Тема 3.1 Классификация систем озвучения и звукоусиления

1. Классификация систем озвучения и звукоусиления.

2. Особенности звукоусиления.

3. Системы синхронного перевода речи.

Классификация систем

Требования к системам. Системой озвучения называется совокупность устройств, обеспечивающих воспроизведение акустических сигналов с необходимой громкостью на открытом воздухе или в помещении. Системы озвучения исполь­зуют, когда мощности источника звука недостаточно для обеспечения в зоне об­служивания звучания с необходимой громкостью или помещение имеет пло­хие акустические характеристики. В со­став системы (рис. 12.1) входят источники сигналов ИС, усилительно-коммутационная аппаратура (УКА) и громкоговорители.

Частным случаем систем озвучения являются системы звуко­усиления. В отличие от систем озвучения в этих системах микро­фоны, воспринимающие первичный акустический сигнал, находятся в звуковом поле громкоговорителей, излучающих усиленный сиг­нал. Вследствие этого система звукоусиления имеет обратную связь и ряд особенностей, которые будут рассмотрены ниже.

Системы озвучения должны удовлетворять общим требованиям, определяющим их параметры качества (полоса воспроизводимых частот, искажения), а также дополнительным требованиям, основ­ные из которых следующие:

1. На озвучиваемой площади система должна обеспечивать однородность звукового поля, т. е. уровни сигнала для одного и того же момента времени в различных точках озвучиваемой пло­щади должны быть примерно одинаковы. Выполнить это требова­ние трудно, поэтому допускается определенная неравномерность звукового поля. Неравномерность звукового поля—это разность между максимальным и минимальным уровнями сигналов в пре­делах озвучиваемой площади. В системах высококачественного воспроизведения музыки и речи в театрах и концертных залах допустимая неравномерность не должна превышать 6 дБ, при озвучении парков, стадионов — 8 дБ.

2. При использовании для озвучения нескольких громкогово­рителей должна быть обеспечена слитность звучания. Слитность звучания — это отсутствие эха на обслуживаемой территории. Эхо возникает, как указывалось в § 3.1, при временных задержках, превышающих 50 мс. Эхо не должно быть заметно для музыкаль­ных передач. Для речевых передач допускается заметность эха, но оно не должно снижать разборчивость речи. Вероятность воз­никновения эха меньше при озвучении закрытых помещений.

3. В системах звукоусиления необходимо обеспечить совпаде­ние звукового и зрительного ощущений, т. е. слушатели не долж­ны замечать, что сигнал от громкоговорителя приходит к ним не с того направления, где расположен первичный источник звука (например, оратор).

4. При озвучении открытых пространств должна быть обеспе­чена локализация звукового.поля на обслуживаемой территории, т, е. за пределами озвучиваемой территории должен быть обеспе­чен минимальный уровень сигналов от системы озвучения.

Выполнение перечисленных выше требований во многом зави­сит от способа расположения громкоговорителей. В зависимости от этого расположения системы озвучения делятся на сосредоточен­ные, зональные и распределенные.

Сосредоточенные системы — это системы, у которых расстояние между крайними громкоговорителями в несколько раз меньшее, чем расстояние от них до ближайшего слушателя. При использо­вании таких систем слушатели легко определяют местонахожде­ние источника звука, системы получаются наиболее простыми и экономичными. Недостатком сосредоточенных систем является большая неравномерность звукового поля при большой площади

обслуживания.

Зональные системы —представляют собой несколько сосредото­ченных, каждая из которых обслуживает свою зону. В каждой зоне уровень интенсивности звука определяется только мощностью громкоговорителей, обслуживающих эту зону, на границах зон уровень интенсивности звука может быть несколько больше из-за взаимодействия громкоговорителей соседних зон. В таких систе­мах можно обеспечить требуемую неравномерность звукового поля на достаточно большой площади. Однако обеспечить совпадение звукового и зрительного ощущений в пространстве не всегда уда­ется.

Распределенные — системы, в которых громкоговорители рас­пределены по всей обслуживаемой площади. При этом уровень интенсивности звука в каждой точке обслуживаемой площади определяется мощностью всех или большинства громкоговорите­лей системы. В таких системах звук воспринимается слушателями из разных направлений, создается впечатление «звучащего про­странства». В распределенных системах больше всего вероятность

возникновения эха.

Применение систем. При озвучении открытых пространств (улиц, площадей, парков и т. д.) применяют сосредоточенные и зональные системы. Озвучить небольшие площади с высоким ка­чеством звучания можно с помощью распределенных систем. При озвучении открытых пространств необходимо учитывать ряд осо­бенностей, а именно — зависимость качества звучания от клима­тических условий и более высокий уровень акустических шумов. Из-за ветра и неравномерного нагрева поверхности земли траек­тория движения звуковых волн искривляется, что может вообще нарушить передачу. При большой влажности, ветре, дожде уве­личивается затухание звуковых волн (особенно ВЧ составляю­щих), что приводит к уменьшению площади обслуживания.

При озвучении помещений используют сосредоточенные и рас­пределенные системы. В помещениях объемом больше 5000 м³ иногда лучше применять зональные системы. Особенности озвуче­ния помещений обусловлены наличием отражений от ограничива­ющих поверхностей, ограничением высоты подвеса громкоговорителей, меньшими размерами озвучиваемых площадей. Наличие отраженных звуковых волн приводит к увеличению уровня интен­сивности звука в системе озвучения на 2...3 дБ. Это повышает эффективность систем озвучения, так как уменьшается неравно­мерность звукового поля и можно использовать в системе озвуче­ния громкоговорители меньшей мощности. Наряду с этим при большой мощности отраженных звуков может ухудшиться разбор­чивость звучания сигнала из-за избыточной реверберации. Поэто­му в системах озвучения стремятся обеспечить достаточно высокий уровень интенсивности прямого звука.

В наиболее сложных случаях, когда ни одна из систем не обеспечивает желаемых результатов, применяют комбинированные системы: сочетание сосредоточенных с зональными или распреде­ленными. Например, для локализации звука можно применить мощные громкоговорители в сочетании с маломощными, рассре­доточенными по площади.

Системы звукоусиления, являющиеся частным случаем систем озвучения, должны удовлетворять всем требованиям, предъявляе­мым к системам озвучения, но с учетом близости первичного ис­точника звука к слушателям и наличия обратной акустической связи ОАС.

В условиях открытого пространства ОАС возникает по прямо­му звуку: громкоговоритель — открытое пространство — микро­фон— усилитель — громкоговоритель. В помещениях ОАС возни­кает по двум каналам: непосредственно от громкоговорителя к микрофону (по прямому звуку), из-за многократных отражений от поверхностей помещения (по диффузному звуку). Обратная акустическая связь по прямому звуку показана на структурной схеме системы звукоусиления на рис. 12.2. Сигнал, воздействую­щий на микрофон, представляет собой сумму двух сигналов, об­разованных звуковым давлением р₀ от первичного источника звука, и давлением ро¹ звука, поступающего с выхода системы на ее вход. С учетом затухания при распространении на расстояние r и направленных свойств громкоговорителей и микрофонов системы звуковое давление

вой волны с циклической частотой со расстояния г от громкогово­рителя до микрофона; с — скорость звука.

Громкоговорителем создается звуковое давление

где — коэффициент передачи электрического тракта микрофон — громкоговоритель; — изменение фазы, обусловлен­ное аппаратурой системы звукоусиления.

На микрофон от системы звукоусиления действует результиру­ющее звуковое давление

где определяет величину ОАС, которую удобнее оценивать коэффициентом

где — модуль коэффициента ОАС; — фазовый сдвиг в системе звукоусиления.

Фазовый сдвиг обычно незначительно изменяется в рабочем диапазоне звуковых частот, а принимает всевозможные значе­ния. Вследствие этого в рабочем диапазоне звуковых частот ОАС для одних частот может быть положительной, а для других отри­цательной. При положительной обратной связи возможно само­возбуждение системы на частотах, где модуль коэффициента ОАС приближается к единице. В результате этого система звукоусиле­ния теряет устойчивость, появляются дополнительные частотные искажения, ощущаемые на слух, как специфическая тональная окраска.

При работе системы звукоусиления в помещении из-за глуби­ны диффузных звуков глубина ОАС увеличивается, при этом мо­жет возрасти число частот, на которых обратная связь становится положительной. Для уменьшения ОАС в системах звукоусиления применяют остронаправленные микрофоны и громкоговорители, вблизи микрофонов располагают элементы из звукопоглощающих материалов, используют маломощные громкоговорители, рассре­доточенные по обслуживаемой площади, ограничивают усиление на частотах ниже 300 Гц с крутизной спада 12 дБ на октаву. Наи­более эффективный способ уменьшения ОАС — работа системы с коэффициентом усиления на 5... 6 дБ ниже того, при котором возникает самовозбуждение.

Аппаратура систем озвучения и звукоусиления по назначению делится на многоцелевую, диспетчерскую, для перевода речей. Наибольший интерес представляет многоцелевая аппаратура, предназначенная для передачи высококачественных художествен­ных программ различных жанров. Эту аппаратуру выпускают стационарной и передвижной. Стационарную аппаратуру распо­лагают в аппаратных при объектах озвучения. Комплекты пере­движной аппаратуры чаще всего предназначены для звукоусиле­ния на открытом воздухе, нередко их монтируют в легковых ав­томашинах пли автобусах.

В состав аппаратуры систем озвучения и звукоусиления вхо­дят усилительно-коммутационные устройства, микрофоны, магни­тофоны, звуковые колонки или рупорные громкоговорители. Сово­купность этих устройств называют звукоусилительной станцией. Станции бывают передвижные и переносные. Передвижные стан­ции монтируют на шасси автобуса или легковых автомобилей. Передвижная звукоусилительная станция мощностью 1000 Вт (ЗС-1000 А) является базовой, по такому же принципу построены другие звукоусилительные станции мощностью 200, 400 Вт {ЗС-200, ЗС-400). Благодаря использованию одинаковых усили­телей практически во всех типах звукоусилительных станций до­стигнута экономия трудовых затрат на настройку и эксплуата­цию аппаратуры, повышена ее устойчивость.

Рассмотрим структурную схему (рис. 12.3) звукоусилительной станции, имеющей параметры по первому классу качества.

К входу щита входной коммутации станции можно подклю­чить шесть микрофонов, два приемника радиомикрофонов, два магнитофона, линии, ревербератор, радиоприемник. Щит входной коммутации обеспечивает одновременное подключите к пульту предварительного усиления ППУ не более десяти источников сиг­налов. Сигнал от одного или группы источников с выхода щита входной коммутации подается на одну или несколько кассет индивидуальных регуляторов КС-20 ППУ. Каждая из десяти кассет КС-20 обеспечивает предварительное усиление, раздельное регу­лирование уровней громкости и тембра.

Основные выходы всех кассет КС-20 через элементы комму­тации каналов ЭК ППУ подключены к входам кассет главных регуляторов (КС-21). Элементы коммутации каналов ППУ обес­печивают разделение и группировку источников сигналов и кассет КС-20 по трем каналам. Сигналы в КС-21 регулируются и посту­пают на десять параллельно включенных усилителей оконечных (УО-22). На входах УО-22 включены элементы коммутации (на схеме не показаны), обеспечивающие их подключение к любому из трех каналов. Это позволяет оперативно получить любую мощ­ность в канале. Оконечные усилители через щит выходной ком­мутации КВ-20 могут быть подключены к любой из десяти линий, заканчивающихся звуковыми колонками.

С каждой кассеты КС-20 через дополнительный выход сигна­лы поступают на усилитель линии УЛ-16. Дополнительный выход десятой кассеты используют также для подключения ревербера­тора через щит входной коммутации. Работоспособность станции контролируют с помощью контрольных громкоговорителей КГр и с помощью измерителей уровня N.

Переносные звукоусилительные станции предназначены для озвучивания помещений, имеют более высокие параметры качест­ва работы. Так же, как и передвижные ЗС, строятся по двухка-кальному принципу, при этом оба канала являются рабочими.

Для усиления речи в условиях большого уровня шумов исполь­зуются портативные звукоусилительные станции — электромегафоны. В электромегафоне имеется электродинамический катушеч­ный микрофон, транзисторный усилитель и рупорный громкогово­ритель. Наряду с типовой аппаратурой для озвучения и звукоусиления можно использовать трансляционные установки и усилите­ли, предназначенные для станций проводного вещания, или от­дельные блоки аппаратуры, применяемой в аппаратных радиодо­мов, например, студийные пульты, микрофонные усилители и т. д.

Развитие международного и культурного сотрудничества меж­ду народами невозможно без конгрессов, съездов, гастролей теат­ральных коллективов и т. п. При проведении таких мероприятии возникает необходимость в переводе речей с одного языка на дру­гой. Наиболее эффективной системой, позволяющей переводить на несколько языков одновременно большому числу слушателей, яв­ляется система синхронного перевода речей. В состав системы входят установки синхронного перевода —комплекс технических средств для одновременного перевода на несколько рабочих языков. Под рабочими языками понимают официальные языки, на ко­торых должны выступать ораторы. Число рабочих языков зависит от состава участников заседаний.

Принцип синхронного перевода речей рассмотрим по струк­турной схеме рис. 12.4. Речевые сигналы с выхода микрофона ора­тора Ml подаются на усилитель У1, к выходу которого подключе­ны головные телефоны переводчиков. Переводчики располагают­ся в звукоизолированных кабинах КБ и переводят текст речи на один из рабочих языков. Речь переводчиков с помощью микро­фонов, установленных в кабинах, преобразуется в электрические сигналы, которые после усиления в усилителях У2... У 4 подаются по распределительным сетям к слушателям. Рассмотренный спо­соб перевода непосредственно с языка оратора называют прямым переводом.

При многонациональном составе участников заседаний пере­водчики должны в совершенстве владеть несколькими языками, кроме того, ораторы могут говорить на языках, не принятых на заседании в качестве рабочих. Использование в таких случаях прямого перевода требует большого штата переводчиков, услож­няет систему синхронного перевода. Чтобы упростить эту систему, применяют двойной перевод. В системах двойного перевода (рис, 12.5) речь оратора вначале переводится на один из рабочих язы­ков, который в этих случаях называют осевым, а затем с осевого языка на другие языки.

Рассмотрим работу системы, если на заседании приняты рабо­чие языки: русский (осевой), немецкий, французский, английский. Пусть оратор выступает на русском языке. Все переключатели S1...S7 устанавливаются в положение /. В этом случае принцип работы данной установки идентичен работе установки прямого перевода. Если оратор говорит на английском языке, то переклю­чатели 51, 52, 55 и 58 устанавливаются в положение 2. Тогда электрические сигналы с выхода микрофона оратора через 51 и S8 поступают в распределительную сеть к слушателям английского языка и одновременно через 51 и S2 в кабину переводчика КБ1 с английского на русский язык.

Речь переводчика с помощью микрофона преобразуется в элек­трические сигналы, которые с выхода усилителя У2 через 55 по­даются в распределительную сеть к слушателям русского языка и в кабины переводчиков КБ2 и КБЗ с русского языка на фран­цузский и немецкий. Соответствующей коммутацией можно орга­низовать перевод и с других языков на осевой.

Установки синхронного перевода могут быть радио- и провод­ного исполнения. В состав проводных установок синхронного пе­ревода входят усилители и распределительные сети, представля­ющие собой АЛ, по которым сигналы передаются к АУ слушате­лей. Радиоустановки синхронного перевода состоят из многока­нальных радиопередатчиков с AM мощностью не более 5... 8 Вт, передающих и приемных антенн, индивидуальных радиоприемни­ков с фиксированной настройкой. Передающая антенна из изоли­рованного провода прокладывается по периметру помещения под штукатуркой или иолом, приемная антенна находится в корпусе радиоприемника слушателя.

Установки синхронного перевода проводного исполнения име­ют несложные в эксплуатации усилители, но сложную распреде­лительную сеть. Радиоустановки синхронного перевода содержат более сложный комплекс оборудования. Отсутствие распредели­тельной сети и возможность организации синхронного перевода в любом помещении являются их преимуществами.

В последние годы появились установки синхронного перевода речи с использованием инфракрасных излучателей. Структура, тракта такой установки имеет много общего с радиоустановками. На выходе передатчика включены малоинерционные ИК излуча­тели (арсенид-галиевые диоды), допускающие модуляцию излу­чения в широком спектре частот. Число диодов может достигать нескольких сотен, длина волны излучения диодов 0, 95 мкм, мощ­ность излучения от 0, 1 А до 10 мВт.

При работе ИК излучателей в помещении вследствие отраже­ний от поверхности стен, потолка и т. п. создается диффузное ИК. поле, за пределы помещения ИК-излучение не проникает. Это до­пускает использование в соседних помещениях однотипных уста­новок, работающих без взаимных помех. Установки с ИК-излучением практически не чувствительны к радиоизлучениям, в то же время источники естественного и искусственного освещения могут создавать помехи в их работе.

Инфракрасные излучатели располагают так же, как и освети­тельные приборы: излучение должно падать сверху на облучае­мую поверхность. Абонентские приемники ИК установок син­хронного перевода речи выполняют по супергетеродинной схеме, на входе приемника включаются кремниевые фотодиоды.