Техника звукоусиления

Некогерентные выходные сигналы можно получить как с помощью реверберационной пластины, так и реверберационной фольги, для этого в разных местах устанавливают несколько датчиков-приемников сигнала.

 

ОДНОМЕРНЫЕРЕВЕРБЕРАЦИОННЫЕУСТРОЙСТВА

В одномерных реверберационных устройствах, которые широко использовались в течение длительного времени, применялись спиральные пружины. Принцип действия однопружинного ревербератора заключается в следующем. Электрический сигнал звуковой частоты возбуждает крутильные механические колебания датчика; эти колебания передаются по пружине, и через время, обусловленное ее механическими свойствами, достигают приемника, отражаются от него и возвращаются к датчику, затем снова к приемнику и т.д., постепенно ослабевая. Приемник преобразует механические колебания в электрические сигналы. Задержанные и постепенно ослабевающие сигналы на выходе приемника имитируют процесс затухания звука в помещении.

В простом  однопружинном ревербераторе эти сигналы образуют периодическую последовательность, прослушивание которой характеризуется эффектом гребенчатого фильтра. Поэтому в практических конструкциях используется несколько однопружинных систем с пружинами различной длины, а иногда и с произвольно расположенными неоднородностями, разрушающими периодичность задержанных сигналову приемника [4.65,4.66]. Некогерентные выходные сигналы создают с помощью дополнительных, одновременно возбуждаемых пружинных систем.

 

ЦИФРОВЫЕ  РЕВЕРБЕРАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Как и устройства задержки и спецэффектов, цифровые реверберационные устройства основаны на методах цифровой задержки сигнала. Сигнал возвращается на вход линии задержки через цепь обратной связи. Причем величина сигнала определяется затуханием в этой цепи. Поскольку одна цепь обратной связи образует только гармонические основные частоты, как в одномерном реверберационном элементе, для исключения искажений типа гребенчатого фильтра необходимо объединить петли с разным временем задержки. Однако удовлетворительные результаты не могут быть достигнуты. Не помогает даже использование большого числа цепей и дополнительная установка фазокорректирующих фильтров перед точками объединения для устранения когерентности отдельных компонент сигнала. В результате приходится применять дополнительное процессорное управление, чтобы избежать повторения подобных последовательностей амплитуд и фаз в течение длительного времени. Для этого требуется процессор очень большого быстродействия, способный, в соответствии с программами управления, переопределять затухание в петлях, а также их сопряжение [4.67]. Часто в устройстве бывает несколько выходов некогерентных сигналов.

Современные устройства (симуляторы помещений) позволяют  не только воздействовать на частотную  характеристику времени реверберации, но и задерживать реверберацию и  вводить одиночные отражения  с разным затуханием (рис. 4.54). Некоторые  устройства обеспечивают процессорное управление не только затуханием, но и  моделированием помещения, во многих случаях  вместе со спецэффектами (это, в свою очередь, позволяет создавать спецэффекты, которые не могут быть созданы  в реверберационных комнатах или с помощью механических реверберационных устройств). Эти устройства делают возможными процессы с крайне большим и частотно-независимым временем реверберации. Благодаря так называемым эффектам замораживания можно сохранять звук и осуществлять наложение новых звуков. Более того, становится возможным создание таких эффектов, как затухающее многократное эхо и стереофазирование.

Выбирая соответствующее  программное обеспечение и современные  устройства с компьютерным управлением  можно достичь, в отличие от первых программ с фиксированной реверберацией, очень хороших результатов, соответствующих  любым требованиям.

 

АНАЛОГОВЫЙ  ПРОЦЕССОР ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ РАЗБОРЧИВОСТИ

Если перемодулировать сигнал и затем выделить из всех гармоник с помощью фильтрации только те, которые соответствуют основной частоте исходного сигнала, а потом снова объединить их пропорционально входному сигналу, то получится сложный сигнал. Структура этого сигнала существенно богаче гармониками, то есть он заметно отличается от исходного сигнала, становясь более прозрачным, чистым и разборчивым.

Процессор, работающий по такому принципу, был  разработан для военно-морского флота  США с целью улучшения разборчивости  речи в зашумленной среде без  увеличения уровня полезного сигнала [4.27]. Как показывает рис. 4.55, при использовании  данного метода процент правильно  понятых слов, по сравнению с необработанным сигналом, заметно возрастает. Чтобы  получить такие же результаты для  необработанного сигнала, его уровень  пришлось бы увеличить на 6...8 дБ.

Такой процессор  не только экономичен (та же степень  разборчивости может быть достигнута при значительно меньшей мощности), но и обладает рядом акустических преимуществ. Одно из них — частичное  уменьшение проблемы положительной  акустической обратной связи в системах звукоусиления, благодаря чему появилась  возможность значительно улучшить старые записи, причем с таким качеством, которого нельзя достичь с помощью  простого процесса фильтрации.

Такие устройства, предлагаемые компанией Aphex под названием Aural-exciter, часто применялись в системах звукоусиления, а также в студиях звукозаписи и радиостудиях. Варианты устройств различаются главным образом используемым методом демпфирования гармоник [4.68].

 

ФИЛЬТРЫ

Фильтры, влияющие на амплитудно-частотную характеристику передаваемых звуковых сигналов, относятся  к классическим средствам обработки  звука. Две основные области применения фильтров:

• оптимизация  тембра в рассматриваемом месте  приема;

• подавление частот положительной акустической обратной связи.

Оптимизация тембра осуществляется в зависимости  от конкретной области применения системы. Например, сбалансированная частотная  характеристика во всем частотном спектре  может быть желательной для высококачественных систем, предназначенных для передачи музыки (см. главу 7). Но для улучшения разборчивости в системах, предназначенных только для передачи речи, целесообразно снижение уровня в области низких частот и подчеркивание определенных формантов в области примерно 2 кГц [4.69]. Совсем другие требования предъявляются к оптимизации тембра для сценического мониторинга. В больших системах звукоусиления фильтры устанавливают в различных точках. Для управления частотной характеристикой микрофонов и подавления основных частот положительной обратной связи их обычно устанавливают во входном канале микшерного пульта. Однако основная регулировка электроакустической частотной характеристики, которая требуется для компенсации линейных искажений, определяемых местом установки громкоговорителей и акустикой помещения, выполняется с использованием так называемых фильтров адаптации к помещению, которые включаются перед усилителями мощности.

Фильтры почти  всегда уменьшают максимально возможный  уровень звука. Поэтому при разработке системы необходимо вводить соответствующие  резервы мощности.

Существуют  два основных типа фильтров: пассивные  и активные. Пассивные фильтры  работают без дополнительного электропитания, поэтому они не дают возможности  усилить уровень и не уменьшают  отношение сигнал-шум. Активные фильтры, которые более широко распространены, имеют меньшие размеры, они дешевле, в настоящее время такие фильтры  используются преимущественно в  студийном оборудовании.

Еще одна отличительная  особенность фильтров — влияние  демпфирования на их частотную характеристику. Различают фильтры с постоянной величиной а и фильтры с  неизменной полосой частот (рис. 4.56) [4.70].

Используются  различные конструкции фильтров, выбор определяется их стоимостью, уже имеющимся оборудованием  и тем, насколько они просты или  сложны в применении. Основные конструкции, используемые в технике звукоусиления, будут кратко рассмотрены ниже.

Недавно появились  микропроцессорные устройства, получившие название контроллеры обратной связи, которые вводят частотно-зависимое  затухание в характеристику при  таких проявлениях положительной  обратной связи, как изменения тембра, эффекты реверберации и флуктуации уровня звука. Автоматические фильтры  включают в отдельные микрофонные  каналы, они позволяют увеличить  запас устойчивости к возникновению  положительной обратной связи до 15 дБ [4.71].

 

КОРРЕКТОРЫ  ВЫСОКИХ И НИЗКИХ ЧАСТОТ (ФИЛЬТРЫ  С ПЛОСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ)

Чтобы осуществлять в канале передачи подъем или завал  частотной характеристики в области  низких и/или высоких частот, используются сравнительно простые комбинации RC или RL элементов вместе с резистивными делителями напряжения. Их часто встраивают непосредственно в усилители  мощности или применяют в простых  микшерных пультах. Рис. 4.57 показывает,"что крутизна их характеристики зависит от установки режима. Максимально достигаемый уровень подъема зависит от базового затухания, которое для максимального подъема высоких и низких частот на 15 дБ должно составлять около 34 дБ.

Фильтры такого типа имеют лишь ограниченную возможность  коррекции частотной характеристики, поскольку недостаточно пригодны к  подавлению, например, пиков частотной  характеристики или отдельных частот при появлении положительной  обратной связи.

 

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ (КАНАЛЬНЫЕ ФИЛЬТРЫ)

Фильтры, используемые в больших микшерных пультах и отдельных каналах, кроме подъема и завала высоких и низких частот обеспечивают эффект фильтрации с подъемом или завалом частот в узком диапазоне, на средних частотах (обычно в области 1 кГц). Во многих случаях фильтр можно настраивать в заданном частотном диапазоне. Крутизна характеристики фильтра обычно связана с выбранной степенью завала или подъема Режекторные фильтры, имеющие достаточно крутой наклон характеристики, эффективно подавляют отдельные частоты положительной обратной связи без заметного ухудшения тембра, поскольку узкополосная режекция редко бывает заметна в диапазоне основных частот благодаря эффекту маскирования. Более широкополосная коррекция с помощью «фильтра присутствия» используется для усиления определенных гармоник (например, в области 2 кГц [4.69]), что значительно улучшает разборчивость плавной речи, без подчеркивания слов.

 

МНОГОПОЛОСНЫЕ ФИЛЬТРЫ (ЭКВАЛАЙЗЕРЫ)

С помощью  линейки, состоящей из большого числа (от 7 до 30) отдельных полосовых фильтров с полосой 1, 1/2 или 1/3 октавы, позволяющих  вводить переменное затухание, можно  сформировать почти любую линейную передаточную функцию. Реже для этого  используют разную относительную полосу частот. Установка ручек полосковых регуляторов фильтров отражает форму  частотной характеристики устройства. Многополосные фильтры такой  конструкции поэтому часто называют графическими частотными корректорами (эквалайзерами).

Вводя затухание  в отдельные части полосы частот, можно последовательно подавлять  несколько частот положительной  обратной связи: чем уже полоса отдельных  фильтров и выше крутизна их характеристики, тем меньше воздействие на тембр  передаваемого сигнала. Более того, такие фильтры пригодны для коррекции  изменений тембра, связанных с  характеристиками помещения или  громкоговорителей. Для этого необходимо вводить различное затухание  в несколько расположенных рядом  полос частот.

Многополосные фильтры также выпускают в  форме, допускающей только уменьшение уровня сигнала (рис. 4.59). Такие фильтры  хорошо защищены от ошибок оперирования, поскольку при неправильной регулировке  не могут возникнуть ни перемодуляция, ни эффекты маскирования, вызванные такой перемодуляцией.

Специальный тип многополосного фильтра —  трансверсальный (поперечный) эквалайзер, в котором фактическая частотная характеристика синтезируется после преобразования Фурье входного сигнала в частотную область. После этого производится обратное преобразование. Это позволяет получить ровные и линейные фазочастотные характеристики [4.72].

 

ФИЛЬТРЫ С  ПРЕДУСТАНОВЛЕННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ

Наряду с  регулируемыми фильтрами, которые  играют большую роль в технике  звукоусиления, применяются простые  частотные корректоры с предустановленной  характеристикой, позволяющие корректировать повышение давления у диафрагмы  микрофона, «эффект близости», а  также фильтры ударных звуков (например, звука шагов).

ОЗВУЧЕНИЯ И  ЗАУКОУСИЛЕНИЯ 

Назначение  систем озвучения и звукоусиления 

Системы озвучения  и звукоусиления представляют собой  совокупность усилительных и электроакустических  устройств, предназначенных для  воспроизведения звукового сигнала  и обеспечивающих хорошую слышимость на достаточно большой площади как в помещениях, так и на открытых пространствах. Звукоусиление применяют тогда, когда мощность первичного сигнала (оратора, певца, музыканта и т.п.) недостаточна для создания необходимого уровня сигнала на местах, занятых слушателями. В помещениях с нормальными акустическими условиями звукоусиление, как правило, требуется при объёмах свыше 2000 м³ и при расстояниях до слушателей свыше 25 м. В переглушенных помещениях и при высоком уровне шумов звукоусиление может применятся и при меньших объёмах и расстояниях.

Система звукоусиления  отличается от системы озвучения  наличием акустической обработкой связи, обусловленной тем, что микрофон, находящийся в звуковом поле громкоговорителей, излучающих усиленный сигнал.

Поэтому система  звукоусиления потенциально неустойчива  и при некоторых условиях может  перейти в режим генерации. В  зависимости от расположения громкоговорителей  по отношению и озвучиваемой площади  системы озвучения и звукоусиления  подразделяют на сосредоточенные, зональные и распределенные. 

Требования предъявляемые к системам озвучения и звукоусиления

В зависимости  от назначения системы озвучения  и звукоусиления должны удовлетворять  не только общим требованиям (полоса воспроизводимых частот, частотные  и нелинейные искажения), но и некоторым  специальным. В частности, система  озвучения и звукоусиления на озвучиваемой площади должна обеспечивать необходимый уровень звукового  поля, допустимую неравномерность его, слитность  звучания, локализацию источников звука, понятность речи.