1.4. Классификация систем озвучения систем озвучения: сосредоточенные, зональные, распределенные.
advertisement
1.4. Классификация систем озвучения В настоящее время установилась следующая классификация систем озвучения: сосредоточенные, зональные, распределенные. Сосредоточенные системы содержат один или несколько громкоговорителей, расположенных в одном месте на небольшом расстоянии друг от друга. Примеры расположения громкоговорителей в сосредоточенных системах: а) б) а) б) в) в) Рис.1.8. Громкоговорители: а) – на боковых порталах; б) – на центральном портале; в) – в центре помещения Применение сосредоточенных систем ─ при озвучении речевых и музыкальных программ в открытом пространстве и в помещении. Достоинства сосредоточенных систем ─ они обеспечивают наилучшее совпадение зрительного и слухового образов. Недостатки ─ трудность получения малой неравномерности звукового поля на озвучиваемой площади, особенно когда ее размеры велики. Зональные системы ─ это такие, в которых озвучиваемая площадь разбивается на ряд зон, в каждой из них звуковое поле создается отдельными громкоговорителями или группой близко расположенных громкоговорителей. Примеры зональных систем озвучения даны на рис. 1.9. 14 а) б) + 6 дБ + 3 дБ Рис. 1.9. Примеры зональных систем озвучения: а) - для помещений сложной формы; б) - для озвучения больших открытых пространств Применение зональных систем – при озвучении больших площадей открытых пространств (парков, улиц, стадионов); при озвучении помещений сложной формы (есть ниши, балконы и т.п.). Особенностью зональных систем является то, что на стыках зон озвучения по линии их соединения уровень интенсивности звука повышается на 3 дБ по сравнению с рассчитанным для единичной зоны, если суммируются интенсивности двух громкоговорителей и на 6 дБ, если суммируются интенсивности четырех громкоговорителей (в углах зон). Вдоль границы зоны озвучения уровень звука почти не меняется. Достоинства и недостатки зональных систем в пределах зоны озвучения такие же, как и у сосредоточенных. Распределенные системы ─ это такие, в которых звук к слушателю приходит от всех или большей части громкоговорителей. Примеры расположения громкоговорителей в распределенных системах показаны на рис. 1.10. 15 а) б) Рис.1.10. Примеры расположения громкоговорителей в распределенных системах: а) - настенные цепочки; б) - потолочные решетки Применение распределенных систем – преимущественно для усиления речевых программ. Достоинства распределенных систем – они позволяют получить очень малую неравномерность звукового поля в пределах площадки озвучения. Например, в потолочных решетках излучаемая волна близка к плоской, что позволяет достигнуть неравномерности звукового поля на местах слушания, не превышающей 1 дБ. Недостатки распределенных систем: во-первых, эти системы дорогостоящи; во-вторых, не обеспечивают безусловного совпадения зрительного и слухового образов. Широкое распространение получили также распределенные системы кресельных громкоговорителей небольшой мощности (примерно 0,5 Вт), иногда называемые «шептунами». Громкоговорители в таких системах располагаются в спинках кресел. Уровень звукового давления около слушателя создается своим и двумя соседними громкоговорителями. Недостатком кресельной системы, как и любой другой распределенной системы, является несовпадение зрительного и слухового образов. 16 1.5. Структура системы звуковоспроизведения Обычно структура системы звуковоспроизведения имеет вид, показанный на рис. 1.11. Гр1 1 2 3 ПЗ . . . ФП1 ФП2 . . . . . . ГрN М N1 Сторона записи n N Каналы Сторона воспроизведения передачи Рис. 1.11. Структурная схема системы звуковоспроизведения: М – входные каналы (микрофоны, магнитофоны, ревербераторы и т.п.); ПЗ – пульт звукорежиссера; N1 – исходные сигналы; ФП1 и ФП2 – функциональные преобразователи, формирующие число каналов передачи n; N – число каналов звуковоспроизведения Обычно выполняются условия М > N1, N1 > n, но чаще ─ условие N1 = n = N. Некоторые сведения, характеризующие структуру электроакустических систем звуковоспроизведения, представлены в табл. 1.2. Таблица 1.2 Условные обозначения типов электроакустических систем Название системы Обычная монофоническая Монофоническая система объемного звучания Обычная стереофоническая Псевдоквадрофоническая Дискретная квадрофоническая Условное обозначение структуры системы 1-1-1 N1 1 n 1 N 1 1 2 2 1 2 2 N>1 2 4 1-1-N 2-2-2 2-2-4 4 4 4 4-4-4 17 1.6. Качественные показатели монофонических систем Монофоническими называются электроакустические системы, в которых передающая и приемная стороны связаны одним каналом передачи (N1 = n = 1), каково бы ни было число каналов приема М и воспроизведения N. При этом громкоговорители на выходной стороне излучают один и тот же сигнал. В таких системах может использоваться один или значительное число микрофонов. Отрегулированные сигналы с их выходов суммируются в конечном итоге в один канал. Воспроизведение монофонического сигнала во вторичном помещении может осуществляться с помощью одного или нескольких громкоговорителей. Если громкоговоритель один, то слушатель лишается многих особенностей, свойственных естественному восприятию. Прежде всего оказывается утраченным ощущение пространственности звуковой картины. Вся панорама оркестра оказывается сжатой в одну точку и воспринимается из единственного направления – громкоговорителя. Недостаточными оказываются также прозрачность звучания и естественность передачи тембров инструментов и голосов. Практически невозможно восприятие акустической обстановки первичного помещения, так как вся воспринимаемая микрофонами последовательность отражений приходит к слушателю при воспроизведении из одного направления – громкоговорителя . Применение нескольких разнесенных громкоговорителей создает ощущение звучащего объема, устраняя в некоторой степени неприятное ощущение, вызываемое сжатием всего передаваемого ансамбля в одну точку. Однако о разделении в пространстве отдельных инструментов ансамбля речи не идет. По образному выражению одного из отечественных звукорежиссеров Д.И. Гаклина, монофоническое воспроизведение можно назвать всего лишь «открытым окном в концертный зал». 1.7. Стереофонические системы озвучения 1.7.1. Обычная стереофоническая система Обычная стереофоническая система представляет собой двухканальную систему, в которой число каналов передачи n, 18 равное двум, равно числу каналов звуковоспроизведения N. Заметим, что при n =1 система является монофонической при любом значении N и количестве микрофонов записи М. Схематически двухканальная стереофоническая система представлена на рис. 1.12. ИЗ – источник звука. ИЗ М n Первичное помещение Каналы передачи N Вторичное помещение Рис. 1.12. Схема расположения элементов в двухканальной системе озвучения Качество стереофонического звуковоспроизведения проявляется прежде всего в совокупности ощущений, которые позволяют отличить один способ звукопередачи от другого. Пока единственно возможным методом всестороннего исследования качества звучания являются субъективные экспертизы. Качество звучания оценивают либо по признакам (в этом случае эксперт описывает ощущения, возникающие у него при восприятии данного вида звучания), либо в целом по предпочтительности (эксперт отмечает в анкете, какое звучание из предъявляемых он предпочитает). Обычно эксперту предъявляются для оценки пары звучаний (метод парных сравнений). В этом случае предпочтительностью Q называется отношение числа экспертопоказаний за данную систему (при сравнении с другой ) к общему их числу, выраженное в процентах или в баллах [2]. Сопоставление качества стереофонического и монофонического звучаний позволило выявить основные признаки, характеризующие качество стереофонии. Пространственное впечатление ─ разнесенность отдельных элементов стереофонической звуковой панорамы как по фронту вдоль линии, соединяющей громкоговорители, так и в глубину. 19 При этом четко локализуются местоположения источников звуков, соответствующих отдельным группам музыкальных инструментов. Прозрачность звучания, благодаря чему легко выделяются и раздельно воспринимаются инструменты, голоса или их группы на фоне звучащего ансамбля. Правильность передачи тембров инструментов ─ высокая естественность их звучания как в стационарном режиме, так и в переходном. Лучшее, чем при монофоническом воспроизведении, восприятие акустических особенностей первичного помещения: его размеров, гулкости, теплоты, звонкости и т.п. Немаловажным при стереовоспроизведении является возможность воздействия на слушателей направлением прихода звуков, что является существенным фактором эмоционального воздействия в отличие от монофонического воспроизведения, где все источники звука, составляющие ансамбль, воспринимаются исходящими из одной точки – громкоговорителя. Стереофоническое звучание даже в двухканальной системе уверенно предпочитается большинством слушателей ( 85 % ) монофоническому. При этом качественные характеристики громкоговорителей, входящих в стереопару, могут быть значительно хуже, чем в моносистеме. Так, более 85 % слушателей предпочитают стереофоническое звучание с полосой частот 50 – 10000 Гц монофоническому с полосой 30 - 15000 Гц. Предпочтительность сохраняется и при полосе в стереопаре 100 – 6300 Гц и коэффициенте гармоник до 20%, несмотря на то, что такие искажения уверенно заметны на слух. Такой эффект может быть объяснен тем, что при восприятии стереоэффекта решающее значение имеют механизмы пространственного слуха человека и, прежде всего, механизмы формирования кажущихся звуковых образов и их пространственной локализации, а не объективные технические характеристики громкоговорителей. Сказанное выше означает, что как бы качественно ни был спроектирован громкоговоритель, он один не сможет по полноте восприятия звука заменить даже менее качественную по техническим характеристикам стереопару. 20 Предпочтительность существенно зависит от местоположения слушателя относительно громкоговорителей системы звуковоспроизведения. На рис 1.13 представлены зоны стереофонического эффекта в двухканальной системе. Угол ψ равен 600. Точка А – точка оптимального слушания, в которой наблюдается абсолютный стереоэффект. Зона 1 – зона полного стереоэффекта, в которой предпочтительность Q не менее 85%. В этой зоне смещение кажущегося источника звука (КИЗ) от своего истинного положения не превышает 10% от базы громкоговорителей l. Зона 2 – зона частичного стереоэффекта, в которой предпочтительность изменяется от 85 до 60 % , уменьшаясь по мере смещения слушателя от центра системы к акустической оси одного из громкоговорителей. 600 2 Ψ l 1 А 600 Рис. 1.13. Зоны стереоэффекта с разными предпочтительностями в двухканальной системе Стереоэффект сохраняется, пока ансамбль воспринимается слушателем, пространственно разнесенным хотя бы на три группы (зона 2). При этом наибольшие пространственные искажения стереопанорамы характерны для мест, расположенных напротив громкоговорителей. Здесь Q падает до 60%. При восприятии КИЗ проявляется еще один эффект – это эффект возвышения, вследствие которого мнимый источник звука располагается не на горизонтальной линии, соединяющей громкоговорители, а несколько выше. 21 Угол возвышения тем больше, чем шире разнесены громкоговорители. Если слушатель находится между двух громкоговорителей, на линии, соединяющей их, то КИЗ перемещается вообще наверх. 1.7.2. Стереофонические системы повышенного качества звучания К этому классу относятся такие системы, в которых n = N > 2. На рис. 1.14 представлены результаты субъективной экспертизы по оценке качества звучания многоканальной системы. Результатом субъективных экспертиз явилась обобщенная сравнительная оценка качества звучания Q, полученная методом парных сравнений. За базовый вариант при сравнительном прослушивании принято звучание обычной стереофонической системы ( n = N = 2 ), поэтому для нее Q = 0. Результаты экспертиз позволяют сделать следующие выводы: 1. Стереофоническое воспроизведение предпочитается монофоническому, для которого предпочтительность Q оказалась равной 2,25 балла по сравнению с принятым за ноль качеством звучания обычной стереофонической установки. а) б) Гр4 Гр3 Гр2 Гр1 Q 2,0 1,5 300 1,0 0,5 600 600 Гр5 Гр6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 60 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 Гр7 Гр8 -2,5 22 χ в) 0 1 2 3 4 5 х х х х х х 6 7 8 9 10 11 х х х х х х Рис.1.14. Расположение громкоговорителей (а) и обобщенная оценка качества звучания (б) для исследованных вариантов многоканальных систем (в) 2. Качество стереофонии, как правило, тем выше, чем больше число каналов воспроизведения. 3. При одном и том же числе каналов передачи (и воспроизведения) качество стереофонии зависит от местоположения громкоговорителей. Предпочтительным является наличие бокового излучения. Можно сказать, что для каждого числа раздельных каналов воспроизведения N существует оптимальный вариант расстановки громкоговорителей, позволяющий получить максимальное значение Q. 1.8.Локализация источника звука в стереофонических системах При использовании в системах звукоусиления нескольких громкоговорителей (многоканальная стереофония) особую важность приобретает вопрос о восприятии направления на естественный источник звука. Было обнаружено [3], что если одинаковые сигналы приходят к слушателю с разных направлений, то локализация источника становится нечеткой. Однако это не относится к ситуации, когда слушатель находится в помещении, где существует большое количество отражений от различных поверхностей помещения. 23 В этой привычной для слуха обстановке источник правильно локализуется с первого же мгновения. В этом случае локализация происходит за счет выполнения закона первой волны (или эффекта опережения), который заключается в том, что восприятие направления прихода звука определяется первым из приходящих сигналов. Закон сохраняет свою силу, даже если «отражение» или последующий сигнал имеет более высокий уровень (превышение может достигать 10 дБ) и приходит с запаздыванием до 30 мс. Эффект первой волны имеет основополагающее значение в системах звукоусиления. Благодаря этому эффекту можно, используя электронные линии задержки, с высоким качеством озвучивать зоны плохой слышимости, предусматривая вблизи этих зон отдельные громкоговорители, и не нарушать при этом локализацию источника сигнала (как это обычно случается в распределенных системах звукоусиления). Интегральная локализация. Если в многоканальной системе звукоусиления запаздывание одного из сигналов в точке, где находится слушатель, не превышает 3 мс, то между двумя направлениями прихода звука возникает мнимый источник сигнала. Если оба сигнала приходят одновременно и имеют одинаковые уровни, то мнимый источник располагается на биссектрисе угла, образованного направлениями на оба громкоговорителя. Запаздывание или ослабление одного из сигналов приводит к тому, что мнимый источник смещается к громкоговорителю, создающему более громкий сигнал, или излучающему его раньше. Как и в двухканальной системе, в этом случае при локализации мнимого источника звука проявляется эффект возвышения, вследствие которого мнимый источник располагается не на горизонтальной линии, соединяющей громкоговорители, а несколько выше нее. Угол возвышения увеличивается с ростом расстояния между громкоговорителями. Локализация источников с частично когерентными сигналами. Существует гипотеза, согласно которой слух способен находить функцию взаимной корреляции сигналов на обоих ушах, позволяющую в сумме большого числа некоррелированных сигналов выделить коррелированные компоненты и определить направление их прихода. На основании этой гипотезы можно объяснить известное явление – «эффект вечеринки». 24 Он заключается в способности каждого человека, имеющего здоровые уши, выделять из общего шума оживленной беседы большого числа людей голос интересующего человека. В системах озвучения и звукоусиления такой эффект может быть достигнут, если полезные сигналы, излучаемые многими громкоговорителями, имеют времена запаздывания, не превышающие 30 – 50 мс, и не слишком большие разности уровней интенсивностей (в пределах 10 дБ). В этом случае слушатель локализует один единственный слуховой объект, звук от которого приходит первым. 25
