Техника звукоусиления

У электростатического  преобразователя в форме конденсаторного  микрофона многочисленные преимущества:

• широкий  диапазон передаваемых частот и сбалансированная частотная

характеристика;

• пониженная чувствительность к структурному шуму (передаваемому по

конструкции);

• прекрасная переходная характеристика (благодаря  очень малой массе

диафрагмы);

• нечувствительность к помехам от магнитных полей.

Возможность электронного переключения характеристики направленности можно рассматривать  как дополнительное преимущество. Наряду с указанными преимуществами имеются  и недостатки:

• необходимость  напряжения питания для согласующего усилителя;

• чувствительность электростатической системы к влажности;

• сравнительно высокая стоимость высококачественных конденсаторных

микрофонов (в связи с необходимостью применения дополнительного

предусилителя).

 

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ МИКРОФОНЫ

Система преобразователя  состоит из проводника, движущегося  в магнитном поле с постоянным потоком в соответствии с изменениями  звукового давления. Поэтому величина и частота индуцируемого в  проводнике электрического напряжения пропорциональны изменению звукового  давления.

В варианте ленточного микрофона металлический  проводник представляет собой ленту. Очень малая масса ленты позволяет  получить сбалансированную частотную  характеристику, однако такие микрофоны  сегодня используются редко из-за большой массы магнита и хрупкости  ленты.

Другой вариант  конструкции электродинамического микрофона, микрофон с подвижной  катушкой, играет важную роль в технике  звукоусиления. В этом типе микрофона  изменения звукового давления перемещают катушку, жестко прикрепленную к  диафрагме. Катушка движется в магнитном  поле, индуцирующем в ней напряжение, пропорциональное перемещению. Система  диафрагма-катушка центрируется посредством  упругой подвески (рис. 4.35) и работает, подобно всем электродинамическим  преобразователям, выше частоты основного  резонанса. Если система сзади закрыта, как показано на рис. 4.35, получается микрофон давления, а если открыта - микрофон-приемник градиента давления.

Проблема  систем с низкой резонансной частотой состоит в необходимости линеаризации основного резонанса, что требуется  для получения достаточно широкого и сбалансированного диапазона  передаваемых частот. В микрофоне  с подвижной катушкой это достигается  или с помощью выбора соответствующей  конфигурации воздушного объема позади диафрагмы (акустическийлабиринт) или - как и в случае громкоговорителей - с помощью комбинации дополнительных и по-разному настроенных систем. Такое решение позволяет создавать микрофоны с подвижной катушкой студийного качества.

Обычно высокая  чувствительность к структурному шуму у микрофонов с подвижной катушкой и низкой резонансной частотой эффективно снижается благодаря использованию  демпфирующих пружинных систем подвески. Это особенно важно для ручных микрофонов. Помехи от магнитных полей  удается в значительной степени  устранить с помощью компенсирующих катушек. Сегодня динамические микрофоны  получили доминирующее распространение  в технике звукоусиления, особенно как портативные микрофоны для  солистов, благодаря:

• прочной  конструкции;

• пониженной чувствительности к перегрузкам

• пониженной чувствительности к влажности;

• простому подключению;

• сравнительно низкой стоимости.

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ МИКРОФОНЫ

Кроме стандартных  конструкций микрофонов на подставке, ручных и подвесных в технике  звукоусиления часто используют ряд специальных конструкций.

 

ПЕТЛИЧНЫЕ И  НАГРУДНЫЕ МИКРОФОНЫ

Чтобы избежать положительной обратной связи при  усилении голоса (речи), возникающей, когда  человек находится в движении, часто необходимо располагать микрофон очень близко ко рту. Для обеспечения  максимальной свободы движения используют петличные или нагрудные микрофоны.

Петличные микрофоны  очень малы, и они крепятся к  одежде с помощью зажима. В качестве преобразователя наиболее часто  применяют конденсаторный микрофон с ненаправленной характеристикой; направленные микрофоны для этой цели используются реже вследствие их более сложной конструкции и  несколько больших размеров. Так  как микрофон располагается ниже рта говорящего, коррекции эффекта  близости не требуется. Поскольку расстояние между ртом говорящего и микрофоном очень мало, а вследствие эффекта  экранирования телом и одеждой  вероятность возникновения положительной  обратной связи невелика, микрофоны  давления можно использовать в системах звукоусиления. При соответствующей  фильтрации петличные микрофоны  вполне подходят для передачи речи.

Нагрудный микрофон подвешивается на шнуре за шею  и располагается на груди говорящего. Для такого микрофона характерна компонента структурного шума, обнаруживаемая в узком частотном диапазоне - в области 700 Гц, которая передается на микрофон через грудную кость. Чтобы подавить эту компоненту, нагрудные микрофоны снабжают частотными корректорами (рис. 4.36). В качестве нагрудных микрофонов используют почти исключительно динамические микрофоны с ненаправленной характеристикой. Вследствии малого расстояния от микрофона до говорящего и эффекта экранирования за счет тела эти микрофоны тоже можно применять в системах звукоусиления, не опасаясь положительной обратной связи.

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО СЪЕМА  СИГНАЛОВ ИНСТРУМЕНТОВ С НИЗКИМ ВЫХОДНЫМ УРОВНЕМ ЗВУКА

Для усиления звука, создаваемого инструментами  с низким выходным уровнем, особенно если они звучат вместе с громкими инструментами или если по художественному  замыслу желательно иметь остронаправленную  характеристику и избежать перекрестных помех, применяют специальные электроакустические  преобразователи. Часто они работают как датчики вибрации. Например, для гитар используют магнитные  датчики, непосредственно воспринимающие колебания стальных струн. Общей  проблемой является необходимость  усиления звучания струнных инструментов и арф, чтобы обеспечить баланс между  ними и более громкими духовыми и  ударными инструментами. В настоящее  время для этого обычно применяют  специальные микрофоны с зажимами. Они крепятся над отверстиями  в деке струнных инструментов, и  их сигналы передаются на микшер через местный предусилитель. Эта техника съема звука дает лучшие результаты, чем применявшиеся ранее вибрационные звукосниматели с креплением к деке. Однако все датчики прямого съема звука для струнных инструментов имеют недостатки, связанные с подмешиванием когерентных звуковых компонент: они не позволяют получить богатый, подобную хору, интенсивный струнный звук и страдают от эффектов гребенчатого фильтра. Чтобы избежать этого, необходимо к звуку струнных инструментов добавлять некогерентный звук помещения.

 

ГРАНИЧНЫЕ МИКРОФОНЫ

Расположение  микрофона на обычной высоте (1,20-1,50 м над полом) неудобно тем, что  микрофон или подставка загораживают вид; в общем, их можно считать  мешающими элементами. Это особенно нежелательно для театральных представлений  или телевизионных передач. Если источник звука находится на некотором  расстоянии от микрофона, в месте  расположения микрофона возникает  интерференция между прямым звуком и звуком, отраженным от пола. При  определенном расстоянии между микрофоном и источником звука это отражение  может привести к связанным с  эффектом гребенчатого фильтра искажениям частотной характеристики, которые  могут проявиться как "рычащий" звук (рис. 4.37) (см. также раздел 3.2.2).

Чтобы устранить  эти недостатки, было предложено размещать  микрофоны вблизи пола и обеспечить соответствующую изоляцию от проникновения  структурного шума (рис. 4.38). Но при таком  размещении остается небольшой просвет  между микрофоном и полом, поэтому  эффект гребенчатого фильтра на высоких  частотах полностью не устраняется.

Установлено, что при размещении микрофонов вблизи пола характеристики направленности не теряются, а порог возникновения  положительной обратной связи возрастает вследствие увеличения чувствительности на 3 дБ (это связано с расположением  микрофона перед большой поверхностью, за пределами критического расстояния громкоговорителей).

Различные изготовители производят сегодня граничные микрофоны, которые часто предлагаются под  названием микрофоны зоны давления (pressure zone microphones - PZM) [4.38]. Диафрагма таких микрофонов помещена внутри отражающей поверхности (рис. 4.39а и с) или располагается непосредственно над ней (рис. 4.39Ь). Используя эти микрофоны, можно избежать эффекта гребенчатого фильтра и на высоких частотах. Поскольку диафрагма должна находиться в плоскости отражающей поверхности, можно очень легко создать микрофоны, работающие по принципу давления, с полусферической характеристикой направленности. Некоторые изготовители предлагают микрофоны такого типа, приспособленные для монтажа, например, к верхней поверхности стола докладчика или к краю подиума (рис. 4.40). Но, строго говоря, это - микрофоны-приемники градиента давления, а не граничные микрофоны. Граничные микрофоны удобны для регистрации звука малых ансамблей, рассредоточенных на большой площади, и солистов. На конференциях при установке микрофонов вровень с поверхностью стола также можно достигнуть приемлемых результатов. Было обнаружено, что для хорошей регистрации звука фортепьяно микрофон можно установить непосредственно на откидной крышке инструмента, которая служит в этом случае и как отражающая поверхность, и как экран, что особенно важно для звукоусиления.

Однако граничные  микрофоны не пригодны для регистрации  звука, излучаемого большими источниками, находящимися в глубине сцены, например, симфоническими оркестрами и многоголосыми  хорами. В таких случаях затеняются задние группы, и в результате тембр  звука становится неудовлетворительным. Суммируя сказанное выше, можно сформулировать следующие преимущества граничных  микрофонов:

• отсутствует  эффект гребенчатого фильтра;

• независимость  частотной характеристики от эффекта  увеличения давления;

• визуально  микрофоны не заметны для зрителей и не мешают работе

телевизионных камер;

• меньшая  склонность к эффекту положительной  обратной связи;

• легче  достигается баланс между отдельными частями ансамбля.

Наряду с  этими преимуществами имеются и  недостатки:

• повышенное влияние структурного шума;

• опасность  эффекта "затенения" при регистрации  звука от ансамблей,

рассредоточенных по глубине;

• падение  высоких частот при очень близком  расположении микрофона к

источнику (в  результате этого высокие частоты  проходят над микрофоном).

 

ПЕРЕДАЧА  ЗВУКА И УСИЛИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Структура систем звукоусиления зависит от их назначения. В простейшей форме эта система  содержит:

• программно-передающую часть, которая включает такие источники

сигналов, как  микрофоны, магнитофоны, приемники  и предусилители;

• системы  распределения сигналов;

• устройства управления;

• усилители  мощности;

• один или  несколько громкоговорителей.

Поскольку периферийные акустические преобразователи (громкоговорители и микрофоны) уже рассмотрены, этот раздел посвящается проводной и  беспроводной передаче сигналов, а  также средствам промежуточного хранения и усиления сигналов.

 

СПОСОБЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ  МИКРОФОНОВ

Выбор способа  подключения микрофонов - с учетом прохождения микрофонных сигналов через усилитель, микшер или микрофонный  усилитель-распределитель - зависит  от рабочей технологии и назначения системы. Оптимально выбранный способ подключения гарантирует, что для  всех предполагаемых видов событий  могут быть найдены наиболее удачные  места расположения микрофонов, подключаемых с помощью коротких и гибких микрофонных  кабелей.

Такие крупные  коммуникационные центры, как театры, залы универсального назначения, концертные залы, конгресс-центры и конференц-залы, обычно оборудуются постоянными микрофонными кабельными сетями...

Микрофонные розетки целесообразнее группировать на настенных панелях, нежели под  полом. В этом случае исключается  проблема доступа к ним при  установке декораций или укладке  напольных покрытий; кроме того, они не так сильно загрязняются пылью  и мусором. Розетки чаще всего  устанавливают слева и справа от сцены, а также сзади нее. Розеток  на панели может быть от шести для  малых сцен до 30-40 для очень больших  сцен. В оркестровой яме устанавливают  при необходимости 30-40 розеток.

Очень большие  соединительные панели чаще всего выполняют  по принципу групповых кабельных  соединений. С помощью магистральных (многожильных) кабелей можно легко  подвести микрофонные кабели к соединительным точкам, например, к месту расположения оркестра, откуда кабели распределяются по различным микрофонам. Для цифровых сигналов все более важную роль играют оптоволоконные соединения. Основные групповые кабельные соединения часто дополняются небольшим  числом индивидуальных соединений, которые  прокладываются параллельно. Эти соединения используются, когда требуется менее  сложная техника подключения  микрофонов.

Кроме соединений, находящихся в пределах площади  основного действия, необходимы дополнительные точки для местных соединений, позволяющих регистрировать звук хоров  и симфонических ансамблей с  помощью подвесных микрофонов, соединения для которых должны располагаться  на потолке, над сценой. В больших  концертных залах могут также  использоваться подвесные микрофонные  системы, при этом должна обеспечиваться возможность корректировать положение  микрофонов с центрального пульта управления. Другие соединения устанавливаются  таким образом, чтобы микрофоны  можно было размещать над аудиторией. Для служебной связи внутри здания особенно важны микрофоны для  мониторинга. Их чаще всего размещают  попарно над сценой, оркестровой  ямой и в задней части зрительного  зала. Они используются для формирования сигнала звукового сопровождения  в системе дистанционной демонстрации изображений. Эту систему обычно объединяют с системой помощника  режиссера.