим величины предельного индекса тракта по ди ф ф уз­
ному звуку Qz K v — qm—ALj?M— 12= 11,6—AL r u — 12 (ALhm изменяется в пре­
делах 9,4—6,9 дБ — см. табл. 4.22). Так как величины предельного индекса,
тракта по прямому и диффузному звуку получились близкими по значению, го
склады ваем их (по интенсивности). Например, для частоты 250 Гц эти индексы*
соответственно составляют — 5,8 д Б и — 9,8 дБ . Суммарный индекс можно опре­
делить по (2.110):
« 2 кр
=
— 10Ig ( l 0
° ’1QnP-KP + 1 0
°’1£гд-кР ) =
— 101g (10°-1 5 -8 + ю 0-1'9'8).
В соответствии с (2.91) и (2.92) и рис. 2.16 находим разность уровней AQ —
= 9,8—5,8 = 4 дБ . Д л я этой разности А £ = 1 дБ. Следовательно, сумм арная ве­
личина предельного индекса на частоте 250 Гц составляет 10,8 дБ . Аналогично
рассчитываем предельный индекс тракта и на других частотах (табл. 4.21).
Такие значения предельного индекса вполне допустимы дл я небольших уровней*
шумов. Эти данные записываем в табл. 4.22.
Определим поправку на реверберационные помехи AL T (3.45) и запишем б
табл. 4.22. Туда ж е перепишем поправку на отражение от головы A L T из табл.
3.5 и просуммируем все поправки (3.44).
133
Т а б л и ц а 4.21
Расчет предельного индекса тракта
Ч асто та, Г ц
2 50
500
1000
20 00
4000
6000
Qnp . кр» дБ
— 5 ,8
—5 ,8
— 5 ,8
-5 ,8
—5 , 8
— 5 ,8
вд. кр* дБ
— 9 ,8
— 8 ,1
-7 ,8
— 7 ,7
-7 ,4
— 7 ,3
Os кр, дБ
— 10,8
-9 ,4
-9 ,2
-9 ,2
— 8,9
— 8 ,9
Т а б л и ц а 4.22
Частота,
Гц
Расчет рационального индекса тракта
250
5 00
1000
2000
4000
<6000
М р
Си
и
8
dt
0,18
0 ,2 2
0 ,23
0 ,24
0 ,2 4
0 ,25
15,6
18,5
1 8,5
18,5
1 8,5
18,5
-^Е кр
м
ДL T
д^г
SAZ,
^р . м
1 4 ,2
1 1 ,7
1 1 ,8
12,6
1 2 ,8
11,6
5 7 ,5 2 7 ,0 2 9 ,0
5 3,5 2 8 ,0 2 9 ,4
17 ,0
18 ,0
4 5 ,0
7 ,3
3 7 ,5
6 ,5
3 0 ,5
1,0
1,0
2 7,5 — 4 ,0 - 4 , 7
*а
^а.нор ‘Фрац
дБ
103,6
101,9
1 0 1,6
101,5
101,2
101,1
9 ,4
7 ,7
7 ,4
7 ,3
7 ,0
6 ,9
11 ,6
11 ,6
1 1,6
11,6
11 ,6
11,6
10,8
9 ,4
9 ,2
9 ,2
8 ,9
8 ,9
3 ,8
2 ,2
1,7
1,1
0 ,4
-1 ,2
1 ,0
1,8
2 ,7
4 ,2
5 ,4
5 ,9
1 5 ,2
8 ,8
11,8
1 5,9
1 4 ,9
1 6,8
Определим действующие значения уровней акустических шумов. Д л я этого
из табл. 3.56 возьмем спектральные уровни д л я второго типа ш ума (они д а н и
д л я общего уровня, равного 55 д Б ). К этим величинам прибавим поправку на
врем я реверберации A 5 = 1 0 1 g 7 (точнее, на средний коэффициент поглощения)
(1.37) и результаты (В а+ А В = 5 а.нор) запиш ем в таблицу. Т уда ж е записы ­
в аем величины спектральных уровней речи у .микрофона, т. е. данные из табл.
3.56 с добавкой 12 д Б на приближение микрофона с 1 м до 0,25 м. Затем со­
гласно (3.42) находим рациональный индекс тракта для всех октавных частот
Qpau = Ва —^р.м —
£ + 27.
Значения рационального индекса тракта оказались ниже предельного индек­
с а , поэтому нет смысла в повышении индекса тракта выше рационального.
Т а б л и ц а 4.23
О
я
сз
S
Q
O'
O'
со
СО
О
ю
Суммарная чув­
ствительность, дБ
о.
т
и
O'
Ч увстви­
тельность,
дБ
М Д-52А
Индексы тракта,
дБ
Частота, Гц
Суммарная чув­
ствительность, дБ
50K3-3
Ч увстви­
тельность,
ДБ
М Д-52А
Частота, Гц
Расчет фактического индекса тракта
Индексы тракта,
дБ
Си
ы
_и
O'
о
S
O'
ЕГ
св
Си
O'
250 —3,6 - 2 , 0 —5,6 - 1 0 ,8 —14,8 —15,2 2000 —0,4 - 1 ,0 - 1 ,4 —9,2 —10,6 —15,9
500 - 2 , 0 0,3 - 1 ,7 - 9 , 4 —10,9 - 8 , 8 4000 —5,0 3,0 —2,0 —8,9 —12,2 —14,9
1000 0
0
0 - 9 , 2 - 9 , 2 —11,8 6000 - 4 , 0
1,0 —3,0 - 8 , 9 —12,2 —16,8
134
Найдем фактический индекс тракта. Д л я этого выпишем чувствительность
микрофона М Д-52А и звуковой колонки 50К З-3 в децибелах на октавных час­
тотах и пронормируем их относительно частоты 1000 Гц. Полученные данны е
запишем в таблицу (табл. 4.23). Суммируя их, получим нормированную частот­
ную характеристику тракта, так как нерав­
номерностью частотной характеристики уси­
лителя мож но пренебречь. Эти данные так ­
ж е записываем в таблицу. Если нанести на
график частотные зависимости предельного
и рационального индексов тракта и норми­
рованную характеристику тракта (рис. 4.16),
то можно увидеть, что надо сместить нор­
мированную характеристику по ординате
на —9,7 дБ , чтобы она нигде не превосхо­
дила предельную, а только касалась ее.
Смещенная характеристика представляет со­
бой частотную зависимость фактического
индекса тракта. Запиш ем значения ф акти­ Рис. 4.16. Частотные характерис­
ческого индекса тракта в табл. 4.23. Д ал ь ­
тики индексов тракта:
нейший расчет долж ен проводиться для
1 — суммарного, нормированного; 2 —
фактического индекса тракта.
фактического; 3 — предельного; 4 — ра­
Расчет разборчивост и речи. Расчет
ционального
проведем по сокращенной методике (см.
§ 3.6). И з табл. 4.22 перепишем в табл. 4.24 величины спектральных уровней
речи у микрофона £ Р.М, акустических шумов В &.НОр, суммарной поправки ZAL,.
величины фактического индекса тракта Q m .c. Затем вычислим спектральны е
уровни речи у слуш ателя £ р.с (3.48) и спектральные уровни помех В п (3.49).
После этого просуммируем спектральные уровни помех и акустических шумов п о
интенсивности [(3.50) и (3.51) и табл. 3.2] и найдем уровень формант Е к ак
разность м еж ду спектральным уровнем речи у слуш ателя и спектральным уров­
нем суммарных шумов и помех В ш (3.52). По полученным формантным уровням
найдем коэффициент разборчивости w с помощью приближенной ф-лы (3.53)
или по табл. 3.3. Все вычисленные величины записываем в табл. 4.24. П одстав­
л яя эти коэффициенты в (3.55), находим формантную разборчивость (3.54), а
по ней с помощью табл. 3.4 — слоговую и словесную разборчивость. В данномслучае ф ормантная разборчивость равна 0,47, что соответствует слоговой р а з­
борчивости 77% и словесной 97,4%. По качеству Передачи эти величины разб о р -
Частота, Гц
Т а б л и ц а 4.24
Расчет разборчивости речи и уровня прямого звука при передаче речи
250
500
1000
2000
4000
6000
* р .м
IM
—^ м .с
^ р .с
Е
W
дБ
57,5 29,0
53,5 2 9,4
45,0 18,0
37,5
7 ,3
30,5
1,0
27,5 — 4,7
14,2
11,7
11,8
12,6
12,8
11,6
14,8
10,9
9 ,2
10,6
11,2
12,2
42,7 35,9 3 6 ,7
42,6 33,3 34,8
35,8 26,6 27,1
2 6 ,9 18,5 18,8
19,3 11,1 11,5
6 ,3
15,3 5 ,9
6 ,0
7 ,8
8 ,7
8,1
7 ,8
9 ,0
i-.io . ^/окт*
'о
Г ц -1
0 ,40 1860
0,46 1820
0 ,49 380
0,47
49
9
0,46
3
0 ,5 0
Гц
175
350
700
1400
2800
2000
д/°кт
1Q4
/о
326
637
266
69
25
6
чивости близки к отличной понятности речи (см. табл. 1.3). Этого вполне д о ­
статочно дл я проведения собраний и общедоступных лекций. Эти величины
разборчивости будут повышены, если снизится уровень акустических шумов в*
зале, что автоматически получается при слушании интересных докладов и выс­
туплений. Следует обратить внимание на то, что коэффициент разборчивости,
мало зависит от частоты. П оэтому звучание речи будет достаточно высоким п а
качеству, разборчивость ее все ж е невелика. Если применить сдвоенные колон135
ки, то разборчивость станет отличной и при заданном уровне акустических ш у­
мов.
Расчет у р о в н я пр я м о го з в у к а и вы бор аппарат уры (см. § 3 .7 ). Переведем
спектральные уровни в относительные величины плотности интенсивности / / / э
(3.59) и запишем их в табл. 4.24. Туда ж е из табл. 3.56 перепишем ширину ок­
тавны х полос А/окт. Умножим плотность интенсивности на ширину соответст­
вующей полосы.
Получим интенсивность в октавных полосах А /0кт//о» ее тож е запишем в
табл. 4.24. С уммируя полученные интенсивности, находим суммарную интенсив­
ность прямого звука / Пр//о. Она получилась равной 1,33*107, это соответствует
уровню Lnp = 71,2 дБ . Эта величина представляет средний уровень речи, созда­
ваемый громкоговорителями у удаленного слуш ателя. Пиковый уровень речи
буд ет на 12— 15 д Б выше, т. е. 83,2—86,2 дБ . А выбранные громкоговорители
могут развивать уровень в удаленной точке 94,1 дБ . Такой результат объясняет­
с я тем, что мы выбирали систему звукоусиления музыкальных передач.
Д л я сольных выступлений и небольших оркестров громкоговорители будут
полностью использоваться по мощности, поэтому мощность усилителей надо
в зять равной номинальной мощности громкоговорителей, т. е. не менее 100 Вт.
Если усилители будут использоваться для других надобностей (озвучение фойе
и т. п.), то мощность усилителя следует выбрать равной 150 Вт (пригоден уси­
литель ЗУ С -150-2).
З в у к о у с и л е н и е д л я с о льн ы х програм м . Универсальная система звукоусиления,
рассчитанная выше, для солистов со слабым голосом будет работать на пределе.
А если учесть, что для получения устойчивой работы системы приходится сильно
заглуш ать сцену сзади микрофона, то при недостаточном заглуш ении трудно бу­
дет получить достаточную громкость при сольном исполнении. П оэтому следует
рассчитать систему звукоусиления для солистов с использованием микрофона,
близко располагаемого от рта исполнителя, как теперь принято делать (микрофон
располагаю т на расстоянии не более 5 см от р та). В этих условиях получается
более устойчивая работа системы вследствие большого уровня звука у микрофона.
Будем считать, что вся остальная часть системы, т. е. усилитель и громкоговори­
тели, остается прежней.
Выберем микрофон из так называемых ненаправленных, например, М Д-59
{на самом деле его направленность на частотах выше 1000 Гц резко возрастает).
И спользовать микрофон градиента давления М Д-52А нельзя, так как исполнитель
обычно держ ит микрофон в кулаке и поэтому будут закрыты отверстия, н аходя­
щиеся на боковой поверхности корпуса микрофона.
Определим предельный индекс тракта по прям ом у звуку (2.105) фпр.кр =
= <7м0 + ALC м — *12 при условии, что исполнитель находится у рампы и звук от
громкоговорителя к микрофону приходит под углом 90°. При таком условии ^мик­
роф он будет уменьшать уровень воздействующего на него звука из-за своей на­
правленности.
Ч астота, Гц
250
Уменьшение, д Б
0
500
1
1000
2,5
2000
6
4000
10
6000
12
П одставляя это уменьшение (индекс направленности qyi$) в вышеприведенную
•формулу и учитывая, что разность уровней AL = 3 дБ (см. предыдущий случай),
получим значение предельного индекса тракта по прямому звуку фпр.кр.
Ч астота, Гц
(Эпр.кр, дБ
250
500
—8
—9
1000
—6,5
'2000
—3
4000
1
6000
3
К ак видим, этот предельный индекс тракта достаточно большой для частот
выше 1000 Гц.
Рассчитаем предельный индекс тракта по диффузному звуку. Вследствие н а ­
правленности микрофона на средних и высоких частотах индекс его н аправлен­
ности <7м быстро растет с увеличением частоты в диапазоне выше 1000 Гц:
Ч астота, Гц
<7м,
дБ
250
О
500
1
1000
2
2000
5
4000
8
6000
12
Так к ак предельный индекс тракта по диффузному звуку фд.кр = <7м—ААдм —
136
— 12, то, подставляя в эту ф ормулу значения A L R U из табл. 4.22 и приведенные
значения qM, получим:
Частота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
<2д.Кр, дБ
—21,4 — 18,7
— 17,4
— 14,3
— 11,0
—6,9
Сравнивая предельные индексы тракта для прямого и диффузного звука, н а­
ходим, что разница меж ду ними составляет более 10 дБ . При такой разнице сум­
марный индекс тракта увеличится не более чем на 0,3 дБ . Учтем это в дальнейш ем.
Н айдем фактический индекс тракта. Аналогично предыдущему случаю (см.
табл. 4.23) определим суммарную чувствительность тракта Е% , состоящего из
микрофона М Д-59 и громкоговорителя 50КЗ-3. Зам еняя в табл. 4.23 данные п а
чувствительности микрофона М Д-52А на данные для микрофона М Д-59, взяты е
из каталога (для октавных частот они соответственно равны 3; 0; 0; 3; 6 ; 0 дБ),,
получим:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
дБ
1
0,3
0
2
9
1
Сравнивая значения предельного индекса тракта по диффузному звуку Qfl щ>
со значениями суммарной чувствительности тракта Е %, находим, что при добав­
лении к ней —23 дБ получается фактический индекс тракта QM.с на всех частотах
ниже предельного д аж е с учетом предельного индекса тракта по прямому зв у к у
Qnp.Kp, а именно:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Q m .c , д Б
— 22
—-21,7 — 23
—21
— 14
—21
К ак видим, наиболее опасной в отношении самовозбуж дения тракта является ча­
стота 250 Гц (на этой частоте запас по усилению получился не более 0,3 д Б ).
Определим уровень прямого звука для этой системы (см. § 3.7). Так как н
данном случае микрофон приближен ко рту по сравнению с предыдущим случаем
с 25 до 5 см, то уровень у микрофона соответственно повысится (3.47) на
20 lg 2 5 /5 = 14 дБ. Берем данные для Д р.м из табл. 4.22 и добавим к ним 14 дБ„
получаются спектральные уровни у микрофона для случая сольного исполнения
(считаем, что солисты создают уровень не меньше, чем докладчики или ораторы
со средним уровнем на 3 дБ ниж е типового). Получим следующие значения спект­
рального уровня у микрофона Д Р.М:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
£ р . м, дБ
71,5
67,5
59,0
51,5
44,5
41,5
Найдем спектральные уровни на местах удаленных слушателей (3.48). П одставляя
в эту формулу полученные нами значения спектрального уровня у микрофона
В р.м и фактического индекса тракта Q m .c , найдем:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Я р .с
дБ
49,5
45,8
36,0
30,5
30,5
20,5
С равнивая их с данными для предыдущего случая (см. табл. 4.24), получаем, ч г а
почти на всех частотах этот уровень получился выше.
Определим уровень прямого звука для сольного исполнения. Д л я этого сна­
чала пересчитаем спектральные уровни Д р.с в относительные значения плотностиинтенсивности (3.59) ///о = 10 0 ' 1 -с:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
(///о ) • 102
891
380
39,8
11,2
'11,2
1,1
У м нож ая полученные значения на ширину октавных -полос (см. табл. 3.56), н а­
ходим относительные значения интенсивности в октавных полосах А/окт:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
(Д/окт//о)-102
156
133
28
16
31
2
С уммируя эти величины, получаем общую интенсивность прямого звука в отно­
сительных значениях. Она равна 3 ,7 -107. Следовательно, уровень звука L cp =
='10 lg3* 107= 7 5 ,6 дБ . Сравнив с предыдущим случаем, получаем увеличение
уровня на 75,6—71,2 = 4,4 дБ , т. е. можно получить уровень немного больший
д аж е без заглуш ения стены позади микрофона. Пиковый уровень на 12— 15 д Б
выше среднего, поэтому он равен примерно 94 дБ . Следовательно, д аж е при са­
мых высоких пиках перегрузки тракта не будет.
Р а сп р е д е л е н н а я система о зву ч е н и я . И спользование мощной установки для
звукоусиления речевых передач не очень рационально. К тому же, как указы ва­
лось в первом случае, для получения устойчивой работы системы необходимо
137
заглуш ение стены позади микрофона. П оэтому имеет смысл применить для зву ко ­
усиления речи отдельную систему. В этом случае целесообразно применить рас­
пределенную систему озвучения. Т ак как ширина зала 6 = 16 м, то следует при­
менить две цепочки из звуковых колонок. Н аиболее подходящими будут колонки
ти па 2КЗ (выбираем 2К З-6). И з приложения 4 находим, что эксцентриситеты ее
характеристики направленности соответственно равны ег = 0 ,5 ; ев= 0,92. Поэтому
высота подвеса цепочки (3.13) /гц = 0,56У 1—е2в= 0 ,5 - 16 V \ — 0,922= 3 ,1 4 м, а шаг
цепочки (3.15) d = 2 h n V (1— е2г) / ( 1— е2в) = 2 - 3 , 1 4 / ( 1 —0,52) /( 1 — 0,922) =13.9 м.
Получилось, что в каж дую цепочку входит по две колонки. Их целесообразно
разместить против середины партера и середины амфитеатра (см. рис. 4.15),
т. е. на 5 м от первого ряда и от последнего, расстояние меж ду ними будет 10 м.
В амфитеатре колонки целесообразно наклонить так, чтобы плоскость, проходя­
щ ая через продольную ось колонки, была перпендикулярна полу амфитеатра.
Поскольку колонок мало, то пользоваться формулами для длинных цепочек
некорректно. Проведем расчет звукового поля методом координат. Рабочие оси
колонок направим на середину зал а перпендикулярно его продольной оси. При
этом угол наклона определится из формулы tg а = 3,14/8 = 0,393, откуда <1= 21,43°,
s in a = 0 ,3 6 5 ; c o s a = 0,931. И з приложения 3 находим звуковое давление на оси
колонки 2К З-6 на расстоянии 1 м от нее. Оно равно 3,8 Па. Рассчитаем звуковое
поле для точек 2, 4, 6, 3 ,7 , 9 и 10 (см. рис. 4.15) для случая, когда работает одна
колонка, повешенная на стене против ряда, находящ егося на расстоянии 5 м от
точки 9. Располож им центр координат х , у и 2 на уровне пола под этой колонкой,
ось х направим перпендикулярно продольной оси зала, ось у вдоль этой оси, а
ось 2 вертикально. Высоту озвучиваемой поверхности над полом примем равной
1 м. Тогда координаты точек будут иметь следующие значения:
х, м
Номер точки
2, М
У, м
8
5
2, 3
1
8
15
4
2,4
5
14
1
6
14
15
2,4
7
5
2
1
9
2,4
!15
2
10
П о переходным ф ормулам (2.10)
« = * o o s - a - f (йц—я) sin а ; а —у;
w — x sin а — (hn —я) cos а
д л я вышеприведенных значений синуса, косинуса и координат х, у , z найдем коор­
динаты и, v, w , а по ним в соответствии с формулами (2.8) и (2.9)
Р2=р21Лцг+ V21(1__е2г) + W2/ (1_е2в) ]
найдем значения к вадрата звукового давления в заданных точках звукового поля,
создаваемые одной колонкой 2КЗ-6.
Теперь определим звуковы е давления, создаваемы е всеми колонками, исходя
из следующих соображений. К вадраты звуковы х давлений от разных колонок
складываю тся арифметически, т а к к а к колонки находятся далеко друг от друга.
Б точке 4 будет учетверенное значение по отношению к давлению, создаваемому
одной колонкой в точке 2. В точках 2 и 4 будет удвоенная сумма квадратов д а в ­
лений в точках 2 и 4. В точках 9 и 10 , а так ж е в симметричных точках 6 и 7
будет сумма квадратов давлений в точках 9, 10, 6, 7. Суммируя эти значения и
переводя их в уровни, получаем для точки 3 Lnp = 9 1 ,3 дБ, для точек 2 и 4 Lnр =
= 88,4 дБ и д л я точек 6, 7, 9, 10 L n v = 89,8 дБ . У четвертой точки уровень повы ­
сится на 3 д Б из-за отражения от задней стены и будет равен 91,4 д Б , по той ж е
причине несколько повысится уровень в точках 7 и 10. В точках 2, 6, 9 повышения
не будет, да оно и не нужно, та к к ак они расположены вблизи первичного^ источ­
ника звука. Следовательно, неравномерность озвучения будет очень малой. Н аи ­
меньший расчетный уровень прямого звука все ж е возьмем в углу амф итеатра
без добавки к нему из-за отраж ения от стен, т. е. 89,8 дБ. Это будет небольшим
запасом на уменьшение уровня от других причин.
Используем в этой системе микрофон М Д-52А, как в первом случае. Если
учесть заглуш ение стены позади микрофона, индекс направленности для диф ф уз­
ного звука <7М будет 11,6 дБ , как и в случае сосредоточенной системы. Определим
уровень диффузной составляющ ей £ д. В отличие от первого случая (см. табл. 4.2-)
138
возьмем четыре громкоговорителя вместо двух, коэффициент концентрации Q r
при этом будет иным (см. приложение 4, колонка 2К З-6) и звуковое давление
P i= 3 ,8 П а. П одставляя их в ф ормулу (3.35), аналогично первому случаю находим
уровни диффузной составляю щ ей 1 д:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
£ д, д Б
101,1
99,1
97,4
96,4
95,4
94,8
Вычитая из значений 1 д значение уровня прямого звука Lnp = 89,8 дБ , найдем
акустические отношения в децибелах для удаленной точки зал а ALBM:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
А7.лм, д Б
11,3
9,3
7,6
6,6
5,6
5
Аналогично первому случаю находим предельные значения индекса тракта по
диффузному звуку (для п рям ого звука данные не рассчитываем, так как они
заведомо велики из-за применения распределенной системы озвучения). Т ак к ак
индекс направленности <7м = 11,6 дБ, то предельный индекс тракта по диф фузному
звуку (2.107)
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
<Эд.кр, д Б
— 11,7
—9,7
—8,0
—7,0
—6,0
— 5;4
Определим теперь рациональный индекс тракта (2.102) (2рац= Я а—Я Р.М—
—SA L +'27, где SAL=AL.RM+ALT+ALr. П одставляя в эту ф ормулу величины
В &, Я Р.м, А ^т, ALr из табл. 4.22 и ALjm, рассчитанную выше, получим искомые
значения ф Рац:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
<Эрац, д Б
17,6
10,4
12,0
15,1
13,5
14,9
Рассчитаем фактический индекс тракта. Д л я этого заменим значения чувст­
вительности громкоговорителя 50КЗ-3 из табл. 4.23 на соответствующие значения
для звуковой колонки 2КЗ-6. Д л я частот октавы они соответственно равны: — 2;
3; 0; — 1; 6; 3 дБ. П оэтому сум м арная чувствительность
будет следующей:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
дБ
—5,6
1
0
— 1,4
1
—1
Чтобы получить фактический индекс тракта, неперекрывающий предельный ин­
декс тракта по диффузному звуку ф д.Кр (см. выш е), необходимо к суммарной
чувствительности добавить — 12 дБ . Тогда получим:
Частота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Q m .c , д Б
— 17,6
— 11,0 — 12,0
— 13,0
— 6,0
—9,0
Только на частоте 4000 Гц фактический индекс тракта равен предельному, т. е.
система будет работать устойчиво. Так как рациональный индекс тр акта получил­
ся меньше предельного, то будет обеспечена предельно возм ож ная разборчивость
речи в условиях данного за л а без ограничения ее из-за обратной связи.
Рассчитаем разборчивость речи и уровень прямого звука аналогично первому
случаю. Д л я этого сначала определим спектральный уровень речи у слуш ателя
В р. с, взяв спектральный уровень речи в точке микрофона из табл. 4.24 и приба*
вив к нему фактический индекс тракта Q m .c , определенный выше. Тогда получим:
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Я р .с д Б
39,9
42,5
33,0
24,5
24,5
18,5
Определим уровень помех (3.49) В а = Яр.с + S A L — 21, где SAL та же, что
и при определении рационального индекса тракта:
Частота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Я п, дБ
35,0
34,8
24,0
15,4
14,5
7,2
Суммируя по интенсивности спектральные уровни помех и акустических шумов
(последние см. в табл. 4.24) для каж дой из октавных частот, из (3.50) и (3.51)
получим спектральный уровень помех и шумов на каж дой из этих частот, а вы ­
читая его из спектрального уровня речи у слуш ателя Я р.с, получим уровень ощ у­
щения речи Е (3.52):
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Я, д Б
3,9
6,6
8,0
8,5
9,7
11,0
По табл. 3.3 для этих уровней ощущения находим коэффициент разборчивости w :
Ч астота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
w
0,33
0,42
0,47
0,48
0,52
0,57
139
Таким образом, низкие частоты имеют несколько более низкую разборчивость по
сравнению с высокими частотами, поэтому целесообразно увеличить усиление на
низких частотах, тем более что на этих частотах есть запас по устойчивости
тракта.
Найдем формантную разборчивость (3.55). Д л я данного случая А =
= 0,05 (0,33+3*0,42+4 *0,47+6 *0,48+5 *0,52+0,57) = 0,48. О ткуда слоговая р а з­
борчивость (см. табл. 3.4) получается равной 78%, т. е. на пределе с отличной
понятностью речи. К ак видим, для данной системы разборчивость получилась т а ­
кой же, как и для сосредоточенной системы, но мощность громкоговорителей тр е­
буется в 12,5 раза меньше (8 Вт вместо 100). Д л я данной системы достаточен
усилитель на 25 Вт (с запасом на другие потребности).
Д л я определения уровня прямого звука переведем спектральные уровни
В р.с в относительные значения плотности интенсивности ///о = \0 °л ВР-С и ум но­
жим их на ширину октавных полос (см. табл. 3.56). Получим интенсивность в
октавных полосах:
Частота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
(Д/окт//о)-102
1710
6223
1400
395
790
140
Суммируя их, получаем общую интенсивность 1,07*107, что соответствует уровню
Lnp = 10-lg 1,07* 107 = 70,3 дБ. Этот уровень получился на 0,9 дБ ниже, чем для
сосредоточенной системы, однако это не имеет принципиального значения.
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Коэффициент поглощения некоторых материалов и объектов
Ч абтота,
Гц
Наименование материалов и объектов
Человек
Кресло:
деревянное
обитое кожей
обитое бархатом
П аркет по асфальту
П аркет на шпонках
Резина на полу толщиной 5,5 мм
Линолеум
Бетонная неокраш енная
поверхность
Ковер с ворсом толщиной 1 см, на
бетоне
Он же, на войлоке 0,3 см, по бетону
Бетоннйя окраш енная поверхность
Стена кирпичная:
неош тукатуренная
кассетное покрытие
Ш тукатурка:
обы чная
гипсовая
АГШ
А ГШ -Б
А ЦП
алебастровая
Стекло ж есткое
Дерево лакированное:
монолитное
сосновая панель
Декорации
Сценический проем
140
2Б0
500
1000
2000
4000
6000
0,41
0 ,4 4
0,4 6
0 ,4 6
0,4 6
0 ,4 6
0 ,02
0,12
0 ,22
0 ,0 4
0,15
0 ,0 4
0 ,0 2
0,01
0 ,02
0,17
0,31
0 ,0 7
0,12
0,08
0,0 3
0,02
0 ,0 4
0 ,1 7
0 ,4 0
0,06
0 ,10
0,1 2
0 ,0 3
0 ,02
0 ,0 4
0,12
0 ,5 2
0 ,0 6
0,0 8
0,1 3
0 ,0 4
0 ,0 4
0 ,0 3
0,10
0 ,6 0
0 ,0 7
0 ,0 7
0,10
0 ,0 4
0 ,0 4
0 ,0 3
0,10
0 ,6 2
0 ,0 7
0 ,0 6
0 ,0 8
0 ,0 5
0 ,0 4
0 ,0 8
0 ,1 4
0,01
0,21
0,37
0,01
0 ,2 7
0 ,4 3
0 ,0 2
0 ,3 7
0 ,2 7
0,02
0 ,37
0 ,3 7
0,0 2
0 ,4 7
0 ,4 7
0 ,02
0 ,02
0 ,9 5
0 ,0 3
0,86
0 ,0 4
0 ,5 8
0 ,0 7
0 ,18
0,07
0 ,0 4
0 ,0 7
0 ,0 4
0,01
0 ,0 4
0 ,9 4
0 ,7 8
0 ,2 7
0 ,10
0 ,0 3
0,02
0 ,0 4
0,9 9
0,73
0,31
0,1 4
0 ,03
0 ,02
0 ,0 6
0,8 6
0 ,7 6
0,31
0 ,1 5
0 ,0 3
0 ,0 3
0 ,0 6
0 ,7 3
0 ,6 0
0 ,3 3
0 ,1 5
0 ,02
0 ,0 3
0 ,0 3
0 ,4 6
0 ,5 9
0,40
0,20
0,02
0 ,0 3
0 ,0 6
0 ,3 5
0 ,5 8
0 ,4 3
0 ,2 3
0 ,0 3
0,0 2
0,11
0 ,6 0
0 ,3 0
0 ,0 5
0,10
0 ,7 5
0,4 0
0 ,0 4
0 ,0 9
0,71
0,4 0
0 ,0 4
0 ,0 8
0,76
0 ,4 0
0 ,0 4
0,11
0 ,8 3
0,4 0
0 ,0 4
0 ,1 4
0 ,9 0
0 ,4 0
2. Параметры микрофонов
Тип
МД-52А
МД-66
МД-59
МД-63
МД-78
МДО-1
МЛ-19
МЛ-51
МК-13М
МКЭ-6****
ДЭМШ-1А
Н ап рав­
ленность*
Частотный
диапазон,
Гц
ОН
ОН
НН
НН
ОН
ООН
ОН
50—16 000
100—10 000
50—15 000
60—15 000
50—15 000
160—8 000
50—16 000
40—16 000
50—15 000
50—15 000
300—3 000
ДН
пн
НН
НШ
Уровень
чувстви­
тельности,
дБ
Выходное
сопротив­
ление,
Ом
—48
—44
—52
—53
—44
—52
—48
—51
—30***
—46
—44
Габариты,
см
М йсса,
г
420
32X61
37X92
450
34X180
600
125/*Ю**
22X68
37X90
220
35X151
660
550
135X45X40
600
52X180
272X153X89 2300
250
250
250
250
250
350
250
250
600
600
23X11
14
* Н Н —ненаправленный, ОН—односторонне направленный, ООН—остронаправленный,
Д Н —двусторонне направленный, П Н —с переменной направленностью,
НШ —направленный
шумостойкий (на 250 Гц ш умостойкость 24 дБ , на 2000 Гд и выше — 6 д Б ).
** Нагрудный и петличный варианты. *** С усилителем. **** Д ля солистов эстрады .
3. Параметры громкоговорителей
Тип
0,5ГД-30
1ГД-6
1ГД-28
2ГД-40
ЗГД-32
4ГД -2
4ГД-68
Номинальная
мощность,
Вт
0 ,5
1
1
2
3
4
4
Частотный
диапазон,
Гц
Номинальное
давление,
Па
Дифф узорны е громкоговорители
0,67
125— 10 000
0 ,9 5
ЮО— 6 000
100— 10 000
0 ,9 6
1,34
140— 12 500
80— 12 500
1,6
60— 12 000
1,6
125—7100
1,9
2К З-6
2 К З -2
8К З-4
10КЗ-2
25КЗ-2
50К З-2
50К З-2Т
100 КЗ-2
15КЗ-4
15КЗ-6
15КЗ-8
25К З-6
25КЗ-12
50К З-5
50КЗ-ЗМ
100КЗ-13
2
2
8
10
25
50
50
100
15
15
15
25
25
50
50
100
Акустические системы
125— 1 000
1,1
63— 18 000
0,78
20—20 000
2 ,3
Звуковы е колонки
300—7 000
3 ,8
160—7 000
1,8
150—8 000
7 ,6
120— 8 000
2 ,6
120—8 000
4 ,0
100—8 000
5 ,6
80— 12 000
14,5
50— 10 000
19,0
200—5 000
7 ,4
80— 12 500
3 ,7
80— ГО 000
6,1
80— 10 000
7 ,9
63— 16 000
4 ,8
80— 14 000
13,5
20,0
80— 10 000
80— 10 000
2 2,0
10ГРД -5
25Г РД -2
50ГРД -3
10
25
50
Рупорные громкоговорители
300—3550
12,0
200— 4000
13,0
200—4000
16,0
ЗАС-З
6АС-2
50АС-5
3
6
50
Габариты,
м
М асса,
кГ
125x80
128X63
160X100
160X100
200X 125
202X 80
125X125
0,190
0,600
378X 260X 190
168X 163X 300
900X 472X 290
394X 132X 94
600X 120X 73
423X 188X 124
775X 365X 255
860X 415X 320
1160X 580X 383
815X 370X 220
1310X 610X460
725X 274X 100
651X 301X 179
1368X 476X 292
1320x307x260
730X 280X 210
1280X 340X 230
1480X 394X 294
1280X 340X 280
520X 480X 390
530X 410X 740
150X 410X 270
0,250
1,200
0,900
0,620
6
42
3 ,7
3 ,5
7 ,5
15,0
20,0
4 0 ,0
4 0 ,0
6 0 ,0
10,0
11,0
15,0
15,0
_
__
4 0 ,0
8 ,0
12,5
17,0
4. Параметры характеристик направленности звуковых колонок
Тип
звуковой
колонки
*г
Коэффициенты осевой концентрации 2 р
ка частотах, Гц
*в
250
2КЗ-6
2КЗ-2
8КЗ-2
8КЗ-4
10КЗ-2
25КЗ-2
50КЗ-2
50КЗ-2Т
100КЗ-2
15КЗ-4
25КЗ-12,
15КЗ-6
15КЗ-8
25КЗ-6
50КЗ-6
50КЗ-5,
ю окз-13
\
/
\
;
0,50
0,50
0,71
0,65
0,90
0,90
0,90
0,90
0,90
0,87
0,89
0,95
0,90
0,94
0,91
0,920
0,950
0,971
0,921
0,971
0,9-74
0,981
0,973
0,985
0,968
0,965
0,980
0,985
0,985
0,984
500
|
1000
2,5
4,0
6,6
4,0
10,5
11,2
12,2
11,0
12,7
9,0
9,8
19,0
11,8
20,0
15,7
2,0
2,5
4,3
2,5
6,8
9,9
10,9
9,8
10,1
6,0
7,6
16,0
9,6
18,0
14,3
3,5
5,0
9,0
5,0
14,3
16,7
16,8
16,5
17,0
10,6
11,0
20,1
15,7
21,2
16,9
|
2000
4,2
5,6
10,0
5,6
15,8
16,8
17,0
16,7
17,0
11,5
12,5
20,1
16,5
21,2
16,9
|
4000
6000
5,2
6,5
10,0
6,5
16,6
16,8
17,0
16,7
17,0
12,0
13,7
20,1
16,7
21,2
16,9
5,7
6,8
и ,а
6,8
16,9
16,8
17,0
16,7
17,0
12,0
14,0
20,1
17,0
21,2
16,9
П р и м е ч а н и е . Коэффициенты концентрации и эксцентрисистеты характеристик на­
правленности громкоговорителей, не приведенных в этой таблице, определяю тся прибли­
ж енно по разм ерам их излучателей. Д л я этого в преды дущ ем приложении подбирается
громкоговоритель с подходящ ими продольными и поперечными размерам и излучателя. Его
г, е
и ег могут быть взяты как приближенные значения для выбранного громкого­
ворителя.
5. Аппаратура звукоусиления
Выходная
мощность,
Вт
Класс
М асса,
кг
800
II
2000
1000
I
3200
3C-300A
300
I
ЗСП-ЗО
ЗУС-150-2
УЗУП-4
30
150
600
I
I
I
—
ЗУС-400
«Звук» 60X 50*
800
300
I
I
500
«Зал»
200
I
—
Тип
ЗС-800А
ЗС-ЮООА
Питание
С еть, а в т о ­
номное
То ж е
я
110
С еть
—
С еть
л
9
9
* Выпускаются такж е «Звук» 6X100, 1X25, 4X 25, 2X 25.
142
Комплектация
М Д-44, 50ГРД -8А
М Д-52А, 50Г РД -8,
15КЗ-7, 100КЗ-7
ЗГД -1
М Д-52А, 100КЗ-11
50Г РД -12
М Д -66А, 13K3-4
М Д -66А, 15КЗ-4
М Д-52А, М Д -66А
2КЗ-1, 10КЗ-1
25КЗ-1
—
Агрегат: один рупор­
ный (1А-17) ВЧ и два
диффузорных Н Ч (2А-11)
—
6. Звукоусилительные устройства
Радиомикрофон РМ-7
П риемопередатчик работает на частотах 58 и 59 М Гц с девиацией частоты
± 5 0 кГц, точность установки ± 0 ,0 2 % , диапазон ± 5 0 0 к Г ц г коэффициент нелиней­
ных искажений 1,7%. Чувствительность приемника при с/ш 40 д Б не хуж е 15 мкВ.
Выходное напряжение приемника на резисторе сопротивлением 240 Ом 10 мВ.
В ы ходная мощность передатчика 10 мВт. Время работы о т аккум улятора 4 ч,
потребляемый ток передатчика 28 мА, масса передатчика 330 г, масса приемника
3,2 кг. В состав РМ-7 входит микрофон МКЭ-2 (электретны й), однонаправленный,
работающий в диапазоне 200—20 000 Гц с неравномерностью 20 дБ .
Электромегафон переносный ЭМ-2
В состав электромегафона входят громкоговоритель 5ГРД -1 и микрофон
Д Э М Ш -1А. Предназначен ЭМ-2 для работы на открытом воздухе и в больших
помещениях на расстояния (в шумах с небольшим уровнем) до 200—300 м.
М аксимальная выходная мощность составляет 4 В*А, частотная характери ­
стика равномерная в диапазоне 400—3000 Гц. М асса ЭМ-2 с источником питания
не более 2,8 кг, габариты 355X 210X 259 мм. П итается от источника постоянного
тока напряжением 12 В (потреблением тока не более 0,8 А) или от шести б ата­
рей КБС-Х-0,70. Время работы не более 9 ч.
Автобусное громкоговорящее устройство АГУ-10-3
В состав АГУ-10-3 входят громкоговорители 1ГД-36 (до 6 шт.) и микрофон
М Ф -7 6 'П р ед н азн ач ен о устройство для громкоговорящ его оповещения и радио­
трансляции в автобусах дальнего действия и внутригородского.
В ыходная мощность составляет 6 В-А, частотный диапазон 150—7000 Гц с
неравномерностью не более 3 д Б питается от аккум уляторов с напряжением
12,8 В, потребление тока от 2,5 до 0,25 А. Без упаковки масса АГУ-10-3 равна
5 кг. Габариты усилителя 246X 165X 65 мм.
Список литературы
I. Фурдуев В. В. Акустические основы вещ ания. М.: С вязь, 1969.
2. Нюренберг В. А. О бработка вещ ательных сигналов. М.: В ЗЭ И С , 1973.
3. Иофе (В. К., Ямпольский А. А. Расчетные графики и таблицы но электро­
акустике. М. — Л .: Госэнергоиздат, 1954.
4. Сапожков М. А. Речевой сигнал в кибернетике и связи. М.; Связьизда'т,
1963.
5. Сапожков М. А. Защ и та тракта радио и проводной телефонной связи от по­
мех и шумов. М .: С вязьи здат, 1959.
6. Папернов Л. 3. Озвучение открытых пространств. М.: С вязьиздат, 1960.
7. Покровский Н. Б. Расчет и измерение разборчивости речи. М .: С вязьиздат,
8. Дрейзен И. Г. Э лектроакустика и звуковое вещание. М.: С вязьиздат, 1961.
9. Папернов Л. 3., Молодая Н. Т., Метер Ч. М. Расчет и проектирование сис­
тем озвучения и звукоусиления в закры ты х помещениях. М.: Связь, 1970.
10. Сапожков М. А. Расчет разборчивости речи д л я систем звукоусиления в по­
мещениях. М .: В ЗЭ И С , 1972.
II. Сапожков М. А. П роектирование систем звукоусиления и озвучения в по­
мещениях. М.: В ЗЭ И С , 1973.
12. Сапожков М. А., Метер Ч. М., Млодзеевская И. А. К расчету разборчивости
речи при некоторых видах ее обработки. — Э лектросвязь, 1976, № 13, с.
66—70.
13. ГОСТ 7153—68. Аппараты телефонные общего применения. М етоды испы та­
ний.
О Г Л А В Л Е Н И Е
П р е д и с л о в и е .........................................................................................................................
Глава
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
Основы теории передачи и восприятия зв у ка .
.
.
4
Основные характеристики звукового п о л я ....................................................
4
Некоторые свойства с л у х а ...................................................................................
6
Х арактеристики речевого и музыкального с и г н а л о в ........................................11
Х арактеристики п о м е щ е н и й ............................................................................................ 20
Х арактеристики трактов передачи речевых и музыкальных сигналов
.
25
Глава
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
первая.
Стр.
3
вторая.
Системы звукофикации п о м е щ е н и й ........................................ 33
Требования к системам звукоусиления и о з в у ч е н и я ....................................... 33
Системы о з в у ч е н и я ............................................................................................................36
Уровни прямого звука на местах с л у ш а т е л е й ......................................................39
Неравномерность о з в у ч е н и я ........................................................................................... 49
Акустическое о т н о ш е н и е .................................................................................................. 58
Уровни ощущения р е ч и ...................................................................................................63
Индексы тракта передачи р е ч и ....................................................................................66
Глава
третья.
М етодика проектирования систем звукофикации .
.
73
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
Введение
.............................................................................................................................73
Акустический расчет п о м е щ е н и я ..................................................................................... 76
Выбор и расчет системы о з в у ч е н и я ....................................................78
Выбор типа громкоговорителя и расчет звукового поля . . . .
83
Расчет индексов тракта и выбор типа м и к р о ф о н а ...................... 86
Расчет разборчивости р е ч и .....................................................................91
Расчет уровня прямого звука при передаче речи и выбор аппаратуры
звукоусиления
................................................................................... 95
3.8. Особенности расчета многоцелевых п о м е щ е н и й ....................................................... 96
Глава
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
четвертая.
Примеры п р о е к т и р о в а н и я .......................................................97
Звукоусиление
в зале «круглого с т о л а » ....................................................................97
Звукоусиление в а у д и т о р и и ........................................................................................104
Озвучение зал а ож идания а э р о в о к з а л а ...................................................................114
Звукоусиление в аппаратном з а л е ..........................................................................124
Звукоусиление в концертном з а л е ..........................................................................129
Приложения
1. Коэффициент поглощения некоторых материалов и объектов
. . .
140
П араметры м и к р о ф о н о в .................................................................................................. 141
3. П араметры гром ко го во ри тел ей ..........................................................................................141
4. П араметры характеристик направленности звуковых колонок
, .
.
142
5. А ппаратура зв у к о у с и л е н и я .................................................................................................. 142
6. Звукоусилительные у с т р о й с т в а ........................................................................................143
Список л и т е р а т у р ы ..................................................................................................................143
2.
М .А .С А П О Ж К О В
ЗВУКОФИКАЦИЯ
ПОМЕЩЕНИЙ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ИРАШ
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
5 944 Кб
Теги
zvukofikatsiya, proektirovanie, 1sapozhkov, pomeshcheniy
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа