Техника звукоусиления

Конгресс-центры часто оборудуют дискуссионными системами, а в малых конференц-залах устанавливают автоматические микшеры, в которых микшерные каналы открываются пороговым коммутатором. Уровень открывания можно отрегулировать так, чтобы мешающие шумы в интервалах между речью не усиливались [4.40].

При оборудовании в крупных центрах разветвленных  микрофонных сетей необходимо учитывать  допустимую длину линии. Она не должна превышать 250 м для стандартных  кабельных линий с сопротивлением источников 200 Ом, и тогда можно  избежать затухания высоких частот в передаваемом сигнале.

Чтобы свести к минимуму число микрофонов, совместно  используемых для производства программ, большие системы оснащают усилителями-распределителями, на которые подается микрофонный  сигнал для распределения чаще всего  между четырьмя внутренними и  внешними пользователями. Кроме уменьшения числа микрофонов это позволяет увеличить длину микрофонной передающей линии, например, для подключения к передвижной телевизионной станции (ПТС).

 

БЕСПРОВОДНАЯ  ПЕРЕДАЧА

Для регистрации  звука без ограничений, связанных  с кабелями, были разработаны радиомикрофоны. Вместо кабеля обычно используются высокочастотные каналы передачи сигнала. В настоящее время в технике звукоусиления находит применение и инфракрасное оборудование.

 

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПЕРЕДАЧА

Поскольку качество передачи с использованием высокочастотных  каналов сегодня не уступает проводным  линиям, эти каналы часто используют для мобильных источников. Передатчики  нередко объединяют с микрофонами. В качестве преобразователей применяют  либо направленные микрофоны (чаще всего  приемники градиента давления с  кардиоидной характеристикой) или микрофоны с ненаправленной характеристикой. Антенной служит провод, выходящий из ручки микрофона, в которой смонтирован передатчик. Либо используется антенна электронного типа, размещенная внутри той же ручки. Кроме микрофонов со встроенными передатчиками достаточно распространены выносные блоки передатчиков. Размером они примерно с бумажник и закрепляются вместе с антенной под одеждой. Эти передатчики можно использовать не только для ручных, но и для петличных микрофонов. Преимущество таких микрофонов в том, что они незаметны.

Для уменьшения чувствительности к помехам в  качестве международного стандарта  для сценической техники передачи звука принята частотная модуляция. При этом обычно используются несущие  частоты в диапазонах ОВЧ (150...250 МГц) и УВЧ (450...950 МГц). Следует отметить, что в разных странах стандартизованы  различные частоты. Например, в США - 900 МГц, а в Великобритании - 860 МГц. Поскольку для достижения наивысшего качества разнос соседних каналов должен быть не менее 300 кГц, в этом частотном  диапазоне можно разместить не более  трех широкополосных каналов студийного качества. Чтобы обеспечить высокое  качество передачи для большего числа  каналов (до 88), часто используют незанятые  полосы частот ОВЧ-диапазона - 174...230 МГц и 470...790 МГц. В США несущие частоты размещают в диапазонах ОВЧ 169...218 МГц и УВЧ 780...900 МГц1.

В большинстве  стран для эксплуатации передающего  оборудования требуется лицензия, выдаваемая соответствующей государственной  организацией.

Так как радиопередача  на сцене часто используется в  залах, строительные конструкции которых  содержат многочисленные металлические  отражающие поверхности, необходимо помнить  о возможности сильных помех, особенно проявляющихся при перемещении  передатчика. По этой причине в высококачественных системах используют несколько антенн, распределенных по помещению и работающих по принципу разнесенного приема (рис. 4.41).

Высокочастотная радиопередача тоже применяется  в технике звукоусиления для  передачи звукового сигнала на мобильные  системы с активными громкоговорителями, снабженными приемниками и усилителями  мощности. Здесь используется тот  же принцип, что и для сценической  передачи, за исключением того, что  передатчик обычно обслуживает всю  группу громкоговорителей, соединенных  с ВЧ-приемниками.

 

ИНФРАКРАСНАЯ  ПЕРЕДАЧА

Кроме высокочастотной  радиопередачи в технике звукоусиления  все шире применяется инфракрасная передача. В этом разделе описан метод, применяемый в настоящее  время [4.41, 4.42].

В качестве передатчика используются светодиоды на арсениде галлия, работающие на длине  волны около 930 нм. Поскольку их излучение  некогерентное, для увеличения его  мощности можно использовать любое  количество светодиодов. На практике в  одном передающем блоке используют от 12 до 120 диодов.

В качестве приемника применяется фотодиод с собирающей линзой типа "лягушачий  глаз", которая позволяет принимать  максимально возможное число  прямых и отраженных лучей. Видимый  свет, который может быть принят диодом и является помехой, поглощается  черным фильтром. Часто рядом устанавливают  несколько фотодиодов. Для передачи используется несущая частота 95 кГц, модулируемая звуковым сигналом. Если один и тот же передатчик должен работать на группу каналов, необходимо несколько вспомогательных несущих. Для исключения перекрестных помех  частотная модуляция должна иметь  очень малые нелинейные искажения. На рис. 4.42 показаны варианты конструкций  передатчиков и приемников.

В связи с  большими размерами передатчиков и  их выраженной направленностью инфракрасный метод передачи в настоящее время  для сценических микрофонов не используется, но часто применяется в системах синхронного перевода. Передатчики  этих систем размещаются в зале заседаний  над местами для делегатов, которым  выдаются приемные устройства. Выбрав соответствующий канал, делегат  принимает сигнал на желаемом языке. При использовании современных компьютерных программ мы можем предсказать распределение поля излучения над слушательской зоной, для того чтобы быть уверенными, что все приемники получат сигнал с достаточно высоким уровнем (ср. рис. 4.42d).

В отличие  от высокочастотного, а также индукционного  методов передачи на звуковой частоте, инфракрасный метод исключает нежелательное  прослушивание вне помещения. Другая область применения инфракрасного метода передачи - экскурсионные системы в музеях, галереях и на выставках. В этих системах используется свойство инфракрасного света -ограниченность распространения. Отдельные экспонаты снабжают индивидуальной информацией на разных языках, которую можно принимать только в определенном зале [4.43] (см. раздел 6.6.5).

Устройства  записи и воспроизведения звука, усилители

Устройства  записи и воспроизведения звука  играют важную роль в системах звукоусиления. Наиболее часто их применяют, например, для воспроизведения:

• фоновой  музыки в информационных системах;

• музыки в  шоу и музыкальных программах (например, музыкального

аккомпанемента  для солистов или постоянного  ритма - метрономной

дорожки - для  обеспечения синхронности движений артистов и музыки);

• разнообразных  звуковых спецэффектов для создания акустической

атмосферы в  театральных постановках;

• специально подготовленных записей как части  современной композиции в

концертных  или оперных залах.

 

АНАЛОГОВЫЕ  УСТРОЙСТВА ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ  ЗВУКА

Программы, воспроизводимые в помещении, обычно записывали и до сих пор записывают на двухканальные студийные магнитофоны. В отличие от метода стереофонической записи для компакт-дисков и радиопередач, в этом случае общепринято записывать на разные дорожки различные группы, например, голоса и аккомпанемент  или струнные и медные инструменты, чтобы иметь возможность скорректировать  баланс или подать сигналы этих групп  на разные громкоговорители.

Для специальных  целей в многоканальных системах звукоусиления тоже используются устройства с восемью и большим числом дорожек. При производстве записей, а также при их воспроизведении  через многоканальные звуковые системы  широко используются 4, 8- и 16-канальные  магнитофоны.

Один из недостатков  аналоговой техники магнитной записи - более низкое отношение сигнал-шум  по сравнению с остальными элементами звукового тракта. В 1/4-дюймовых стереомагнитофонах это отношение составляет не более 60 дБ, а с увеличением каналов  записи оно уменьшается. Например, 1/4-дюймовые четырехканальные магнитофоны имеют  отношение сигнал-шум всего 35...40 дБ. Для уменьшения шума ленты в  настоящее время используются такие  хорошо отработанные системы шумоподавления, как Dolby SR [4.44] или Telcom C4 [4.45]. Они улучшают отношение сигнал-шум максимум на 30 дБ. Эти системы базируются на переменной, частотно-зависимой компрессии (динамическом сжатии) при записи и соответствующей коррекции при воспроизведении. Такая комбинация компрессора и экспандера называется компандером.

Кроме студийных  магнитофонов с записью на катушки/бобины ленты также применяются кассетные  магнитофоны, которые получили широкое  распространение и отличаются простотой  пользования. В большинстве случаев  они используются как стереофонические устройства записи на ленты различных  типов по классификации МЭК: I (Fe2O3), II (СгО2), III (двухслойная лента) и IV; в  них тоже применяются различные  системы шумоподавления (Dolby В, Dolby С, dbx и др.)- Благодаря простоте эксплуатации и широкому распространению этих систем кассеты часто используются солистами для музыкального аккомпанемента. Во время конгрессов и съездов с помощью кассетных магнитофонов записывают ход заседания (см. также [4.46]).

Кроме аналоговых устройств записи на магнитную ленту  любая достаточно крупная звуковая студия должна иметь возможность  воспроизвести виниловые грампластинки, также как и их современную  версию на компакт-дисках.

 

ЦИФРОВЫЕ  УСТРОЙСТВА ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ  ЗВУКА

По сравнению  с аналоговыми цифровые устройства записи и воспроизведения звука открывают совершенно новые возможности. Различают магнитные, оптические и электронные носители. Они обеспечивают почти неограниченное число перезаписи без ухудшения качества, с коррекцией ошибок и практически не вносят искажений.

Все цифровые операции, осуществляемые в звуковой технике и, естественно, в технике  звукоусиления, требуют дискретизации  сигналов с частотой не менее 30 кГц, чтобы обеспечить передачу частот до 15 кГц. В связи с конечной крутизной  спада характеристики ограничительных  фильтров нижних частот и необходимостью передачи дополнительных сигналов управления тактовую частоту желательно выбирать равной примерно 44 кГц. Для бытовой техники обычно используют частоту 44,1 кГц, а для профессионального оборудования - 48 кГц. В некоторых системах магнитной записи на ленту (например, R-DAT) имеется возможность переключения с 44 кГц на 48 кГц [4.47].

Цифровые  устройства магнитной записи, например, кассетные магнитофоны типа R-DAT (с  вращающимися магнитными головками) и S-DAT (магнитная запись с использованием неподвижной магнитной головки  на несколько параллельных дорожек), не нашли широкого применения из-за высокой стоимости и других недостатков.

Важную роль в качестве цифровых устройств хранения информации играет группа оптических носителей данных. Наиболее распространен компакт-диск (CD) [4.48], информация на который записывается в виде крошечных ямок (питов), сканируемых лазером. Посредством процедуры поляризации емкость диска можно увеличить, а используя записывающие устройства (так называемые CD-writer), на диск можно записать собственные данные. В настоящее время все шире используются стираемые и перезаписываемые оптические диски. (Используются магнитооптические и аморфно-кристаллические методы записи.) По сравнению с записью на магнитную ленту, эти методы обеспечивают бесконтактное сканирование и, следовательно, отсутствие износа носителя при многократном использовании [4.49]. Другие преимущества - быстрота доступа, возможность составления и воспроизведения программы, возможность точной установки и подстройки поисковых меток.

Все шире применяются  средства хранения, которые пришли из компьютерной техники. Так называемая "запись на жесткий диск" позволяет  получать быстрый доступ к любым  звуковым дорожкам, а программное  обеспечение, базирующееся на последующей  обработке, постоянно совершенствуется.

Современные разработки также привели к увеличению емкости CD-ROM; DVD (Digital Versatile Disc - "цифровой многофункциональный диск) позволяет хранить, в зависимости от частоты дискретизации и частотной характеристики, целые книги, полнометражные фильмы или до трех часов высококачественной музыки. Поэтому все более важное значение приобретает не только архивирование звука и видеодокументов, но и простое использование звуковых дорожек (а также быстрый доступ к ним) звукооператорами, работающими за микшерным пультом.

Электронное хранение с использованием оперативных  запоминающих устройств (ОЗУ) и стираемых  программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ) тоже применяется в  технике звукоусиления. Оно позволяет  записывать и накапливать звуковую информацию и вызывать ее из памяти с помощью компьютера в различных  комбинациях. Эти устройства используются, например, в информационных системах для создания "синтезированных" объявлений (см. раздел 6.1).

 

РЕГУЛИРОВКА УРОВНЯ

В отличие  от аналогового метода, в котором  максимальная модуляция обычно ограничивается характеристикой канала записи, в  цифровом методе перегрузка аналого-цифровых преобразователей приводит к внезапным  сильным искажениям. Поэтому сигналы, записываемые в цифровой форме, необходимо контролировать с помощью пикового индикатора уровня.

Следует учитывать, что воспроизводимые цифровые записи имеют больший динамический диапазон. По сравнению с аналоговой, при  воспроизведении цифровой записи необходим  больший резерв мощности, чтобы обеспечить тот же уровень звука (определяемый среднеквадратическим значением). Вот  почему в международной практике принят "запас по максимуму" не менее 10 дБ. Другое ограничение динамического  диапазона определяется шумом дискретизации, для чего требуется "запас по минимуму" 16...20 дБ. Эти ограничения означают, что качество воспроизведения аналоговых записей с применением эффективных  компандеров сегодня сравнимо с  качеством обычной цифровой записи (см. также раздел 5.2.3). Поэтому значительного улучшения качества цифровой техники можно ожидать лишь при полном распространении 24-битной техники.

 

УСИЛИТЕЛИ

В каждой системе  звукоусиления электрический сигнал, создаваемый различными источниками, должен быть усилен до величины, при  которой возможна работа громкоговорителей. В упрощенном представлении процесс  усиления можно разделить на две  стадии: предварительное усиление и  усиление мощности. Если выполняются  микширование, регулирование уровня или обработка звукового сигнала, возникающие при этом потери напряжения и мощности должны быть скомпенсированы  дополнительным усилением.