Техника звукоусиления

ЛИНЕЙНЫЕ  ГРУППЫ С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Метод уменьшения частотной зависимости характеристик  направленности и направленности звуковых линеек (на рис. 4.14d 1-3 показано вредное  действие направленности в трехмерном представлении) состоит в подаче на отдельные громкоговорители, составляющие группу, звуковых сигналов с разными  фазами и уровнями.

Фирма DURAN Audio была одним из первых производителей, уменьшивших длину линеек громкоговорителей INTELLIVOX с одновременным расширением частотной характеристики с помощью электронных средств. Так появилось DDC (Digital Directivity Control — «Цифровое управление направленностью»), которое позволило создавать линейки громкоговорителей с выраженной направленностью по вертикали и концентрацией постоянной звуковой мощности по горизонтали

Решение DDC имеет  следующие характеристики. Неизменный уровень звукового давления при  изменении расстояния...

РУПОРНЫЕ  ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Еще один способ достижения желаемой диаграммы направленности — создание звукопроводящих поверхностей перед головкой громкоговорителя. Поскольку  такие устройства имеют конструкцию, подобную рупору, их называют рупорными  громкоговорителями. Рупорная конструкция  влияет не только на направленность излучения, но и обеспечивает лучшую адаптацию  головки громкоговорителя к волновому  сопротивлению воздуха, что в  результате повышает эффективность. Одновременно за счет большей направленности увеличивается  характеристическая чувствительность (см. табл. 4.1). Благодаря высокой характеристической чувствительности и направленности излучения эта конструкция громкоговорителя пригодна для звукоусиления в больших помещениях, где почти всегда требуются различные типы громкоговорителей.

Искажения, определяемые конструкцией, можно рассматривать  как недостаток. Для адаптации  драйвера (камеры давления) к окружающим условиям часто необходимо идти на компромисс в отношении размеров, создавая оптимальную конструкцию  рупора. В результате появляются вредные  резонансы, которые особенно проявляются  в НЧ-рупорах. А в области сопряжения камеры давления и рупора ВЧ-систем с высокой нагрузкой возникают воздушные потоки, превышающие скорость звука, которые создают нелинейные искажения. Не менее важно и то, что особенно в диапазоне низких частот на систему драйвера могут оказывать влияние отражения от поверхностей помещения с системой звукоусиления, попадающие внутрь рупора. Это связано с высокой направленностью, определяемой конструктивной формой рупора.

Оптимальный рупорный громкоговоритель требует  широкополосной головки и формы  рупора, пригодной для воспроизведения  всего требуемого диапазона частот. У таких рупоров могут быть различные формы; соответствующие  рекомендации можно найти в литературе [4.5]. Для сведения к минимуму отражений  от выходного отверстия (раструба) рупор  должен плавно сопрягаться с окружающим пространством. Это может быть достигнуто, например, при выборе экспоненциальной формы рупора. Чтобы такие рупоры работали и на низких частотах, они  должны быть очень большого размера. Например, для нижней граничной частоты 50 Гц рупор соответствующей формы  должен иметь диаметр раструба 2 м. Излучатели подобных размеров приемлемы  только для ограниченного применения, например, при расположении громкоговорителя в кинотеатре за проекционным экраном.

Длина рупора тоже зависит от требуемой направленности и излучаемой частоты. Длину можно  уменьшить, если использовать сравнительно большую возбуждающую поверхность (которая, однако, может быть оптимизирована только для узкой полосы частот) или «сложенный рупор». Рупор должен быть как можно более жестким  и иметь высокое акустическое затухание. Поскольку это не может  быть реализовано, в частности, для  низких и средних частот, стенки рупора, по крайней мере, не должны иметь  явных собственных резонансов. Кроме  того, они должны обладать высоким  внутренним демпфированием, чтобы обеспечить высокую линейность характеристики передачи.

НИЗКОЧАСТОТНЫЕ  РУПОРЫ

Большие размеры  НЧ-рупоров вынуждают их создателей идти на компромиссы. Практические модели НЧ-рупоров имеют форму рупора только в одном направлении; под прямыми углами к этому направлению звук направляется параллельными поверхностями. Рупор может быть образован в вертикальном или горизонтальном направлении, как показывают два примера на рис. 4.19. На этом же рисунке представлены два варианта размещения громкоговорителя перед рупором. Рупор, изображенный на рис. 4.19а, возбуждается задней стороной громкоговорителя, а передняя часть громкоговорителя используется для прямого излучения. Поэтому этот рупор должен иметь такие размеры, чтобы обеспечивался поворот фазы на 180°, в противном случае возникнет акустическое короткое замыкание. Этот тип конструкции называют передающим рупором, с достаточным приближением он может быть реализован только для ограниченного диапазона частот. На рис. 4.19Ь изображен «сложенный рупор», у которого может быть приемлемая компактная форма. Головки НЧ-рупоров обычно представляют собой большие громкоговорители с коническим диффузором, в некоторых конструкциях помещаемые в корпуса с фазоинвертором. Компромиссы при конструировании таких НЧ-рупоров и особенности используемых головок ограничивают возможность их применения: они могут работать только в узком диапазоне частот ниже примерно 300 Гц. Но даже в этом случае их использование допустимо только потому, что на этих частотах ухо человека не очень хорошо распознает тембр [4.24].

Мощность  таких НЧ-рупоров, используемых главным образом для звукоусиления музыки, около 100-500 Вт.

СРЕДНЕЧАСТОТНЫЕ РУПОРЫ

Для среднего диапазона частот (примерно от 300 Гц до 3 кГц) существует большое разнообразие головок и конструкций рупоров.

В качестве головок используются главным образом  динамические системы с предрупорными компрессионными камерами, присоединяемыми к входному отверстию рупора (к расширяющейся части) посредством согласующей горловины, так называемой горловины-adanmepa. Для увеличения мощности возбуждения к одному рупору можно присоединять несколько предрупорных камер, используя Y-образный адаптер (рис. 4.20а). В этом случае необходимо обеспечить равенство фаз и времени прохождения в месте пересечения двух каналов, чтобы не возникало взаимного подавления звука. Компания Electro-Voice указывает, что она решила эту проблему, применив «коллекторную» технологию (рис. 4.20Ь), в которой благодаря новой конфигурации адаптера не может возникать подавления звука в продольном направлении и появляются лишь незначительные эффекты поперечного подавления звука[4.25].

Для покрытия площади аудитории звуком используют рупоры с различной направленностью. В настоящее время эти рупоры часто конструируют таким образом, что направленность их излучения  практически не зависит от частоты, как, например, на рис. 4.21. Такие CD-рупоры (constant directivity horns), то есть рупоры с неизменной направленностью имеют различные экспоненциальные и гиперболические изгибы по всей длине. Преимущество частотно-независимой направленности, важное при определении оптимальных зон покрытия, утрачивается вследствие уменьшения чувствительности на высоких частотах (эту частотную зависимость приходится компенсировать за счет электрической коррекции).

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ РУПОРЫ

Для верхнего частотного диапазона выпускаются  два основных типа рупорных громкоговорителей: рупорные излучатели, обладающие конструктивными  характеристиками, аналогичными характеристикам  среднечастотных рупоров, и работающие в диапазоне частот от 1 до 10 кГц, и специальные ВЧ-громкоговорители для диапазона частот от 3 до 16 кГц. Первый тип используется главным образом как ВЧ-громкоговоритель в комбинированных устройствах, содержащих громкоговорители с фазоинвертором (см. рис. 4.13). Кроме дифракционных излучателей можно применять небольшие CD-рупоры.

Небольшие специальные ВЧ-излучатели имеют в основном осесимметричнуто конструкцию. Их головка работает на предрупорную камеру и состоит из металлической или, реже, пластмассовой диафрагмы, связанной с очень маленькой камерой. Как и в большинстве систем с предрупорной камерой, задняя сторона диафрагмы демпфируется слоем вспененной пластмассы. На излучающем конце предрупорная камера содержит фазокорректирующий вкладыш, который тоже образует центральный элемент концентрического рупора (рис. 4.25). Каналы, формируемые куполом и стенками рупора, расположены так, что они оказываются выше пиков (пучностей), образующихся за счет первого собственного резонанса диафрагмы. Таким образом улучшается эффективность предрупорной камеры на высоких частотах...

РУПОРНЫЕ  ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОГО  ЗВУКОУСИЛЕНИЯ

Информационные  звуковые системы обычно предназначены  для передачи речи с высокой ясностью, для чего часто достаточно излучать частоты в диапазоне от 200 Гц до 4 кГц (это даже улучшает разборчивость). Можно создать очень жесткие  сложенные рупоры со встроенными  компрессионными головками, способные  передавать весь диапазон частот. Благодаря  хорошей защите от воздействий окружающей среды, для чего применяется листовой металл или различные пластмассы, эти рупоры часто используют для  работы на открытом воздухе. Явно выраженная характеристика направленности делает их пригодными для покрытия узких  площадей.

ОДИНОЧНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

В технике  звукоусиления небольшие широкополосные одиночные громкоговорители используются только в децентрализованных системах, например, в качестве потолочных или  настенных громкоговорителей для  информационных систем или для воспроизведения  звуковых эффектов, для усиления эффекта  пространственности и увеличения времени реверберации. Громкоговорители особо малого размера (с диаметром диффузора <120 мм) встраивают в спинки кресел зала, в стол председателя или в балюстрады балконов, а также с передней стороны сцены на малом расстоянии от слушателей. Уровни мощности — 1,5...3 Вт, а у потолочных громкоговорителей — 6... 12,5 Вт.

БОЛЬШИЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ

Для основных групп громкоговорителей больших  систем звукоусиления требуются  излучатели большой номинальной  мощности, с широким диапазоном воспроизводимых  частот и предпочтительно с высокой  направленностью излучения. Обычно для достижения этих характеристик  используют звуковые колонки или  комбинации громкоговорителей с  фазоинвертором и рупорных громкоговорителей  для воспроизведения средних  и высоких частот или, что реже, комбинации только рупорных громкоговорителей.

Эти излучатели часто располагают как централизованные группы основных громкоговорителей, определяющих уровень звука и нередко тембр  всей системы. За исключением излучателей, используемых только для передачи речи и воспроизведения музыки очень  высокого качества, диапазон передаваемых частот обычно составляет 80 Гц... 16 кГц. Для систем, предназначенных только для речи, достаточно иметь более  узкий диапазон частот — от 150...200 Гц до 10... 12 кГц, а для воспроизведения  музыки требуется нижний предел <40 Гц. Это требование обычно может  быть выполнено только с помощью  специальных дополнительных громкоговорителей (сабвуферов) большего размера, чем  обычные громкоговорители для звукоусиления.

Расположение  и ориентация громкоговорителей  оказывают важное влияние на направление  восприятия акустического сигнала. Более важно, однако, чтобы звуковое поле громкоговорителей не создавало  положительной акустической обратной связи через микрофоны, используемые во время представления.

Если централизованное расположение по каким-либо причинам не подходит и приходится выбирать более  или менее децентрализованное расположение громкоговорителей (это обычно требует  применения устройств задержки), необходимо обращать внимание на то, что звук, отражаемый обратно, в сторону сцены, должен быть минимальным по уровню, потому что «реакция помещения» может привести к нежелательному эффекту пространственности и даже создавать на сцене или вблизи нее мешающее эхо. Оба эти явления мешают актерам, а также зрителям, места которых находятся рядом со сценой. Поэтому основные группы громкоговорителей почти всегда содержат излучатели с кардиоидной или другой диаграммой, характеризующейся очень высокой направленностью.

Для концертов  рок- и поп-музыки и в системах, которые должны воспроизводить очень высокие уровни звука, используют почти исключительно комбинации специальных рупорных громкоговорителей, и только из-за размеров их приходится размещать на сцене. Мощность систем, используемых в больших залах или на открытой площадке, может значительно превышать 100 кВт [4.26]. В таких случаях специально выделяют отдельные громкоговорители или группы громкоговорителей для определенных инструментов, групп инструментов, вокалистов или — в случае чисто электронной музыки — для специальных регистров [4.27].

СЦЕНИЧЕСКИЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ

Для целей  мониторинга в месте проведения представления (на сцене или помосте) используют стационарные или мобильные  сценические мониторы. Их функция  — подача исполнителям специального сигнала, на который оказывают минимальное  влияние группы громкоговорителей  для озвучивания помещения или  удаленные громкоговорители. Этот сигнал предназначен для координации действий исполнителей между собой и с  фонограммой.

Стационарные  системы могут представлять собой  небольшие звуковые колонки, расположенные  внутри авансцены (на поперечной балке  и по бокам), поскольку в этих местах имеется минимальный временной  сдвиг по отношению к основным громкоговорителям.

Мобильные сценические  мониторы обычно имеют форму, изображенную на рис. 4.27. Их можно располагать  на сцене между исполнителями  и зрительным залом, так как они  не мешают наблюдать за происходящим на сцене. Сценические мониторы должны создавать минимальное излучение  в обратном направлении, поскольку  иначе звук от них будет мешать зрителям, места которых находятся  вблизи сцены. Компактная конструкция  громкоговорителей ухудшает чувствительность и сужает частотный диапазон.

Сценические мониторы дополняются громкоговорителями сценических эффектов, с помощью  которых, например, в театрах создаются  звуковые эффекты, которые должны восприниматься как исходящие из глубины театральной  сцены. Наиболее удобны для этого  большие стационарные или мобильные  громкоговорители того же типа, что  и используемые в основных группах  громкоговорителей. Громкоговорители или их группы должны иметь высокую  направленность и по возможности  быть частотно-независимыми (особенно при размещении за кулисами), так  как большую часть излучаемой энергии они должны направлять в  зал.

Третья группа сценических громкоговорителей  может быть применена для обеспечения  акустической локализации слабых источников (см. раздел 6.5). Эти громкоговорители должны отвечать нескольким, иногда противоречивым, требованиям:

• малые  размеры, чтобы не ухудшался обзор;