Author: Никонов А.В. Шоров В.И. Ефимов А.П. Сапожников М.А.
Tags: колебания акустика общая радиотехника акустические системы
ISBN: 5-256-00187-6
Year: 1989
Text
СПРАВОЧНИК
АКУСТИКА
Под общей редакцией
М. А. САПОЖКОВА
2-е издание,
переработанное и дополненное
МОСКВА „РАДИО И СВЯЗЬ'
1989
ББК 32.841
А 44
УДК 534 @3)
Авторы: А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапож-
Сапожков, В. И. Шоров
Рецензент д-р техн. наук В. В. Однолько
Редакция литературы по радиотехнике
Акустика: Справочник / А. П. Ефимов, А. В. Нико-
А 44 нов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров; Под ред4 М. А. Са-
пожкова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и
связь, 1989. — 336 с: ил.
ISBN 5-256-00187-6.
Изложены материалы по обработке и передаче акустических сигналов;
звукоусилению, озвучению помещений и студий, а также по электроакусти-
электроакустическому оборудованию, записи и воспроизведению звука; акустическим измере-
измерениям, расчету некоторых процессов иа ЭВМ. Даны графики, таблицы, форму-
формулы и программы расчета. В отличие от первого издания A979 г.) приведены
сведения по цифровой записи и воспроизведению звука, дискотехнике и маг-
магнитной записи, звукофикации. открытых пространств, речевой и вокодерной
связи.
Для специалистов, эксплуатирующих и проектирующих средства связи,
будет полезен студентам вузов и учащимся техникумов связи.
116_89 ББК
046@1)—89
Справочное издание
Ефимов Аркадий Павлович, Никонов Александр Васильевич,
Сапожков Михаил Андреевич, Шоров Владимир Иосифович
АКУСТИКА
Справочник ~"
Заведующий редакцией В. Л. Стерлигов Редактор Л. И. Венгренюк
Переплет художника Н.А. Пашуро Художественный редактор Л. С. Широков
Технический редактор Т. Н. Зыкина Корректор 3. Г. Галушкина
ИБ J* 1694
Сдано в набор 10.11.88. Подписано в печать 12.06.89. Т-07840
Формат 70X100/16. Бумага офсетная № %. Гарнитура литер. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 27,30. Усл. кр.-отт. 27,30. Уч. изд. л. 39,43. Тираж 24 000 экз.
Изд. № 22144. Зак. 1688 Цена 2 р. 30 к.
Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693
Московская типография № 4 «Союзполнграфпрома»
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
12ЧО41, Москва, Б, Переяславская. 46
{
ISBN 5-256-00187-6 Издательство «Радио и связь», 1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
Главное назначение справочника — дать
основные материалы из области технической
акустики для инженеров и техников, работа-
работающих в системе связи, звуковом вещании,
телевидении, звукозаписи и воспроизведения,
массовом радиообслуживаннн и т. п., а так-
также работающих в эксплуатационных, проект-
проектных и научно-исследовательских организаци-
организациях и учреждениях связи и вещания, на за-
заводах, выпускающих эту аппаратуру. Спра-
Справочник должен помогать студентам при кур-
курсовом и дипломном проектировании. Поэтому
справочник содержит не только таблицы и
графики с методикой расчета н их примера-
примерами, но и теоретические основы наиболее важ-
важных вопросов. Чтобы не перегружать справоч-
справочник, пришлось дать ссылки иа литературу, в
которой изложены теоретические основы и
некоторые более подробные данные. В переч-
перечне литературы приведен ряд ГОСТов, неко-
некоторые из них уже пересмотрены или пере-
пересматриваются и будут введены в действие в
ближайшее время.
Данный справочник является вторым изда-
изданием «Справочника по акустике», вышедшего
в свет в 1979 г. в издательстве «Связь». За
эти годы произошли изменения в технике свя-
связи и вещания (появились цифровые запись и
воспроизведение звука, улучшились характе-
характеристики электроакустической аппаратуры, по-
получили более широкое развитие сети ЭВМ,
широкое применение получили программиру-
программируемые микрокалькуляторы для несложных рас-
расчетов, был разработан ряд новых методов
расчетов систем озвучения и звукоусиления,
появилось в эксплуатации много аппаратуры,
покупаемой за границей и т. п.). Все это и
создало необходимость в выпуске нового спра-
справочника по акустике.
Разделы 1—4, 8 и 10—12 (кроме § 11.3)
справочника написаны М. А. Сапожковым,
5 и 7 —А. В. Никоновым, 6 и §11.3 —
В. И. Шоровым, 9 - А. П. Ефимовым.
Раздел 12 (программы) новый, разд. 5, 7
и 9 заново переработаны, разд. 6, 8, 10 и
11 дополнены новыми материалами в значи-
значительной части, разд. I — 4 подверглись неболь-
небольшим изменениям.
При написании1 справочника частично.были
использованы материалы первого издания с
дополнениями и изменениями. При этом были
использованы материалы из первого издания,
написанные В. К. Иофе (разд. 5 и 6) и
В. Г. Корольковым (разд. 10). Авторы данно-
данного издания выражают им глубокую призна-
признательность за согласие на такое заимство-
заимствование.
Все пожелания и замечания следует на-
направлять в адрес издательства.
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
А — общее звукопоглощение
Лпр — общая звукопроводность
Лф — форматная разборчивость
В — спектральный уровень
Ва — спектральный уровень акустических
шумов
Ва — спектральный уровень помех
Врс — спектральный уровень речевого сиг-
сигнала
Вт — спектральный уровень шумов
с — скорость звука
см — гибкость механической системы
D — динамический диапазон
DM — добротность колебательной системы
?г — чувствительность громкоговорителя
?м — чувствительность микрофона
F — сила
/ — частота колебаний
G — громкость
/ — интенсивность звука
/0 — интенсивность на нулевом уровне
(/0 = Ю-12 Вт/м2)
/i — интенсивность на расстоянии 1 м от
центра источника звука
k — волновое число ml с
К — коэффициент передачи
,/СКр — ширина критической полосы частот
слуха
/ССв -г коэффициент электромеханической
связи
Lj— уровень интенсивности
Lp — уровень звукового давления
LF — уровень плотности энергии
LG — уровень- громкости
М — эффект маскировки
Мй — соколеблющаяся масса
Рл — акустическая мощность
р — звуковое давление
р0 — звуковое давление на нулевом уровне
(Ро= 2- Ю-5 Па)
Рх — звуковое давление на расстоянии 1 м
от центра источника звука
Р4 — электрическая мощность
Q — индекс тракта
<?из — звукоизоляция помещения
<?мс — фактический индекс тракта
Qnau — рациональный индекс тракта
Окр — предельный индекс тракта
Qnp — звукопроводность перегородки
R — акустическое отношение
S — слоговая разборчивость
Sn — ограничивающие поверхности помеще-
помещения
Т — время реверберации
Топг — оптимальное время реверберации
W — словесная разборчивость
Y — проводимость
Z — модуль сопротивления
5а '—'удельное акустическое сопротивление
т — масса механической системы
<7М — индекс направленности микрофона
<7а — акустическое реактивное сопротивле-
сопротивление
чм — механическое активное сопротивление
ГМ — расстояние диктора от микрофона
Sm — упругость механической системы
/ — время
v — скорость колебаний
доа — акустическое активное сопротивление
а — коэффициент поглощения
аотр — коэффициент отражения
апр — коэффициент звукопроводности
Л/ — полоса частот
Д/^р — ширина критической полосы частот
слуха
е — плотность энергии
Л- КПД
К — длина волны
f> — плотность среды или материала
Й — коэффициент осевой концентрации
рс — акустическое сопротивление плоской
волны
(о — круговая частота
Обозначения для программируемых мик-
микрокалькуляторов
или хП№
стек.память В t
Ввод
Ввод
Вывод
Деление:
Умножение
Перестановка
FSIN
FCOS
Ftg
F sin
F cos-1
F tg-1
F V
Fig
F I/x
FG
b
d
Fx2
Fji
F 10х
FLO
FL1
FL2
FL3
П№
в сте
ИП№
X
в СП х — у
vy*
А
син
кос
тг
асн
а кс
атг
у—
лг
1/х
\
в
д
X2
л
10х
ЛО
Л1
Л2
ЛЗ
*Во всех операциях F не пишется.
ВВЕДЕНИЕ
В трактах радио- н проводной телефонной
связи, вещания, звукового сопровождения те-
телевидения, звукозаписи и воспроизведения,
озвучения, системы перевода речей, массового
радиообслуживания, диспетчерской связи
и т. п. * начальные н конечные звенья акусти-
акустические. Начальная часть тракта: от источника
колебаний (голос человека, музыкальные ин-
инструменты, различного рода источники шу-
шумов), затем звено в виде воздушной среды
помещения нлн открытого пространства закан-
заканчивается преобразователем акустических коле-
колебаний в электрические (микрофон, ларинго-
ларингофон). После него различные электрические си-
системы в виде трактов и каналов передачи сиг-
сигналов (включая аппаратуру записи и воспро-
воспроизведения звука: магнитофон, кинотехиические
и днскотехннчеокие устройства и т. п.). За нн-
1 В дальнейшем для краткости везде
будет указываться только «вещания и связи»
или «в электроакустических трактах».
ми до уха слушателя снова — акустические
звенья тракта: электроакустический преобра-
преобразователь (громкоговоритель нли телефон), по-
помещение нли открытое пространство в случае
громкоговорящего приема; объем между те-
телефоном и слуховым проходом — при при-
приеме на телефон. В каждом из этих акустиче-
акустических звеньев тракта происходят те или иные
изменения акустических колебаний, каждое нз
них обладает соответствующими свойствами,
которые надо знать, чтобы уметь правильно
пользоваться .ими. '
Известно, что акустические звенья тракта
зачастую являются определяющими в отно-
отношении качества звучания и играют значитель-
значительную роль в обеспечении качества речевой свя-
связи. Именно поэтому при проектировании и
эксплуатации подобных устройств необходимо
хорошее знание характеристик электроакусти-
электроакустической аппаратуры и помещений, а также
особенностей распространения звука в откры-
открытых пространствах. 1
РАЗДЕЛ 1
ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Звук распространен в виде переменного
возмущения упругой среды, т. е. в виде
звуковых волн. Звуковыми колебаниями назы-
называют колебательные движения частиц среды
под действием этого возмущения. Простран-
Пространство, в котором происходит распростране-
распространение этих волн, называют звуковым полем.
Если источник возмущения известен, то
пространство, в котором могут быть обнару-
обнаружены звуковые колебания, создаваемые этим
источником, называют звуковым полем дан-
данного источника звука. Звуковые колебания
являются частным случаем механических
колебаний.
Звуковые колебания в жидкой н тазо-
образной средах являются продольными
колебаниями, т. е. частицы среды колеблются
вдоль линии распространения волиы. В
твердых средах, кроме продольных колеба-
колебаний, имеют место и поперечные колебания
и волиы, т. е. такие, в которых частицы среды
колеблются в направлении, перпендикуляр-
перпендикулярном линии распространения волиы.
Направление распространения звуковых
волн называют звуковым лучом, а поверхность,
соединяющую все смежные точки поля с
одинаковой фазой колебания частиц среды,
называют фронтом волны. Фронт волны
перпендикулярен звуковому лучу. В общем
случае фронт волны имеет сложную форму,
но в практических случаях ограничиваются
рассмотрением трех видов фронта волны:
плоской, сферической и цилиндрической.
Звуковые волны распространяются с опре-
определенной скоростью, называемой скоростью
звука. В разных средах и телах скорость
звука различна.
В газообразных средах скорость звука
зависит от плотности среды р и статического
атмосферного давления рас:
101 325 Па1. В жидких и твердых материалах
скорость звука определяется плотностью
материала р и модулем упругости Е для
соответствующего вида деформации (про-
(продольные колебания, крутильные, изгибные
и др.): с= YE/р.
В табл. 1.1 приведены значения скорости
звука в некоторых газообразных и жидких
средах, а в табл. 1.2 — в твердых средах и
телах, в последних — для случая продоль-
продольных колебаний в стержнях. На рис. 1.1 дана
зависимость скорости звука и плотности
воздуха от высоты иад уровнем моря, а
на рис. 1.2 — зависимость ее от температуры
воздуха. На высоте 10 км скорость звука
составляет 90 % от скорости иа уровне моря
(см. рис. 1.1). При изменении температуры
на 50 скорость звука изменяется на 10 %
(см. рис. 1.2). Для температуры воздуха
15 ... 20°С и давления 760 мм рт. ст. с =
= 340 ... 343 м/с.
Таблица 1.1. Скорость звука и удельное
акустическое сопротивление1
для газов и жидкостей
Среда
Водяной пар
Воздух
Воздух
Гелий
Вода пресная
Вода соленая
3,5%-ная
т
а.
«пера
Но
100
0
20
0
15
15
d
относ
м*
as
0,58
1,29
1,20
0,18
999
1027
и
л
н
405
331
343
, 970
1430
1500
8 .
а, о | -^
>' а:° х X
230
428
413
172
1430
1550
с =
Определение
в § 1.2.
акустического сопротивления см.
где Y — коэффициент адиабаты; у — Ср/Су,
Ср и Су — теплоемкость среды при постоян-
постоянном давлении и при постоянном объеме. Для
газов это отношение составляет от 1,668
(для аргона) до 1,28 (для метана). Для воздуха
оно равно 1,402 при 15°С и давлении
Для колебаний с периодом Т длина звуко-
звуковой волны, т. е. расстояние между соседними
фронтами волны с одинаковой фазой колеба-
1 Что соответствует 760 мм рт. ст.
Таблица 1.2. Скорость звука и удельное
акустическое сопротивление для твердых тел
и материалов
Материал
Железо
Дуб
Сосна
Лед
Пробка
Каучук на-
натуральный
Мрамор
Гранит
Плестиглас
Стекло
"ж
X
о.
л
IOTHOC
7800
700
500
916
240
950
2600
2700
1180
3250
Скорость
звука,
м/с
.
Я X О
5850
4170*
5030*
—
—
—
—
—
—
5660
< X
и
&«в ° о,
С X Я V»
5170
1520**
1450**
3200
500
30
3810
3950
2820
5300
Удельное
акустическое
сопротивление
р . кг/(м*-с)х
хюв
1 в
|fg
Й X U
45.6
2,92*
2.77*
—
—
—
—
—
—
18,5
1 х * *
= |||
40,4
1,06**
0.8**
2,93
0,12
0,028
9,9
10,7
3,3
17,3
* ПО волокну. ** Радиальная.
иий, например, между максимумами или
минимумами колебания, X — с Т, а частота
колебаний / = \1Т. Частоты акустических
колебаний в пределах 20 ... 20 000 Гц назы-
называют звуковыми, ниже 20 Гц — инфра-
звуковыми, а выше 20 000 Гц — ультра-
ультразвуковыми1. Звуковые частоты делят на низ-
низкие, средние и высокие. Примерная граница
между низкими и средними частотами состав-
ляет 200...500 Гц, между высокими и сред-
средними 2000 ... 5000 Гц. Если речь идет только
об акустических процессах, то обычно прила-
прилагательное «звуковые» опускают.
На рис. 1.3 приведена зависимость длины
волиы К = elf от частоты колебаний / для
частот колебаний 30 ... 10 000 Гц для темпе-
температуры 20°С и атмосферного давления 760 мм
рт. ст., т. е. для скорости звука, равной
343 м/с. В этом диапазоне длины волн нахо-
находятся в пределах 11,4м ... 3,43 см. Для часто-
частоты 1000 Гц длины звуковой волны в этих
условиях равна 34,3 см.
Пример. Найти длину волны на частоте
500 Гц при температуре 0°С и давлении
760 мм рт.ст.
На рис. 1.2 находим скорость звука
при 0°С, она равна 330 м/с, следовательно,
на частоте 500 Гц длина волны Х = 330/500 ~
= 0,66 м = 66 см.
1 Иногда вводят понятие гиперзвуковых
колебаний со сверхвысокими частотами, точ-
точных границ лли них нет.
/ОС, О,
КГ М_
мгс с
400 Z50
300 520
200 3/0
ЯЮ 300
0 W0
о'с
\
Ч
¦с
/с
0,5
2 4 6 8 10 h,KM
Рис. l.l. Зависимость скорости звука с, плот-
плотности воздуха р и удельного акустического
сопротивления рс от высоты над уровнем моря
для температуры 0°С (на земле)
С,м/с
350
340
330
320
3W
SOOVL—I 1 1 L_l
-50 0 40 t0 30 t, С
Рис. 1.2. Зависимость скорости звука в црзду-
хе от температуры для нормального атмосфер-
атмосферного давления 101 325 Па
/
/
/
/
/
/
/
Х,см
too
10
t
ч
ч
::::
w
too
moo
Рис. 1.3. Зависимость длины волны в воздухе
от частоты при 20° С н нормальном атмосфер-
атмосферном давлении 101 325 Па
1Л. ЛИНЕЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
К линейным характеристикам звукового
поля в жидкостях и газах относят звуковое
давление, смещение частиц среды, скорость
колебаний и акустическое сопротивление
среды.
Звуковым давлением в газах и жидкостях
называют разность между мгновенным зна-
значением давления ра.м в точке среды при
прохождении через нее звуковой волны и
статическим давлением в той же точке, т. е.
Р — Рл,ы — Ра.с-
Звуковое давление — величина знакопере-
знакопеременная: в моменты сгущения (уплотнения)
частиц среды она положительная, в моменты
разрежения (расширения) среды — отрица-
отрицательная. Эту величину оценивают по ампли-
амплитуде или по эффективному значению. Для
синусоидальных колебаний эффективное зна-
значение составляет 1/~\/2= 0,701 амплитуд-
амплитудного.
Звуковое давление представляет собой
силу, действующую на единицу поверхности:
р = FIS. В системе СИ его измеряют в нью-
ньютонах на квадратный метр (Н/м*). Эта еди-
единица называется Паскалем и обозначается
Па,. В абсолютной системе CGS единиц звуко-
звуковое давление измеряют в динах на квадрат-
квадратный сантиметр: 1Па=1 Н/м2 = 10 дни/см2 =
= I кг/(м«с2). Ранее эту единицу называли
баром1. Но так как единица атмосферного
давления, равная 10е дин/см2, также назы-
называлась баром, то при стандартизации назва-
название «бар» осталось за единицей атмосферного
давления. В системах связи, вещания и в по-
подобных системах имеют дело со звуковыми
давлениями, не превышающими 100 Па, т. е.
В 1000 раз меньшими атмосферного давления.
Смещением называют отклонение частиц
среды от ее статического положения под
действием проходящей звуковой волны. Если
отклонение происходит по направлению
движения волны, то смещению приписывают
положительный знак, а при противополож-
противоположном направлении — отрицательный знак.
Смещение измеряют в метрах (в системе СИ)
или сантиметрах (в абсолютной системе
CQS единиц).
Скоростью колебаний называют скорость
движения частиц среды под действием про-
проходящей звуковой волны: v = duldt, где
и — смещение частиц среды; t — время.
При движении частицы среды в направле-
направлении распространения волны скорость колеба-
колебаний считается положительной, а в обратном
направлении — отрицательной. Заметим, что
эту скорость нельзя путать со скоростью
движения - волны, которая постоянна для
данных среды и условий распространения
воли.
Скорость колебаний измеряют в метрах
в секунду (м/с) или в сантиметрах в секунду
(см/с).
Удельным акустическим сопротивлением
называют отношение звукового давления р к
скорости колебаний v : j = ph. Это спра-
справедливо для линейных условий, в частности
когда звуковое давление значительно меньше
статического. Удельное акустическое сопро-
сопротивление определяется свойствами среды или
материала и условиями распространения волн
(см. § 1.5 — 1.7). В табл. 1.1 и 1.2 приведены
значения удельного сопротивления для ряда
сред и условий, а на рис. 1.1 дана зависимость
удельного сопротивления от высоты над
уровнем моря. В общем случае удельное
акустическое сопротивление — комплексная
величина fa = ша + i qa, где wa и qa —
активная и реактивная составляющие удель-
удельного акустического сопротивления. (Прилага-
(Прилагательное «удельное» часто для краткости
опускают.) Размерность удельного акусти-
акустического сопротивления в системе СИ —
Па-с/м (кг/(м2«с)), а в абсолютной системе
CGS — дин-с/см8 (г/(см2-с)). Если известно
удельное сопротивление J г/(см2-с), то
пользуются соотношением 1 г/(см2с) =
== 10 кг/(м2-с).
Сдвиг фаз г|> между звуковым давлением
и скоростью колебаний может быть опре-
определен из формулы tgi|? = Яя^Щ-
1.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
К энергетическим характеристикам звуко-
звукового поля относятся интенсивность звука
и плотность энергии.
Интенсивностью звука или силой звука
называют количество энергии, проходящее
в секунду через единицу площади, перпенди-
перпендикулярной к направлению распространения
волны. Обозначают ее /. Единицей интенсив-
интенсивности звука является ватт на квадратный
метр (Вт/м*) в системе СИ, эрг иа квадратный
сантиметр в секунду (эрг/(см2«с) в абсолют*
ной системе CGS единиц: 1 Вт/м2 =
= 103 эрг/(см2-с).
Для периодических процессов / =
1 Т
= — f p v dt, где р и v — мгновенные
т о
значения звукового давления и скорости
колебаний; Т — период колебаний. Для не-
Т
периодических процессов /= Hm fp v dt.
Для синусоидальных колебаний интенсив-
интенсивность звука связана со звуковым давлением
и скоростью колебаний соотношениями
/ =0,5pm vm cos i|> = рэ vB cos i|>=
1 В ГДР и ФРГ ее называют микробаром,
что соответствует и отечественным стандар-
стандартам.
где1рт и vm — амплитуды звукового давления
и скорости колебаний; р» и v9— их эффектив-
8
ные значения;' ч|> — сдвиг фаз между звуко-
звуковым давлением и скоростью колебаний;
ja — удельное акустическое сопротивление;
а>а -¦¦— активная составляющая удельного
акустического сопротивления.
Плотностью энергии е называют количест-
количество звуковой энергии, находящейся в единице
объема. Единицей плотности является
джоуль иа кубический метр в системе СИ
и эрг на кубический сантимер в абсолютной
системе CGS единиц: 1 Дж/м* = 10 эрг/см8.
Плотность энергии е связана с интенсивно-
интенсивностью звука / и звуковым давлением рэ
соотношением е= lie — pf/(c8p).
1.4. УРОВНИ
Общие сведения. В акустике, радиовеща-
радиовещании и электросвязи за уровень параметра
принимают величину, пропорциональную
логарифму относительного значения этого
параметра1. Таким образом, при использо-
использовании десятичных логарифмов для пара-
параметра /С уровень N = a Lg (/С//Со), где а —
коэффициент пропорциональности, определя-
определяемый размером выбранных логарифмичес-
логарифмических единиц. Если выбрать а— 1, уровень
энергетических параметров будет измеряться
в белах (Б): N9 = lg (лэ//Соэ). в этом случае
для линейных параметров уровень Ыл =
= 2 lg (/Сл/Кол). так как /Сэ=/С2.
Более удобной единицей оказалась 0,1 бе-
бела — децибел (дБ), и поэтому пользуются
следующими выражениями для определения
уровней: для энергетических параметров
Na = 10 lg (Ка/Ко9) и для линейных Nn =
= 20 lg (кл/КОл). /Со—условное значение
параметра, которое соответствует нулевому
значению уровня, и поэтому его часто назы-
называют нулевым значением, или нулевым уров-
уровнем. Если /Со нормировано, то соответст-
соответствующий уровень параметра называют абсо-
абсолютным, во всех других случаях уровень
называют относительным. Обычно прилага-
прилагательное «абсолютный» для краткости опуска-
опускают.
Относительный уровень связи с абсо-
абсолютным следующим равенством #отн =
=#абс(К)-ЛГабс(К0), где Na6c (К) -абсо-
-абсолютный уровень для заданного значения
параметра /С; #абС (/Со) — абсолютный уро-
уровень для заданной величины параметра Ко.
Оба уровня определяют относительно нор-
нормированного значения /Со- Ранее широко
применялась единица уровня иепер: 1 Нп =
= 8,68 дБ или 1 дБ = 0,1151 Нп. Для пере-
перевода из децибел в неперы можно пользовать-
пользоваться рис.1.4.
Изменение энергетического параметра в
2 раза соответствует изменению уровня на
3 дБ, в 4 раза — иа 6 дБ, в 10 раз — на
7,0
0,8
0,6
0,4
0,1
/
/
/
ГУ
у
4 $ 8 дб
Рис. 1.4. Зависимость между величинами уров-
уровня в децибелах и неперах для значений уров-
уровня 0... Ю дБ
10 дБ, в 100 раз — на 20 дБ, в Юп раз — на
Юп дБ. Изменение линейного параметра
в 2 раза соответствует изменению уровня на
6 дБ, изменение его в 4 раза — на 12 дБ,
изменение в 10 раз—на 20 дБ, изменение
в 100 раз — иа 40 дБ, в Юп раз — на 2п-10 дБ
и т. д. Если даны два уровня И надо найти
«суммарный уровень», например уровень
суммарной мощности, то поступают следую-
следующим образом: находят разность между уров-
уровнями и к большому уровню добавляют поправ-
поправку, приведенную на рис. 1.5 для различных
значений разности уровней. Такое суммиро-
суммирование пригодно только в случаях независ»-
мости процессов друг от друга. '
Пример. Заданы уровни 63, 60, 65 и62 дБ.
Найти суммарное значение уровня.
Первый метод (последнее суммирование).
Располагают уровни в ряд > по уменьшению:
65, 63^ 62, 60 дБ. Суммируют 65 и 63 дб.
Разность их равна 2 дБ, поправка из рис. 1.5
равна 2,1 дБ. Следовательно, суммарный
уровень 65 + 2,1 *= 67,1 дБ. Суммируют его
с уровнем 62 дБ. Разность равна 5,1 дБ,
поправка будет равны 1,2 дБ. Суммарный
уровень 67,1+1,2=68,3 дБ. Суммируют
2,5
г
V
\
\
ч
1 Термин «уровень» применяют и в других
смыслах, например, для ряда значений сиг-
сигнала при его квантовании.
2 4 6 8 t0 1Z14 Bf-ВьДб
Рис. 1.5. Зависимость добавки к большему
уровню от разности уровней при сложении
двух уровней по интенсивности
его с уровнем 60 дБ. Разность равна 8,3 дБ.
Поправка 0,6 дБ. Окончательно значение
суммарного уровня Ns = 68,3+0,6 = 68,9 дБ.
Метод удобен при небольшом числе сла-
слагаемых уровней.
Второй метод. Переводят уровни в отно-
относительные значения для энергетических пара-
параметров. По формуле К = 100>1JV находят
/Св5= 3,16.10е, Л*вз= 2.10е, /Си= 1,58.10е
и К«о ~ 10е. Затем суммируют полученные
величины параметров: лг = C,16+ 2 +
+ 1,58+ 1) • 10е = 7,74.10е. По той же фор-
формуле находят, что для значения параметра
К = 7,74 ближайшее значение уровня
8,9 дБ. Следовательно, суммарный уровень
Nz = 60 + 8,9 — 68,9 дБ. Этот метод удо-
удобен при большом количестве суммируемых
уровней.
Последовательный метод суммирования на
микрокалькуляторе без программирования
для тех же уровней. В уме надо перевести
децибелы в белы (уменьшить в 10 раз) и за-
затем проделать следующие операции: 6,3;
10х; 6; 10х; +; 6,5; 10х; +; 6,2; 10х; +; лг;
10; X. Результат в х получится в децибелах
F8,9).
Если надо подряд провести несколько
раз подобное суммирование, то можно ввести
в микрокалькулятор следующую программу:
00 Пх1; 01 10х; 02 Пх2; 03 10х; 04 +; 05 ПхЗ;
06 10х; 07 +; 08 Пх4; 09 10х; 10 +; 11 Пх5;
12 10х: 13 +; 14 лг; 15 1; 16 0; 17 X; 18 с/п.
Ввести в память хП1 Nj.; хП2 N2; хПЗ N8;
хП4 N4; хП5 N5 в белах. Результат будет
в децибелах.
Электрические уровни. За условное
(нормированное) значение нулевого уровня
электрической мощности Ро принимают
1 мВт. Абсолютный уровень электрической
мощности
Np = 10 lg (P/Po) = 10 lg (РВт/10-з; =
где ^мвт — мощность в милливаттах;
ЯВт — мощность в ваттах. Этот уровень
мощности измеряют в децибелах мощности
(дБм). Соответственно абсолютный уровень
по напряжению
Nv-20 lg (?//?/„) ^20 lg (l/B/0,775) =
где Uo = 775 мВ — условное (нормирован-
(нормированное) значение нулевого уровня напряжения;
UB — действующее значение напряжения,
В; ?/мВ — действующее значение напряже-
напряжения, мВ.
Уровни по мощности совпадают с уровня-
уровнями по напряжению при условии измерения
их на сопротивлении, равном 600 Ом. Если
сопротивление нагрузки RH отличается от
600 Ом, то уровень по мощности отличается
от уровня по напряжению (току) на вели-
величину
ЛГр-Л^=1018F00/Ян) =27,8-10 lg*H,
где RH — сопротивление нагрузки, Ом.
Пример. Найти уровень мощности и
уровень по напряжению, если сопротивле-
сопротивление нагрузки 250 Ом, а напряжение на на-
нагрузке 5 мВ.
Уровень по напряжению Nv = 20X
XlgE/775) =—43,8 дБ. Уровень по мощности
Np = 101g(?/V(*HP0)) = 10 lg [E-10-»)»/
B50- 10-»)J = — 40 дБм. Эту разность
между уровнями по мощности и по На-
Напряжению можно найти из выражения
Np — Nv= 10 lg F00/250) = 3,8 дБ. Этот
расчет на микрокалькуляторе1: 0,005 В
0,775 лг 20 X х = — 43,8 — уровень, дБ,
по напряжению; 0,005 х2 250 : 1000 X лг
10 X х = — 40 тоже по мощности, дБм:
600 В 250: лг 10 X х=3,8 разность уровней,
дБ. Определение уровня по мощности
Р(Вт) В 1000 X лг 10 X х=дБм; определение
уровня по напряжению U (В) В 0,775: лг
20 X х = Ny, дБ; определение мощности
по уровню Np (дБм) В 10: 10х 1000: х = Р,
Вт, определение напряжения по уровню
Nv (дБ) В 20: 10х 0,775 X х = U, В.
Акустические уровни. За условное (нор-
(нормированное) значение нулевого уровня интен-
интенсивности звука принята интенсивность, рав-
равная 10~12 Вт/ма или 10~e эрг/(см2-с). Абсо-
Абсолютный уровень интенсивности в децибелах
h = Ю lg (///„) = 10 lg (/Вт/Ю-«) =
= 101g/BT+120=-101g(/8pr/10-«),
где /Вт — уровень интенсивности, Вт/м2;
/эрг — уровень интенсивности, эрг/(см2-с).
Уровень по звуковому давлению в деци-
децибелах для воздуха определяют относительно
звукового давления по величине, соответ-
соответствующей нулевому значению уровня интен-
интенсивности для удельного акустического сопро-
сопротивления, равного 400 кг/(м2-с)=40 г/(см-с)*,
т. е. уровень определяется выражением
Lp = 20 lg (p/p0) = 20 lg (рПа/B.10-*)) =
= 20 lg рш + 94 = 20 lg [рд/B.10-«)], где
р0 — условное действующее значение для
нулевого уровня по звуковому давлению
(ро=21О-к Па=2-10-4 дин/см8); рт —
действующее значение звукового давления,
Па; рд — то же самое, дин/см2.
Уровень по плотности энергии в деци-
децибелах для воздуха принято определять относи-
относительно плотности, соответствующей нулево-
нулевому значению интенсивности для скорости
• звука, равной 333 м/с, т. е. уровень опре-
1 Знаки «точка с запятой» — опущены.
*Так как расчеты обычно ведут для сопро-
сопротивления 413 кг/(м2-с), то получается рас^
хождение между Lj и Lp, равное 0,14 дБ.
10
деляется из выражения Le — 10 lg (e/e0) —
= 10 lg (еДж/C-10-")) = 10 lg (еэрг/C.10"")),
где е0 = 3- Ю-16 Дж/м3 = 3-10~14 эрг/см8 —
условное значение нулевого уровня по
плотности энергии; еДж — плотность энергии
Дж/м3; еэрг — плотность энергии, эрг/см3.
Пример. Интенсивность звука равна 2х
ХЮ~4 Вт/ма. Найти уровень интенсивности:
L7 = 101gB.10-*/10--12) =
Пример. Звуковое давление составляет
0,1 Па. Найти уровень звукового давления:
Lp = 201g@,L/B.10-6)) =
= 20lgE.10»)=74flB.
Пример. Уровень интенсивности равен
120 дБ. Найти интенсивность и звуковое
давление:
Приводим те же расчеты на микрокалькуля-
микрокалькуляторе. Определение уровней интенсивности и
звукового давления
2 ВП 4 /—/ В 1 ВП 12 /—/: лг 10 X х = 83
(L,, ДБ)
0,1 В2ВП5/—/: лг20Х x = 74(Lp, дБ).
Для уровня интенсивности 120 дБ:
интенсивность 120 В 120—10: 10х х = 1
(/, Вт/ма)
звуковое давление 120 В 94 — 20: 10х х =
= 20 (р, Па).
1.5. ПЛОСКАЯ ВОЛНА
Фронт плоской волны — плоскость, зву-
звуковые лучи идут параллельно друг другу.
Энергия в плоской волне не расходится в
стороны, интенсивность звука практически
не зависит от расстояния, прошедшего вол-
волной, если пренебречь потерями на вязкость
среды, молекулярное рассеяние, турбулент-
турбулентное затухание и дифракцию волн.
Амплитуды звукового давления и скорости
колебаний в этом случае также не зависят
от расстояния, прошедшего волной.
Волновое уравнение для плоской волны
где t — время; х — координата; р — плот-
плотность среды; ра.с — атмосферное давление;
V — коэффициент адиабаты.
Общее решение волнового уравнения для
плоской волны
второй член — волна. Движущаяся (бегущая)
в отрицательном направлении.
Типовое частное решение волнового урав-
уравнения для волны, распространяющейся в
положительном направлении:
p=pTOexp[ico(f—x/c)] =
&t— kx)],
где рт — амплитуда звукового давления;
© — угловая частота колебаний; <о = 2 я /;
/ — частота колебаний; k = <о/с — волновое
число.
Скорость колебаний
где с — скорость звука (скорость движения
волны); первый член — волна, движущаяся
(бегущая) в положительном направлении;
[i(&t—kx)] =
= vmexpli(o(t—x/c)],
где vm = <aum — амплитуда скорости ко-
колебании; um — амплитуда смещения.
Удельное акустическое сопротивление для
плоской волны чисто активное и составляет
Ьа = Р/» = PJvm = РэЧ = Р с. В табл. 1.1,
1.2 были приведены акустические сопротив-
сопротивления для плоской волны, распространяю-
распространяющейся в различных средах и телах, а на
рис. 1.1 —зависимость его в воздухе от вы-,
соты над уровнем моря.
Для воздуха при температуре 20 °С и
нормальном атмосферном давлении акусти-
акустическое сопротивление рс — 413 кГ/(ма-с) —
= 41,3 г/(сма-с). Интенсивность звука в
плоской Волне / = pmvm/2 — p9v9 — р29/(рс),
где р9 и иэ — эффективные значения зву-
звукового давления и скорости колебаний.
1.6. СФЕРИЧЕСКАЯ ВОЛНА
Фронт сферической волны представляет
собой сферу, в центре которой находится
источник колебаний, а звуковые лучи совпа-
совпадают с радиусами сферы.
Полная мощность звука, исходящая из
источника звука и расходящаяся по всем
направлениям, не изменяется по величине с
удалением от источника звука, если пренеб-
пренебречь потерями на вязкость среды и молеку-
молекулярное рассеяние, т. е. Ра = const. Интенсив-
Интенсивность звука с удалением от источника звука
уменьшается по квадратичному закону /г =
= l\lt2, где /j — интенсивность звука на
расстоянии единицы длины от центра источ-
источника звука; г — расстояние фронта волны
от этого центра. Звуковое давление для сфери-
сферической волны с расстоянием уменьшается
по Гиперболическому закону рт = pjr, где
Рх — звуковое давление на расстоянии еди-
единицы длины от центра источника звука.
Волновое уравнение для трехмерного
пространства
И
во
so
so
40
ZO
20
to
a
s.
ill
ill
III
i HI'
Hi
liN
Ul\
HI \
II \
III
ill
у
у
!i
II
II
II
V
*
in—
II
II
II
П
II
If
II
II
II
II
II
J
1
1
1
1
to
Phc. 1,6, Зависимость фазового угла между
звуковым Давлением и скоростью колебания в
сферической волне от отношения радиуса вол-
волны к длине волны
При преобразовании координат из прямо-
прямоугольных в сферические волновое уравнение
имеет вид
д8 (рг) _ . а2 (рг)
дР ° дг* '
Общий вид решения волнового уравнения
для сферической волны
где первый член соответствует волне, распро-
распространяющейся в положительном направле-
направлении от источника звука, а второй — в отри-
отрицательном (к источнику звука).
кГ/мгс
W
—
т ¦ !
7- ¦
= :
s =
i-
== 9 :
1 -
Г'"
11
На"
\ SN
Г"
III
Г"
?'-¦
Т"
Н
Г
"Г""
1 i
1
1
I
!!
1
1
1
0,01
0,001 OJM 0,1 1 Ю
Рис. 1.7. Зависимость удельного акустическо-
акустического сопротивления для сферической волны от
отношения удвоенного расстояния до центра
источника звука к длине волны (ша — актив-
активная составляющая; q& — реактивная составля-
составляющая)
Типовое частное решение для волны,
распространяющейся в положительном нап-
направлении:
Р= (P\lr) ехР [jw (t—r/c)] =
= (Pi/r) exp [i (Ш—kr)]^
i (Ш—kr)], pm=p1/r,
где г — расстояние от центра источника
звука (радиус волны); ш — угловая частота
колебаний; рх — амплитуда звукового давле-
давления на расстоянии единицы длины от центра
источника звука; k — (о/с — волновое число.
Скорость колебаний в сферической волне
i/= (vjr) exp {i [ы (t—r/c) — Щ , vjr = vm,
где vx — амплитуда скорости колебаний на
расстоянии единицы длины от центра источ-
источника звука:
ty — сдвиг фаз между звуковым давле-
давлением и скоростью колебаний; tg-ф = с/(<ог) =
= \/(kr) = Х/Bяг).
На рнс. 1.6 приведена зависимость сдвига
фаз в сферической волне от соотношения
между расстоянием фронта от источника
звука (от центра сферы) и длиной волны. Чем
меньше отношение длины волны к радиусу
волны (расстоянию от центра источника звука)
тем меньше сдвиг фаз между звуковым давле-
давлением, и скоростью колебаний. Определим угол
сдвига фаз на расстоянии 0,1 м от центра
источника звука для частоты 100 Гц (к =
= 3,43 м):
tg\p = c/Bnfr)=343/Bn-100-0,1) =5,48,
что соответствует углу ф = 80°. Для рас-
расстояния 1 м на частоте 1000 Гц (К == 0,343 м)
этот сдвиг фаз составляет
tgt|> = c/Bn/r)=343/Bn. 1000-1) =5,48- Ю,
что соответствует углу 3°.
На средних частотах для расстояний боль-
больше 1 м можно не считаться со сдвигом фаз.
Удельное акустическое сопротивление в
сферической волне
i(or
+ i
(ОГС
С2 i- (О2 Га
Активная составляющая акустического
сопротивления
и>а = рсш2 rV (с2 + <оа г2) = pck2 i*l A + k2 r2).
Реактивная составляющая
<7а =рсыгс/ (са+ wa г2) = pckr/ A + k2 ra).
12
Модуль сопротивлений
1.7. ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ВОЛНА
т. е. акустическое сопротивление в сферичес-
сферической волне по величине не превышает акусти-
акустического сопротивления в плоской волне.
На рис. 1.7 приведены активная и реактив-
реактивная составляющие удельного акустического
сопротивления для сферической волны.
Реактивное сопротивление имеет характер
инерционного сопротивления (см. разд. 4),
т. е. сопротивления массы, называемой «соко-
леблющейся». Сокол еблющаяся масса для
всей сферы
= 4яг3 р/A
г2),
где р — плотность среды; г — расстояние от
центра сферы.
При kr — 2яг/А, <; 1 соколеблющаяся
масса Ма = pVa, Va = 3 Vr, где Vr — объем
сферы с радиусом г.
Пример. Найти активную составляющую
акустического сопротивления сферической
волны и соколеблющуюся массу для следую-
следующих условий: гх — 0,25 м и /х = 100 Гц;
г8 = 1 м и /2 = Ю00 Гц, р =- 1,2 кг/м3.
Активная составляющая
ша1 = 413
4л2.1002-0,252
340а + 4л210020,25г
= 80,94 кг/(м2-с)
ша2=413
4я2;1000а-.12
340а+4я2.10002-12
= 410,8кг/(ма-с).
Соколеблющаяся масса
4я.0,253.3402
я2-10020,25а
:0,194кг=194г
4я-13-3403
3402 + 4яа-1000212
при kr = 2яг/Х > 1; Ма — 4 ягр/й=фХ/п.
Интенсивность звука в сферической волне
связана со звуковым давлением следующим
соотношением: / = рт/Bрс) = pl/(pc), где
рэ — эффективное значение звукового давле-
давления; рт — амплитудное значение звукового
давления.
Для цилиндрической волны фронт волны
имеет круглую цилиндрическую форму, ось
цилиндра совпадает с осью источника звука,
а радиусы цилиндра — со звуковыми лучами
(если источник звука имеет бесконечную
длину).
Интенсивность звука в цилиндрической
волне с расстоянием от источника звука убы-
убывает по гиперболическому закону /г — 1х1г,
а звуковое давление — по закону рг = Р\1~^г.
Цилиндрическая волна имеет место при озву-
озвучении пространства с помощью длинных
прямолинейных цепочек громкоговорителей
(см. разд. 8).
1.8. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН
Интерференция звуковых волн возникает
при одновременном распространении двух или
нескольких волн, распространяющихся в раз-
разных направлениях. Наибольший интерес
имеет случай, когда две звуковые волны с
одинаковыми амплитудами распространяются
в противоположных направлениях, т. е. обра-
образуется стоячая волна с пучностями и узлами.
Расстояния между соседними узлами, как
и расстояния между соседними пучностями,
равны половине длины волны (рис. 1.8), а
между пучностью и соседним узлом — четверо
ти волны. В пучности давления амплитуда
звукового давления равна удвоенной амплиту-
амплитуде бегущей волны, в узле амплитуда равна
1
У4.
w
Рис. 1.8. Распределение амплитуд звукового
давления и скорости колебаний при интерфе-
интерференция:
•а — для одинаковых амплитуд звукового давления;
б — для скорости колебаний; в ~- для неодинаковых
амплитуд звукового давления
Робр /-Pup — (Ртах ~~ PmIn) / (Ртах +" Pmin)
- A — 6)/A 4-6),
a Pmin/Pmax = 6, где б - коэффициент бегу-
бегущей волны. В этом случае поток энергии
создается только бегущей волной. Плотность
энергии состоит из двух составляющих —
плотности бегущей волны и плотности стоячей
волны:
Рис. 1.9. Иллюстрация отражения волн
нулю. Пучности давления и пучности скорости
колебаний не совпадают друг с другом, а
находятся на расстоянии четверти длины
волны (рис. 1.8, а и б). Точно так же в пучно-
пучности скорости колебаний амплитуда ее полу-
получается удвоенной.
В стоячих волнах поток энергии равен
нулю, поэтому их характеризуют или плот-
плотностью энергии, или квадратом звукового
давления. При неодинаковых амплитудах
прямой и обратной волн стоячая волна образу-
образуется из обратной волны и части прямой, по
амплитуде равной амплитуде обратной волны.
Остальная часть прямой волны образует бегу-
бегущую волну (рис. 1.8, в). Амплитуда ее по
звуковому давлению
Рбег = Рпр - Робр-
В пучности такой комбинаиии волны
амплитуды обеих волн складываются ртах =
= Рпр + Po6d» в Узле ~ вычитаются; pmIn =
— рп — Робр. Если известны значения
амплитуд давлений в пучности и узле, то
1.9. ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА
Если звуковая волна встречает на своем
пути какое-либо препятствие или другую
среду с иными параметрами, то происходит
отражение звуковой волны. Законы отраже-
отражения звуковых волн аналогичны законам
отражения световых волн: угол падения
ф! равен углу отражения щ (рис. 1.9).
Эффективность отражения характеризуют
коэффициентом отражения. В акустике коэф-
коэффициентом отражения называют отношение
интенсивности отраженной звуковой волны
Уотр к интенсивности падающей волны /Пад.
т. е. коэффициент отражения
Рис 1 10 Распределение амплитуд звукового
давления при отражении с различным сдви-
сдвигом фаз:
а-без сдвига фаз; б - со сдвигомi <j>aj иа 90; в-
со сдвигом фаз иа 180
ОЬотр =
' пад-
Эффективность отражения зависит от
степени различия акустических сопротивле-
сопротивлений обеих сред: если падающая волна имеет
звуковое давление рПад. т0 звуковое давление
в отражённой волне
Ротр==Рпад (апад
где ftOTP и а„ад - удельные акустические
сопротивления среды отражающей и среды,
в которой рассматриваются явления отраже-
отражения; Р — модуль коэффициента отражения по
давлению; 4> сдвигфаз в волнах давления
при отражении.
Прн отражении получается сдвиг фаз
между звуковыми давлениями падающей и
отраженной волн. Если сопротивления обеих
сред активны, то сдвиг фаз равен или нулю
(когда сопротивление отражающей среды
больше сопротивления первичной среды), или
180° (когда сопротивление отражающей среды
меньше сопротивления первичной среды).
Если одно или оба акустических сопротивле-
сопротивления имеют реактивные составляющие, то
сдвиг фаз получается между 0 и 180 .
Коэффициент отражения по интенсивности
определяется по формуле
Диад—
йпад 4-Дотр
Определим коэффициент отражения (по интен-
интенсивности звука) от границы раздела воздуш-
воздушных масс с температурами 20 и 0 L. ьерем
данные из табл. 1.1 и подставляем их в форму-
формулу. Имеем
| 428-413
«отр- 428_1-413
V
14
т. е. ничтожно малый коэффициент отражений.
В случае, когда отражение происходит
от границы воздуха и водяного пара, коэф-
коэффициент отражения составляет
413—230
Среда 1
413 + 230
=0,08,
т. е. отражается 8 % всей энергии.
Если отражение происходит от воды (прес-
(пресной), то коэффициент отражения
4.3-..43.Н). ,
413+1,43.10е
т. е. отражается 99,94 % всей энергии.
Коэффициенты отражения зависят от угла
падения звуковых волн, поэтому в таблицах
обычно приводят величины диффузных коэф-
коэффициентов отражения, измеренных для все-
всевозможных углов падения волн и нормальных
(для угла падения 90°).
Если сдвиг фаз по давлению при отраже-
отражении равен нулю (акустическое сопротивле-
сопротивление отражающей среды много больше акусти-
акустического сопротивления первичной среды),
то у границы раздела сред получается
пучность звукового давления (рис. 1.10, с),
а скорость колебаний будет иметь узел колеба-
колебаний. При обратном соотношении акустичес-
акустических сопротивлений обеих сред сдвиг фаз
для звукового давления получается равным
180°: у границы раздела будут узел звукового
давления (рис. 1.10, в) и пучность скорости
колебаний.
Если сдвиг фаз при отражении по звуково-
звуковому давлению отличается от 0 и 180°, то узлы и
пучности соответственно сдвигаются от поверх-
поверхности раздела сред. На рис. 1.10, б показан
случай сдвига фаз на 90 .
1.10. ПРЕЛОМЛЕНИЕ ЗВУКА
Звуковая волна, падая на поверхность
раздела двух сред, как и световая волна,
частично проходит в другую среду. При этом
происходит преломление волны, т. е. если
волна падает на поверхность раздела под
углом фх, то в следующей среде направление
движения волны (звукового луча) будет под
углом фа. Отношение угла падения к углу
преломления (рис. 1.11) определяется отноше-
Рис. 1.12. Иллюстрация изгиба
звуковых волн при изменении
скорости звука:
а — при уменьшении ее; б — при уве-
увеличении
сг
cpeffal
Рис. 1.11. Иллюстрация преломления волн
нием скоростей распространения звуковых
колебаний в этих средах: sin фх/sin ф2 =
= Cj/ca, где Cj и с2 — скорости звука в обеих
средах. Если удельные акустические сопротив-
сопротивления обеих сред близки друг к другу, то
почти вся энергия перейдет из одной среды
в другую, а если при этом среды (или мате*
риалы из них) будут иметь разные скорости
звука, то можно сделать акустические линзы
из Таких материалов (см. разд. 6).
Если среда имеет переменные параметры
(например, атмосферное давление и плот-
плотность), то происходит изгиб звуковых волн
(рис. 1.12). Например, для горизонтального
распространения волны при постепенном
увеличении Скорости звука с высдтой звуко-
звуковой луч будет изгибаться вниз (рис. 1.12, а),
а при уменьшении — вверх (рис. 1.12, б).
На изгиб звуковых волн сильно влияют
ветер и потоки воздуха в различных направ-
направлениях.
Пример. Вследствие воздушных течений
и ветра скорость распространения звуковых
волн изменяется на 1 м/с при изменении
высоты на 2 м. Определить траекторию распро-
распространения волны, если начальный угол звуко-
звукового луча к вертикали 89°, а скорость распро-
распространения 340 м/с.
Будем считать, что скорость звука меняет-
ся скачками по 1 м/с. При падении на сосед-
соседний слой под углом 89° произойдет преломле-
преломление звукового луча. Угол с вертикалью будет
составлять фх = arcsin l(cjco) $шф0]. Под-
Подставляя в эту формулу 89°, получаем угол
Фх = arcsin [C39/340) sin 89°] = 85,5°. В этом
Увеличе
ние с
Уменьшение с
15
Рис. 1.13. Траектория звукового луча прн рас-
распространении его вдоль земной поверхности,
если скорость звука изменяется с высотой
слое луч будет находиться до встречи со
следующим слоем. Определим по той же
формуле угол преломления при переходе
луча в следующий слой. Он равен 83,7Ь. Для
следующего слоя получим 82,3° и т. д. Для
десятого преломления угол будет составлять
76°, Для тридцатого — 61,9°. При этом луч
отклонится от горизонтали на 60 м и будет
находитьсй от первой точки преломления на
240 м. На рис. 1.13 нанесена расчетная траек-
траектория этого луча.
1.11. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН
Если размеры препятствия имеют величи-
величину меньше длины звуковой волны или волна
падает близко к краю препятствия (по сравне-
сравнению с длиной волны), то волна дифрагирует
вокруг препятствия (рис. 1.14). Конкретные
случаи рассматриваются в § 2.3 (дифракция
волн вокруг головы человека), в разд. 5
(дифракция воли около микрофона различной
формы: шар, цилиндр, куб) и в § 6.5 (дифрак-
(дифракция около акустического экрана).
1.12. ЗАТУХАНИЕ ВОЛН
В реальных средах звуковые волны
затухают вследствие вязкости среды и молеку-
молекулярного затухания.
На рис. 1.15 приведены зависимости
затухания звуковых волн из-за вязкости при
распространении их в сухом воздухе (от часто-
Рнс. 1.14. Иллюстрация дифракции звуковых
волн
ты колебаний и температуры), а на рис. 1.16 —
зависимости для молекулярного затухания от
частоты, влажности и температуры. Обе
зависимости дают затухание в децибелах на
километр.
Полное затухание N определяется суммой
затухания из-за вязкости NB и молекулярного
vVM. Для определения молекулярного затуха-
затухания по рис. 1.16, проводим прямые: .
а) от заданной точки на оси температур
(см. вертикальную ось внизу на рис. 1.16)
по горизонтали влево до пересечения с кривой
заданной относительной влажности, далее
по вертикали вверх до середины области
Т, по горизонтали вправо до пересечения с
кривой заданной частоты и затем по вертикали
вниз до пересечения с осью абсцисс графика
частот F;
б) от заданной точки на оси температур по
горизонтали вправо до пересечения с кривой
М, далее по вертикали вверх до пересечения
с осью абсцисс графика М.
Полученные таким образом на абсциссах
точки г и М соединением прямой, в точке
пересечения которой со шкалой декрементов
отсчитываем искомую величину NM по мас-
масштабу километрического затухания.
Пример. Найти молекулярное затухание
для температуры 15 °С, влажности 50%,
частоты 3 кГц. Из номограммы рис. 1.16 для
этих данных находим молекулярное затуха-
затухание, равное 4,3 дБ/км, и коэффициент затуха-
затухания (х — 250 см, а из рис. 1.15 — значение
вязкого затухания, равное 0,9 дБ/км. Общее
затухание составит 5,2 ДБ/км.
Звуковые волны затухают при распростра-
распространении вдоль поглощающей поверхности. При
этом чем больше коэффициент поглощения
этой поверхности, тем большее затухание
она вносит в распространяющуюся волну. В за-
зависимости от частоты затухание растет с уве-
увеличением длины волны (уменьшением частоты).
Например, при распространении звуковой вол-
волны касательно к поглощающей поверхности
(например, публики) происходит значительное
затухание звука. Так, на частоте 800 Гц зву-
звуковое давление уменьшается по квадратичному
закону вместо гиперболического. Точнее, на
этой частоте звуковая волна, испытывает до-
дополнительное затухание на 21 дБ при десяти-
десятикратном изменении расстояния (общее затуха-
затухание получается равным 41 дБ). На частоте
250 Гц дополнительное затухание составляет
3 дБ, а на частоте 6400 Гц — 8 дБ. На рис. 1.17
приведена эта зависимость.
Особо следует сказать о законах распро-
распространения звука на большие расстояния
(свыше 1 км). Оказалось, что кроме склассиче-
' ского» затухания, определяемого по рис. US
и 1.16, учитывающего влияние вязкости
среды и молекулярного затухания, более
существенную роль играет затухание из-за
турбулентности воздуха. Это затухание
определяется ветром и в немалой степени
потоками воздуха в вертикальном направле-
направлении* (из-за разности температур земли и воз-
воздуха, а также разности давлений по высоте).
16
По одним данным это затухание определяется
экспоненциальной функцией [ехр (—2 г/3)],
а по другим — специальными эксперимен-
экспериментальными кривыми. Сравнение их показало,
что экспериментальное затухание почти всегда
дает завышенные данные по сравнению с экс-
экспоненциальной. На рис. 1.18 приведены сред-
средние значения дополнительного (кроме влияния
вязкости и молекулярного затухания) зату-
затухания, измеренного на расстояниях 1; 2 и
4 км, и усредненное а также дано затухание
звука в акустической тени — кривая Т.
Дополнительное затухание имеет большой
разброс в зависимости от разных неучтенных
факторов. На низких частотах дополнитель-
дополнительное затухание почти не зависит от расстояния
до источника звука, на высоких частотах для
расстояний свыше 4 км это затухание также
почти не зависит от частоты, поэтому на даль-
дальних расстояниях высоких частот практически
не слышно.
Акустическая тень наблюдается примерно
в течение 25 ... 35 % всего времени, причем
3/4 его приходится на день.
1.13. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА
В ТРУБАХ
Для трубы удобнее пользоваться понятия-
понятиями объемного смещения и объемной скорости.
Этими понятиями пользуются и в случае рас-
распространения в открытом пространстве.
Объемным смещением называют произве-
произведение смещения частиц и среды на поперечное
сечение трубы U = uS.
10
=2
=
г : :
= : !
\\
V
=
! —
ЕЕ
1 Ч-
-
=
i
ll
7
i ——
40-
Фл
uWo
-Zv
,,.
Щ
4
4-
„
И1
с | : ; !
= i : i
= ::!!!
«... .
0,01
zoo
Рис. 1,15. Зависимость вязкого затухания
плоской звуковой волны в сухом воздухе от
частоты и температуры (указана на прямых)
Объемной скоростью называют произведе-
произведение скорости колебаний частиц среды на попе-
поперечное сечение трубы Q — vS.
Волновым сопротивлением называют от-
отношение звукового давления р к объемной
скорости Q в данном сечении трубы: ZB =
= p/Q. Оно связано с удельным акустйчеб-
ким сопротивлением &а соотношением ZB *=
= fa/S. Полное сопротивление ZM — Fly ==
~ Ь& S ~ %в 52, где v — скорость колебаний'^
Если источник звука находится в одном
конце трубы с постоянным поперечным сече-
г
It 1
U 7
I
I
lit
ш
Г
п
?.
/
1
у
-я*
J
/
/
?
/
ч
/
т
а\
20
/
т
t
1
-t—
bo
/J /
f/
ff
20
$r
ж
Влажность
60
80
//
s ¦
100%
°c
20
10
0
-10
°A
»._
F
\
3—
\
\
s
\
\
/
v
4
^\
2
N
\
N
\
5
\
V
\
N
10
\
4
—1
\
N
4
\
\
—\
\
кГц
\
\
\
/
\
f/
0,1 1 /10 100 1000
"м / дб/нм
7
г
j
1
r
1
1
(
M
Рис. 1.16. Зависимость молекулярного затухания плоской звуковой волны от темпе-
температуры, относительной влажности и частоты I
17
\
10
20\
30
200 400 800 1600 E200 Г,Гц
Рис. 1.17. Зависимость затухания звука от
частоты прн распространении его вдоль пуб-
публики для десятикратного изменения рассто-
расстояния
нием, а другой конец трубы удален в бесконеч-
бесконечность, то в такой трубе образуется плоская
бегущая волна (уравнение ее см. в § 1.5).
При этом предполагается, что поперечные
размеры трубы значительно меньше длины
волны.
Для трубы конечных размеров происходит
отражение звуковых волн от ее концов. В
трубе образуются две бегущие волны с встреч-
встречным направлением. Их сумма
р = р+ехр[ио(* — х/с)]
= (р+ — р-) exp [iio (t — x/c)] +
+ 2p_cos (iox/с) exp (i<o/),
где р+ и р— — амплитуды звукового давле-
давления в волнах, идущих от источника звука
(«прямая» волна) и к источнику (отраженная
волна); (р+ — р_) — амплитуда давления
в бегущей волне в том же положитель-
положительном направлении, что и «прямая» волна;
2 р— cos ((ох/с) — амплитуда давления стоячей
волны.
70
60
50
40
30
20
10
800 12001600 2000 2400 2800 П00
Рис. 1.18. Зависимость дополнительного зату-
затухания измеренного на различных расстояниях
от источника звука, и затухания, усредненно-
усредненного в акустической тени (кривая Г) в зависи-
зависимости от частоты
Входная удельная акустическая прово-
проводимость конечной трубы, закрытой с обоих
концов
где jx и 5а — удельные акустические сопро-
сопротивления отражающих материалов, находя-
находящихся на концах трубы; ре — удельное аку-
акустическое сопротивление среды, заключенной
в трубе; / — длина трубы.
Для частот со = ляс// или / = пс/21,
для которых длина волны связана с длиной
трубы соотношением / = пХ/2 (где л — любое
целое число), входное удельное акустическое
сопротивление чисто активно и минимально:
Si 52
т.е. Y
вх max —
1
5вх mln
Эти частоты называют резонансными частота-
частотами трубы.
Для трубы длиной 1 м резонансные часто-
частоты будут следующими:
л=1 /1Р = с/2/=343/2-1«172Гц;
л = 2 /ар = с// = 343/1=343Гц;
л = 3 /8р«515Гц и т. д.
2л—1 пс , 2л — 1
Для частот со = — или / =—-— X
? I 4
с
Х~ , для которых длина волны связана с дли-
длиной трубы соотношением / — B л — 1) А,/4, где
входное удельное акустическое сопротивление
имеет чисто реактивный характер и по вели-
величине достигает максимума:
У вхт1о= Пирс-\-(рс)/(Ь1Ы)] •
Соответствующие частоты называют анти-
антирезонансными. Для той же трубы антирезонаи-
сные частоты следующие:
Ь343 р
Я =2
1
/аар— .
с
I
3-е
4-1
3-343
I 4-1
= 429 Гц и т. д.
= 257 Гц;
Для воздуха обычно' входное удельное
акустическое сопротивление трубы численно
равно акустическому сопротивлению воздуха
для плоской волны, но с множителем —i,
т. е. оно имеет реактивный характер (упруго-
стное сопротивление—см. разд. 4).
18
раздел 1
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА
2.1. ВВЕДЕНИЕ
Все передачи по системам вещания,
телефонной связи, звукоусиления, записи и
воспроизведения звука и т. п. предназначены
для человека. Поэтому для правильного
проектирования и эксплуатации этих систем
необходимо знать свойства слуха человека,
тем более, что орган слуха человека является
своеобразным приемником звука, резко отли-
отличающимся от приемников звука, создаваемых
человеком.
Ухо человека обладает свойствами
частотного анализатора, дискретным восприя-
восприятием по частотному и динамическому диапа-
диапазонам (аналоговый звуковой сигнал превыша-
превышается в последовательность электрических
импульсов двоичного типа). Все эти операции
осуществляются во внутреннем ухе, в так
называемой улитке. В улитке находится
основная (базилярная) мембрана, состоящая
из большого числа волокон, слабо связанных
между собой. Вдоль основной мембраны рас-
расположены нервные окончания, каждое из
которых (а их свыше 20 000) возбуждается
от прикосновения к ним волокон основной
мембраны, посылая в слуховой центр мозга
электрические импульсы. Там эти импульсы
подвергаются сложному анализу, в результа-
результате которого человек определяет передаваемое
сообщение.
2.2. ВОСПРИЯТИЕ ПО ЧАСТОТЕ
Каждое из волокон основной мембраны
резонирует на вполне определенной для него
частоте. Сложный звук, состоящий из ряда
частотных составляющих, вызывает коле-
колебания ряда волокон соответственно часто-
частотам составляющих. На рис. 2.1 приведен
схематический разрез улитки основной мем-
мембраны. По оси абсцисс дано расстояние
(в миллиметрах) от начала улитки до со-
соответствующего волокна основной мембра-
мембраны, там же указаны частоты, на которые
отзываются эти волокна. Частоты ниже 60 Гц
воспринимаются по субъективным гармони-
гармоникам. На рис. 2.2 приведена эквивалентная
электрическая модель слухового анализатора.
В ней 140 параллельных звеньев — резона-
резонаторов, соответствующих волокнам мембраны;
последовательные индуктивности Lk соответ-
соответствуют соколеблющейся массе лимфы. Ток
в параллельных звеньях соответствует скоро-
скорости колебаний волокон. На рисунке приведе-
приведены числовые значения элементов модели.
Модель показала хорошее соответствие реаль-
реальной слуховой улитке.
Разрешающая способность слухового
анализатора невелика, полоса пропускания
резонатора слухового анализатора, определен-
Рис. 2.1. Продольный разрез улитки вдоль ос-
основной мембраны
ная на уровне —3 дБ, составляет для моно-
урального (одноухого) слушания на частоте
300 Гц около 50 Гц, на 1000 Гц — 60 Гц,
на 3000 Гц — 150 Гц. Эти полосы пропуска-
пропускания носят название критических полосок
слуха. Величины этих критических полосок
слуха для моноурального и бинаурального
(двуухого) слушания (по Флеттчеру) приве-
приведены на рис. 2.3. По данным Цвикера крити-
критические полоски слуха (см. рис. 2.3), названные
им «частотными группами», в 2—3 раза шире,
чем по данным Флетчера. Критическими
полосками по Флетчеру пользуются при
расчете разборчивости речи, а частотными
группами по Цвикеру — при расчетах гром-
громкости шума. Ширина частотных групп на
частотах выше 400 Гц близка к ширине треть-
октавных полос (см. кривую 4 на рис. 2.3).
Воспринимаемый слухом частотный диа-
диапазон ограничен снизу частотой 16...20 Гц,
а сверху — частотой 20 000 Гц. В этом диапа-
диапазоне человек запоминает только несколько
сотен градаций частоты, причем число этих
градаций резко уменьшается с уменьшением
интенсивности звука и в среднем составляет
не более 100...150. Соседние градации в
среднем отличаются друг от друга по частоте
не менее чем на 4 % (самые лучшие музыкан-
музыканты не могут заметить разницы в звучании
фильмов, снятых для кино, со скоростью
24 кадра/с при демонстрации их по телевиде-
телевидению со скоростью 25 кадра/с, и наоборот).
Человек косвенным образом может различить
Рис. 2.2. Эквивалентная электрическая схема
улитки:
L?-21,02 • 10-3 EXP @,029 k) Ги; L* =
=75,12 10-* EXP @,029 k) Гн; C*=553 • 1012 EXP
@,054 k) Ф; /?*=5,825- 103 EXP (-0,013 ft) Ом;
L' -0,067 Ги; /?о=7О,957 Ом
19
за
3?
28
24
20
16
Ы
^—^
¦ -
-
/2-
1
Г. ГЦ
35000
**¦
\ff'
W70a{
Mil Hi*
——-
*>*
^*
Г
^^
4
2
"L
**•
4
ОА,/~Ц
2000
1000
500
\300
:200
то
\50
100 2J0O 300 500 WOO 2000 3000 500010000
Рис. 2.3. Кривые частотной зависимости ши-
ширины критических полос и частотных групп
слуха в герцах (правые ординаты) и в деци-
децибелах I0 lgAf (левые ординаты) для моно-
урального (/) и бинаурального B) слушания
по Флетчеру, бинаурального слушания по
Цвикеру (<?), ширина третьоктавных полос
D)
AfTu,
100
50
20
10
5
2
1 2 5 1020 50100 200 500
Рис. 2.4. Кривые минимально ощущаемой де-
девиации тонов различной частоты \\ в функ-
функции частоты МОДУЛЯЦИИ /мод
4?иГц
20
10
5
2
О 20 40 Ю С,Д,6
Рис. 2.5. Кривые минимально ощущаемой де-
девиации тона частоты 1 кГц в функции уров-
уровня звукового давления при частоте модуля-
модуляции 4 Гц
| Н,Мелы
3000
2500
2000
/SffO
Г000
500
О 50 f00 200 500 2000 5000
40 300 WOO
\
V
\
ч
/
/
Рис. 2.6. Зависимость между высотой звука в
мелах и частотой в герцах
изменение частоты до 0,3 % на средних часто*
тах, например, при условии сопоставления
двух тонов, непосредственно следующих друг
за другом. А по биениям частот двух тонов
он может обнаружить разность частот до
десятых долей герца.
При медленном изменении частоты тона
по синусоидальному закону слух обнару-
обнаруживает эти изменения, когда девиация часто-
частоты составляет около 2 % от ширины частотной
группы. Например, на низких частотах шири-
ширина частотной группы равна 100 Гц, а мини-
минимально ощущаемая девиация равна 1,8 Гц.
На частотах выше 500 Гц ширина частотной
группы составляет 17 % от средней частоты
группы, а минимально ощущаемая девиация
равна 0,35 % от средней частоты, т. е. при-
примерно 2 % от ширины группы. На рис. 2.4
приведена зависимость минимально ощущае-
ощущаемой девиации А / тона от частоты модуляции
для разных частот тонов. Кривые даны для
уровня звука 70 дБ. Как видно, наиболее
заметной является частота модуляции 4 Гц.
На рис. 2.5 дана зависимость минимально
ощущаемой девиации от уровня тона 1000 Гц
(при частоте модуляции, равной 4 Гц). Как
видим минимально ощущаемая девиация
почти не изменяется для уровней тона выше
40 дБ. Для частотно-модулированных шумовых
полос минимально ощущаемая девиация в
6 раз больше, чем для чистых тонов.
Субъективную меру частоты колебаний
Звука называют высотой звука. Высота тона
на низких и средних частотах до 1000 Гц
для чистого тона почти пропорциональна
его частоте, на высоких частотах эта зависи-
зависимость близка к логарифмической. Условились
высоту тона с частотой 1000 Гц и с уровнем
ощущения 40 дБ считать равной 1000 мел
или 10 барк A барк = 100 мел). На рис. 2.6
дана зависимость высоты тона от его частоты
для уровня ощущения 40 дБ.
Для звука, состоящего из ряда составляю-
составляющих, его высота связана с частотами и интен-
сивностями составляющих сложным образом.
В тех случаях, когда надо выдержать субъек-
субъективный масштаб по частоте, пользуются
зависимостью рис. 2.6. Приближенно этот
масштаб считают линейным до частоты
800... 1000 Гц и логарифмическим выше часто-
частоты 1000 Гц. Такой комбинированный масштаб
для практики неудобен, поэтому применяют
логарифмический масштаб. За единицу высо-
высоты в атом случае принимают октаву и ее
доли. Октава представляет частотный интер-
интервал, для которого отношение крайних частот
равно 2. В табл. 2.1 приведены частотные
границы и средние значения частот для ок-
тавных диапазонов. Средние значения округ-
округлены. Измерительные октавные диапазоны
иногда делят на полуоктавные и третьоктав-
ные. Их границы определяют из той же таб-
таблицы и табл. 2.2, в которой даны средние
частоты третьоктавных полос (A/i/зокт)
фильтров, широко применяемых в измеритель-
измерительной электроакустической аппаратуре.
20
Таблица 2.1. Октавные диапазоны и их средние частоты1
Границы октавы, Гц
22,4...45
45...90
90... 180
180...355
355...710
710... 1400
1400...2800
2800...5600
5600... 11 200
11 200...22 400
Средняя
частота, Гц
Ширина
полосы, дБ
Границы октавы,
Гц
Гостированные измерительные октавы
31,5
, 63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16 000
Измерительные
12Д..25
25...50
50... 100
100...200
200...400
400...800
800... 1600
1600...3200
3200...6400
6400... 12 800
12 800...25 600
17,5
35
70
140
280
560
1120
2240
4500
9000
18 000
13,5
16,5
19,5
22,5
25,5
28,5
31,5
34,5
37,5
40,5
16...31.5
31.5...63
63... 125
125...250
250...500
500... 1000
1000...2000
2000...4000
4000...8000
8000... 16 000
Средняя
частота, Гц
22,5
1 45
90
180
360
710
1400
2800
5650
11 300
октавы для фильтров старого выпуска
11
14
17
20
23
26
29
32
35
38
41
1 «средние частоты определены как среднегеометрические.
18,8...37,5
37,5...75
75... 150
150...3О0
300...600
600... 1200
1200...2400
2400...4800
4800...9600
9600... 19 200
26,5
53
105
210
425
850
1700
3400
6800
13 600
Ширина
полосы, дБ
12
15
18
21
24
27
30
33
36
39
12,8
15,8
18,8
21,8
24,8
27,8
30,8
33,8
36,8
39,8
Границы третьоктавных полос по отноше-
отношению к средней частоте полосы определяются
отношениями 2~1/6: 1 = 0,891 и 1 :21/6 =
= 1,122, а ширина полосы
= 0,231 /ср.
В табл. 2.2 приведены величины шири-
ширины третьоктавных полос в герцах и в лога-*
рифмических единицах — в децибелах, т. е.
10 lg Д /j .3 окт- Последними часто пользуются
при расчетах.
В логарифмическом масштабе пользуются
следующими соотношениями между частота-
частотами в герцах и единицах длины:
, 1) для равномерного построения частот-
частотных зависимостей (предпочтительный ряд):
SO
20
10
50 700 200
500/0002000 5000 р~ц
Рис. 2.7. Кривая огибающей эквивалентного,
дискретного спектра для белого шума *
f, Гц
ед. длины
f, Гц
ед. длины
2) для
f, Гц
ед. длины
1 Гд
ед. длины .
. . 100
... 0
... 355
... 5,5
112
0,05
400
6
неравномерного:
... 100
... 0
... 450
... 6.5
120
0,8
500
7,0
125
1
450
6,5
140
1,5
550
7,4
140
1,5
500
7
160 180
2,0 2.6
600 650
7,8 8,1
160
2
560
7,5
200
' 3,0
700
8,4
180
2,5
630
8
225
3,5
800
9,0
200
3
710
8,5
250
4,0
900
9,5
224
3,5
800
9
275
4,4
1000
10,0
250
4
900
9,5
300
4,8
280
4,5
1000
10
350
5,5
315
5
400
6,0
21
Таблица 2.2. Параметры третьоктавных
Измерительные <
Границы полос, Гц
16...20
20...25
25...31.5
31.5...40
40...50
50...63
63...80
• 80... 100
100... 125
125... 160
160...200
200...250
250...315
315...400
400...500
500...630
630...800
800... 1000
1000... 1250
1250... 1600
1600...2000
2000...2500
2500...3150
3150...4000
4000...5000
5000...6300
6300...8000
8000...10 000
10 000... 12 500
12 500... 16 000
16 000...20 000
20 000...25 000
fr , Гц»
17,9
22,4
28,0
35,5
44,7
56,1
71,0
89,4
112
141
179
224
280
355
447
561
710
894
1120
1410
1790
2240
2800
3550
4470
5610
7100
8940
11200
14 100
17 900
22 400
фильтры
ГЦ
4
5
6,5
8,5
10
13
17
20
25
35
40
50
65
85
100
130
170
200
250
350
400
500
650
850
1000
1300
1700
2000
2500
3500
4000
5000
полос1
1/3 окт
ДБ
6
7
8,1
9,3
10
11,1
12,3
13
14
15
16
17
18,1
19,3
20
21,1
22,3
23
24
25,4
26
27
28,1
29,3
30
31,1
32,3
33
34
35,4
36
37
Нормализованные
f .Гц*
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
10 000
12 500
16 000
20 000
Гц
3,6
4,6
5,8
7,3 ,
9,2
11,5
14,5
18,5
23
29
36,5
46
58
73
92
116
146
183
230
290
365
460
580
730
920
1160
1460
1830
2300
2900
3650
4600
фильтры
/3 окт
дБ
5,6
6,6
7,6
8,6
9,6
10,6
11,6
12,6
13,6
14,6
15,6
16,6
17,6
18,6
19,6
20,6
21,6
22,6
23,6
24,6
25,6
26,6
27,6
28,6
29,6
30,6
31,6
32,6
33,6
34,6
35,6
36,6
1 Приведены нормализованные параметры третьоктавных полос, так как десятикратный интервал содер-
содержит 3,322 октавы, а не 31/3. Значения средних частот и ширины полосы для удобства пользования несколь-
несколько округлены.
* Эти частоты определены как среднегеометрические.
Здесь даны интервалы для диапазона
100 ... 1000 Гц. Для частотных диапазонов
10 ... 100, 1000 .. 10000 и 10 000 ...100 000 Гц
эти интервалы по оси частот соответственно
составляют 0,1; 10 и 100 от приведенных
выше интервалов для диапазона 100 ...1000 Гц
В силу дискретности восприятия слух
как бы превращает сплошной спектр в
дискретный, состоящий из конечного числа
составляющих по числу критических поло-
полосок слуха, охватывающих частотный спектр
fcP, Гц .... 50
L, дБ 19
/ср, Гц .... 1370
L, дБ 23,5
fcp, Гц .... 7000
L, дБ 32
звука (шума). Поэтому для получения стабиль-
стабильного шума в практике используют дискретный
спектр, состоящий из тональных составляю-
составляющих. На рис. 2.7 приведена огибающая диск-
дискретного спектра, заменяющего измерительный
шум со сплошным спектром типа белого шума.
Так, например, для получения белого шума
с общим уровнем 42 дБ надо брать следую-
следующие частоты с относительными уровнями,
приведенными ниже:
150
20
1600
24
8500
32,5
250
20
1850
24,5
10500
34
350
20
12150
25
13500
35
450
20,5
2500
,26
570
21
2900
26,5
700
21,5
3400
27,5
840
22
4000
28,5
1000
22
4800
29,5
1170
23
5800
30,5
22
Но если взять гармонический спектр с ос-
основной частотой не выше 80 Гц и с одина-
одинаковыми уровнями каждой гармоники, то
такой спектр также будет восприниматься
как сплошной белый шум.
2.3. ВОСПРИЯТИЕ ПО АМПЛИТУДЕ
Порог слышимости. Если волокно основ-
основной мембраны при своих колебаниях не
достает до ближайшего к нему нервного
окончания, то человек такой звук не слышит.
Но как только при увеличении амплитуды
колебаний волокна оно коснется нервного
окончания, произойдет это раздражение.
Нервное окончание сразу же начнет посылать
электрические импульсы в слуховой центр
мозга, и звук будет услышан. Этот скачко-
скачкообразный переход из слышимого состояния
в неслышимое и обратно называют порогом
слышимости. Абсолютное значение слухово-
слухового ощущения на пороге слышимости мало,
но все же имеет вполне конечное значение.
Порог слышимости зависит от частоты.
На рис. 2.8 приведены эти зависимости, при-
причем по оси ординат для удобства отложены
уровни звукового давления. Часто приходит-
приходится иметь дело с различными зависимостями
порога слышимости от частоты (см. рис. 2.8).
Разница между ними обусловлена различи-
различием в условиях измерений порога. Так, напри-
например, кривая 2 на рис. 2.8 дана для случая
измерения уровня тона в точке звукового
поля до размещений в ней головы человека
и при слушании двумя ушами (этот порог
называется бинауральным порогом по полю).
Кривая 1 дает порог слышимости для уровней
звука, измеренных около ушной раковины
при слушании через телефон (моноуральный
порог по давлению). Кривая 2 представляет
порог для фронтального падения звуковой
волны (фронтальный порог), кривая 3 —для
всестороннего (диффузный порог).
На рис. 2.9 приведена частотная зависи-
зависимость разности уровней звукового давления
в свободном поле, измеренном в точке, со-
соответствующей центру головы, и в слуховом
канале. На рис. 2.10 приведена частотная
зависимость разности уровней порога слыши-
слышимости при бинауральном и моноуральном
слушании.
Пороги слышимости имеют значительный
разброс в первую очередь из-за возрастных
изменений, а также из-за условий работы.
Статистическое исследование порогов слыши-
слышимости у посетителей Всемирной выставки
в Нью-Йорке в 1931 г. дало результаты,
приведенные на рис. 2.11. Пороги слышимос-
слышимости определялись для бинаурального слушания
в свободном поле в случае фронтального
падения звуковой волны.
Уровень ощущения. При плавном увели-
увеличении интенсивности звука выше пороговой
слуховое ощущение нарастает скачками по
мере увеличения числа возбужденных нервных
окончаний.
30
20
10
-го
-20
N
Ч
\
\
s
S
У
<*
/
К
'У
тч
50 700 200 400 6001000 2000 40006000
Рис. 2.8. Частотная зависимость уровней поро-
порога слышимости:
/ — для бинаурального слушания, когда давление
создается множеством источников звука, беспорядоч-
беспорядочно расположенных в горизонтальной плоскости во-
вокруг головы (диффузный • порог); 2 — для бинау-
бинаурального слушания, когда давление создается
источником звука, расположенным на некотором
расстоянии перед слушателем (фронтальный порог);
3 — для моноурального слушания, когда давление в
ушной раковине создается с помощью телефона
(порог по давлению)
Значения скачков А///о могут быть
найдены из рис. 2.12, на котором приве-
приведены едва заметные относительные измене-
изменения интенсивности звука в зависимости от
частоты тона. Из рисунка следует, что на
высоких и средних уровнях порог заметности
изменения интенсивности звука составляет
0,05 на частоте 1000 Гц; 0,15 — на 100 Гц
и 0,12 —на 8000 Гц. На низких уровнях
10
0
-ю
-20
-V*
•
•••
I»
>
й
I
-
»¦
У
ISO"
90"
С 1
§^
•
ч,
S
• •
J
Ч
..
100
500 1000 2000 4000Г/Ц
Рис. 2.9. Частотная зависимость уровней зву-
звукового давления у входа в слуховой канал и
звукового давления в свободном поле, изме-
измеренного в точке, соответствующей центру го-
головы под разными углами прихода звуковой
волны:
/ — кривая разности уровней звукового давления у
барабанной перепонки и звукового давления в по-
поле для «р»=0о: 2 — кривая разности уровней звуково-
звукового давления у барабанной перепонки и звукового
давления у входа в слуховой канал. Параметр кри-
кривых — угол между направлением звука и средин-
срединной плоскостью головы
23
мм
/
- - " ¦ 1
f
1
100 200 Щ 500 800/0002000 50008000
Рис. 2.10. Частотная зависимости разности
уровней порога слышимости при монаураль-
ном и биноуральном слушании
A4L
200300 500 8001000 200030005000f.ru,
Рис. 2.П. Статистическая частотная зависи-
зависимость порога слышимости при би на ура льном
слушании в свободном поле для случая фрон-
фронтального падения звуковой волны (параметр
кривых — процент лиц, пороги которых лежат
ниже величины параметра)
AI/I
Щ15 1152505001000 4000
02,5 2000 8000
Рис. 2.12. Частотная зависимость порога за-
метности относительно изменения интенсивно-
интенсивности тона Д/// (параметр кривых — уровень
ощущения тона)
1
A
V
\
щ
s
i
ощущения эти значения значительно больше:
для уровня 30 дБ они соответственно состав-
составляют 0,6 на частоте 100 Гц; 0,35 — на 1000 Гц
и 0,4 — на 8000 Гц. Следовательно, порог
заметности изменения интенсивности на вы-
высоких и средних уровнях ощущения состав-
составляет 0,2 ... 0,6 дБ, на низких уровнях он
доходит до нескольких децибел, а в среднем
немного менее 1 дБ.
Увеличение уровня интенсивности тона
в конце концов приводит к появлению ощуще-
ощущения боли, наступает болевой порог, который
на максимуме составляет по интенсивности
около 1 Вт/м2, тогда как минимальный порог
слышимости составляет на частоте 3000-Гц
около 10~13 Вт/м2, поэтому динамический
диапазон по уровню звука от порога слыши-
слышимости до болевого порога равен 130 дБ.
Между болевым порогом и порогом слыши-
слышимости несколько сотен элементарных скачков
ощущения, причем на низких и высоких
частотах их значительно меньше, чем на
средних. Дискретность восприятия слуха по
частоте и амплитуде дает около 22 000
элементарных градаций во всей области
слухового восприятия, ограниченных снизу
порогом слышимости, сверху — болевым
порогом и охватывающей диапазон частот
20 ... 20 000 Гц.
Вебер и Фехнер сформулировали следую-
следующий закон ощущения звука: одинаковые
относительные изменения раздражающей
силы вызывают одинаковые приращения слу-
слухового ощущения, т. е. слуховое ощуще-
ощущение попорционально логарифму раздражаю-
раздражающей силы: Е = a lg (///п.с)» где /п.с — раз-
раздражающая сила на пороге слышимости.
Величину Е называют уровнем ощущения.
При а = 10 уровень ощущения выражается
в децибелах: Е = 10 lg (///п.с)- Уровень
ощущения E — Lj — ?п.с» где ^-п.с — уровень
порога слышимости; Lj = 10 lg / + 120 —
уровень интенсивности звука /, Вт/м2. Уро-
Уровень ощущения представляет собой уровень
над порогом слышимости, т. е. относительный
уровень.
Громкость и уровень громкости. Уровень
ощущения неточно характеризует субъек-
субъективное ощущение. Введено понятие уровня
громкости. Условились за уровень громкости
любого звука (или шума) принимать уровень
в децибелах равногромкого с ним чистого
тона 1000 Гц. За единицу уровня громкости
принят фон, поэтому LG, фон = t7 юоо Гц,
дБ при Gx — Gjooorv гДе Gx и Оюоогц —
громкости испытуемого звука и тона 1000 Гц.
Чтобы определить уровень громкости какого-
либо звука, достаточно взять чистый тон
1000 Гц и изменять его уровень до тех пор,
пока его громкость не будет на слух одинако-
одинаковой с громкостью определяемого звука. При
этом искомая величина уровня громкости
этого звука будет численно равна уровню
эталонного тона A000 Гц). На рис. 2.13 при-
приведены кривые равной громкости, опреде-
24
Порог УроВень
Ролевого громкости, pf/?ff
^ощущения f2Q <poHt
140
/20
WO
80
60
40
20
О
громкости. Фон
щщ
.. 70
?
—- *
at-
t\71
/У.
5000Ю000
го
wo
500 WOV
a)
Рис. 2.13. Кривые равной громкости для бинаурального (а) н моноурального (б) слу-
3 456 8 Z Z4S68 Z 34S68
1000
б)
шания. Параметр кривых — уровень громкости
лениые для чистых тонов при слушании
двумя ушами.
Пример. Задан чистый тон с частотой
100 Гц и уровнем звукового давления, равным
60 дБ. Найти его уровень громкости при
слушании в свободном поле. Линии, соответ-
соответствующие абсциссе 100 Гц и ординате 60 дБ,
на рис. 2.13, а пересекаются между кривыми
с параметрами 30 и 40 фон. Следовательно,
уровень громкости определяемого тона равен
35 <Ьон.
1о мере повышения уровня кривые рав-
равной громкости приближаются к прямой линии,
параллельной оси частот, т. е. уровни гром-
громкости и звукового давления сближаются. .
Если слушание радиопередачи ведется в
среднем на уровне громкости 80 фон, то при
этом почти все частотные составляющие
звучат одинаково громко независимо от их
положения в частотном диапазоне. При умень
шении усиления приемника на 30 дБ, если
хотим, чтобы громкость низкочастотных сое-,
тавляющих около 100 Гц осталась в том же
соотношении с громкостью средних частот,
необходимо поднять их уровень на 17 дБ
(см. рис. 2.13, а). Поэтому в радиоприемни-
радиоприемниках высшего класса для слушания на низких
уровнях вводится соответствующая коррек-
коррекция на низких частотах.
Когда измеряют высокие уровни гром-
громкости шумов, то частотная характеристика
измерителя шумов (шумомера) берется близ-
близкой к равномерной, что соответствует субъек-
субъективному восприятию на высоких уровнях
громкости (см. рис. 2.13, а, кривые от 80 фон*
и выше). Но когда измеряют уровни гром-
громкости шумов низкого уровня, то показания
шумомера близки к субъективному ощуще-
ощущению громкости только в случае, если в шумо- '
мере введена коррекция, учитывающая то, что
при этом слух воспринимает низкие частоты
хуже, чем средние. Поэтому в шумомерах
при измерении низких уровней громкости
шумов вводятся коррекции на низких
частотах в виде снижения усиления в сто-
сторону низких частот. Так, если измерение
проводится на уровне громкости около 50
фон, то на частоте 100 Гц усиление должно
быть снижено по сравнению с частотой 1000 Гц
на 17 дБ (см. рис. 2.13, а, кривая 50 фон).
Вследствие этого в шумомерах имеются три
вида частотных характеристик: шкала А —
для уровней громкости около 40 фон (пользу-
(пользуются для измерения уровней в пределах
30 ... 55 фон); шкала В —для уровня гром-
громкости около 70 фон (пользуются для измере-
измерения уровней в пределах 55 ... 85 фон) и шкала
С — для уровней громкости выше 85 фон.
Однако шумомеры дают правильные пока-
показания уровня громкости только для чистых
тонов или узкополосных шумов, а для спект-
спектров, состоящих из нескольких составляю-
составляющих, и для широкополосных спектров их
показания соответствуют уровню звукового
давления с поправкой по кривой равной
громкости без учета взаимодействия состав-
составляющих (см. § 2.3). Поэтому, чтобы не сме-
смешивать показания с действительным уров-
уровнем громкости, такие показания шумомера
указывают не в фонах, а в децибелах (т. е.
для шкалы А). Соответствующий уровень
называют уровнем звука в децибелах.
Уровень громкости, хотя и характеризует
субъективное восприятие звука по уровню,
но масштаб уровней не соответствует дейст-
действительному субъективному масштабу. Напри-
Например, увеличение уровня громкости на 10 фон
в диапазоне уровней выше 40 фон соответст-
соответствует субъективному ощущению увеличения
громкости вдвое. Кстати, каждая градация
громкости в музыке больше или меньше
соседней вдвое (форте-фортиссимо, пиано-
пианиссимо и т. п.). На рис. 2.14 приведена
зависимость между уровнем громкости в
фонах и громкостью в сонах, измерения для
чистых тонов. Сон — единица громкости,
равная громкости тона с уровнем громкости
40 фон. В табл. 2.3 приведены измеренные
25
С, ООН
г
W
10
1
-2
/
1
/
А:
ю
10'
О 20 40 60 80 1,фон
Рис. 2.14. Зависимость громкости тона (в со-
нах) от уровня громкости (в фонах):
/ — экспериментальная; 2 — нормализованная
уровни громкости и громкость для наиболее
типовых звучаний.
Для LG ^ 40 фон зависимость между
громкостью G в сонах и уровнем громкости
в фонах для чистых тонов может быть выраже-
выражена в следующем приближенном виде: G =
о, 1 а„-40)
- 2 °
Заметим, что по этой формуле и табл. 2.3
получаются несколько заниженные значе-
значения громкости, особенно для ее больших
значений, по сравнению с экспериментальны-
экспериментальными данными рис. 2.14.
Введено понятие кривых равной неприят-
неприятности. Они представляют собой частотную
зависимость уровней интенсивности тона или
узкополосного шума, субъективно ощущае-
ощущаемых с одинаковой неприятностью. Эти уров-
уровни определяют путем подбора такого уровня
чистого тона 1000 Гц, который будет слышать-
слышаться одинаково неприятно с заданным уровнем
тона (или шума) на заданной частоте. На
рис 2.15 приведены кривые неприятности
для различных уровней (параметром кривых
служит уровень тона 1000 Гц). Для широко-
широкополосных шумов кривые равной неприятно-
неприятности соответствуют уровням шума в полосах
частотных групп. Для удобства эти кривые
пересчитывают в октавные уровни и относят
к средней частоте октавы. Соответствующие
80
62 125 250 500 10002000 Г,Гц
Рис. 2.15. Частотные зависимости уровня зву-
звукового давления тона одинаково неприятного
с тоном 1000 Гц заданного уровня (параметр
кривых — уровень тона 1000 Гц)
кривые названы предельными спектрами.
Для каждого предельного спектра определя-
определяют общий уровень громкости, измеренный
шумомером по шкале А. В табл. 2.4 приведены
предельные спектры (ПС) для разных уровней.
Число при них означает уровень шума в
октавнои полосе со средней частотой 1000 Гц.
В этой же таблице приведены суммарные
уровни громкости всего шума для данного
спектра. (Эти кривые используются при
определении уровня шума по санитарным
нормам.)
В табл. 2.5 даны санитарные нормы для
ряда учреждений и территорий.
Пример. Найти уровень шума для октав-
ных полос со средними частотами 125 и
8000 Гц, одинаково неприятные со звучанием
полосы частот со средней частотой 1000 Гц,
имеющей уровень интенсивности 60 дБ. Из
табл. 2.5 для ПС-60 находим, что эти уровни
соответственно равны 74 и 54 дБ.
Пример. Найти уровни тонов 125 и 8000 Гц,
звучащих одинаково неприятно с тоном
1000 Гц, имеющим уровень 60 дБ. Из рнс. 2.15
находим для кривой 60 дБ значения таких
уровней: 80 и 55 дБ.
Эффект маскировки. В условиях тишины
слышны писк комара, жужжание мухи, тика-
тикание часов и другие звуки, а в условиях шума
и помех можно не услышать даже громкий
разговор. Другими словами, в условиях
шума и помех порог слышимости для приема
слабого звука возрастает. Это повышение
порога слышимости называют маскировкой.
Величина маскировки определяется величи-
величиной повышения порога слышимости для при-
принимаемого звукового сигнала М = Ln.c.m —
— ^-п.с.т, где Ln.c.T и 1п.с.ш—уровни порога
слышимости в тишине и при помехах.
При повышении порога слышимости со-
соответственно изменяется и уровень ощущения.
В этом случае уровень ощущения Ет =
= Ю lg (///п.с.ш) = L-J — LD.c ш = Ег—М,
где ЕТ — уровень ощущения того же звука
в тишине. Уровень ощущения звукового
сигнала изменяется при изменении уровня
шумов и помех даже при неизменном уровне
сигнала.
Низкочастотные тоны сильнее маскируют
высокочастотные, чем наоборот. На рис. 2.16
приведены кривые маскировки для ряда
частот и уровней тонов. При разности частот
около нескольких десятков герц величина
маскировки начинает уменьшаться (из-за бие-
биений), и при равенстве частот она имеет мини-
минимум. Точно такие же минимумы наблюдаются
и на частотах, кратных частоте маскирующе-
маскирующего тона. (Это вызывается появлением биений
между маскируемым тоном и субъективными
гармониками маскирующего тона.)
Пример. Мешающий тон * имеет частоту
400 Гц и уровень 80 дБ. Найти минимальный
уровень для тона 1200 Гц, который может
быть услышан на фоне мешающего тона.
Изу кривой рис. 2.16 для параметров 400 Гц
и 80 дБ находим для частоты 1200 Гц величи-
величину маскировки, равную 60 дБ. Так как для
26
Таблица 2.3. Средний уровень громкости наиболее часто встречающихся звуков
« шумов
Источник шума и место его измерения
Уровень
громкости, фон
Громкость1, сон
Шумы вне помещений
Шум в кабине самолета
Авиационный мотор на расстоянии 5 м
Громкий автомобильный гудок на расстоянии 8 м
Электропоезд на эстакаде на расстоянии 6 м
Шум в поезде метро во время движения
Автобус (полный ход) на расстоянии 5 м
Трамвай на расстоянии 10...20 м ,
Троллейбус на расстоянии 5 м
Грузовой автомобиль в городе на расстоянии 5...20 м
Легковой автомобиль в городе на расстоянии 5...20 м
Большая демонстрация:
с оркестром на расстоянии 5 м
с пением на расстоянии 5 м
Свисток милиционера на расстоянии 20 м
Улица с интенсивным движением и трамваем
Шумная улица без трамвайного движения
Обычный средний шум на улице
То же, в момент затишья днем
Тихая улица (без движения транспорта)
Тихий сад
Производственные шумы
Удары молота по стали, клепальная машина на расстоя-
расстоянии 2...4 м
Котельные цехи
Общий шум в ткацком цехе
Деревообрабатывающая фабрика (заготовительные, ка-
карусельные, лесопильные-цехи)
Заводы: электромеханические, автомобильные, штампо-
штамповочные
Цехи резиновой промышленности (вальцовочные)
Вентилятор в помещении
Вентиляционное оборудование у выхода отверстия
вентиляционного канала сечением 1X1 м и длиной око-
около 100 м
Театры, школы, больницы
Оркестр
Зал при массовых сценах
Аплодисменты
Громкая музыка по радио
Радиоцентр (студия во время исполнения соло)
Актовые залы в школах во время перерыва
Аудитория при ответах учащихся
Библиотеки
Больницы
128... 130
116... 120
95... 100
90
85...90
85...88
80...85
77
60...75
50...65
96
60...62
70
75...80
60...75
55...60
40
30...35
20
875... 1400
346...556
S7...88
38
25...38
25...32,2
17,1—25
13,5
4,35... 11.4
2,2...5,87
62
4,35...9.12
7,95
11.4...17Л
4,35... 11,4
3,08...4,Э5
0,975
0.36..Д62
0,097
ПО... 113
100... 103
96... 100
96...Э8
90...92
90...92
90...95
50
Машинописные бюро (незаглушеиное) на восемь маши-
машинисток
Шумное собрание
Разговор на расстоянии 1 м:
громкий
обычный
Громкий разговор по телефону
215...288
88...116
62...88
62..J4
38...45
38...45
38.,.57
2,2
зло)
Учреждения
осемь маши-
80... 100
75...Э5
60...75
80 .
40...50
55...62
30...32
25...30
20...30
60...75
65...70
65...70
55...60
55
17,1...88
11,4 .57
4,35... 11,4
17,1
0,98...2,2
3.08...4.65
0А36...0,4б
0,2...0,Зб
0,1...0.36
4.35...11.4
5,87...7,95
5,87...7,95
3.08...4.35
3,08
\
27
Продолжение табл. 2.3
Источник шума и место его измерения
Канцелярия при посетителях
Коридоры
Бухгалтерия без посетителей
Общественная столовая
Кухня при общественной столовой
Уровень
громкости, фон
40...45
35...40
30...35
50...52
48...50
Громкость1, сон
0,98... 1,5
0,62...0,98
0,36...0,62
2.2...2.51
1.92...2.2
Жилые помещения
Комната шумная
Столовая во время обеда
Кухня на одну семью
Комната тихая
Кабинет при одном работающем
Разговор трех человек в обычной комнате
Шопот средней громкости на расстоянии 1м
Тнкание часов на расстоянии 0,5 м
Степени музыкальной громкости
Форте-фортиссимо
Фортиссимо
Форте
Меццо-форте
Меццо-пнано
Пиано
Пианиссимо
Пиано-пианиссимо
Порог слухового ощущения
1 Данные громкости определены для чистых тонов.
100
90
80
70
60
50
40
30
0
40...50
45...48
25...28
25...30
20...25
45...50
20
30
0А98...2,2
1.5...U92
0.2...0.29
0,2...0,36
0,1...0,2
1.5...2.2
0.1
0,36
88
38
17,1
7,95
4,35
2,2
9,98
0,36
0
Таблиц
Тип
ПС-20
ПС-25
ПС-30
ПС-35
ПС-40
ПС-45
ПС-50
ПС-55
ПС-60
ПС-65
ПС-70
ПС-75
ПС-80
i 2.4.
Предельные спектры
шумов подуровням
звукового
Предельные спекгры шумов, дБ, для среднегеометрических
63
51
55
59
- 63
67
71
75
79
83 .
87
89
94
99
125
39
44
48
52
57
61
66
70
74
78
82
87
92
250
31
35
40
45
49
54
59
63
68
73
77
82
88
полос, Гц
500
24
29
34
39
44
49
54
58
63
68
73
78
83
1000
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
86
2000
17
22
27
32
37
42
47
52
57
62
. 68
73
78
давления
частот октавиых
4000
14
20
25
30
35
40
54
50
55
60
66
71
76
8000
13
18 .
23
28
33
38
43
49
54
59
65
70
74
Уровень,
ДВА
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
28
Таблица 2.5. Санитарные нормы по уровню шумов для учреждений связи
Тип помещения
Норма
Для сна и отдыха
Для умственной работы без собственных источников шума (конструкторские
бюро, комнаты программистов, лаборатории для теоретических работ и обработ-
обработки экспериментальных данных)
Для речевой связи н телефонной связи (диспетчерские пункты, пульты управле-
управления, кабины наблюдения, контрольно-справочная служба), ЦУС, ОУС с мало-
маломощным оборудованием, лаборатории, фотолаборатории, аккумуляторные и т. п.
Для конторского труда с источниками шума (а'рифмометры), для точной сборки,
цеховой администрации, а также помещения, где источником шума являются
люди (коммутационные залы МТС, справочные залы, АТС, переговорные пунк-
пункты, бюро ремонта, служба приема телеграмм по телефону), аккумуляторы с
координатной системой (автоматные залы, узлы входящих и исходящих сообще-
сообщений, автоматные и стативные залы АТС, цехи прямых соединений и абонентского
телеграфа), залы с аппаратурой уплотнения (релейные, воздушно-кабельные, ли-
линейно-аппаратные цехи, МТС, цехи КРР АТС, тонального телеграфа), залы для
обработки письменной корреспонденции, телеграмм, операционные залы, для
кросса, мастерские для регулировки реле в ДШИ, лаборатории без собственных
источников шума
Помещения пультов, кабин наблюдения и дистанционного управления, не требу-
требующие речевой связи, а также помещения с телеграфными аппаратами, аппарат-
аппаратные и коммутационные залы ЦТ, фотоаппаратные, помещения с коммутацион-
коммутационным оборудованием для декадно-Шаговой системы МТС и ЦТ (автоматные и
стативные залы МТС, цеха прямых соединений и абонентского телеграфа), ОУС
с мощным оборудованием, электроцехи с полупроводниковыми преобразовате-
преобразователями тока
Декадно-шаговая система и машинная АТС (автоматные залы и узлы входящих
и исходящих соообщений)
Лаборатории с источниками шума, а также помещения шумовых счетно-вычис-
счетно-вычислительных машин, помещения перфораторных МТС и регулировочных мастер-
мастерских телеграфных аппаратов
Производственные помещения (на рабочих местах и на территории предприятий)
электроцехи с электромашинными преобразователями тока (генераторные, венти-
вентиляционные, насосные, кондиционеры), дизельные, гаражи, механические мастер-
мастерские
ПС-35
ПС-45
ПС-50
ПС-55
ПС-60
ПС-65
ПС-70
ПС-80
Ц.Р имечанне. ЦУС — центральная усилительная станция; ОУС — оконечная усилительная станция;
АТС — автоматическая телефонная станция; ЦТ — центральный телеграф; МТС — машинная телефонная
станция; КРР — кросс-распределительный вал; ДШИ — декадно-шаговый искатель.
частоты 1200 Гц порог слышимости в тиши-
тишине (см. кривую 2 на рис. 2.8) равен 0 дБ,
порог слышимости в шуме будет равен 60 дБ.
Поэтому уровень интенсивности тона 1200 Гц
должен быть не менее 60 дБ. Если же мешаю-
мешающий тон будет иметь частоту 2400 Гц и
уровень 80 дБ, то величина маскировки на
1200 Гц (см. кривые на рас. 2.16 для парамет-
параметров 2400 Гц и 80 дБ) будет равна 5 дБ. Следо-
Следовательно, можно не считаться с маскировкой
от действия тона 2400 Гц.
На рис. 2.17, а приведены кривые маски-
маскировки узкополосной шумовой помехи. Кривые
отличаются от тональных только отсутствием
провала из-за биений. На рис. 2.17, б приве-
приведены кривые маскировки для широкополос-
широкополосного шума флуктуационного типа. В этом
случае величина маскировки чистого тона
определяется интенсивностью шумов, попа-
попадающих в одну и ту же критическую полоску
слуха: порог слышимости для тона численно
равен интенсивности этих шумов. Для шума
с достаточно равномерным спектром и уров-
уровнем выше 20 дБ пороговая интенсивность
/п.с.ш — ^/А/кр' гДе Jf—спектральная плот-
плотность на частоте /; Л /кр — ширина критичес-
критической полоски.
Если взять белый шум, то его общая
интенсивность будет превышать интенсив-
интенсивность в каждой из критических полосок. На-
Например, для равномерного (белого) шума со
спектральной плотностью, равной 10 едини-
единицам, в диапазоне до 4000 Гц общая интенсив-
интенсивность будет составлять 10-4000=40 000
единиц, а в критической полоске около
1000 Гц интенсивность будет 10-62= 620
единиц (А/кр = 62 Гц). Следовательно, уро-
уровень порога слышимости на частоте 1000 Гц
будет на 10 lg D0 000/620) = 18,1 дБ ниже
общего уровня интенсивности.
Громкость сложных звуков. Если тональ-
тональные или шумовые составляющие попадают
в одну и ту же частотную группу, то их сум-
суммирование происходит по интенсивности.
Громкость такого сложного звука опреде-
определяется суммарной интенсивностью, т. е.
суммарный уровень для двух составляющих
с одинаковым уровнем будет на 3 дБ выше
и на столько же увеличится уровень гром-
громкости, если уровень составляющих выше
70 дБ. При более низких уровнях следует
считаться с кривыми равной громкости.
пример. Заданы два узкополосных шума,
находящихся в частотной группе 200 ...
... 300 Гц, уровни интенсивности их рав-
равны 60 дБ. Следовательно, их уровни гром-
громкости равны 53 фон (см. рис. 2.13, а),
а громкости — 2,40 сон (см. табл. 2.3). Сум-
Суммарный уровень интенсивности будет равен
63 дБ. Уровень громкости такого сложного
звука будет равен 59 фон (см. рис. 2.13, а),
что соответствует громкости 3,73 сон (см.
Муд6
80
70
ВО
50
40
S0
10
го
о
200 Гц
ЛЧ
(\
\
r\
80
i—T
40
?^
s
^,
N4,
N
¦—
—>
400 Гц
Q0
70
60
50
40
SO
20
10
-,
r
I
ffi
lib
I
\
\
IN
100_
80
¦-«^,
60
N
40
**>
s
¦^
s
-—.
N
400 1200 2000 2800 3600 f, Гц
300 Гц
a)
400 /200 2000 2800 3600 f/ц
2400 Гц
90
80
70
60
50
40
30
20
W
О
-as*
V
\Г
L
ш
//Л fs
100
80
60
r\
40
\
zo"
АБ
4
s
s
14.
400 1200 2000 2800 3600 f,Гц
S)
M,AB
B0
80
70
60
50
40
30
20
/O
0
400 1200 2000 2800 3600 f/ц
1200 Гц
t\
\
L
f
\
1
\
\
\
Л
4
100
у
во
f°
^N
r )
^>
¦^.
' S
>
л
/v
' N
400 /200 2000 2800 3600 f,Гц
3600 Гц
гай
/
yt
***
\oo
V
N
m
//
//
f '
20
АБ
/\
^^
400 1200 2000 2800 3600 f/ц
Рис. 2.16. Кривые маскировки для ряда частот тонов и их уровней. По оси абсцисс
отложена частота маскируемого тона, по оси ординат — величина маскировки (пара-
(параметр кривых — уровень ощущения маскирующего тона; вверху каждого графика ука-
указана частота маскирующего тона)
30
го
60
40
20
о
v
\
\
«^
^%
/Ik
/\\
Ilk \
№\
//JJ\\
m
1 '
\
X
,80
\
-4
1
L
80
60
20
0
%
BE
8=
-''JP
¦BMP
f
A/
_—•
==
«=:
rr-T
»-=
?=^
1
0,050,10,2 0,5 1 2 5 8 Г,кГц 0,02 0,05 0,10,2 0,5 1 2 5 Ги,кГц
а) Ю
Рис. 2.17. Кривые порога слышимости тона при маскировке узкополосным (а) и бе-
белым (б) шумами (параметр кривых — уровень интенсивности, дБ)
табл. 2.3). Если бы шумы находились в полосе
около 1000 Гц, то соответственно табл. 2.3
уровня громкости их были бы равны 60 фон,
громкости 4 сон, суммарные уровни интенсив-
интенсивности и громкости 63 фон и суммарная гром-
громкость 4,92 сон.
Если несколько тонов или узкополосных
шумов расположены по частоте так далеко
друг от друга, что их взаимной маскировкой
можно пренебречь, то их суммарная громкость
будет равна сумме громкостей каждой из
составляющих. Так, например, если взять
два тона с частотами 200 и 2000 Гц с гром-
громкостью 8 сон каждый, т. е. имеющих уровни
громкости по 70 фон (см. табл. 2.3), то сум-
суммарная громкость этих тонов будет равна
16 сон, т. е. суммарный уровень громкости
такого сложного звука будет равен 80 фон
(см. табл. 2.3), а не 73 фон, как это следовало
бы из простого сложения интёнсивностей.
Если состявляющие сложного звука рас-
расположены по частоте близко друг к другу
и наблюдается взаимная маскировка между
ними (см. рис. 2.16), то громкость такого
сложного звука будет меньше суммы гром-
громкостей всех составляющих.
Если расширять спектр шумов, оставляя
спектральную плотность постоянной, то в
пределах частотной группы громкость будет
определяться суммарной интенсивностью, так
как в этих пределах интегрирует интенсив-
интенсивность. Если расширить спектр вдвое, то сум-
суммарная интенсивность увеличится вдвое
(уровень интенсивности увеличится на 3 дБ),
и если полоса частот 'находится недалеко от
частоты 1000 Гц, то уровень громкости воз-
возрастет более чем на 3 фон, но менее, чем на
10 фон, что получается при воздействии раз-
разнесенных по частоту полосок частот. Поэто-
Поэтому для широкополосного шума уровень
громкости выше уровня его интенсивности.
На рис. 2.18 дана экспериментальная зависи-
зависимость между уровнем интенсивности тона с
частотой 1000 Гц, уровнем белого шума (БШ)
и уровнем шума с одинаковой интенсив-
интенсивностью в каждой частотной группе (равно-
(равномерно воздействующий шум — РВШ), с
одной стороны, и их уровнями, громкости —
с другой. Там же нанесена шкала громкостей.
Как и полагается, для тона уровень громкости
и уровень интенсивности совпадают друг с
другом. Уровень громкости белого шума
получается выше уровня его интенсивности
на 7 ... 10 фон. Для равномерно воздействую-
воздействующего шума это приращение составляет около
13 ... 17 фон. Для сложных спектров шумов
расчет громкости дан в [2.2].
При сложении основного и запаздывающе-
запаздывающего (например, отраженного) речевых сигналов
наблюдается приращение уровня громкости
речи. При этом для слабых сигналов (до
LG = 55 фон) это приращение для запазды-
запаздывания на 20 мс и более составляет около 3 фон,
т. е. такое, какое должно быть при сложении
некоррелированных сигналов. Для сигналов
с уровнями громкости выше 55 фон прираще-
приращение уровня громкости получается до 5 фон
при запаздывании около 50 мс. При больших
запаздываниях приращение снижается до
3 фон, т. е. как при энергетическом сложении
^ 2^ 4^ ^ <5Z? /^Z;
Рис. 2.18. Зависимости громкости тона 1 кГц,
белого шума (Б1Е) и равномерно воздейству-
воздействующего шума (РШВ) от уровня звукового дав-
давления
31
s
*•-
-г
—-.
—>-.
10 40 60 80 ГОО 140
Рис. 2.19. Приращение уровня громкости в
зависимости от величины запаздывания при
сложении речевого сигнала с его запаздыва-
запаздывающим повторением:
/ — уровень громкости каждого из сигналов 55 фон;
2 — уровни громкости 65 ... 75 фон
сигналов. На рис. 2.19 показаны кривые при-
приращения уровня громкости речи от величины
запаздывания отраженного звука.
2.4. ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СЛУХА
По данным Гельмгольца и Флетчера, в
случае сложных колебаний, состоящих из
нескольких частотных составляющих, попа-
попадающих в разные критические полоски слуха,
слух не реагирует на взаимные фазовые сдви-
сдвиги между составляющими, т. е. не реагирует
на форму кривой. Так, например, звучание
сложных звуков типа
^ (~l)k+l
1) ^y~~—j-s\n[Bk-\)iot\ и
10
2)
имеющих вид, представленный на рис. 2.20,
различается на слух только из-за нелиней-
нелинейности слуха, появляющейся при уровнях гро-
громкости выше 60 фон.
При исчезновении раздражающей силы
слуховое ощущение исчезает не сразу, а
постепенно уменьшается до нуля. Этот эффект
называют слуховым впечатлением. Время,
в течение которого ощущение по уровню
громкости падает на 8,7 фон, считается
постоянной времени слуха. Величина этой
постоянной времени зависит от ряда обстоя-
обстоятельств и даже от параметров воспринимае-
воспринимаемого звука. В среднем она считается равной
150 ... 200 мс.
Если к слушателю приходят два звука с
длительностью менее 50 мс, но один из них
запаздывает на время не более 50 мм (зона
0 на рис. 2.21), то оба звука всегда восприни-
воспринимаются слитно. При запаздывании на время
более 50 мс эти звуки могут восприниматься
раздельно. Но если второй звук будет иметь
уровень ниже первого, то он может не вос-
восприниматься (зона I) или восприниматься раз-
раздельно в зависимости от того, насколько
уровень второго звука ниже уровня первого.
На рис. 2.21 приведена зависимость между
временем запаздывания и разностью уровней
обоих звуков, при которых они уже воспри-
воспринимаются раздельно (см. кривую /). Если
звуки исходят из одного источника звука,
но один из них проходит большой путь,
например, из-за отражения от какого-либо
препятствия, то возможность раздельного вос-
восприятия этих звуков называют эхом.
Если разность уровней прямого и отра-
отраженного звука не превышает предела обозна-
обозначенного кривой 2, то запаздывающий звук
можно услышать (зона II), при превышении
этого предела запаздывающий звук заметен
в виде эха, но еще не снижает разборчивость
речи (зона III). При разности уровней, пре-
превышающих кривую 3 (зона IV), наблюдается
снижение разборчивости речи из-за эха.
Пользоваться этими кривыми удобно толь-
только при ручном расчете, а при использовании
вычислительных машин надо иметь их ана-
аналитическое представление в виде аппроксима-
аппроксимации. Предлагается достаточно точная аппрок-
аппроксимация (точность около 1 дБ) следующего
100
вида: для кривой / ALj = — Ig AfMC —
о
— 45 дБ, где &t — время запаздывания, мс;
для кривой 2 — AZ,2 = 35 Ig Д/Мс — 54, дБ
80
и для кривой 3 ALS = ~ Ig AfMC —,61 дБ.*
3
Пример. Слушатель находится между ис-
источником звука и отражающей стеной на рас-
расстоянии 17 м от них. Если коэффициент отра-
отражения звука от стены близок к единице,
то интенсивность прямого звука будет в
512 : 172 == 9 раз больше интенсивности отра-
отраженного звука. По уровню эта разница будет
составлять 10 Ig 9 = 9,5 дБ. Разность хода
отраженного звука; и прямого составит 34 м,
поэтому отраженный звук будет запаздывать
по отношению к прямому на C4-1000)/340 =
= 100 мс. Из рис. 2.21 следует, что это будет
заметно. А если источник звука будет на-
находиться на расстоянии 3 м от слушателя, то
подставить разность хода, то
Рис. 2.20. Звуковые колебания, одинаково
воспринимаемые слухом
*Если
и 80
Д13 = — Lg Д х — 38 дБ.
О
32
разность уровней будет составить 10 lg X
X C + 2-17J/32 = 21,8 дБ. В этом случае
это будет уже за пределами заметности
(зона I).
Слуховое впечатление дает возможность
сравнивать частоты двух тонов при быстром
переключении с одного на другой и обна-
обнаруживать даже небольшую разницу между
частотами двух тонов и замечать небольшие
изменения частоты тоиа.
Так называемая послемаскировка сигнала,
вызываемая слуховым впечатлением, тем
длительнее, чем выше уровень предшествую-
предшествующего сигнала. Послемаскировку звуков речи
часто называют самомаскировкой, и величина
этой маскировки для неискаженного спектра
речи примерно равна —24 дБ, т. е. на 24 дБ
Ниже среднего уровня речи в каждой доста-
достаточно узкой полосе частот. Это значит, если
спектральный уровень речи в заданной полосе
частот равен Вр, то порог слышимости от
маскировки будет равен Вр + Кс — 24, где
Кс — критическая полоса частот, дБ. Поэтому
уровень ощущения речи по отношению к
среднему ее уровню даже в отсутствие шумов
и помех только от самомаскировки речи будет
составлять ? = (Вр + Кс) — (Вр — 24 +
+ Kc)t T- е. не превысит 24 дБ.
Кроме самомаскировки эффект послемаски-
ровки сказывается и на восприятии речи в
других полосах частот, его называют взаимной
маскировкой. Обычно ею пренебрегают из-за
малости.
Длительность установления тональности
звука и его высоты определяется временем,
равным 2—3 периодам колебаний. На низ-
низких частотах это время составляет 30 мс,
на высоких — доли миллисекунды.
2.5. ВОСПРИЯТИЕ ИМПУЛЬСОВ
Ддя тональных импульсов длительностью
более 200 мс порог слышимости определяется
так же, как и для непрерывного тона. Для
длительности импульсов t < 200 мс порог
слышимости зависит от отношения длительно-
длительности импульса к 200 мс и определяется выраже-
выражением /п.с = /имп 200//. Два коротких импульса
воспринимаются одинаково громко, если это
произведение одинаково для обоих импульсов.
Для коротких повторяющихся импульсов
порог слышимости падает с увеличением
частоты повторений, и при частоте повторе-
повторений, равной 200 Гц, порог слышимости им-
импульсов равен порогу непрерывного тона.
Для узкополосных шумовых импульсов
(с шириной спектра уже или равной ширине
частотной группы) справедливы все соот-
соотношения, определенные для тональных им-
импульсов. Для широкополосных шумовых им-
импульсов граничная длительность импульса со-
составляет только 50 мс, т. е. шумовые импульсы
длительностью более 50 мс воспринимаются
так же, как и непрерывный шум. При уменьше-
уменьшении длительности в 10 раз, т. е. до 5 мс, порог
слышимости снижается не на 10 дБ, как для
10
О
-то
-го
-зо
-40
SO
-60
1
YiN
к
i
в\
i
i
i
w
л ¦
— . -
—
о so
200 300 400
Рис. 2.21. Зависимость между требуемой раз-
разностью уровней прямого и запаздывающего
(отраженного) звуков и временем запаздыва-
запаздывания отраженного звука:
кривые / — граница слышимости эха, 2 — граница
заметиости эха; 3 — граница мешающего действия
эха; зоны: 0—слитное восприятие звуков; I—эхо
неслышимо; II—эхо прослушивается;. III—эхо за-
заметно, ио не мешает восприятию речи; IV — эхо
снижает разборчивость речи
тональных импульсов, а всего на 7 дБ. Повто-
Повторяющиеся импульсы сливаются в непрерыв-
непрерывный шум при. большем значении частоты повто-
повторений, чем для тональных импульсов.
Громкость тональных импульсов зависит
от интенсивности импульса и его длительности.
На рис. 2.22 приведена зависимость разнос-
разности уровней тонального импульса 1 кГц и
равномерного стационарного -гона от длитель-
длительности импульса. Из этих данных следует,
что громкость импульса определяется про-
произведением интенсивности импульса на его
длительность, причем граничной частотой
является частота 100 Гц, т/. е. громкость им-
импульсов длительностью более 100 мс опреде-
определяется только его интенсивностью и не зави-
зависит от длительности. Громкость повторяющих-
повторяющихся импульсов растет с увеличением частоты
повторений до частоты 200 Гц. При более
частых повторениях громкость импульсов
определяется, как и для непрерывного тона.
То же самое справедливо и для узкополосных
шумов.
Для широкополосных, шумовых импульсов
громкость импульсов1 определяется аналогич-
12
8
4
0
-4
z s ю го so юо гоо
Рис. 2.22. Зависимость разности уровней то-
тонального импульса 1 кГц и равногромкого
стационарного тона от длительностей импульса,
штриховая линия соответствует постоянству
произведения интенсивности на длительность
Зак. 1688
33
но громкости то'нальных импульсов. Для
шумовых импульсов, имеющих спектр в поло»
се частот, охватывающих несколько частот-
частотных групп, громкость импульсов определяет-
определяется еще и шириной полосы шума.
Для повторяющихся импульсов широко-
широкополосного шума громкость зависит от частоты
повторений до частоты 1000 Гц. При большей
частоте повторений громкость не зависит от
длительности импульсов.
2.6. НЕЛИНЕЙНЫЕ СВОЙСТВА
СЛУХА
При воздействии звука, имеющего .одну
частотную составляющую (чистый тон) с
уровнем 100 дБ, человек слышит тон второй
гармоники, как бы имеющей уровень 88 дБ,
третьей—с уровнем 74 дБ и т. д. Наличие
этих гармоник в ощущении легко прослежи-
прослеживается с помощью «ищущего» тона: к уху
дополнительно подается другой тон — «ищу-
«ищущий», частота которого плавно изменяется
в диапазоне выше частоты исследуемого тона.
На каждой кратной частоте этого тона про-
прослушиваются биения, как если бы в действи-
действительности к уху подводились гармоники
этого типа. Поэтому они называются субъек-
субъективными.
На рис. 2.23 приведены зависимости уров-
уровней субъективных гармоник от уровня чисто-
чистого тоиа, действующего на слух, Если надо
определить уровень четвертой гармоники для
тона с уровнем 100 дБ, то ищем пересечение
кривой с параметром 4 и вертикальной пря-
прямой, соответствующей уровню 100 дБ. Пере-
Пересечение происходит на ординате 64 дБ. Следо-
Следовательно, четвертая гармоника по своему
уровню соответствует тону с уровнем 64 дБ.
При слушании двух чистых тонов с частота-
частотами, не попадающими в одну и ту же критичес-
критическую полоску слуха, человек часто слышит
50 -
25-
fff 25 50 75 tOO Li,AB
Рис. 2.23. Зависимость уровней интенсивности
субъективных гармоник различных порядков
от уровня тона, измеренного у входа в слу-
слуховой канал (параметр кривых — порядок гар-
гармоники)
тон разностной частоты с достаточно высоким
уровнем ощущения. С меньшими уровнями
он слышит тон суммарной частоты и других
комбинационных частот типа mf1 ± nft, где
т и п — целые числа.
Например, если уровень каждого из чис-
чистых тонов составляет 60 дБ, то уровень раз-
разностного тона не превышает 40 дБ. При уров-
уровнях составляющих, равных 80 дБ, уровень
разностного тона достигает также 80 дБ.
Приближенно интенсивность разностного
тона растет пропорционально произведению
интенсивностей первичных тоиов, т. е. уровень
разностного тона Lp — Lx + L2 — 80.
При воздействии на слух сложного тона,
имеющего большое число гармоник, комби-
комбинационные составляющие будут иметь частоты,
равные частотам гармоник, тч е. только
несколько изменится огибающая спектра.
При воздействии на слух сложного звука,
состоящего из тонов с некратными состав-
составляющими, получается «засорение» спектра
многочисленными комбинационными частота-
частотами, по частоте не совпадающими с исходными.
В громкой передаче даже при отфильтровы-
вании всех частотных составляющих чиже
1000 Гц человек все же слышит низкочастот-
низкочастотные составляющие, если уровень исходного
звука достаточно высокий. Эти частотные
составляющие являются продуктами нелиней-
нелинейности в слуховом тракте. При плохомv вос-
воспроизведении низких частот стремятся слу-
слушать передачу на высоких уровнях; создается
впечатление лучшего звучания низких частот.
Правда, при этом искажение происходит и
на высоких частотах, но оно менее значитель-
значительно и менее заметно.
2.7. БИНАУРАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
Бинауральным эффектом называют эф-
эффект слушания двумя ушами. Он выражается
в виде стереоакустического (стереофоничес-
(стереофонического) эффекта, аналогичного стереоскопичес-
стереоскопическому эффекту зрения, а также заключается
в том, что вследствие такого слушания резко
повышается точность определения направ-
направления прихода звуковых воли.
В обычных условиях слушания человек
определяет направление прихода звуковых
волн в горизонтальной плоскости с точностью
3—4°. Если к ушам приставить раструбы
(рупоры) с большим расстоянием (базой)
между отверстиями раструбов, то точность
определения направления прихода звуковых
волн повышается пропорционально увеличе-
увеличению расстояния между отверстиями раструбов
до тех пор, пока это расстояние не будет
близко к половине длины принимаемой зву-
звуковой волны. Точность определения направле-
направления прихода звуковых волн в вертикальной
плоскости головы не превышает 20°, такая же
точность определения получается при слуша-
слушании одним ухом.
Стереоакустический эффект слушания
заключается в том, что человек «ощущает»
34
поперечные размеры источника звука, а Так-
Также его «глубину», т. е. размеры источника
звука по линии прихода звуковых волн к
слушателю. Слушатель на слух легко опре-
определяет местонахождение того или иного
инструмента в оркестре, «его координаты»,
т. е. слушание двумя ушами создает акусти-
акустическую перспективу.
Если человек слушает одну и ту же пере-
передачу от двух одинаковых источников звука,
расположенных на равных расстояних от
него, и расстояние между источниками звука
значительно меньше расстояния от слушателя
(по крайней мере, в 3 ... 5 раз), то при одина-
одинаковом уровне звучания источников звука
виртуальный1 источник звука находится на
середине между источниками звука. При
неодинаковых уровнях звучания виртуаль-
виртуальный источник звука смещается в сторону
источника звука с более высоким уровнем
звучания. Местонахождение виртуального
источника звука можно определить по отно-
отношению интенсивностей, создаваемых источ-
ками звука (отношение интенсивностей при-
примерно равно отношению расстояния виртуаль-
виртуального источника звука от действительных ис-
источников).
Если человек слушает одну и ту же пере-
передачу от источников звука (например, громко-
громкоговорителей), находящихся перед ним на
разных расстояниях от него (или находящих-
находящихся на одинаковом расстоянии от него, но при
этом один из источников воспроизводит сиг-
сигнал с некоторой временной задержкой по
отношению к другому источнику), то при
равном уровне основного и задержанного
сигналов виртуальный источник звука ощу-
ощущается на месте источника звука, излучаю-
излучающего опережающий сигнал, т. е. источник
звука, излучающий задержанный сигнал,
как бы не существует, хотя его добавление
и ощущается в виде повышения гулкости
звучания передачи. При временных задерж-
задержках свыше 50 мс наличие запаздывающего
1 Виртуальным источником называют
кажущийся источник звука, находящийся
в направлении, по которому, как это кажется
слушателю в отсутствие зрительного восприя-
восприятия, приходит воспринимаемый им сигнал.
АО т,мс
Рис. 2.24. Влияние запаздывающего повторе-
повторения сигнала на локализацию виртуального
источника сигнала
сигнала ощущается как появление помехи
в виде эха, хотя местонахождение виртуаль-
виртуального источника звука остается на прежнем
месте. Следовательно, опережающий сигнал
при одинаковом уровне с задержанным пол-
полностью подавляет последний. Если же повы-
повысить уровень запаздывающего сигнала, то
можно добиться того, что оба источника звука
будут восприниматься раздельно даже при за-
запаздывании менее 50 мс. На рис. 2.24 дано не-
необходимое повышение уровня запаздывающего
сигнала в зависимости от временной задерж-
задержки. По оси ординат дана разность уровней
задержанного и основного сигналов. При
задержке 15 ... 20 мс задержанный сигнал
должен быть повышен по уровню на 11 дБ,
чтобы оба источника звука воспринимались
раздельно. 4При временной задержке 50 см
достаточна разница между ними в 6 дБ; при
задержке свыше 50 мс запаздывающий сигнал
ощущается как эхо; при задержке менее 5 мс
наблюдается неустойчивый режим: виртуаль-
виртуальный источник звука совпадает то с основным
источником, то с источником задержанного
сигнала.
Если источники звука имеют резко разли-
различающийся тембр, то они могут легче разли-
различаться слушателем и возможен их раздель-
раздельный прием даже при равных уровнях интен-
интенсивности сигналов, приходящих от них к
слушателю. Эти свойства используют для
создания стереоакустического эффекта и аку-
акустической перспективы при воспроизведении
передач с помощью электроакустических
устройств, т. е. для стереофонических пере-
передач.
РАЗДЕЛ 3
ПЕРВИЧНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ
И ИХ ИСТОЧНИКИ
3.1. ВВЕДЕНИЕ
К первичным сигналам относят сигналы,
создаваемые музыкальными инструментами,
пением, речью (включая информационную),
а также шумовые сигналы, создаваемые для
сопровождения различных музыкальных и
речевых художественных передач (шум поез-
поезда, пение соловья и т. п.).
Акустические сигналы, как правило, от-
относятся к случайным процессам. Исключени-
Исключением являются сигналы, подобные завыванию
сирены, вою гудка и т. п. Правда, в музыкаль-
музыкальных сигналах очень большие участки могут
35
иметь периодический характер, но в среднем
для больших интервалов времени и музыкаль-
музыкальные сигналы можно рассматривать как слу-
случайные. Поэтому акустические сигналы опре-
определяют распределениями по уровню, по часто-
частоте и во времени и соответственно средним
значением по уровню, динамическим диапа-
диапазоном, формой спектра, частотным диапазоном
и временем корреляции отдельных участков
сигнала.
3.2. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН
И УРОВНИ
В процессе любой передачи уровень акус-
акустического сигнала непрерывно изменяется.
Диапазон его изменения может быть довольно
широким. На рис. 3.1, а показана зависимость
уровня сигнала от времени, называемая уров-
неграммой. Обычно она представляет вре-
временную зависимость уровня, определенно-
определенного для постоянных времени или 15 ... 20 мс
(объективная уровнеграмма, необходимая для
определения условий прохождения сигнала
через аппаратуру), или 150 ... 200 мс
(субъективная уровнеграмма, необходимая для
оценки восприятия сигнала). Эти уровни
называют кратковременными. Для измере-
измерений пиковых значений пользуются уровне-
граммой, представляющей временную за-
зависимость пиковых уровней, определенных
для постоянных времени 1...2 мс для нара-
нарастания уровня сигнала и 150 ... 200 мс для
спадания сигнала.
С определенной степенью точности можно
считать, что уровень сигнала изменяется,
как правило, по случайному закону, поэтому
его можно характеризовать интегральным
распределением и средними значениями для
этого распределения. Возьмем какой-либо
уровень, например L&. Для этого уровня
(см. рис. 3.1, а) можно написать, что время,
в течение которого уровень сигнала' будет
не ниже его, определится суммой т = Afj-f-
-f Mt + ... + A/m + ... + А/„, где A/m —
временные интервалы действия сигнала.
Следовательно, относительное время пре-
пребывания уровня сигнала над заданным
w = т/Т, где Т — длительность всего участка
сигнала (она должна быть достаточно боль-
большой: не менее 15 с для речи и 1 м для музыки).
При меньших интервалах времени распреде-
распределение будет иметь значительный разброс из-за
нестационарности процесса. Если таким об-
образом определить величину да для разных
уровней, то можно построить кривую интег-
интегрального распределения уровней для данного
сигнала. На рис. 3.1, б дано такое распределе-
распределение для рассматриваемой уровнеграммы.
Установлено, что средние распределения
уровней, полученных для первичных музы-
музыкальных и речевых сигналов, близки к
нормальному распределению.
Введено понятие квазимаксимального
уровня сигнала Lmax. Для этого уровня отно-
относительная длительность существования уров-
уровней не ниже его равна 2 % для музыкальных
сигналов и 1 % для речевых, информацион-
информационных. Одновременно введено и понятие квази-
квазиминимального уровня Lmin- Для этого уровня
относительная длительность существования
уровней не ниже его составляет соответствен-
соответственно 98 и 99 %, что адекватно относительной
длительности существования уровней не выше
его, равной 2 и 1 % (см. рис. 3.1, б).
Разность между квазимаксимальным и
квазиминимальным уровнями называют дина-
динамическим диапазоном: D = Lmax — Lmin-
Таким образом (см. рис. 3.2) находят динами-
динамические диапазоны для ряда первичных акус-
акустических сигналив, включая и речевой сигнал.
Некоторые из них приведены в табл. 3.1.
Из таблицы следует, что вещательный динами-
динамический диапазон очень широк и поэтому в
большинстве случаев не может быть передан"
через Тракты вещательных каналов без
предварительной обработки, т. е. без сжатия
(компрессии) динамического диапазона. Но
и речевой информационный сигнал имеет
широкий динамический диапазон по отноше-
отношению к трактам связи, и поэтому его также
приходится предварительно сжимать или
считаться с наличием ограничения его в самом
тракте передачи.
Поскольку уровень акустического сигнала
изменяется в широких пределах, то введено
понятие среднего уровня.
Средний уровень интенсивности акусти-
акустического сигнала можно определить или
исходя из того, как человек его ощущает,
или как он воспринимается соответствующей
Att At2 At, At4 At5 AtBAt7 Ata
Рис З.1. Уровнеграмма (а) и по-
построение (б) кривой интегрально-
интегрального распределения по уровнеграм-
ме; D — динамический диапазон;
П — пик-фактор, w — вероятность
превышения заданного уровня
36
аппаратурой: как средний статистический
для отдельных длительных участков и интер-
интервалов времени или как средний, измеряемый
прибором, имеющим большую постоянную
времени (не менее 3 ... 5 с). Для первичных
сигналов необходимо знать все эти средние
значения, так как первичный акустический
сигнал в системах вещания и связи прини-
принимается и человеком, и аппаратурой. Все эти
средние значения можно измерить, если со-
соответственно подбирать постоянную времени
прибора. Для получения длительного сред-
среднего (усредненного) значения постоянную
времени берут равной 15 с для речи и 1 м для
музыки.
Во всех случаях среднее значение по ин-
интенсивности в момент времени t0 определяется
выражением
J
ср
=Т J
где ехр [—(/0 — f)lT\ представляет характер
процесса регистрации сигнала с учетом
«памяти» прибора вследствие наличия у него
интегратора с определенной постоянной вре-
времени; Т — постоянная времени интегра-
интегратора-регистратора; / (t) — временная зависи-
зависимость интенсивности сигнала.
В .соответствии с определением уровня
средний акустический уровень сигнала
Lcp= 10 lg GСр//о) =
+ 120, (/о^
cpвт+
В табл. 3.2 приведены средние значения
звукового давления, создаваемого музыкаль-
музыкальными инструментами для отрывков испол-
исполнения длительностью 15 с. В табл. 3.3 приве-
приведены такие же данные для речи. Приведенные
средние значения для музыкальных инстру-
инструментов характеризуют не только мощность
инструмента, но и исполняемый отрывок
музыкального произведения.
Разность между квазимаксимальными и
усредненным уровнями (за длительный про-
промежуток времени, т. е. 15 с для речи и 1 мин
для музыки) называют пик-фактором: П =
= Атах — *-ср (см- Рис- 3.1). Пик-фактор
показывает, насколько ниже надо взять
усредненный уровень передачи по сравнению
с уровнем ограничения в канале, чтобы не
перегружать канал. В табл. 3.2 приведены
величины пиковой мощности и пик-фактора
для ряда музыкальных программ, исполня-
исполняемых на различных инструментах. В табл. 3.3
такие же данные приведены для речи. Для
музыкальных сигналов пик-фактор доходит
до 25 дБ и более, а для речевого сигнала в
среднем он составляет 12 дБ.
Ниже приведены данные по частоте встре-
встречаемости пиков в речи:
hnAn
(оркестр)
Рис. 3.2. Интегральные распределения уров-
уровней:
1 — симфонический оркестр из 75 исполнителей: 2 —
эстрадный оркестр; 3 — речь (Di=58 дБ; Dj-45 дБ;
Д.-28 ДБ)
Таблица 3.1
Вид сигнала
Динамический
диапазон, дБ
га
а
g
X
А
9*
25...35
раз-
3
X
ч S
н2
35...
45
X
ее
а
Л
<9
си
45.
X
S
eg
и
..55
кий
и
1)
а*
X
J.5*
65...75*
* Для новых видов музыкальных передач, как, на-
например, поп-музыка, требуется динамический диапа-
диапазон до 90 дБ и выше (иногда до ПО дБ), ио при та-
таких передачах возникает перегрузка слуха, приводя-
приводящая к постепенному оглушению слушающих. Для
цифровой записи такой диапазон дает возможность
передачи сигналов практически с уровнями
20...130 дБ.
В этом выводе L ... Lcp — пределы уров-
уровней, в которых лежит пиковое значение над
средним уровнем речи, дБ; п — число про-
промежутков (длительностью 1/8 с), в течение
которых пиковое значение выше данного
предела, %.
Мощность голосов и соответственно
уровень, создаваемый ими, имеют очень
большой разброс. Ниже приведены данные
'ср
. . . Выше 20 18. . .20 16. . .18 14. . .16 12. . .14 10. . .12 8. . .10 6. . .8 4. . .6 2. . .4 0. . .2 ниже 0 дб
% 2 3 6 8 10 11 11 10 8 6 4 22
37
Таблица 3.2. Звуковое давление « мощность, развнваемые музыкальными
инструментами
Инструмент
Большой барабан
90X38 см:
проба А
проба В
Большой барабан:
75X30 см
85X48 м
Барабан военный
Цимбалы 37 см
Треугольник
Контрабас
Бас-саксофон
Бас-труба
Тромбон
Труба
Английский рожок
Кларнет
Флейта
Пикколо
Рояль
Орган
Орган фортиссимо
Оркестр из 15 инстру-
инструментов в лаборатории
То же, из 18
Оркестр из 75 инстру-
инструментов в театре, проба А
То же, проба В
» проба С
» проба D
Расстояние,
ы
0,9
0,9
0,9
0,9
1,2
0,9
0,9
1,5
1,05
1,5
0,9
0,9
0,9
0,9
1,05
1,05
3,00
3,00
3,6 .
3,6
Пульт
дирижера
4,00
То же
Пульт
дирижера
в среднем
4,5
То же
»
Среднее
звуковое
давление.
Па
9,9
2,78
3,5
6,6
1,46
1,8
0,23
0,42
0,41
0,54
0,65
0,86
0,38
0,35
0,16
0,22
0,26
0,35
0,21
2,0
0,79
0,66
0,51
0,46
0,47
0,66
Пик-фак-
Пик-фактор,
ДБ
10
7,7
16
5,8
20,5
—
—
10,8
16,6
9,7
17,5
12
11,2
11,5
—
9,8
—
13,2
8,7
14,3
10,3
17,7
27,8
21,2
24,1
Пиковое
значение
мощности
излуче-
излучения,
Вт
>
24,6
1,2
13,4
4,9
11,9
9,5
0,050
0.J56
0,288
0,206
6,4
0,314
0,053
0,050
0,055
0,084
0,267
0,248
0,35
12,6
9,9
2,5
8,2
66,5
13,9
13,8
Область наивысших
пиковых значений,
Гц
250...500
' 20...62.5
250...500
125...250
20...62.5
250...500
8000... 11 300
5600...8000
62,5... 125
125...250
250...500
250...500
600...700
2000...2800
250...500
500...700
250...500
250...500
700... 1000
1400...2000
2000...2800
250...500
250...500
250...500
20...62.5
250...500
2000...2800
250...500
2000...2800
125...200
250...500
2000...2800
250...500
8000... 12 000
250...500
2000...2800
125...250
250...500
2000...2800
Пиковое
значение
в пределах
полосы
нацболь-
шей
мощности,
Вт
9,8
0,24
0,19
1,7
1,2
3,7
0,95
0,017
0,078
0,078
0,228
0,082
0,064
0,051
0,047
0,047
0,053
0,0055
0,0045
0,0045
0,021
0,267
0,248
0.11
2,5
0,45
0,32
0,80
—
0,82
1,03
1,03
6,7
5,3
1,4
1,4
1,7
1,7
1,7
Флетчера по разбросу величин мощности
голоса:
Яа ... менее 1/16
т, % . 7
1/16. . .1/8 1/8. . .1/4
9 14
1/4... 1/2
18
Примечание. За единицу принята сред-
средняя мощность голоса. Все эти данные относят-
относятся к сигналам, не прошедшим обработки, в
том числе и воздействия акустических свойств
помещения.
1/2. . .1
22
1. . .2
17
2. . .4
9
4. ..8
4
Более 8
0
\< На рис. 3.3 приведены усредненные рас-
распределения текущей мощности речи и музыки
[3.4]. Как видно из этих распределений,
38
Таблица 3.3. Звуковое давление и мощность, развиваемые голосом человека
при произнесении речи
Условия
произнесения речи
Речь телефонная:
со средним уровнем
громкая
тихая
Разговор
Оратор
Расстояние,
см
2,5
2,5
2,5
100
100
Среднее
звуковое
давление,
Па
2
4
1
0,05
0,1
Пиковое
значение
мощности.
мВт
0,24
4,0
0,025N
0,5
2,0
Пик-фактор,
дв
12
18
8
10
12
Область
наивысших
250...500
500... 1000
250...500
250...500
250...500
мода обоих распределений лежит около
0,5 w. Это означает, что наиболее вероятные
значения текущей мощности w лежат при-
примерно на 3 дБ ниже долговременного .(дли-
.(длительного) среднего значения, мощности (w).
3.3. ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН
И СПЕКТРЫ
Акустический сигнал от каждого из
первичных источников звука, используемых
в системе вещания, связи, телевидения и
т. п., как правило, имеет непрерывно изме-
изменяющиеся форму и состав спектра. Эти спект-
спектры могут быть дискретными, сплошными и
смешанными, высокочастотными и низкочас-
низкочастотными. Дискретные спектры могут быть
гармоническими, т. е. представляющими
спектр сложного тона, и тональными, т. е.
представляющими суммарный спектр ряда
сложных тонов, некратных по частоте.
Сигнал с гармоническим спектром может
быть представлен в виде ряда Фурье
оо
МО =2 Cfeexp(i2^/r) =
— оо
оо
= 2) Cftexp (i
где Т — период колебаний; щ — угловая
частота колебаний первой гармоники; k —
целые числа от — оо до оо; Ch = Ck X
Хехр(— iqpfc) — комплексная амплитуда; с% —
амплитуда гармоники; фь — начальная фаза
ее.
Комплексная амплитуда
Г/2
"Г J
— Г/2
/(Оехр( — i2nkt/T)dt.
В вещественной форме ряд Фурье имеет вид
МО—
2
,k — l
sin
где Со, aft и 6ft — коэффициенты Фурье:
Г/2
=-р J
— Г/2
Г/2
= '— \ fit) cos 2nk — dt\
— Г/2
Г/2
— Г/2
Отсюда Cft = a
Спектр тонального сигнала с некратными
частотами ©ft имеет вид1
1 Различают еще сигналы с почти периоди-
периодическими и квазигармоническими спектрами.
К первым относятся сигналы, состоящие из
нескольких сложных тонов с некратными
основными частотами, ко вторым — эквиди-
эквидистантные спектры типа спекторов ампли-
амплитудной И частотной модуляции с несущей
частотой, не кратной основной частоте моду-
модулирующего сигнала.
РОЮ
0/5
0,1.
0,1
о
\
0,05
1 г w/w
ф
S7 О
ч
zw/W
Рис. 3.3. Усредненные распределения текущей
мощности речи (а) и музыки (б). По оси
абсцисс отложенр отношение текущей мощно-
мощности к усредненной, по оси ординат — вероят-
вероятность появления этого значения
39
/@= 2 ckcos(«>ht + q>h),
где <Ofe, eft и фй — частоты, амплитуды и
фазы составляющих:
= lim -—- \ f (t) cos ©ft /d/;
'4
т
1 р
=JI™ ~F 1'
Для сплошного спектра его плотность
(по амплитуде)
оо
S(©)=J /(Oexp( —i©/)d/,
OS
а сигнал имеет вид
fit)-
оо
— f
2п J
5 (со) ехр (Ш) d©.
Для процессов, ограниченных во времени,
введено понятие текущего спектра
to
S (<в) = Г /(Оехр( — ia>t)dt
и мгновенного1
5Мгн («>) = f / (О Л (*0-0 ехр ( — tot) dt,
fOO 200 500100020005000
Рис. 3.4. Огибающая спектрального уровня В
и третьоктавных уровней ^i/зокш речевого
шума
1 По терминологии, принятой за грани-
границей, он иногда называется кратковременным
спектром.
где Л (/о — 0 — весовая функция нли окно,
предствляющее импульсный отклик прото-
прототипа полосового фильтра. Для резонансного
контура А (/0 — t) = ехр [—Д© (/„ — /)],
для фильтра с П-образной характеристикой
h (t0 — t) — (sin x)/x, где х — Л© (/0 — /);
A© — полоса пропускания фильтра на уров-
уровне — 3 дБ.
В практике часто приходится иметь дело
с энергетическим спектром сигнала. Под ним
подразумевается огибающая квадратичных
значений амплитуд частотных составляющих
сигнала (для дискретных спектров) или
плотности спектра квадрата амплитуд
АЦх) (для сплошных спектров). Последняя
будет представлять собой спектральную плот-
плотность по интенсивности / (©) = k Л*(©), т. е.
спектральной плотностью называют интен-
интенсивность звука в полосе частот шириной в
единицу частоты. В акустике эту полоску
берут равой 1 Гц, т. е. спектральная плотность
/ = /д/Д/, где /д^ — интенсивность, из-
измеренная в узкой полоске частот А/. Измере-
Измерения для этой цели приводят с помощью узко-
узкополосных фильтров (обычно третьоктавных).
Единица спектральной плотности ватт/кв,
метр на герц).
Для удобства введена логарифмическая
мера оценки плотности спектра аналогично
оценке по уровню интенсивности. Эта мера
называется уровнем спектральной плотности
или спектральным уровнем. Спектральный
уровень В = 10 lg(///0) = Ю Jg У + 120, где
/0== Ю-1а Вт/ма, т. е. то же условное (нормиро-
(нормированное) значение, что и для оценки уровня
интенсивности, поэтому размерность У//о
выражается в- единице на герц (Гц-1).
Очень часто для представления спектра
вместо спектральной плотности пользуются
интенсивностью или звуковым давлением,
измеренными в октавной, полуоктавной или
третьоктавной полосе частот, и соответствен-
соответственно определяют уровни в этих полосах.
В этом случае спектральный уровень В =
= Ю Jg (/окт / (Д/окт /•» = 20 lg (pOKT/po) -
— 10 lg А/окт. (ро = 2-105 Па), а уровень
в октавной полосе Lom = 10 lg GOKT//o) =
= 20 lg(pOKT/p0), гд« А/окт — ширина соот-
соответствующей октавной полосы. Вычитая первое
из второго, имеем L0MT В — 10 lg A/0KT.
На рис. 3.4 приведены огибающие для спект-
спектрального уровня и третьоктавных уровней
речевого шума.
У каждого источника звука, даже того
же самого типа, спектры имеют индивидуаль-
индивидуальные черты, что придает звучанию этих источ-
источников, как говорят, характерную окраску.
Эта окраска называется тембром. Существуют
понятия тембра скрипки, тромбона, органа
и т. п., а также спектра голоса: звонкий, когда
подчеркнуты высокочастотные составляю-
составляющие; глухой, когда они подавлены по отноше-
отношению к среднему голосу. Чаще всего необходи-
необходимо знать средний спектр для однородных
источников звука и усредненный спектр за
длительный интервал времени A5 с для
информационных сигналов и 1 мин — для
40
музыкальных). Усредненный спектр может
быть только сплошным и достаточно сглажен-
сглаженным по форме. Такие сплошные спектры
хорошо характеризуются зависимостью спек-
спектральной плотности от частоты и вероят-
вероятностью появления уровня в октавной полосе.
На рис. 3.5 приведены усредненные спект-
спектры максимальной мощности для различных
значений вероятности появления заданных
уровней в октавных полосах, там же приве-
приведены средние спектры. Эти спектры даны для
речи и различных музыкальных звучаний.
На рис. 3.6 приведены усредненные частотные
распределения (спектральные плотности)
средней мощности для речи и ряда музыкаль-
музыкальных звучаний.
В табл. 3.2 и 3.3 даны акустические мощ-
мощности в пределах полосы с максимальным
уровнем.
Пример. Определить, какова вероятность
появления уровня речи.на 12 дБ ниже пиково-
пикового на расстоянии 30 см от рта в полуоктавной
полосе частот около 1000 Гц. Из рис. 3.5, а
для частоты 1000 Гц и уровня — 12 дБ нахо-
находим точку, лежащую около кривой 20 %.
Следовательно, вероятность появления уров-
уровней выше — 12 дБ в этой полосе составляет
20 %.
Когда спектры имеют спад в ту или иную
сторону, то их оценивают тенденцией, т. е.
средним наклоном спектральной кривой в
сторону низких или высоких частот. Так,
речевой спектр в диапазоне выше 500 Гц
оценивают тенденцией спектра в —7 дБ/окт
(спад в сторону высоких частот).
Если известны спектральные или октав-
ные уровни сигнала, то можно определить
его суммарный уровень. Если спектр задан
в форме уровней в октавных (третьоктавных
или полуоктавных) полосах, то достаточно
перевести эти уровни (в каждой из полос) в
относительные интенсивности /окт^о =
— ю • окт и затем просуммировать все
эти интенсивности, а по суммарной
интенсивности для всего спектра найти
суммарный уровень L2 = 10 lg (/s//o) =
= 10 lg B /OKT//0).
Пример. Заданы уровни в октавных поло-
полосах, найти суммарный уровень.
10°-1Bd/,
где /„ и /н — верхняя и нижняя границы
частотного диапазона.
Пример. Задан равномерный спектр, со-
соответствующий рис. 3.8. Спектральный уро-
уровень равен 40 дБ, диапазон—20 ,.. 15 000 Гц.
Соответственно имеем
10
'в
lg f
= 101g[10M15000 -20I = 81,9дБ,
в то время как для составляющей около 100 Гц
уровень в частотной группе (см. рис. 2.3)
равен Lrp = В + 10 А/гр = 40+20 = 60 дБ,
а в самой верхней группе A2 000—15 500 Гц)
он составляет (см. рис. 2.3) Lrp = 40 + 35 =
= 75 дБ. Суммарный уровень можно приб-
приближенно найти путем деления частотного
диапазона на п полосок Д/ь, в пределах каж-
каждой из которых спектральный уровень ?&
примерно постоянен. Суммарный уровень
L«10lg 2 Ю "*AF
Пример. В табл. 3.4 приведены спектраль-
спектральные уровни для речевого сигнала на средних
частотах третьоктавных полос, там же дана
ширина третьоктавных полос в дБ (см.
табл. 2.2). Складывая спектральные уровни
с шириной полосы, получаем уровни в треть-
третьоктавных полосах (графа 3 в табл. 3.4). Пере-
Переводя их в интенсивности, получаем интенсив-
интенсивности в относительных единицах для каждой
полосы частот (графа 4 в табл. 3.4). Напри-
Например, для пятой строки имеем: спектральный
уровень Вь = 43,5 дБ, ширина полосы рав-
равна 17,6 дБ, уровень в третьоктавной полосе
Lb— 63,1, откуда интенсивность в этой
полосе /ь =2,06- 10е отн. ед. Проделывая
эти расчеты для всех полос, суммируем ин-
интенсивности в полосах, получаем общую
интенсивность /общ == 1,305* 10* отн, ед.
Следовательно, общий уровень будет Loom =
= 10 lg A,305-107) = 71,2 дБ.
Полоса, Гц ...
Уровень, дБ , .
Относительная ин-
интенсивность
(Лжт//вИ0«
100...200
60
\
200...400
64
2,51
400...800
66
3,98
800...1600
66
3,98
1600... 3200
63
2
3200...6400
60
1
Суммарный уровень Ls = 10 lg A4,5х
Xl0*))= 71,6 дБ. Этот уровень можно найти
с помощью программируемого микрокальку-
микрокалькулятора, как показано в 1.4.
Если заданы спектральные уровни сплош-
сплошного спектра, то точное значение суммар-
суммарного уровня для всего спектра определится
интегралом
Частотный диапазон акустического сиг-
сигнала определяют из кривой спектральных
уровней. Но так как нет четких определе-
определений границы частотного диапазона, то |то
определение можно сделать только1 прибли-
приближенно на слух. Считают такими границами
эаметность ограничения диапазона для 75 %
слушателей./ На рис. 3,7 показаны частотные
41
80100
500 1000
а)
5000 -Г,кГц
60100 100 500 10*Гц 1 5кГц
-Z0
60100 200 500 102 Z
б)
60100 2Q0 500 1ОъГц2 5кГц
8)
Рис. 3.5. Усредненные спектры максимальной и средней мощности:
а т.«и на оасстоянии 30 см от рта- б — фортепиано, вокальной и камерной музыки; в — лег-
легкой" Рн ЭстрадР„о^^музыки; г-снмфонкческой музыки (параметр кривых - вероятность непревы-
шения данного уровня; штриховой линией дана кривая средней мощности; нулевой уровень по
оси ординат соответствует общей максимальной мощности сигнала)
¦55
30
25
20
15
10
5
0
100
•—^
S -
's
\
\
s
ч
-10
-АО
500 1000
5000 ?,Гц
-60
-70
с
¦J
1 ¦ "«-¦ -¦
as
и
f
60100 260 500 1О*Гц Z 5кГц
-20
-40
-60
-г
—1__
—г_
-
-20
-40
-60
—s—
60100 200 500 10s 2 5ffu, 60100 200 500 103Гц2 5кГц
Рис 3.6. Усредненная спектральная плотность средней мощности:
-оечн- б - фортепиано, вокальной и камерной музыки; в - легкой н эстрадной музыки;
уечп, ч> у симфонической музыки
42
Здон ключей
Малый бар ас
Скрипка
бас-труба
Сопрано-сан
Пикколо
Муж. волос
тем. волос
а
?
/
Ь
313 62,5 250 1000 4000
Рис. 3.7. Частотные диапазоны первичных
источников звука
Таблица 3.4. Данные примера расчета
суммарного уровня
и
я
Я"
К Sf
sL.
Среди:
тота, :
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
Л 41 .
ч в
8.8.
С 3@
28,5
34,5
40,0
43,5
45,5
45,5
43,5
41,5
39,0
36,0
33,0
30,5
28,0
25,5
23,5
21,5
19,5
17,0
14,0
11,0
о
сй
5 «
Ширин
лосы.
13,6
14,6
15,6
16,6
17,6
18,6
19,6
20,6
21,6
22,6
23,6
24,6
25,6
26,6
27,6
28,6
29,6
30,6
31,6
32,6
к
л .
X ¦»
Урове!
ПОЛОС!
42,1
49,1
55,6
60,1
63.1
63,6
63,1
62,1
60,6
58,6
56,6
55,1
53,6
52,1
51,1
50,1
49,1
47,6
45,6
43,6
Интенсивность
полосы, отв. ед.
16 300
81 000
ЗббООО
1 030 000
2 060 000
2 310 000
2 060 000
1635000
1 160 000
728 000
457 000
325 000
231 000
163 000
130 000
103 000
82 0Q0
58 000
36 000
23 000
2 = 13054 100
в,ав
50\
40
30
20
82АВ
ЮО 300 1000 300010000
200500 2000 500 Pf Гц
Рис. 3.8. Спектральные уровни некоторых шу-
шумов:
/ — белого; 2 — розового; 3 — речевого. На графике
показан суммарный уровень для каждого ти-
типа шума
диапазоны для ряда первичных источников
звука, в том числе и для речи.
Как видим, весь оркестр имеет широко-
широкополосный спектр, Флейта-пикколо и труба
имеют соответственно высокочастотный и
низкочастотный спектры.
Акустические шумы могут рассматри-
рассматриваться и как акустические сигналы, и как
помехи. На рис. 3.8 приведены три типа шу-
шумов: белые, розовые и речевые. Термин «бе-
«белые» относится к шумам, имеющим одинако-
одинаковую спектральную плотность во всем частот-
частотном диапазоне. Термин «розовые» относится
к шумам, имеющим тенденцию спада на
3 дБ/окт в сторону высоких частот. Речевые
шумы — шумы, создаваемые одновременным
разговором нескольких человек.
3.4. ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА
Одной из таких характеристик является
уровнеграмма сигнала. Она дает возможность
определения резких переходов интенсивно-
интенсивности, и, следовательно, по ней можно предъ-
предъявить требование в отношении постоянных
времени для трактов передачи сигнала.
Другой важной временной характеристи-
характеристикой акустического сигнала является функция
автокорреляции сигнала. Если суммируют
два сигнала, один из которых представляет
повторение другого сигнала с некоторым
запаздыванием т по отношению к нему (как,
например, прямой и отраженный сигналы),
то средняя мощность суммарного сигнала за
время Т может быть определена следующим
образом:
t
t
t—T
где
t
t — T
t
t—т
являются средними мощностями складываю-
складывающихся сигналов, а
t — T
функцией автокорреляции сигнала / (t).
Все акустические сигналы делят на одно-
однородные стационарные и неоднородные. Если
при увеличении интервалы усреднения, сред
43
ние значения мощности каждого из сигналов
стремятся к одному и тому же предельному
значению, не зависящему от времени t, то
такие сигналы называют однородными. В
этом случае функция корреляции также
стремится к некоторому пределу, зависяще-
зависящему от времени запаздывания. Минимальное
время усреднения Т = То, необходимое для
достижения «тих предельных значений
при любой величине времени запаздывания,
называют пределом однородности сигнала.
Для однородных сигналов при Т !> То
Г/2
Г
-Г/2
Р-Р-— f
-Г/
Г/2
Г(Т)=*Т I f(t)f(t~x)dt
— Т/2
при произвольности выбора интервала Г
во времени.
Если при увеличении интервала усредне-
усреднения величины мощности и функции корреля-
корреляции не имеют предельных значений, а непре-
непрерывно изменяются со временем, то такие
сигналы называют неоднородными.
Для речевого сигнала однородность полу-
получается в интервале 3 ... 5 с, но для большей
точности этот интервал берут равным 15 с.
Для музыкальных программ интервал одно-
однородности доходит до 1 мин.
Для оценки когерентности сигналов поль-
пользуются нормированной функцией корреляции
гн — г (ХУГ @)» гДе г @) — функция корреля-
корреляции при т = 0.
При т. = 0 для двух одинаковых сигналов
суммарная амплитуда удваивается и мощность
будет в 4 раза больше мощности одиночного
сигнала Рг. При т ^ т0 (где т0 — интервал
корреляции) суммарная мощность этих сиг-
сигналов Pz = 2Рг.
3.5. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ
РЕЧИ ВОКРУГ ГОЛОВЫ
Рот как источник звука излучает в разных
направлениях по разному. Играют роль как
соотношения между длиной излучаемой вол-
волны и размеров отверстия рта, так и размеры
головы сравнительно с той же длиной волны.
Низкие частоты излучаются более равномер-
равномерно, высокие имеют направленное излучение.
В табл. 3.5 приведены уровни интенсивности
на расстоянии 1 м от рта под разными
азимутами и углами -высоты. Даны как сум-
суммарные значения уровня для всего диапазона
частот, так и для октавных полос в диапа-
диапазоне 62,5 ... 12 000 Гц.
Цифры в этой таблице представляют
собой разности уровней интенсивности в
децибелах в заданной точке с координатами
г, в и в точке, определяемой координатами
Таблица 3.5. Частотный анализ и пространственное распределение
интенсивности речи вокруг головы
Угол,
град
ф
шута
я
я
е
соты
31
ш
диапа
си
и
о о
m л
еч
ю
ем
<о
о
ю
см
~~
о
о
о
¦л
ем
Относительный уровень,
о
о
о
о
ю
в частотных полосам
о
о
о
о
о
400
о
о -
о
000
e»t
о
о
¦«•
~*
, Гц
008
ем
о
о
о
-см
000
¦«•
о
о
оо
ем
009
ю
о
о
о
¦«•
000
оо
00. .
СО
¦я
000<
_
о
?ъ
СО
г=100 см
0
45
90
135
0
45
90
[80
0
45
90
135
180
0
0
0
0
+45
+45
+45
+45
+45
-45
-.45
—45
-45
-45
-9,7
—9,8
—10,5
— 13,8
—10,1
-10,7
-12,1
-12,4
—12,9
—7,8
-9,8
—11,3
—13,8
— 15,2
—10,2
—11,2
—8,7
-8,4
—10,0
-10,5
— 10,0
-SJ
—7,1
—10,8
-11,4
—11,1
-8,4
—7,1
—11,1
—10,3
-13,0
—10,8
— 12,2
—10,6
—13,4
—11.6
—11,6
—11,8
—11,5
-13,3
—11,9
—10,8
—8,9
-11,3
— 12,4
—15,0
—10,5
—11,0
— 12,0
—14,3
—13.0
—9,6
—10,8
—12,8
—16,9
—15,0
— 10,5
—9,1
—11,5
— 18,1
— 12.4
—12,2
— 12,6
—12,3
—12,2
—5,3
-8,6
-9,7
—15,5
— 19,8
—8,9
—9,9
—10,6
— 16,4
—12,0
—12,1
— 13,0
—13,8
— 13,8
—6.1
—9,1
—10,9
—15,4
-16,4
—11,2
—12,8
—12,8
—21,0
-8,5
—9,0
—14,9
—17,8
—16.8
—12,3
—10,1
— 15,9
—9,5
—13,7
—15,7
—20,7
—11,6
-11,9
—15,5
-г20,9
-Л7.2
—13,6
—14,5
—18,0
—21,6
—25,6
-11,2
—12,3
—15,7
—21,4
—10.5
—11,6
—12,3
—18,2
-16,0
—12,7
—14,8
—19,6
—22,9
—29,3
—9,6
-13,1
—16.5
—23,1
— 10,8
—11,5
— 17,2
—2Г,0
—17.6
—12,0
—13,1
—19,6
-23,9
—30,9
— 12,2
—12,8
—14,9
—25,0
-15,1
—15,3
— 18,4
—24,6
—23,7
—12,6
—15,3
—22,3
—29,7
—33,7
т-9,7
— 11,9
—15,9
—23,8
—16,6
—14,6
—18,3
—25,3
—25,0
—6,6
—8,9
— 19.9
—28.8
—3.1,2
—9,7
— 10,3
—15,2
—26,2
—10,0
-11,5
—15,6
—23,6
—22,3
—6.1
—6,1
—19,5
—26.7
—27,2
44
Рис. 3.9. К пояснению
способа отсчета коорди-
координат и углов
B-0*
45°
30*
45*
-90"
30см/*\
-Л
90° О"
180"
-45'
г-60см уХ
Л. \
-90°
-45*
0,3 м, 0°, 0° для той же полосы частот. Способ
отсчета координат показдн на рис. 3.9.
Пример. Определить относительный уро-
уровень речи во всем диапазоне и в полосе
250 ...,500 Гц в точке, расположенной впереди
@°) вверху под углом 45° на расстоянии 0,3 м.
Искомые уровни находим в табл. 3.5 в
шестой строке в 3-й и 6-й графах для г— 100 см.
Общий уровень будет равен —10,1 дБ, уровень
в полосе —10,5 дБ. Для оратора из табл. 3.3
находим, что на расстоянии 1 м звуковое
давление равно 0,1 Па. На расстоянии 0,3 м
уровень звукового давления соответственно
увеличится (табл. 3.5, графа 4, строка 1 для
100 и 30 см) на 9,7 дБ, а звуковое давление —
в 3,06 раза, поэтому оно будет равно
0,1-3,06= 0,306 Па. Затем находим уровень
1= 20 lg @,306/2-Ю-6) = 83,7. Поэтому
уровень в полосе будет Ln = 83,7 — 1,9 —
= 80,8 дБ, а общий уровень интенсивности
1^ = 83,7 — 0,8 = 82,9 дБ.
3.6. ПЕРВИЧНЫЙ РЕЧЕВОЙ СИГНАЛ
Речь с физической точки зрения состоит
из последовательности звуков речи с паузами
между их группами. При нормальном темпе
речи паузы появляются между отрывками
фраз, так как при этом слова произносятся
слитно (хотя слух, как правило, восприни-
воспринимает слова по отдельности). При замедлен-
замедленном темпе речи, например при диктовке,
паузы могут делаться между словами и даже
их частями. Предлоги, союзы звучат всегда
слитно с последующим словом.
Один и тот же звук речи разные люди
произносят по-разному, каждому человеку
свойственна своя манера произнесения зву-
звуков речи (своего рода устный почерк). Про-
Произношение звуков речи зависит от ударения,
соседних звуков и т. п. Но при всем много-
многообразии в их произношении они являются
физическими реализациями (произнесением)
ограниченного числа обобщенных звуков
речи, называемых фонемами. Фонема — это
то, что человек хочет произнести, а звук
речи — это то, что человек фактически про-
произносит. Фонема по отношению к звуку речи
играет ту же роль, что и образцовая буква
(например, курсивная) по отношению к ее
рукописной форме в конкретном написании.
В русском языке насчитывается 42 основ-
основные и 3 неопределенные фонемы.
Звуки речи делятся на звонкие и глухие.
Звонкие звуки образуются с участием голосо-
голосовых связок, в этом случае находящихся в
напряженном состоянии. Под напором воз-
воздуха, идущего из легких, они периодически
раздвигаются, в результате чего создается
прерывистый поток воздуха. Импульсы по-
потока воздуха, создаваемые голосовыми связка-
связками, с достаточной точностью могут считаться
периодическими. Соответствующий период
повторения импульсов называют периодом
основного тона голоса 7. Обратную вели-
величину Го, т. е. 1/Г0, называют частотой основ-
основного тона. Если связки тонкие и сильно напря-
напряжены, то период получается коротким и часто-
частота основного тона высокой; для толстых,
слабо напряженных связок частота основ-
основного тона получается низкой. Частота основ-
основного тона для всех голосов лежит в пределах
70 ... 450 Гц. При произнесении речи час-
частота основного тона непрерывно изменяется
в соответствии с ударением и подчеркиванием
звуков и слов, а также для проявления эмо-
эмоций (вопрос, восклицание, удивление и т. д.).
Изменение частоты основного тона называет-
называется интонацией. У каждого человека свой
диапазон изменения основного тона (обычно
он бывает немногим более октавы) и своя
интонация. Последняя имеет большое значение
для узнаваемости говорящего. (Основной тон,
интонация, устный почерк и тембр голоса
служат для опознавания человека, и степень
достоверности опознавания выше, чем по от-
отпечаткам пальцев. Это свойство используют
для аппаратуры, срабатывающей только от
определенных голосов.) Импульсы основного
тона имеют пилообразную форму, и поэтому
при их периодическом повторении получается
дискретный спектр с большим числом гармо-
гармоник (до 40)j частоты которых кратны частоте
основного тона. Огибающая спектра основно-
основного тона имеет спад в сторону высоких частот
с крутизной около 6 дБ/окт, поэтому для
мужского голоса уровень составляющих око-
около 3000 Гй ниже их уровня около 100 Гц
примерно 30 дБ.
При произнесении глухих звуков связки
находятся в расслабленном состоянии и поток
воздуха из легких свободно проходит в поло-
полость рта. Встречая на своем пути различные
преграды в виде языка, зубов, губ, он образу-
образует завихрения, создающие шум со сплош-
сплошным спектром. v
Согласные по способу образования делят-
делятся на сонорные (л, ль, р, рь, м, мь, н, нь, й),
щелевые (ж, з, зь, в, вь, ш, с, сь, ф, фь, х,
хь), взрывные (б, бь, д, дь, г, гь, п, пь, т, ть,
к, кь) и аффрикаты (ц, ч — комбинация
глухих взрывных и щелевых). Гласных
фонем 6: а, о, у, э, и, ы (гласные е, я, е, ю —
составные из й или мягкого знака и гласных
э, а, о, у).
По месту образования фонемы делятся на
губные, зубные, небные, гортанные, перед-
передние и задние.
При произнесении звуков речи язык,
губы, зубы," нижняя челюсть, голосовые
связки должны находиться для каждой фоне-
фонемы в строго определенном положении или
движении. Эти движения называют артику-
артикуляцией органов речи. При этом в речеобразу-
ющем тракте создаются резонансные полости,
определенные для данной фонемы, а для
слитного звучания фонем в речи — и опре-
определенные переходы от одной формы тракта
к другой.
При произнесении звуков речи через речевой
тракт проходит или тональный импульсный
сигнал, или шумовой, или тот и другой вместе.
Речевой тракт представляет собой сложный
акустический фильтр с рядом резонансов,
создаваемых полостями рта, носа и носоглот-
носоглотки, т. е. с помощью артикуляционных органов
речи. Вследствие этого равномерный тональ-
тональный или шумовой спектр превращается в
спектр с рядом максимумов и минимумов.
Максимумы спектра называют формантами,
а нулевые провалы — антиформантами. Для
каждой фонемы огибающая спектра имеет
индивидуальную и вполне определенную
форму (рис. 3.10, на котором приведены спект-
спектральные огибающие для звуков в, г, м). При
произнесении речи спектр ее непрерывно
изменяется и образуются формантные пере-
переходы. Частотный диапазон речи находится
В,АВ
в пределах 70 .. 7000 Гц. Форма усредненного
спектра речи дана на рис. 3.4.
Звонкие звуки речи, особенно гласные,
имеют высокий уровень интенсивности, глу-
глухие — самый низкий. При произнесении ре-
речи громкость ее непрерывно изменяется.
Особенно резко она изменяется при произ-
произнесении взрывных звуков речи. Динамичес-
Динамический диапазон уровней речи находится в пре-
пределах 35 ... 45 дБ. Гласные звуки речи име-
имеют в среднем длительность около 0,15 с,
согласные — около 0,08 звук п—около
30 мс.
Звуки речи неодинаково информативны.
Так, гласные звуки содержат малую инфор-
информацию о смысле речи, а глухие согласные
наиболее информативны (например, в слове
«посылка» последовательность «о, ы„ а» ни-
ничего не говорит, а «п, с, л к» дает почти одно-
однозначный ответ о смысле. Поэтому разбор-
разборчивость речи снижается при действии шумов,
в первую очередь из-за маскировки глухих
звуков.
Известно, что для передачи одного и того
же сообщения по телеграфу и по речевому
тракту требуется различная пропускная спо-
способность тракта. Для телеграфного сообще-
сообщения достаточна пропускная способность не
более 100 бит/с, а для речевого —около
100 000 бит/с (полоса равна 7000 Гц, дина-
динамический диапазон 42 дБ, т.е. требуется
семизначный код, откуда имеем 2-7000-7=
— 98 000 бит/с), т. е. в 100 раз большая.
Образование звуков речи происходит
путем подачи ' команд к мускулам артику-
артикуляционных органов речи от речевого центра
мозга. Общий поток сообщений от него сос-
составляет в среднем не более 100 бит/с. Вся
остальная информация в речевом сигнале
называется сопутствующей.
Речевой сигнал представляет собой сво-
своего рода модулированную несущую. Его
спектр р ((ч) = Е (со) F(<a), где Е (со)—спектр
генераторной функции, т» е. импульсов ос-
основного тона или шума; F (со) — фильтро-
фильтровая функция речевого тракта — модулирую-
модулирующая кривая. Эта модуляция особая — спект-
спектральная. Прн ней несущая имеет широко-
широкополосный спектр, а в результате модуляции
изменяется соотношение между частотными
составляющими, т. е. изменяется форма оги-
огибающей спектра. Почти вся информация о
звуках речи заключена в спектральной
огибающей речи и ее временном изменении1
(частично информация о звуках речи заклю-
заключена в переходах от тонального спектра к
шумовому и обратно — по этим переходам
узнают о смене звонких звуков на глухие и
обратно). Все эти изменения происходят
медленно (в темпе речи). Установлено, что
200 300400 600 1000 2000 3000 5000 f, Гц
500 800 1400 4000 6001)
Рис. 3.10. Огибающие спектра для ряда зву-
звуков речи:
/ — в; 2 — г; 3 — м
1 По теории, предложенной проф.
А. А. Пироговым, распознавание звуков
речи^ определяется скоростью изменения
спектральных уровней (фонетическими функ-
функциями).
46
избыточность самого речевого сигнала лишь
немного превышает избыточность телеграф-
телеграфного сигнала с таким же сообщением: рече-
речевой сигнал отличается от телеграфного тем,
что в последнем нет информации об эмоциях
и личности говорящего, а также исключена'
вся сопутствующая информация, имеющая-
имеющаяся в речи1.
Для передачи смысла речи достаточно
передавать сведения о форме огибающей
спектра речи и ее временном изменении в
темпе смены звуков речи, а также измене-
изменение основного тона речи и переходов тон —
шум.
3.7. ГОРТАНЬ КАК ИСТОЧНИК
ЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
Для получения шумозащищенного рече-
речевого сигнала используют гортань как источ-
источник речевых колебаний. Эти колебания соз-
создаются при произнесении звуков речи и явля-
являются чисто механическими колебаниями
тканей, прилегающих к гортани. Наиболее
интенсивные колебания получаются на низ-
низких частотах. Скорость, колебаний этих тка-
тканей уменьшается к высоким частотам по
квадратичному закону. При увеличении час-
-40
-50
-60
-70
-80
s
s
4
ЮО 300 6001000 3000
Рис. З.П. Частотная зависимость колебатель-
колебательной скорости гортани для постоянного звуко-
звукового давления создаваемого ртом на рассто-
расстоянии I м от него
тоты вдвое скорость колебаний уменьшается
вчетверо, что соответствует снижению уровня
на 12 дБ/окт (см. § 1.4). На рис. 3.11 приведе-
приведена экспериментальная частотная зависимо-
зависимость уровня скорости колебаний тканей гор-
гортани для постоянного уровня звукового дав-
давления, создаваемого при этом на расстоянии
1 м от рта. На этом графике за нулевое зна-
1 м
чение уровня взята величина 1 . .
JK с/Па
РАЗДЕЛ 4
ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СИСТЕМЫ
4.1. ВВЕДЕНИЕ
Электроакустическая аппаратура и акус-
акустические устройства состоят из электричес-
электрических, механических и акустических элемен-
элементов, объединенных в системы.
К электрическим элементам относятся
индуктивности, емкости, активные сопротив-
сопротивления, трансформаторы. Как правило, они
представляют собой простую электрическую
систему—электрический контур. Конструк-
Конструктивно такой контур имеет вид: катушки,
находящейся в магнитном поле (электроди-
(электродинамические системы) или на сердечнике из
магнитного материала (электромагнитные
системы); конденсатора или пъезоэлемента
(электростатические системы); угольного
порошка, расположенного между электри-
электрическими контактами (угольные системы).
Трансформаторы применяются в тех случаях,
когда надо согласовать сопротивления дан-
данной системы с внешней электрической цепью.
Для электродинамических систем индуктив-
индуктивное сопротивление обычно (кроме самых
высоких частот) значительно меньше актив-
активного, для электромагнитных систем, наоборот
индуктивное сопротивление значительно пре-
1 Например, информация о мгновенных
значениях сигнала — фазовая информация.
рбладает над активным (кроме самых низких
частот), для электростатических систем
активная составляющая, как правило, очень
мала.
К механическим и акустическим элемен-
элементам относятся массы, упругости (гибкости),
сопротивления потерь (например, на, трение)
и своего рода механоакустические трансфор-
трансформаторы. Эти элементы комбинируют в виде
различного рода цепочек и узлов. Механичес-
Механические и акустические системы элементов быва-
бывают как с сосредоточенными, так и с распре-
распределенными параметрами. В большинстве
случаев акустические и механические систе-
системы (в зависимости от участка звукового диа-
диапазона частот) могут рассматриваться как
с сосредоточенными, так и с распределенными
параметрами. Например, на низких частотах
все механические системы могут рассматри-
рассматриваться как системы с сосредоточенными пара-
параметрами, а на высоких — как с распределен-
распределенными параметрами. Большинство акустичес-
акустических систем представляют собой системы с
распределенными параметрами, и только на
низких частотах с некоторым приближением
их можно рассматривать как системы с сосре-
сосредоточенными параметрами.
Конструктивно механические системы
представляют собой различной формы диа-
диафрагмы н мембраны. Идеальная диафрагма
47
может11 колебаться только как целое, т. е.
представляет собой систему с сосредоточен-
сосредоточенными параметрами. Практически диафрагмы
всегда колеблются с той или иной величиной
изгиба от центра к краям. Для уменьшения
изгиба применяют гофрировку на краях
диафрагмы. Идеальная мембрана представ-
представляет собой абсолютно гибкую пластину,
упругость которой придается только ее на-
натяжением по периметру. Мембрана представ-
представляет собой систему с распределенными пара-
параметрами. В пьезоаппаратуре механическая
система иногда имеет вид пластинки, зажатой
по одному краю.
Акустические системы конструктивно пред-
представляют собой различного рода трубки,
закрытые с одного конца или открытые с
обоих концов, различного вида объемы,
резонаторы, комбинации трубок и объемов,
помещение, открытое пространство.
Электрические, механические и акусти-
акустические системы в электроакустической аппа-
аппаратуре связывают между собой с помощью
электромеханических и механоакустических.
преобразователей. Под последними подра-
подразумевают устройства, позволяющие преобра-
преобразовать колебания одного вида энергии в дру-
другой, например, акустические колебания в
электрические или электрические — в акус-
акустические. В качестве элементов связи, напри-
например в электромеханических преобразованиях,
используют магнитные или электрические
поля.
4.2. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
АНАЛОГИ
Почти вся электроакустическая аппара-
аппаратура имеет в своем составе механическую
систему как посредник между электричес-
электрической я акустической системами. Для возмож-
возможности использования хорошо разработанного
аппарата в виде теории электрических
Таблица 4.1. Электромеханические аналоги
Электрическая величина
Механическая величина
Условное обозначение
Напряжение U
Ток I
Количество электричества q
Сила F
Скорость v
Смещение (отклонение) х
di
Индуктивность L
Масса т
'«>?
Ua=q/C
Емкость С
K sxx/cM
Гибкость см
Упругость s=l/sM
Активное сопротивление R
Коэффициент потерь гм
6)
Полное электрическое сопротивление
Полное Механическое сопротивление
F
Энергия магнитного поля WM=Li2/2
Кинетическая энергия Г =
Энергия электрического поля
WCU*/2
Потенциальная энергия
ЯЯ/г V
48
Таблица 4.2. Электромеханические аналоги соединения элементов
Механический элемент
Электрический
аналог
Формула
о—
с—
F
5)
и 'м1
четырехполюсников при анализе процессов,
происходящих в сложных механических
системах, разработаны методы электромеха-
электромеханических аналогий. Они позволяют сводить
механические системы к электрическим. Наи-
Наиболее распространенный метод электромеха-
электромеханических аналогий основан на аналогиях,
приведенных в табл. 4.1. В табл. 4.2 приведе-
приведены аналогии соединений механических и
электрических элементов. Аналогом последо-
последовательного [а) и в)] соединения механических
элементов, называемого цепочкой, являет-
является параллельное соединение электрических,
а аналогом параллельного соединения [б) и
г)] механических элементов (узла) является
последовательное соединение электрических.
Для механической колебательной систе-
системы с параллельным соединением механичес-
механических элементов уравнение вынужденных
колебаний имеет вид
md*x/dt*+rudx/dt+x/cu*=F,
где F — сила, приложенная к узлу механи-
механических элементов; т— масса колебательной
системы; гм— активное сопротивление ее;
% — гибкость системы. Это уравнение ана-
аналогично уравнению для контура с последо-
последовательным соединением электрических
элементов (табл. 4.3, рис. а), т. е. узел меха-
механических сопротивлений аналогичен контуру
из электрических сопротивлений. Механи-
Механическое сопротивление для такого узла
1
кос»
|/ r-+ (--irll8;
49
Таблица 4.3. Электрические аналога механических систем
Электрический аналог
Механическая
система
Формула
~ "L
F/v= zM= rM-f- шт +
+ l/(icocM);
т/с*
р=Ут/см
91
_ ±
6)
ют—1/((dcm)
где |ZMj — модуль сопротивления; г|) — его
фаза.
На рис. 4.1 показана зависимость скорос-
скорости колебаний v от частоты / при постоянстве
амплитуд приложенной силы для рассматри-
рассматриваемой механической системы. Резонансная
частота для механической системы
= (D0/2n(s=I/cM)
и добротность
где Д/ — ширина полосы пропускания сис-
темы на уровне —3 дБ; 2вол ~ ут/См —
волновое сопротивление системы.
На частотах выше резонансной (ю > Щ)
механическое сопротивление определяется
инерционным сопротивлением, т. е. zM =
= icom, если только активное сопротивление
не очень велико. На частотах ниже резонанс-
резонансной (со < соо) механическое сопротивление
определяется гибкостью, т. е.гм= l/(icocM),
с той же оговоркой, что и в предыдущем слу-
случае.
Механическая система в виде цепочки со-
сопротивлений, состоящей из резинки, на кото-
которой подвешен грузик (так называемый «мяч-
раснидай»), имеет аналог в виде электриче-
электрической системы с параллельным соединением
элементов (см. табл. 4.3, рис. б).
Далее аналогом рычага первого рода явля-
является трансформатор, причем отношение плеч
рычага lxll% соответствует коэффициенту транс-
трансформации njtii (см. табл. 4.3, рис. в), а рычагу
второго рода — автотрансформатор.
Одним из видов механического трансфор-
трансформатора с акустической связью является соеди-
соединение двух поршневых диафрагм с помошью
двух трубок небольших (по сравнению с дли-
нбй волны) диаметра и длины (см. табл. 4.3,
рис. г). Давление в обеих трубках по закону
50
Паскаля одинаково, поэтому отношение сил
(при условии несживаемости воздуха) обрат-
обратно пропорционально отношению скоростей в
трубках:
а коэффициент трансформации равен отноше-
отношению сечений трубок, т. е. п^пг — SjS^. Та-
Такой трансформатор применяется в электроаку-
электроакустической аппаратуре для преобразования со-
сопротивлений в целях их согласования.
Приведем параметры некоторых механиче-
механических систем.
Мембрана, натянутая по периметру, имеет
основную резонансную частоту
0,38
где т — натяжение мембраны; h — толщина
ее; г — радиус; р — плотность материала. Для
расчета резонансной частоты более высоких
порядков т и л (где т — число узловых диа-
диаметров; л—-число узловых окружностей; л=1
соответствует окружности по периметру
мембраны) полученные из формулы величины
необходимо умножать на следующие коэффи-
коэффициенты k:
т . .
п . .
k . .
. 0
. 1
. 1,0
1
1
1
,6
2
1
2,
1
0
2
2
,3
1
2
2
.9
2
2
3,
5
0
3
3
,6
1
3
4
.2
2
3
4,
Предельное значение основной резонанс-
резонансной частоты определяется пределом текучести
материала мембраны (для алюминия допусти-
допустимое натяжение ттах = 7• 107 Л Н/м, для дюра-
дюралюминия ттах = 15-107 л Н/м).
Пример. Определить предельную основ-
основную резонансную частоту для дюралюминие-
дюралюминиевой мембраны (р = 2,5-103 кг/м3) толщиной
10 мкм (Ю-6 м) и радиусом 10~2 м. Допус-
Допустимое натяжение
200
500 800 1250 2000
7000
5000
Рис. 4.1. Зависимость скорости колебаний от
частоты для механической колебательной си-
системы
данного примера эквивалентная упругость
s3KB = 4л2 92902 • 2,37 . 10~e «= 8,07 • 103 Н/м
иливэкв = 5,4-1,5-103 = 8,07-103 Н/м.
Круглая диафрагма с центральной жест-
жесткой частью имеет упругость
sr=3,14
_а2 («—1)»
где Е и а —модуль упругости и коэффициент
Пуассона для материала воротника диафраг-
диафрагмы; h — толщина воротника; г — радиус диа-
диафрагмы; Ъ—радиус ее жесткой части: а =
= rib; р = hfb.
Пример. Найти упругость алюминиевой
диафрагмы, с радиусом г = 3 см, радиусом
жесткой части Ь — 2 см, толщиной воротника
h = 0,1 мм. Для алюминия ? = 7- 10i0 Н/м2;
а — 0,33. Подставляя эти данные в формулу,
получаем упругость
= 3,14
7-101° C/2+1)
A—0,33*) C/2—1K
2Х
xio-2
2-Ю-2
= 1,23.104Н/м.
Предельная резонансная частота
0,38 Г 1500
- ш_2 у 2,5Ы03.
103-10-
= 9290 Гц.
В диапазоне частот до 20 кГц эта мембрана
будет иметь еще два резонанса: на частотах
/шр = 1,6-9290 = 14 864 Гц и /2пР = 2,1 X
Х9290 Гц, т. е. для одного и двух узловых
диаметров.
Эквивалентная масса мембраны в диапа-
диапазоне до основного резонанса ^экв = 0,3 т,
где т — фактическая масса мембраны. Для
Данного примера т = 2,51 • 10* • 10~6 пХ
ХB-10-2J/4 = 7,89-Ю-6 кг, а эквивалент-
эквивалентная масса тэкв = 0,3-7,89-Ю-6 = 2,37 х
Х10-в кг.
Эквивалентная упругость определяется из
величин резонансной частоты и эквивалентной
массы, s8KB == ©Зтэкв или S9KB ~ 5»4 Т- Для
V
10
8
6
4
2
10
20
/
***
/
\ У
а?'
1
1,-
20 J0406080100200 400600 W002000 4000 f,rq
40 6080120 200 400 800120020004000 8000
Рис. 4.2. Поправочный коэффициент а в зави-
зависимости от частоты и теплопроводности сте-
стенок (верхний ряд абсцисс для теплоизолиро-
теплоизолированных стенок, Р = 1: нижний —для тепло-
теплопроводных стенок, Р = 2; параметр кривых —
радиус трубки)
51
Следовательно, гибкость см = ls = 0.813X
Х10-4 м/Н.
Эквивалентная масса такой диафрагмы
^экв = т* + 0t3mB, где тт и тв — массы
жесткой части и воротника диафрагмы.
Если жесткая часть имеет толщину 1 мм, то
ее масса
Эквивалентная масса воротника и диафраг-
диафрагмы соответственно 0,3mB = 0,3-2,51-103-10~4
я C2 _ 22) • Ю-4 = 0,12 • Ю-3 кг; тЭКв =
= C,15+0,12)-10^» = 3,27-10"» кг.
Резонансная частота диафрагмы
Для рассматриваемого случая
Круглая, зажатая по периметру, пластинка
имеет упругость и основную резонансную час-
частоту соответственно:
Е Л3
s = 4,19
1—«
г2 '
где ? и а — модуль упругости и коэффициент
Пуассона для материала пластинки; h —
толщина пластинки иг — радиус ее; р —
плотность материала.
Эквивалентная масса пластинки тЭКв=
= 0,151т, где т — фактическая масса плас-
пластинки.
Для определения первых четырех резонанс-
резонансных частот сложного колебания полученные
значения основной частоты необходимо умно-
умножить на следующие коэффициенты: 1, 6, 15,
28 соответственно числу узловых окружностей;
1, 2, 3, 4.
Пример. Найти основную резонансную
частоту, упругость и эквивалентную массу
стальной пластинки радиусом 2 см и толщиной
0,2 мм. Для стали модуль Е == 2-1011 Н/м2,
коэффициент Пуассона а = 0,28 и плотность
р = 7,8 кг/м3.
Основная резонансная частота
Г
2-1011
B-Ю-2J у 7,8-103 A—0.282)
= 1240 Гц.
Упругость
s = 4 1Э 2'1QU B-10~4K_
A—0,282) B-Ю-2J
= 18,2-103 Н/м.
Эквивалентная масса тЭКв = 0,151-7,8х
хЮ3-2-10-*л.B-10-2J= 3-10-4кг.
Круглая, запертая по периметру, пластинка
имеет упругость и резонансную частоту со-
соответственно:
= 4,19
A-о2)
/о-0,225'
h
рA ~ау
Эквивалентная масса m9HB — 0,28 т.
Для пластинки из предыдущего примера
упругость будет меньше в C-|-а)/A + о)=
= 3,28/1,28 раза, а резонансная частота в
@,47/0,225) раз меньше, т. е. /0 = 595 Гц;
s = 7,10- 10sH/m. Эквивалентная масса т9Нв=
= 0,28-19,9-10-*== 5,57-10-* кг, т.е. в 1,85
раза больше, чем для зажатой пластинки.
4.3. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ
АНАЛОГИИ
Для анализа акустических систем разра-
разработан метод электроакустических аналогий.
По этому методу давление р считают аналогом
напряжения,, скорость колебаний v — анало-
аналогом плотности тока, а объемную скорость коле-
колебаний ил = vS (где S — поперечное сечение
звукопровода) — аналогом тока. Для трубки
длиной / акустическая масса mBi=m/Si=
= p//S и акустическое активное сопротивление
га =¦ rM/S2. Для объема V акустическая гиб-
гибкость са = cMS* = W(YPac)- Методом этих
аналогий удобно пользоваться при рассмотре-
рассмотрении устройств, состоящих только из акустиче-
акустических систем, например акустических фильтров.
Комбинации из акустических и механических
систем можно рассматривать и с помощью
электроакустических аналогий. При этом все
механические сопротивления надо заменять на
соответствующие им акустические, а силы и
скорости — на давления и объемные скорости
по формулам za = zM3S2M, U = VSM, где SM —
площадь диафрагмы или мембраны. При рас-
рассмотрении этих систем можно пользоваться для
каждой системы своими аналогиями, но при
этом в аналоговой схеме между механической
и акустической системами приходится вклю-
включать трансформатор. Число витков его с ме-
механической стороны численно равно площади
диафрагмы, а с акустической — равно едини-
единице. Но все же для рассмотрения этих систем
удобнее всего единая система электромехани-
электромеханических аналогий. При рассмотрении чисто аку-
акустических систем также можно пользоваться
электромеханическими аналогиями, но в такой
аналоговой схеме в каждом стыке двух звуко-
проводов с разными поперечными сечениями
надо включать трансформаторы с коэффициен-
коэффициентом трансформации Sft/Sa+i, где Sh и Sh+i —
сечения звукопровода в смежных участках его,
или все акустические элементы проводить к
одному поперечному сечению, например вход-
входному отверстию So. Это приведение делается
по формулам: механические массы т = m&S$,
52
Таблица 4.4. Акустические элементы и системы
Описание
Чертеж
Аналоговая схема
Входное сопротивление
а) замкнутый объем V с гор-
горлом площадью S—яг2 без уче-
учета сопротивления излучения
в)
V
F
о-
б) слой воздуха между двумй
параллельными дисками пло-
площадью 5
Один диск колеблется по своей
оси под действием силы F. Ра-
Радиальное движение воздуха
отсутствует. Толщина слоя
F
o-
Для жестких дисков
гм ж оо, см = d/pc2 S.
= l/io)cM,
Для мембран с учетом радиального
движения воздуха l/zBX = l/rM-|-
+ ju>c'M, cM = D...7)cM;
гм изменяется в широких пределах
в) круглое отверстие радиуса
г (в бесконечно тонкой стене),
излучающее в одну сторону,
Fv ,$
т
, гм=яр©
= я2рг3/2 при г<с
г) п Круглых отверстий, каж-
каждое площадью S=nr2 в тон-
тонкой перегородке бесконечных
размеров, если объем за пере-
перегородкой, приходящейся на
одно отверстие, Vr1>X2Jax г/4я
V,Jv
1 I
гм и т, см. п.в.
ел Продол же н и е табл. 4.4
Описание
д) труба с поперечным сече-
сечением S=nr2 и длиной / в тол-
толстой широкой стене без уче-
учета потерь, Ь — ширина стены,
при /CA*>^
е) узкая труба длиной /^Я и
сечением S—лг2, р — коэффи-
коэффициент теплопроводности стенок
ж) отверстие с радиусом Т\
в перегородке, стоящей попе-
поперек трубы с радиусом г2 без
учета потерь на вязкость, ф —
функция Фока
з) механический трансформа-
трансформатор из двух трубок при учете
сжимаемости воздуха
Чертеж
в)
ej
Ж)
3)
Аналоговая схема
Входное сопротивление
V
,. rM =
т=4яр/г3/3,
а см. рис. 4.2 (а= 1 при /г2<цяр)
v
F
о-
zBI=1<Dm, т=0,5я2р/>8ф
Ф (гх/г8) = 1-1,47 (rx/rt) +
+ 0,338 (/ч/г^+
Sf Sz vz
, cMX=/a/pc2S1,
Продолжение табл. 4:4
Описание
Чертеж
Аналоговая схема
Входное сопротивление
и) резонатор Гельмгольца с
объемом V и офланцованной
трубкой длиной / и сечением
S=nr2 с учетом излучения
горла и вязкости воздуха в
нем
О*—^rv>nk-j
'M+sa [рюа/4яс+ (l/пг*)
m=pS/', /' = /+1,48 г,
' V
к) двойной резонатор Гельм-
Гельмгольца с объемом V к длинами
трубок /i и /2 и сечением 5t и
л) длинная узкая трубка без
отражения от конца
(\flCS
2ВХ = гво л —
м) труба длиной / и сечением
5, нагруженная на конце меха-
механическим сопротивлением zH
= PcS, zBX=
pcS+izHtg(u)//c) '
при ZH = pcS zBX=pc<S,
при /<А, zBX=(zH+i(om)/(l-f-
+ i©cMzH),
Продолжение табл. 4.4
Описание
и) то же, закрытая с одного
конца (Zh~*"°°)
о) то же, открытая с обоих
концов (zH«0)
п) труба сечением Si =
= пг\, нагруженная на кон-
конце тонкой трубой длиной h и
сечением 5а==яг| с нагруз-
нагрузкой на конце механическим
сопротивлением гя
Чертеж
*/
F
<?
S
**-8 ---—
, 1
и а
V
Аналоговая схема
i
t « .
1 К
Входное сопротивление
для zH<^l/(ocM, zBX = zH-|-iei)/w,
fn = plS, Cj| = //(pc2S)
zBX_ipcSctg(©//c),
при /<CA,zBX=l/i©cM,
cM— //(pc8 S)
Zkx — ipcS tg(d)t/c), при /<сА>>
zBX=i©m,
Нагрузка на конце широкой трубы
m=pS,l,+ .6(tf,S,/3»
Окончание табл. 4.4
Описание
Чертеж
Аналоговая схема
Входное сопротивление
р) отрезки широких и узких
трубок, соединенные между со-
собой последовательно
Акустический фильтр
Р)
F-
V
V
Электрический фильтр
v, m mm
= pS2l2, cti =
S2//2 Vx = 2uH,
2(o§/©2)]
с) труба с ответвлениями в ви-
виде трубок с открытыми концами
It И 1
(/77
2/V1/2 =O,5©o,
Y = Arch {cos ((alxlc)-\-
+ (cS2/2wS1/2)sin(u)/1/c)J
т) то же, в виде резонаторов
Гельмгольца
Л
пот
V
'ескцц
фильтр
Электрический
полосовой фильтр
О-н
то
Рис. 4.3. Механоэлектричесний четырехполюсник — генератор (а) и электромеханиче-
электромеханический четырехполюсник — двигатель (б)
механические активные сопротивления гм—
= /д^о механлческие гибкости см = cM/S§.
С помощью электромеханических анало-
аналогий рассмотрим применяемые в практике аку-
акустические элементы и системы (см. табл. 4.4).
Следует иметь в виду, что за исключением п.
б) сила, действующая на входе элемента или
системы, F = pS, где р — звуковое давление
на этом входе, a S — площадь входного отвер-
отверстия.
4.4. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Электромеханические преобразователи яв-
являются четырехполюсниками, у которых одна
сторона механическая, а другая — электри-
электрическая. Большинство электромеханических
преобразователей (кроме угольных, транзис-
транзисторных и ионных), используемых в электроаку-
электроакустической аппаратуре, является.обратимыми
и практически линейными преобразователями.
Электромеханические преобразователи делят
на генераторы, преобразующие механическую
энергию в электрическую, и двигатели, преоб-
преобразующие механическую энергию в электри-
электрическую.
Для генератора (рис. 4.3, а) уравнения че-
четырехполюсника имеют вид:
/(г Up —
а для электродвигателя (ЭД) (рис. 4.3, б):
где /Сг — коэффициент электромеханической
связи для генератора; /Сд — коэффициент
электромеханической связи для ЭД:
i 'д — п'
Интересно отметить, что когда ЭД затормо-
заторможен (т. е, когда частота вращения его равна ну-
нулю), то это соответствует холостой работе че-
четырехполюсника, так как в этом случае сопро-
сопротивление нагрузки zM>H бесконечно большое,
и ток"во вторичной цепи равен нулю. А холо-
холостая работа двигателя соответствует его рабо-
работе на небольшое сопротивление нагрузки (ско-
(скорость наибольшая, т. е. выходной ток в четы-
четырехполюснике максимальный). Для обра-
обратимых четырехполюсников | АГГ| = | Кл | =
= Ксь', 2вН.г = KcJ(z9.T + *э.н) ~~ вноси'
мое сопротивление для генератора; гвН.д =
= K*J(zM д + гм н) — вносимое сопротивле-
сопротивление для ЭД; <^Г — ЭДС генератора; 3" = уси-
усилие ЭД; 2ВХ.Г — входное (механическое) со-
сопротивление ' генератора; гвх,д — входное
Рис. 4.4. Преобразователь динами-
динамического типа (катушечный вариант):
а — механоэлектрический; б — электро-
электромеханический
К — катушка с проводом длиной I; В —
индукция поля вблизи катушки
58
1
в
а)
Рис. 4.5. Преобразователь динамического типа
(ленточный вариант):
а — механоэлектрический; б — электромеханический
Л — леиточка длиной /; В — индукция поля вблизи
леиточки
(электрическое) сопротивление ЭД;, гэм%г—
собственное (механическое) сопротивление ге-
генератора; гм#п — внутреннее (механическое)
~~ гм.д ~~
м.д
сопротивление ЭД;
гэ.д — собственное (электрическое)"сопротив-
(электрическое)"сопротивление ЭД; гэ.Г — внутреннее (электрическое)
сопротивление генератора (гэ.д == гэ.г = гэ);
гэ-н — электрическое сопротивление нагруз-
нагрузки генератора; гм.н — механическое сопротив-
сопротивление нагрузки двигателя; Fr — сила, прило-
приложенная к генератору; vv — скорость генерато-
генератора; iv —ток нагрузки генератора; Ur — на-
напряжение на нагрузке генератора; С/д — на-
напряжение, приложенное к двигателю; /п—
ток в двигателе; уд—скорость вращения ЭД;
Fn — сила, действующая на нагрузку ЭД.
Для электродинамических типов электро-
электроакустической аппаратуры (рис. 4.4 и рис.4.5)
наводимая ЭДС в проводнике, пересекающем
магнитное поле, ? = Blv, а усилие, действую-
действующее на проводник с током, F = BU, где В —
индукция поля; /— длина проводника.
Коэффициент электромеханической связи для
этих систем /Ссв — В1.
а)
¦о о-
Ю
Рис. 4.7. Преобразователь пьезоэлектрическо-
пьезоэлектрического типа:
а — механоэлектрический; б — электромеханический;
/ — электроды; 2 — пластинка кристалла (или кера-
керамики)
Если взять конденсатор с постоянным на-
напряжением на его обкладках равным Uo и
одну из его обкладок колебать с переменной
скоростью v (рис. 4.6, а), то конденсатор будет
создавать переменную ЭДС & = f/oy/(iu>d),
где d — расстояние между обкладками конден-
конденсатора в отсутствие колебаний; а> — частота
колебаний. С другой стороны, если через этот
конденсатор будет протекать переменный ток i,
вызванный приложенным к нему перемен-
переменным напряжением U^ < Uo (рис. 4.6, б), то
между обкладками конденсатора будет дейст-
действовать переменная сила (усилие) & = Uoi/
(Шф.
Следовательно, электрический преобразо-
преобразователь конденсаторного (а также электретного)
типа имеет коэффициент электромеханической
связи АГСВ = Uj(ti>d).
Если пластинку пьезокристалла, вырезан-
вырезанную соответствующим образом (или пластинку
из пьезокерамики), деформировать, например
заставить один из ее концов колебаться со ско-
скоростью v (рис. 4.7, а), то на ее электродах об-
образуется переменная ЭДС <? = k0t2v/(toh?),
где / — длина пластинки; h — толщина ее;
&о — коэффициент пьезоэффекта. Если же на
электроды такой пластинки подать перемен-
переменное напряжение U^, вызывающее ток i
(рис. 4.7, б), то пластинка будет испытывать
переменную силу (усилие) Ж = knPil{\<ah2).
Поэтому коэффициент связи для электромеха-
электромеханического преобразователя пьезосистем с из-
гибной деформацией имеет вид Ксв ~ ко?1
(<ah2).
Если мембрану из ферромагнитного мате-
материала приближать к полюсным наконечникам
постоянного магнита или удалять от них (на-
Г
La
12
у//////////
Рис. 4.6. Преобразователь конденсаторного типа:
а — механоэлектрический; б ~ электромеханический; d — расстояние между электродами- ?/„ —
постоянное напряжение иа конденсаторе; / — мембрана; 2— зазор между электродами; 3 — изо-
изоляция; 4 — неподвижный электрод
59
LU'
Рис. 4.8. Преобразователь
электромагнитного типа:
а — механоэлектрический; б —
электромеханический Во —
постоянная составляющая ин-
индукции в магнитной цепи; /—
мембрана; 2 — зазор в магнит-
магнитной цепи; 3 — полюсный нако-
наконечник, т. е. сердечник ка-
тушки; 4 — катушки
/ 0
пример, колебать) со скоростью v (рис. 4.8, а),
т. е. изменять величину магнитного потока,
протекающего через сердечники катушек, то в
катушках будет индуктироваться переменная
ЭДС & = B0LKv/n, где п — число витков
катушек; Во —индукция в магнитной цепи
(в отсутствие колебаний); LK — индуктивность
катушек. С другой стороны, если к катушкам
приложить переменное напряжение U^, соз-
создающее в них ток ( (рис. 4.8, б), то при усло-
условии В^, < Во (где Вы переменная составляю-
составляющая индукции в магнитной цепи) на мембра-
мембрану будет действовать переменная сила (усилие)
&" — Во LK i/n. Ввиду этого электромехани-
электромеханический преобразователь электромагнитного
типа имеет коэффициент электромеханической
связи /Сев = B0LK/n.
4.5. МЕТОДЫ СОСТАВЛЕНИЯ
АНАЛОГОВЫХ СХЕМ
Было разработано несколько методов со-
составления аналоговых схем механических си-
систем. Во всех методах сначала строится меха-
механическая система, т. е. каждый механический
конструктивный элемент заменяется узлами
и цепочками, состоящими из механических
элементов: массы, гибкости, активного со-
сопротивления и трансформаторов. Так, напри-
например, диафрагма заменяется узлом, состоящим
из массы, гибкости и активного сопротивления
(см. табл. 4.3, а). Акустические элементы заме-
заменяют механическими, отверстие или узкую
трубку — массой 1, объем — гибкостью (см.
табл. 4.4, д). Если под диафрагмой находятся
небольшая камера или тонкий слой воздуха, то
это означает, что масса диафрагмы подвешена
на двух параллельных пружинах (гибкостях).
Если за камерой находятся узкая трубка или
отверстие, то их масса помещается за соответ-
соответствующей камере пружиной. Если за отвер-
отверстием или трубкой находится большой объем,
то за массой отверстия должна включаться
пружина (гибкость), соответствующая этому
объему. Если из камеры есть еще ответвление в
виде трубки (или узкой щели), то за пружиной,
соответствующей этой камере, надо включать
массу щели. Если эта щель соединена
с объемом, в который вело отверстие, то
масса присоединяется к концу пружины, со-
соответствующей объему, и т. п^ Ткань, фильтц
или тонкая пленка, закрывающая отверстие,
заменяется активным механическим сопротив-
сопротивлением, соединенным в узел с массой.
На рис. 4.9, а показана конструкция акус-
тшео-механической системы. На рис. 4.9, б
дано построение ее в виде системы, состоящей
из масс, гибкостей и активных сопротивле-
сопротивлений. Поясним это построение. На входе рас-
рассматриваемой системы, являющейся элект-
электромагнитным микрофоном, действует сила
F — pS, где S — общая площадь входных от-
1 Следует иметь в виду, что масса счита-
считается несжимаемой и поэтому имеет одну
точку включения.
Рис. 4.9> Конструкция ме-
механической системы (а) и
соответствующая ей меха-
механическая система (б):
т, — масса воздуха в каналах
амбушюра А; г, — активное
сопротивление каналов; сх —
гибкость объема воздуха над
диафрагмой Д; т2 — масса диа-
диафрагмы; сг — гибкость ее; г% —
активное сопротивление (поте-
(потери в диафрагме); с3 —гибкость
объема воздуха под диафраг-
диафрагмой; Из и т3. —массы воз-
воздуха в двух отверстиях, в пе-
перегородке под диафрагмой; г%
и гз — активные сопротивле-
сопротивления, вносимые материей, за-
закрывающей отверстия в пере-
перегородке; с* — гибкость объема
воздуха под перегородкой
60
Рис. 4.10. Пример построения
аналоговой схемы:
а — последовательность построе-
построения: б — окончательная аналого-
аналоговая схема
=± с, Ф
/г
тг
верстий микрофона, ар — звуковое давление
около микрофона. Сила F приложена к массе
тг, соответствующей массе воздуха в отверсти-
отверстиях амбушюра. В этих же отверстиях нахо-
находится и активное сопротивление гх (трение о
стенки отверстия, вязкость воздуха, излуче-
излучение и т. д.), и поэтому сила приложена и к это-
этому сопротивлению. Масса воздуха в отверстиях
практически несжимаема, поэтому сила F пол-
полностью воздействует и на объем, находящий-
находящийся за ними, т. е. иа гибкость сх объема воздуха
над диафрагмой. Имеем узел / из щ, гг и
сг. Звуковое давление, создающееся в объеме
над диафрагмой, действует на диафрагму Д,
которая представляет собой узел сопротивле-
сопротивлений 2 из т2, г% и с2. Но, кроме того, то же дав-
давление должно преодолевать сопротивление
объема воздуха с3 под диафрагмой. Поэтому
его упругость s8 = l/c8 складывается (см.
табл. 4.2, б) с упругостью диафрагмы s2 =
— 1/с2. Звуковое давление, создающееся в
этом объеме, воздействует на массу, нахо-
находящуюся в отверстиях перегородки П(т'3
и m 8). Кроме того, эти отверстия представ-
представляют собой активные сопротивления г'3 и
6)
г"8, которые входят в узел 3. Через эти от-
отверстия звуковое давление действует на внут-
внутренний объем воздуха, имеющий гибкость с4.
Так как масса воздуха в отверстиях практи-
практически несжимаема, то на гибкость с4 действует
то же давление, что и на массу воздуха в отвер-
отверстиях, поэтому гибкость ct входит в узел 3.
Построим для системы рис. 4.9, б аналого-
аналоговую электрическую схему, для чего восполь-
воспользуемся методом Белова. По этому методу берет-
берется узел /, к которому приложена сила, и стро-
строится контур из всех элементов, входящих в
данный узел с включением в него напряжения
(силы). Затем строится следующий контур, со-
соответствующий узлу 2, в который входят его
элементы (т2, г2, сг, с8) и общий элемент с пер-
первым контуром (ci) и т. д.
Надо для каждого узла построить контур и
затем совмещать их путем совмещения одно-
одноименных элементов. Покажем это на примере.
На рис. 4.10, а показаны такие контуры для
каждого из узлов схемы предыдущего примера.
На рис. 4.10, б показана окончательная анало-
аналоговая схема.
РАЗДЕЛ 5
МИКРОФОНЫ И ЛАРИНГОФОНЫ
5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ
И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
Микрофон (от микро и фон) — это устрой-
устройство для преобразования акустических колеба-
колебаний воздушной среды в электрические сигна-
сигналы. В настоящее время существуют различные
типы микрофонов, которые находят широкое
применение в системах радиовещания, теле-
телевидения, телефонии, озвучения, звукоусиле-
звукоусиления, записи и усиления звука. Микрофон яв-
является первым и одним из наиболее важных
звеньев любого электроакустического тракта.
Поэтому его свойства оказывают огромное вли-
влияние на качество работы этого тракта.
Ларингофон (от ларинго и фон) — это уст-
устройство для преобразования механических ко-
колебаний связок и хрящей гортани говорящего
человека в электрические сигналы. Он мало-
малочувствителен к колебаниям воздушной среды.
Ларингофон применяется вместо микрофона на
тех объектах связи, где имеются высокие уров-
уровни акустических шумов (самолет, танк, про-
промышленный цех и др.)- При работе ларинго-
ларингофон укрепляется на шее у гортани человека.
Микрофоны в зависимости от назначения
подразделяют на профессиональные и бытовые
(любительские). Первые из них используют
при профессиональной звукозаписи в радио-
радиовещании, телевидении, системах звукоусиле-
звукоусиления, для акустических измерений и т.д. Они,
Как правило, имеют высокие параметры ка-
качества. Бытовые микрофоны используют при
домашней звукозаписи. Они проще по устрой-
устройству, дешевле, но уступают профессиональным
микрофонам по техническим параметрам.
По способу преобразования колебаний мик-
микрофоны подразделяют на электродинамиче-
электродинамические (катушечные и ленточные), электроста-
электростатические (конденсаторные и электретные),
электромагнитные, угольные и др.; по диапа-
диапазону воспринимаемых частот — на узкопо-
узкополосные (речевые) и широкополосные (музыкаль-
(музыкальные); по направленности — на ненаправлен-
ненаправленные (круговые), двусторонненаправленные
(восьмеричные или косинусоидальные),
односторонненаправленные (кардиоидные,
суперкардиоидные, гиперкардиоидные), остро-
направленные; по помехозащищенности —
на шумозащищенные и обычного исполнения.
Основные параметры микрофонов: номи-
номинальный диапазон частот, модуль полного
электрического сопротивления, чувствитель-
чувствительность по свободному полю, типовая частот-
частотная характеристика чувствительности,
характеристика направленности, перепад
чувствительности фронт/тыл, коэффициент
гармоник, динамический диапазон, разность
уровней чувствительности стереофонической
системы. Эти, а также и другие параметры мик-
микрофонов нормированы ГОСТ 6495—84 «Мик-
«Микрофоны, общие технические условия». В ГОСТ
16123-84 приведены термины и их определения.
ГОСТ 6495—84 распространяется иа динамиче-
динамические и конденсаторные микрофоны, используе-
используемые в системах звукозаписи, звукопередачи,
звукоусиления и служебной связи в радио-
радиоэлектронной аппаратуре бытового и профессио-
профессионального назначения.
По электроакустическим параметрам мик-
микрофоны разделяют на четыре группы сложно-
сложности: нулевая (высшая), первая, вторая и
третья. Микрофоны нулевой, первой и второй
групп сложности предназначены для звуко-
звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления му-
музыки и речи, микрофоны третьей группы слож-
сложности — только для речи. Кроме того, по не-
некоторым параметрам микрофоны подразделя-
подразделяются на устройства высшей и первой категорий
качества.
В соответствии с требованиями ГОСТ
6495 —84 основные электроакустические па-
параметры микрофонов должны удовлетво-
удовлетворять нормируемым значениям при температу-
температуре 15...35°С, относительной влажности воз-
воздуха 45 ... 80 % и атмосферном давлении
84 ... 106,7 кПа.
Номинальный диапазон частот — тот ди-
диапазон частот, в котором микрофон вос-
воспринимает акустические колебания и в кото-
котором нормируются его параметры. Для профес-
профессиональных студийных целей обычно стре-
стремятся использовать микрофоны нулевой груп-
группы сложности высшей категории качества, для
которых нормируется диапазон частот 20 ...
20 000 Гц. Микрофоны первой группы сложно-
сложности должны иметь номинальный диапазон час-
частот не менее 31,5 ... 18 000 Гц, второй группы
50 ... 15000 Гц, третьей группы 63 ...12 500 Гц.
Модуль полного электрического сопротивле-
сопротивления (называемого также выходным или внут-
внутренним) нормируется на частоте 1 кГц. Со-
Сопротивление может быть комплексным Zt или
активным Rt. Если оно комплексное и, следо-
следовательно, зависимое от частоты, то в справоч-
справочниках приводят или модуль на частоте 1 кГц,
нли среднее значение по диапазону частот.
В ГОСТ 6495—84 для микрофонов нулевой и
первой групп сложности нормируются значе-
значения модуля полного электрического сопротив-
сопротивления 50 Ом и менее, 100 и 200 Ом, а для мик-
микрофонов второй и третьей групп сложности так-
также еще и 2 кОм.
Во многих случах помимо модуля полного
электрического сопротивления (или вместо
него) в паспорте указывается номинальное со-
сопротивление нагрузки ZH, т. е. такое сопротив-
сопротивление нагрузки, которое рекомендуется под-
подключать к выходу микрофона при его работе.
До 60-х годов рекомендовалось при работе вы-
выбирать номинальное сопротивление нагрузки
равным входному сопротивлению микрофона
Ri, т. е. RH — Ri- При этом получался режим
согласованного включения источника и нагруз-
нагрузки, характеризующийся максимальной переда-
передачей мощности сигнала. Но от микрофона тре-
требуется не максимум мощности, а максимум
выделения напряжения на нагрузке. Поэтому
сейчас обычно рекомендуется выбирать номи-
номинальное сопротивление нагрузки в несколько
раз больше выходного сопротивления микро-
микрофона. Например, при выходном сопротивле-
сопротивлении микрофона Ri = 200 Ом рекомендуется
номинальное сопротивление нагрузки /?н=
= 1 кОм. Так как при этом оказывается RH—
= 5Ri, т.е. получается режим работы, близ-
близкий к режиму холостого хода, то при этом на-
напряжение при нагрузке оказывается- почти в
2 раза больше, чем в режиме согласованного
включения.
Чувствительность микрофона — это , от-
отношение напряжения U на выходе микрофона
к воздействующему на него звуковому давле-
давлению р, выраженное в милливольтах на паскаль
(мВ/Па): Е = Ulp.
Различают следующие виды чувствитель-
чувствительности микрофона; осевая (по фронту) и по раз-
различным направлениям (чаще всего по тылу);
по свободному и по диффузному полю; на
номинальной согласованной нагрузке и на хо-
холостом ходу. В паспорте обычно приводится
осевая чувствительность, измеренная в свобод-
свободном поле при работе на согласованную на-
нагрузку.
Осевая чувствительность микрофона опре-
определяется при воздействии на него звукового
давления вдоль оси по фронту, т. е. под уг-
углом 0°.
Чувствительность по свободному полю ?св
определяют при воздействии на микрофон
звукового давления в свободном поле, когда
.напряжение U на выходе микрофона относят к
звуковому давлению рсв в точке поля до раз-
размещения в ней микрофона; Есв = U/pCB.
62
Чувствительность по диффузному полю
?Диф определяют при воздействии на микро-
микрофон звукового давления в диффузном поле,
причем напряжение U на выходе микрофона
относят к звуковому давлению Рдиф в точке
до размещения в ией микрофона:
При этом свободным полем называют такое
поле, в котором преобладает прямая звуковая
волна, а влияние отраженных звуковых волн
пренебрежимо малб. Диффузное поле — это
однородное и изотропное поле, т. е. такое поле,
в каждой точке которого одинакова плотность
звуковой энергии (однородное поле) и в кото-
котором по всем направлениям распространяются
одинаковые потоки звуковой энергии (изо-
(изотропное поле).
Чувствительность микрофона зависит от
частоты. Поэтому введено понятие средней чув-
чувствительности — среднеквадратическое зна-
значение в номинальном диапазоне частот, причем
усредняют чувствительность, измеренную на
частотах из предпочтительного октавного ря-
ряда частот: 31,5; 63; 125; 250 ... 8000 и
16 000 Гц.
- Уровень чувствительности — чуствитель-
ность, выраженная в децибелах относительно
величины ?нач s= * В/Па и определяемая по
формуле:
? = 20lg?—60, дБ,
где Е — чувствительность микрофона,
мВ/Па.
Стандартный уровень чувствительно-
чувствительности — выраженное в децибелах отношение
напряжения UH, развиваемого на номинальном
сопротивлении нагрузки /?НОм при звуковом
давлении 1Па, к напряжению, соответствую-
соответствующему мощности Ро= 1 мВт, т. е. уровень мощ-
мощности , отдаваемой микрофоном в номинальную
нагрузку /?Ном ПРИ давлении Р = 1 Па:
#ст. = 20 lg (U
В качестве примера определим стандарт-
стандартный уровень чувствительности микрофона на
номинальной нагрузке /?ном — 150 Ом, если
его чувствительность Е = 1 мВ/Па = 10~8Х
XB/Па,
— 10 lg[10—3/<I50-10—*)]-= — 52 дБ.
Стандартный уровень чувствительности
можно определить также по графикам, приве-
приведенным на рис. 5.1. Для этого необходимо вос-
восстановить ординату из точки на оси абсцисс,
соответствующей чувствительности 1 мВ/Па,
до пересечения с прямой, обозначенной через
/?н = 150 Ом, и на оси ординат отсчитать стан-
стандартный уровень чувствительности — 52 дБ.
0
-40
-52
-so
-во
-то
•
1
zoooX
.*"
^^
«•
>
X
*^
?,мв/па
0,5 1
5 10
SO 100
Рис. 5.1. Зависимость стандартного уровня от
чувствительности
При определении чувствительности по преж-
прежнему обозначению через мВ/бар уровень со-
составил бы —72 дБ.
Осевая чувствительность по свободно-
свободному полю конденсаторных микрофонов профес-
профессионального назначения нулевой и первой
групп сложности при модуле полного элект-
электрического сопротивления 200 Ом должна быть
не менее 10 мВ/Па, динамических микрофонов
первой группы сложности 1 мВ/Па. Отклоне-
Отклонение чувствительности иа частоте 1 кГц от ми-
нимального значения, указанного в техниче-
технических условиях для конкретного типа микро-
микрофона, не должно превышать 2,5 дБ для мик-
микрофонов нулевой группы сложности и 6 дБ
для микрофонов первой и второй групп слож-
сложности.
Неравномерность частотной характери-
характеристики определяется как разность между мак-
максимальным и минимальным уровнями чувстви-
чувствительности микрофона в номинальном диапазоне
частот и выражается в децибелах:
На рис. 5.2 приведены допусковые области
типовых частотных характеристик чувстви-
чувствительности микрофонов по свободному полю в
соответствии с ГОСТ 6495—84. Типовые час-
частотные характеристики должны находиться в
пределах допусковых областей микрофонов
нулевой (рис. 5.2, а), первой (рис. 5.2, б),
второй (рис. 5.2, в) и третьей (рис. 5.2, г)
групп сложности. При этом непрерывными ли-
линиями обозначены допуски для односторонне-
направленных микрофонов, а штриховыми—
для ненаправленных микрофонов. Крутизна
наклона линий, пересекающихся на частоте
1 кГц, должна составлять 6 дБ на октаву.
Крутизна типовой частотной характеристики
чувствительности в рабочем диапазоне частот
допускается не более 9 дБ на октаву. Откло-
Отклонение формы частотной характеристики от ти-
типовой не должно превышать ±2 дБ для
микрофонов нулевой группы сложности, ± 2,5
дБ — первой группы, ±3 дБ — второй и тре-
третьей групп,
63
л
-4
-я
а
f ,
Г
Т.Ги
20 31550 100 250 х 1000 125002
N,a6 а)
*
0
-4
-8
Si
3X550
6
250 1000
V
№012500
18000
4
О
-4
-8
II *
4 .
Iе. Ги
4
0
-4
-в
-12
-fS
50
Аб
250 , 1000
о)
I У
/у
/ /
f
г-5
*-/-
/
ч
300012500
15000
и
250 1000
г)
5000 12500
Рис. 5.2. Допусковые области типовых частот-
частотных характеристик
Характеристика направленности R F)—
зависимость чувствительности микрофона в
свободном поле на определенной частоте /
(или в полосе частот со среднегеометрической
частотой /ср) от угла в между рабочей осью
микрофона и направлением на источник зву-
звука. Обычна приводят нормированную характе-
характеристику направленности, т. е. зависимость от-
отношения чувствительности ?0, измеренной под
углом 6, к осевой чувствительности ?«. т- е.
R (в) = ?в/?0.
В случае определения характеристики на-
направленности в децибелах приводят нормиро-
нормированную характеристику направленности, выра-
выраженную в децибелах, как разность между
уровнем осевой чувствительности микрофона
ЛГмв, т. е. R (в) - ЛГмв - #м.о.
Диаграмма направленности — это графи-
графическое изображение характеристики направ-
направленности, которое чаще всего приводят в по-
полярных координатах.
В качестве примера на рис. 5.3 приведены
три наиболее часто встречающиеся диаграммы
направленности микрофонов: а — круговая,
б — косинусоидальная, в — кардиоидиая.
Перепад чувствительности нормируется
для случаев 0/180° (т. е. фронт-тыл) и 0/90°.
Для ненаправленных микрофонов перепад
чувствительности микрофонов по свободному
полю при углах приема 0 и 90° должен быть
не более 2 дБ на частотах до 1 кГц, не более
4 дБ на частотах 1...5 кГц и не более 8 дБ на
частотах 5 ... 8 кГц. Для односторонненаправ-
ленных микрофонов перепад чувствительности
в диапазоне частот 250 ... 5 000 Гц должен ук-
укладываться в пределы 3 ... 10 дБ. Перепад
чувствительности фронт-тыл для односторон-
ненаправленных микрофонов нулевой группы
сложности на частотах 250 ... 5 000 Гц должен
быть не менее 10 дБ, в том числе при кардио-
идной характеристике — не менее 20 дБ.
Направленные свойства микрофона оцени-
оценивают также с помощью коэффициента направ-
направленности. Коэффициент направленности —
отношение квадрата чувствительности микро-
микрофона в свободном поле в направлении рабочей
оси к среднему по всем направлениям квадрату
чувствительности на частотах / или в полосе
частот со среднегеометрической частотой /ср
Рис. 5.3. Типовые диаграммы направленности
микрофонов
Это отношение, выраженное в децибелах,
называется индексом направленности: Q =
= 10 1gQ.
Коэффициент гармоник микрофонов обыч-
обычно не нормируют и не измеряют, так как он не-
небольшой (менее 0,5 %) при воздействии уров-
уровней звукового давления до 120 дБ. Вместо это-
этого нормируют уровень предельного звукового
давления в диапазоне частот 250 ... 8 000 Гц,
при котором коэффициент гармоник не превы-
превышает определенного значения. Так, у микрофо-
микрофонов профессионального назначения высшей
категории качества нулевой группы сложно-
сложности уровень предельного звукового давления
при коэффициенте гармоник 0,5 % может до-
достигать 140 дБ, первой и второй группы слож-
сложности — 120 дБ, у микрофонов бытового на-
назначения — 114 дБ.
Динамический диапазон микрофона —
разность между уровнем предельного зву-
звукового давления Nmax и уровнем собственных
шумов Nm:D = Nmax — #ш, дБ.
Уровень собственных шумов появляется на
выходе микрофона в отсутствие какого-либо
акустического сигнала на его мембране. На-
Напряжение шумов является следствием флукту-
флуктуации частиц в окружающей среде, а также теп-
тепловых шумов резисторов и усилительных эле-
64
ментов электрической части микрофона. Уро-
Уровень собственного шума микрофона, приведен-
приведенный к его акустическому входу, определяют
как уровень эквивалентного звукового давле-
ия рш, при воздействии которого на микрофон
получилось бы то же выходное напряжение,
которое получается за счет тепловых шумов в
отсутствие полезного сигнала:
Nm = 20\g (рш/р0), дБ,
гдерш ¦¦= 11ш1Еа; р0 = 2-10~5 Па.
Уровень эквивалентного звукового давле-
давления, обусловленный собственным шумом мик-
микрофона относительно давления ро= 2-10~6
Па, измеренный по кривой А, не должен пре-
превышать 18 ... 20 дБА для профессиональных
микрофонов нулевой и первой групп сложно-
сложности и 35 ... 38 дБА для бытовых микрофонов.
Для стереофонических микрофонов допол-
дополнительно нормируют разность уровней чувст-
чувствительности по свободному полю стереоси-
стереосистемы в диапазоне частот 250... 8 000 Гц.
Для стереофонических микрофонов нулевой
группы сложности разность не должна превы-
превышать 1,5 дБ, для остальных групп сложно-
сложности — не более 3 дБ.
Нормируемые в ГОСТ 6495—84 основные
электроакустические параметры микрофонов
приведены в табл. 5.1.
Наименование микрофона должно содер-
содержать:
слово «Микрофон»;
условное обозначение, состоящее из букв:
МД — микрофон динамический катушечный;
МЛ — микрофон динамический ленточный;
МК — микрофон конденсаторный; МКЭ —
микрофон конденсаторный электретный;
цифрового индекса, первая цифра которого
обозначает группу сложности (требование вве-
введено с 01.01.88 г.), а последующие цифры—
порядковый номер разработки модели, в за-
зависимости от вариантов конструкции микро-
микрофона;
к цифровому индексу может быть добавлен
буквенный индекс А, Б, В, Г включительно и
С — стереофонический микрофон.
Примеры наименования микрофонов:
МД-281 — дийамический микрофон второй
группы сложности с порядковым номером раз-
разработки 81;
МД-281 А — тот же микрофон с усовершен-
усовершенствованной конструкцией;
МК-021С ^-стереофонический конденса-
конденсаторный микрофон нулевой группы сложно-
сложности с порядковым номером разработки 21;
МКЭ-156 — конденсаторный электретный
микрофон первой группы сложности с поряд-
порядковым номером разработки 56.
5.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП
ДЕЙСТВИЯ МИКРОФОНОВ
Любой микрофон состоит из двух систем:
акустико-механической и механоэлектрической.
Свойства акустико-механической системы
сильно зависят от того, воздействует ли звуко-
0,01 OflB 0,1 0,1 0,4 Ofi 1 , 2 4 0
Рис. 5.4. Зависимость коэффициента Дифрак-
Дифракции от частоты
вое давление на одну сторону диафрагмы
(микрофон давления) или на обе стороны, а во
втором случае от того, симметрично ли это воз-
воздействие (микрофон градиента давления)
или на одну из сторон диафрагмы действуют
колебания, непосредственно возбуждающие ее,
а на вторую — прошедшие через какое-либо
механическое или акустическое сопротивление
или систему задержки времени (асимметрич-
(асимметричный микрофон градиента давления).
При действии акустических колебаний
только на одну сторону диафрагмы, т. е. на
микрофон давления, результирующая сила,
действующая на нее, F = kpQS, где р0 —
звуковое давление, имевшее место в акусти-
акустическом поле до внесения в него микрофона;
S — поверхность диафрагмы, на которую дей-
действует звуковое давление; k — коэффициент
дифракции, определяемый как отношение зву-
звукового давления р на поверхности диафрагмы
к давлению ро> имевшему место в поле до вне-
внесения в него микрофона. На низких частотах,
где размеры микрофона малы по сравнению с
длиной звуковой волны, k = I и повышает-
повышается к высоким частотам. На зависимость коэф-
коэффициента k от частоты сильно влияет форма
микрофона в целом. Это хорошо иллюстрирует
рис. 5.4, на котором приведены выраженные
в децибелах зависимости коэффициента диф-
дифракции звукового давления на поверхности
жесткого цилиндра с высотой, равной его диа-
диаметру — (рис. 5.4, а), куба (рис. 5:4, б) и сфе-
сферы (рис. 5.4, в). По оси абсцисс здесь отложе-
отложены: dl"K — отношение диаметра цилиндра или
сферы к длине волны или Ilk — отношение дли-
длины ребра куба и длине волны. Параметр Ф се-
3 Зак. 1688
65
Таблица 5.1. Параметры микрофонов
Параметр
Номинальный диапазон частот, Гц
Модуль полного электрического сопротив-
сопротивления на частоте 1 кГц, Ом, с допускаемым
отклонением не более ±20%
Чувствительность по свободному полю на
частоте 1 кГц при модуле полного электри-
электрического сопротивления 200 Ом, мВ/Па, не
менее
микрофонов конденсаторных профессиональ.
ных,
конденсаторных бытовых,
динамических
Отклонение чувствительности на частоте
1 кГц от минимального значения, указан-
указанного в технических условиях, дБ, не более
Типовая частотная характеристика чувстви-
чувствительности по свободному полю должна на-
находиться в пределах допусковых областей
Отклонение формы частотной характеристи-
характеристики чувствительности от типовой, дБ, не бо-
более
Перепад чувствительности:
ненаправленных микрофонов при углах 0
и 90° на частотах 1...5 кГц, не более
односторонненаправленных микрофонов
при углах 0 и 90° на частотах 250...5000 Гц,
дБ
Средний перепад чувствительности фронт-
тыл кардиоидных микрофонов в диапазоне
частот 250...5000 Гц, дБ, не менее
Уровень эквивалентного звукового давле-
давления, обусловленный собственным шумом
конденсаторного микрофона относительно
2-10~5 Па, дБА, не более, для микрофонов:
профессионального назначения
бытового назначения
Уровень предельного звукового давления
в диапазоне частот 260...8000 Гц, дБ, не
менее, для микрофонов:
профессионального назначения при коэф-
коэффициенте гармоник 0,5%
бытового назначения при коэффициенте
гармоник 1%
Разность уровней чувствительности у сте-
стереофонических микрофонов в диапазоне
250...8000 Гц, дБ, не более
Норма по группам сложности
нулевая
20...20 000
31,5... 18 009
50
100
200
10
—
—
2,5
Рис. 5.2, а
±2
4
3...10
20/18
18/20
—
140/126
—
1,5
первая
31.5...18 000
40... 16 900
50
100
200
10
1,5
1
6
Рис. 5.2,6
±2,5
4
3...10
16/15
18/20
—
120/114
—
3
вторая
50... 15 000
50... 12 500
50
100
200
2000
8
2
1,3
6
Рис. 5.2, в
±3
—
3...10
12/10
26/28
28/30
120/114
114
3
третья
63... 12 500
80... 10 000
50
100
200
2009
2
2
1,3
—
Рис. 5.2, г
±3
—
3...10
12/10
—
35/38
—
114
3
Примечание. В числителе приведены нормы для -микрофонов высшей категории качества, в знаме-
знаменателе — для первой категории.
66
мейства кривых — это угол между осью ци-
цилиндра (куба, сферы) и направлением прихо-
прихода звука.
Следует з.чмсить, что кроме формы микро-
микрофона на коэффициент дифракции влияет так-
также акустико-механическое сопротивление мик-
микрофона и даже его стенок.
Кривые рис. 5.4 дают приближенное пред-
представление о частотной зависимости коэффици-
коэффициента дифракции от внешней формы микрофона.
По этим кривым можно определить повышение
уровня звукового давления на поверхности
жестких тел рассмотренных, форм.
Пример. Пусть желательно найти повыше-
повышение уровня звукового давления у основания
цилиндрического кожуха микрофона, у кото-
которого d = h =0,05 м при падении на него зву-
звуковой волны частотой 2750 Гц под углом Ф=
= 30° к оси цилиндра. Длина волны в воздухе
для этой частоты X = 0,125м. Отсюда находим,
что dl"K = 0,4. Восстанавливая ординату из
точки на оси абсцисс, соответствующей этой
величине, до пересечения с кривой, имеющей
отметку Ф = 30° на графике для цилиндра,
отсчитываем на оси ординат Ле = 5 дБ, что
приблизительно и является искомой величиной
повышения уровня.
Давление, действующее на диафрагму, из-
изменяется по сравнению с давлением в свобод-
свободной волне не только из-за дифрации, но и из-за
резонирующего действия углубления перед
диафрагмой, образующегося у многих типов
микрофонов вследствие применения колец для
крепления диафрагмы к основной конструк-
конструкции микрофона. Увеличение давления на диаф-
диафрагме вследствие действия углубления может
быть определено с помощью кривых рис. 5.5.
Пример. Пусть требуется иайти увеличе-
увеличение давления на дне углубления диаметром
2г = 0,05м и глубиной / = 0,0125 м на частоте
/= 1530 Гц. Параметр а= г/1 будет равен
0,025/0,0125 = 2. Длина волны на этой часто-
частоте составляет к = 0,224 м. Отсюда 2 пг/к=
= 2 я 0,025/0,224 = 0,7. Восстанавливая ор-
ординату из точки на оси абсцисс, составляющей
0,7, до пересечения с кривой, имеющей отмет-
отметку а = 2, отсчитываем на оси 1,6, т. е. на две
углубления давление будет в 1,6 раза больше
(на 4 дБ выше), чем в свободной Звуковой
волне.
Если звуковое давление р0 действует сим-
симметрично на обе стороны диафрагмы микрофо-
микрофона (микрофон градиента давления), малого по
размерам по сравнению с длиной падающей на
него плоской волиы, то сила, действующая на
диафрагму:
/ © " \
F — 2р0 sin f -—- d cos 61,
где с — скорость звука в воздухе (с = 343 м/с
при 20 °С); d — разность хода звука между
обеими сторонами диафрагмы; 8 — угол меж-
между рабочей осью микрофона и направлением
прихода звука (рис. 5.6).
Для низких частот, где 0,5 cad/c < я/2, сила
F = (p0Sd(ulc) cos 8. При осевом падении зву-
звука F = p0Sdia/c.
Р/Ро
2,6
1,2
18
0,6
Ул
Ш
'А
•
4;
i
*
У/,
as
J
Г
1 .
t
/
V
•1\
L.
I
V
1
\
к,
2 Л*
\
к.
а
-
у/1
¦г
0,1 0,30,40,50,60,81
2 3 кг=2пг/к
Рис. 5.5. Зависимость коэффициента дифрак-
дифракции от коэффициента kr
Таким отразом, сила в микрофонах гради-
градиента давления частотно-зависима. На низких
частотах эта зависимость линейна, на высо-
высоких— приблизительно синусоидальна. Кроме
того, на высоких частотах, где размеры микро-
микрофона становятся сравнимыми с длиной волны,
начинают сказываться частотно-зависимые
явления дифракции.
Приведенные выражения для силы, дейст-
действующей на открытую воздействию звукового
давления с обеих сторон диафрагму, действи-
действительны при нахождении ее в поле плоской
волиы. При нахождении же ее в поле сфериче-
сферической волиы, т. е. вблизи источника, последнее
выражение для силы приобретает вид
где г — расстояние от источника до плоскости
диафрагмы. При г > {elm) выражение сов-
совпадает с предыдущим. При г < (с/©) сила
F == PbSd/r, т. е. сила становится частотно-
независимой. Это явление может дать как от-
отрицательный, так и положительный эффект.
Так, если микрофон (например, ленточный),
на диафрагму которого звуковое давление дей-
действует с обеих сторон, помещается вблизи ис-
источника, то, как видно из приведенных фор-
формул, на высоких частотах он может нахо-
находиться еще в поле плоской волны и сила, дей-
действующая на него, будет пропорциональна
частоте. На низких же частотах эта сила уве-
увеличивается по абсолютной величине и может
стать даже частотио-независимой. Поэтому
Рис. 5.6. К определению разности хода звуко-
звуковых волн
67
микрофон будет подчеркивать низкие частоты,
«бубнить».
С другой стороны, если такой микрофон
рассчитан на работу вблизи полезного источ-
источника, то силы, обусловленные звуковым дав-
давлением той же величины от дальних источни-
источников (помех), будут меньше и, следовательно,
микрофон будет менее чувствительным по от-
отношению к ним, т. е. шумозащищенным, осо-
особенно на низких частотах.
Пример. Пусть требуется найти, во сколь-
сколько раз сила, действующая на диафрагму мик-
микрофона градиента давления, разность хода
между сторонами которой составляет 0,02 м,
больше силы, действующей на такую же диаф-
диафрагму микрофона давления на частоте 500 Гц,
если источник находится на расстоянии 0,3 м от
микрофона.
На рис. 5.7 восстанавливаем ординату из
точки на оси абсцисс, соответствующей /--500
Гц, до пересечения с кривой, имеющей отмет-
отметку 30 см, отсчитываем на оси ординат 0,095.
Отсюда отношение сил будет 0,095-2=0,19.
Следовательно, сила, действующая на диаф-
диафрагму микрофона градиента давления, будет
составлять 0,19 силы, действующей на такую
же диафрагму микрофона давления.
Коэффициент р/р0 на рис. 5.7 соответствует
отношению разности Др давления, действую-
действующего на обе стороны диафрагмы, к давле-
давлению р0 в свободном поле. Параметр кривых/? —
расстояние от источника до плоскости диафраг-
диафрагмы. Кривые построены для разности хода
между обеими сторонами диафрагмы, равной
1 см. Для другой разности хода следует умно-
умножить на ее значение величину, полученную из
графика. Изменением конструкции микрофо-
микрофонов, в которых звуковое давление действует
несимметрично на обе стороны диафрагмы,
можно получить разнообразные формы ха-
характеристик направленности и добиваться их
меньшей зависимости от частоты.
Большое влияние на характеристики мик-
микрофона оказывает его механоэлектрическая
часть. В зависимости от принципа преобразо-
преобразования механических колебаний в электриче-
электрические микрофоны делятся на электродинами-
10
-г
10
—
23
5
-«•
Ш
5
rob.,'
-
1 /
•
2...
100
юоо
10000
ческие (катушечные и ленточные), конденса-
конденсаторные (в том числе электретные), электро-
электромагнитные, пьезоэлектрические, угольные,
транзисторные. В электродинамических и
электромагнитных микрофонах выходное
электрическое напряжение пропорционально
скорости колебаний подвижной системы, а в
микрофонах остальных типов — пропорцио-
пропорционально колебательному смещению.
Первым получил распространение уголь-
угольный микрофон, который и до сих пор исполь-
используют в телефонии. В первые годы радиовеща-
радиовещания специальные конструкции угольных мик-
микрофонов использовались и в этой области.
Действие угольного микрофона основывается
на изменении сопротивления между зернами
угольного порошка при изменении давления на
их совокупность.
Угольный микрофон (рис. 5.8, а) работает
следующим образом. При воздействии звуко-
звукового давления на его диафрагму / она начина-
начинает колебаться. В такт этим колебаниям изме-
изменяется и сила сжатия зерен угольного порош-
порошка 2, в связи с чем изменяется сопротивление
между электродами 3 и 4, а при постоянном
электрическом напряжении изменяется и ток
через микрофон. Если, скажем, включить мик-
микрофон к первичной обмотке трансформатора
Тр, то на зажимах его вторичной обмотки бу-
будет возникать переменное напряжение, форма
кривой которого будет отображать форму
кривой звукового давления^ воздействующего
на диафрагму угольного микрофюна.
Выходное напряжение микрофона
Uо Run
kF
= kx
U0RHn
n RH n
Рис. 5.7. Зависимость коэффициента &р/ро от
частоты
(О2Н /?Г
где F — действующая на диафрагму микрофо-
микрофона результирующая сила звукового давления;
Uo — приложенное к микрофону постоянное
напряжение; m — коэффициент модуляции,
Ri — внутреннее сопротивление микрофона;
RH — сопротивление его нагрузки; п — коэф-
коэффициент трансформации; х — смещение диаф-
диафрагмы микрофона; zM — механическое сопро-
сопротивление акустико-механической системы
микрофона; k — отношение коэффициента мо-
модуляции к величине смещения диафрагмы
микрофона.
Основное преимущество угольного микро-
микрофона— высокая чувствительность, позволяю-
позволяющая использовать его без усилителей. Недо-
Недостатки— нестабильность работы и шум из-за
того; что полезный электрический сигнал выра-
вырабатывается при разрыве и восстановлении кон-
контактов между отдельными зернами порошка
(что само по себе является процессом прерыв-
прерывным), большая неравномерность частотной
характеристики и значительные нелинейные
искажения. Эти недостатки угольного микро-
микрофона привели к тому, что всюду, где требуется
высокое качество преобразования, например
в радиовещании, при звукозаписи и измерени-
измерениях, его уже давно не применяют.
68
/ 2 Z 4
1 г z
Z 4
бых
Рис. 5.8. Устройство микрофонов:
а — угольного; б — электромагнитного; в — электродинамического; г — ленточного; д — конденса-
конденсаторного: е — пьезоэлектрического
После угольного микрофона появился
электромагнитный микрофон, который рабо-
работает следующим образом (рис. 5.8, б). Перед
полюсами (полюсными наконечниками) 2 маг-
магнита 3 располагают ферромагнитную диафраг-
диафрагму / или скрепленный с ней якорь. При коле-
колебаниях диафрагмы под воздействием на нее зву-
звукового давления меняется магнитное сопро-
сопротивление системы, а значит, и магнитный поток
через витки обмотки, намотанной на магнито-
провод этой системы. Благодаря этому на за-
зажимах обмотки возникает переменное напря-
напряжение звуковой частоты, являющееся выход-
выходным сигналом микрофона, величина которого
ф°
Фп
•= W
F
*м
Я„
Здесь, помимо введенных выше обозначений,
Фо — магнитный поток, исходящий из полю-
полюса магнитной ситемы; d — зазор между полю-
полюсом и якорем; v — колебательная частота ди-
диафрагмы (якоря); w — число витков обмот-
обмотки; zt — внутреннее электрическое сопротив-
сопротивление микрофона.
Электромагнитный микрофон стабилен в
работе. Однако ему свойственны узкий частот-
частотный диапазон, большая неравномерность час-
частотной характеристики и значительные нели-
нелинейные искажения. Этим и объясняется то, что
область применения электромагнитного мик-
микрофона очень узкая.
Следует отметить, что с целью повышения
разборчивости речи в трактах, через которые
она передается и где больше всего применяют
электромагнитный микрофон, его частотную
характеристику стремятся иметь с подъемом
к высоким частотам с крутизной 6 дБ на окта-
октаву. Это делают для компенсации снижения
спектра речи на частотах свыше 400 Гц.
В противоположность электромагнитному
микрофому чрезвычайно широкое распрост-
распространение для целей озвучения, звукоусиления-
а раньше и звукозаписи и радиовещания по,
лучил электродинамический микрофон в сво-
своих двух модификациях — катушечной и
ленточной.
Принцип действия электродинамического
катушечного микрофона состоит в следующем
(рис. 5.8, в). В кольцевом зазоре / магнитной
системы, имеющей постоянный магнит 2, на-
находится подвижная катушка 3, скрепленная с
диафрагмой 4. При воздействии на последнюю
звукового давления она вместе с подвижной
катушкой начинает колебаться. В силу этого
в витках катушки, перерезывающих магнитные
силовые линии, возникает напряжение, явля-
являющееся выходным сигналом микрофона. Его
величина выражается как
ЯН-Ян
= В1
Ян
| Н~ Ян
Здесь помимо введенных выше обозначений,
В — индукция в зазоре магнитной системы;
/ — длина проводника обмотки подвижной
катушки.
Электродинамический микрофон стабилен,
имеет довольно широкий частотный диапазон,
сравнительно небольшую неравномерность
частотной характеристики.
Устройство ленточного электродинамиче-
электродинамического микрофона несколько отличается от уст-
устройства катушечной модификации (рис. 5.8, г).
Здесь магнитная система микрофона состоит
из постоянного магнита / и полюсных нако-
наконечников 2, между которыми натянута легкая,
обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм)
ленточка 3. При воздействии на обе ее сторо-
стороны звукового даления возникает сила, под дей-
действием которой ленточка начинает колебаться,
пересекая при этом магнитные силовые линии,
вследствие чего на ее концах развивается на-
напряжение.
69
faK как сопротивление ленточки очень ма-
мало, то для уменьшения падения напряжения
на соединительных проводниках напряжение,
развиваемое на концах ленточки, подается на
первичную обмотку повышающего трансфор-
трансформатора, размещаемого в непосредственной
близости от ленточки. Напряжение на зажимах
вторичной обмотки трансформатора является
выходным напряжением микрофона. Выра-
Выражение для него не отличается от выражения
для выходного напряжения катушечного мик-
микрофона. Частотный диапазон этого микрофона
довольно широк, а неравномерность частотной
характеристики невелика.
Для электроакустических трактов высоко-
высокого качества наибольшее распространение в на-
настоящее время получил конденсаторный
(электростатический) микрофон. Принци-
Принципиально он работает следующим образом
(рис. 5.8, д). Жестко натянутая мембрана / под
воздействием звукового давления может ко-
колебаться относительно неподвижного электро-
электрода 2, являясь вместе с ним обкладками элект-
электрического конденсатора. Этот конденсатор
включается в электрическую цепь последова-
последовательно с источником постоянного тока Е и
активным нагрузочным сопротивленцем R.
При колебаниях мембраны емкость конденсато-
конденсатора меняется с частотой воздействующего на
мембрану звукового давления, в связи с чем в
электрической цепи появляется переменный
ток той же частоты и на нагрузочном сопротив-
сопротивлении возникает падение напряжения, явля-
являющееся выходным сигналом микрофона. Вы-
Выходное напряжение микрофона
Я„
+ RH
Здесь, помимо введенных выше обозначений,
d— зазор между диафрагмой и неподвижным
электродом; г$ — внутреннее емкостное элект-
электрическое сопротивление микрофона.
Следует отметить, что нагрузочное сопро-
сопротивление должно быть большим, чтобы паде-
падение напряжения на нем не уменьшалось силь-
сильно на низких частотах, где емкостное сопротив-
сопротивление конденсатора ^мембрана — неподвиж-
неподвижный электрод) очень велико и эксплуатация
такого микрофона была бы, по существу, не-
невозможна из-за сравнительно небольшого со-
сопротивления микрофонных линий и нагрузки.
По этой причине почти у всех современных
конденсаторных микрофонов предусмотрены
конструктивно связанные с самим микрофо-
микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент
усиления (порядка единицы), высокое входное
и низкое выходное сопротивления. Значение
последнего таково, что позволяет эксплуати-
эксплуатировать конденсаторные микрофоны в условиях
обычных линий и нагрузок. Поэтому выходным
сопротивлением конденсаторного микрофона
считают выходное сопротивление его усилите-
усилителя. Аналогично выходным напряжением кон-
конденсаторного микрофона считают выходное
напряжение его усилителя.
Кроме описанной выше схемы включения
конденсаторного микрофона, так называемой
низкочастотной, применяют, хотя и гораздо
реже, так называемую высокочастотную схе-
схему, в которой конденсаторный микрофон
включают как емкость в электрический колеба-
колебательный контур высокой частоты, изменяя его
резонансную частоту с периодом колебаний,
воздействующих на микрофон.
Конденсаторные микрофоны имеют самые
высокие качественные показатели: широкий
частотный диапазон,' малую неравномерность
частотной характеристики, низкие нелиней-
нелинейные и переходные искажения, высокую чув-
чувствительность и низкий уровень шумов.
Электретные микрофоны, по существу,
те же конденсаторные, но постоянное напряже-
напряжение для них обеспечивается не обычным источ-
источником, а электрическим зарядом мембраны или
неподвижного электрода, материалы которых
отличаются тем, что способны сохранять этот
заряд длительное время.
Некоторое распространение получили мик-
микрофоны пьезоэлектрические (рис. 5.8, е).
Их действие основано на том, что звуковое
давление воздействует непосредственно или
через диафрагму / и скрепленный с ней стер-
стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При
деформации последнего на его обкладках вслед-
вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает
напряжение, являющееся выходным сигналом
микрофона,
U _ kx
Ян
г; 4 /?„
Здесь, помимо введенных выше обозначений,
k — пьезоэлектрический коэффициент.
Перспективы применения пьезоэлектри-
пьезоэлектрических микрофонов в последнее время расши-
расширились благодаря появлению используемых
для диафрагм микрофонов и других преобра-
преобразователей новых синтетических пленочных ма-
материалов, обладающих пьезоэлектрическим
эффектом.
Действие транзисторных микрофонов (весь-
(весьма мало распространенных) основывается на
том, что под действием звукового давления
на диафрагму скрепленное с ией острие, яв-
являющееся одновременно эмиттером полупро-
полупроводникового триода, изменяет сопротивление
эмиттерного перехода через него. Хотя тран-
транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно
чувствительны, но они недостаточно стабиль-
стабильны и их частотные характеристики даже в срав-
сравнительно узком диапазоне частот неравномер-
неравномерны.
Стереофонический микрофон представляет
собой систему из двух микрофонов, конструк-
конструктивно размещенных в общем корпусе на одной
оси друг над другом. Для записи по системе
ХУ применяют стереофонические микрофоны,
состоящие из двух одинаковых монофониче-
монофонических микрофонов с кардиоидными характерис-
характеристиками- направленности, причем акустические
оси левого Мх и правого My микрофонов по-
повернуты на 90а относительно друг друга
70
(рис. 5.9, а). При записи по системе MS один
из микрофонов (микрофон середины М№)
имеет круговую характеристику направленно-
направленности, а другой (микрофон стороны Ма) — ко*
синусоидальную характеристику направлен-
направленности (рис. 5.9, б).
Радиомикрофон представляет собой систе-
систему, состоящую из микрофона, переносного ма-
малогабаритного передатчика и стационарного
приемника. Микрофон чаще всего используют
динамический катушечный или электретиый.
Передатчик либо совмещают в одном корпусе
с микрофоном, либо выполняют карманного
типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ
диапазоне на одной из фиксированных частот,
определяемой соответствующим кварцем. Ра-
Радиоприемник принимает сигнал, преобразует
его в низкочастотную область, затем этот сиг-
сигнал через микшерный пульт подаётся дальше
в тракт и параллельно — иа акустический
контрольный агрегат для прослушивания.
Вследствие влияния дополнительных преобра-
преобразований в системе «передатчик — эфир —
— приемник» качественные параметры радио-
радиомикрофона уступают параметрам обычного
микрофона.
Для приема речи в условиях окружающего
шума применяют ларингофоны.. Эти приборы
воспринимают механические колебания горта-
гортани, возникающие при речеобразовании. Для
этого ларингофоны (обычно пара) прижимают-
прижимаются к шее в области гортани. По принципу пре-
преобразования ранее прнменялнсь угольные ла-
ларингофоны, а в настоящее время — электро-
электромагнитные. Отличие их от соответствующих
микрофонов в том, что в них нет диафрагм, на
которые воздействуют звуковое давление, а
подвижный элемент (якорь) вследствие инер-
инерции перемещается относительно корпуса ко-
колеблющегося в такт с колебанием гортани, к
которой он прилегает.
Из вышеприведенных выражений для чув-
чувствительности различных типов микрофонов
можно определить, каким параметром должна
управляться механоэлектрическая система
микрофона, чтобы получить равномерную час-
частотную характеристику по давлению, т. е.
без учета влияния дифракции и резонанса уг-
углубления перед диафрагмой. Эти требования
обобщены в табл. 5.2 для микрофонов давле-
Рис. 5.9. Характеристики направленности сте-
стереофонических микрофонов
ния и в табл. 5.3 для микрофонов градиента
давления.
Существенное влияние на частотную харак-
характеристику микрофона оказывает включение
его в электрическую цепь. Так, при работе
микрофона с емкостным внутренним сопро-
сопротивлением Zj = 1/(оС (конденсаторного, элект-
ретного, пьезоэлектрического) на актив-
активное сопротивление нагрузки падение напря-
напряжения U на последнем связано с ЭДС е,
развиваемой микрофоном, выражением U =
— efyi+l/itoCR)*, а соответствующий спад
частотной характеристики на нижних часто-
частотах N = 10 lg [1 + 1/(©С/?J], который пред-
представлен на рис. 5.10 графически. Коэффициент
в виде произведения частоты / в герцах, ем-
емкости микрофона С в пикофарадах и сопротив-
сопротивления нагрузки RH в омах показан на
рис. 5.10 с учетом множителя 10~10.
Пример. Пусть требуется узнать, какой
должно быть сопротивление нагрузки для кон-
конденсаторного микрофона емкостью 200 пФ,
чтобы на частоте 35 Гц спад чувствительности
по сравнению с высшими частотами не превы-
превышал 8дБ. Восстанавливая абсциссу из точки
Таблица 5.2. Требования к микрофонам давления
Принцип преобразования
Параметр, поддерживаемый
постоянным
Управляющий параметр
Расположение резонансной
частоты относительно основно-
основного диапазона
УГОЛЬНЫЙ
Смещение
Упругость
Выше
Электро-
магнит-
магнитный
Электро-
динами-
динамический
Скорость
Активное сопро-
сопротивление
Ниже
Конден-
Конденсаторный
(элект-
ретный)
Пьезо-
электри-
электрический
Транзи-
Транзисторный
Смещение
Упругость .
Выше
71
Таблица 5.3. Требования к микрофонам градиента давления
Принцип преобразования
Электро-
Электромагнитный
Электроди-
Электродинамический
Конденса-
Конденсаторный
Пьезоэлект-
Пьезоэлектрический
Транзистор-
Транзисторный
Параметр, поддерживаемый
постоянным
Управляющий параметр
Расположение резонансной ча-
частоты по отношению к основ-
основному диапазону
Скорость
Масса
Ниже
Смещение
Активное сопротивление
Ниже
на оси ординат, соответствующей 8 дБ, до пере-
пересечения с кривой, отсчитываем на оси абсцисс
7-Ю10
fCR = 7- 10i«, откуда R - ^ ш = 107 Ом,
что и является искомой величиной.
В некоторых случаях, например при прие-
приеме речи, получение такого спада частотной ха-
характеристики в области нижних частот жела-
желательно. Тогда его осуществляют в конденсатор-
конденсаторных микрофонах путем подбора сопротивле-
сопротивления нагрузки по приведенной выше формуле
и графику. В динамических же .микрофонах
указанный спад частотной характеристики
получают путем шунтирования контуром, об-
образованным параллельным соединением ин-
индуктивности и активного сопротивления.
Этот шунт отключается, а следовательно, ис-
исчезает н спад частотной характеристики в об-
области нижних частот при переходе на прием
музыки.
Получающиеся спады на частоте о для мик-
микрофона с внутренним сопротивлением Ri при
шунтировании индуктивностью L и сопротив-
сопротивлением R
Это соотношение справедливо, когда /?н >
> Rt и RH > R, что на практике имеет место в
большинстве случаев.
N.AB
и
-4
-8
-12
-16
"?4
/
1
А
12 5 10 20 50100
Рис. 5.Ю. Зависимость снижения уровня на-
напряжения на нагрузке конденсаторного микро-
микрофона от произведения fCRn
5.3. НАПРАВЛЕННЫЕ СВОЙСТВА
МИКРОФОНОВ
Для суждения о направленных свойствах
микрофонов, кроме самих характеристик на-
направленности, чаще всего применяют такие
параметры, как коэффициент направленности
Q и отношение коэффициентов направленности
в передней и задней полусферах Йор/Йт=
= йф/т- Эти параметры определяют для мик-
микрофонов, направленность которых симметрич-
симметрична относительно оси, как
Q =
-— \ /?2(в) sin6d6
J /?2F)sin6de
вел. I— === '
*Ф/Т Я/2
J /?2F)sin6d6
о
где R F) — отношение чувствительности
микрофона Eq под углом 6 к его оси, к осевой
чувствительности Ео. Эти параметры очень
полезны для оценки свойства микрофона. Так,
дальность действия микрофона с коэффициен-
коэффициентом направленности Q и ~[/п раз больше, чем
у ненаправленного (при условия распределе-
распределения источников равноинтенсивных помех во-
вокруг микрофона). Иными словами, при одном
и том же отношении сигнал-помеха на выходе
микрофона направленный микрофон может на-
находиться в i/fT раз дальше от источника по
сравнению с ненаправленным.
Параметр &ф/т полезен для оценки подав-
подавления помех от источников, расположенных
сзади микрофона (например, в зале), по срав-
сравнению с источниками, расположенными перед
микрофоном (например, исполнители на эст-
эстраде).
Характеристика направленности R F)
микрофонов может быть представлена выраже-
выражением, являющимся в общем случае уравнени-
уравнением улитки Паскаля:
V
1.
Ccos6),
72
где д — параметр, определяющий форму ха-
характеристики направленности, являющийся
отношением чувствительности приемника гра-
градиента давления и чувствительности приемни-
приемника давления. Форму характеристики направ-
направленности односторонненаправленных микро-
микрофонов можно выразить и через параметр у ~
= С/A + С):
при С — 0 у — 0 (рис. 5.11, ^--окруж-
^--окружность;
при С — 1 у — 0,5 (рис. 5.11,6) — кар-
кардиоида;
при С =1,7 7=0,63 (рис. 5.11, в) —
суперкардиоида;
при С — 3, у — 0,75 (рис. 5.11, г) — ги-
гиперкардиоида;
при С ->¦ оо (рис. 5.11, д) получается дву-
двусторонняя направленность (косинусоида, вось-
восьмерка).
Для микрофонов с непостоянной направ-
направленностью
3A+СJ
3 + С2
A—v)H-Y2/3 '
Q =
Зависимость й и Q^ ,T от y представлена на
рис. 5.11, е соответственно кривыми / и 2.
Пример. Чтобы определить параметры для
гиперкардиоиды (С = 3, y ^ 0,75), восста-
восстанавливаем ординату из точки на оси абсцисс
Y = 0,75 и отсчитываем на оси ординат Й=4
F дБ) и &ф,т = 6,8 (8дБ). Микрофон с такой
характеристикой будет иметь по сравнению с
ненаправленным микрофоном при одном и том
же соотношении сигнал-помеха на выходе даль-
дальность приема в поле равномерно распределен-
распределенных в пространстве источников помех в "\/4,
т. е. в 2 раза большую. В этих же условиях он
будет подавлять помехи, приходящие от источ-
источников, расположенных в задней полусфере,
по сравнению с ненаправленным микрофо-
микрофоном на 10 lg 6,8 « 8дБ.
Кроме описанных выше параметров, отоб-
отображающих направленность микрофона, боль-
большим распространением пользуется такой па-
параметр, как выражаемый в децибелах перепад
чувствительности фронт-тыл.
Как уже упоминалось выше, сила, дейст-
действующая на диафрагму микрофона градиента
давления, вблизи от источника, т.е. в поле
сферической волны, не прямо пропорциональ-
пропорциональна частоте, как это имеет* место при нахожде-
нахождении этого микрофона в поле плоской волны.
Но комбинированный (односторонненаправ-
ленный), в частности кардиоидный, микрофон
всегда может быть представлен как сочетание
микрофона давления и микрофона градиента
давления, имеющих равные чувствительно-
чувствительности. Поэтому и частотная характеристика и ха-
характеристика направленности для кардиоид-
ныХ микрофонов этого типа меняются с удале-
удалением от источника, как это показано на
Рис. 5.11. Характеристики направленности
комбинированных микрофонов
рис. 5.12, где приведены зависимости отноше-
отношения чувствительности кардиоидного микрофо-
микрофона при разных углах 6 между осью микрофона
и направлением прихода звука и разных рас-
расстояниях до источника звука к его чувстви-
чувствительности при 6 = 0° и г -»- оо от kr = 2п/%,
Параметр семейства кривых — угол 6. Для
определения kr в зависимости от расстояния
и частоты служит нижняя часть графика.
Пример. Пусть требуется определить, на-
насколько чувствительность кардиондного мик-
микрофона под углом 135° на расстоянии от ис-
источника 0,5 м на частоте 50 Гц меняется по от-
отношению к его осевой чувствительности. Из
рис. 5.12 находим, что расстоянию 0,5 м при
частоте 50 Гц соответствует kr = 0,5. На пере-
пересечении кривой 135° и ординаты 0,5 находим
значение — 2,8 дБ. На столько чувствитель-
чувствительность под углом 135° на расстоянии 0,5 м бу-
будет отличаться от осевой чувствительности
микрофона при нахождении последнего на
бесконечном расстоянии от источника. На
расстоянии же, равном 0,5 м, его осевая чув-
чувствительность F = 0°, кг = 0,5) будет отли-
отличаться от чувствительности на бесконечности
на+ 3,0 дБ. Таким образом, чувствительность
под углом 135° для расстояния 0,5 м на часто-
частоте 50 Гц отличается от чувствительности этого
А620
о
-10
~20
?*
•Г-2м
1м
3,25м
ч
2 .&.' 7 j Г
10 10 50 100 200
ЬагЪ
10 201 Jo idp 10Q 5bp 1000 200frU>
"'" * 1QQ 200 -J— '--- --— --—Га
50 100 100 500 10002000 5000100
Рис. 5.12. Зависимость отношения' чуврг^И'
тельности кард нон дного микрофона от угла
прихода звука
73
д
Рв
a) S) в) г)
Рис. 5.13. Векторные диаграммы звуковых давлений
же микрофона на оси (в = 0°) на +3,0 —
— 2,8 = 0,2 дБ, т. е. чувствительности для
этих углов практически одинаковы. Для кар-
диоидного же микрофона на бесконечно боль-
большом расстоянии от источника эти чувствитель-
чувствительности будут различаться иа 16,5 дБ.
Примечательно, что для угла 90° чувстви-
чувствительность не меняется на любом расстоянии,
что объясняется тем, что составляющая силы,
обусловленной градиентом давления, будет
для этого направления равна нулю.
Получить необходимую форму характе-
характеристики направленности микрофона можно
путем изменения его конструкции.
Сферическую характеристику направлен-
направленности, как было показано выше, имеют мик-
микрофоны давления, но только на низких часто-
частотах. Для получения круговой характеристики
и на высших частотах, хотя бы в горизонталь-
горизонтальной плоскости, микрофон иногда располагают
так, чтобы его ось была вертикальной. Для
получения двусторонней («восьмерочной»)
направленности применяют в основном микро-
микрофоны градиента давления (например, ленточ-
ленточные), т. е. такие, где диафрагма открыта воз-
воздействию звукового давления с обеих сторон.
Для получения односторонней направленно-
направленности раньше пользовались соединенными по-
последовательно микрофоном давления н микро-
микрофоном градиента давления, конструктивно
заключенными в один корпус. В настоящее
время одностороннюю направленность полу-
получают в одном микрофоне, принцип действия
которого заключается в том, что ои имеет два
пространственно разнесенных входа для воз-
воздействия звукового давления с расстоянием
между ними d и что сдвиг фазы звукового дав-
ления внутри микрофона делается равным
сдвигу фазы звукового давления на пути от
первого входа (у диафрагмы) до второго (см.
рнс. 5.6). Это может' быть пояснено вектор-
векторной диаграммой, приведенной на рис. 5.13.
Здесь рА — звуковое давление, действующее
на диафрагму. От его фазы на угол <р отстает
фаза звукового давления рв у второго входа.
Внутри микрофона звуковое давление претер-
претерпевает такой же сдвиг фазы иа угол ф и на
обратную сторону диафрагмы, в результате
действует звуковое давление рс. Тогда резуль-
результирующее давление, приводящее диафрагму
в колебания, будет рг. Если же звук приходит
со стороны второго входа; то звуковые давлет
ния рА и рс будут одинаково сдвинуты по фазе
относительно звукового давления р^ и раз-
разность рА и рс будет равна нулю. Вследствие
этого диафрагма останется в покое и выходное
напряжение микрофона будет равно нулю. Не-
Необходимые сдвиги фаз и соотношения парамет-
параметров элементов внутренней фазосдвигающей
акустико-механической системы микрофона
получаются при рассмотрении действия его
схемы-аналогии, которая в упрощенном виде
изображена на рнс. 5.13, г, где zx — механи-
механическое сопротивление подвижной системы, z2—
механическое сопротивление второго вхо-
входа, z3 — механическое сопротивление внут-
внутренней фазосдвигающей акустико-механиче-
акустико-механической системы микрофона.
Условие односторонней направленности
микрофона, представляемого такой схемой,
выполняется, если zl/za = je)(d/c). Это условие
обычно бывает трудно соблюсти во всем диапа-
диапазоне частот. Поэтому в реальных конструкци-
конструкциях делают несколько «вторых» входов, каж-
каждый для своей области частот так, чтобы рас-
расстояние уменьшалось по мере повышения чао
тоты.
Для оперативного изменения направлен-
направленности микрофонов у некоторых их типов воз-
возможно дистанционное управление ею путем
электрического переключения выходов состав-
составляющих микрофонов с различными характери-
характеристиками направленности. Так, если имеются
два одинаковых кардноидных микрофона, аку-
акустические оси которых направлены противо-
противоположно, то их характеристики направленно-
направленности могут быть представлены как
и e2 =
Синфазное последовательное электрическое
соединение этих микрофонов дает суммарную
ЭДС е = ех -f- е2 —,?0, что соответствует от-
отсутствию направленности (круговая или сфе-
сферическая характеристика). Встречное по-
последовательное включение дает суммарную
ЭДС -ё-^ «1 — et = e0 cos 8, т. е. двусторон-
двустороннюю (восьмерочную) характеристику.
Таким образом, с помощью переключателя,
находящегося на каком-то расстоянии от та-
такого сдвоенного микрофона, можно получить
следующие характеристики направленности:
кардиоида, обращенная в одну сторону; кар-
74
Диоида, обращенная в другую сторону; кру-
круговая; косинусоидальная. Кроме того, приме-
применяя потенциометрическое включение микрофо-
микрофонов, т. е. складывая полное напряжение от
одного микрофона с долей напряжения от дру-
другого микрофона, можно получить еще ряд про-
промежуточных характеристик.
Остронаправленные микрофоны («пушки»)
современной конструкции обычно состоят из
микрофона, к которому примыкает трубка с
отверстиями подлине (рис. 5.14) или со сплош-
сплошной осевой прорезью. Отверстия или прорезь
обычно закрываются тканью.
Если звук приходит по оси, то пути его рас-
распространения по трубке и через отверстия оди-
одинаковы и составляющие звукового давления от
прошедших через трубку колебаний синфаз-
ны и, следовательно, сумма их, воздействую-
воздействующая на диафрагму, максимальна. Если же
звук приходит под углом 6 к оси, труб-
трубки, то разность пути звука по всей трубке и
пути от входа в трубку до входа в отверстие,
находящееся на расстоянии d от входа в труб-
трубку, обусловит сдвиг фаз, определяемый как
d A — cos 8) (о/С). В свою очередь, это созда-
создает сдвиг фаз различной величины между дву-
двумя колебаниями, пришедшими через разные
отверстия, что приводит, следовательно, к
уменьшению результирующего давления, дей-
действующего на диафрагму. (
Следует отметить, что чем большую остро-
остроту направленности нужно получить, тем боль-
больше должна быть длина звукоприемного эле-
элемента (трубки), так как острота направленно-
направленности увеличивается с увеличением Ilk — отно-
отношения длины трубки к длине волны принимае-
принимаемого звука.
Принципиальное значение направленные
свойства микрофонов имеют в стереофониче-
стереофонических системах. Здесь применяют три способа
приема.
Способ АВ, при котором используют два
пространственно разнесенных микрофона
(правый и левый), напряжения от которых по-
подают в правый и левый каналы стереофониче-
стереофонической системы.
Способ XY, при котором микрофоны про-
пространственно совмещены (обычно один над
другим) и образуют единую конструкцию. Од-
Однако при этом акустические оси микрофонов,
как правило, кардиоидных, развернуты так,
что угол между ними составляет примерно 90°.
Такое расположение в какой-то степени ими-
имитирует прием звука ушами, максимумы ха-
характеристик направленности которых также
развернуты относительно друг друга. Как и в
системе АВ, выходные напряжения микрофо-
микрофонов подаются на входы правого и левого кана-
каналов стереофонической системы.
Способ MS, при котором применяют также
два микрофона: один — ненаправленный,
другой — с косинусоидальной характеристи-
характеристикой направленности, минимум которой на-
направлен на источник звука. Они конструктив-
конструктивно совмещены между собой, как и при способе
ХУ. Выходные напряжения этих микрофонов
с помощью суммарно-разностного преобразо-
преобразователя складываются и вычитаются.' Сумма
напряжений подается на вход одного из кана-
каналов стереофонической системы (например,
правого), разность этих напряжений — на
вход другого канала (левого). Таким образом,
для целей стереофонии применяют микрофоны
с известными характеристиками направленно-
направленности, но имеющие специальную конструкцию
расположения и крепления их пары.
В последние годы появился еще один спо-
способ применения микрофонов в стереофонии,
так называемой бифонический,.основанный на
использовании искусственной головы. В нем
малые ненаправленные микрофоны устанавли-
устанавливают в макете искусственной головы на местах,
соответствующих входам в слуховые каналы
правого и левого ушей. Таким образом хоро-
хорошо имитируются условия приема звука двумя
ушами и, в частности, направленность послед-
последних. Выходные напряжения этих микрофонов
подаются на выходы правого и левого каналов
стереофонической системы.
Серьезной задачей, решение которой имеет
важное практическое значение, является обес-
обеспечение шумозащищенности микрофона, что
позволяет ему при нахождении в поле шумов
выделять на их фоне полезный сигнал. Шумо-
защищенность микрофона достигается разными
способами. Простейший из них — размещение
микрофона в непосредственной близости от
источника полезного сигнала. При этом ин-
интенсивность от последнего увеличивается и,
таким образом, повышается отношение сиг-
сигнал-помеха, что позволяет лучше выделять по-
полезный сигнал. Если полезный сигнал и помеха
имеют различающиеся между собой по ширине
амплитудно-частотные спектры, то шумозащи-
щенность может быть достигнута путем огра-
ограничения частотного диапазона микрофона гра-
границами спектра сигнала или же наиболее важ-
важной частью этого спектра. Этот метод неприме-
неприменим, если спектр сигнала шире спектра помехи
или равен ему по ширине.
Для далеких от микрофона источников по-
полезного сигнала и пространственно распреде-
распределенных источников помех эффективным спосо-
способом шумозащищенности является применение
остронаправленных микрофонов, ориентиро-
ориентированных на источник полезного сигнала. В слу-
случае же единичных дискретных источников по-
помех удовлетворительные результаты получа-
получаются при применении двусторонних или одно-
сторонненаправленных микрофонов, ориенти-
ориентированных направлением минимальной чувст-
чувствительности на источник помех. Наиболее
трудная задача — обеспечение шумозащищен-
шумозащищенности микрофонов, работающих в условиях
t
Рис. 5.14. К пояснению принципа действия
острова правленного микрофона
75
Частоты, соо/пдетствующае разным значениям г
г~2,5см 25 50 W0 200 250 500 WOO 2000 2500
Г=1,25см 50 /00 200 400 500 7000 2000 4000 5000
г-0,62см 100 200 400 8001000 2000 4000 800010000
35
30
Рис. 5.15. Зависимость шумо-
защищенности от коэффициен-
коэффициента kr
1/гг
2г
25
20
15
10
V,01 0,02 0,04 0,08 0,1 0,2 0,4 0,8 кг
близко расположенных источников помех с ши-
широким частотным спектром, создающих у мик-
микрофонов высокий уровень шумов. Здесь эф-
эффективным является использование микрофо-
микрофонов градиента давления, размещаемых как
можно ближе к источнику полезного сигнала
(например, ко рту при приеме речи), так как в
поле его сферической волны источники помех
будут восприниматься с меньшей чувствитель-
чувствительностью, чем полезный сигнал близко располо-
расположенного источника.
Шумозащищенность (в децибелах) таких
микрофонов в зависимости от произведения
kr (где г— расстояние от источника полезного
сигнала до средней плоскости микрофона', а к—
волновое число) и от разности хода d между
передней и задней Сторонами подвижной сис-
системы
г yd)
-V-
2r
cos kd
2A— cos kd)
-}- 5.
Добавление 5 дБ в приведенной формуле ото-
отображает снижение уровня помех благодаря
косинусоидальной направленности микрофона.
Величина N3 может быть определена из
рис. 5.15.
Пример. Пусть требуется найти на частоте
500 Гц шумозащищенность микрофона, в ко-
котором разность хода между передней и задней
«сторонами подвижной системы составляет
2,5 см, расположенного на расстоянии 1,25 см
от полезного источника. В данном случае d—
= 2г. По таблице, помещенной вверху рисун-
рисунка, видно, что растоянию 1,25 см и частоте
500 Гц соответствует kr ==0,1. Восстанавливая
ординату в этой точке оси абсцисс до пересече-
пересечения с кривой, имеющей отметку d — 2г, отсчи-
отсчитываем по оси ординат 16 дБ, что и является
искомой величиной.
5.4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ
МИКРОФОНЫ
Электродинамические микрофоны (кату-
(катушечные и ленточные) могут быть выполнены
практически с любой характеристикой направ-
направленности. Однако в СССР и за рубежом приме-
применяют в основном электродинамические кардио-
идиые микрофоны. Находят применение также
ненаправленные микрофоны этого типа.
Из катушечных микрофонов большое рас-
распространение в нашей стране получили микро-
микрофоны МД-44, МД-45, МД-63, МД-64, МД-66,
МД-71, МД-75, МД-80, МД-82 и МД-86 оте-
отечественного производства MD-210, MD-220—
венгерского,' AMD-460 — чехословацкого,
F-115 — японского и др. Рассмотрим особен-
особенности и основные характеристики некоторых
из них.
Микрофон МД-63. Это ненаправленный ди-
динамический катушечный микрофон, внешний
вид которого приведен на рис. 5.16, а. Внутри
корпуса (рис. 5.16, б), передняя сторона кото-
которого имеет решетку с отверстиями для прохода
звука, находится капсюль. Зазор капсюля сни-
снизу закрыт кольцом с отверстиями, заклеенными
шелком для создания акустического сопротив-
сопротивления. Сверху диафрагмы расположена на-
накладка, повторяющая по профилю форму цент-
центральной части диафрагмы и служащая для по-
повышения чувствительности на высших часто-
частотах. Объем воздуха внутри магнитной системы
капсюля соединен посредством отверстий, так-
также заклеенных шелком, с объемом воздуха
внутри кожуха. Такую же в основном конст-
конструкцию имеют и другие динамические микро-
микрофоны. Поэтому в дальнейшем мы на этих де-
деталях конструкции останавливаться не будем.
На рис. 5.16, в приведена также аналого-
аналоговая электрическая схема микрофона, где щ и
гх, /п2 и г2, т3 и г3, /п4 и г4, тъ и г5, me и гв—
массы и активные сопротивления воздуха со-
соответственно в отверстиях решетки, в отвер-
отверстиях накладки, в слое между накладкой и диа-
диафрагмой, зазоре между катушкой и полюсным
наконечником, а также в отверстиях центри-
центрирующего кольца, элементе, акустического со-
сопротивления (шелк), в отверстиях магнито-
провода, в трубке, предназначенной для- по-
повышения чувствительности на низких часто-
частотах; т0, с0, г0 — масса, гибкость закрепления
и активное сопротивление подвижной системы;
сх, <*2, сз и С4 — гибкости объемов воздуха со-
соответственно между решеткой и накладкой,
под диафрагмой, внутри магнитной системы,
76
Рис. 5.16. Микрофон МД-63
Рнс. 5.17. Микрофон МД-52А
77
Рис. 5.18.
Стереофонический
МД-52Б-СН
микрофон
внутри корпуса; Sx — площадь отверстий в
решетке.
Микрофон МД-63 работает в диапазоне час-
частот 60 ... 15 000 Гц. Неравномерность частот-
частотной характеристики составляет 20 дБ. Внут-.
реннее сопротивление микрофона 250 Ом. Чув-
Чувствительность в свободном поле в режиме
холостого хода на частоте 1 кГц не менее
1,1 мВ/Па. Выполнен в петличном исполнении.
Диаметр микрофона 22 мм, длина 68 мм, мас-
масса 125 г.
Микрофон МД-52А. Это кардиоидный мик-
микрофон профессионального применения. На
рис. 5.17 приведены его внешний вид (а), кон-
конструкция (б) и аналоговая электрическая схе-
схема (в), где: тх и rlt m2 и т%, гп3 и r3, m4 н г4,
Щ и г6, тв и гв, т7 и г7, т8 иг,, щ и г, —
массы и активные сопротивления воздуха соот-
соответственно в решетке /, слое воздуха между
накладкой и диафрагмой 3, в элементе акусти-
акустического сопротивления 8, в элементе акусти-
акустического сопротивления 2, в трубке 9, в отвер-
отверстиях трубки 9, в элементе акустического со-
сопротивления 14, в отверстии корпуса //; сх.
с%, с3, с4, сь, сь — гибюрсти воздуха соответст-
соответственно в объеме между решеткой и накладкой,
между накладкой и диафрагмой, под диафраг-
диафрагмой, внутри магнитной цепи 7, во внутреннем
корпусе 12, между внешним и внутренним кор-
корпусами; т0, с0 и г0 — масса, гибкость закреп-
закрепления н активное сопротивление подвижной
системы; Sx и Su — площади отверстий соот-
соответственно в решетке и в корпусе.
Микрофон имеет те же основные элементы,
что и вышеописанный микрофон. Отличием же
его является наличие второго входа в виде от-
отверстия в корпусе, находящегося на расстоя-
расстоянии d от первого входа, т. е, от центра диафраг-
диафрагмы. На этом расстоянии получается сдвиг фа-
фазы звукового давления, равный
0)
— d cos в,
с
где в — угол между осью микрофона и направ-
направлением прихода звука. Масса и активное сопро-
сопротивление воздуха в этом отверстии вместе с па-
параметрами всех элементов конструкции микро-
микрофона от отверстия второго входа до заданной
стороны диафрагмы образуют внутреннюю
фазосдвигающую систему, обеспечивающую
получение кардиоидной характеристики на-
направленности.
Принципиально такую же конструкцию,
как и микрофон МД-52А, имеет микрофон
МД-52Б. Отличие лишь в применении для
корпуса пластмассы вместо дюралюминия и
переносе разъема, расположённого на корпусе
микрофона МД-52А, на конец кабеля, заде-
заделываемого в корпусе микрофона МД-52Б. И то
и другое имеет цель удешевить микрофон.
Микрофон МД-52А работает в диапазоне
частот 50 ...16 000 Гц, имеет неравномерность
Рис. 5.19. Микрофон МД-66
78
/»*% =f(
б)
Рис. 5.20. Микрофон МД-200
частотной характеристики 12 дБ, внутрен-
внутреннее сопротивление 250 Ом, чувствительность
холостого хода 1,2 мВ/Па на частоте 1 кГц. У
микрофона МД-52Б те же параметры, за ис-
исключением верхней граничной частоты, кото-
которая составляет 15 000 Гц.
Для стереофонического приема по систе-
системе АВ или XY используют микрофон
МД-52Б-СН, представляющий собой единую
конструкцию из двух микрофонов МД-52Б
(рис. 5.18), которая позволяет устанавливать
их на расстоянии 0,4 м друг от друга либо сов-
совмещать, чтобы была возможность разворота
осей на угол от 0 до 180°.
Микрофон МД-66 и МД-200. Речевой мик-
микрофон МД-66 и микрофон для любительской
звукозаписи МД-200 имеют аналогичные, но
более простые конструкции и соответственно
аналоговые электрические схемы.
Внешний вид, конструкция и электричес-
электрическая эквивалентная схема микрофона МД-66
приведены на рис. 5.19. Этот речевой кардио-
идный микрофон для звукозаписи и звукоуси-
звукоусиления работает в диапазоне частот 100...
...10 000 Гц с неравномерностью частотной ха-
характеристики 20 дБ. Внутреннее его сопротив-
сопротивление 250 Ом, чувствительность холостого
хода 2 мВ/Па на частоте 1 кГц.
Аналогичные параметры имеет микрофон
МД-200, внешний вид, конструкция и элек-
электрическая эквивалентная схема которого при-
приведены на рис. 5.20.
Микрофон МД-78. Предназначен для эстрад-
эстрадных исполнителей При использовании как на
напольной стойке, так н в руке на близком
расстоянии от исполнителя. Может быть при-
применен также для записи, передачи и звуко-
звукоусиления музыки и речи в телевизионных н
радиовещательных студиях, театрах и кон-
концертных залах. Типовая частотная характерис-
характеристика микрофона приведена на рис. 5.21, а, а
его внешний вид — на рис. 5.21,6.
Микрофон имеет следующие технические
характеристики: номинальный диапазон час-
частот 50...15 000 Гц; чувствительность холосто-
холостого хода на частоте 1 кГц не менее 2 мВ/Па;
отклонение частотной характеристики чувст-
чувствительности от типовой в номинальном диапа-
диапазоне частот не более ±2,5 дБ; возможность
коррекции частотной характеристики на НЧ
до 12 дБ на частоте 50 Гц; средний перепад
уровней чуствительности фронт-тыл в номи-
номинальном днапазоне частот ие менее 12 дБ, наи-
наименьшее значение 6 дБ; модуль полного
внутреннего электрического сопротивления
-5
-10
-15
-20
t
/
/ /
у/
/
'7/
—
—
—
В)
i
\
л
20 50 100 200 500 10* 210* 510* 104 f/ц
со
Рис. 5.21. Микрофон МД-78
79
Рис. 5.22. Микрофон МД-80 и МД-80А
150 Ом на частоте 1 кГц; масса микрофона
не более 220 г.
Этот микрофон отличается от вышеописан-
вышеописанных кардиоидиых микрофонов тем, что имеет
не один второй вход, а два, находящихся со-
соответственно на расстояниях йг и &% от первого
входа, т. е. от центра диафрагмы.
На низких частотах разность фаз звуковых
давлений, действующих иа первый вход и на
один из вторых входов, определяется сравни-
сравнительно большим расстоянием &х. На высоких
частотах инерционное сопротивление ют ста-
становится очень большим и первый вход «запи-
«запирается». При этом эффективным становится
второй вход, удаленный от первого на срав-
сравнительно небольшое расстояние d2. Второй
вход осуществляется через звукопроницае-
звукопроницаемые стенки, имеющие определенную массу и
активное сопротивление воздуха.
Разные пути dx и &% для низкочастотных и
высокочастотных колебаний и соответственно
различные сдвиги фаз для них, получающиеся
внутри микрофона, приводят к тому, что для
каждого диапазона частот лучше удовлетво-
удовлетворяются условия односторонней направленнос-
направленности. Однако, строго говоря, нельзя говорить,
что входы dx и dt действуют каждый только в
своем диапазоне частот. Естественно, что прак-
практически высокочастотный вход dt будет в
какой-то степени шунтировать низкочастотный
вход dx на низких частотах. Это приведет к
некоторому спаду частотной характеристики
в области низких частот, что не слишком ухуд-
ухудшит режим работы микрофона из-за его близ-
близкого расположения от источника звука вбли-
вблизи рта. В результате форма характеристики
направленности изменяется с частотой от ги-
перкардноиды на низких частотах к кардиои-
кардиоиде на высших. Вместе с тем осевая частотная
характеристика этого микрофона сильно зави-
зависит от расстояния, На котором микрофон на-
находится от источника.
В микрофоне МД-78 предусмотрены не-
неподвижная антифонная катушка АК, вклю-
включенная противофазно основной звуковой ка-
катушке ЗК (для подавления индуктивных
помех), н параллельный контур из индуктив-
индуктивности 75 мГн и сопротивления 1,2 кОм, слу-
служащий для снижения чувствительности на
низких частотах. Включение такого контура
бывает полезным при приеме речи, так как
устраняется так называемое «бубнение», по-
повышается разборчивость речи и уменьшается
опасность возникновения обратной акустичес-
акустической связи при звукоусилении в помещениях.
Микрофон имеет ветрозащиту» а его капсюль
виброзащищен.
Микрофоны МД-80 и МД-80А. Предназна-
Предназначены для записи, передачи н звукоусиления
речи в любых помещениях н на открытом про-
пространстве, а также для диспетчерской и слу-
служебной связи (рис. 5.22).
Технические характеристики: номиналь-
номинальный диапазон частот 50...12 000 Гц; чувстви-
чувствительность холостого хода на частоте 1 кГц не
менее 2 мВ/Па; неравномерность типовой час-
частотной характеристики чувствительности в но-
номинальном диапазоне частот не более 22 дБ,
в диапазоне 100...8000 Гц не более 15 дБ; от-
отклонение частотной характеристики от типо-
типовой на любой частоте номинального диапазона
не более ±2,5 дБ; перепад чувствительности
«фронт-тыл» на любой рабочей частоте не ме-
менее 6 дБ, средний перепад чувствительности
«фронт-тыл» в номинальном диапазоне частот
не менее 12 дБ; уровень эквивалентного зву-
звукового давления относительно давления 2 х
X Ю-6 Па, обусловленного воздействием на
микрофон переменного магнитного поля на-
напряженностью 0,08 А/м, не более 12 дБ.
Микрофон МД-86. Это — широкополос-
широкополосный двух капсюльный кардиоидный микрофон,
предназначен для записи музыки и речи в сту-
студнях радио и телевидения, театрах, концерт-
концертных залах, учреждениях. Номинальный диа-
диапазон частот 40... 15 000 Гц, чувствительность
по свободному полю 1,2 мВ/Па на частоте
1 кГц, средняя разница уровней чувствитель-
чувствительности фронт-тыл в диапазоне частот 250...
.. .5000 Гц не менее 15 дБ, модуль полного элек-
электрического сопротивления 150 Ом на частоте
1 кГц. Корректор обеспечивает спад частот-
S?
?
О).
го
ю
f
/*
Л
20 50 100 Z00 500 1000 2000 500010000,
v б)
Рис. 5.23. Микрофон МД-86
80
ной характеристики микрофона на частоте^
50 Гц — 7 дБ или —12 дБ в зависимости от
положения переключателя. Габаритные разме-
размеры микрофона, мм; диаметр 24, длина 206.
Масса микрофона 350 г.
На рис. 5.23 приведены внешний вид микро-
микрофона (а), его электрическая принципиальная
схема включения (б) и частотные характерис-
характеристики чувствительности для углов приема 0,
90 и 180°.
Микрофон AMD-460. В комплект AMD-460
фирмы «Тесла-Электроакустика» (ЧССР) вхо-
входит динамический микрофон AMD-410N, дер-
держатель микрофона AYM-305 и микрофонный
кабель AYM-325. Этот микрофон имеет карди-
оидную характеристику направленности, низ-
низкое выходное сопротивление, симметричный
выход. Микрофон можно подключать ко всем
типам транзисторных или ламповых усилите-
усилителей, магнитофонов и других студийных уст-
устройств.
Микрофон AMD-460 может быть использо-
использован для работы в профессиональных и местных
студиях, для записи программ на магнитофо-
магнитофоны. Но основное назначение его — это исполь-
использование для музыкальных коллективов и озву-
озвучения залов или открытых пространств при
трансляции речи, пения, а в случае не-
необходимости — и музыкальных программ.
Хорошие характеристики направленности
микрофона значительно уменьшают опасность
возникновения акустических завязок возбуж-
возбуждения в тех залах, где работают с большими
уровнями сигнала.
На рис. 5.24 приведены внешний вид мик-
микрофона (а), его частотные характеристики по
фронту и по тылу (б) и характеристики на-
направленности (в).
Номинальный диапазон частот Микрофона
AMD-460 составляет 50...18 000 Гц, нерав-
неравномерность частотной характеристики 14 дБ,
модуль выходного электрического сопротив-
сопротивления 200 Ом, чувствительность в свободном
поле 1,2 мВ/Па на частоте 1 кГц.
К микрофону может быть подключен уд-
удлинительный кабель, длина которого не долж-
должна превышать 100 м.
Микрофон D-202. Этот микрофон фирмы
A KG (Австрия) основан на применении двух
10
0
¦1П
20
&06
phd/n
f
(\
\
\
u
Гц
50 100 200
/кГц
а) в)
Рис. 5.24. Микрофон AMD-460
микрофонных капсюлей (низкочастотного и
высокочастотного), включаемых через элек-
электрический разделительный фильтр с частотой
раздела 500 Гц.
Устройство микрофона показано на
рис. 5.25, где / — высокочастотный капсюль;
2 — антифонная катушка; 3 — диафрагма и
катушка низкочастотного капсюля; 4 — за-
защитная крышка и установочная плата высоко-
высокочастотного капсюля; 5 — амортизация; 6 —
крышка из сплавленных шариков; 7 — дер-
держатель крышки; 8 — низкочастотный кап-
капсюль; 9 — корпус; 10 — инерционная трубка;
// — разделительный фильтр; 12 — выклю-
выключатель; 13 — корректор низких частот; 14 —
звуковой вход с противоветровым экраном.
На диафрагмы каждого из капсюлей в
своей области частот воздействует звуковое
давление, падающее на переднюю сторону не-
непосредственно и на заднюю — через отверстия
в магнитной цепи. В результате микрофон
имеет широкую частотную характеристику
Рис. 5.25. Микрофон D-202
81
Рис. 5.26.х Микрофон MD-441
C0...15 000 Гц), почти совершенно равно-
равномерную в диапазоне 50. .10 000 Гц, и на-
направленность, мало меняющуюся с частотой,
по крайней мере до 8 000 Гц.
К. особенностям этого микрофона следует
отнести применение антифонной катушки, пе-
переключателя «включено — выключено», пере-
реключателя для получения спада низких
частот при приеме речи, фильтра для умень-
уменьшения помех ветра.
Решение, при котором для расширения час-
частотного диапазоне применяют два капсюля —
низкочастотный и высокочастотный, хотя и
достигает своей цели, как в микрофоне D-202,
но имеет и свои недостатки. Они заключаются в
том, что звуковое давление воздействует несин-
фазно на подвижные системы обоих капсюлей
вследствие того, что последние разнесены про-
пространственно, что существенно влияет на ха-
характеристику направленности.
Микрофон MDr441. В конструкции этого
микрофона фирмы «Зеннхайзер» (ФРГ) при-
применено другое техническое решение (рис. 5.26).
Как показано на рис. 5.26, б, к центральной
части куполообразной диафрагмы примыкает
с некоторым зазором 2, достаточным для того,
чтобы подвижная система могла свободно ко-
колебаться, рупор. Последний рассчитан так,
чтобы усиливать звуковое давление /, дей-
действующее на купол на частотах, начиная с
7 кГц, и таким образом компенсировать спад
частотной характеристики, имеющий место в
этой области частот, если не применять рупо-
рупора. На низких частотах характеристика также
достаточно равномерна, поскольку резонанс
подвижной системы располагают на частоте
ниже 100 Гц. Равномерность характеристики
в области средних частот обеспечивается тща-
тщательным взаимным подбором элементов акус-
тико-механической системы, отображенной
аналоговой электрической схемой (рис. 5.26, в).
Описанная конструкция позволяет полу-
получить по данным фирмы неравномерность ча-
частотной характеристики, не превышающую
6 дБ в диапазоне 30...20 000 Гц. Фактически
неравномерность в диапазоне 5О...1ООООГц
достигает 15 дБ. Характеристика направлен-
направленности имеет в широком диразоне частот при-
примерно форму гиперкардиоиды.
Из других специфических особенностей
микрофона MD-441 имеет смысл отметить,
прежде всего, устройства коррекции частотной
характеристики в области высоких и низких
частот. Задача коррекции в области высоких
частот — подъем частотной характеристики в
области выше 5 кГц на 5 дБ, что придает зву-
звучанию «блеск» и «прозрачность». Это до-
достигается включением контура по схеме,
рис. 5.26, г. Задача коррекции в области низ-
низких частот — снижение чувствительности с
-20
20 5010020Q.500W 5000
100О Ю
100 Гц
4 кГц .
10 кГц
5) V 6)
Рис. 5.27. Микрофон F-115
82
помощью схемы рис. 5.26, д. Действие ее при
равных положениях переключателя показано
на рис. 5.26, е. Специальные меры предприня-
предприняты для предотвращения помех от ветра, дыха-
дыхания и вибраций. Первое достигается с помо-
помощью нескольких дисков из материала с малым
акустическим сопротивлением, размещаемых
параллельно друг другу перед диафрагмой.
Защита от вибраций достигается всесторонней
упругой подвеской микрофона.
Микрофон. F-115 Этот микрофон фирмы
«Сони» (Япония) является приемником дав-
давления, т. е. у него круговая характеристика
направленности на низких и средних часто-
частотах. Диапазон звуковых частот 40...12 000 Гц,
неравномерность частотной характеристики
10 дБ, модуль полного выходного сопротив-
сопротивления 600 Ом, чувствительность по свободно-
свободному полю 1 мВ/Па.
На рис. 5.27 приведены внешний вид мик-
микрофона (а), его частотные характеристики
(б) и характеристики направленности (в).
Микрофоны МЛ-19 и МЛ-51. Эти микро-
микрофоны отечественного производяства являются
ленточными. Устройство односторонненаправ-
ленного ленточного микрофона МЛ-19 пока-
показано на рис. 5.28, а, где 1,2 — постоянные
магниты; 3,4 — полюсные наконечники; 5 —
фланец; 6 — гофрированная алюминиевая
ленточка длиной 25 мм и толщиной 2 мкм;
7 — экран; 8,9 — контакты ленточки; 10 —
объем воздуха между магнитами; //, 12 —
пластины из звукопроницаемого материала
(пенопласта), образующие второй вход пло-
площадью 52 для звукового давления; 13 —
отверстие во фланце 5; 14 — лабиринт, за-
заполненный звукопоглощающим материалом;
15, 16 — накладки; 17 — скоба, корректи-
корректирующая частотную характеристику; 18 — от-
отверстие во фланце, соединяющее объем 10 с
19 —отверстиями в корпусе площадью Sle
через объем между ними. На рис. 5.28, б при-
приведена аналоговая электрическая схема; с0,
т0 и /¦„ — гибкость, масса и активное сопро-
сопротивление ленточки; т, г — масса и активное
сопротивление второго входа; сх, гх — гиб-
гибкость и активное сопротивление воздуха в ла-
лабиринте; т2, г.2 — масса и активное сопротив-
сопротивление отверстия 18, сг — гибкость воздуха в
отсеке лабиринта; т3, г3 — масса и активное
сопротивление отверстия 19.
Даже при тщательном подборе всех пара-
параметров аналоговой схемы микрофона его чув-
чувствительность из-за уменьшения эффективной
площади ленточки спадает к высоким часто-
частотам. Для компенсации этого перед ленточкой
устанавливают дугообразную корректирую-
корректирующую скобу. Здесь на высоких частотах уста-
устанавливаются стоячие волны, длина которых
меняется в соответствии с изменением рас-
расстояния между ленточкой и разными частями
скобы.
Внешний вид микрофона МЛ-19 приведен
на рис. 5.28, в. Номинальный диапазон этого
ааааа
ааааа
ааааа
аапаа
ааааа
ааааа
ааааа
ааааа
МЛ-19
S) в)
Рис. 5.28. Микрофоны МЛ-19 и МЛ-51
83
микрофона 50...18 000 Гц. Чувствительность
в свободном поле 2 мВ/Па на частоте 1 кГц.
Перепад чувствительности фронт-тыл не ме-
менее 12 дБ. Модуль полного электрического
сопротивления 250 Ом.
На рис. 5.28, г приведен внешний вид лен-
ленточного микрофона МЛ-51. Микрофон имеет
косинусоидальную характеристику направлен-
направленности. Номинальный диапазон частот 40...
... 16 000 Гц. Чувствительность в свободном
поле 9,5 мВ/Па. Модуль полного электриче-
электрического сопротивления 250 Ом.
5.5. КОНДЕНСАТОРНЫЕ
МИКРОФОНЫ
Конденсаторные микрофоны имеют самые
высокие электроакустические параметры, и
в этом их основное преимущество по сравне-
сравнению с другими разновидностями микрофонов.
Номинальный диапазон частот многих конден-
конденсаторных микрофонов достигает 30. ..18 000 Гц,
неравномерность частотной характеристики в
этом диапазоне не превышает 8 дБ (а у изме-
измерительных — 4 дБ), чувствительность в сво-
свободном поле на частоте 1 кГц достигает 15...
... 20 мВ/Па и выше. Характеристика направ-
направленности может быть практически любой —
от ненаправленной до остронаправленной.
В нашей стране находят широкое примене-
применение отечественные конденсаторные микрофо-
микрофоны МК-13, МК-16, МК-18, МК-19, элекгрет-
ные конденсаторные микрофоны МКЭ-4,
МКЭ-5, МКЭ-6, МКЭ-7, МКЭ-10, МКЭ-11 СН,
МКЭ-15, а также микрофоны зарубежных
фирм: U-87 и SM-69 фирмы «Нойман» (ФРГ),
С-414-ЕВ фирмы AKG (Австрия), МКЕ-802,
МКЕ-212 и МКЕ-802 фирмы «Зеннхайзер»
(ФРГ), ЕСМ-51 фирмы «Сони» (Япония) и др.
Микрофон МК-13М. Это отечественный
микрофон профессионального применения с
переключаемыми характеристиками направ-
направленности. Внешний вид микрофона показан
на рис. 5.29, а. Поперечный резрез микро-
микрофона приведен на рис. 5.29, б, где / — мем-
мембраны диаметром 30 мм, прижатые к изоля-
изоляционной втулке в неподвижном электроде 2,
имеющем сквозные 4 и глухие 5 отверстия;
3 — зазор между мембраной и неподвижным
электродом; 6 — контактный лепесток.
У этого микрофона можно получить боль-
большой набор характеристик направленности
путем дистанционного электрического включе-
включения какой-либо одной мембраны или их обеих
синфазно или противофазно.
Аналоговая электрическая схема капсю-
капсюля представлена на рис. 5.29, в, где с0, т0 —
гибкость и масса каждой из мембран; т1, сх
и гх ¦— масса, гибкость и активное сопротив-
сопротивление воздуха в зазорах 3; т2, г% — масса и
активное сопротивление в сквозных отверсти-
отверстиях 4; т3, с3 — масса и гибкость воздуха в
глухих отверстиях 5; 5 — действующая пло-
площадь мембран.
Микрофон МК-13М обладает равномерной
частотной характеристикой и путем упомя-
упомянутого выше переключения напряжения по-
поляризации может оперативно иметь одну из
следующих характеристик направленности:
окружность, восьмер1ка (косинусоида), кар-
кардиоида, обращенная в одну сторону, и кардио-
кардиоида, обращенная в противоположную сторону.
Микрофон МК-16. Это отечественный изме-
измерительный микрофон, разрез капсюля кото-
которого показан на рис. 5.30, а, где / — крышка;
2 — регулятор натяжения мембраны; 3 —
никелевая мембрана толщиной 3 мкм; 4 —
неподвижный электрод, имеющий ряд сквоз-
5) 4 1
Рис. 5.29. Микрофон МК-13М
ных и глухих отверстий; 5 — прокладка
6 — кварцевый изолятор; 7 — прокладка;
8 — гайка; 9 — винт для перемещения не-
неподвижного электрода 4; 10 — крепежный
винт. Капсюль конструктивно объединен с
микрофонным усилителем, схема которого изо-
изображена на рис. 5.30, б. Усилитель на нувис-
торе 6С34А выполнен в виде цилиндра, закан-
заканчивающегося с одной стороны разъемом для
подсоединения к кабелю, идущему к блоку
питания, а с другой стороны — штырем для
соединения с капсюлем. Для обеспечения на-
напряжения анода B10± 10 В при токе 1,5 А) и
накала) 6 В при токе 127 мА) предварительно-
предварительного усилителя в комлект микрофона МК-16
входит блок питания.
Что касается дополнительных параметров,
существенных для измерительных целей, то
это суммарный коэффициент гармонических
искажений на частоте 400 Гц при уровне зву-
звукового давления 154 дБ — не более 6%,
уровень эквивалентного звукового давления,
вызываемого собственным шумом электричес-
электрического происхождения в любой активной поло-
полосе частотного диапазона, не выше 46 дБ; час-
частота, при которой характеристика направ-
направленности в пределах угла ±90° от оси отли-
отличается от круговой не более чем на 1 дБ, —
3150 Гц; нестабильность уровней чувствитель-
чувствительности при нормальных условиях — не более
±0,5 дБ; темепературная поправка — не бо-
более 0,05 дБ/°С; изменение уровня чувстви-
чувствительности при изменении атмосферного дав-
давления— не более ±10~4дБ/Па; изменение
уровня чувствительности при иаменении от-
относительной влажности от наименьшей до наи-
наибольшей — не более 0,5 дБ; изменение уровня
чувствительности при изменении напряжения
питания на +10% — не более ±0,3 дБ; эк-
эквивалентный объем капсюля микрофона при
атмосферном давлении 105 Па — не более
2 • Ю-8 м3.
Большое число типов измерительных мик-
микрофонов выпускает датская фирма «Брюль
и Кьер». Из них наиболее употребительны ти-
типы 4145 (диаметр 23,77 мм, диапазон 2,6...
...18 000 Гц) и 4133 (диаметр 12,7 мм, диапазон
3,9...40 000 Гц). Неравномерность их частот-
частотной характеристики в номинальном дипазо-
не не превышает ±2 дБ. Микрофоны обладают
высокой степенью стабильности.
Микрофон МК-18. Этот микрофон с пере-
переключаемой характеристикой направленности
(круг, кардиоида, косинусоида), с возможно-
возможностью изменения чувствительности и коррекции
частотной характеристики чувствительности
в области низких частот предназначен для за-
записи и усиления музыки и речи в студиях ра-
радио и телевидения, концертных залах, теат-
театрах и других помещениях.
Технические характеристики: номиналь-
номинальный диапазон частот 50...16 000 Гц; неравно-
неравномерность частотной характеристики чувст-
чувствительности в номинальном диапазоне частот
в режиме «кардиоида малая» не более 6 дБ, в
режиме «косинусоида» не более 10 дБ и в ре-
режиме «круг» не более 8 дБ; чувствительность
fOOK
б)
Рис. 5.30. Разрез капсюля (а) и схема усили-
усилителя (б) микрофона МК-16
на частоте 1 кГц в режиме «кардиоида боль-
большая» не менее 16 мВ/Па, в режиме «кардиоида
малая» не менее 10 мВ/Па; средний перепад
чувствительности фронт/тыл в режиме «кар-
«кардиоида малая» в номинальном диапазоне
частот не менее 15 дБ; уровень эквивалентного
звукового давления, обусловленный собствен-
собственным шумом микрофона, относительно нуле-
нулевого уровня звукового давления 2 • 10~5 Па
в режиме «кардиоида большая» не выше 13 дБ,
в режиме «кардиоида малая» не выше 14 дБ;
спад частотной характеристики к частоте
50 Гц в положении переключателя «завал НЧ»
составляет 10±3 дБ; чувствительность мик-
микрофона может уменьшаться с помощью пере-
переключателя на 10 дБ. Габаритные размеры
микрофона: 46 х 35 х 187 мм; блока пита-
питания ПО х 64 х 125 мм; масса комплекта не
более 3,5 кг.
Микрофон МК-18 по документации
ИЦ 3.842.404 состоит из капсюля и предвари-
предварительного усилителя. Капсюль представляет
собой симметричную конструкцию, состоящую
из двух неподвижных электродов и двух
мембран. Зазоры между мембранами и непо-
неподвижными электродами образуются с помощью
прокладок. Емкость каждой половины кап-
капсюля 65±5 пФ.
Предварительный усилитель выполнен по
двухкаскадной схеме (р.ис. 5.31, а). Первый
85
Пр-0,25А
КД-105А АЫ4Д
-/1307
606
{Выход)
+60B
{Выход)
SOB
{Выход)
-220 В
Рис. 5.31. Схема предварительного усилителя (о) и блока питания (б) микрофона
МК-18
\
[
¦
AT"
0-0°
180°
N
ГЦ,
10 50 100 100 500/000 2000 500010000 20000
S)
R(B) R(9)
125 Гц
10 кГц
ЮкГц
2 кГц
Рис. 5,.32. Внешний вид (о), частотные характеристики (б) и диаграммы направлен-
направленности (в, г, д) микрофона МК-18
86
Каскад построен йа полевом транзисторе
КПЗОЗВ, второй — на биполярном транзисто-
транзисторе КТ361Е. Питание усилителя осуществля-
осуществляется по фантомной схеме (рис. 5.31,6). С
блока питания БП-98 подается напряжение
60 В. Модуль полного внутреннего сопротив-
сопротивления микрофона 200...250 Ом. Микрофон дол-
должен быть включен на нагрузку с симметрич-
симметричным входом и сопротивлением не менее 1 кОм.
В микрофоне предусмотрены переключения
характеристик направленности — круг, ко-
косинусоида, кардиоида — с помощью переклю-
переключателя на три положения, а также коррекция
частотной характеристики в области НЧ и
изменение чувствительности микрофона.
Микрофон МК-18 показан на рис. 5.32, а,
а его частотные характеристики в режиме
«кардиоида» — на рис. 5.32, б. С помощью
переключателя, расположенного на корпусе
микрофона, можно получать три вида харак-
характеристик направленности: в режиме «круг»
(рис. 5.32, в), «кардиоида» (рис. 5.32, г) и
«косинусоида» (рис. 5.32, д).
Микрофон МК-19. Предназначен для тех
же целей, что и микрофон МК-18, но имеет
только одну характеристику направленно-
направленности — кардиоидную.
Основные электроакустические параметры
микрофона МК-19 такие же, как у митсрофона
МК-18 в режиме «кардиоида»; диапазон 50...
...16 000 Гц, чувствительность 16 мВ/Па, ха-
характеристика направленности в соответствии
с рис. 5.32, г и т. д. Предварительный усили-
усилитель микрофона МК-19 выполнен на полевом
транзисторе КП307Б по схеме, приведенной
на рис. 5.33. Питание усилителя осуществля-
осуществляется по фантомной схеме с блока питания
БП-120 с выходным стабилизированным на-
напряжением 55 В. Схема блока питания БП-120
отличается от приведенной выше схемы блока
питания БП-94, тем, что номинал резистора
/?з составляет 6,2 кОм и в качестве VDi0 вместо
стабилитрона Д814Д используется стабили-
стабилитрон КС156А. В остальном схемы идентичны.
Микрофон U-87. Этот высококачественный
микрофон фирмы «Нойман» (ФРГ) также на-
находит широкое применение во многих радио-
радиодомах и на телецентрах нашей страны. Внеш-
Внешний вид, частотные характеристики и диаграм-
диаграммы направленности микрофона (/-87 приведе-
приведены на рис. 5.34. Капсюль микрофона состоит
из неподвижной пластины и двух позолочен-
позолоченных мембран. С помощью переключателя на
корпусе микрофона можно выбрать круговую,
кардиоидную или косинусоидальную харак-
характеристики направленности. Частотные харак-
характеристики практически идеально горизонталь-
горизонтальные в диапазоне 40...8 000 Гц и имеют подъем
на 2...4дБ на частоте собственного механичес-
механического резонанса 10 кГц с последующим зава-
завалом на более высоких частотах. При кардиоид-
ной и косинусоидальной диаграммах направ-
направленности линейность частотной характерис-
характеристики сохраняется в случае приближения мик-
микрофона к источнику не ближе 20 см. Чувст-
Чувствительность микрофона можно уменьшить на
10 дБ.
Рис. 5.33. Внешний вид (а) и схема
рительного усилителя (б) микрофона
предва-
МК-19
Технические данные микрофона: чувстви-
чувствительность 8 мВ/Па на частоте 1 кГц; диапа-
диапазон частот 40...16 000 Гц; неравномерность
частотной характеристики в диапазоне 40...
...8 000 Гц не более ±2 дБ, в диапазоне 40...
... 16 000 Гц не более ±6 дБ; выходное сопро-
сопротивление 200 Ом (рекомендуемое сопротивление
нагрузки 250... 1 000 Ом); уровень собствен-
собственных шумов не более 25 дБ при измерении при-
прибором с линейной частотной характеристикой
и не более 18 дБА при измерении по кривой А;
максимальный уровень звукового давления,
при котором коэффициент гармоник не превы-
"шает 0,5%, 120 дБ; напряжение фантом-
фантомного источника питания 48 В; потребляемый
ток 0,4 мА. Диаметр микрофона 56 мм, длина
200 мм, масса 500 г.
Микрофон SM-69. Это — стереофоничес-
стереофонический конденсаторный микрофон той же фирмы
(рис. 5.35). Предназначен ; для студийных сте-
стереофонических звукозаписей. Он состоит из
двух идентичных конденсаторных микрофо-
микрофонов, расположенных в одном корпусе друг под
другом на одной акустической оси. Микрофон
имеет три характеристики направленности:
круговую, кардиоидную и косинусоидальную.
Это. обеспечивает возможность производить
стереофонические записи как по методу XY,
так и по методу MS.
Технические данные микрофона: чувст-
чувствительность на частоте 1 кГц 19 мВ/Па; диа-
диапазон частот 40...16 000 Гц; неравномерность
частотной характеристики не хуже приведен-
приведенной на рис. 5.35, б; выходное сопротивление
200 Ом (рекомендуемое сопротивление нагруз-
нагрузки 250...1 000 Ом); уровень собственных шу-
шумов не более 20 дБ при линейной частотной
характеристике и не более 13 дБ при измерен
нии по кривой А, максимальный уровень зву-i
кового давления, при котором коэффициент
гармоник не превышает 0,5%, 123 дБ; на-
напряжение фантомного источника питания 48 В;
потребляемый ток 2 х 0,6 мА. Диаметр ми-
микрофона 48 мм, длина 260 мм, масса 465 г.
87
i
I
r
V
4
г,гц
270*1
\
JU
5
0
— с
-1П
-Ф-
ф"
—
f,ru.
20
50 100 200 500 1000 2000 500010000 20000
6)
270
Рис. 5.34. Внешний вид (а), частотные характеристики (б) и диаграммы направлен-
направленности (в) микрофона U-87
\
А Гц
ф
\
270
N.A6
10
5
О
-5
-10
20
- 4
50 100 200 500 1000 2000 500010000 20000
5) V
270
Рис. 5.35. Внешний вид (а), частотные характеристики (б) и диаграммы направлен-
направленности (в) микрофона SM-69
a)
О
^1 II
—«^
дкГц
О
0°
180°
Q
-^
0°
180°
^—=
—к.
f,r4
-
8
0°
90°
20 50 100 200 500 1000 200Р, 500010000 20000
Рис. 5.36. Внешний вид (а), частотные характеристики (б), диаграммы направлен-
направленности (в) микрофона С-414ЕВ
Микрофон С-414ЕВ. Этот конденсаторный
микрофон фирмы A KG (Австрия) имеет вы-
высокие электроакустические характеристики. С
помощью переключателя можно выбирать од-
одну из четырех характеристик направленности:
круг, кардиоиду, гиперкардиоиду, косину-
косинусоиду (рис. 5.36). Для получения высоких па-
параметров мембрана микрофона изготовлена из
специального позолоченного синтетического
материала.
Чувствительность микрофона в свобод-
свободном поле 6 мВ/Па (с помощью переключателя
чувствительность может уменьшаться на 10 и
на 20 дБ); номинальный диапазон частот 20...
...20000 Гц: неравномерность частотной харак-
характеристики во всем диапазоне частот не превы-
превышает ±2,5 дБ; модуль полного выходного со-
сопротивления не превышает 150 Ом; уровень
собственных шумов не более 29 дБ при изме-
измерении прибором с линейной частотной харак-
характеристикой и не более 17 дБА при измерении
прибором с характеристикой А; коэффициент
гармоник на частоте 1 кГц не превышает 0,5 %
при максимальном уровне звукового давления
138 дБ A60 Па); напряжение фантомного, ис-
источника питания 48 В; потребляемый ток
3 мА. Габаритные размеры микрофона 45Х
X35X141 мм, масса 360 г.
Электретный микрофон МКЭ-4М. Предназ-
Предназначен для записи, передачи и звукоусиления
музыки и речи в студиях, театрах и концерт-
концертных залах. Микрофон разработан взамен вы-
выпускавшегося ранее концертного микрофона
МК-12.
Внешний вид микрофона схематически по-
показан на рис. 5.37.а. Неподвижный электрод
микрофона выполнен из пресс-порошка с ар-
армированным контактом и с металлизированной
алюминием поверхностью, имеет ряд отверстий
и взаимно перпендикулярных прорезей. Мем-
Мембрана изготовлена из фторопластовой планки,
металлизированной с одной стороны алюмини-
алюминием. Мембрана металлизированной стороной
приклеивается токопроводящим клеем к ре-
решетке, после чего поляризуется. Между мем-
мембраной и неподвижным электродом с по-
помощью прокладки образуется зазор 30±2 мкм.
Односторонняя направленность микрофона
достигается тем, что на мембрану действует
звуковое давление как с передней, так и с тыль-
тыльной стороны. Необходимый для обеспечения
односторонней направленности сдвиг фаз по-
получается подбором всех акустико-механичес-
ких элементов капсюля. Главную роль при
этом играет сопротивление щели между не-
неподвижным электродом и вкладышем.
Предварительный усилитель микрофона
представляет собой двухкаскадный усилитель
с непосредственной связью между каскадами.
Первый каскад собран на полевом транзис-
транзисторе КПЗОЗ, второй — на биполярном тран-
транзисторе КТ215Г. Коэффициент передачи уси-
усилителя /Сп =0,9, максимальное звуковое
давление р = 39 Па; коэффициент гармоник
0,5 % •
Электретный микрофон МКЭ-5. Исполь-
Используется в качестве нагрудного «петличного»
микрофона для записи и передачи речевых и
89
a)
Рис. 5.37. Микрофоны
МКЭ-4М (а), МКЭ-5
(б) и МКЭ-6 (в)
музыкальных программ (рис. 5.37, б). Мик-
Микрофон является ненаправленным. Его час-
частотная характеристика приведена на рис. 5.38.
Микрофон прикрепляется к одежде с помощью
зажима типа «крокодил». Блок питания рас-
располагают в руке или кармане.
Электретный микрофон МКЭ-6. Имеет од-
одностороннюю направленность и предназна-
предназначен для записи и передачи музыки и речи.
Может быть использован на напольной или
настольной стойках, а также в jjyKax испол-
исполнителя.
На рис. 5.39, а приведена схема предвари-
предварительного усилителя микрофона МКЭ-6. Уси-
Усилитель собран на полевом транзисторе КПЗОЗВ
по реостатно-трансформаторной схеме. Для
получения равномерной частотной характе-
характеристики чувствительности микрофона усили-
усилитель имеет подъем в области НЧ, который обес-
обеспечивается частотно-зависимой /?С-цепью на
выходе усилителя.
Блок питания микрофона состоит из выпря-
выпрямителя, собранного по мостовой схеме на дио-
диодах КДЮ5, фильтра и стабилизатора, собран-
собранного на транзисторе П307. Питание микрофона
возможно от батареи РЦ-53, встроенной в кор-
корпус микрофона. При этом обеспечивается
срок службы не менее 500 ч. Частотная харак-
характеристика микрофона приведена на рис. 5.38;
внешний вид — на рис. 5.37, в.
Электретиый микрофон МКЭ-7. Этот не-
ненаправленный в горизонтальной плоскости
микрофон предназначен для записи речи и
музыки. Микрофон состоит из капсюля и уси-
усилителя, помещенных в общий корпус. Рабо-
50 100 200 500 WOO 2000 50001000020000
Рис. 5.38. Частотные характеристики микрофо-
микрофонов МКЭ-5 (/), МКЭ-6 B) и МКЭ-7 C)
чей осью микрофона является любая прямая,
лежащая в плоскости мембраны (в горизон-
горизонтальной плоскости) или перпендикулярная
к его геометрической оси. Внешний вид микро-
микрофона и поперечный разрез капсюля микрофона
в упрощенном виде представлены на рис. 5.40.
Неподвижный электрод / изготовлен из
изоляционного материала и имеет ряд сквоз-
сквозных отверстий и взаимно перпендикулярных
прорезей. Со стороны мембраны неподвижный
электрод металлизирован алюминием. В цент-
центре неподвижного электрода / с помощью токо-
проводящего клея закрепляется контакт 2.
При этом обеспечивается электрическое соеди-
соединение контакта со слоем металла. Мембрана
3, изготовленная из металлизированной алю-
алюминием электретной пленки ФЧМБ-2, при-
приклеивается к решетке 4 также токопроводящим
клеем. Между мембраной и неподвижным
электродом / с помощью изоляционной про-
прокладки 5 создается зазор 27. ..ЗОмкм.
Усилитель микрофона МКЭ-7 выполнен
на двух каскадах с непосредственной связью
между каскадами на полевом транзисторе
КПЗОЗВ н биполярном транзисторе КТ315Г
по схем? с фантомным питанием (рис. 5.39, б).
Микрофон МКЭ-10. Этот электретный нена-
ненаправленный микрофон (рис. 5.41, а) предназ-
предназначен для применения в бытовой радиоаппара-
радиоаппаратуре. Номинальный диапазон частот 50...
...16000 Гц, чувствительность в свободном поле
на частоте 1 кГц — 2 мВ/Па, модуль полно-
полного электрического сопротивления 250 Ом.
Микрофон МКЭ-11СН. Этот стереофони-
стереофонический электретный направленный микрофон
(рис. 5.41, б), предназначен для записи музы-
музыки и речи на бытовые стереофонические маг-
магнитофоны. Микрофон представляет собой систе-
систему двух кардиоидных капсюлей, расположен-
расположенных в одном корпусе и развернутых под углом
180° относительно друг друга. Номинальный
диапазон частот 50...16 000 Гц чувствитель-
чувствительность каждого канала 2,5 мВ/Па на частоте
1 кГц; средний перепад чувствительности
фронт/тыл каждого канала 15 дБ; модуль пол-
полного электрического сопротивления 200 Ом.
Микрофон МКЭ-15. Этот «ручной» микро-
микрофон с кардиоидной характеристикой направ-
направленности (рис. 5.42) предназначен для звуко-
звукозаписи и передачи музыкальных и речевых
программ в студиях, театрах, концертных
залах и открытых пространствах.
90
VBf и У01-КДЮ2Б
клзозв
г 10'0 Ж
Ю,0
R,
+ /0,
2
"що
+10 В
Рис. 5.39. Схемы предварительных усилителей микрофонов МКЭ-6 (а) и МКЭ-7 (б)
Номинальный диапазон частот микрофона
50... 16 000 Гц, чувствительность микрофона
по свободному полю 1.5...3 мВ/Па на часто-
частоте 1 кГц; отклонение частотной характерис-
характеристики чувствительности микрофона от типовой,
приведенной на рис. 5.42, б, в номинальном
диапазоне частот не превышает ±2,5 дБ;
средний перепад чувствительности фронт/тыл
в номинальном диапазоне частот не менее
18 дБ; модуль полного электрического сопро-,
тивления 200 Ом на частоте 1 кГц; уровень
эквивалентного звукового давления, обуслов-
обусловленный собственными шумами микрофона от-
относительно звукового давления 2 • 10~5 Па,
не более 25 дБ. Габаритные размеры микро-
микрофона, мм: 0 55 и длина 216; блока питания
64 X ПО X 125. Масса микрофона не более
0,23 кг, масса блока питания не более 0,9 кг.
В комплект поставки изделия входят мик-
микрофон, блок питания ПВ-95, кабели длиной
5 и 25 м, ветрозащитный колпачок, стойка,
шарнир, кассета и паспорт.
Электрическая схема предварительного
усилителя микрофона МКЭ-15 показана на
рис. J5.42, в, блока питания — на рис. 5.42, г. .
Микрофон состоит из капсюля с электретной
мембраной, предварительного усилителя, вы-
выполненного на интегральной микросхеме
К513УЕ1Б, батареи питания (элемент 163),
встроенной в корпус микрофона, и сетевого
блока питания. Капсюль микрофона через
эластичную прокладку закреплен в сетчатом
корпусе микрофона, соединенном по резьбе с
ручкой микрофона, в которой установлены
плата с усилителем, элемент 316 в кассете,
трансформатор и разъем. Усилитель микро-
микрофона ^содержит фильтр, снижающий чувст-
чувствительность на низких частотах 50...150 Гц
на 3...5 дБ.
Конструкция микрофона и электрическая
схема усилителя обеспечивают малую воспри-
восприимчивость к помехам, создаваемым рукой
исполнителя. Для обеспечения малой воспри-
восприимчивости к воздушному потоку, возникаю-
возникающему при работе на близком расстоянии от
рта исполнителя и при работе на открытом
воздухе, микрофон снабжен ветрозащитным
колпачком из травленого пенополиуретана.
Микрофон ЕСМ-51. Этот электретный мик-
микрофон фирмы «Сони» (Япония) с круговой
характеристикой направленности имеет номи-
номинальный диапазон частот 40... 14 000 Гц; эф-
эффективный уровень номинального выходного
напряжения —54 дБ, модуль полного выход-
выходного сопротивления 250 Ом (рекомендуемое
значение сопротивления нагрузки 3 кОм); на-
напряжение питания предварительного усили-
усилителя 1,5 В; потребляемый ток 0,13 мА; вре-
время работы батареи до замены не менее 3 000 ч.
Микрофон МКЕ-212 типа ПЗМ. Микро-
Микрофоны МКЕ-212 фирмы «Зеннхайзер» (ФРГ)
являются одним из наиболее распространенных
в мировой практике микрофонов серии ПЗМ
(PZM — microphone a zones de pression) —
микрофоны граничного давления. Эти мик-
микрофоны укрепляются непосредственно на по-
поверхности пола, стены, щита и поэтому воспри-
воспринимают давление звуковых волн только с од-
одной полусферы.
В качестве ПЗМ-микрофонов чаще всего
используют электретные конденсаторные
микрофоны, к которым относится и микрофон
МКЕ-212. Номинальный диапазон частот этого
микрофона 20...20000 Гц, чувствительность
по свободному полю 20 мВ/Па; модуль пол-
полного выходного сопротивления 1 кОм.
ПЗМ-микрофоны в последние годы полу-
получили широкое распространение. В таких мик-
микрофонах электретная мембрана монтируется
либо напротив диафрагмы, но почти запод-
заподлицо с жесткой поверхностью, либо непосред-
непосредственно на поверхности, направленной на ис-
6)
Рис. 5.40. Внешний вид (а) и поперечный раз-
разрез (б) микрофона МКЭ-7
91
Рис. 5.41. Микрофоны МКЭ-10 (а) и
МКЭ-ПСН (б)
точник звука. Если преобразователь гради-
градиента давления смонтирован таким образом, что
его главная ось параллельна поверхности, к
которой он крепится, то в этом случае можно
получить любую характеристику направлен-
направленности, например, полукардиоиду или полуги-
перкардиоиду.
В обычных условиях, когда микрофон уста-
устанавливается на стойке, звук достигает мик-
микрофона по различным путям: непосредствен-
непосредственно от источников звука, а также отражения от
пола, потолка и стен. В результате за счет
интерференции звуковых волн частотная ха-
характеристика получается крайне неравномер-
неравномерной. Для избежания этого используют остро-
остронаправленные микрофоны или же микрофоны
устанавливают очень близко к источнику зву-
звука («ближняя микрофония»). Ближняя микро-
фония приводит к «полимикрофонии», при ко-
которой для записи звука используют большое
число микрофонов. При этом помехи возника-
возникают уже между собственными выходными сиг-
сигналами микрофонов. Более того, в этих слу-
случаях необходимо добавлять искусственную
реверберацию. В результате такие звукоза-
звукозаписи часто воспринимаются как неестествен-
неестественные.
Для достижения большей естественности
звучания используют главным образом два
метода: применение микрофонов типа «ис-
«искусственна^ голова» и ПЗМ-микрофонов. В
случае использования ПЗМ-микрофонов устра-
устраняются эффекты гребенчатого фильтра, так
как микрофоны крепятся к жесткой поверх-
поверхности, например к полу. Отражения от акус-
акустически жесткой поверхности вызывают уве-
увеличение давления, которое достигает 6 дБ.
Способ установки микрофонов непосредствен-
непосредственно на поверхности влияет также на соотноше-
соотношение между прямым и отраженным звуками.
Так как отраженные звуковые волны вос-
воспринимаются ПМЗ-микрофоном только под
углом 2я стерадиан, то отношение прямого
звука к отраженному возрастает на 3 дБ.
Обычно ПМЗ-микрофоны состоят из пре-
преобразователя, который реагирует на изменение
звукового давления и монтируется заподлицо
на металлической пластинке, которая крепит-
крепится на отражающей поверхности (на полу или
/о'АВ
20
10
юо гоо
I
Л Гц
500 1000 ZOO О 5000 10000 20000
кет
Рис. 5.42. Микрофон МКЗ-15:
внешний вид; б — частотная характеристика; в — схема усилителя; г — схема блока питания
92
Пластина 185*165*10
Капсюль
77777777777777777777777777/
40*
30
20
10
77777777777777777777777777
50
40
30
2о
$о too zoo 500 moo 2000 5000 toooo 20000 т„
в) О
tOO 200 500 1000 2000 5000 10000 20000
б)
Рис. 5.43. Размещение и характеристики ПЗМ- Рис. 5.44. Второй вариант размещения ПЗМ-
микрофона микрофона и его характеристики
90^
60°
30^
0°
У0*
*
s
s
is
\
/~
—1«"
^>
A/N
1 ¦
SO*
SO"
0°
/
/
_-¦¦«»
>_
Л
стене). Характеристика направленности тако-
такого ПЗМ-микрофона представляет собой полу-
полусферу, а его коэффициент направленности ра-
равен 3 дБ.
Микрофон МКЕ-212 выполнен в виде ми-
миниатюрной малошумящей электретной мем-
мембраны диаметром 10 мм с воспринимающим
отверстием диаметром всего лишь 0,5 мм, ко-
которая смонтирована заподлицо на жесткой
пластине размерами 165 X 185 мм (толщиной
10 мм). Поэтому устраняются все отражения
и дифракция в преобразователе. В результате
частотная характеристика микрофона соот-
соответствует частотной характеристике мембра-
мембраны.
На рис. 5.43, а приведены диаграммы на-
направленности ПЗМ-микрофона, когда, он ук-
укреплен таким образом, что его ось перпенди-
перпендикулярна пластине (рис. 5.43, б) и он установ-
установлен на сцене прямо перед исполнителем. Из
приведенных на рис. 5.43, в частотных ха-
характеристик чувствительности микрофона
МКЕ-212 для нескольких углов падения вид-
видно, что увеличение давления иа разных час-
частотах неодинаковое.
Во многих случаях коэффициент направ-
направленности 3 дБ недостаточен для получения
желаемого качества звукозаписи, особенно
при стереофонии. ПЗМ-микрофоны с большим
коэффициентом направленности можно полу-
получить при использовании кардиоидных пре-
преобразователей. Если кардиоидный преобразо-
преобразователь с малыми размерами, которыми можно
пренебречь по сравнению с длиной звуко-
звуковых волн, помещен в граничной зоне, то
микрофон имеет диаграмму направленности,
главная ось которой расположена параллель-
параллельно поверхности, а составляющая градиента
давления меньше составляющей градиента
давления самого преобразователя или равна
5) 6) 7)
Рис. 5.45. Системы использования ПЗМ-микрофонов
93
ей. Коэффициенты направленности преобразо-
преобразователя и всей конструкции ПЗМ-микрофона
при этом складываются. При использовании
в ПЗМ-микрофоне кардиоидного преобразо-
преобразователя можно получить коэффициент направ-
направленности Q = 5 + 3 = 8'дБ. Характеристи-
Характеристика направленности при этом имеет форму по-
полукардиоиды (рис.. 5.44, а). Расположение
микрофона на поверхности показано на
рис. 5.44, б, его частотные характеристики
чувствительности при различных углах па-
падения звуковых волн — на рис. 5.44, в.
В настоящее время разработаны конструк-
конструкции, которые на основе использования так
называемых «сближенных» ПЗМ-микрофонов
позволяют получать по крайней мере восемь
традиционных вариантов для стереозаписей.
Эти системы эскизно показаны на рис. 5.45,
где / — система Блюмлейна, 2 — XY (или
Лаудридсена ), 3 — MS, 4 — Фолкнера-Блюм-
лейна, 5 — (XRTF, 6 — NOS, 7 — DIN, 8 —
биноуральная или система «искусственная го-
голова». Каждая из этих конструкций сближен-
сближенных ГШЗ-микрофонов состоит из трех основ-
основных частей: двух V-образных панелей, обра-
образующих вместе чаще всего форму ромба, и
третьей панели, разделяющей этот ромб. При
этом V-образная панель с шарниром посреди-
посредине образует как бы «крылья», которые могут
сгибаться. Сгибая эти крылья вперед и назад,
сдвигая или раздвигая V-образные панели,
можно получать практически бесконечное ко-
количество характеристик направленности.
5.6. НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ ТИПЫ
МИКРОФОНОВ
Помимо рассмотренные типов микрофонов
широкое преминение находят также микрофо-
микрофоны угольные, электромагнитные, остронаправ-
остронаправленные, радиомикрофоны и др., а также ларин-
ларингофоны. Рассмотрим некоторые из них.
Угольные микрофоны МК-Ю и МК-16.
Это — наиболее распространенные в СССР
типы микрофонов, применяемых в телефонии,
переговорных устройствах, радиопередатчи-
радиопередатчиках и т. п. Конструкция капсюля МК-Ю
представлена на рис, 5.46, а, а его аналоговая
электрическая схема — на рис. 5.46, б, где:
\/ — корпус; 2 — угольный порошок внутри
покрытого изолирующим лаком углубления
корпуса; 3 — латунная диафрагма; 4 — по-
позолоченный подвижный электрод; 5 — непо-
неподвижный электрод; 6 — кольцо—прокладка,
ограничивающая камеру с угольным порош-
порошком; 7 — крышка с тремя звкукоприемными
отверстиями общей площадью S; 8 — анти-
антиморозная тарелочка, защищающая эти отвер-
отверстия на морозе от оседания на них паров,
выходящих изо рта говорящего; р ехр (/©/)—
звуковое давление, действующее на вход мик-
микротелефонной трубки; тг — масса воздуха
в отверстиях трубки; сх — гибкость воздуха в
объеме между отверстиями и диафрагмой мик-
микрофона; т2 — масса воздуха в звукоприем-
ных отверстиях; с2 — гибкость воздуха в объе-
объеме между звукоприемными отверстиями и
диафрагмой; т0, г0, с0 — масса, активное со-
сопротивление и гибкость диафрагмы.
Капсюль МК-Ю выпускается в трех моди-
модификациях, различающихся между собой элек-
электрическим сопротивлением и условиями пи-
питания.
Модификация НО имеет соопротивление
50 Ом, напряжение питания в схемах МБ 1,5
или 3 В. Сопротивление модификации СО
100 Ом. Сопротивление модификации ВО
200 Ом, ток питания в схемах ЦБ 10...40 мА.
Средняя чувствительность микрофона МК-Ю
составляет 200 мВ/Па.
Конструкция капсюля МК-16 показана
на рис. 5.47, а, где: / — корпус; 2 — крышка
с звукоприемными отверстиями общей пло-
площадью S; 3 — диафрагма; 4 — подвижный
электрод; 5 — держатель неподвижного элек-
электрода 6; 7 — камера для угольного порошка;
8 — кольцо с отверстиями, затянутыми шел-
шелком, разделяющее объем под ним и объем под
диафрагмой. Как видно из рисунка, капсюль
МК-16, предназначенный в основном для ап-
аппаратов ЦБ, имеет некоторые конструктив-
конструктивные отличия от капсюля МК-Ю. Важнейшие
из них — форма палладированных электро-
электродов, камера с угольным порошком, которая
обеспечивает большую стабильность работы
микрофона при его угловых перемещениях,
так как при любом из них контакт между элек-
электродами через порошок не разрывается. Воз-
Воздух под диафрагмой делится на две части, сое-
соединяющиеся между собой через алюминиевое
кольцо с отверстиями, затянутыми шелком,
а) • у
Рис. 5.46. Капсюль (а) и эквивалентная электрическая схема (б) капсюля МК-Ю
94
a) 5)
Рис. 5.47. Капсюль (а) и эквивалентная электрическая схема (б) капсюля МК-16
вносящим акустическое сопротивление. Как
видно из аналоговой электрической схемы
(рис. 5.47, б), это усложняет ее. Акустическое
же сопротивление сглаживает разонансные пи-
пики. В результате становится более равномер-
равномерной частотная характеристика, повышается
чувствительность, среднее значение которой
составляет 400 мВ/Па. Капсюль выпускают
в двух модификациях: сопротивлением 70 (СО)
и 200 Ом (ВО) при токах питания соответст-
соответственно 100 и 50 мА. На рис. 5.47, б обозначено:
рехр (ja>/) — звуковое давление, действую-
действующее на вход микротелефонной трубки; тг —
масса воздуха в ее отверстиях; сх — гибкость
воздуха в объеме между отверстиями и кап-
капсюлем микрофона; т1г /п2 — масса воздуха в
звукоприемных отверстиях; с2 — гибкость
воздуха в объеме между звукоприемными
отверстиями и диафрагмой капсюля микро-
микрофона; г0, /п0, с0 — активное сопротивление,
масса и гибкость диафрагмы; са — гибкость
воздуха в объеме под диафрагмой; г8 и ю8 —
активное сопротивление и масса воздуха в
отверстиях в кольце, затянутых шелком;
с4 — гибкость воздуха в объеме под кольцом
с отверстием.
Частотные характеристики микрофонов
МК-Ю и МК-16 приведены на рис. 5.48.
Электромагнитный микрофон ДЭМШ. Из
электромагнитных микрофонов наиболее рас-
распространен в СССР микрофон ДЭМШ. Его
устройство изображено на рис. 5.49, а, где
/ — цилиндрический магнит, 2 — магнито-
провод, 3 — диафрагма.
Звуковое давление через отверстия в маг-
нитопроводах 2, прилегающих к цилиндричес-
цилиндрическим магнитам /, воздействует с двух сторон
на диафрагму 3. Последняя приходит в коле-
колебания, приближаясь попеременно то к одному,
то к другому магнитопроводу. Это соответст-
соответственно вызывает увеличение магнитного потока
то Ф1( то Ф2. Благодаря этому в обмотках
возникают ЭДС одинаковой величины, но раз-
разного направления. Однако вследствие того
что эти обмотки намотаны в противоположных
направлениях, ЭДС складываются. Анало-
Аналоговая схема микрофона ДЭМШ изображена
на рис. 5.49, б, где: ^ехр (/со/) и р2ехр 0ш0 —
звуковые давления, действующие на отверстия
в магнитопроводах площадью S; mlt m% —
массы воздуха в отверстиях магнитопровода;
ci> с% — гибкости воздуха между отверстиями
и диафрагмой; т0, г0, с0 — масса, активное
сопротивление и гибкость диафрагмы.
Из эквивалентной схемы видно, что силы,
действующие на диафрагму с двух сторон,
сдвинуты по фазе относительно друг друга,
поскольку микрофон располагается так, что
полезный источник звука находится ближе к
одному звукоприемному отверстию, чем к
другому. В результате микрофон работает
как приемник градиента давления, т. е. яв-
является шумозащищенным. Действительно,
применение микрофона в условиях шума весь-
весьма эффективно. Частотный диапазон микро-
микрофона составляет всего лишь 300...3000 Гц (его
частотная характеристика изображена на
рис. 5.49, в, а характеристика направленнос-
направленности — на рис. 5.49, е)\ чувствительность мик-
микрофона на частоте 1000 Гц не менее 7,7 мВ/Па,
а средняя по диапазону — 3,3 мВ/Па; чув-
чувствительность микрофона на номинальной на-
нагрузке 600 Ом на частоте 1000 Гц не менее
0,44 мВ/Па, а средняя по диапазону —
0,22 мВ/Па; модуль полного электрического
сопротивления на частоте 1000 Гц колеблет-
-10
-S0
'V¦ ¦ ¦ ¦ i-i .
Z00 500 1000 1000 5000 ЮООО)
Рис. 5.48. Частотные характеристики микрофо-
микрофонов МК:Ю и МК-16
95
Км,мВ/Па
10
7
5
4
3
2
0,7
б)
П
0,1
—
/
200300500 1000 2000 5000 f
в)
Рис. 5.49. Электромагнитный микрофон ДЭМШ и его характеристики
/20*
ся в пределах 400..Л000 Ом. Габариты мик-
микрофона: 0 23 X И мм; масса 14 г.
Кроме микрофона ДЭМШ, довольно широ-
широко применяют в аппаратуре связи микрофон
МЭМ-60. Его частотный диапазон составляет
250...3000 Гц, а чувствительность на номи-
номинальной нагрузке 600 Ом на частоте 1000 Гц
достигает 10 мВ/ГТа; модуль полного электри-
электрического > сопротивления- на этой же частоте
300 Ом. Микрофон снабжен резиновым ру-
пором и четырехпроводным шнуром длиной
1,25 м с жилами, облуженными на концах. Га-
Габаритные размеры микрофона: 176 X 60 X
X 80 мм, масса 400 г.
Пьезоэлектрические микрофоны. В СССР
такце микрофоны выпускают только для ком-
комплектации слуховых аппаратов; прямоуголь-
прямоугольной формы'— для аппаратов «Слух» и «Крис-
«Кристалл» B2,5 X 16 X 6 мм) и круглые — для
а)
Tpyfoa Рипорок
\
Рис. 5.50. Внешний вид (а) и принцип уст-
устройства (б) микрофона МД-74
96
аппарата «Звук» @ 35 X 6 мм). Масса их —
10...12 кг.
Принцип устройства этих микрофонов за-
заключаются в том, что тонкая дюралиюминие-
вая диафрагма соединена механически с би-
морфным пьезоэлементом. При колебаниях
диафрагмы на обкладках пьезоэлемеита воз-
возбуждается ЭДС. Емкость пьезоэлемента со-
составляет 500...1500 пФ. Чувствительность
этих микрофонов довольно большая —
50...100 мВ/Па, а частотный диапазон узкий-—
100...5000 Гц.
Однако пьезомикрофоны имеют большой
разброс параметров от экземлпяра к экземп-
экземпляру и недостаточно удовлетворительную экс-
эксплуатационную надежность — хрупки, под-
подвержены воздействию влажности и темпера-
температуры, которая не должна превышать 45 °С.
Остронаправленные микрофоны. Отечест-
Отечественный остронаправленный микрофон МД-74
состоит из собственно микрофона динамичес-
динамического типа и примыкающей к нему трубки
длиной 0,8 м (рис. 5.50, а). Вдоль трубки
(рис. 5.50, б) в ее стенке проделан через рав-
равные промежутки ряд отверстий. Для компен-
компенсации падения чувствительности микрофона
на высших частотах из-за большого поглоще-
поглощения их в трубке вокруг каждого из отверстий
устанавливают концентраторы — рупорки.
Размеры их подобраны так, чтобы обеспечить
V подъем частотной характеристики на высших
частотах диапазона до 10... 12 дБ.
Остронаправленный микрофон MKE-802N
фирмы «Зеннхайзер» (ФРГ) состоит из элек-
третного одностронненаправленного микро-
микрофона и примыкающей к ней трубы. Эта труба
имеет отверстия, по своей длине закрытые
звукопоглощающим материалом, поглоще-
поглощение которого мало в начале, у входа трубы, и
нарастает к ее концу, примыкающему к мик-
микрофону. На низких частотах, где длина трубы
мала по сравнению.с длиной волны, она почти
не действует. Но микрофон рассчитан так,
что именно в этой области частот его чувст-
чувствительность наибольшая. На тех же частотах,
где длина трубы сравнима с длиной волны,
действие трубы проявляется в том, что увели-
увеличивается чувствительность и обостряется на-
направленность микрофона.
Фирма Зеннхайзер» выпускает также остро-
остронаправленные микрофоны МКН-416, МКН-816
и др. Внешний вид, частотная характеристика
и диаграммы направленности суперкардиоид-
ного микрофона МКН-416 приведены на рис.
рис. 5.51.
Радиомикрофоны. В практике звукоуси-
звукоусиления довольно большое распространение по-
получили радиомикрофоны. Их преимущество
перед обычными микрофонами в том, что при
работе с ними исполнитель (оратор, певец и
т. п.) не связан при своем перемещении по эст-
эстраде или сцене микрофонным кабелем. При-
Применяя радиомикрофон, исполнитель может
свободно перемещаться, так как микрофон,
который исполнитель держит в руке или ко-
который прикрепляется к одежде, снабжен ми-
миниатюрным радиопередатчиком, работающим
на находящийся поблизости (например, в по-
помещении аппаратной) радиоприемник, вы-
выходное напряжение которого уже использу-
используется обычным образом.
Для примера рассмотрим кратко радио-
радиомикрофон РМ-7. В его комплект входит
переносной передатчик размером 130 X 99 X
X 28 мм, массой 330 г с микрофоном МД-63Р
или МКЭ-2. Микрофоны МД-63Р имеют при-
приспособление для крепления к одежде испол-
исполнителя. Антенной передатчика является гиб-
гибкий провод длиной 1 м. Питание передатчика
осуществляется от батареи аккумуляторов
7Д-0.1. Потребление тока — не более 28 мА.
Время непрерывной работы — не менее 4 ч.
Выходная мощность передатчика не менее
10 мВт, что обеспечивает дальность действия
в свободном пространстве не менее 50 м при
отношении сигнал-шум на выходе приемника
не менее 40 дБ. Рабочая частота передатчика
и приемника 58 или 59 МГц. Приемник имеет
габаритные размеры 103 X 275 X 212 мм и
массу 3,2 кг. Он может питаться от сети пере-
переменного тока через специальный блок пита-
питания или от батареи элементов типа 343 с на-
напряжением 12,8 В. Время непрерывной ра-
работы от этой батареи не менее 18 ч. Выходное
напряжение приемника на нагрузке 240 Ом
при девиации частоты ±50 кГц не менее 10 мВ.
В комплект приемника входит контрольный
телефон ТА-56М.
Рассмотрим также систему радиомикрофо-
радиомикрофонов, входящую в состав студийного обо-
оборудования «Перспектива». Эта система радио-
радиомикрофонов предназначена для работы в со-
составе звукового оборудования АСБ-ЦТ с ис-
использованием радиоакустических систем не-
непосредственно в студии. Радиомикрофоны
являются равноправными источниками зву-
звуковых сигналов, поязволяя исполнителям сво-
свободно перемещаться по студии.
Комплекс аппаратуры радиомикрофона
РМ-14 содержит в своем составае: микрофоны
МД-79 — 2 шт., микрофоны МКЭ-8 — 2 шт.,
микрофоны МКЭ-5 — 4 шт., переносные пере-
передатчики ПРДМ-13 — 4 шт., переносные пере-
передатчики ПРДМ-14 — 4 шт., стационарные при-
приемники ПРМ-14 — 4 шт.
Передатчик ПРМД-13 совмещен с динами-
динамическим микрофоном МД-79 или электретным
микрофоном МКЭ-8 (рис. 5.52, а). Передат-
Передатчик ПРДМ-14 карманного типа работаете пет-
петличным электретным микрофоном МКЭ-5
(рис. 5.52, б).
Комплект аппаратуры «передатчик—при-
«передатчик—приемник» рассчитан на работу на одной из четы-
четырех фиксированных частот: 161,1» 163,75;
166,5 или 167,15 МГц. Можно одновременно
вести работу на двух каналах с разносом не-
несущих частот 1,5 МГц. С выхода приемника
звуковой сигнал поступает на шкаф комму-
коммутации С-1481 и далее на пульт звукорежиссе-
звукорежиссера П-71 или на шкаф связи С-1483 (в случае
о)
10
-W
МКН-416
f,
\
ГЦ
50 ЮО 200 5001000 200050001000020000
В)
(б)
Рис. 5.51. Внешний вид (а), частотная характеристика (б) и диаграмма направлен-
направленности микрофона МКН-416 (в)
4 Зак. 1688
97
VM4-79'
или
НКЭ-8
С-1482
ПРМ-14
Шкаф ком-
-\*утационный
С-Г48/
Пульт
П-71
Вых
C-148Z
ПРМ-14
Шкаф ком-
-футационный
.С-14
Пульт
П-7Г
Вых
Рис. 5.52. Системы радиомикрофонов
коммутации радиомикрофона помощнику ре-
режиссера).
Блок приемника ПРМ-14 с источником пи-
питания стационарно устанавливают в шкафу
радиосвязи и радиомикрофонов С-1482. При-
Приемные антенны размещают на стенах студии
и с помощью кабелей соединяют с приемника-
приемниками. Передатчики раздают актерам, выступаю-
выступающим в студии. Передатчик ПРДМ-13, совме-
совмещенный с микрофоном, располагают в ру-
руке ' исполнителя, карманный передатчик
ПРДМ-14 — в кармале или подвешивают на
ремешке и подсоединяют к микрофону с по-
помощью кабеля с разъемом.
Ларингофоны. На рис. 5.53, а приведено
устройство угольного ларингофона ЛА-5, где:
/ — пластмассовый корпус, прижимаемый к
гортани; 2 — его крышка; 3 — ячейки для
угольного порошка 4; 6 — верхняя диафрагма;
5 и 7 — прикрепленные соответственно к ним
подвижные электроды; 8 — нижняя диаф-
диафрагма.
При разговоре колебания от мышц гор-
гортани человека передаются корпусу ларинго-
ларингофона. Вследствие инерции электродов они на-
начинают перемещаться относительно корпуса.
Причем из-за различной массы электродов и
различной упругости диафрагм эти переме-
-ю
-20
-Z0
лэм-з
->•
ЛА-5 у
~^у/
/г
г /
ч \
г
200
500
1000
2000
5000 /0000
Рис. 5.53. Ларингофоны ЛА-5 (а) и ЛЭМ-3 (б) и их частотные характеристики (в)
98
щения несинфазны. В результате порошок
между электродами деформируется и на зажи-
зажимах ларингофона возникает напряжение
звуковой частоты. Применение электродов с
различными массами и диафрагм с различ-
различными упругостями приводит к тому, что каж-
каждая из этих колебательных систем имеет
различные значения резонансной частоты, что
расширяет диапазон передаваемых частот и
улучшает равномерность частотной характе-
характеристики чувствительности. Под последней в
данном случае понимается отношение разви-
развиваемого напряжения к колебательной скорос-
скорости корпуса (мВ/см/с или В/м/с).
Ларингофон ЛА-5 имеет сопротивление
165 Ом и работает при напряжении питания
3 В.
. Электромагнитный ларингофон ЛЭМ-3
представлен на рис. 5.53, б, где: / — посто-
постоянный магнит; 2 — полюсные наконечники
с надетыми на них катушками; 3 — диафраг-
диафрагма; 4 — якорь; 5 — корпус. При разговоре
колебания от мышц гортани передаются кор-
корпусу. Благодаря инерции магнитной системы
она начинает перемещаться при этом относи-
относительно якоря, что изменяет магнитный поток
проникающей катушки, вследствие его на за-
зажимах последних развивается напряжение
звуковой частоты. Частотные характеристи-
характеристики ларингофонов приведены на рис. 5.53, в.
Практически все ларингофоны использу-
используются попарно, будучи прижаты к горлу с двух
сторон его. Электрически при этом они соеди-
соединяются последовательно.
Параметры основных типов отечественных
микрофонов приведены в табл. 5.4, а. неко-
некоторых типов' зарубежных микрофонов в
табл. 5.5.
5.7. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
МИКРОФОНОВ
На каждый микрофон ведется эксплуа-
эксплуатационный паспорт и журнал учета, в кото-
которые вносятся результаты периодических ис-
испытаний, замеченные неисправности, меры,
предпринятые к их устранению и их резуль-
результаты. Периодические испытания микрофонов
заключаются в том, что один раз в полгода
измеряют характеристики микрофонов и сли-
сличают с указанными в его паспорте. В случае
существенного расхождения (больше 3 дБ)
микрофон должен быть снят с эксплуатации и
отправлен в ремонт.
Как правило, основная причина ухудше-
ухудшения работы микрофона или выхода его из
строя — нарушение электрических контак-
контактов, большей частью в разъеме или во встро-
встроенных усилителях конденсаторных и электрет-
ных микрофонов. Ремонт, связанный с этими
причинами, возможен лишь при наличии ква-
квалифицированного персонала, имеющего опыт
работы с радиоэлектронными схемами. Устра-
Устранение же механических повреждений подвиж-
подвижной системы силами эксплуатирующих орга-
организаций производить не рекомендуется, так
как полноценно это может быть выполнено
лишь в заводских условиях. Общая надеж-
надежность микрофонов характеризуется наработ-
наработкой на отказ, которая нормируется в техни-
технических условиях данного типа. Она составляет
для динамических микрофонов обычно не
менее 5 000 ч.
Если в данной организации практикуется
во всех или в некоторых записях или переда-
передачах одновременное использование нескольких
микрофонов в одном электрическом тракте, то
необходимы предварительное определение и
обозначение их полярности. Это требуется
во избежание возможности их включения в
противофазе, что приводит к полной или час-
частичной компенсации выходных напряжений
микрофонов.
Полярность микрофонов проще всего опре-
определяют следующим образом. Какой-то мик-
микрофон выбирают за опорный. Желательно,
чтобы его чувствительность была средней по
отношению к чувствительности всех других
микрофонов. Этот микрофон включают на вход
звукоусилительного тракта, на выходе кото-
которого включен индикатор (стрелочный, осцил-
осциллограф и т. п.). Далее последовательно как
можно ближе к опорному устанавливают все
остальные микрофоны парка и включают так-
также последовательно на другой микрофонный
вход тракта. Следует следить за одинаковым
включением их разъемов. Затем при каком-ли-
каком-либо звуке перед парой микрофонов (например,
хлопок) замечают показание индикатора на
выходе. Если микрофоны сфазированы, то по-
показания индикатора не должны снижаться
при введении микшеров друг за другом, а на
слух не должна изменяться тембровая окрас-
окраска голоса. При несфазированных микрофонах
снижается уровень громкости и замечается от-
отсутствие низких частот. Можно проверять
фазировку и с помощью специальных прибо-
приборов — стереогониометров, например, МЭЗ-
910, Г-2 и др.
При эксплуатации микрофоны укрепляют
на подставках, стойках, треногах или шта-
штативах различной длины: коротких, если мик-
микрофон устанавливают на столе или кафедре,
и длинных при установке на полу; иногда
применяют выдвижные (простые и телескопи-
телескопические) штативы. В больших студиях микро-
микрофоны подвешивают на «журавли* — специ-~
альные передвижные устройства, позволяю-
позволяющие перемещать микрофоны выше головы ис-
исполнителя в различные точки студии даже
во время передачи.
Для репортажных условий микрофоны
снабжают ручкой или «.удочкой», позволяющей
ведущему передачи держать микрофон на рас-
расстоянии до 1...1,5м. Некоторые виды таких /
устройств показаны на рис. 5.54.
Микрофоны крепят к соответствующему
устройству либо за корпус с помощью специ-
специального обжима или хомута, либо резьбовым
соединением. В последнем случае в корпусе
микрофона имеется выступ (хвостовик) с резь-
резьбой, ввинчивающейся в стойку или другое
подобное устройство. Соединение может быть
4*
99
о Таблица 5.4. Параметры отечественных микрофонов
Тип микрофона
Номиналь-
Номинальный диапа-
диапазон
частот, Гц
Неравномер-
Неравномерность частот-
частотной характе-
характеристики, дБ
И3
Чувстви-
Чувствительность
холостого
хода на
частоте
1 кГц,
мВ/Па
Средняя
разность
уровней
чувстви-
чувствительности
«фронт-
тыл», дБ
Направлен-
Направленные свойства
Габаритные
размеры, мм
Масса, кг
Основное
.назначение
МД-52А
МД-52Б
МД-52Б-СН
МД-63
МД-63Р
МД-66
МД-71
МД-74
МД-78
»
МД-200
мд^о!
82А-5ММ
МД-80
МД-86
МЛ-19
МЛ-51
МК-6
19 А 31
19 А 31
КМС-19-01
(малогабаритный)
КМС-19-02
КМС-19-03
(ветрозащищенный)
50.
50.
50.
60.
60.
100.
50.
50.
50.
16000
15000
, 15000
15000
.15000
.10000
.15000
.10000
.15000
100...10000
100.
50.
50.
40.
50.
40.
20.
20.
20.
20.
20.
20.
10000
10000
12000
15000
.16000
.16000
.40000
.20000
.20000
.20000
.20000
.20000
Электродинамические микрофоны
ОН
ОН
ОН
НН
НН
ОН
НН
ОН
ОН
ОН
НН
ОН
ОН
он
Ленточные микрофоны
ю ю
12
20
20
20
8
20
20 (на 1 м)
8(на 0,1 м)
12
12
10
22
20
250
250
250
250
to to to
СП СП СП
о о о
250
150
250
250
250
200
150
1,2
1.2
1,2
1,1
1,1
2
1,5
1,2
2
1,5
1.5
4
2
1,2
12F)
12F)
12F)
12F)
12
12F)
12F)
18(9)
12F)
15
14
10
250
250
1,6
15
ОН
ДН
0 32X120
0 32ХИ4
325X270X190
0 22X68
0 22X68 .
0 37X92
0 33X116
0 71X810
0 52X180
0 35X115
55X31,5X41
0 44X135
0 24X206
140X46X41
0 52X180
Конденсаторные элек третные микрофоны
250
80
80
80
80
80
1,1
22
25
16
20
20
—
—
—
—
—
НН
он
ДН
он
он
он
0 55X95
44X25X190
44X25X190
0 21X158
0 39X188
0 57X198
0,2
0,17
0,17
0,125
0,05
0,15
0,17
0,5
0,32
0,15
0,1
0,35
0,35
0.55
0,60
0.05
0,300
0,300
0,110
0,200.
0,240
Универсальный
Для любительской зву-
звукозаписи
Стереофонический
Нагрудный или петлич-
петличный
Для радиомикрофонов
Речевой
Для акустических изме-
измерений
Для приема на фоне
шумов, репортажа
Для солистов эстрады,
ручной с амортизиро-
амортизированным капсюлем
Для любителей звуко-
звукозаписи
То же
Универсальный
То же
Универсальный студий-
студийный
То же
Для акустических изме-
измерений
Для использования в ки-
кинематографии
Для использования в ки-
кинематографии
То же
KMC-19-64
(музыкальный)
KMC-19-05
KMC-19-07
KMC-19-08
KMC-19-09
КМКЭ-1
MK-12
MK-13M
MK-15
MK-16
МКЭ-2
МКЭ-3
19 A 31
MK-18
MK-19
МКЭ-4М
МКЭ-5
МКЭ-6
МКЭ-7
МКЭ-10
МКЭ-11СН
- МКЭ-15
о
"~ Примечание.
20...20000
20...20000
20...20000
20...20000
20...20000
20...20000
50...15000
30...18000
50...15000
20...40000
50...15000
50...15000
20...20000
80...16000
50...16000
50...15000
50...16000
50...16000
50...15000
50...16000
50...16000
8
8
8
8
8
8
9
6 (в режиме
кардиоиды в
диапазоне
50... 15000
Гц)
12
5
15
10
8
8
6
10
6
9
12
18
12
80
80
80
80
80
80
600
600
600
250
200
2000
80
200 '
200
200
250
250
250
20
20
45
9
10
30
17
11
5,5
5,5
2
1,5
3,5
20
16
16
18
2,5
3
8
2
2,5
1,5
—
—
20A0)
12A0)
10
(фронт/
90°)
15
—
4 —
15
15
20
—
18
10
[фронт/—
90°)
15
18
ОН
он
осн
нн
ДН
он
он
он
нн
он
ДН
ОН в верти-
вертикальной
плоскости,
НН в гори-
горизонтальной
плоскости
НН
ОН
НН
НН
НН
ОН
ДН
он
он
нн
он
ОН —в вер-
вертикальной
плоскости,
ДН —в го-
ризонталь-
ризонтальной плос-
плоскости
НН
ОН
0 47X190
0 24X850
0 21X158
0 24X203
0 32/23X194
0 22X142
46X22X98
58X58X70
0 13X129
0 21X146
0 14X22
44X25X190
46X35X187.
38X48X191
0 21X157
16X16X42
48X195
58X66
55X216
0,280
о.ио
0,190
0,250
0,115
0,16
0,21
0,14
0,12
0,08
0,3
3,5 (ком-
(комплект)
3,5 (ком-
(комплект)
0,013
0,115
0,17
0,23
Для передачи и записи
музыки и речи
Для передачи музыки и
речи с дистанционным
выбором характеристики
направленности
Для передачи
музыки и речи
и записи
50...16000
НН — ненаправленный; ОН — односторонненаправленный; ОСН — остронаправленный; ДН — двусторонненаправленный
То же
Для комплектации маг-
нитофонов
Для встраивания в маг-
магнитофоны
Для использования в ки-
кинематографии
Универсальный
То же
Нагрудный, петличный
Универсальный
Для записи типа «За
круглым столом»
Для бытовой аппаратуры
Стереофонический для
бытовой аппаратуры
Универсальный
2 Таблица 5.5. Параметры некоторых типов зарубежных микрофонов
to i :
Тип
микрофона
Фирма
(страна)
Номинальный
диапазон
частот, Гц
о
г о
рнос
«акте
в* ев
5е
«§ я
S*o Я
Внутрен-
Внутреннее сопро-
сопротивление,
Ом
Чувстви-
Чувствительность
на частоте
1 кГц при
холостом
ходе.
мВ/Па
Сопротив-
Сопротивление но-
номинальной
нагрузки,
Ом
Разность чув-
чувствительное -
тей между
фронтом н
тылом, дБ
а
S.
о
¦
as cs
X X
Направленные
свойства
Габаритные
размеры, мм
Основное
назначение
н особенности
0-17
0-19
0-20 В
0-25 В
0-24
0-30
0-36
0-45
0-200
0-202
0-224
0-501
0-503
0-505
0-507
0-66
AKG
(Австрия)
То же
15...14000
30...16000
30... 18000
30... 18000
30...20000
30...16000
30...16000
30...16000
30...17000
20...18000
20. ..20000
50...15000
50...15000
50...15000
50...15000
50...15000
Электродинамические микрофоны
20
18
14
11
18
12
to to
8
7
5
22
22
30
30
22
200
60/200
60/200
60/200
60/200
75/150.
75, 150,
500
75,
150,
500
250
200
250
200
200
200
200
200
2,0
1,0/1,8
0,9/1,6
0,9/1,6
1,0/1,8
1,2
1,2
1,2
1,4
1,8
1,3
2,2
2,2
2
2
2,2
1000
150/400
300/1000
300/1000
150/500
—
500
500
500
400
400
300
300
400
1,8
15
18
18
20
20
20
20
—
20
—
—
—
8
10
14
14 '
10
—
10
14
6
6
12
12
10
ОН
он
он
он
он
он
дн
нн
он, осн
дн, нн
он,
осн,
дн,
нн
он
он
он
' ОН
нн
он
он
он
он
0 43,5X106
0 38X152
190X74X54
202X155X75
0 40X156
260X87X63
212X87X63
200X150X88
0 40X1S5
0 51X210
0 25X195
0 55X175
0 55X115
0 55X175
0 55ХИ5
45X75X120
0,3
0,16
0,63
0,85
0,18
1
0,95
1,2
0,3
0,3
0,28
0,34
0,44
0,34
0,44
0,29
Студийный, рече-
речевой
То же
Универсальный
Для трансляции
Студийный
Универсальный
То же
Для трансляций
Универсальный,
двухполосный
То же
»
Репортажный, с
выключателем на
корпусе
Репортажный с
гибким креплени-
креплением
То же, специаль-
специальный для работы с
близкого расстоя-
расстояния
То же
Для стереофони-
стереофонической записи по
системам MS и
XY
D-77A
AMD-460
MD-7
MD-14
MD-21
MD-441
F-U5
C-12A
C-24
C-28C
C-29C
C-30C
C-60
C-414
M-269C
KM-63
F4)
KM-66
KM-88
U-47
- U-48
о
w
AKG
(Австрия)
«Тесла»
(ЧССР)
«БЕАГ»
(ВНР)
То же
«Зеннхай-
зер»
(ФРГ)
«Сони»
(Япония)
AKG
(Австрия)
То же
AKG
(Австрия)
«Нойман»
(ФРГ)
То же
80...13000
50...18000
100...10000
100...15000
80...15000
30...20000
40...12000
15
14
—
—
,00
10
200
200
300
200
200
200
600
2,2
1.2
1,5
1,5
1,5
2
1
' —
600
—
—
—
600
13
14
—
13,5
15
—
5
8
—
—
—
Конденсаторные микрофоны
10... 20000
30...20000
30...18000
30...18000
30...18000
30...18000
20...20000
30...16000
40...18000
40...18000 —
40...16000
35...15000
35...15000
5
15
7
7
7
7
5
7
—
00 00 1
200/50
200/50
200/50
200/50
200/50
200/50
150
200/50
200/50
200/50
200/50
200/50
200/50
4
10
13
12
10
8
6
10/15,5
9
. 10
6,5
25
14
20
500/150
—
500/150
500/150
500/150
500/150
600
1000/250
—
—
2000
25
20
20
20
20
20
20
—
—
—
10
10
10
10
10
10
8
—
—
— •
ОН
он
он
он
он
осн
нн
он
дн
нн
он
дн
он
он
он
он
он, осн,
дн, нн
он, дн,
нн
он
— — он, дн
он,дн,нн
он
_ _ _ он, дн
0 58X138
38X53X77
0 49X60
0 47X200
257X33X36
0 65X250
0
0
0
0
0
0
,41
,22
,11
,15
,45
,27
Для Стереофони-
Стереофонической записи га>
системе АВ
Для озвучания
залов
Для любитель-
любительских магнитофо-
магнитофонов
Репортажный, ре-
речевой
Универсальный
Студийный
То же
40X40X195
0
43X255
0 26X174
0 26X174
0 26X174
0 18X100
45X35X141
0
0
0
0
0
0
21X152
21X124
48X175
21X170
63X240
63X240
0,19
0,65
0,22
0,22
0,22
0,065
0,36
0,12
0,12
0,21
0,13
0,7
0,7
Для трансляций
То же
Студийный
То же
Студийный
То же, есть пере-
переключатель для по-
понижения чувстви-
чувствительности на
10 дБ
То же, переключа-
переключатель направленно-
направленности находится на
корпусе
То же
Студийный
— Окончание табл. 5.Б
Тип
микрофона
Фирма
(страна)
Номинальный
диапавон
частот, Гц
5 ™
tr у
m
Внутрен-
Внутреннее сопро-
сопротивление,
Ом
Чувстви-
Чувствительность
на частоте
1 кГц при
холостом
ходе,
мВ/Па
Сопро-
Сопротивление
номнналь
ной наг-
нагрузки ,
Ом
Разность чув
ствительнос-
тей между
фронтом и
тылом, дБ
? к
Направленные
свойства
Габаритные
размеры, мм
Основное
назначение
и особенности
U-64
U-67
U-87
U-89
SM-21C
SM-69
SM-69
USM-69
4145
4133
4135
ЕСМ-51
МКЕ-802
МКН-416
МКН-816
МКЕ-212
«Нойман»
(ФРГ)
То же
«Брюль и
Кьер»
(Дания)
То же
>
«Сони»)
(Япония)
Зеннхай-
зер
(ФРГ)
То же
40...18000 —
30...16000
40...16000
40...18000
40... 15000
40...15000
30...20000
40...16000
3...18000
4,5...40000
4,5... 100000
40...14000
50. /. 15000
40...20000
40. ..20000
20...20000
5
8
8
—
,00
4
4
4
10
12
7
12
10
10
200/50
200/50
200
150
200/50
200/50
200/50
150
—
250
200
8
10
1000
11
22
13
8
8
10
15
15
10
50
12,5
4
2
13
5
20
40
20
—
1000
1000
—
1000
—
3000
300
400
600
4700
10
он
он, нн
он.нн.дн
нн, он,
осн, дн
он.дн.нн
он, дн,
нн
он.дн.нн
он, осн,
дн, нн
нн
нн
нн
осн
осн
осн
осн
нн
0 21X124
0 56X201
0 56X200
0 46X185
0 28X200
0 28X200
0 48X254
0 48X292
0 24X19
0 13X13
0 7X10,5
0 14X486
?Г 22X292
0 19X235
0 19X555
0 10
0,12
0,54
0,5
0,4
0,5
0,5
0,45
0,51
0,09
0,185
0,16
0,375
Примечание. НН — ненаправленный; ОН — односторонненаправлеаный; ОСН — остронаправленный; ДН — двусторонненаправленный.
То же, есть пере-
переключатель для по-
понижения чувстви-
чувствительности на 10 дБ
Студийный
Студийный
То же
Стереофонический
студийный, пере-
переключатель харак-
характеристик направ-
направленности находит-
находится на блоке пита-
питания
То же
Измерительный
То же
»
Репортажный из-
избирательный
Любительская
запись звука
Специальный из-
избирательный
То же
ПМЗ-микрофоны
Рис. 5.54. Устройства для крепления микрофонов
жестким или амортизированным специальны-
специальными резиновыми прокладками и шайбами. Час-
Часто механическое соединение комбинируется с
шарниром, позволяющим менять угол накло-
наклона микрофона в пределах ±45° от горизон-
горизонтали. Для микрофонов небольшого размера
применяют также стойки типа «гусиная шей-
шейка», дающие возможность менять положение
микрофона в более широких пределах.
На рис. 5.55 показаны распространенные
виды крепления и электрического соедине-
соединения микрофонов.
При эксплуатации микрофонов необходимо
применять меры для предохранения от по-
повреждений кабелей, которые приходится вре-
временно прокладывать в студиях.
Микрофоны очень чувствительны к ма-
малейшим вибрациям, сотрясениям, толчкам, ко-
которые могут возникать в помещении, где уста-
установлен микрофон, и передаваться через ограж-
ограждающие поверхности (строительные конст-
конструкции) и соприкасающиеся с микрофоном
предметы (например, стол или штатив). По-
Поэтому микрофон должен быть надежно амор-
амортизирован. Особенно тщательно следует амор-
амортизировать микрофоны, установленные на
«журавлях», и те, которые необходимо пере-
перемещать (например, в кино и телестудиях при
панорамировании).
Конденсаторные микрофоны во время ра-
работы находятся под напряжением, поэтому
двигать, переставлять и переносить их ре-
рекомендуется при отключении питания. Рас-
Располагать конденсаторные и ленточные мик-
микрофоны, их соединительные кабели следует
возможно дальше от проводов и кабелей сети
переменного тока.
Использование микрофонов любого типа
на открытых местах или в больших театраль-
театральных и концертных залах сопряжено с воз-
возможностью появления значительных шумо-
шумовых помех. Такие помехи вызываются воздуш-
воздушными потоками от ветра, сквозняков, дви-
движения больших сценических занавесей и т. п.
Особенно опасны воздушные потоки для лен-
тсчных микрофонов, которые могут выйти из
отроя из-за обрыва или деформации звуко-
приемной ленточки. Для защиты применяют
противоветровые экраны, надеваемые на зву-
коприемную часть микрофонов. Имеется мно-
много разновидностей таких экранов, начиная
от простого обертывания микрофона несколь-
несколькими слоями тонкой и акустически прозрач-
прозрачной ткани, чаще всего шелковой или капро-
капроновой, и кончая специальными конструкция-
конструкциями противоветровых экранов. На рис. 5.56
показаны некоторые такие экраны. Они пред-
представляют собой либо проволочный каркас,
обтянутый несколькими слоями ткани, либо
перфорированные двуслойные оболочки из
пластмассы или металлической сеткии между
слоями которых проложена минеральная или
капроновая вата. Наиболее простым экраном
Рис. 5.55. Разъемы и кабели
105
может служить мешочек из поролона толщи-
толщиной 3...5 мм. Противоветровый экран не-
несколько ослабляет чувствительность микро-
микрофонов, главным образом в области высших
частот, но специальные материалы и проду-
продуманная конструкция таких экранов позво-
позволяют сделать это ослабление минимальным.
Вместе с противоветровой защитой микро-
микрофоны следует предохранять от повышенной
влажности. Для этого некоторые противо-
ветровые экраны покрывают или пропитывают
влагоотталкивающими (кремнийорганически-
ми) составами. Имеются также влагозащит-
влагозащитные чехлы и футляры, применяемые при ра-
работе и хранении микрофонов.
По окончании работы на динамические ка-
катушечные микрофоны необходимо надеть не-
непромокаемый чехол (лучше из полимерной
пленки), предохраняющий от попадания пыли
и железных опилок. Микрофоны необходимо
хранить в помещении с относительной влаж-
влажностью воздуха не выше 85 % в отсутствие в
нем вредных примесей и при температуре не
ниже +5°С. По сравнению с ленточными и
конденсаторными динамические микрофоны
более устойчивы к сотрясениям, а также к из-
изменениям температуры и влажности.
Условий эксплуатации и хранения лен-
ленточных микрофонов в основном такие же,
но наличие, в них тончайшей и свободно
висящей ленточки требует еще большей осто-
осторожности. Чтобы ленточка не провисла, мик-
микрофон следует хранить всегда в футляре, в
вертикальном положении на подставке, стой-
стойке и тому подобных устройствах. По оконча-
окончании работы и выключении питания на конден-
конденсаторный микрофон необходимо надеть спе-
специальный предохранительный чехол из влаго-
влагонепроницаемой ткани или пленки. Следует
иметь в виду, что повышенная влажность воз-
воздуха вызывает снижение чувствительности и
повышение уровня шумов. Именно поэтому
конденсаторные микрофоны редко используют
для работы на открытом воздухе.
При длительных перерывах в работе весь
комплект конденсаторного микрофону реко-
рекомендуется укладывать в специальный футляр
Рис. 5.56. Противоветровые защитные экраны:
а — каркасный, б — поролоновый
(чемодан). При установке и перевозке мик-
микрофоны следует предохранять от ударов и
резких сотрясений.
Осторожное обращение со всеми микрофо-
микрофонами необходимо и во время обычных проб
перед работой. Ни в коем случае не следует
дуть в микрофон или стучать по его корпусу,
достаточно негромко сказать несколько слов
на расстоянии 10...15 см от микрофона.
В процессе эксплуатации микрофонов не-
необходимо систематически (не реже двух раз,
в год) проверять их параметры. При этом из-
измеряют основные технические показатели
микрофона: осевую чувствительность, час-
частотную характеристику по фронту и тылу,
частотные характеристики с включением кор-
корректоров и некоторые другие параметры в
соответствии с паспортом или ТУ на микро-
микрофон. Одновременно проверяют все соедини-
соединительные кабели, питающие устройства, а так-
также и другие детали, входящие в комплект мик-
микрофона.
На рис. 5.57, а приведена схема подключе-
подключения розеток радиоприемника, радиолы, маг-
магнитолы, магниторадиолы, телевизора, усили-
усилителя низкой частоты, а на рис. 5.57, б -*-
магнитофона, на который работает микрофон.
В случае применения микрофонов производ-
производства зарубежных фирм полезно иметь в ви-
виду, что международная комиссия рекомен*
дует подключение разъема, показанное на
рис. 5.58, а, для одноканальных трактов, где
/ — при симметричном включении —экран,
при симметричном с фантомным питанием —
экран и минус питания, при несимметричном
включении — экран и обратный провод; 2 —.
при симметричном и несимметричном вклю-
включении без питания — звуковая частота (мик-
(микрофон), при включении питания — звуковая
частота и плюс питания; 3 — при симмет-
симметричном включении без питания — звуковая
частота (микрофон), при фантомном пита- .
нии — звуковая частота и минус питания;
и на рис. 5.58, б — для двухканальных трак-
трактов, где / — то же, что и в одноканальных;
2 — при включении без питания — звуко-
звуковая частота левого канала (микрофона), при '
включении без питания — звуковая частота
левого канала (микрофон) и плюс питания;
3 — при включении без питания — звуковая
'частота левого канала (микрофон), при фан-
фантомном питании — звуковая частота левого
канала (микрофон) и минус питания; 4—при
включении без питания — звуковая частота
правого канала (микрофон), при включении
с питанием — звуковая частота правого ка-
канала и плюс питания; 5 — при включении
без питания — звуковая частота правого ка-
канала (микрофон), при фантомном питании —
звуковая частота (микрофон) и полюс пита-
питания, при прямом питании — звуковая ча-
частота (микрофон) и минус питания. , При
включении замыкание сперва происходит че-
через штырь 1. Штырь 2 соединяется с выводом
микрофона, имеющим по рекомендации МЭК
цветную точку. При включении.на несиммет-
несимметричный усилитель симметричного микрофона
106
контакт 3 (или 3 и 5) розетки усилителя сле-
следует присоединить к контакту /.
Контакты разъема должны быть чистыми,
неокисленными во избежание плохого соеди-
соединения. Резьба должны быть несорванной и
не забитой для того, чтобы разъем мог хоро-
хорошо и легко затягиваться для обеспечения хо-
хорошего контакта. Если микрофон должен ра-
работать на открытом воздухе, то на него наде-
надевается ветрозащитное устройство, входящее
в его комплект. После этого микрофон уста-
устанавливают на стойку, которая имеет огово-
оговоренную ГОСТ 9908—75 («Микрофоны. Требо-
Требования к механическому креплению») резьбу
М16Х1—7Н с Длиной свинчивания 10 мм на
высоту, необходимую для предстоящего се-
сеанса, и включают в ответную часть кабель-
кабельного разъема. Необходимо следить, чтобы
микрофонный кабель не был при этом натянут.
Лучше, если он лежит свободно, образуя два—
три кольца вокруг стойки.
Важное значение для практики имеет
расстановка микрофонов. В большинстве слу-
случаев, за исключением таких, как использова-
использование микрофонов на трибуне, в президиуме,
перед диктором, в руке и т. п. расстановка их
является частью творческого процесса звуко-
звукорежиссера, с помощью которого он добивает-
добивается задуманного им качества звучания. Тем
не менее и инженер, отвечающий за эксплуа-
эксплуатацию микрофонного и усилительного обо-
оборудования, должен быть знаком хотя бы с
основами правильной расстановки. Послед-
Последняя заключается в выборе оптимальной уг-
угловой ориентации микрофона относительно
воспринимаемого источника звука и расстоя-
расстояния микрофона от него.
Угловая ориентация микрофона опреде-
определяется углом, составленным его рабочей
осью и направлением на источник звука. Для
большинства типов микрофонов при увеличе-
увеличении этого угла падают как общая чувстви-
чувствительность микрофона, так и в особенности его
чувствительность на высоких частотах. Лишь
у некоторых типов микрофонов, например дву-
сторонненаправленных (восьмерочных) и в
меньшей степени односторонненаправленных,
чувствительность на высоких частотах изме-
изменяется при повороте рабочей оси от направле-
направления на источник так же, как и чувствитель-
чувствительность на низких частотах. Поэтому микрофо-
микрофоны направляются своей рабочей осью не на ис-
источник только в тех случаях, когда при пере-
передаче надо сделать этот источник, менее гром-
громким на фоне звучания других источников или
же звучание его надо сделать более мягким
и менее четким.
Что касается выбора расстояния от источ-
источника, то его значение в основном определяется
свойствами помещения, в котором находятся
микрофоны и источник звука, и свойствами
последнего.
Акустические процессы в каждой точке по-
помещения довольно хорошо определяются аку-
акустическим отношением. Восприятие же источ-
источника в нем зависит от того, в каком соотноше-
соотношении находятся расстояние от источника до
Ионо СтервО
Моно Стерео
вх.
Рис. 5.57. Схемы подключения розеток радио-
радиоаппаратуры (а) и магнитофонов (б)
микрофона и радиус гулкости помещения. Ес-
Если расстояние от источника до микрофона
меньше радиуса гулкости, то при воспроизве-
воспроизведении кажущиеся размеры источника звука
больше фактических. При этом создается об-
общее впечатление близости и интимности звуча-
звучания. При расстоянии микрофона от источника,
большем радиуса гулкости, наоборот, раз-
размеры источника кажутся меньше фактичес-
фактических, а окружающего пространства — больше
фактических. Общее впечатление от зву-
звучания — «объемность», «воздушность», «мощ-
«мощность». При расположении микрофона от ис-
источника звука на расстоянии, равном радиусу
гулкости, звучание при воспроизведении
является промежуточным по сравнению с
описанными выше.
Для численного определения надлежа-
надлежащего расстояния микрофона от источника зву-
звука рекомендуется пользоваться эмпирической
формулой
Рис. 5.58. Микрофонные разъемы для моно-
монофонических (а) и стереофонических (б) трак-
трактов с видом со стороны штырей
107
где Т — время стандартной реверберации по-
помещения, с; V — его объем, м3; k — коэффи-
коэффициент объемности звука A0...25 Ддя симфо-
симфонического оркестра; 3...12 для малого ор-
оркестра, 4... 15 для рояля соло, 1, 2, ... 6 для
скрипки и виолончели; 0,5...2,4 для певца
солиста и 0,2...0,8 для речи). Меньшие зна-
значения k соответствуют крупному плану (рас-
(расстояния меньше радиуса гулкости).
Вопрос о числе, технических характерис-
характеристиках и расстановке используемых при за-
записи микрофонов — один из наиболее важ-
важных, но вместе с тем и наиболее сложных
вопросов, стоящих перед звукорежиссером
в процессе его повседневной работы.
Практика показала, что часто приводимые
в литературе схемы расстановки микрофонов
для звукопередачи тех или иных программ не
могут быть приняты в качестве какого-то аб-
абсолютного рецепта, и, как правило, имеют
только информационное значение, позволяя
ознакомиться с основными принципами мик-
микрофонной работы. Дело в том, что акустичес-
акустические параметры студий настолько различны, а
задачи звукорежиссеров так многообразны,
что в каждом конкретном случае лишь тща-
тщательные микрофонные репетиции в том поме-
помещении, из которого предполагается произве-
произвести запись, могут помочь звукорежиссеру
получить желаемые результаты. Разумеется,
значительно легче добиться хорошего зву-
звучания, имея достаточный опыт эксплуатации
данной студии, изучив ее особенности и влия-
влияние акустических свойств на звучание раз-
различных музыкальных инструментов и ансамб-
ансамблей разного состава.
Поэтому полезна преемственность в звуко-
режиссерской работе, обмен опытом между
звукорежиссерами и обобщение опыта при-
применительно к конкретным условиям данного
радиодома.
Вопрос о том, чему отдать предпочтение —
одному микрофону {мономикрофонная тех-
техника записи) или нескольким, работающим
одновременно (полимикрофонная техника),
•также не может решаться одинаково во всех
случаях. Некоторые специалисты стремятся
производить звукозапись даже при крупных
исполнительских коллективах, обходясь од-
одним микрофоном, способным в некоторых
случаях передать естественный тембр зву-
звучания, обеспечить хорошую прозрачность,
т. е. внятное восприятие отдельных оркест-
оркестровых групп, ясность музыкальной фактуры,
разборчивость текста. Однако в большинстве
случаев при монофонической звукопередаче
трудно добиться удовлетворительного музы-
музыкального баланса, пользуясь одним микрофо-
микрофоном. Причем эта трудность может быть вы-
вызвана недостатком акустики студии, качест-
качеством исполнения и, наконец, инструментовкой
(аранжировкой) данного музыкального про-
произведения.
Чтобы иметь возможность активно влиять
на качество передаваемой звуковой картины,
звукорежиссер вынужден обычно устанавли-
устанавливать в студии несколько микрофонов (у раз-
разных групп исполнителей), для того чтобы по
лучить необходимый музыкальный баланс с
помощью индивидуальных регуляторов на
микшерном пульте. Правда, следует иметь
в виду,что при этом звуковой сигнал от одно-
одного и того же источника может воздействовать
не только на свой близко расположенный
микрофон, но и на соседние микрофоны, уста-
установленные у других оркестровых групп. Так
как расстояния от данного источника звука
до разных микрофонов различны, то в этих
случаях излучаемые им звуковые колебания
придут к микрофонам не одновременно и,
следовательно, с разными фазами.
Например, если данный источник наряду
с прочими гармониками излучает звуковую
волну с частотой 100 Гц (что соответствует
длине волны X = elf = 340/100 = 3,4 м), то
у двух микрофонов, установленных в точках,
расположенных друг от друга на расстоянии,
равном половине длины волны (т. е. на рас-
расстоянии 1,7 мв направлении распространения
звука), звуковое давление в каждый момент
будет противофазно: максимальное сжатие
воздушной среды у одного микрофона и раз-
разрежение у другого. Естественно, что и элек-
электрические сигналы в цепях этих двух микро-
микрофонов окажутся противофазными и после их
смешивания в тракте микшерного пульта в
результате интерференции колебаний резуль-
результирующий сигнал будет существенно ослаб-
ослаблен и выпадет из общего спектра звуковой
информации. Это послужит причиной иска-
искажения тембра звучания.
Не следует забывать также, что отражен-
отраженные от стен помещения сигналы любого ис-
источника звука воздействуют на все установ-
установленные в студии микрофоны. Поэтому регули-
регулировка уровня (микширование) любого из мик-
микрофонных сигналов неизбежно сказывается
не только на тембре, но и на звуковых планах
всех остальных источников звука.
Избежать отмеченных неприятностей, свя-
связанных с применением полимикрофонной тех-
техники, удается с помощью акустического раз-
разделения отдельных исполнителей вместе с мик-
микрофонами, установленными в студии для их
передачи.
При таком акустическом разделении каж*
дый отдельный источник звука (или группа
звуковых источников) воздействует лишь на
один свой микрофон, а к микрофонам, уста-
установленным у других исполнителей, его сигнал
вовсе не приходит или доходит сильно ослаб-
ослабленным. Акустическое разделение осущест-
осуществляется с помощью специального размеще-
размещения исполнителей, использования односто-
ронненаправленных микрофонов, имеющих
кардиоидную диаграмму направленности, а
также с помощью установки в студии акусти-
акустических щитов, оказывающих экранирующее
действие и отделяющих одну группу исполни-
исполнителей со своими микрофонами от другой.
Для работы по такому методу современ-
современный» микшерный пульт должен иметь большое
число микрофонных входов с возможностью
не только раздельной регулировки уровней
108
передаваемых сигналов, но и их дбпблнй-
тельной индивидуальной обработки с помо-
помощью введения частотной коррекции, ограни-
ограничения и компрессирования, использования
искусственной -реверберации для получения
оптимального акустического баланса и т. д.
В качестве примера на рис 5.59 приведена
схема расположения исполнителей и микрофо-
микрофонов при стереофонической записи оперы—фан-
оперы—фантазии М. Равеля «Дитя и волшебство» в ис-
исполнении солистов, хора и Большого симфо-
симфонического оркестра Всесоюзного радио под
управлением Г. Рождественского. Запись
происходила в первой студии Государствен-
Государственного Дома радиовещания и звукозаписи.
На рис 5.59 обозначено: /, 2 и 3 — сдво-
сдвоенные микрофоны по системе XY; 4 — дву-
сторонненаправленный микрофон, подклю-
подключавшийся в определенные моменты времени
к левому каналу; 5 — двусторонненаправ-
ленный микрофон, использовавшийся для
реверберирования певцов — солистов и ор-
оркестра; 6 — кардиоидный микрофон для ре-
реверберирования хора; 7—кардиоидный микро-
микрофон для реверберирования преимущественно
левой части оркестра; # и 9 — кардиоидная
микрофонная пара по системе АВ.
Справа и несколько сзади дирижера на-
находились челеста и фортепиано с важными
по своему значению сольными партиями.
Слева и несколько сзади, располагались со-
солисты. Сзади дирижера (у правой стены
студии), с некоторым отрывом от оркестра рас-
располагался на подставках небольшой хор (око-
(около 45 человек), развернутый лицом на дири-
дирижера. Такое расположение хора определялось
трудностью достижения необходимого ансамб-
ансамбля в иных условиях. За медной группой ин-
инструментов находился электромузыкальный
инструмент «экводин», на котором исполня-
исполнялась партия кулисной флейты в начале вто-
второй картины оперы (в саду); Микрофоны, рас-
расположенные по обе стороны сзади дирижёра,
были включены по системе АВ и восприни-
воспринимали все звучание оркестра. В некоторых эпи-
эпизодах, где солировали челеста и фортепиано,
подключался на левый канал микрофон с «вось
мерочной» характеристикой направленности,
Большой /~~\ /"*ч . . .
барабан (J) ^кбодин
Рис. 5.59. Расположение исполнителей и мик-
микрофонов при стереофонической записи оперы
нацеленный одним «лепестком» на скрипки, а
вторым на челесту и фортепиано; в этих слу-
случаях фортепиано смещалось к центру звуко-
звуковой картины (что соответствовало замыслу зву-
звукорежиссера); ось наименьшей чувствитель-
чувствительности микрофона была направлена на правую
сторону оркестра.
Перед солистами находился сдвоенный мик-
микрофон с кардиоидными характеристиками,
направленный осями максимальной чувст-
чувствительности под углом 90° относительно друг
друга; причем микрофон, включенный на
левый канал, был ориентирован в сторону ле-
левой части оркестра (на скрипки), иначе лока-
локализация в оркестре была бы нарушена.
РАЗДЕЛ 6
ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И ТЕЛЕФОНЫ
6.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ,
КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСНОВНЫЕ
ПАРАМЕТРЫ
Громкоговоритель и телефон —это уст-
устройства для преобразования электрических
колебаний в звуковые, акустические колеба-
колебания воздушной среды. Поскольку громкого-
громкоговорители и телефоны являются последними
звеньями любого радиовещательного (звуко-
(звуковоспроизводящего) тракта или линии связи,
то их свойства оказывают решающее влия-
влияние на его качество работы в целом.
По способу преобразования громкоговори-
громкоговорители и телефоны подразделяются на электро-
электромагнитные1" (в основном телефоны), электро-
* Электромагнитные громкоговорители
получили широкое распространение в 30-х
109
Дйнамйчёёкйё катушечные; изодинамические,
электростатические, пьезоэлектрические и не-
некоторые другие. По виду излучения звука
ГрЬмКоГоворители подразделяют на громко-
Говёрители непосредственного излучения (диф-
фузормые, куполообразные, ленточные) и ру-
рупорные. Различают громкоговорители по
потребляемой электрической мощности (мощ-
(мощные, маломощные), а также и по чувствитель-
чувствительности.
Следует отметить, что диффузорные гром-
громкоговорители без внешнего акустического
оформления (так называемые головки гром-
громкоговорителей) по причинам, излагаемым ни-
ниже, нуждаются во внешних оформлениях,
совместно с которыми, а Также с такими пас-
пассивными элементами, как трансформаторы,
разделительные фильтры, аттенюаторы, об-
образуют акустические излучающие системы.
Последние обычно и называют громкоговори-
громкоговорителями или акустическими системами. Для
озвучания и звукоусиления применяют груп-
групповые излучатели — звуковые колонки.
Поскольку телефоны предназначены для
работы непосредственно на объем слухового
канала и не являются излучающими система-
системами, то их характеристики несколько отлича-
отличаются от характеристик громкоговорителей.
Громкоговорители характеризуются зна-
значительно большим числом параметров.
ГОСТом 16122—84 (Громкоговорители, Мето-
Методы электроакустических измерений) уста-
установлены определения характеристик громко-
громкоговорителей и терминов, к ним относящихся,
наиболее употребительные из которых при^
ведены ниже.
Громкоговоритель — устройство для эф-
эффективного излучения звука в окружающее
пространство в воздушной среде, содержащее
одну или несколько головок, громкоговори-
громкоговорителей, необходимое акустическое оформле-
оформление, необходимые электрические устройства
(фильтры, трансформаторы, регуляторы и
т. п.).
Пассивный громкоговоритель — громкого-
громкоговоритель, не увеличивающий энергию электри-
электрического сигнала, поступающего на вход.
Головка громкоговорителя — пассивный
электроакустический преобразователь, пред-
предназначенный для преобразования сигналов
звуковой частоты из электрической формы в
акустическую.
Акустическое оформление — конструктив-
конструктивный, элемент громкоговорителя, обеспечи-
обеспечивающий эффективное излучение звука (акус-
(акустический экран, ящик, рупор и т. п.).
годах вместе с развитием проводного радио-
радиовещания. Однако они не отвечали возрастаю-
возрастающим требованиям к качеству звучания по
ширине полосы эффективно воспроизво-
воспроизводимых частот, нелинейным искажениям и
по свойственном таким громкоговорителям
тональной окраске звука и были сняты с
производства после Великой Отечественной
войны.
Однополосный громкоговоритель — гром-
громкоговоритель, все головки которого работа-
работают в одном и том же диапазоне частот.
Многополосный громкоговоритель — гром-
кбговоритель, головки которого работают в
двух или более разных диапазонах частот.
Абонентский громкоговоритель — гром-
громкоговоритель, предназначенный для воспро-
воспроизведения передач низкочастотного канала:
сети проводного вещания.
Рупорный громкоговоритель — громко-
громкоговоритель, акустическим оформлением ко-
которого является жесткий рупор.
Звуковая колонка -г- громкоговоритель с
отличающейся направленностью звукоизлуче-
ния в различных плоскостях, содержащий по
крайней мере одну линейную цепочку одно-
однотипных громкоговорителей или головок гром-
громкоговорителей и предназначенный для озву-
озвучения помещений и открытых пространств.
Акустическая система — громкоговори-
громкоговоритель, предназначенный для использования в
качестве компонента в бытовой радиоэлект-
радиоэлектронной аппаратуре.
Открытая акустическая система — акус-
акустическая система, в которой влияние упругос-
упругости воздуха в объеме акустического оформле-
оформления пренебрежимо мало, а излучения перед-
передней и тыльной сторон подвижной системы го-
головки громкоговорителя не изолированы друг
от друга в области низких частот.
Закрытая акустическая система — акус-
акустическая система, в которой упругость возду-
воздуха в объеме акустического оформления соиз-
соизмерима с упругостью подвижной системы го-
головки громкоговорителя, а излучения перед-
передней и тыльной сторон подвижной системы
изолированы друг от друга во всем диапазоне
частот.
Широкополосная головка громкоговорите-
громкоговорителя — головка, предназначенная для одно-
однополосного громкоговорителя.
Узкополосная головка громкоговорителя —
головка, предназначенная для многополосно-
многополосного громкоговорителя, которая может быть
низкочастотной, среднечастотной или высоко-
высокочастотной.
Рабочая плоскость — плоскость излучаю-
излучающих отверстий головок громкоговорителей.
Если рабочая плоскость не указана в норма-
нормативно-технической документации на данный
громкоговоритель, то для громкоговорителя^
содержащего несколько излучающих отвер-
отверстий, не лежащих в одной плоскости, за ра-
рабочую плоскость принимается та, на которой
расположены излучающие отверстия высоко-
высокочастотных головок многополосного гром-
громкоговорителя или большинство излучающих
отверстий однополосного громкоговорителя.
Рабочий центр — точка, лежащая на ра-
рабочей плоскости от которой производится
отсчет расстояния от громкоговорителя. Если
рабочий центр не указан в документации, то
за 'него следует принимать: геометрический
цент^р симметрии излучающего отверстия —
для громкоговорителя, имеющего одно излу-
излучающее отверстие; геометрический центр сим-
метрий излучающих отверстий или проекций
этих отверстий на рабочую плоскость —
для однополосного громкоговорителя; гео-
геометрический центр симметрии излучающих
отверстий высокочастотных головок громко-
громкоговорителей — для многополосного громко-
громкоговорителя.
Рабочая ось — прямая, проходящая через
рабочий центр громкоговорителя и перпенди-
перпендикулярная к рабочей плоскости.
Номинальное электрическое сопротивле-
сопротивление — заданное в нормативно-технической
документации активное сопротивление, кото-
которым замещают сопротивление громкоговори-
громкоговорителя при определении подводимой к нему
электрической мощности. Минимальное зна-
значение модуля полного электрического сопро-
сопротивления громкоговорителя в заданном диапа-
диапазоне частот не должно быть менее 0,8 RHOm-
, Номинальная мощность — заданная элек-
электрическая мощность, при которой нелинейные
искажения громкоговорителя не должны пре-
превышать требуемые.
Максимальная шумовая мощность — элек-
электрическая мощность специального шумового
сигнала в заданном диапазоне частот, кото-
которую громкоговоритель длительно выдержи-
выдерживает без тепловых и механических повреж-
повреждений. Максимальная шумовая мощность
должна быть не менее номинальной мощнос-
мощности.
Максимальная синусоидальная мощность —
электрическая мощность непрерывного си-
синусоидального сигнала в заданном диапа-
диапазоне частое которую громкоговоритель дли-
длительно выдерживает без тепловых и меха-
механических повреждений. Максимальная сину-
синусоидальная мощность должна быть не ме-
менее номинальной мощности. Для многополос-
многополосного громкоговорителя может быть указано
несколько максимальных синусоидальных
мощностей, дсаждая для своей полосы частот.
Максимальная кратковременная мощ-
мощность — электрическая мощность специаль-
специального шумового сигнала в заданном диапазоне
частот, которую громкоговоритель выдержи-
выдерживает без необратимых механических повреж-
повреждений в течение 1 с (испытания повторяют 60
раз с интервалом 1 мин). Максимальная крат-
кратковременная мощность должна быть не менее
максимальной шумовой мощности громкого-
громкоговорителя.
Максимальная долговременная мощность —
электрическая мощность специального шумо-
шумового сигнала в заданном диапазоне частот, ко-
которую громкоговоритель выдерживает без не-
необратимых механических повреждений в те-
течение 1 мин (испытания повторяют 10 раз с
интервалом в 2 мин). Максимальная долго-
долговременная мощность должна быть не менее
максимальной шумовой мощности громкого-
громкоговорителя .
Частота основного резонанса головки гром-
громкоговорителя — частота возбуждающего си-
синусоидального сигнала, при которой значение
модуля полного электрического сопротивле-
сопротивления головки громкоговорителя имеет свой
первый максимум (при возрастающей часто-
частоте. См. рис. 6.1). Частота основного резонанса
может быть указана и для громкоговорителя.
Добротность головки громкоговорителя —
отношение инерционной (упругой) составляю-
составляющей механического сопротивления подвижной
системы головки громкоговорителя на частоте
основного резонанса к активной составляющей
(мера затухания свободных колебаний по-
подвижной системы головки громкоговорителя).
Механическая добротность головки гром-
громкоговорителя — добротность, обусловленная
потерями в механических элементах подвиж-
подвижной системы головки громкоговорителя (доб-
(добротность при отсутствии тока в электрической
цепи головки громкоговорителя).
Электрическая добротность головки гром-
громкоговорителя — добротность, обусловленная
наличием тока противо-ЭДС в электрической
цепи головки громкоговорителя.
Полная добротность головки громкогово-
громкоговорителя — добротность головки громкого-
громкоговорителя, обусловленная суммарным влия-
влиянием механических потерь и тока противо-
ЭДС в электрической цепи головки.
Эквивалентный объем головки громкогово-
громкоговорителя — закрытый объем воздуха, имеющий
акустическую гибкость, равную гибкости по-
подвижной системы головки громкоговорителя.
Полярность головки громкоговорителя—оп-
громкоговорителя—определенная полярность электрического на-
напряжения на выводах головки громкоговори-
громкоговорителя, вызывающая движение подвижной сис-
системы головки в заданном направлении. По-
Полярность многополосного громкоговорителя
определяется по полярности низкочастотной
головки громкоговорителя.
Номинальный диапазон частот — диапа-
диапазон частот, в котором заданы электрические и
электроакустические характеристики гром-
громкоговорителя.
Частотная характеристика по звуковому
давлению — графическая или численная за-
зависимость от частоты уровня звукового дав-
давления, развиваемого громкоговорителем в оп-
определенной точке свободного поля, находя-
находящейся на определенном расстоянии от рабо-
рабочего центра, при постоянном значении напря-
напряжения на выводах громкоговорителя.
Среднее звуковое давление — среднеквад-
среднеквадратичное значение звукового давления, раз-
развиваемого громкоговорителем в заданных диа-
диапазоне частот и точке свободного поля при
подведении к нему напряжения, соответст-
соответствующего заданной электрической мощности.
Усреднение проводится по .значениям звуко-
звукового давления на частотах (в полосах частот),
распределенных равномерно в логарифмичес-
логарифмическом масштабе.
Характеристическая чувствительность —
среднее звуковое давление, развиваемое гром-
громкоговорителем в заданном диапазоне частот
на рабочей оси, приведенное к расстоянию
1 м от рабочего центра и проводимой элек-
электрической мощности 1 Вт.
Уровень характеристической чувствитель*
ности — 20-кратный десятичный логарифм
111
бтнОшеНия характеристической чувствитель-
чувствительности к чувствительности 2 • 10~6 Па • Вт''»
Среднее стандартное звуковое давление —
среднее звуковое давление, развиваемое гром-
громкоговорителем в заданном диапазоне частот
на рабочей оси, приведенное к расстоянию
1 м от рабочего центра и подводимой элек-
электрической мощности 0,1 Вт.
Характеристическая мощность — элек-
электрическая мощность, которую необходимо
подвести к громкоговорителю с тем, чтобы
обеспечить номинальное среднее звуковое
давление, равное 1 Па.
Неравномерность частотной характерис-
характеристики звукового давления — разность макси-
максимального и минимального значений уровней
звукового давления (отношение максималь-
максимального звукового давления к минимальному,
выраженное в децибелах) в заданном диапа-
диапазоне частот. Пики и провалы частотной ха-
характеристики уже 1/8 октавы не учитываются.
Типовая частотная характеристика —
графическая зависимость уровня звукового
давления от частоты с обозначенным полем
допускаемых отклонений и уровнем среднего
звукового давления в заданном диапазоне
частот, нанесенным в виде прямой горизон-
горизонтальной линии.
Диапазон воспроизводимых частот — диа-
диапазон частот, внутри которого частотная ха-
характеристика звукового давления, усреднен-
усредненная в l/З октавных полосах, не выходит за
пределы поля допусков.
Диаграмма направленности — графичес-
графическая зависимость в условиях свободного поля
уровня звукового давления для данных час-
частоты (полосы частот) и расстояния от рабочего
центра'громкоговорителя от угла между ра-
рабочей осью громкоговорителя и направлением
в точку измерения.
Коэффициент направленности — отно-
отношение звукового давления, измеренного под
заданным углом относительно рабочей оси,
к звуковому давлению на рабочей оси для
одной и той же частоты (полосы частот) и
при одном и том же расстоянии от рабочего
центра громкоговорителя.
Индекс направленности — 20-кратный де-
десятичный логарифм коэффициента направлен-
направленности .
Угол излучения — угол, в пределах кото-
которого коэффициент направленности не меньше
0,5.
Коэффициент осевой концентрации — от-
отношение квадрата значения звукового давле-
давления, измеренного, на данной частоте (полосе
частот) в условиях свободного поля на рабочей
оси на заданном расстоянии от рабочего цент-
центра громкоговорителя, к среднему по сфере,
в центре которой находится рабочий центр
громкоговорителя, квадрату значения звуко-
звукового давления, измеренному при тех же усло-
условиях и на том же расстоянии от рабочего цент-
центра.
Индекс осевой концентрации — 10-крат-
10-кратный десятичный логарифм коэффициента осе-
осевой концентрации.
Средняя акустическая мощность — среД-
нее арифметическое значение акустической
мощности, излучаемой громкоговорителем в
определенном диапазоне частот. Усреднение
проводится по значениям акустической мощ-
мощности на частотах (в полосах частот), распре-
распределенных равномерно в логарифмическом
масштабе. *
Приведенный коэффициент полезного дей-
действия — отношение акустической мощности,
излучаемой громкоговорителем на данной час-
частоте (полосе частот), к проводимой электри-
электрической мощности.
Коэффициент гармоник п-го порядка — от-
отношение, выраженное в процентах эффектив-
эффективного значения звукового давления сигнала,
содержащего частоту возбуждения и все ее
гармоники при возбуждении громкоговори-
громкоговорителя синусоидальным сигналом.
Суммарный коэффициент гармоник — ко-
корень квадратный из суммы квадратов коэф-
коэффициентов гармоник всех порядков.
Коэффициент интермодуляционных иска-
искажений п-го порядка — отношение, выраженное
в процентах, эффективного значения звуко-
звукового давления суммы спектральных компо-
компонент с частотами /2 ± (п — 1) /х к звуковому
давлению на частоте /2, где п — любое целое
число, кроме единицы; Д и /2"— частоты под-
подводимого к * громкоговорителю сигнала
Суммарный коэффициент интермодуля-
интермодуляционных искажений — корень квадратный из
суммы квадратов коэффициентов интермоду-
интермодуляционных искажений всех порядков.
Призвук — нелинейные искажения, возни-
возникающие при возбуждении громкоговорителя
синусоидальным сигналом. Субъективно (на
слух) воспринимается как тон (группа тонов),
звучащий одновременно с тоном частоты воз-
Суждения.
Дребезжание — нелинейные искажения,
возникающие при возбуждении синусоидаль-
синусоидальным сигналом громкоговорителя, имеющего
механические дефекты. Субъективно (на слух)
воспринимается как неприятный звук, не
имеющий выраженной тональной окраски.
Может показаться, что в стандарте гром-
громкоговоритель характеризуется излишне боль-
большим числом параметров, однако это не так.
Ведь стандарт рассчитан не только на потре-
потребителей, но и на разработчиков головок гром-
громкоговорителей и акустических систем. Ряд па-
параметров всей выпускаемой продукции конт-
контролируют в процессе производства, а ряд па-
параметров, проверка которых связана с боль-
большой затратой времени, превышающей время
выпуска одного изделия, контролируют выбо-
выборочно из партий изделий, выпущенных раз-
разными сменами. Среди перечисленных имеются
параметры, которые контролируются в основ-
основном на стадии разработки головок громкого-
громкоговорителей. Параметры, которые принято счи-
считать важнейшими для потребителя, должны
приводиться в паспорте на головку громкого-
громкоговорителя или акустическую систему. Поясним
кратко значение некоторых параметров,
112
Номинальное электрическое сопротивле-
сопротивление, максимальная шумовая мощность и уро-
уровень характеристической чувствительности
определяют тип усилителя звуковых частот,
с которым может работать данная головка
громкоговорителя .или акустическая система;
частота основного резонанса, наряду со зна-
значением полной добротности *головки громко-
громкоговорителя, определяет низшую эффективно
воспроизводимую частоту; эквивалентный объ-
объем головки громкоговорителя определяет объ-
объем акустического оформления, т. е. геометри-
геометрические размеры корпуса громкоговорителя,
что во всех случаях является важным потре-
потребительским параметром; электрическую эконо-
экономичность громкоговорителя определяет зна-
значение характеристической мощности, кото-
которая обратно пропорционально связана с
уровнем характеристической чувствитель-
чувствительности. Понижение чувствительности на 3 дБ
влечет удвоение характеристической мощнос-
мощности, т. е. и мощности усилителя от которого
работает громкоговоритель.
Важнейшим параметром громкоговорителя
является его частотная характеристика по
звуковому давлению и ее неравномерность.
Чем меньше неравномерность частотной харак-
характеристики, тем выше качество звучания гром-
громкоговорителя при равных прочих параметрах.
Применительно к головкам громкоговорителей
рекомендация стандарта о неучете пиков и
провалов уже 1/8 октавы не является про-
прогрессивной, поскольку наличие на частотной
характеристике головки громкоговорителя
пиков и провалов свидетельствует о недоб-
недоброкачественном выполнении диффузора, о на-
наличии в нем стоячих волн, т.е. о недоработке
головки громкоговорителя. Стандарт должен
быть всегда прогрессивным и призван спо-
способствовать повышению качества продукции.
Аналогичное замечание можно сделать и к
формулировке эффективно воспроизводимого
диапазона частот, в которой, по существу, за-
заложена допустимость неравномерности частот-
частотной характеристики 10 дБ. Что касается не-
нелинейных и интермодуляционных искажений,
то они должны быть не выше указанных в
специальных стандартах, а такие параметры,
как призвук или дребезжание, отсутствуют во-
вообще у громкоговорителей, прошедших ОТ К,
их наличие свидетельствует о неисправности
громкоговорителя.
6.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕЛЕФОНОВ
И ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И КОЭФФИЦИЕНТ
ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
Для электромагнитного способа преобра-
преобразования коэффициент электромеханической
связи К = B0Q(o/6, где В^ — постоянная ин-
индукция в зазоре между полюсными наконеч-
наконечниками B) и якорем / (диафрагмой); б —
толшина этого зазора; Q — его сечение; <й —
число витков катушки, надетой на магнито-
провод (см. рис. 5.6 б, § 4.4 и 5.3). Частотная
характеристика чувствительности1 электро-
электромагнитного громкоговорителя, под которой
понимают отношение развиваемого им на рас-
расстоянии 1 м по его оси звукового давления к
подводимому к нему напряжению, может быть
выражена как
U У8"я
Здесь р — плотность воздуха; S — пло-
площадь диффузора; Z3 — электрическое сопро-
сопротивление громкоговорителя; zM — механичес-
механическое сопротивление его подвижной системы
(якорь с диффузором). Приведенное выра-
выражение справедливо только для поршневого
диапазона, верхняя граница которого /гр =
— c/~\/2nS. Предполагается далее, что гром-
громкоговоритель колеблется в бесконечной сте-
стене и излучение его ненаправленно.
Если нижней граничной частотой, воспро-
воспроизводимой этим громкоговорителем, считать
его резонансную частоту, то zM = (am, где
т—масса подвижной системы. Электричес-
Электрическое сопротивление этого громкоговорителя
имеет индуктивный характер, откуда Z3 «
« (oL, где L — индуктивность громкоговори-
громкоговорителя. При сделанных допущениях
р/С
V8 я
Как видно, даже в пределах поршневого
диапазона чувствительность падает с частотой.
Эта тенденция в известной степени компен-
компенсируется тем, что с, повышением частоты на-
направленность обостряется и, таким образом,
излучение концентрируется на оси. Чувст-
Чувствительность громкоговорителя еще больше
падает ниже частоты резонанса механической
системы из-за того, что механическое сопро-
сопротивление, имея упругий характер, увеличи-
увеличивается с понижением частоты, а выше порш-
поршневого диапазона из-за того, что при повыше-
повышении частоты диффузор перестает колебаться
как целое. Кроме того, электромагнитной сис-
системе свойственны большие, в том числе специ-
специфические для нее, нелинейные искажения по
второй гармонике, обусловленные тем, что
сила притяжения якоря (диафрагмы) пропор-
пропорциональна не индукции, а ее квадрату. С этим
борются наложением постоянного потока на
1 Для электромагнитного (и электростати-
электростатического) громкоговорителя нельзя пользо-
пользоваться понятием характеристической чувст-
чувствительности, поскольку при постоянном под-
подводимом напряжении мощность меняется с
частотой из-за того, что сопротивление,
громкоговорителя реактивно.
113
переменный магнитный и применением диф-
дифференциальной конструкции.
Неблагоприятен и тот факт, что электри-
электрическое сопротивление громкоговорителя силь-
сильно зависит от частоты (Za = coL).
Таким образом, качественные показатели
электромагнитного громкоговорителя неудов-
неудовлетворительны. Этим объясняется то, что
громкоговорители данного вида в настоящее
время повсеместно вышли из употребления.
Электромагнитные же телефоны остались до-
довольно широко распространенными из-за своей
простотыл прочности. Частотные искажения в
них меньше, чем в громкоговорителях, так
как диафрагма колеблется как поршень. А
так как их применяют только для передачи
речи, то и требования к ним менее жесткие,
чем для передачи художественных программ.
В диапазоне низких частот, где параметры
механической системы телефона, а также пара-*
метры механического сопротивления, которое
ухо оказывает приложенному к нему телефо-
телефону, можно считать сосредоточенными, чувст-
чувствительность последнего выражается в виде
фузор которого колеблется в бесконечной сте-
стене, могут быть выражены соответственно:
К
j(ocB
где, помимо введенных выше обозначений,
1Ъ — электрическое сопротивление телефона,
zT — механическое сопротивление его подвиж-
подвижной системы; св — гибкость воздуха в объеме
под диафрагмой с площадью S телефона, при-
приложенного к уху.
Как видно, чувствительность телефона бу-
будет частотно-независимой, если его механиче-
механическое сопротивление чисто упругое, а электри-
электрическое — активное. Если первое достижимо
путем расположения резонанса диафрагмы вы-
выше воспроизводимого диапазона, то второе
условие обеспечить нельзя, поскольку элек-
электрическое сопротивление телефона индуктив-
индуктивно. Таким образом, чувствительность телефона
по напряжению частотно-зависима, а по отда-
отдаче мало зависит от частоты, если внутреннее
сопротивление выходного каскада усилителя
или линии активное и равно модулю сопротив-
сопротивления телефона на частоте 1000 Гц.
Подавляющее число типов громкоговори-
громкоговорителей и многие, типы телефонов построены на
основе использования магнитоэлектрического
принципа преобразования, получившего в
электроакустике наименование электродина-
электродинамического.
Исходя из формулы для электродинамичес-
электродинамической системы коэффициент электромеханичес-
электромеханической связи К = В1, где В — индукция по-
постоянного потока в воздушном зазоре / маг-
магнитной цепи; / — длина проводника катушки
3 (см. рис. 5.6, в, § 4.4 и 5.3).
Коэффициент полезного действия х\ и стан-
стандартное звуковое давление рст (давление на
расстоянии 1 м от громкоговорителя по на-
направлению его рабочей оси при подведении
мощности 0,1 Вт) для громкоговорителя, диф-
2ncRm*
т»
кр
2лт
2ят
Рэ
Здесь помимо введенных выше обозначений,
R — электрическое активное сопротивление
громкоговорителя; m — масса подвижной сис-
системы громкоговорителя; V — объем проводни-
проводника звуковой катушки; рэ — удельное элек-
электрическое сопротивление проводника звуко-
звуковой катушки.
Эти выражения справедливы в диапазоне
частот, нижняя граница которого — резонанс-
резонансная частота, а верхняя — нижняя граница
поршневого диапазона, равная, как уже упо-
упоминалось, /гр = c/~[/2jiS. Ниже резонанс-
резонансной частоты звуковое давление и КПД очень
сильно убывают. Выше /гр диффузор переста-
перестает колебаться как целое и части его колеблют-
колеблются с разными фазой и амплитудой. Поэтому
звуковое давление от него то увеличивается на
тех/частотах, где вся лли большая часть по-
поверхности диффузора и подвеса колеблется
синфазно, то уменьшается, когда части поверх-
поверхности диффузора и подвеса колеблются проти-
вофазно.
Рассмотрим особенности работы диффузо-
диффузора широкополосной головки громкоговори-
громкоговорителя на различных частотах. В области низких
частот скорость изменения фазы сигнала в зву-
звуковой катушке меньше скорости распростра-
распространения механического возбуждения в материя ¦
ле диффузора и последний ведет себя как еди-
единое целое, т. е. колеблется как поршень. На
этих частотах частотная характеристика гром-
громкоговорителя имеет гладкую форму, что сви-
свидетельствует об отсутствии парциального воз-
возбуждения отдельных участков диффузора.
Обычно разработчики головок громкого-
громкоговорителей стремятся расширить область порш-
поршневого действия диффузора в сторону высо-
высоких частот путем придания специальной фор-
формы образующей конуса. Для правильно
сконструированного целлюлозного диффузо-
диффузора область поршневого действия может быть
приблизительно определена как длина волны
звука, равная длине окружности диффузора в
основании конуса. На средних частотах ско-
скорость изменения фазы сигнала в звуковой ка-
катушке превышает скорость распространения
механического возбуждения в материале
диффузора и в нем возникают волны изгиба,
диффузор уже не колеблется как единое це-
целое. На этих частотах показатель затухания
механических колебаний в материале диффу-
диффузора еще недостаточно велик и колебания,
достигая диффузородержателя, отражаются
от него и распространяются по диффузору
обратно в сторону звуковой катушки.
В результате взаимодействия, прямых и
отраженных колебаний в диффузоре возни-
114
кает картина стоячих волн, образуются участ-
участки с интенсивным противофазным излучением.
При этот на частотной характеристике на-
наблюдаются резкие нерегулярности (пики и
провалы), размах которых может достигать
у неоптимально сконструированного диффузо-
диффузора десятка децибел.
На высоких частотах показатель затухания
механических колебаний в метериале диффу-
диффузора возрастает и стоячие волны не образуют-
образуются. Вследствие ослабления интенсивности
механических колебаний, излучение высоких
частот происходит преимущественно областью
диффузора, прилегающей к звуковой катуш-
катушке. Поэтому для увеличения воспроизведения
высоких частот применяют рупорки, скреп-
скрепленные с подвижной системой головки гром-
громкоговорителя. Для уменьшения неравномер-
неравномерности частотной характеристики в массу для
изготовления диффузоров головок Громко-
Громкоговорителей вводят различные демпфирующие
(увеличивающие затухание механических ко-
колебаний) присадки. Что касается нелинейных
искажений, то основными причинами их яв-
являются: во-первых, нелинейная зависимость
деформации (сжатия и растяжения) подвеса
диффузора и центрирующей шайбы от при-
приложенной силы; во-вторых, неоднородность
магнитного поля в воздушном зазоре, так
как магнитная индукция больше в середине
зазора и меньше у краев. А это, в свою оче-
очередь, приводит к тому, что при одной и той же
величине тока в звуковой катушке сила, дей-
действующая на нее, различна в зависимости от
того, вся ли катушка или часть ее находится
внутри зазора. В первом случае витки ка-
катушки пронизываются полным магнитным по-
потоком зазора, во-втором — лишь частью его.
Таковы причины нелинейных искажений гром-
громкоговорителей в области низких частот, об-
области основного резонанса подвижной сис-
системы, где они достигают своего максимума
вследствие максимальных амплитуд колебаний
диффузора. На средних и высоких частотах
искажения обусловлены другими причинами,
поскольку амплитуда колебаний диффузора
здесь ничтожна и измеряется десятыми до-
долями миллиметра.
- Одной из причин нелинейных искажений
является нелинейное взаимодействие тока
звуковой катушки с металлическими деталя-
деталями магнитопровода — керном и верхним флаи-
цем (см. рис. 6.15, а). В этих деталях, распо-
расположенных вблизи звуковой катушки, возни-
возникают токи Фуко, которые, в свою очередь, на-
наводят ЭДС в звуковой катушке. Из-за свойства
металла деталей магнитопровода это взаимо-
взаимодействие имеет нелинейный характер. Мето-
Методы борьбы с токами Фуко известны и могу г,
например, заключаться в уменьшении элек-
электрической проводимости частей деталей маг-
магнитопровода, прилегающих к звуковой ка-
катушке. Два других вида искажений, которые,
строго говоря, нельзя называть нелинейными,
связаны со свойствами материала диффузора.
При существующей методике измерения не*
линейных искажений, когда подавляется из-
излучаемый громкоговорителем основной тон
и регистрируются все остальные тоны, такие
искажения квалифицируются как нелинейные.
Искажения первого типа являются следствием .
возбуждения в материале диффузора так на-
зываемого структурного, призвука, имеющего
более или менее равномерный спектр. Такие
искажения наиболее значительны в недоста-
недостаточно демпфированном диффузоре и возника-
возникают как отклик на механическое возбуждение,
источником которого является звуковая ка-
катушка. Этот вид искажений придает звучанию
громкоговорителя характерную тональную
окраску, свойственную громкоговорителю дан-
данного типа. Искажения второго типа зависят
от интенсивности стоячих волн, возникающих
в диффузоре, причина появления которых рас-
рассмотрена выше. Интенсивные стоячие волны
приводят к образованию участков диффузора,
способных излучать звук на собственных час-
частотах. Излучения участков диффузора также
квалифицируются как нелинейные искажения,
и они могут в несколько раз превышать пер-
первый тип искажений. Отсюда становится оче-
очевидным путь борьбы с такими искажения-
искажениями, заключающийся в снижении интенсив-
интенсивности отраженной от диффузородержателя
составляющей механических колебаний и обес-
обеспечения режима бегущей волны в диффузоре.
Диффузоры высококачественных головок гром-
громкоговорителей обычно выполняют с подкле-
подклеенным верхним подвесом и воротником, из-
изготовляемыми отдельно из метариала с боль-
большим показателем затухания механических ко-
колебаний. Такие головки имеют более высокую
стоимость и менее технологичны в производ-
производстве по сравнению с массовыми головками
громкоговорителей, диффузор которых изго-
изготовляют вместе с верхним подвесом и ворот-
воротником. Другой недостаток головок с подкле-
подклеенным верхним подвесом — более низкая их
чувствительность, обусловленная меньшей ра-
радиальной жесткостью подклеенного подвеса
и возникающей опасностью затирания звуко-
звуковой катушки в зазоре. Эта опасность вынуж-
вынуждает разработчиков применять более широкий
воздушный зазор с соответствующим сни-
снижением индукции магнитного поля. Причиной
затирания звуковой катушки является спи-
спиралевидная форма намотки ее витков и свя-
связанная с ней тангенциальная составляющая
силы Лоренца. У низкочастотных головок
громкоговорителей применение особо гибкого
верхнего подвеса позволяет, помимо ослаб-
ослабления отраженных от диффузородержателя
механических колебаний, получать более
низкую резонансную частоту. Для массовых
широкополосных и среднечастотных головок
громкоговорителей снижение интенсивности
отраженных от диффузородержателя состав-
составляющих и обеспечение режима бегущей волны
могут быть достигнуты нанесением вибропогло-
щающей незасыхающей мас"тики на часть верх-
верхнего подвеса, не входящую в динамическую
массу диффузора. Действие нанесенного слоя
мастики, как и подклеенного подвеса, заклю-
заключается в том, что пропитанный мастикой учас-
115
ток верхнего подвеса значительно изменяет
свои свойства, в результате чего резко воз-
возрастают потерн для распространяющихся в
направлении диффузородержателя механи-
механических колебаний. Нанесение вибропогло-
щающей мастики позволяет значительно
уменьшать неравномерность частотной ха-
характеристики в области средних частот и по-
понижать искажения головок громкоговори-
громкоговорителей.
Для повышения эффективности громко-
громкоговорителей вместо катушек из медного про-
провода делают их из алюминиевого,1 что позво-
позволяет уменьшать массу подвижной системы —
такие легкие катушки применяют преимущест-
преимущественно для малогабаритных широкополосных,
а также для среднечастотных и высокочастот-
высокочастотных головок громкоговорителей. С целью даль-
дальнейшего повышения КПД применяют также
намотку звуковых катушек проводом не круг-
круглого, а прямоугольного сечения. Увеличение
эффективности обусловлено увеличением объ-
объема проводника в зазоре магнитной системы.
Наиболее эффективным способом расшире-
расширения диапазона воспроизводимых частот явля-
является разделение его на части с тем, чтобы
каждая из этих частей воспроизводилась от-
отдельной головкой громкоговорителя, боль-
большей по размерам для низкочастотной облас-
области и меньшей для высокочастотной. Подклю-
Подключают эти головки через так называемые раз-
разделительные фильтры, обеспечивающие попа-
попадание на данную головку напряжения только
тех частот, для воспроизведения которых она
предназначена. Выбор частот раздела, а так-
также крутизны разделительного фильтра су-
существенно влияют на качество звучания гром-
громкоговорителя. Поэтому при конструировании
акустических систем субъективная оценка ка-
качества звучания является основным критери-
критерием передачи их в производство. Качество зву-
звучания акустической системы [6.7] должно быть
не хуже образца по качеству звучания, ут-
утвержденного в установленном порядке, для
каждой группы сложности. Качество звуча-
звучания проверяется по ТУ.
Телефоны, построенные на электродина-
электродинамическом способе преобразования, распро-
распространены меньше электромагнитных. Их основ-
основное назначение — прослушивание стереофо-
стереофонических передач и контроль при киносъемках
и звукозаписи. По конструкции они разделя-
разделяются на диффузорные и капсюльные. В первых
основой конструкции является небольшой
диффузорный громкоговоритель, заключен-
заключенный в корпус; во-вторых — небольшая маг-
магнитная система с подвижной катушкой и купо-
куполообразной диафрагмой.
Качество звучания капсюльных телефонов
выше, чем диффузорных, и их удается изго-
изготовлять очень миниатюрными (при сохране-
сохранении высокого качества звучания). В качестве
примера можно привести основные пара-
параметры микроминиатюрных телефонов типа
ТДС-22. При диаметре корпуса 15 мм и массе
постоянного магнита всего 0,25 г эти телефоны
обеспечивают воспроизведение полосы частот
20 Гц ... 22 кГц и чувствительность на часто-
частоте 500 Гц—94 дБ.
Как следует из выражения для чувстви-
чувствительности телефона, приведенного выше, для
получения равномерной частотной характе-
характеристики электродинамического телефона ме-
механическое сопротивление его подвижной
системы также должно быть упругим, по-
поскольку электрическое сопротивление актив-
активное. Качественные показатели электродина-
электродинамических телефонов значительно лучше, чем
у электромагнитных. Они дают более равно-
равномерную частотную характеристику и мень-
меньшие нелинейные искажения.
Из-за незначительного сопротивления
излучения диффузбра (вследствие малости его
размеров по сравнению с длиной излучае-
излучаемой волны) КПД диффузорного громкоговори-
громкоговорителя невелик. Применение рупора, сопротив-
сопротивления излучения которого значительно боль-
больше, позволяет существенно увеличить КПД.
Коэффициент полезного действия рупор-
рупорного громкоговорителя с акустической ка-
камерой
4=1
р8
В* V pc(S*D/S0)
где SD — поверхность диафрагмы; 50 — вход-
входное отверстие рупора. Однако эта формула
справедлива для диапазона частот, более уз-
узкого по сравнению с диапазоном диффузорно-
диффузорного громкоговорителя. Дело в том, что резо-
резонансная частота подвижной системы у ру-
рупорного громкоговорителя существенно выше,
так как для стабильности его работы прихо-
приходится делать подвес более жестким. На высо-
высоких частотах начинают заметно влиять гиб-
гибкость воздуха в акустической камере, как бы
шунтирующая сопротивление излучения, и ин-
интерференция колебаний от различных частей
диафрагмы, достигающих горла рупора с раз-
разными фазами вследствие различной длины
пути их прохождения. Правда, с этим борют-
борются, вставляя в камеру так называемый проти-
воннтерференционный вкладыш, в значитель-
значительной степени выравнивающий эти пути.
Из-за перечисленных причин воспроизво-
воспроизводимый рупорным громкоговорителем частрт-
ный диапазон довольно узок. Но и внутри его
частотная характеристика неравномерна.
Существенный недостаток рупорного гром-
громкоговорителя в том, что его характеристика
направленности сильно зависит от частоты.
Являясь тупой на низких частотах, она обост-
обостряется к высоким. Поэтому в любом направле-
направлении, отличном от осевого, наблюдается допол-
дополнительный спад высоких частот, что отрица-
отрицательно сказывается, например, на артикуля-
артикуляции при воспроизведении речи.
Что касается нелинейных искажений, то
ко всем причинам указанным для диффузор-
диффузорных громкоговорителей, прибавляются еще
специфические для рупорных. Они заключа-
заключаются в том, что поскольку в акустической
камере имеет место очень большое звуковое
давление, то тут начинает сказываться не-
16
линейность самого воздуха, находящегося в
ней. А это проявляется в виде дополнитель-
дополнительных искажений.
Таким образом, рупорный громкоговори-
громкоговоритель обладает рядом существенных недостат-
недостатков. Достоинство же его — сравнительно
большой КПД, что делает целесообразным его
применение там, где необходимы высокий уро-
уровень громкости воспроизведения или работа
на большие расстояния.
Характерной и имеющей важное значение
для работы электродинамических громко-
громкоговорителей и телефонов является частотная
зависимость их электрического сопротивле-
сопротивления (рис. 6.1). На низких частотах, это, по
существу, активное сопротивление катушки.
На частоте резонанса подвижной системы
сопротивление громкоговорителя (/„ на
рис. 6.1) или телефона сильно возрастает вви-
ввиду увеличения вносимого сопротивления Вг х
X /2/zM (механическое сопротивление силь-
сильно уменьшается). Далее оно падает из-за того,
что наступает электромеханический резонанс
индуктивного сопротивления катушки с ем-
емкостным сопротивлением вносимого сопротив-
сопротивления
В2 /2/j(om
и, наконец, к высоким частотам доминирую-
доминирующим становится упомянутое уже индуктивное
сопротивление катушки.
Следует назвать еще один принцип пре-
преобразования, используемый в конструкциях
телефонов и громкоговорителей, — электро-
электростатический (рис. 6.2). Принцип действия их
в дифференциальном варианте заключается в
том, что между двумя перфорированными плас-
пластинами 2, являющимися неподвижными элек-
электродами, располагается подвижный электрод
/ обычно в виде металлизированной пленки.
На подвижный электрод подаются переменное
напряжение от источника токов звуковой час-
частоты и постоянное напряжение, в несколько
раз большее переменного, что необходимо как
для повышения чувствительности (см. ниже
формулу для нее), так и для уменьшения спе-
специфических для электростатического способа
преобразования нелинейных искажений по
второй гармонике. В зависимости от мгновент
ной полярности по переменному напряжению
подвижный электрод притягивается то к од-
одному, то к другому неподвижному электроду.
Получаемые таким образом колебания через
перфорации неподвижных электродов возбуж-
возбуждают окружающую воздушную среду.
Электростатический способ преобразова-
преобразования применяют также и в телефонах. Элект-
Электростатические громкоговорители большей час-
тыд выполняют как системы, непосредственно
излучающие в среду. Значительно реже приме-
применяются электростатические рупорные гром-
громкоговорители.
Применение электростатических телефонов
ограничиваются4 сложностью их конструкции
и высокой ценой.
Для электростатических преобразований
коэффициент электромеханической связи
где Uo — напряжение поляризации; d — ши-
ширина зазора между подвижными и неподвиж-
неподвижными электродами.
Чувствительность громкоговорителя, если
он работает в режиме постоянного напряже-
напряжения:
Р иос f~s7T
Uo гы<1 у 2я
Здесь zM — механическое сопротивление по-
подвижной системы (подвижного электрода);
5 — ее поверхность; С — электрическая ем-
емкость громкоговорителя; рс — удельное со-
сопротивление среды (воздуха); га — удельное
>(на единицу поверхности) сопротивление из-
излучения подвижного электрода.
Из приведенного выражения видно, что
звуковое давление может быть частотно-не-
частотно-независимым, если:
а) сопротивление излучения и механическое
сопротивление подвижного электрода также
частотнонезависимы, что имеет место при гео-
геометрических размерах подвижного электрода,
больших по сравнению^ длиной волны излу-
излучаемого звука на низшей частоте воспроизво-
воспроизводимого диапазона, а механическое,сопротивле-
механическое,сопротивление в основном активно;
б) геометрические размеры подвижного
электрода малы по сравнению с длиной вол-
волны излучаемого звука на высшей частоте вос-
воспроизводимого диапазона, а механическое со-
сопротивление инерционно, т. е. пропорциональ-
пропорционально частоте, что имеет место при расположении
резонансной частоты ниже воспроизводимого
диапазона. Однако построенный таким об-
образом громкоговоритель будет иметь низкую
чувствительность из-за малой поверхности
подвижного электрода при малых размерах
последнего. Для излучения достаточной акус-
акустической мощности необходимо, чтобы ампли-
амплитуда колебаний подвижного электрода, особен-
особенно на низких частотах, была достаточно
большой. Но для этого необходимо, чтобы был
достаточно велик и зазор между подвижным и
Рис. 6.1. Зависимость модуля электрического
сопротивления громкоговорителя от частоты
fo — резонансная частота, fm — частота электроме-
электромеханического резонанса, R — сопротивление постоян-
постоянному току, Rn — сопротивление иа частоте fm,
R+R' — вносимое активное сопротивление
117
неподвижным электродами. Отсюда следует,
что электростатический громкоговоритель ма-
малых размеров годится только для воспроизве-
воспроизведения высоких частот. Для перекрытия ши-
широкого диапазона частот целесообразно при-
применять многополосные громкоговорители, т. е.
совокупность громкоговорителей, каждый из
которых воспроизводит только часть диапазо-
диапазона частот, в границах которой удовлетворя-
удовлетворяется условие б). Поэтому для воспроизведения
низких частот и всего диапазона в целом
электростатические громкоговорители должны
иметь большие площади, хотя толщина конст-
конструкции может быть сравнительно небольшой.
Что касается электростатических телефо-
телефонов, то из выражений для чувствительности
телефона и для коэффициента электромехани-
электромеханической связи следует, что
Р
¦^ ¦¦
U
иа
(о2 dcv Z9\zr+
а это при Za = 1/jcoC приводит к тому, что
чувствительность телефона будет частотно-не-
частотно-независимой только при условии, что механи-
механическое сопротивление телефона будет упругим,
т. е. если раезонансная частота телефона вы-
выше воспроизводимого диапазона частот.
Преимущества электростатических гром-
громкоговорителей и телефонов в том, что они
возбуждаются по всей поверхности подвижно-
подвижного электрода, благодаря чему все его точки
колеблются синфазно, т. е. поршнеобразно, и
он излучает всей поверхностью, что особен-
особенно важно при излучении высоких частот. По-
Поэтому частотная характеристика электроста-
электростатических громкоговорителей и телефона —
весьма протяженна в сторону высоких частот
по сравнению с характеристиками громкого-
громкоговорителей и телефонов, построенных на дру-
других видах преобразования. Недостатками
электростатических громкоговорителей и те-
телефонов являются прежде всего, как уже упо-
упоминалось, специфические для них виды не-
нелинейных искажений по второй гармонике,
возникающие из-за того, что сила электроста-
электростатического притяжения пропорциональна не
приложенному к электродам напряжению, а
его квадрату. Эти искажения могут быть силь-
сильно уменьшены путем применения напряжения
поляризации и так называемой дифференци-
дифференциальной конструкции (см. рис. 6.2, а). Но по-
последняя дает необходимый эффект только при
высокой' степени симметрии расположения
подвижного электрода между неподвижными.
Само собой разумеется, что должна соблю-
соблюдаться и электрическая симметрия, т. е. ра-
равенство подаваемых в оба неподвижных элек-
электрода напряжений.
Не всегда удобно и то, что электростатичес-
электростатический громкоговоритель для воспроизведения
широкого частотного диапазона должен иметь
большую излучающую поверхность. Это, кро-
кроме конструктивных неудобств, приводит к
тому, что характеристика, направленности та-
такого громкоговорителя зависит от частоты,
сильно обстряясь с ее повышением. Правда,
с этим борются, составляя громкоговори-
громкоговоритель из отдельных сравнительно узких пане-
панелей, располагаемых в горизонтальной плос-
плоскости (например, по дуге окружности).
Существенный недостаток электростатичес-
электростатических громкоговорителей и телефонов также в
том, что они являются для питающих их уси-
усилителей емкостной нагрузкой, сопротивление
которой падает с частотой.
Довольно неудобна также во многих слу-
случаях необходимость в дополнительном источ-
источнике постоянного напряжения. Все это услож-
усложняет построение усилителя и требует приме-
применения специальных схем. Пример такой схемы
питания электростатического громкоговори-
громкоговорителя напряжениями поляризации и звуковой
частоты представлен на рис. 6.2, б.
O-t- —
Рис. 6.2. Электростатический громкоговоритель:
а — конструкция: / — диафрагма М, 2 — неподвижные! электроды Э, Ео— источник поляризующе-
поляризующего напряжения, h0 — расстояние между диафрагмой М н неподвижным электродом Э; б — при-
пример схемы устройства его питания и поляризации: Ci=C2.. .=С,2-33 пФ, СK—100 мкф, Л| = 1 мОм,
/?2»470 кОм, /?з-Ю мОм. Диоды: VD|—VD2
118
Еще одним Недостатком электростатичес-
электростатических громкоговорителей и телефонов является
сравнительно низкая чувствительность, обу-
обусловленная ограниченной электрической проч-
прочностью воздуха, ие позволяющей повышать
действующие между электродами напряжеиия
сигнала и поляризующее. Вместе с тем элек-
электростатические громкоговорители и телефоны
обеспечивают очень высокое качество зву-
звучания, лишенное какой-либо окраски. Это
обусловлено чрезвычайно малыми переход-
переходными искажениями легкой диафрагмы. У нас
в стране выпускают широкополосную элек-
электростатическую акустическую систему
25АСЭ—101, основные технические характе-
характеристики которой приведены в табл. 6.9.
Появившиеся в последние годы электрет-
ные громкоговорители и телефоны имеют то
преимущество перед электростатическими,
что у них отпадает необходимость в источнике
поляризующего напряжения, поскольку элек-
электроды несут на себе постоянный и довольно
стабильный во времени электрический заряд.
Одним из других способов преобразования,
используемых в громкоговорителях и телефо-
телефонах, является также пьезоэлектрический, став-
ставший перспективным благодаря появлению
эффективных пьезоэлектрических пленок.
Тут, естественно, не требуется напряжения
поляризации. В остальном и электретные, и
пьезоэлектрические громкоговорители обла-
обладают в принципе теми же свойствами, что и
эле ктр остатичес кие.
Приведенные выше выражения для чувст-
чувствительности и КПД громкоговорителей и те-
телефонов позволяют установить требования к
их подвижным системам, необходимые для по-
получения равномерных частотных характерис-
характеристик. Подвижные системы электромагнитных,
электродинамических и малых емкостных
(электростатических, электретиых и пьезо-
пьезоэлектрических) громкоговорителей должны
управляться массой, т. е. их резонансные
частоты должны находиться ниже воспроиз-
воспроизводимого диапазона частот. У больших ем-
емкостных громкоговорителей подвижные сис-
системы должны иметь частотно-независимое ме-
механическое сопротивление, т. е. желательно
активное. Подвижные системы телефонов всех
видов преобразования должны управляться
упругостью, т. е. их резонансные частоты
должны лежать выше воспроизводимого диа-
диапазона частот.
НАПРАВЛЕННОСТЬ
Направленность отдельных диффузных го-
головок громкоговорителей не является явно вы-
выраженной ввиду малости поверхности излу-
излучения, хотя она и становится заметной в об-
области высоких частот. Однако направленность
начинает играть существенную роль, когда
применяют системы, состоящие из совокуп-
совокупности громкоговорителей. К таким системам
относятся, например, звуковые колонки, в
которых несколько головок громкоговори-
громкоговорителей располагается в виде одного или не-
нескольких параллельных рядов. Устроенные
/?е = sin | —-— sin 6 j / n sin /-
таким образом звуковые колонки мало направ-
направлены в горизонтальной плоскости и сильно
направлены в вертикальной. Эти свойства
звуковых колонок полезны при их применении
в системах звукоусиления и озвучения.
Направленность колонки в вертикальной
плоскости может быть приближенно вычисле-
вычислена по формуле
- sin 6) / п sin f —— sin6),
где d — расстояние между центрами двух со-
соседних громкоговорителей; п — число их в
вертикальном ряду; / — вертикальная длина
колонки (предполагается малой по сравнению
с длиной волны излучаемого звука к >> /);
6 — угол между нормалью к плоскости, в
которой лежат диффузоры головок громкого-
громкоговорителей, восстановленной в центре этой
плоскости, и прямой, проведенной в верти-
вертикальной плоскости в точку наблюдения из
этого же центра. Эта формула справедлива
только для направленности в вертикальной
плоскости.
Пространственная же характеристика опре-
определяется формулой
nl
X
nb
X
cos 6 sin6
X
sin (~T~~ sin у sin 81
_
—— sin Ysin9
где у — угол между вертикальной плоскостью,
проходящей через центр плоскости, в которой
лежат диффузоры головок громкоговорителей,
и перпендикулярной ей прямой, проведенной
в точку наблюдения и лежащей в горизон-
горизонтальной плоскости; Ь — ширина колонки в
горизонтальной плоскости.
Приведенные формулы имеют ограничения,
обусловленные тем, что на низких частотах они
не учитывают взаимодействия головок гром-
громкоговорителей, а также эффекта дифракции
из-за того, что головки колонки расположены
ие в бесконечной стене, а в корпусе конечных
размеров. На высоких частотах расстояние
d начинает становиться сравнимым с длиной
волны и даже большим ее. Следует учесть,
что на частотах, где d > ЗХ/4, характеристика
направленности становится многолепестковой.
Однако приближенно эти формулы и по-
построенный на основе первой из них рис. 6.3
дают представление о направленности колон-
колонки.
Пример. Пусть требуется найти звуковое
Давление, развиваемое звуковой колонкой
длиной / = 1 м под углом 15° на частоте
690 Гц (в долях осевого давления). Длина
волны, соответствующая частоте 690 Гц, при-
приблизительно равна 0,5 м. Отсюда 1/к = 1/0,5 =
119
Рис. 6.3. Зависимость характеристики направленности лилейного излучателя, колеблю-
колеблющегося в бесконечном экране, от отношения 1/К
= 2. По кривой с таким параметром (спра-
(справа в среднем ряду) находим точку пере-
пересечения кривой с направлением 15° и отсчи-
отсчитываем по вертикальной оси значение отно-
относительного звукового давления 0,45.
В противоположность звуковым колон-
колонкам, где требуется обострить направленность
для некоторых систем озвучения требуется,
чтобы по крайней мере в горизонтальной плос-
плоскости направленность громкоговорителя от-
отсутствовала, т. е. чтобы звуковое давление в
горизонтальной плоскости в любом направле-
направлении от громкоговорителя в заданном расстоя-
расстоянии было одинаковым. Это требование удов-
удовлетворяется так называемыми радиальными
громкоговорителями, где несколько головок
громкоговорителей расположено по окружнос-
окружности в одной горизонтальной плоскости.
Задача, которую приходится решать в бы-
бытовой радиоэлектронной аппаратуре, — не до-
допустить по возможности обострения характе-
характеристики направленности в горизонтальной
плоскости даже на высоких частотах во из-
избежание их «пропадания» при слушании под
углом к оси. С этой целью головки для воспро-
произведения высоких частот располагают в
горизонтальной плоскости по дуге кр^га.
В таком случае направленность в этой
плоскости
C0
2 Г nD
slnb~
cos F + ka)
где 2m -f- 1 — общее число головок громко-
громкоговорителей; D — диаметр дуги, по которой
расположены головки; а — центральный угол
между двумя соседними головками громко-
громкоговорителей. Для этого случай можно опре-
определить направленность и по рис. 6.4.
Пример. Пусть требуется найти звуковое
давление, развиваемое группой головок гром-
громкоговорителей, расположенных по дуге с цент-
центральным углом 120° и хордой 0,4 м на часто-
частоте 750 Гц под углом 30° к оси группы в долях
от звукового давления на последней. Диаметр
такой группы D = 0,4 /sin A20°/ 2) =
= 0,4/0,866 = 0,46 м. Длина волны на час-
частоте 750 Гц составляет также 0,46 м. Отсюда
D/K = 1. По характеристике с этим парамет-
параметром (справа в верхнем ряду группы в) на-
находим точку ее пересечения с направлением
30° и отсчитываем на вертикальной оси зна-
значение: оно приблизительно равно 0,7.
Существуют и другие способы уменьше-
уменьшения направленности. Так, например, для
тех акустических систем, где высокие часто-
частоты воспроизводятся рупорными громкогово-
громкоговорителями, рупоры выполняют так, что в осе-
осевом направлении внутри их устанавливают пе-
перегородки под углом друг к другу или же так
устанавливают отдельные рупоры. Размеры
этих рупоров невелики, так как они служат
для излучения высоких частот.
Направленность рупорных громкогово-
громкоговорителей (с рупорами, построенными по экс-
экспоненциальному закону) может быть найдена
с помощью экспериментально снятых харак-
характеристик, изображенных на рис. 6.5, где
Хгр — граничная длина волны рупора, т. е.
длина волны на той критической частоте /Гр,
120
с которой теоретически он начинает иЗЛу-
чать; d — диаметр устья (выходного отвер-
отверстия рупора) или диаметр круга, равновелико-
равновеликого по площади устью, если последнее не слиш-
слишком вытянуто; d/% — отношение диаметра
устья к длине волны излучаемого звука.
Пример, Пусть требуется найти звуковое
давление, развиваемое рупорным громкого-
громкоговорителем с рупором, диаметр устья которого
составляет 0,7 м и рассчитан на критическую
частоту 250 Гц на частоте 375 Гц Под углом
45°. Граничная длина волны Я,гр = 343 : 250 =
= 1,36 м. Отсюда A,rp/d = 1,36 : 0,7 = 2.
Длина волны на частоте 375 Гц будет
343/375 = 0,92 м. Отсюда d/X = 0,7/0,92 =
= 0,75. Находим в горизонтальном ряду с по-
пометкой 2 характеристику, , соответствующую
d/К = 0,75 (первая слева), отсчитываем под
углом 45° значение 0,6 от звукового давления
на оси, что приблизительно будет искомой
величиной.
Как можно видеть из рассмотрения рис.6.3»
направленные свойства звуковых колонок
начинают проявляться на частотах, где от-
отношение //Я достигает единицы и на более вы-
высоких частотах. Исходя из размеров выпус-
выпускаемых звуковых колонок это значит, что до
частоты примерно 340 Гц они практически
лишены направленных свойств даже в верти-
вертикальной плоскости. Известно, что в горизон-
горизонтальной плоскости звуковые колонки имеют
характеристику направленности, совпадаю-
совпадающую с направленностью одиночной головки
громкоговорителя, которая проявляет направ-
направленные свойства еще на более высоких часто-
частотах (800... 1000 Гц). Такая особенность харак-
характеристики направленности обычных звуко-
звуковых колонок приводит к снижению эффектив-
эффективности работы систем звукоусиления вследствие
прямого попадания звука на мембрану мик-
микрофона и снижению разборчивости речи вслед-
вследствие возбуждения интенсивной диффузной
составляющей в помещении на низких часто-.
тах.
В то же время известная техническая реа-
реализация однонаправленных (кардиоидных)
звуковых колонок, направленные свойства
которых на низких частотах формируются
путем компенсации в тыльном полупростран-
полупространстве двух составляющих тыльного поля: тыль-
тыльного излучения диффузоров головок громко-
громкоговорителей и части фронтального излучения
диффузоров, дифрагирующей вокруг корпуса
звуковой колонки в тыльное полупростран-
полупространство. С этой целью в задней стенке звуковой
колонки монтируется специальный акусти-
акустический фильтр, обеспечивающий фазовый
сдвиг, пропорциональной частоте для тыль-
тыльного излучения диффузоров головок громко-
громкоговорителей и реализующий условия компен-
компенсации двух составляющих тыльного поля. При-
Приоритет в создании таких звуковых колонок
принадлежит СССР и в скором времени они
будут выпускаться серийно, а пока кардиоид-
ные звуковые колонки НТР-91 и НТР-45
выпускает завод «Беаг» в Будапеште (ВНР).
Применение однонаправленных звуковых ко-
колонок позволяет повысить эффективность ра-
работы систем звукоусиления и улучшить раз-
разборчивость речи. При использовании на от-
открытом воздухе кардиоидные звуковые колон-
колонки позволяют уменьшить помехи за пределами
озвучиваемой зоны.
6.3. ТРЕБОВАНИЯ
К ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯМ
И ТЕЛЕФОНАМ
Требования к телефонам, диффузорным и
рупорным громкоговорителям производятся в
соответствующих стандартах. ГОСТ 13491—68
«Телефоны электромагнитные для телефон-
телефонных аппаратов» устанавливает две категории
телефонов: «Н» (нормально) для работы в диа-
диапазоне температур — 1О...+45°С при влаж-
влажности до 90±3 % и «У» (устойчивые) в диа-
диапазоне температур —50...+50°С при влаж-
влажности до 95±3 %. Полное электрическое со-
сопротивление на частоте 1Q00 Гц 260±52 Ом,
хотя допускаются и другие его значения. Час-
Частотная характеристика телефона должна укла-
укладываться в допусковую область, изображен-
изображенную на рис. 6.6, а. Коэффициент гармоник
на частоте 1000 Гц не должен превышать 5 %
при подведении мощности 1 мВ • А. Геомет-
Геометрические размеры телефона должны соответ-
соответствовать указанным на рис. 6.6, б.
Основные параметры телефонов измеряют
в камере искусственного уха, представляю-
представляющую собой объем, соответствующий среднему
объему слухового канала и ушной ракови-
раковины F см3) или только слухового канала Bсм3)
в зависимости от типа телефона (внешний или
вкладной).
Требования к громкоговорителям изло-
изложены в ГОСТ 9010—84 «Головки громкого-
громкоговорителей динамические прямого излучения»
и ОСТ 4.383.001.85. Головки громкоговорите-
громкоговорителей должны выдерживать испытания на теп-
теплоустойчивость (до 60 °С), влагоустойчивость
(до 93±2 % при +30°С), холодоустойчивость
(—20...40 °С), ударную устойчивость, ударную
прочность и виброустойчивость.
Надежность громкоговорителей (акусти-
(акустических систем), характеризуемая как сред-
нестатическая наработка на отказ, должна
быть не менее 6900 ч и повышаться до 10 000 ч
с понижением группы сложности громкогово-
громкоговорителя. Уровень характеристической чувстви-
чувствительности (на расстоянии 1 м при подведении
мощности 1 Вт), развиваемый головкой гром-
громкоговорителя, должен быть не менее 90 дБ. Он
может быть меньше для головок громкогово-
громкоговорителей, используемых в закрытых акустичес-
акустических системах и в системах с фазоинвертором,
но не менее 84 дБ для низкочастотных головок
и не менее 87 дБ для среднечастотных голо-
головок и высокочастотных головок громкоговори-
громкоговорителей. Неравномерность частотных характе-
характеристик может составлять для встроенных и вы-
выносных акустических систем для среднечас-
среднечастотных головок громкоговрителей ±5 и
121
\во
S)
122
Рис. 6.4. Зависимость характеристик направленности группы излучателей, расположен-
расположенных по дуге окружности с центральным углом:
а — 60°, 6 — 90°, 0—120° от отношения d/k, являющегося - параметром семейства характеристик
(отношение диаметра базы к длине волны звука)
±7 дБ для головок громкоговорителей дру-
других видов: широкополосных, низкочастотных
и высокочастотных.
Стандартом предусмотрен ряд значений
максимальной шумовой мощности для голо-
головок громкоговорителей: 0,05; 0,10; 0,25; 0,50;
U00; 1,50; 2,00; 3,00; 4,00; 6,0(Г 10,00; 15,00;
20,00; 25,00 30,00; 35,00; 50,00; 75,00;
100,00 Вт.
Номинальное электрическое сопротивле-
сопротивление головок следует выбирать из ряда: 4,
8, 16, 25 и 50 Ой.
Суммарный коэффициент гармоник на час-
частотах, входящих в номинальный диапазон
частот при номинальном среднем звуковом
давлении головок, предназначенных для от-
открытых (встроенных и выносных) акустичес-
акустических систем, должен соответствовать: 63 Гц —
15%; 80 Гц— 12%; 125 Гц— 10%; для
частот 200, 400, 630 и 1000 Гц — не более
5 %, а для частот 2000, 4000, 6300, 8000,
10 000 Гц и выше — не более 3 %. Для акус-
акустических систем других видов установлены
более жесткие нормы: 40 Гц — 15 %; 63 Гц —
12 %; 80 Гц — 8 %; 125 Гц — 8 %; для час-
частот 200, 400 и 630 Гц — не более 5
частот 1000, 2000, 4000, 6300, 8000,
выше — не более 3 %.
Суммарный коэффициент гармоник голо-
головок громкоговорителей с номинальным диапа-
диапазоном частот 315...5000 Гц и ^же не должен
Уо и для
10 000 и
Рис. 6.5. Экспериментальная зависимость характеристики направленности экспонен-
экспоненциальных рупоров
123
15
10
5
О
-5
300500
200/? JO0O34OO
a)
Рис. 6.6. Допуски:
а — на область частотной характеристики телефона,
б — на его габаритные размеры
быть более 5 % в номинальном диапазоне час-
частот.
Установочные размеры головок громкого-
громкоговорителей приведены в табл. 6.1 и 6.2 в со-
соответствии с рис. 6.7.
Громкоговорители не должны дребезжать
при подведении к ним синусоидального сигна-
сигнала номинальной мощности в полосе частот 6t
частоты основного резонанса до верхней час-
частоты номинального диапазона частот.
У одного из выводов звуковой катушки
головки громкоговорителя обычно наносится
знак положительной полярности в виде точки,
пукли, знака «-}-» и т. п.
Стандартом вводится новое наименование
головок громкоговорителей. Наименование
головки должно состоять из:
слов «Головка громкоговорителя динами-
динамическая»; условного обозначения из буквен-
буквенно-цифрового индекса, в котором первые шиф-
шифры — максимальная шумовая электрическая
мощность; буквы: ГД — головка динамичес-
динамическая и соответствующий вид головки: Н (низ-
(низкочастотная), С (среднечастотная), В (высоко-
(высокочастотная), Ш (широкополосная); последую-
последующие цифры — порядковыей номер разработки
головки соответствующего вида и значение
номинального электрического сопротивления;
обозначение настоящего стандарта.
Пример наименования головки: 25ГДН—3—4
ГОСТ 9010—84.
В условном обозначении головки, выпус-
выпускаемой в двух и более модификациях, допол-
дополнительно указывают частоту основного резо-
резонанса. (Старые и новые наименования головок
громкоговорителей и их основные характерис-
характеристики будут даны в табл. 6.7.)
В соответствии с ГОСТ 23262—83 «Системы
акустические» по электрическим и электро-
электроакустическим параметрам акустические систе-
системы разделяют на четыре группы сложности:
0 (высшая), 1, 2 и 3. Нормы на акустичес-.
кие системы по группам сложности приведены
в табл. 6.3. Поля допусков частотной характе-
характеристики звукового давления акустических сис-
систем приведены на рис. 6.8. На рис. 6.9 по-
Рис. 6.7. Установочные размеры диф-
фузорных головок громкоговорите-
F лей:
а — круглых, б — эллиптических
124
Таблица 6.1. Допуски на установочные размеры круглых головок
громкоговорителей в миллиметрах
D
Номинальные
значения
25,0*
31,5*
40,0
50,0
63,0
80,0
125,0**
160,0**
200,0**
250,0**
315,0**
Предельные
отклонения
— 1
—2
—2
—2
2
2
) • з
з
—5
о
—5
3,2
3,2
3,2
3,2
4,3
5,0
5,0
5,0
5,5
5,5
6,5
<
номинальные
значения
—
__
—
—
—
114,0
148,0
184,0
233,0
295,0
и
предельные.
отклонения
—
—
—
—
±0,6
±0,5
±0,5
±1,0
±1,0
/
номинальные
значения
20,0
25,0
31,5
40,0
50,0
80,0
100,0
125,0
160,0
200,0
250,0
пределньые
отклонения
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±1,0
±1,0
±1,5
* Для крепления допускается использовать диффузородержатель с
вочиых отверстий.
** Предпочтительно изготовлять диффузородержатель в соответствии с
ушкамн или
рис. 6.7, б.
без ушек и устано-
казано определение неравномерности частот-
частотной характеристики по звуковому давлению
акустической системы. Номинальную элек-
электрическую мощность акустической системы
следует выбирать из ряда: 3, 6, 10, 15, 25,
35, 50, 75, 100 Вт.
Наименование акустической системы долж-
должно состоять из слов «Система акустическая»;
условного обозначения (торгового названия)
из букв и цифр, означающих: первые две циф-
цифры — номинальную электрическую мощность,
буквы АС — сокращенное наименование акус-
акустической системы, третья цифра — группу
сложности акустической системы, четвертая и
пятая цифры — порядковый номер разработ-
разработки модели; обозначения настоящего стандар-
стандарта.
Следующая группа громкоговорителей,
требования к которым нормируются
ГОСТ 5961—84, — это абонентские громкого-
громкоговорители, используемые в радиотрансляци-
радиотрансляционных сетях.. Их электроакустические пара-
параметры приведены в табл. 6.4. Помимо або-
абонентских однопрограммных громкоговорите-
громкоговорителей широкое распространение полуличи при-
приемники трехпрограммные проводного веща-
вещания, требования к которым сформулированы
в ГОСТ 18286—82. Эти, приемники, или, как
их называют, трехпрограммныме громкого-
громкоговорители, по своему устройству содержат,
Таблица 6.2. Допуски на установочные размеры эллнптических головок
громкоговорителей в миллиметрах
А
номинальные
значения
20,0*
25,0*
35,5*
40,0
50,0
63,0
80,0
100,0
125,0
160,0
200,0
250,0
предельные
отклонения
j
— 1
2
2
—2
—2
—2
2
—3
—3
—5
—5
в
номинальные
значения
31,5
40,0
50,0
63,0
80,0
. 100,0
125,0
160,0
200,0
250,0
315,0
400,0
предельные
отклонения
2
—2
—2
— 2
2
2
з
—3
—5
—5
—5
о
dt
3,2
3,2
3,2
3,2
4,3
4,3
5,0
5,0
5,0
5,5
5,5
6,5
/
номиналь-
номинальные
значения
16,0
20,0
25,0
31,5
40,0
50,0
63,0
80,0
100,0
125,0
160,0
200,0
предельные
отклонения
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
.+0,5
+0,5
±1,0
±1,0
+ 1,0
&
номиналь-
номинальные
значения
25,0
31,0
\ 40,0
50,0
63,0
80,0
100,0
125,0
160,0
200,0
250,0
315,0
предельные
отклонения
±0,5
.±0,5
±0,5
±0,5
±0,5
+0,5
±0,5
±0,5
±0,5
±1,0
+ 1,0
±1,0
* Для крепления допускается использовать
ных отверстий.
диффузодержатель с ушками или без ушек и установоч-
125
t а б л и ц а 6.3
Параметр ,
Диапазон воспроизводимых частот, Гц, не
уже
Отклонение частотных характеристик зву-
звукового давления, усредненных в октавных
полосах, между любыми двумя акустиче-
акустическими системами конкретного типа, дБ, не
более
Среднее звуковое давление при номиналь-
номинальной мощности, Па (дБ), не менее, в диапа-
диапазоне частот, Гц
100...8000
200...4000
Суммарный характеристический коэффици-
коэффициент гармоник при электрической мощности,
соответствующей среднему звуковому дав-
давлению, на 4 дБ ниже указанного в п. 3
таблицы значения, %, не более, в диапазо-
диапазонах частот
250... 1000
1000...2000
2000...6300
Электрическое сопротивление, номинальное
значение, Ом
Масса, кг, не более
Норма по группам сложности
0
25...25 000
2
1,0 (94)
—
2
1,5
1,0
4 или 8
63
1
40... 16 000
3
1,0 (94)
—
2
1,5
1,0
4 или 8
20
2
63... 12 500
0,8 (92)
—
3
2,5
2,0
4 или 8
12,5
3
100...800О
—
—
0,63 (90)
4
3,0
3,0
4 или 8
5
Примечание. Допускается отклонение значения модуля полного электрического сопротивления от но-
номинального значения не более 20%.
помимо обычного абонентского громкоговори-
громкоговорителя еще электронную схему, состоящую из
входного селективного устройства и усили-
усилителя звуковых частот. Эта схема нуждается в
питании, и поэтому такие приемники имеют
два шнура — один сетевой, другой сигналь-
сигнальный, который следует включать'в розетку ра-
радиотрансляционной сети (и не путать!). По-
Помимо первой программы, передаваемой зву-
звуковыми частогами, такой приемник может при-
принимать вторую и третью программы, которые
передаются по радиотрансляционной сети с
помощью амплитудной модуляции несущих,
соответственно 78 и 120 кГц. На эти частоты
приемник имеет фиксированную настройку.
При включении на прием второй или тертьей
программы приемник потребляет от электро-
электросети мощность порядка 4 Вт. По своим элек-
электроакустическим параметрам приемники трех-
программного вещания соответствуют второй
группе сложности (см. табл, 6.4). По качеству
звучания они превосходят абонентские гром-
громкоговорители вследствие применения более
совершенной головки громкоговорителя. Бла-
Благодаря малым габаритам, невысокой стои-
стоимости и простоте в обращении, такие прием-
приемники получили широкое распространение в
СССР.
Ь4
its
50 100
Уровень
среднего
Вб
[давления
8000 Fz
/>
б)
Уровень
среднего
Лзбуковоео
i давления,
I !
\ав
Рис. 6.8. Поля допусков частотной, характеристики звукового давления акустических
систем
126
Таблица 6.4. Нормы на основные электроакустические и электрические
параметры абонентских громкоговорителей
Параметр
Номинальное напряжение, В
Диапазон1 воспроизводимых частот, Гц, не уже при не-
неравномерности частотной характеристики по звуковому
давлению, дБ, не более
Модуль полного входного элекрического сопротивле-
сопротивления, определяемый при номинальном напряжении, при
положении регулятора громкости, соответствующем
максимальной громкости, Ом, не менее, на частотах:
120 кГц
78 кГц
400 Гц
50 Гц
Среднее звуковое давление при номинальном напряже-
напряжении в диапазоне частот 315 4000 Гц, Па, не менее
Суммарный коэффициент гармоник при номинальном
напряжении, %, не более, в диапазонах частот, Гц:
80... 100
свыше 100 до 200
» 200 до 400
» 400 до 2000
» 2000
Диапазон регулирования громкости, дБ, не менее
Норма
30
63... 12 500
63... 10 000
12
f
4000
4000
1800
1800
0,4
10
7
4
3
2
46
42
по группам сложности
¦« 1
30
100... 12 500
100... 10 000
14
4000
4000
3600
2900
0,3
—-
7
4
3
2
40
36
3
30
160...7100
100...6300
15
4000
' 4000
6000
4800
0,25
—
—
5
3
2
35
32
В числителе указаны нормы для высшей категории качества, в знаменателе — для второй категории
качества. Для сети проводного вещаиня Москвы громкоговорители следует изготовлять рассчитанными на
работу при номинальном напряжении 15 В со снижением входного сопротивления в 4 раза.
Нормированы требования и к рупорным
громкоговорителям, предназначенным для зву-
звукоусиления и озвучения помещений и откры-
открытых пространств (ГОСТ 12089—66). Их
электроакустические параметры приведены в
табл. 6.5.
Рупорные громкоговорители должны изго-
изготовляться на номинальную мощность 10, 25,
50 и 100 Вт и иметь две ступени переключе-
переключения, при которых подводимая мощность со-
составляла бы соответственно половину и чет-
четверть номинальной для данного типа. Преду-
Предусматривается, что громкоговорители могут
работать от любого из следующих напряжений:
30, 120, 240 В. Испытываются они предвари-
предварительно соответственно на напряжения 500,
1500 и 2000 В от сети с частотой 50 Гц.
Естественно, что к рупорным громкогово-
громкоговорителям предъявляют требования повышенной
устойчивости к климатическим факторам, уда-
Таблица 6.5. Нормы на параметры рупорных громкоговорителей
Параметр
Номинальный диапазон частот, Гц, не уже
Неравномерность частотной характеристики
в номинальном диапазоне частот, дБ, не
более
Коэффициент гармоник, %, не более, при
номинальной могцности в установленном
диапазоне частот:
до 400 Гц включительно
свыше 400 Гц
Норма по классам
I
80... 100 000
15
7
5
II
100...6300
15
7
5
III
200... 1000
' 15
10
IV
500...3550
15
10
—
Примечание. Среднее стандартное звуковое давление и характеристика направленности в плоскостях
малой и большой баз должны быть указаны в технических условиях на конкретный тип громкоговорителя.
127
$=» S
я a
•S3
Hi
Hi
•si
100
200
500
гооо
5000
10000
20000
t
-
-
1 1
. - - - -
-10
>
1
J1
>
s
t
a
1*
Г'
1
j
(
F
N,
> _
•<
« Я
„ -
I
\
. 1
> С
• -
H
-
¦
¦
¦
•
¦
-
¦
¦
-
¦
¦
¦
-
¦
¦ ' I I I I I I i 1—\ 1—I 1 1 1-
5
рам и вибрациям. Для проверки этого их ис-
испытывают на ударную устойчивость с уско-
ускорением 10g, ударную прочность с ускорением
15g, виброустойчивость с ускорением Zg в
диапазоне частот 10...70 Гц, теплоустойчи-
теплоустойчивость при +60 °С, на холодоустойчивость
при .—50 °С, влагоустойчивость до 95^ЬЗ % и
на брызгозащищенность при силе дождя
5±1 мм/мин.
6.4. ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ
ТИПОВ ТЕЛЕФОНОВ,
ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
И АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ТЕЛЕФОНЫ
В телефонных аппаратах и переговорных
устройствах широко применяют телефонный
капсюль ТК-47, устройство которого представ-
представлено на рис. 6.10, а.
Принцип действия электромагнитного те-
телефона заключается в следующем. На посто-
постоянный магнитный поток магнитной системы,
состоящей из постоянного магнита 2 и магни-
топровода (полюсных наконечников) 3, на-
накладывается переменный поток звуковой час-
частоты, создаваемый катушками 4, надетыми на
магнитопровод. К этим катшудсам подводится
напряжение звуковой частоты. Перед полюс-
полюсными наконечниками находится ферромаг-
ферромагнитная диафрагма 5. При воздействии совокуп-
совокупности постоянного и переменного магнитных
потоков, пронизывающих диафрагму, возни-
возникает сила, приводящая в колебания послед-
последнюю, так как эта сила изменяется в такт с пе-
переменным магнитным потоком. При своих
колебаниях диафрагма создает звуковые коле-
колебания в ушной раковине и слуховом проходе.'
Устройство электромагнитного громкоговори-
громкоговорителя отличается от описанного тем, что перед
полюсными наконечниками находится не ди-
диафрагма, а якорь, приводящий в колебания
скрепленную с ним диафрагму (диффузор), из-
излучающую звук в окружающую среду. Не-
Несколько сложнее бывает и конструкция маг-
магнитной цепи.
Частотная характеристика чувствитель-
чувствительности телефона представлена на рис. 6.11. Так
как при одинаковых отдачах телефоны разного
сопротивления будут иметь различные величи-
величины чувствительности, то для того чтобы иметь
возможность сравнивать по отдаче телефоны
разного сопротивления, используют понятие
приведенной чувствительности, под которой
понимают величину
Рис. 6.10. Устройство телефонов:
а — ТК-47: / — корпус; 2 — дугообразные магниты с полюсными накоиечинкамн; 3, 4 — катуш-
катушки; 5 — ферромагнитная диафрагма, свободно лежащая чна выточке в корпусе; 6 — защитный экс-
цельсиоровый диск; 7 — крышка, с отверстиями, завальцоваиная вокруг выступа корпуса; б —
ТА-4: / — корпус; 2 — постоянный магнит с полюсными наконечниками 3; 4 — ферромагнитная диа-
диафрагма, прижимаемая навинчивающейся крышкой 7; .5 — акустическая перегородка с двумя от-
отверстиями в, затянутыми шелком; в — ДЭМК-6а: / — герметизированный корпус; 2— постоянные
магниты; 3 — полюсные наконечники; 4 — якорь, соединенный штоком 5 с диафрагмой 6; 7 —
немагнитное основание; в — крышка с отверстиями; 9 — гайка; 10 — вннт, регулирующий поло-
положение якоря: // — керамическая пробка
5 Зак. 1688
129
too mm 500 1000
5000 Щ
Рис. 6.П. Частотные характеристики телефо-
телефонов ТК-47, ДЭМК-ба, ДЭМК-71
где Л1пр — приведенная чувствительность те-
телефона, Па/В; Мт — его чувствительность;
|ZT| —модуль его электрического сопротив-
сопротивления; ZCT — стандартное сопротивление, ко-
которое в телефонии принимается равным 600 Ом.
Средняя чувствительность телефона ТК-47
в диапазоне 300...3000 Гц составляет 15...
... 17 Па/В, а сопротивление его катушек по-
постоянному току 130 Ом. Этот телефон находит
применение в телефонных аппаратах. В пе-
переговорных устройствах и на радиостанциях
применяют телефон ТА-4 (рис. 6.10, б). Как
видно из аналоговой электрической схемы
этого телефона (рис. 6.12), она отображает
сложный, многорезонансный контур. По-
Поэтому частотная характеристика телефона
относительно равномерна (рис. 6.11). Его
средняя чувствительность в диапазоне 300...
...4000 Гц; 3 па/В при сопротивлении посто-
постоянному току 2200 0м и 15 Па/В при сопротив-
сопротивлении 65 0м.
Простую резонансную систему, но более
сложную (дифференциальную) магнитную сис-
систему имеет телефон ДЭМК-6А (рис. 6.10, в).
Для того чтобы при изменениях атмосферного
Рис. 6.12. Аналоговая электрическая схема те-
телефона ТА-4:
trio, Co, г0 — масса, гибкость и активное сопротивле-
сопротивление диафрагмы; с\ — гибкость воздуха в объеме над
диафрагмой 4; тг, г2 — масса и активное сопротив-
сопротивление воздуха в отверстиях 6; са — гибкость возду-
воздуха в корпусе под акустической перегородкой 5;
с3 — гибкость воздуха в объеме между диафрагмой
и крышкой; пц, г3 — масса и активное сопротивле-
сопротивление воздуха в отверстиях крышки; с4 — гибкость
воздуха в объеме между телефоном н ухом
давления его диафрагма не прогибалась внутрь
или не выпучивалась, телефон снабжен кера-
керамической пробкой, пропускающей воздух, но
не пропускающей влагу. Средняя чувстви-
чувствительность телефона 20 Па/В при сопротивле-
сопротивлении постоянному току 130 Ом. Несколько от-
отличается от него телефон ДЭМК-7Т. В нем
нет керамической пробки, а в основании 7
проделан ряд отверстий, что делает его экви-
эквивалентную схему многорезонансной, такой
же, как и у телефона ТА-4. Электрическая
эквивалентная схема телефона ДЭМК-6А та-
такая же, как у телефона ТК-47. Частотные ха-
характеристики телефонов ДЭМК-6А и ДЭМК-7Т
также приведены на рис. 6.11. При сравнитель-
сравнительном рассмотрении этих характеристик следует
иметь в виду, что они не приведены к стандарт-
стандартному сопротивлению 600 Ом и поэтому распо-
располагаются на разных уровнях.
Для прослушивания радиопередач, зву-
звукового сопровождения телевидения и звуко-
звукозаписей применяют другие типы телефонов,
преимущественно стереофонические. Боль-
Большая часть выпускаемых стереофонических те-
телефонов — электродинамические. В качестве
примера приведем конструкцию телефона
ТДС-1 (рис. 6.13, о).
В корпусе 2 находится миниатюрная элект-
электродинамическая головка громкоговрителя / с
диффузором или с полусферической диафраг-
диафрагмой. Пространство между ним и корпусом за-
заполнено звукопоглощающим материалом (по-
(поролоном) 5. Перед громкоговорителем нахо-
находится перфорированная решетка 3. К краю
корпуса примыкает мягкий амбушюр, при-
прижимаемый к ушной раковине. Этот телефон
(в паре) позволяет получить высококачест-
высококачественное воспроизведение, особенно низких час-
частот, при малой поДводимой мощности, обеспе-
обеспечивая очень хороший стереофонический эф-
эффект и довольно надежно звукоизолирует
слушателя от внешних шумов, а окружаю-
окружающих людей — от звуков воспроизведения.
Устройство квадрафонического телефона
схематически показано на рис. 6.13, б. Его
основное отличие в том, что на каждое ухо
воздействуют два электродинамических пре-
преобразователя — миниатюрных громкоговори-
громкоговорителя. Здесь / и 2 — соответственно преобра-
преобразователи переднего и заднего каналов (скажем,
правых). Так же устроен телефон переднего и
заднего левых каналов. Преобразователи пе-
передних каналов располагаются прямо против
входа в слуховые каналы ушей, а задних —
смещены за ушную раковину, что несколько
ослабляет высокие частоты. Иногда оба пре-
преобразователя включаются через специальный
электрический контур, позволяющий под-
подчеркнуть низкие частоты для одного преобра-
преобразователя и высокие для другого.
Известны головные телефоны, построен-
построенные на электродинамическом принципе, но
без применения миниатюрных головок гром-
громкоговорителей. Наиболее известный из них —
тар называемый изодинамический. Он состоит
из магнитной системы и диафрагмы. Ориги-
Оригинальная магнитная система, в свою очередь,
130
Рис. 6.13. Устройство телефонов:
а — ТДС-1: / — малый электродинамический громкоговоритель; 2 — корпус; 3 — перфорированная
решетка; 4 — мягкий амбушюр, прижимаемый к ушной раковине; 5 — звукопоглощающий мате-
материал — поролон; б — контакт; б — квадрафонического: 1,2 — громкоговорители переднего и тыло-
тылового каналов; 3 — амбушюр; 4 — корпус; в и г — нзодннамнческого
состоит из двух дискообразных магнитов, на-
например из феррита бария, намагниченных та-
таким образом, что каждый из них имеет три па-
пары полюсов. Скажем, центральная часть, ог-
ограниченная окружностью, имеет полярность
N, следующая кольцевая — S и наружная
кольцевая — N (рис. 6.13, в). Таким образом,
по поверхности магнита проходят два ради-
радиальных магнитных потока. Так же намагни-
намагничен и второй магнит. Магниты по всей своей
плоскости перфорированы, для того, чтобы
обеспечить проход звука через отверстия при
колебаниях диафргамы из синтетической плен-
пленки, натянутой между магнитами на равных
расстояниях от поверхности каждого из них.
На пленку нанесен проводник в виде спирали.
В том месте, где встречаются противополож-
противоположно направленные потоки (окружность, прохо-
проходящая через точку А на рис. 6.13, г), витки
спирали идут в обратном направлении.
Таким образом, сохраняется одно и то же
взаиморасположение магнитного поля и элек-
электрического тока. Благодаря тому, что диаф-
диафрагма такого телефона возбуждается по всей
поверхности, он очень эффективен, имеет рав-
равномерную частотную характеристику и нич-
ничтожные нелинейные искажения.
Некоторое распространение в настоящее
время получили электростатические телефоны
(см. рис. 6.2, а). Между двумя неподвижны-
неподвижными перфорированными для пропускания звука
пластинами 2 находится подвижная пластина
/, подсоединенная к одному из выводов источ-
источника постоянного напряжения (напряжения
поляризации), равного практически в сред-
среднем 100 В. Другой вывод источника напряже-
напряжения поляризации подсоединен к средней точке
вторичной обмотки трансформатора, к вьь
водам которой присоединены неподвижные
пластины. Первичная обмотка трансформатора
присоединена к выходу усилителя. Все плас-
пластины находятся в корпусе, снабженном амбу-
амбушюром, как и другие типы телефонов
(рис. 6.14, а). Конструкции телефонов пред-
предусматривают, чтобы напряжение поляриза-
поляризации не могло попасть на слушателя.
Электростатический телефон обладает вы-
высокими качественными показателями.
Рис. 6.14. Телефоны:
а — электростатнстнческнй: / — крепление капсюля;
2 — корпус; 3 — капсюль; 4 — внутренний объем; 5 —
защитная мембрана; 6— защитная решетка; 7 —
отверстие в прокладке; 8 — мягкий амбушюр; б —
пьезоэлектрический: У —диафрагма; 2 — мягкий ам-
амбушюр; 3 — мягкая подушка их поропласта, при-
прикрытая с тыльной стороны перфорированной пла-
пластинкой
131
~ Таблица 6.6. Основные параметры отечественных телефонов
Тип
Частотный
диапазон, Гц
Модуль электриче-
электрического сопротивле-
сопротивления, Ом
Отдача
средняя, Па
Габаритные
размеры, мм
Масса, г
Назначение
ТК-67-Н
ТКЭД-7
ТА-4
ТК-47
ТА-56М
ТГ-7М
ТГ-9
ТМ-4
ТМ-2
ТМ-3
ДЭМ-4М
300...3400
300...3400
300...4000
300...3000
300...3000
300...3000
200...6000
300...3000
300...3000
300...3000
300...3000
260
260
65
2200
130
300, 600, 10 000
150
5000
12 000
50
450
600
Электромагнитные
8... 14
14...21
15
3
15... 17
5,5... 10
8... 14
на 1 В
6
4
1,7
4,5
28
0 48X25
0 48X24,5
0 51X24,5
0 42X14
0 24X21,5
0 65X180X125
0 42X165X135
0 15X22
0 22X11,7
0 55X30
Электродинамические
60
60
60
35
150
170
170
100
20,0
160
В телефонном аппарате
То же
То же, и в аппаратной свя-
связи
То же
В аппаратной связи
То же
В радиоприемнике
То же, вкладной .
В слуховом аппарате
В аппаратной связи
ТДК-1
ТД-6
12А-25
100...5000
100...5000
40...16 000
160
140
60
10 на 1 В
10 на 1 В
6 на 1 В
0 52X26
0 52X26
115
ПО
365
То же
Измерительный для конт-
контроля звукозаписи
Для контроля звукозаписи
Таблица 1
Тип
телефона
ТДС-1
ТДС-2
тдс-з
ТДС-4
ТДС-5
ТДС-6
ТДС-7
ТПС-1
ТДС-9
ТДС-10
ТДС-11
ТДС-12
ТДС-13
ТДС-14
ТДС-15
ТДС-17
ТДС-22
з.ба. Основные параметры отечественных стереофонических головных телефонов
Диапазон воспроиз-
воспроизводимых частот,
Гц
40...16 000
40...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...20 000
20...22 000
Номиналь-
Номинальное электри-
электрическое со-
противле-
противление, Ом
10
100
8
16
100
8
8
4000 пФ
32
8
8
8
40
40
16
100
100
Отдача
средняя,
дБ/мВт
94
94
94
94
90
94
91
94
94
94
94
94
104
104
91
94
94
Принцип преобразования
Динамический
>
Головка 0.5ГД-36
Головка О.5ГД-5О
Ортодинамический
Динамический
Изодинамический
Пьезопленочный
Капсюльный динамический
Головка 0.5ГД-54
То же
»
Капсюльный динамический
То же
Изодинамический
Капсюльный динамический
То же
Максималь-
Максимальная шумо-
шумовая мощ-
мощность, мВт
500
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
50
100
Масса, г
500
. 350
420
400
65
300
270
300
45
80
300
60
16
Особенности конструкции
Прижимной, закрытый
Прижимной, открытый.
Прижимной, закрытый
То же
Прижимной, открытый
Прижимной^ закрытый
То же ,
»
Вкладной, открытый
Прижимной, открытый
То же
»
Вкладной, открытый
В последнее время 6 связи с разработкой
пьезоэлектрических синтетических пленок
появились пьезоэлектрические телефоны. Фир-
Фирма «Пайонир» (Япония) применяет для своих
телефонов поливинилиденфлуоридную плен-
пленку. Эту пленку можно делать разной толщи-
толщины (8...30 мкм). Она имеет малую жесткость
и удовлетворительные пьезоэлектрические па-
параметры. Конструкция пьезоэлектрческого те-
телефона на основе пленки изображена на
рис. 6.14,6. Качество этого телефона доста-
достаточно высокое. При этом он не требует напря-
напряжения поляризации. Параметры наиболее рас-
Магнитное поле
пространенных телефонов приведены в
табл. 6.6 и 6.6 а.
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГОЛОВКИ
ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
Наиболее распространенная конструк-'
ция обычной электродинамической головки
громкоговорителя показана на рис. 6.15, а,
В кольцевом воздушном зазоре магнитной
цепи, состоящей из постоянного магнита 7,
верхнего 6 и нижнего 8 фланцев, керна 10, со-
Направление
выталкивания
воздуха
в) в)
Рис. 6.15. Устройства головки электродинамического громкоговорителя (а) и магнит-
магнитной системы изодинамического громкоговорителя (б):
/ — постоянные магниты; 2— перемычки из магнитомягкого железа; 3— магнитные силовые ли-
линии; устройство подвижной системы излучателя-трансформатора (в), эскиз металлического диф-
диффузора сотовой конструкции (г) и устройство коаксиальной двухполосной головки громкоговори-
громкоговорителя (д): / — диффузор низкочастотной головки; 2 — рабочая ось обоих излучателей; 3 — проти-
вопылевой акустически прозрачный колпачок; 4 — гофрированный верхний подвес НЧ диффузора;
5 — звуковая катушка НЧ головки, намотанная медным проводом прямоугольного сечения; б —
звуковая катушка СЧ-ВЧ головки,, намотанная алюминиевым проводом; 7 — горло СЧ-ВЧ ру-
рупора с противоннтерференционнымн каналами; 8 — диафрагма рупорной средне- высокочастот-
высокочастотной головки; 9 — дополнительный шунт магнитной цепи, увеличивающий плотность магнитного
потока в зазоре НЧ звуковой катушкн; 10 — центрирующая шайба (ннжннй подвес) НЧ, диффу-
диффузора; // — днффузородержатель; 12 —. плазменный громкоговоритель фирмы «Магнат» (е)
134
ставляющих магнитопровод, в радиальном на-
направлении проходит постоянный магнитный
поток. В этом зазоре центрирована так назы-
называемая звуковая катушка //, к которой с по-
помощью особо гибких проводников 13 при-
приложено переменное напряжение звуковой
частоты. Звуковая катушка обычно имеет
четное число слоев обмотки, чтобы ее начало и
конец были с одной стороны. Ток, проходя че-
через катушку, взаимодействует с постоянным
магнитным потоком и создает электродинами-
электродинамическую силу, приводящую в колебания ка-
катушку и скрепленную с ней диафрагму (диф-
(диффузор). 2. Диффузор, обычно бумажный,
представляет собой конус, имеющий в основа-
основании окружность или эллипс и прямую или кри-
криволинейную образующую. По внешнему краю
диффузор имеет гофрированный (верхний)
подвес 3. Назначение верхнего подвеса —
обеспечить диффузору возможность колебать-
колебаться поршнеобразно в широком диапазоне час-
частот и увеличить диапазон линейной зависи-
зависимости сигнала — смещение диффузора. У
своей вершины диффузор, а вместе с ним и зву-
звуковая катушка удерживаются в коаксиаль-
коаксиальном относительно воздушного зазора магнит-
магнитной цепи положении с помощью центрирующей
шайбы 4. Эта шайба также гофрирован-
гофрированная, охватывает по внутреннему контуру
вершину диффузора в месте прикрепления кар-
каркаса звуковой катушки, а по внешнему —
крепится к специальному кольцу или полке,
выполненной на диффузородержателе 5. По-
Последний является основой конструкции го-
головки громкоговорителя. Для мощных широ-
широкополосных и низкочастотных головок диффу-
зородержатель изготовляют из силумина, а
для менее мощных штампуют из листовой ста-
стали. Диффузородержатель имеет окна (см.
рис. 6.15, а), назначение которых — исклю-
исключить возникновение стоячих волн с тыльной
стороны диффузора. Вершина конуса диффу-
диффузора заклеена противопылевым колпачком /,
который может изготовляться как из акус-
акустически прозрачного материала, так и из акус-
акустически непрозрачного, жесткого, как на
рис. 6.15, а. В последнем случае такой кол-
колпачок выполняет также функцию дополни-
дополнительного излучателя для высоких частот и с
целью исключения появления компрессии
воздуха под ним при больших амплитудах ко-
колебаний диффузора, в каркасе звуковой ка-
катушки делают антикомпрессионные отверстия
12. Для более эффективного отвода тепла от
звуковой катушки мощные головки громко-
громкоговорителей снабжаются радиатором 9, на-
надеваемым на магнитную систему и имеющим
ребра. Такой радиатор выполняет также функ-
функции магнитного экрана, уменьшающего маг-
магнитный поток рассеяния, и защитной крышки,
предохраняющей хрупкий постоянный маг-
магнит от случайных повреждений.
Магниты изготавливают из материала с
большой магнитной энергией. В СССР в на-
настоящее время в основном используют три ви-
вида материалов (см. § 4.6). Это — феррит бария
марки 2БА для изготовления прессованных
кольцевых магнитов. Материал имеет макси-
максимальную удельную магнитную энергию
2 • 10е Гс • Э. В последнее время начали вы-
выпускать, хотя и в незначительном объеме, маг-
магниты из материала 3.2БА, в который входит
стронций. Его максимальная удельная маг-
магнитная энергия составляет 3,2 • 10е Гс • Э,
т. е. в 1,6 раза больше, чем у 2БА, что дает
возможность при равном объеме магнита по-
получить индукцию в зазоре примерно в
"]/3,2/2 = 1,25 раза большую или же иметь
магнит в 1,6 раза меньшего объема. -
Для литых магнитов применяют сплавы
ЮНДК-24 и ЮНДК-25БА. Из первого маг-
магнита, имеющего максимальную удельную маг-
магнитную энергию 4 • 10е Гс • Э, отливают маг-
магниты либо в форме колец (полых цилиндров),
либо в форме цилиндров, используемых конст-
конструктивно как керны. Иногда эти керны отли-
отливают с суженной в форме груши верхней, частью
для уменьшения утечки магнитного потока.
Магниты льют также из сплава ЮНДК-25БА
с максимальной магнитной энергией 6,4х
X 10е Гс • Э. Магниты из него льют только
керновые.
Экономически выгоднее прессованные маг-
магниты, несмотря на то что они имеют меньшую
магнитную удельную энергию. Кроме того, в
них не входят дефицитные материалы. Но
поскольку они составляют внешнюю часть
магнитной системы, то вокруг громкоговори-
громкоговорителей, частью которых они являются, наблю-
наблюдается заметный поток рассеяния, что недо-
недопустимо при применении этих громкоговори-
громкоговорителей в телевизорах, где поток утечки иска-
искажает «картинку», в радиоприемниках с маг-
магнитной антенной,где он изменяет настройку,
и в магнитофонах, где при близком рас-
расположении от магнитной ленты он «зашумля-
ет» последнюю. Эти соображения следует иметь
в виду при выборе головки громкоговорителя
для того или иного применения. Детали маг-
нитопровода (фланцы, керн, если но не явля-
является магнитом, полюсный наконечник) жела?
тельно делать из магнитомягкого материала
с возможно большой магнитной проницаемо-
проницаемостью для уменьшения сопротивления магнит-
магнитному потоку. Несмотря на то что такие мате-
материалы выпускают (например, пермендюр),
из экономических и технологических сообра-
соображений применяют обычные малоуглеродис-
малоуглеродистые стали СТ-3 и СТ-10, не применяя терми-
термической обработки (отжига) деталей из них.
Звуковую катушку изготавливают из мед-
медного провода марки ПЭЛ. Витки ее скреп-
скрепляют между собой и каркасом (обычно из ка-
кабельной бумаги) клеем. Редко для звуковых
катушек высокочастотных головок громко-
громкоговорителей для уменьшения массы катушки
применяют алюминиевый провод.
Диффузор является важнейшей частью го-
головки громкоговорителя. Его форма и мате-
материал оказывают большое влияние на ее харак-
характеристики. В настоящее время наиболее упот-
употребительный материал— сульфатная или суль-
сульфитная целлюлоза» в некоторых случаях с оп-
определенными добавками. Диффузоры изго-
135
а)
Рис. 6.16. Головка громкоговорителя низкочастотная 25ГД-26:
а — внешний вид; б — устройство
тавливают методом литья (осаждения) водной
суспензии размытых волокон целлюлозы на
сетку, имеющую форму диффузора. После
просушивания диффузоры подвергают уплот-
уплотнению путем прессования. В более дешевых
головках громкоговорителей вместе с диффу-
диффузором отливается и подвес, конструктивно
являющийся его частью, но имеющий мень-
меньшую толщину. В более дорогих головках гром-
громкоговорителей подвес изготавливают из спе-
специальных сортов резины или пенополиурета-
пенополиуретана.
Конструкции диффузорных электродина-
электродинамических головок громкоговрителей, вооб-
вообще говоря, сходны между собой, имея лишь
некоторые конструктивные различия. Поэто-
Поэтому опишем лишь некоторые их типы отечест-
отечественного производства, а именно: низкочас-
низкочастотную 25ГД-26, высокочастотную 2ГД'36 и
головку громкоговорителя широкого при-
применения 2ГД-38.
Головка громкоговорителя 25ГД-26
(рис. 6.16) диаметром 200 мм предназначает-
предназначается для применения в качестве низкочастот-
Рис. 6.17. Головка громкоговорителя высоко-
высокочастотная 2ГД-36
ного звена излучающих акустических систем. В
В ее магнитной системе используется магнит
кольцевой формы / из сплава ЮНДК-24.
В воздушном зазоре магнитной системы на-
находится звуковая катушка 4 диаметром 40 мм
с обмоткой в два слоя из 85 витков медного
провода ПЭЛ 0,27. Катушка приклеена к круг-
круглому бумажному диффузору с криволинейной
образующей 2. Примерно в этом же месте с
внешней стороны диффузор охватывается
плоской гофрированной центрирующей шай-
шайбой 5. Выводы от звуковой катушки припаяны
к контактной планке 6, закрепленной на диф-
фузородержателе 6\ По внешнему периметру
диффузор приклеен к кольцевому подвесу 7,
опрессованному из резины на основе натураль-
натурального каучука. Поперечный профиль подвеса —
полуокружность. По внешнему периметру
подвес приклеен к диффузородержателю. По
внутреннему периметру диффузора несколька
выше линии приклеивания катушки к нему
приклеен колпачок 3, имеющий форму шаро-
шарового сегмента и предназначенный для защиты
от попадания в воздушный зазор пыли. Кроме
того, он способствует выраниванию частотной
характеристики в области 2000...5000 Гц. Все
основные параметры головки грокоговори-
теля приведены в табл. 6.7.
Высокочастотная головка громкоговори-
громкоговорителя 2ГД-36 имеет (рис. 6.17) эллиптическую
форму с размерами осей 50 х 80 мм. Она пред-
предназначена для применения в излучающих
акустических системах. В ее магнитной сис-
системе использован магнит керновой формы из
сплава ЮНДК-24. Диаметр звуковой ка-
катушки 15 мм намотана проводом ПЭЛ 0,1.
Диффузор имеет криволинейную образую-
образующую и гофрированный подвес с поперечным
профилем в виде синусоиды, отличый вместе
с диффузором. Основные параметры головки
приведены в табл. 6.7.
Головка громкоговорителя 2ГД-38
(рис. 6.18) предназначена для широкого при-
136
н
as
О»
s
i
Pi
¦o
IS
•3
tOCOCOtOrfbCOCOCO
кэслсоюслсососл
ppppoppppppppwSrtUjyochwoSpppppppwppuipwutwpp
OOOOOOOO О OO OOOOOOOOOO О О'
ю*о!
(Л <ф <Л <© <
ООЭОЭ^- I
I
^-м-— м- ы- ю to tO >— н- tO tO tO м- Ю ^- *-
ОООСЛМОООМСЛСПООМОООЮОмООООМРоООоОООООСЛМ00
о о о о елооооелоооелоел о елОоо оо
^-<?>ОЭ00
"ел о'ел "елЪо
О ""OOOOOO>ip) ^Э^"* tOiO |
сл ел ел
S8x
8SS
p «
¦3
i
ж
о
illli
Рис. 6.18. Головка громкоговорителя широко-
широкополосная 2ГД-38
менения в открытых излучающих акустичес-
акустических системах радиоприемников, телевизоров,
магнитофонов, проигрывателей и т. п. Она
имеет эллиптическую форму с размерами
осей 160 х ЮО мм. В ее магнитной цепи ис-
использован керновый магнит и» сплава
ЮНДК-24. Диаметр звуковой катушки 15 мм;
намотана она проводом ПЭЛ 0,1; 75 витков.
Подвес, отливаемый совместно с диффузором,
имеет тангенциальный поперечный профиль.
Основные параметры головки громкоговори-
громкоговорителя приведены в табл. 6.7.
Помимо изодинамических телефонов в по-
последнее время появились и изодинамические
головки громкоговорителей в основном для
излучения звука на средних и высоких часто-
частотах. Примером такого громкоговорителя яв-
является выпускаемая у нас в стране высокочас-
высокочастотная головка 10ГИ-1. Находятся в стадии
разработки и другие типы изодинамических
головок. В отличие от показанного на
рис. 6.13, виг устройства изодинамического
телефона, магнитные системы и диафрагмы
изодинамических головок громкоговорите-
громкоговорителей имеют, как правило, прямоугольную
форму. Идея создания плоского диффузора,
на котором действие электродинамической си-
силы было бы распределено по всей поверх-
поверхности, принадлежит Риггеру A924 г.), соз-
создавшему так называемый блатхаллер. В
этом громкоговорителе к плоскому диффузору
прикреплялась поставленная на ребро изог-
изогнутая зигзагами металлическая лента, пря-
прямолинейные участки которой входили в воз-
воздушные зазоры сложной магнитной системы.
По ленте пропускался ток звуковой частоты.
Эта идея, однако, значительно опередила
технические возможности своего времени, так
как только теперь получены различные очень
легкие и прочные пленки из полимеров, на ко-
которых методом травления можно создавать
токопроводящие покрытия любой конфигу-
конфигурации — звуковые катушки. Диафрагму с на-
нанесенной на ее поверхности звуковой катуш-
катушкой помещают между двумя плоскими магни-
магнитными системами, обращенными друг к другу
одноименными полюсами постоянных маг-
магнитов, выполненных в виде прямоугольных
брусков, Конструкция магнитной системы
изодинамического громкоговорителя приведе-
приведена на рис. 6.15, б.
Известен еще один вид громкоговорителя»
который также можно отнести к изодинамичес-
кому, — это так называемый излучатель-транс-
излучатель-трансформатор, изобретенный в США докто-
доктором О. Хейлом. Диафрагма этого громкогово-
громкоговорителя выполнена, как и у изодинамичес-
изодинамических, из тонкого пластического материала с на-
нанесенной на нее токопроводящей шиной в ви-
виде вертикальных зигзагов. Однако здесь на-
направление магнитных силовых линий перпен-
перпендикулярно плоскости диафрагмы, и в таком
виде возникающая электродинамическая си-
сила стремится сжать или растянуть диафраг-
диафрагму и никакого излучения звука не происхо-
происходит.
С целью придания диафрагме подвижности
ее гофрируют, создавая на ней складки на-
наподобие складок занавеса таким образом, что-
чтобы шина вниз проходила по одной стороне
складки, а возвращалась вверх по другой
ее стороне и так далее по всем складкам
рис. 6.15, в. При такой организации диафраг-
диафрагмы электродинамическая сила заставляет
складки стягиваться или раскрываться, как
меха аккордеона, в результате чего из про-
пространства между складками выталкивается или
втягивается воздух, т. е. происходит излучение
звука. Свое название такой громкоговори-
громкоговоритель получил вследствие особенности работы:
выталкивание воздуха подобно действию воз-
воздушного трансформатора. Конструктивно гоф-
гофрированная в производственных условиях
диафрагма натянута на специальную рамку,
которую потребитель может легко заменить
в случае выхода из строя в процессе эксплуа-
эксплуатации.
Громкоговоритель имеет массивную маг-
магнитную систему, полюса которой изготовлены
в виде гребенки с горизонтальным расположе-
расположением гребней. Это сделано с целью демпфиро-
демпфирования объема воздуха, заключенного между
диафрагмой и магнитной системой. Такой
громкоговоритель применяют для излучения
средних и высоких частот (примерно от 700 Гц),
и при этом обеспечивается высокое качество
звучания, благодаря малой массе колеблю-
колеблющихся участков диафрагмы и, следовательно,
высокой скорости срабатывания.
В последние годы были созданы головки
громкоговорителей практически всех типов
с плоскими металлическими диффузорами так
называемой сотовой конструкции. Магнит-
Магнитная система таких головок ничем не отлича-
отличается от традиционной, показанной на
рис. 6.15, а. Диффузор таких головок пред-
представляет собой два листа алюминиевой фоль-
фольги (рис. 6.15, г), между которыми располо-
расположены поставленные на ребро » изогнутые в
виде пчелиных сотов полоски такой же алю-
алюминиевой фольги. Весь диффузор собран на
клею и представляет собой чрезвычайно жест-
жесткую и легкую конструкцию круглой или квад-
квадратной формы, периметр которой снабжен
подвесом, закрепляемым на диффузородержа-
теле. Привод от звуковой катушки к плоскому
диффузору осуществляется через легкий ме-
металлический усеченный конус, диаметр кото-
138
рого у вершины выбирается в соответствии с
диаметром звуковой катушки, а со стороны,
обращенной к диффузору, — исходя из рас-
распределения изгибных волн на поверхности
диффузора. В месте крепления конуса к зву-
звуковой катушке прикрепляют центрирующую
шайбу (нижний подвес головки). Выбор места
прикрепления приводного конуса к диффузо-
диффузору позволяет расширить область поршне-
поршневого действия диффузора до 800...900 Гц, в
то время как у обычных низкочастотных голо-
головок громкоговорителей с бумажными диф-
диффузорами область поршневого действия не
превышает 300...400 Гц. У нас в стране вы-
выпускают акустическую систему «Эстония»
35АС-021, в которой применяют головки гром-
громкоговорителей с сотовыми диффузорами.
Помимо головок громкоговорителей с ме-
металлическими диффузорами сотовой конст-
конструкции, у иас выпускают также линейку
головок громкоговорителей с металлическими
диффузорами другой конструкции, используе-
используемую в акустических системах «Электрони-
«Электроника» типа 100АС-060, 50АС-061, ААС-062 и
ЮОАС-063. Эта линейка головок громкогово-
громкоговорителей не включена в табл. 6.7, поскольку они
отдельно не поступают в розничную тор-
торговлю.
Металлический диффузор низкочастотной
головки выполнен в виде конуса из пористого
никеля с пористостью 98 % и заклеен снару-
снаружи алюминиевой фольгой для придания ему
воздухонепроницаемости. При диаметре го-
головки 300 мм масса подвижной системы не
превышает 45 г, что позволяет обеспечить
уровень характеристической чувствительности
92 дБ/м"^/Вт- С учетом неизбежных потерь в
разделительном фильтре характеристическая
чувствительность перечисленных выше акус-
акустических систем «Электроника» составляет
90 дБ/м"|/Вт. Среднечастотная головка имеет
куполообразный алюминиевый диффузор, а
диафрагма высокочастотной головки изго-
изготовлена также из алюминиевого сплава в виде
кольца. Поскольку эти акустические системы
способны развивать большое звуковое давле-
давление при высоком качестве звучания, то их
можно с успехом применять не только в быту,
но и во дворцах культуры, клубах, на диско-
дискотеках и т. п.
Еще одним важным достоинством гром-
громкоговорителей с металлическими диф-
диффузорами является высокая степень повторяе-
повторяемости (идентичности) основных параметров
от образца к образцу.
Нельзя не упомянуть еще об одной конст-
конструкции коаксиальной двухполосной го-
локи громкоговорителя, разработанной и вы-
выпускаемой на протяжение многих лет англий-
английской фирмой «Тайной». Такие громкоговори-
громкоговорители применяют в нашей стране в основном для
профессиональной звукозаписи, на телеви-
телевидении и в кинопроизводстве. Особенностью
конструкции головки является соединение в
одном блоке низкочастотной головки громко-
громкоговорителя диффузбрного типа и рупорной
средневысокочастотной головки, имеющей
автономную подвижную систему с куполооб-
куполообразной диафрагмой. Низкочастотный диффу-
диффузор, имеющий криволинейную образующую,
служит также в качестве продолжения высо-
высококачественного рупора, излучение которого
происходит через центральную часть керна
магнитной системы низкочастотного головки, в
которой высверлено конусообразное отверстие.
Сигнал звуковой частоты поступает на такую
головку через разделительный фильтр. Ра-
Рабочая полоса средне-высокочастотной голов-
головки простирается до 18 кГц. Такой громкого-
громкоговоритель выпускают в нескольких модифика-
модификациях, отличающихся главным образом диа-
диаметром низкочастотной головки. Он обеспечи-
обеспечивает очень высокое качество звучания при
высокой эффективности (до 94 дБ/м^Вт.) Раз-
Разрез конструкции коаксиальной головки при-
приведен на рис. 6.15, д.
Существует еще один вид излучателей
звука — так называемый ионизационный гром-
громкоговоритель. Если считать достоинством ма-
малую массу подвижной системы в любом гром-
громкоговорителе, то ионизационный громкогово-
громкоговоритель совсем не имеет подвижной системы и
воздух возбуждается сам, будучи предвари-
предварительно ионизирован с помощью, например,
высокой температуры, создаваемой в опре-
определенном объеме. Изменяя мощность высоко-
высокочастотного сигнала, являющегося источником
высокой температуры, в соответствии с на-
напряжением звукового сигнала, т. е. осуществ-
осуществляя модуляцию, получаем ионизационный
громкоговоритель. В настоящее время иони-
ионизационные или плазменные высокочастотные
громкоговорители выпускает, например, фирма
«Магнат» ФРГ. Громкоговоритель имеет
марку МР-02 и представляет собой акустичес-
акустически прозрачную металлическую сферу, в центре
которой расположен металлический электрод.
При включении громкоговорителя над элек-
электродом внутри сферы возникает фиолетовое
излучение — образуется плазма, объем плаз-
плазмы порядка 1 см'. Конструктивно громкогово-
громкоговоритель объединен с усилителем-генератором.
Диапазон рабочих частот такого громкогово-
громкоговорителя 5... 100 000 кГц, нелинейные искажения
не превышают 1 % при уровне звукового дав-
давления 90 дБ, внешний вид приведен на
рис. 6.15, е.
Довольно широкое применение для озву-
озвучения, командной и диспетчерской связи имеют
рупорные громкоговорители. Устройство элек-
электродинамического рупорного громкоговорите-
громкоговорителя отличается от устройства диффузорного
тем, что либо к диффузору примыкает.рупор,
назначение которого в данном случае — слу-
служить концентратором последовательно, уве-
увеличивать звуковое давление на оси рупора,
либо со звуковой катушкой скрепляют диаф-
диафрагму обычно куполообразной формы, а по
периферии — гофрированный подвес. Диаф-
Диафрагма через акустическую камеру, представ-
представляющую собой объем воздуха с входным се-
сечением, равным поверхности диафрагмы Sfl,
своим выходным сечением примыкает к горлу
рупора площадью S9. Эта камера играет роль
139
Рис. 6.19. Рупорный громкоговоритель 10ГРД-1У-5:
о — внешний внд; б — устройство: / — противоннтерференционный вкладыш; 2 — куполообразная
диафрагма; 3 — подвес; 4 — воздушный зазор магнитной системы; 5 — верхний фланец; 6 — по-
постоянный магнит; 7 — нижний фланец; 8 — керн с полюсным наконечником; 9 — звуковая катуш-
катушка; -10 — камера; // — горло рупора;* в — аналоговая электрическая схема, SofSa — акустический
коэффициент трансформации камеры; 5д — площадь диафрагмы; 50—площадь горла рупора;
г — сопротивление излучения рупора; т0, с0 — масса и гибкость подвижной системы; с, — гиб-
гибкость воздуха в камере; г' — приведенное сопротивление излучения
акустического трансформатора с коэффици-
коэффициентом трансформации So/Sfl, согласующего ме-
механическое сопротивление подвижной систе-
системы громкоговорителя с входным механичес-
механическим сопротивлением рупора, являющимся,
по существу, сопротивлением нагрузки. По-
Поскольку конструктор имеет возможность изме-
изменять коэффициент трансформации в широких
пределах, то можно выбрать такой режим на-
нагрузки подвижной системы, при котором будут
достигнуты выгодные условия передачи энер-
энергии колебаний рупору. В качестве примера их
конструкции рассмотрим широко распростра-
распространенный громкоговоритель 10ГРД IV-5
(рис. 6.19, а). Устройство его головки пока-
показано на рис.' 6.19, б.
Аналоговая электрическая схема громко-
громкоговорителя представлена на рис. 6.19, в, где
через п = S0/5fl обозначен коэффициент
акустической трансформации камеры; Sfl —
площадь диафрагмы; So — площадь горла
рупора; г0 — его сопротивление излучения,
приведенное к горлу,; т0, с0 — масса и гиб-
гибкость подвижной системы; сх — гибкость воз-
воздуха в камере. Параметры громкоговорителя
приведены в табл. 6.8.
Примером рупорного громкоговорителя
без камеры, или, как его иначе называют,
громкоговорителя с широкогорлым рупором,
является громкоговоритель 25ГРДШ-2
(рис. 6.20, а). У него прямой (не свернутый)
рупор примыкает прямо к диффузору подт
движной системы. Увеличение звукового дав-
давления на оси по сравнению с диффузорным
громкоговорителем достигается здесь только
из-за концентрации звуковой энергии рупо-
рупором.
Из других, типов выпускаемых рупорных
громкоговорителей отметим еще 10ГРД-6ИГАС
(рис 6.20, б), 25ГРД1У-5 (рис. 6.20, в),
25ГРД—7ВЗГ (рис. 6.20, г). Первый из них
предназначен для использования в искробез-
опасных системах громкоговорящей связи в
140
условиях, опасных по содержанию газов и
пыли. Характерная особенность его конст-
конструкции в том, что блок, наполненный сталь-
стальными шариками, устанавливается в горле ру-
рупора. Эти шарики не препятствуют прохож-
прохождению звуковых колебаний, но противодей-
противодействуют возможности проникновения во вне
искры, которая может возникнуть в элект-
электрической цепи громкоговорителя и вызвать
взрыв в окружающей среде. Громкоговоритель
25ГРД IV-5 предназначен для использования
в запыленных помещения с химически агрес-
агрессивными веществами, способными разрушить
детали громкоговорителя, и в первую очередь
его подвижную систему. Громкоговоритель
25ГРД-7ВЗГ предназначен для применения в
помещениях с взрывоопасными средами. Его
конструкция рассчитана на устойчивость при
взрыве. Технические данные всех этих гром-
громкоговорителей даны в табл. 6.8.
Кроме конструктивно завершенных изде-
изделий, какими являются описанные выше ру-
рупорные громкоговорители, имеются их типы,
входящие в качестве составных элементов в
ряд систем. Так, например, основой электро-
электромегафона ЗПЭМ-5 (рис. 6.21), служащего для
передачи -команд и т. п., является электроди-
электродинамический громкоговоритель мощностью
3 Вт со свернутым рупором. Неравномерность
его частотной характеристики 10 дБ в номи-
номинальном диазпазоне 710...3150 Гц и развива-
развивает звуковое давление в номинальном диапазо-
диапазоне при полной мощности 6,5; Па на расстоя-
расстоянии 1 м. Его сопротивление на частоте 1000 Гц
равно 20 Ом ± 10 %.
Особое внимание в конструкции электро-
электромегафона уделяется выбору и размещению
микрофона, что очень важно для предотвраще-
предотвращения акустической обратной связи в системе
микрофон — усилитель — громкоговоритель —
воздух. С этой целью в электромегафоне при-
применен микрофон ДЭМШ, который укреплен
так, что рот говорящего находится перед ним
Таблица 6.8. Основные параметры отечественных рупорных и радиальных
гром коговорител ей
Тип
Номинальные
мощность,
Вт
напряже-
напряжение, В
Модуль
сопротивле-
сопротивления, Ом
Рабочий
диапазон
частот, Гц
Неравно-
Неравномерность
АЧХ, дБ
Среднее
стандарт-
стандартное звуко-
звуковое давле-
давление* Па
Габаритные
размеры, мм
Масса, кг
Назначение
Рупорные
10ГРД-1У-5
10ГРД-1У-6
10ГРД-6ИГАС
25ГРД-Ш-2
25ГРД-1У-5
25ГРД7-ВЗГ
50ГРД-Ш-8
ЮОГРД-ИЫ
10
10
3
25
25
10
25
50
100
30
120
240
30
120
. 240
6,5
30
120
240
30
120
240
30
30
30
120
240
30
120
240
90
1440
5760
90
1440
5760
14
36
576
2304
36
576
2304
90
3&
18
288
1152
9
144
576
300...3550
500...3550
500...3550
200...4000
500...3550
500...2000
200...4000
200...4000
Радиальные
15
15
15
15
15
18
15
15
1,5
1,5
1,25
0,8
1,5
1,2
0,7
1,5
524X476X390
374X333X420
374X333X420
530X410X735
317X333X415
400X446X352
550X410X270
1167X896X740 и
1018X714X740
6
13
12
22
17
43
Для озвучения
Для озвучения,
пылехимостойкий
Искробезопасный
Для озвучения
То же
Взрывобезопасный
Для озвучения
То же
10ГДН-1
25ГДН-1
10
25
30
120
240
30
120
240
90
1440
5760
36
576
2304
800...8000
80...8000
16
16
0,18
0,25
0 620X520
0 788X667
15
26
Для озвучения
То же
в непосредственной близости, гораздо ближе
устья рупора громкоговорителя. Кроме того,
ось рупора находится в плоскости нулевой чув-
чувствительности микрофона. Все это и обес-
обеспечивает отсутсвие акустической обратной свя-
связи.
Применяют рупорные громкоговорители
и в качестве высокочастотных звеньев много-
многополосных акустических систем. На рис. 6.22
в качестве примера приведен внешний вид вы-
высокочастотного |3вена двухполосной акусти-
акустической системы для кинотеатров. Обращает
на себя внимание, что отдельные рупоры соб-
собраны здесь в «соты» и их устья расположены
по сферической поверхности. Это сделано для
расширения характеристики направленности,
без чего изображенный комплект высокочас-
высокочастотных рупоров излучал бы звук узким пуч-
пучком, и поэтому для всех направлений, отлич-
отличных от осевого, уровень высоких частот от-
относительно низких был бы очень малым.
Динамические диффузорные головки гром-
громкоговорителей, как правило, не применяют
без акустического оформления, необходимого
для получения от них удовлетворительных ре-
результатов. Причина этого в том, что при коле-
колебаниях диффузора без оформления сгущения
воздуха, образуемые одной его стороной, ней-
нейтрализуются разрежениями, образуемыми
другой его стороной. Применение же какого-
либо оформления удлиняет путь колебаний
воздуха между передней и задней сторонами
диффузора, вследствие чего фазы соответст-
соответствующих колебаний отличаются уже не на 180°^
а на меньший угол, благодаря чему указанной
выше нейтрализации колебаний не наступает.
Это особенно важно на низких частотах, где
размеры диффузора слишком малы по срав-
сравнению с длиной волны. Поэтому применение
оформлений сильно увеличивает эффектив-
эффективность излучения на низких частотах. По кон-
конструкции оформлений, образующих совмест-
совместно с головками громкоговорителей акустичес-
акустические системы, их можно разделить на встроен-
встроенные и выносные. Встроенные системы отлича-
отличаются тем, что одна или несколько головок
громкоговорителей устанавливаются в том
аппарате, оконечным звеном которого они яв-
являются. Такими системами обладает большин-
большинство типов радиоприемников, магнитофонов,
электрофонов. Выносные системы, как ука-
указывает их название, предстваляют собой от-
отдельную конструкцию, включаемую электри-
электрически на выход одного из вышепреречислен-
ных аппаратов, или усилитель низкой частоты,
в свою очередь, являющийся оконечным элек-
электрическим звеном электроакустического трак-
тракта.
По области применения выносные системы
можно разделить на абонентские громкогово-
громкоговорители радиотрансляционных сетей провод-
проводного вещания, акустические системы быто-
бытовой радиоэлектронной аппаратуры, звуковые
колонки, имеющие в основном профессиональ-
профессиональное применение. Для профессиональных целей
находят применение и так называемые ради-
S)
3)
Рис. 6.20. Рупорные громкоговорители:
а — 25ГРД-Ш-2; б - 10ГРД-6 ИГАС; в — 25ГРД-1У-5; г - 25ГРД-7ВЗГ
142
альные громкоговорители, предназначенные
для ненаправленного в горизонтальной плос-
плоскости излучения.
Устройство абонентских громкоговорите-
громкоговорителей просто. На передней стенке обычно пря-
прямоугольного корпуса укрепляется головка
громкоговорителя. Для абонентских громкого-
громкоговорителей III класса, в основном выпускае-
выпускаемых промышленностью, применяются головки
громкоговорителей типа 0.5ГРД42, ранее
1ГД-30. На переднюю или боковую стенку вы-
выходит ручка регулировки громкости, включае-
включаемая в первичную (высокоомную) обмотку
трансформатора, подключенную к абонентской
сети. Во вторичную (низкоомную) обмотку
включается головка. Внутренний объем кор-
корпуса абонентского громкоговорителя 2...4 л.
Внутренний объем громкоговорителя II клас-
класса — 4...6 л.
В качестве примера акустических систем
бытовой аппаратуры рассмотрим трехполос-
трехполосный громкоговоритель типа 35АС-013; внеш-
внешний вид которого показан на рис. 6.23, а ос-
основные технические характеристики приведены
в табл. 6.9. К особенностям данного громко-
громкоговорителя относится применение электроме-
электромеханической обратной связи (ЭМОС), для реали-
реализации которой была разработана низкочастот-
низкочастотная головка ЗОГД-6, снабженная пьезоэлек-
пьезоэлектрическим датчиком, механически связанным
со звуковой катушкой головки. Применение
ЭМОС позволило более.чем на 40 %, уменьшить
внутренний объем-громкоговорителя закрытого
типа по сравнению с фазоинвертором при
одинаковой низшей рабочей частоте и, помимо
этого, снизить нелинейные искажения на низ-
низких частотах. К другим особенностям гром-
громкоговорителя можно отнести наличие встроен-
встроенного усилителя звуковых частот вместе с ис-
источником питания. На выходе усилителя вклю-
включен пассивный разделительный трехполос-
трехполосный фильтр с частотами разделения 500 и
5000 Гц, аналогичный всем акустическим
системам, в состав которых входят головки
15ГД-11А и ЮГД-35.
В качестве примера звуковых колонок
опишем звуковую колонку 15КЗ-1, предназ-
предназначенную для воспроизведения в основном
речи на открытом воздухе (рис. 6.24). В ее
металлическом кожухе на общей доске по
вертикали установлены четыре диффузорных
электродинамических громкоговорителя типа
4ГД-8Е. В кожухе установлен трансформатор
с отводами, выведенными на плату. Благода-
Благодаря возможности переключения можно исполь-
использовать колонку на 5,10 и 15 Вт при линейном
напряжении сети 30 или 120 В. Колонка ком-
комплектуется поворотным устройством, позво-
позволяющим изменять наклон ее рабочей оси.
Благодаря большому стандартному зву-
звуковому давлению колонка может обеспечить
довольно высокий уровень 111 дБ при мини-
минимальной мощности, что позволяет использо-
использовать ее для озвучения сравнительно больших
площадей и на довольно большие расстоя-
расстояния — до 30...40 м при умеренных уровнях
окружающих шумов. Основные параметры
Рис. 6.21. Электромегафон ПЭМ-5
ШОВ
пи
Рис. 6.22. Высокочастотное aieeHO профессио-
профессионального двухполосного громкоговорителя
Рис. 6.23. Акустическая система 35АС-013
Рис. 6.24. Звуковая колонка 15КЗ-1
143
Таблица 6.9. Основные параметры отечественных акустических систем
Тип акустической
системы
ЗАС-311
ЗАС-312
6АС-221
6АС-322
ЮАС-318
10АС-211
ЮАС-203
iOAC-222
15АС-213
15АС-214
15АС-232
15АС-109
15АС-110
25АС-109
25АС-126
25АСЭ-101
25АС-131
25АС-128
25АС-132
25АС-027
Тип комплектующих
головок громкоговорителей
—
—
—
—
10ГДШ-1
10ГДШ-1
25ГДН-1, 6ГДВ-1
25ГДН-3, 6ГДВ-3
25ГДН-4, 8ГДВ-1
25ГДН-4, 8ГДВ-1
25ГДН-3, 15ГДВ-1
25ГДН-3, 15ГДВ-1
35ГДН-1, 20ГДС-4,
5ГДВ-1
35ГДН-1, 15ГДВ-1
Электростатические
50ГДН-3, 10ГИ-1
50ГДН-3, 15ГДВ-1
50ГДН-3, 20ГДС-4,
15ГДВ-1
75ГДН-1, 20ГДС-4
6ГДВ-4
Диапазон воспро-
воспроизводимых
частот, Гц
100... 12500
100... 12 500
63... 18 000'
63... 18 000
100... 12 500
63... 18 000
63... 18 000
63... 18 000
80...20 000
63...20 000
40...20 000
40...20 000
40...20 000
40...20 000
40...20 000
50...20 000
40...25 000
40...20 000
40...25 000
31.5...31 000
Неравномерность
АЧХ,дБ
16
16
18
18
16
18
18
16
16
16
16
16
16
16
16
12
16
16
—
16
Уровень
характе-
ристичес-
ристической чув-
ствитель-
ствительности,
дБ/му^
87
87
84
84
86
87
87
84
81
85
85
84
84
84
-84
96 на
10 В
87
84
84
86
Номиналь-
Номинальное элек-
электрическое
сопротив-
сопротивление, Ом
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
8
4
4
—
4
4
4
4
Макси-
Максимальная
шумовая
мощность,
Вт
5
5
10
10
10
• ю
10
30
25
25
25
25
25
50
40
20 Вольт
50
50
50
90
Габаритные
размеры
(высота,
ширина,
глубина),
см или
объем, дм'
2,0
2,0
14,0
14,0
12,0
34,0
34,0
37X21X18
7,2
31X19X19
19
36X22X19
36X22X19
48X29X27
48X29X27
92X62X36
52X30X26
28
29; 6,4; 2,2
62X36X32
Вид акустического
оформления
Открытое
То же
Фазоинвертор
Закрытое
То же
»
»
Фазоинвертор
То же
Закрытое
Фазоинвертор
То же
»
Закрытое
То же ¦*
Закрытое
То же
Фазоинвертор
Модульное
Фазоинвертор
Масса,
кг
4,0
4,0
5,0
5,0
5,0
8,5
8,5
6,0
5,5
7,0
7,0
6.8
6,8
13,0
13,0
25,0
15,0
15,0
18,3
25,0
Окончание та б л. 6.9
Тип акустической
системы
Тип комплектующих
головок громкоговорителей
Диапазон воспро-
воспроизводимых
частот, Гц
нсть
я
as1*
Hepai
АЧХ
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
12
12
12
12
Уровень
характе-
ристичес-
ристической чув-
ствитель-
ствительности ,
дБ/м-j/i;
86
86
86
86
86
86
86
85
86
90
85
90
90
Номиналь-
Номинальное
электри-
электрическое
сопротив-
сопротивление,
Ом
4
4
4
4
4
4
4
4
4
8
4
8
8
47 кОм
Макси-
Максимальная
шумовая
мощность,
Вт
90
70
90
90
90
70
90
90
90
100
150
100
75
Габаритные
размеры
(высота,
ширина,
глубина),
ем или
объем, дм*
Вид акустического
оформления
35АС-012
35АС-013
35АС-016
35АС-015
35АС-018
35АС-021
35АС-008
35АС-ДС-017
35АС-022
75АС-001
100АС-003
100АС-060
100АС-063
ААС-062
75ГДН-1, 20ГДС-4,
15ГДВ-1
ЗОГД-6, 20ГДС-4,
15ГДВ-1
75ГДН-1, 20ГДС-4,
15ГДВ-1
75ГДН-1, 20ГДС-4,
15ГДВ-1
75ГДН-1, 20ГДС-4,
15ГДВ-1
50ГДН-1, 20ГДС-2,
10ГДВ-1
75ГДН-1, 20ГДС-4,
6ГДВ-4
75ГДН-1, СЧ и ВЧ-
электростати ческие
75ГДН-1, 2ОГДС-4,
15ГДВ-1
50ГДН-3, 20ГДС-4,
6ГДВ-4
100ГДН-1, ЗОГД-8,
10ГД-43
НЧ, СЧ и ВЧ головки с
металлическими диффу-
диффузорами
31Д..25 000
31.5...25000
31.5...25 000
31.5...25000
25...25 000
25...250О0
25...25000
25...25000
25...25000
25...31 000
20...30 000
25...25000
25...25000
25...25 000
71X36X29
58X33X24
71X27X37
71X36X29
76
57
71X40X36
107X36X35
83
92
123X48X40
91X47X45
76X39X31
76X39X31
То же
СЭМОС
Фазоннвертор
То же, с ПН
Фазоинвертор
То же
Закрытее
Фазоннвертор
Фазоинэертор
То же
Закрытое
Фазоинвертор
То же
Приведены в табл. 6.10. Устройство
радиального громкоговорителя показано на
рис. 6.25. В круглом кожухе с рымом наверху
для подвеса заключены четыре диффузорных
громкоговорителя, расположенных под угла-
углами 90° друг к другу. Под основным кожухом
находится также круглый отражатель, наз-
назначение которого — сделать более равнбмер-
ной характеристику направленности в вер-
вертикальной плоскости. Технические данные ра-
радиальных громкоговорителей приведены в
табл. 6.8.
Эксплуатация акустических излучающих
систем не представляет каких-либо затруд-
затруднений. Следует лишь следить, чтобы они ис-
использовались в тех климатических условиях,
которые указаны в технической документа-
документации на них. В агрессивных, взрывоопасных
и искроопасных средах можно применять
лишь те громкоговорители, работа которых в
этих условиях оговорена в их технических
условиях. Естественно, что следует обере-
оберегать акустические системы от механических
повреждений и не подводить к ним напряже-
напряжение, большее того, на которые они рассчи-
рассчитаны.
Специфическими повреждениями головок
громкоговорителей и акустических систем яв-
являются повреждения диффузора или куполо-
куполообразной диафрагмы. Если они просто помя-
помяты, то лучше всего восстановить ,их форму с
ПОМОЩЫЬ ИГОЛКИ ДЛЯ ШИТЬЯ.
Если в диафрагме или диффузоре образо-
образовалось отверстие, то на него нужно положить
заплату; на гофр — из тонкой (промокатель-
(промокательной) бумаги, наклеенной с помощью резиново-
резинового клея, а на коническую часть диффузора
или диафрагму — из бумаги типа кабельной,
приклеенной клеем БФ-4 или АК-20. Если
оборвались выводы от звуковой катушки, то
припаивать их нужно осторожно, следя за
тем, чтобы канифоль или припой не растека-
растекались по проводнику. В противном случае
проводник потеряет гибкость и скоро слома-
сломается.
При подведении слишком большого на-
напряжения катушка может сгореть, или с кар-
Рис. 6.25. Радиальный громкоговоритель
каса могут сползти витки, что заклинивает ка-
катушку в зазоре. Ремонт при этом получается
сложный, поэтому головки дешевых типов
лучше просто заменить. Дорогие головки
громкоговорителей (низкочастотные) лучше
ремонтировать в специализированных пред-
предприятиях.
6.5. КОНСТРУКЦИИ АКУСТИЧЕСКИХ
ОФОРМЛЕНИЙ
ПЛОСКИЙ ЭКРАН
Наиболее простой вид оформления — плос-
плоский экран. Даже при сравнительно неболь-
небольших его размерах воспроизведение низких
частот значительно улучшается. Вместе
с тем в области средних, и особенно высоких,
частот экран уже не оказывает существенного
влияния. Конструктивно экран рекоменду-
рекомендуется выполнять в виде толстой доски или фане-
фанеры толщиной 10-20 мм, в которой вырезано
отверстие по диаметру диффузородержателя
головки громкоговорителя. В это отверстие
последний и вставляется. Экран выполняют
квадратной или лучше прямоугольной формы.
Предпочтительное отношение сторон прямо-
прямоугольника (ширина к высоте) 2 : 1...3 : 1. Что
касается абсолютных размеров экрана, же-
желательно, чтобы на нижней границе диапазо-
диапазона частот, который акустическая система, долж-
должна воспроизводить- (з& которую, црлесоовбраз-
но принять резонансную частоту головки
громкоговорителя), эквивалентный диаметр
экрана (диаметр круга, площадь которого
равна площади экрана) D = 0,5 "KJQ, где
Ао — длина звуковой волны на нижней гра-
граничной частоте диапазона; Q — добротность
головки громкоговорителя на резонансной
частоте (с.м. §.6.1). При таких размерах экрана
частотная характеристика получается наиболее
равномерной. Если экран не может быть
таких размеров, то следует на нижней гра-
граничной частоте диапазона ожидать спада N =
=20 lg (D/Dt), гае D — вычисленный по вы-
вышеприведенной формуле диаметр; Dx — фак-
фактический диаметр.
Пример. Резонансная частота головки
громкоговорителя 85 Гц. Ее добротность 2.
Требуется определить спад на резонансной
частоте, если по конструктивным соображени-
соображениям фактически эквивалентный диаметр ра-
равен 0,5 м.
Определяем желательный диаметр экрана
D = 0,5 C43 : 85 • 2) = 1 м. При диаметре
0,5 м спад на нижней граничной частоте N =
= 20 lg(l : 0,5) = 0,6 дБ.
Размещать головку громокговорителя ре-
рекомендуется в случае прямоугольного экра-
экрана в его центре. Смещение от центра умень-
уменьшает развиваемое звуковое давление и ухуд-
ухудшает частотную характеристику. Для квад-
квадратных экранов некоторое смещение места
установки головки несколько улучшает час-
частотную характеристику, хотя одновременно
и снижает звуковое давление. Следует еще
остановиться на том, как «врезать» головку в
146
Таблица
Тнп
2КЗ-7
15КЗ-1
15КЗ-2
15КЗ-4
15КЗ-6
15КЗ-8
50КЗ-ЗМ
100КЗ-7
100КЗ-П
25КЗ-5
25КЗ-6
8КЗ-4
2КЗ-6
2КЗ-7
6КЗ-2
25КЗ-12
25КЗ-7
100 КЗ-13
*¦*
Л.
6.10. Основные параметры отечественных звуковых колонок
Тип и число
комплектующих
головок
громкоговорителей
0.5ГД-31Х4
4ГД-8ЕХ4
4ГД-8ЕХ4
4ГД-8ЕХ4
4ГД-43Х4
ЗГД-42Х4
25ГД-18-22X2
25ГД-21Х2
25ГД-21Х2
25ГД-18-22X2
25ГД-25Х4
10ГД-21Х1
10ГД-22Х2
10ГД-21Х1
10ГД-22Х2
4ГД-47Х2
1ГД-42Х2
0.5ГД-30Х4
ЗГД-42Х2
10ГД-36ХЗ
25ГД-21Х2
10ГД-35Х4
25ГД-18-22X4
Рабочий
диапазон, Гц
300...7000
200...5000
200...5000
200...5000
80... 12 500
160...8 000
80... 10 000
100...10 000
100... 10 000
80... 10 000
80... 10 000
150...8000
300...7000
300...7000
160... 18 000
63... 16 000
80... 14 000
80... 10 000
Неравномер-
Неравномерность
частотной
характери-
характеристики, дБ
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
15
18
18
18
Среднее
стандартное
звуковое
давление.
Па
0,45
0,6
0,6
0,6
0,3
0,6
0,9
0,7
0,4
0,5
0,5
0,85
0,85
0,5
0,4
0,3
0,5
0,7
Габаритные
размеры, мм
684X120X73
643X325X245
730Х274ХИ8
725X274X100
301X651X179
780X280X140,
1360X394X264
1480X394X299
1193X362X294
1623X352X320
1433X320X270
340X300X230
320X307X260
423X188X124
394X132X94
600X120X75
520X230X140
730X280X240
974X340X280
1280X340X280
Материал
оформления
Металл
Металл
Дерево
Дерево
Дерево
Дерево
Металл
Металл
Металл
Металл
Металл
Дерево
Дерево
Дерево
Металл
Дерево
Дерево
Металл
Металл
Масса,
кг
3,8
10
10
10
11
8
40
45
25
15
15
7,5
3,7
4,0
7,0
26
45
60
Номинальная
мощность, Вт
2
12,5; 6,25
12,5; 6,25
12,5; 6,25
12,5; 6,25
12,5; 6,25
50; 25
100
100
25; 12,5; 6,25
25; 12,5; 6,25
2; 4; 8
2 .
2
6,25
25; 12,5; 6,25
25; 12,5; 6,25
100,0
экран. Здесь настоятельно рекомендуется
выполнять это так, чтобы передняя плоскость
диффузородержателя (обычно поверхность
картонных секторов) была заподлицо с перед-
передней плоскостью экрана. В противном случае
перед головкой образуется цилиндрическое
углубление (род короткой трубы). Столб воз-
воздуха находящийся в нем, может резонировать
на ряде частот и тем самым ухудшать частот-
частотную характеристику и качество звучания акус-
акустической системы. Наконец, следует учесть,
что головка громкоговорителя в экране, по
существу, является открытой и поэтому мо-
может легко покрываться пылью, Во избежание
этого необходимо спереди.закрывать головку
какой-либо радиотканью, удерживаемой ме-
металлической рамкой, (круглой, эллиптичес-
эллиптической, прямоугольной), притягиваемой к экрану,
шурупами. Следует при этом обратить серьез-
серьезное внимание, чтобы ткань была натянутой и
ни в коем случае не резонировала, что можно
обнаружить на глаз или на ошупь, подавая
на громкоговоритель напряжение низкой час-,
тоты от звукового генератора. Сзади, со сто-
стороны магнитных цепей, на головку громкого-
громкоговорителя рекомендуется надевать «юбочку»,
например из бязи.
Встречаются описания акустических си-
систем, в которых головка громкоговорителя
вставляется в отверстие в стене комнаты, т. е.
стена является экраном. Принципиально такое
конструктивное решение выгодно, но при
этом не надо забывать, что звучание акусти-
акустической системы будет иметь место не только в
той комнате, в которой акустическая система
предназначена работать, но и в три, Куда
выходит задняя сторона головки громко-
громкоговорителя, что, конечно, не всегда жела-
желательно. Если же такое решение возможно, то
оно дает заметное улучшение частотной ха-
характеристики и качество звучания, особенно
на низких частотах. Разумеется, что и в этом
случае в силе все вышеприведенные рекомен-
рекомендации по врезанию головки громкоговори-
громкоговорителя теперь уже в стену. Дополнительно м.е-
шочек сзади головки следует сделать поболь-
побольше (например, в виде полусферы с диаметром,
равным диаметру головки) и набить его хлоп-
хлопчатобумажной ватой, что предохранит от не-
нежелательных резонансов. Естественно, что
такую полусферу надо как-то замаскировать,
чтобы она не портила вида той комнаты, в ко-
которую она выходит.
ОТКРЫТЫЙ КОРПУС
Распространенный вид акустического
оформления — открытый корпус. Он представ-
представляет собой ящик, у которого задняя стенка
или полностью отсутствует, или' же имеет
ряд сквозных отверстий (например, из пер-
перфорированного картона, пластмассовая со
щелями или отверстиями и т. д.). Головки уста-
устанавливаются обычно на передней стенке ящи-
ящика. Его внутренний объем, как правило, ис-
используется для размещения деталей электри-
электрической схемы, например приемника. Акусти-
Акустическое действие открытого оформления подоб-
подобно действию экрана. Наибольшее влияНие
на частотную характеристику акустической
системы с открытым оформлением оказывают
передняя стенка (на которой смонтированы
головки громкоговорителей) и ее размеры.
Вопреки распространенному мнению, боко-
боковые стенки открытого оформления влияют на
характеристику акустической системы мало.
Таким образом важен не внутренний объем
оформления, а площадь передней стенки. Раз-
Размеры ее (эквивалентный диаметр передней
стенки) из-за влияния боковых можно делать
на 25...40 % меньше размеров экрана. Ко-
Конечно, если оформление сделать очень глу-
глубоким, то оно может начинать действовать
как труба, резонирующая на некоторых час-
частотах, тем более низких, чем больше длина
трубы. Естественно, это является нежелатель-
нежелательным, поскольку такие резонансы бывают из-
за появления пиков и провалов на частотной
характеристике акустической системы. Кроме
нежелательности большой глубины открытого
оформления, оно должно удовлетворять еще
некоторым требованиям. Прежде всего, сле-
следует избегать каких-либо отверстий и щелей
в акустическом оформлении (за исключением
отверстий или щелей в задней стенке). Осо-
Особенно опасны они на передней стенке как при-
причины акустического «короткого замыкания» и
как причины, которые могут привести к рез-
резкому ухудшению воспроизведения низких час-
частот. Поэтому, в частности, рекомендуется
устанавливать головки громкоговорителей на
передней стенке с уплотнением в виде коль-
кольцевой прокладки из резины, пленки и т. п.
между диффузородержателем и передней стен-
стенкой. Уплотнением могут служить и картонные
сектора, обычно располагающиеся на диффу-
зородержателе. Но тогда надо уплотнить
щели между ними. Головку надо притяги-
притягивать к стенке винтами или шурупами, но не
очень сильно, чтобы не покоробить диффузоро-
держатель и тем самым не вызвать перекоса
подвижной системы, что может привести к
нелинейным искажениям и явиться причиной
дребезга. Задняя сторона головки громкого-
громкоговорителя не должна быть закрыта, как это
часто делают, деталями схемы, не должна «за-
«задыхаться». Несоблюдение этого требования
лриводит к снижению звукового давления,
развиваемого акустической системой. Можно
рекомендовать, чтобы детали схемы не зани-
занимали более 30 % внутреннего объема оформле-
оформления. Размеры передней стенки, как уже гово-
говорилось при рассмотрении работы акустичес-
акустического экрана, желательно иметь как можно
больше. Ограничением здесь являются только
соображения удобства размещения и пользо-
пользования. Что касается места установки головки
на передней панели и соотношения ширины и
высоты последней, то тут рекомендации такие
же, как и в случае плоского экрана. Площадь
перфорации или щелей в задней стенке долж-
должна составлять 10...20 % всей площади этой
стенки.
У Конфигурация оформления закрытого типа
оказывает большое влияние на форму частот-
148
10
5
О
-5
-10
\
\
l\
s/
\ I
10
5
0
-5
-10
I
I
/
• I I
V
ioo гоо ш600mooгооо f/ц wo 200 mmюоо 2000
10
5
О
-5
-10
M
r
10
5
0
-5
-ю
А
f \
л
1
1
л—
2G/7 400600/0002000 Г,Гц 100 200 W60010002000
5
0
I*
100.200 40060010002000
10
5
О
-5
100 200 40060010002000
0
•в а
: —"¦
Рис. 6.26. Зависимость неравномерности частотных характеристик громкоговорителя от
акустических оформлений различной формы
ной характеристики на средних частотах, вы-
вызывая появление многочисленных пиков и
провалов в случае неудачной формы. Это
хорошо видно из рассмотрения частотных ха-
характеристик (рис. 6.26) для, разных конфигу-
конфигураций оформления: сферического (шара), куба,
усеченной пирамиды, параллелепипеда. Эти ха-
характеристики сняты при условии, что скорость
колебаний подвижной системы головки не из-
изменяется при изменении частоты (что прак-
практически, конечно, не соблюдается). Наиболее
благоприятной формой является сфера. При-
Приведенные характеристики следует иметь в ви-
виду при выборе конфигурации оформления, хо-
хотя, исходя из конструктивных соображений,
редко можно применить благоприятную форму
из числа изображенных на рис. 6.26. Из эсте-
эстетических соображений размеры оформления в
виде параллелепипеда часто выбирают так,
чтобы размеры лицевой стороны (высота:
ширина) и глубина относились друг к дру-
другу как 1 : 0,55 : 0,41.
Материал оформления должен обеспечи-
обеспечивать жесткость стеиок, особенно передней.
Наиболее подходящий материал — деревян-
деревянные доски, ДСП или фанера, тем более толстая,
чем больше размеры оформления. Так, на-
например, для оформления объемом 5... 10 л мож-
можно использовать доску или фанеру толщиной
10...12 мм. Для оформления объемом 50...60 л
следует делать стенки толщиной до 20 мм.
Переднюю панель оформления, на которой
крепятся головки громкоговорителей, во всех
случаях желательно брать не тоньше 15...
20 мм. Кроме дерева и фанеры, широко при-
применяют пластмассу.
КОРПУС С ЛАБИРИНТОМ
Для того чтобы избежать акустического
«короткого замыкания», в свое время было
предложено акустическое оформление с лаби-
лабиринтом. Один из возможных вариантов его
конструкции ясен из рис. 6.27. Изображенная
акустическая система состоит из корпуса, на
передней панели которого укреплена головка.
Задняя сторона диффузора работает на обра-
образованный рядом перегородок зигзагообразный
звукопровод —тлабиринт. Второй конец ла-
лабиринта заканчивается выходным, отверстием
на одной из стенок корпуса. Поперечное се-
сечение лабиринта — обычно прямоугольное или
круглое. Площадь этого сечения делается при-
примерно равной площади диффузора. Выпрям-
Выпрямленная длина лабиринта должна быть равной
примерно половине длины волны на низкой
граничной частоте акустической системы, бла-
благодаря чему излучения из выходного отвер-
отверстия лабиринта будут совпадать по фазе с из-
излучением передней стороны диффузора. Так,
если акустическая система должна воспро-
воспроизводить звук с 50 Гц (длина волны 6,8 м, по-
половина длины волны 3,4 м), то желательно,
чтобы выпрямленная длина лабиринта равня-
равнялись также 3,4 м. Конечно, если лабиринт бу-
будет иметь больше колен, то конструктивная
глубина корпуса акустической системы будет
соответственно меньше. Внутренние стенки
лабиринта желательно покрывать звукопогло-
звукопоглощающим материалом, например слабо наби-
набитыми и простеганными ватными матами. Одна-
Однако конструкции акустических систем с лаби-
лабиринтом являются довольно громоздкими вслед-
вследствие чего редко применяются, несмотря на то,
что от них можно получить неплохие резуль-
результаты.
"//S/////
'////////////Л
Рис. 6.27. Устройство акустической системы
с лабиринтом
149
ЗАКРЫТЫЙ КОРПУС
Очень большое распространение в послед-
последние годы приобрели закрытые системы. Пре-
Преимущество их в том, что задняя поверхность
диффузора не излучает, и, таким образом,
полностью отсутствует акустическое «ко-
«короткое замыкание». Но закрытые системы име-
имеют другой недостаток. Он заключается в том,
что при колебаниях диффузора он должен
превозмогать дополнительную упругость воз-
воздуха в объеме ящика. Наличие этой дополни-
дополнительной упругости приводит к тому, что повы-
повышается раезонансная частота подвижной сис-
системы громкоговорителя, в результате чего
ухудшается воспроизведение частот, лежащих
ниже этой частоты. Чтобы резонансная часто-
частота все же не была чрезмерной высокой, при-
применяют головки громкоговорителей с тяже-
тяжелой подвижной системой, что позволяет сни-
снизить резонанс, как это следует из формулы
/о—'
где /о — резонансная частота системы; с0 —
гибкость закрепления подвижной системы;
с — гибкость воздуха в закрытом объеме
оформления; /л0 — масса подвижной системы;
Ко — эквивалентный объем; /0 — резонанс-
резонансная частота головки; V—объем оформления.
Однако следует иметь в виду, что увеличе-
увеличение массы подвижной системы влечет за со-
собой понижение чувствительности акустичес-
акустической системы в целом. Особенно небольшой яв-
является чувствительность у так называемых
малогабаритных акустических систем (MAC),
упругость объема воздуха внутри оформления
которых существенно больше, чем упругость
закрепления подвижной системы. Стандарт-
Стандартное звуковое давление для них определяется
формулой рст = 2,65 • Ю-3 У/jjK/Q, где /0 —
резонансная частота подвижной системы го-
головки, установленной в закрытое оформле-
оформление объемом V; Q — добротность системы на
этой частоте. Не рекомендуется выбирать
добротность выше 0,7... 1,0, так как подвиж-
подвижная система получается «раздемпфированной».
Это значит, что при ее возбуждении, т. е. при
подаче на нее напряжения музыкальной или
речевой программы, она помимо того, чтобы
12
10
8
6
4-
1
I
1
\
\
\
/
у
колебаться в такт с этим напряжением, будет
колебаться и с частотой собственных колеба-
колебаний, близкой к резонансной частоте. Для слу-
слушателя это будет проявляться в том, что к зву-
звучанию программы будет примешиваться зву-
звучание этой частоты как своего рода «гудение»,
«нечистота низов». Таким образом, будут
иметь место своеобразные искажения, нося-
носящие название переходных. Эти искажения еще
плохо слышны, пока добротность не превы-
превышает единицы.
Необходимо отметить, что чем меньше доб-
добротность, тем больше спад частотной характе-
характеристики на резонансной частоте. Так, при
добротности 0,707 он составляет 3 дБ, а при
добротности 0,5 он составляет уже 6 дБ
(рис. 6.28). Естественно, что такой спад ха-
характеристики во избежание ухудшения вос-
воспроизведения низких частот необходимо кор-
корректировать в усилителе низкой частоты. При
наличии же такой коррекции система с умень-
уменьшенной добротностью дает существенно луч-
лучшее качество звучания.
Конструктивно закрытые системы надо
выполнять так, чтобы отсутствовали какие-
либо щели и отверстия, наличие которых сразу
же может превратить закрытую систему в от-
открытую. Что касается установки головок гром-
громкоговорителей и выбора материалов и толщи-
толщины стенок, то тут должны соблюдаться те же
требования, какие были перечислены в слу-
случае открытых систем. Размеры оформления ре-
рекомендуется брать возможно больше, однако
нет смысла делать объем его (в м3) существенно
больше величины, определяемой формулой
V —¦
pc2S2
23,2/§т
= 6,5-Ю3
Рис. 6.28. Зависимость неравномерности частот-
частотной характеристики акустической системы за-
закрытого типа от ее добротности
где /0 — резонансная частота подвижной сис-
системы головки громкоговорителя без оформле-
оформления; т — масса подвижной системы в кг;
S — площадь диффузора, м2.
Если объем оформления будет больше, то
это скажется лишь незначительно на сниже-
снижении резонансной частоты акустической сис-
системы в оформлении выбранного объема. Что
касается минимально допустимого внутрен-
внутреннего объема, то он выбирается исходя из
того, чтобы добротность акустической систе-
системы не превысила допустимой величины доб-
добротности из-за повышения резонансной часто-
частоты. Добротность акустической системы опре-
деляется через добротность головки как Qi =
= Q ~\/\ + VJV. Отсюда минимально допус-
допустимый внутренний объем закрытого оформле-
оформления V = V0/(Q*/Q* — !)•
Пример. Пусть надо найти минимальный
объем закрытого оформления для головки
громкоговорителя с резонансной частотой
40 Гц, добротностью 0,5 и эквивалентным объе-
объемом 50 л при допустимой максимальной доб-
добротности акустической системы 1,0: V —
= 50/Ц1/0.5J —11 = 50/3 « 17,л. При этом
резонансная частота системы /д =
= /о ~V\ 4-50/17 — 80 Гц. Спад характеристики
150
(см. рис. 6.28) на этой частоте будет 2 дБ. Ес-
Естественно, может случиться, что при таком
объеме оформления получающаяся резонанс-
резонансная частота будет слишком высокой. Тогда
нужно увеличивать объем до получения нуж-
нужного значения резонансной частоты. Для того
чтобы уменьшить резонансные явления внутри
оформления, можно рекомендовать обивку
его звукопоглощающим материалом. Наибо-
Наиболее доступным материалом является хлопча-
хлопчатобумажная вата^ которую следует равно-
равномерно распределить по внутреннему объему
оформления из расчета примерно 15 г на
1 л внутреннего объема. Если материал (вата)
располагается только на задней стенке ящика
с внутренней стороны, то достаточно приме-
применять 2...3 г его на 1 л внутреннего объема.
Чтобы предохранить подвижную систему от
попадания в нее волокон ваты, рекомендуется
головку перед ее установкой заключить в че-
чехол, например из бязи.
КОРПУС С ФАЗОИНВЕРТОРОМ
Стремление получить достаточно хорошее
воспроизведение низких частот при умеренном
объеме акустического оформления довольно
хорошо достигается в так называемых фазоин-
версных системах (зарубежное название бас-
рефлекс). Их конструкция достаточно проста.
В корпусе закрытой системы делается щель
или отверстие. В последнее может быть встав-
вставлена (трубка (рис. 6.29, а). На рис. 6.29,6
приведена аналоговая электрическая схема
фазоинвертора. На ней т0, с0, г0 — масса,
гибкость и активное сопротивление подвиж-
подвижной системы головки громкоговорителя; сг —
гибкость воздуха внутри корпуса системы;
щ, Ту — масса и активное сопротивление
(в том числе сопротивление излучения) щели,
отверстия или трубки фазоинвертора.
Упругость объема воздуха в оформлении
резонирует на какой-то частоте с массой возду-
воздуха в отверстии или трубке. Эта частота назы-
называется резонансной частотой фазоинвертора.
Таким образом, акустическая система в целом
становится состоящей как бы из двух резо-
резонансных систем — подвижной системы гром-
громкоговорителя и оформления с отверстием.
При этом подвижная система громкоговори-
громкоговорителя ведет себя как электрический последо-
последовательный резонансный контур, а фазоин-
фазоинвертора — как параллельный. При правильно
выбранном соотношении резонансных частот
этих систем воспроизведение низких частот
значительно улучшается по сравнению с за-
закрытыми и открытыми акустическими систе-
системами с/таким же объемом оформления. Это
объясняется тем, что на частотах выше резо-
резонансной частоты фазоинвертора скорость коле-
колебаний частот в отверстии (или трубке)^ имеет
более благоприятный сдвиг по фазе относитель-
относительно скорости колебаний тыльной стороны диф-
диффузора головки громкоговорителя, чем в слу-
случае открытой системы, когда от передней и
задней сторон ее приходят колебания, сдви-
сдвинутые по фазе на 180° относительно друг
друга.
a)
Рис. 6.29. Акустическая система с фазоинвер-
тор.ом:
а __ устройство; б — исходная н примененная ана-
аналоговые электрические схемы
Несмотря на очевидные преимущества акус-
акустических систем с фазоинвертором, очень
часто такие системы, изготовленные даже опыт-
опытными людьми, не дают ожидаемых от них
результатов. Причина этого в том, что для по-
получения необходимого эффекта фазоинвертор
должен быть правильно рассчитан и настроен.
Для правильного выбора соотношений па-
параметров фазоинвертора можно пользоваться
рис. 6.30. На нем нанесены кривые отноше-
отношения резонансной частоты фазоинвертора /в к
резонансной частоте головки громкоговори-
громкоговорителя /0, кривая добротности головки громко-
громкоговорителя на резонансной частоте Q и кривая
отношения частоты /3, на которой получается
спад к низким частотам частотной характерис-
характеристики ЗдБ, к резонансной частоте громкого-
громкоговорителя /0. Все эти величины даны в зависи-
зависимости от отношения VjV эквивалентного
объема головки громкоговорителя к объему
оформления.
Пример. Пусть дан громкоговоритель с эк-
эквивалентным объемом J7 л, резонансной часто-
частотой 40 Гц и добротностью 0,375. Восстанавли-
Восстанавливаем перпендикуляр из точки на оси ординат
(слева) с отметкой 0,375; этой точке соответ-
соответствует абсцисса VJV = 1,4. Отсюда объем
оформления V = 1У1,4 = 17/1,4 = 12 л. По
кривым /3//0 и /в//о аналогично отсчитываем
(по правой шкале ординат) /3//0 = 1 и /в//0 =
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
' 0,3 0,50,60,8 1 Z 3 4 56783fOVo/V
Рис. 6.30. Кривые расчета фазоинрерторов
. 151
4
ff/ff
^»
/
ч
/
/
*¦«"--'
= 1. Таким образом, спад частотной характе-
характеристики на 3 дБ будет на частоте /3 = f0,
т. е. на 40 Гц. Резонансная частота фазоинв~ер-
тора будет также 40 Гц (в данном частном слу-
случае). Сделаем фазоинвертор с трубкой. Мак-
Максимальное значение диаметра трубки ограни-
ограничивается тем, что определенная по формуле ее
длина должна быть не больше 1/12 длины вол-
волны на резонансной частоте. Кроме того, труб-
трубка своим другим концом не должна упирать-
упираться в стенку, противоположную той, в которой
она укреплена. Этот конец должен отстоять от
стенки не менее чем на 4 см. Трубка (если она
применяется) конструктивно может быть вы-
выполнена проще всего из картона или прессшпа-
прессшпана, навернутого на клею на какой-то круглый
стержень в несколько слоев. Можно сделать
трубку и квадратной так, чтобы площадь
квадрата равнялась площади круга выбран-
выбранного диаметра. В этом случае ее можно собрать
из толстой фанеры также на клею и врезать в
оформление.
Размеры трубки определяются по формуле
где, помимо введенных выше обозначений,
d — диаметр отверстия или трубки; / — дли-
длина трубки (или толщина стенки в случае от-
отверстия).
При расчете по этой формуле нельзя забы-
забывать, что все величины следует подставлять в
единицах одних и тех же систем. Например, все
в линейных, квадратных, кубических метрах
ил» сантиметрах, объем соответственно в. ку-
кубических метрах или кубических сантиметрах,
скорость звука в метрах в секунду или санти-
сантиметрах в секунду! Как видно из формулы,
диаметр трубки (или отверстия) и ее длина мо-
могут находиться в разных соотношениях, удов-
удовлетворяя при этом написанной формуле. Если
делается не трубка, а отверстие, то рекоменду-
рекомендуется делать его диаметр возможно больше и
никак не меньше половины диаметра диффу-
диффузора.
К
10001
i
' i1
J
-I-
30 100
WOO
Рис. 6.31. Зависимость процентного прираще-
приращения площади поперечного сечения рупора на
I см его длины
Вычислим размеры трубки. Для нашего
объема 12 л и резонансной частоты 40 Гц
( 4/ + d)/d* =, 343а/Dл12 • Ю-МО2) = 4,9 X
X 102. Зададимся диаметром трубки
0,05 м E см). Тогда длина ее будет = D,9 X
ХК^-гб-Ю-4 —3,4-5-Ю-2) = 0,262 м. Та-
Такая длина трубки существенно меньше 1/12
длины волны на 40 Гц (8,6 м).
РУПОРНЫЕ СИСТЕМЫ
Применение рупора, нагружающего под-
подвижную систему головки громкоговорителя,
очень сильно (в добрый десяток раз) улучша-
улучшает коэффициент полезного действия последней
и таким образом дает возможность получить
достаточную величину звукового давления и,
следовательно, громкость при сравнительно
небольшой мощности усилителя. Формой ру-
рупора, обеспечивающей наилучшее воспроизве-
воспроизведение низких частот, является так называе-
называемая экспоненциальная. При этой форме по-
поперечное сечение рупора увеличивается на
одинаковое процентное значение через каждую
единицу его осевой длины. Это процентное
приращение определяет нижнюю граничную
частоту рупора. На рис. 6.31 представлена за-
зависимость процентного приращения попереч-
поперечного сечения на 1 см осевой длины от нижней
граничной частоты. Так, например, чтобы по-
получить нижнюю граничную частоту 60 Гц,
площадь поперечного сечения рупора должна
увеличиваться на 2 % через каждый сантиметр
его осевой длины. Эту зависимость можно
представать и в виде формулы /гр = 6,25х
Х103 @,01 6+1), где k — приращение площади
поперечного сечения в процентах. Для про-
целтных приращений k, меньших 20 %, и,
следовательно, для граничных частот, мень-
меньших 500 Гц, формула может быть представлена
в очень простом виде: /гр = 27 k. Если рупор
делается круглого или квадратного сечения,
то сторона квадрата или диаметр круга долж-
должны увеличиваться на каждый сантиметр дли-
длины рупора на ~}/k процентов. Если же он де-
делается прямоугольного сечения с постоянной
высотой, то ширина сечения должна увеличи-
увеличиваться на k % на каждый сантиметр длины
рупора.
Однако выдержать необходимое значение
процентного увеличения сечения еще недоста-
недостаточно для хорошего воспроизведения низких
частот. Нужно еще иметь достаточное выход-
выходное отверстие рупора — устья. Его диаметр
(или диаметр равновеликого сечения устья
круга) должен быть не менее ЯГр/я. Отсюда
для нижней граничной частоты 100 Гц, для
которой длина волны составляет 3,4 м, диа-
диаметр устья должен составлять около 110 см.
Для более низких граничных частот размеры
устья рупора будут еще больше. Кроме того,
рупорный громкоговоритель, хорошо воспро-
воспроизводя низкие частоты (выше граничной час-
частоты), плохо воспроизводит высшие, в связи с
чем рупорный громкоговоритель для воспро-
воспроизведения» низших частот приходится допол-
дополнять специальным громкоговорителем для вос-
воспроизведения высших частот.
152
Применение рупорных оформлений в по-
помещениях ограничено хотя бы потому, что раз-
разместить их в "обычном помещении затрудни-
затруднительно. В случае же если такая возможность
имеется, то расчет рупора следует начинать,
задавшись размерами устья по выбранной ниж-
нижней граничной частоте, уменьшая сечение на
к % на каждый сантиметр осевой длины до тех
пор, пока не приходят к сечению, равному пло-
площади диффузора или диафрагмы. Но при этом
для того чтобы произвести сопряжение головки
громкоговорителя с рупором, последний дол-
должен иметь сечение той же формы, что и диффу-
диффузор или диафрагма, т. е. круглое или эллипти-
эллиптическое. Если же по какой-либо причине сече-
сечение рупора делают другой формы, то его сече-
сечение в узкой части — горле — делают мень-
меньшим поверхности диффузора или диафрагмы и
сопрягают с последним с помощью камеры.
Неоднократно предлагались конструкции,
в которых стенками рупора являлись бы стены
помещения. Такими конструкциями являются,
например, громкоговорители, устанавливае-
устанавливаемые в угол комнаты так, что между стенками
оформления и стенками помещения образует-
образуется звукопровод расширяющегося сечения,
играющий роль рупора.
Насколько спорным является применение
рупорного оформления для воспроизведения
низких частот, настолько же оправданным яв-
является его использование в громкоговорите-
громкоговорителях, служащих для воспроизведения средних и
высоких частот, что имеет место в многочислен-
многочисленных конструкциях некоторых зарубежных
фирм. Особенно хорошие результаты дает при-
применение рупоров с сильно демпфированными
стенками. Демпфирование производится, на-
например, незасыхающим компаундом, заливае-
заливаемым между двойными стенками рупора, изго-
изготовляемыми в этом случае из листового тонко-
тонкого материала. Вполне оправдано также при-
применение рупорных громкоговорителей для
озвучения открытых пространств.
6.6. ВКЛЮЧЕНИЕ ГОЛОВОК
ГРОМКОГОВОРИТЕЛЕЙ
В АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Задачей правильного включения головок
громкоговорителей является обеспечение то-
того, чтобы на каждую из них поступало напря-
напряжение только тех частот, которые она должна
воспроизводить. Достигается это путем включе-
чения головок громкоговорителей через
фильтры, которые носят название раздели-
разделительных Их рассчитывают на определен-
определенную частоту разделения, за пределами кото-
которой фильтр обеспечивает выбранную вели-
величину затухания, выражаемую в децибелах на
октаву. Крутизна затухания резделительного
фильтра зависит от схемы его построения.
Простейший фильтр, так называемый фильтр'
первого порядка, состоит из одного реактив-
реактивного элемента — емкости или индуктивности
и обеспечивает затухание 6 дБ/окт. Вдвое
большее затухание A2 дБ/окт) обеспечивает
разделительный фильтр второго порядка, со-
содержащий по два реактивных элемента в цепи.
Затухание 18 дБ/окт обеспечивает фильтр
третьего порядка, содержащий по три реак-
реактивных элемента. Фильтры более высоких по-
порядков для акустических систем, как прави-
правило, не применяются, что можно объяснить
возникающими трудностями реализации точ-
точных значений элементов таких фильтров, с од-
одной стороны, и отсутствием необходимости по-
получения более высоких значении крутизны
затухания — с другой.
Разделительные фильтры рассчитывают,
исходя из вполне определенного значения на-
нагрузки, которой в данном случае является
входное электрическое сопротивление голов-
головки громкоговорителя. Из рис. 6.1 видно, что
модуль электрического сопротивления любой
головки громкоговорителя зависит от частоты
и потому разделительный фильтр, будучи на-
нагруженным на головку, сможет обеспечить
расчетное затухание, строго говоря, лишь в од-
одной точке, соответствующей номинальному
входному сопротивлению данной головки
громкоговорителя, которое учитывалось при
расчете фильтра (/?ном на рис. 6.1). Для бо-
более высоких частот затухание будет умень-
уменьшаться по сравнению с расчетным вследствие
увеличения модуля электрического сопротив-
сопротивления. Это обстоятельство особенно нежела-
нежелательно при использовании фильтров первого и
второго порядков из-за малой крутизны среза.
С целью компенсации изменения модуля элект-
электрического сопротивления головки громкогово-
громкоговорителя при включении ее через разделитель-
разделительный фильтр применяют компенсирующие RC-
цепи (см. рис. 6.32, а), включаемые параллель-
параллельно головке. При этом R можно брать равным
номинальному значению входного сопротив-
сопротивления соответствующей головки, а емкость
включенного последовательно с резистором
конденсатора рассчитывают по формуле
с-!
где /?ном — номинальное электрическое со-
сопротивление головки громкоговорителя; ft—
частота, на которой модуль электрического
сопротивления увеличивается в 1,41 раз C дБ)
по сравнению с номинальным. Частоту следует
выбирать вправо от fm (см. рис. 6.1). При под-
подстановке в формулу значения частоты в гер-
герцах и сопротивления в омах, получаем зна-
значение емкости в фарадах A0е мкф).
В общем случае в акустических системах
применяют головки громкоговорителей с раз-
различными номинальными сопротивлениями и
разной характеристической чувствительно-
чувствительностью, а потому большинство акустических сис-
систем помимо элементов фильтра и компенсиру-
компенсирующих RC-цепей содержат также и делители,
призванные выравнивать уровень звукового
давления сред нечастотной и высокочастотной
головок громкоговорителей по отношению к
низкочастотной головке. Низкочастотная го-
головка определяет уровень характеристиче-
153
ской чувствительности акустической системы.
Делитель для выравнивания чувствительности
головок представляет собой два резистора,
включаемых непосредственно перед соответст-
соответствующей головкой громкоговорителя; после
разделительного фильтра один резистор Rt
включен последовательно с головкой, а дру-
другой — параллельно ей (см. рис. 6.32, а). В
качестве резисторов обычно применяют прово-
проволочные сопротивления. Для их расчета до-
достаточно знать номинальное электрическое со-
сопротивление соответствующей головки гром-
громкоговорителя и требуемое затухание делителя,
которым является разность (в дБ) уровня ха-
характеристической чувствительности данной
головки громкоговорителя по отношению к
низкочастотной головке. При этом следует
учитывать, что уровень характеристической
L-1,5 L-0,5
КУЗЧ
о
C'2
\L0,75
сч-вч
Рис. 6.32. Схемы разделительных фильтров
(а) и коэффициенты расчета элементов для
фильтров второго (б) и третьего (в) поряд-
порядков
чувствительности низкочастотной головки,
включенной через разделительный фильтр
нижних частот всегда оказывается на 1 ... 2 дБ
ниже по сравнению с указанным в паспорте на
головку громкоговорителя за счет потерь на
активном сопротивлении обмоточного провода
катушек индуктивности, включенных после-
последовательно с низкочастотной головкой. Эти
потери необходимо сводить к минимуму, при-
применяя для изготовления катушек индуктивно-
индуктивности, включаемых последовательно с головка-
головками, обмоточный провод большого сечения и
наматывая их на ферритовые сердечники. В
качестве сердечников можно применять
П-образные ферритовые сердечники от выход-
выходных трансформаторов строчной развертки те-
телевизионных приемников. Магнитопровод сер-
сердечников следует оставлять разомкнутым,
т. е. для одной катушки надо использовать
только одну П-образную часть трансформато-
трансформатора. Чувствительность всех остальных головок
громкоговорителей, включенных через разде-
разделительный фильтр, в акустической системе
практически не уменьшается, и ее можно при-
принимать такой, как указано в паспортах на соот-
соответствующие головки. Расчет сопротивлений
резисторов делителя можно выполнять по фор-
формулам:
*1 = ЯномA-*) и Я2 = Яном */(!-*),
где/?ном — номинальное электрическое сопро-
сопротивление соответствующей головки громкого-
громкоговорителя, К — коэффициент, обратный вели-
величине требуемого затухания делителя: К =
= l/л» где п — затухание, выраженное в аб-
абсолютных единицах. Приведем значение К для
наиболее часто встречающихся значений зату-
затухания: 1 дБ, К = 0,9; 2 дБ, К — 0,8; 3 дБ,
К = 0,71; 4 дБ, К — 0,63; 5 дБ, К = 0,56;
6 дБ, К= 0,5; 7 дБ, К = 0,45; 8 дБ, К =
= 0,4 и т. д. '
Важным параметром любой акустической
системы является правильный выбор часто-
частоты разделения. Она зависит как от параметров
применяемых головок громкоговорителей, так
и от свойств слуха. Существует мнение, что
головки громкоговорителей в акустической
системе должны работать в пределах области
поршневого действия диффузора. Однако при
таком подходе акустическая система должна
будет иметь много частот разделения (и со-
соответственно головок громкоговорителей), что
значительно повысит стоимость такой акусти-
акустической системы. Обычно акустические системы
имеют две, три и значительно реже четыре го-
головки громкоговорителей и соответствующее
число полос, т. е. одну, две или три частоты
разделения. Первую частоту разделения сле-
следует выбирать в пределах 150 ... 1500 Гц. Низ-
Низкую частоту выбирают обычно в акустических
системах, имеющих отдельный (суммарный
для обоих стереофонических каналов) низко-
низкочастотный блок, к которому подключаются от-
отдельные средне- высокочастотные излучатели
левюго и правого каналов. Такое конструктив-
конструктивное решение позволяет размещать громоздкий
низкочастотный блок в любом месте поме-
154
щенйя, а зона прослушивания обслуживает-
обслуживается сравнительно компактными средне-высоко-
средне-высокочастотными боксами. Здесь выбор низкой час-
частоты разделения (до 200 Гц) необходим для
исключения локализации источника низких
частот. В случае традиционного построения
акустической системы* когда все головки гром-
громкоговорителей конструктивно объединены в
каждой акустической системе, первую частоту
разделения выбирают более высокой, чтобы
максимально использовать энергетические воз-
возможности и излучательную способность низ-
низкочастотной головки. Однако нельзя при этом
превращать низкочастотную головку в широ-
широкополосную, имеющую, как правило, высокий
уровень интермодуляционных и переходных
искажений, к которым чувствительность
слухового восприятия резко увеличивается в
области средних частот. К средним частотам
принято относить диапазон частот 500 ...
... 5000 Гц — это, конечно, достаточно, услов-
условное деление. Во всяком случае, как было ука-
указано, частоту разделения выше 1500 Гц выби-
выбирать не следует ни в двухполосных, ни в трех-
трехполосных акустических системах. Одна из
лучших по качеству звучания акустических
систем английской фирмы «Тайной» (см.
рис. 6.15, г) включает, помимо разделительно-
разделительного фильтра первого порядка, одну двухполос-
двухполосную головку громкоговорителя и имеет регу-
регулируемую частоту разделения в пределах
1000 ... 1300 Гц. Столь высокую частоту раз-
разделения можно применять лишь при наличии
высококачественных низкочастотных головок
громкоговорителей. Вторая частота разделе-
разделения должна быть выше диапазона средних час-
частот, т. е. 5000 Гц и выше. Эту частоту, однако,
не следует выбирать более 6000 ... 8000 Гц,
поскольку среднечастотная головка на этих
частотах приобретает слишком узкую характе-
характеристику направленности.
Рассмотрим вопрос выбора головок громко-
громкоговорителей для акустических систем. Внача-
Вначале выбирают низкочастотную головку, так как
такие ее параметры, как частота основного
резонанса, эквивалентный объем, характери-
характеристическая чувствительность, полная доброт-
добротность и максимальная шумовая мощность,
определяют основные электрические и конст-
конструктивные параметры акустической системы.
Затем выбирают среднечастотную головку
громкоговорителя, руководствуясь ее частот-
частотной характеристикой и энергетическими воз-
возможностями (может ли она без перегрузки ра-
работать с выбранной низкочастотной головкой).
Аналогичным образом выбирают и высокочас-
высокочастотную головку.
Желательно, чтобы головки громкоговори-
громкоговорителей имели минимальную неравномерность
частотной характеристики по звуковому дав-
давлению в выбранном для каждой из них диапа-
диапазоне рабочих частот. Помимо этого, частота ос-
основного резонанса высокочастотной головки
должна быть по крайней мере на октаву ниже
ее низшей рабочей частоты, совпадающей со
второй частотой разделения фильтра в трехпо-
трехполосной акустической системе. Частота основ-
основного резонанса среднечастотной головки так- .
же должна быть на октаву ниже ее низшей ра- '
бочей частоты, совпадающей с первой часто-,;
той разделения. Здесь необходимо учитывать "
следующую особенность. Среднечастотная го-
головка громкоговорителя в любой акустиче-^
ской системе работает в автономном акусти-
акустическом оформлении, как правило, закрытого
типа (боксе), монтируемом внутри корпуса
акустической системы. Этот бокс заполняется
внутри звукопоглощающим материалом для
исключения стоячих волн, способных сильно
ухудшить частотную характеристику. Вы-
Выбирать объем бокса для среднечастотной го-
головки громкоговорителя можно, руководст-
руководствуясь формулами, приведенными для акусти-
акустического оформления закрытого типа; с их по-
помощью можно вычислить и частоту основного
резонанса. Необходимо заметить, что при про-
проектировании акустической системы надо учи-
учитывать объем воздуха, вытесняемого как сред-
нечастотным боксом и деталями фильтра, так
и низкочастотной головкой громкоговорителя
и шахтой фазоинвертора. На эту величину
следует увеличить расчетный объем акустиче-
акустической системы.
Теперь об энергетических возможностях
применения головок громкоговорителей в аку-
акустической системе. Поскольку разделительный
фильтр разделяет входное напряжение веща-
вещательного сигнала, поступающего на вход аку-
акустической системы, между несколькими голов-
головками, имеющими различные полосы рабочих
частот, то совершенно очевидно, на головки
будет поступать разная электрическая мощ-
мощность. Вещательный сигнал (музыка, речь),
изменяясь по случайному закону, имеет спе-
специфический характер распределения мощно-
мощности по спектру, частот. Причем характер зави-
зависимости определяется в известной степени фор-
формой музыкального произведения. По этим при-
причинам методом статистических исследований
была получена кривая распределения мощно-
мощности вещательного сигнала, которую реализует
специально разработанный фильтр.
Применительно к задаче определения мощ-
мощности вещательного сигнала, поступающего на
головки громкоговорителей в акустической
системе в зависимости от частоты разделения,
удобно характеристику фильтра представить
в виде таблицы, выразив уровень мощности в
процентах. В табл. 6.11 приведено выраженное
в процентах распределение мощности веща-
вещательного сигнала в зависимости от частоты
разделения для двухполосного включения го-
головок в акустической системе. Пользоваться
таблицей нужно следующим образом. Нахо-
Находим требуемую частоту разделения, например
500 Гц, и видим, что при этом на низкочастот-
низкочастотную головку приходится 56 % мощности сиг-
сигнала, а на средне-высокочастотную—44 %.
Если проектируется трехполосная акусти-
акустическая система и вторая частота разделения вы-
выбрана равной 5000 Гц, то мощность, поступаю-
поступающая на среднечастотную головку, должна быть
уменьшена на 2,5 % — эта часть мощности
будет поступать на высокочастотную головку.
J55
Таблица 6.11. Отношение мощности вещательного сигнала в ВЧ канале
к общей мощности громкоговорителя в зависимости от частоты разделения
П Э № )
(В соответствии
Частота разде-
разделения, Гц
20
25
31
40
50
63
80
100
125
160
200
с Публикацией МЭК № 268-1 С)
Мощность
сигнала в ВЧ
канале, %
100
100
99
96
94
91
88
83
78
72
67
Частота раз-
разделения. Гц
250
315 ,
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
Мощность
сигнала в ВЧ
канале, %
61
55
50
44
39
32
22
21
17
12
Частота раз-
разделения, Гц
2500
3150
4000
5000
6300
8000
10 000
12 500
16 000
20 000
Мощность
сигнала в ВЧ
. канале, %
8,5
5,7
3,9
2,5
1.4
0,71
0,35
0,13
0,095
0,000
Другими словами, максимальная шумовая
мощность среднечастотной головки должна
составлять не менее 41,5 %, а мощность высо-
высокочастотной головки 2,5 % максимальной
шумовой мощности низкочастотной головки
громкоговорителя. Максимальная шумовая
мощность всей акустической системы при вы-
выбранных частотах разделения будет равна
144 % максимальной шумовой мощности
низкочастотной головки.
Если у головок громкоговорителей в аку-
акустической системе одинаковые уровни харак-
характеристической чувствительности и одинаковые
номинальные электрические сопротивления,
то достаточно сравнить их максимальные шу-
шумовые мощности, указанные в паспортах, с
требуемой, определенной по табл. б.^Д 1; по-
последняя должна быть равна или меньше пас-
паспортной. Однако чаще всего у головок громко-
громкоговорителей в акустической системе не только
разные характеристические чувствительности,
но и различные номинальные электрические
сопротивления. В таких случаях необходимо
провести перерасчет их параметров к уровню
характеристической чувствительности и номи-
номинальному электрическому сопротивлению низ-
низкочастотной головки, поскольку она никогда
не включается через делитель.
Проиллюстрируем перерасчет на примере.
Предположим, что выбранная для акустиче-
акустической системы низкочастотная головка имеет
максимальную шумовую мощность 50 Вт, но-
номинальное электрическое сопротивление 4 Ом
и уровень характеристической чувствитель-
чувствительности 86 дБ/м. При включении через раздели-
разделительный фильтр чувствительность головки
понизится, как минимум, на 1 дБ и будет рав-
равна 85 дБ/м. Предположим далее, что средне-
частотная головка имеет максимальную шумо-
шумовую мощность 5 Вт, уровень характеристиче-
характеристической чувствительности 92 дБ/м и номинальное
электрическое сопротивление 8 Ом. Разница в
чувствительности составляет 7 дБ B,24 раза)
по звуковому давлению или B,24* = 5 раз)
по мощности. Таким образом, максимальная
шумовая мощность среднечастотной головки,
приведенная к чувствительности низкочастот-
низкочастотной головки, составляет 5 Втх5 = 25 Вт. Из
табл. 6.11 видно, что эту головку можно при-
применять в качестве среднечастотной при часто-
частоте разделения, начиная от 400 Гц E0% мощ-
мощности, т. е. 25 Вт) и выше. Для расчета делите-
делителя, выравнивающего чувствительность средне-
среднечастотной головки по' отношению к низкочас-
низкочастотной необходимо учесть, что при подключе-
подключении этих головок к общему источнику, звуко-
звуковое давление среднечастотной головки необ-
необходимо уменьшить на /874== 1,41 раза, т.е.
на 3 дБ, и принять его равным 92—3=89 дБ.
Поэтому делитель должен вносись дополни-
дополнительное затухание 89 дБ — 85 дБ = 4 дБ.
В случае, когда номинальные электриче-
электрические сопротивления головок одинаковы, для
расчета делителя следует брать паспортные
значения уровней характеристической чувст-
чувствительности головок, т. е. 92 дБ — 85 дБ ~
= 7 дБ — такое затухание должен вносить
делитель. Если номинальное электрическое
сопротивление окажется больше у низкочастот-
низкочастотной головки, то для расчета затухания дели-
делителя поступают таким же образом. Примем
для нашего примера электрическое сопротив-
сопротивление низкочастотной головки равным 16 Ом.
В этом случае необходимо увеличить уровень
чувствительности среднечастотной головки на
"|/16/8, т. е. на 3 дБ, и сделать его равным
92 дБ 4- 3 дБ = 95 дБ, а затем получить за-
затухание делителя; $5 дБ — 85 дБ = 10 дБ.
Для высокочастотной головки громкоговори-
громкоговорителя расчет приведенной мощности и затуха-
затухания делителя выполняют аналогичным обра-
образом, f
Перейдем к расчету элементов разделитель-
разделительного фильтра. На рис. 6.31, а приведена схема
разделительного фильтра первого порядка для
двухполосной акустической системы. Элемен-
Элементы такого разделительного фильтра рассчиты-
рассчитываются по следующим формулам: L — RHod
BnU; С = 1/Bл/рЯном), где /р - частота
разделения в герцах, RH0M номинальное элект-
электрическое сопротивление соответствующей го-
156
ловки громкоговорителя в омах. Значение ин-
индуктивности получаем в генри A03 мГн), а
значение емкости — в фарадах A0е мкф). На
рис. 6.31, бив приведены схемы разделитель-
разделительных фильтров соответственно второго и треть-
третьего порядков и возле элементов L и С указаны
коэффициенты, на которые следует умножать
индуктивности и емкости, вычисленные по
приведенным формулам, для получения значе-
значений их для реализации разделительных фильт-
фильтров второго или третьего порядков.
Следует указать на одну особенность пост-
построения схем разделительных фильтров. Сов-
Совсем необязательно, чтобы все головки в аку-
акустической системе имели разделительные филь-
фильтры одного порядка. Например, высокочастот-
высокочастотные головки обычно включают через фильтр
третьего порядка, имеющий максимальное за-
затухание, что обеспечивает требуемое ослаб-
ослабление компонентов сигнала, совпадающих с
частотой резонанса, и предохраняет головку от
перегрузки. Кроме того, частотные характе-
характеристики по звуковому давлению головок
громкоговорителей далеки по своему виду от
прямой линии, и потому для получения жела-
желаемой частоты разделения иногда приходится
применять разделительные фильтры, рассчи-
рассчитанные на более низкую частоту. Такую на-
настройку акустических систем можно прово-
проводить только в специальных условиях — в за-
заглушённых звукомерных камерах с помощью
специальной измерительной аппаратуры.
Укажем на способ конструктивной реали-
реализации элементов фильтра. Для получения за-
заданной емкости подбирают набор неполярных
(бумажных, тонкопленочных и др.) конденса-
конденсаторов на рабочее напряжение не менее 55 В.
Что касается индуктивности, то ее получают
путем намотки обмоточного провода на катуш-
катушки. Привести рекомендации по расчету числа
витков катушек, изготовленных с применением
ферритовых сердечников, невозможно ввиду
значительного разброса магнитных свойств
феррита, а потому приведем рекомендации по
изготовлению катушек без ферромагнитных
сердечников. Оптимальная конструкция ка-
катушки в смысле максимума отношения ее ин-
индуктивности к активному сопротивлению полу-
получается, когда внутренний диаметр цилиндриче-
цилиндрической обмотки катушки вдвое больше ее высоты
h, а внешний диаметр в 4 раза больше высоты и
и в 2 раза больше внутреннего диаметра. При
этих условиях h = '[/L/R'.O&Gfi мм. Здесь
L — в микрогенри A0~3 миллигенри), a R—
Длина провода / = 187,3~l/L//i,
в омах. Длина провода
число витков N = 19,88 "j/L/Л, диаметр про-
провода (без изоляции) d = 0,84 h/^N мм, мас-
масса провода т = Л3-10—3/21,4 кг. Активное со-
сопротивление катушки следует выбирать не
боЛее 5 % номинального электрического со-
сопротивления головки громкоговорителя, по-
последовательно с которой включена катушка.
Полученные числа должны быть округлены,
и в первую очередь диаметр обмоточного про-
провода, до ближайшего стандартизированного.
Индуктивность изготовленной катущкИ
лучше все же проверить и подогнать с помо-
помощью измерительного моста.
Окончательное мнение о качестве акусти-
акустической системы могут дать только результаты
субъективного прослушивания качества зву-
звучания, которые пока не могут быть заменены
объективно измеренными параметрами.
6.7. РАЗМЕЩЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
Жилая комната оказывает значительное
влияние на качество звучания громкоговори-
громкоговорителей и акустических систем. При этом сов-
совсем небезразлично, в каком месте комнаты они
расположены. Так, при установке акустиче-
акустических систем в углу помещения происходит
подъем низких частот, что не всегда жела-
желательно, особенно в случае недостаточного демп-
демпфирования низкочастотной головки громкого-
громкоговорителя. В то же время для малогабаритных
акустических систем подъем низких частот обо-
обогащает звучание. Лучше располагать акусти-
акустические системы вдоль большей стены помеще-
помещения, вдали от углов. Рекомендации по разме-
размещению акустических систем не всегда выпол-
выполнимы в жилой комнате^ поскольку могут не
согласовываться с расположением мебели, и
потому в каждом конкретном случае следует
пробовать приемлемые варианты, оценивая ка-
качество звучания на слух по своему вкусу.
•Акустические условия в помещении оказыва-
оказывают сильное воздействие на качество звучания.
В предельном случае, когда в жилой комнате
полностью отсутствует мебель, т. е. комната
пуста, звучание любой акустической системы
становится совершенно неприемлемым. Имеет
значение и форма помещения. Наименее удач-
удачная для прослушивания форма помещения —
кубическая. В помещении любой конфигура-
конфигурации точно так же, как и внутри акустического
оформления громкоговорителя, на низких ча-
частотах возникают стоячие волны. В помеще-
помещениях кубической формы интенсивность стоячих
волн максимальна, поскольку они образуются
на совпадающих частотах вследствие равенства
расстояния между противоположными стена-
стенами. Эффективных приемлемых методов борь-
борьбы со стоячими волнами в жилых помещениях
не существует, а потому лучше избегать раз-
размещения акустических систем в помещениях,
имеющих форму куба. Подробнее вопросы воз-
возбуждения собственных мод помещения рас-
рассмотрены в следующем разделе. К счастью,
жилые помещения не бывают пустыми, в них
всегда имеются мягкая мебель, книги, ковры,
т. е. помещения имеют значительный фонд зву-
звукопоглощения для средних и-высоких частот,
что обеспечивает вполне приемлемые условия
для прослушивания. Можно получить некото-
некоторое увеличение звукопоглощающего фонда пу-
путем закрепления имеющегося ковра не вплот-
вплотную к стене, как обычно, а на некотором от
нее расстоянии, хотя бы в пределах 30 ...
...50 мм. Если в помещении имеются книги, на-
157
ходящиеся в шкафах или »а застекленных
книжных полках, то на время прослушивания
полезно открывать дверцы шкафов и раздви-
раздвигать стекла полок.
Акустические системы должны быть уста-
установлены таким образом, чтобы высокочастот-
высокочастотные головки громкоговорителей располага-
располагались на уровне глаз сидящего слушателя (на
высоте 1,25 м от пола). Для стереофонического
звуковоспроизведения необходимо также обес-
обеспечить условия наилучшего восприятия сте-
стереофонического эффекта в удобном для слуша-
слушателей месте помещения. С этой целью акустиче-
акустические системы надо устанавливать на расстоя-
расстоянии 1,5 ... 2,5 м друг от друга таким образом,
чтобы их рабочие оси пересекались в центре
зоны прослушивания, которая будет нахо-
находиться посредине между акустическими систе-
системами на одинаковом расстоянии от каждой из
них, равном расстоянию между ними, и даль-
дальше. Следует отметить важность правильной
взаимной фазировки акустических систем при
подключении их к усилителю звуковых частот.
В домашних условиях фазировку подключения
акустических систем можно проверить установ-
установкой их рядом друг с* другом и подачей в элект-
электрический тракт монофонической музыкаль-
музыкальной программы, содержащей явно выражен-
выраженные низкочастотные компоненты (барабан,
контрабас). Если при изменении полярности
подключения любой одной акустической сис-
системы громкость звучания низких частот рез-
резко уменьшится, то значит акустические сис-
системы были сфазированы правильно и необходи-
необходимо восстановить первоначальную полярность
включения. Если же, наоборот, громкость
звучания низких частот возрастет, то следует
оставить эту полярность подключения как
правильную.
Теперь о выборе акустических систем. Как
уже выше отмечалось, основную красоту,
пространственность, звонкость и чистоту зву-
звучания создают средние частоты звукового диа-
диапазона, для воспроизведения которых, в от-
отличие от низких частот, не требуется большой
объем акустического оформления. Поэтому
совсем необязательно для получения хороше-
хорошего звучания стремиться приобретать акусти-
акустическую систему большого объема (и высокой
стоимости). Может случиться, что такая аку-
акустическая система, эффективно воспроизводя
низкие частоты, средние частоты воспроизве-
воспроизведет тускло и невыразительно. Спешить приоб-
приобретать такую акустическую систему не следует,
ибо при длительном слушании ее звучание бу-
будет быстро утомлять слушателя. В общем слу-
случае можно утверждать, что трехполосные аку-
акустические системы должны звучать лучше
двухполосных, но не всегда разработчику
удается подтвердить это правило7. При выборе
акустической системы основным критерием
должен быть собственный вкус и опыт слуша-
слушателя. Не следует переоценивать объективные
характеристики акустических систем, содер-
содержащиеся в заводских описаниях. Качество
звучания не всегда соответствует высоким
объективным характеристикам, а потому аку-
акустические системы необходимо внимательно
слушать, желательно в сравнении.
О методике проведения субъективной оцен-
оценки качества звучания изложено в § 11.3. Надо
заметить, что качество звучания акустической
системы определяется и качеством имеющегося
в распоряжении слушателя электрического
звуковоспроизводящего тракта. При покупке
акустической системы необходимо иметь в ви-
виду, что паспортная выходная мощность усили-
усилителя звуковых частот не должна превышать
максимальную шумовую мощность акустиче-
акустической системы при условии согласованной на-
нагрузки. Если же усилитель рассчитан на под-
подключение нагрузки 8 Ом, то к нему не следует
подключать 4-омную акустическую систему
во избежание выхода из строя усилителя. Ес-
Если же усилитель рассчитан на подключение
нагрузки 4 Ом, то к нему можно подключать
8-омную акустическую систему, правда, при
этом будет вдвое понижена отдаваемая усили-
усилителем в нагрузку мощность. Нельзя не отме-
отметить и еще одну особенность эксплуатации аку-
акустических систем. В табл. 6.11 приведено со-
соотношение мощности НЧ и ВЧ сигналов в ка-
каналах при линейной частотной характеристи-
характеристике электрического тракта, соответствующей
сбалансированному уровню воспроизведения
низкочастотных и высокочастотных компонен-
компонентов первичного сигнала. При эксплуатации
малогабаритных акустических систем некото-
некоторый дефицит низких частот компенсируют ре-
регулированием тембра низких частот. К такому
регулированию приходится прибегать и при
выборе места расположения акустических сис-
систем в помещении. Следует только учитывать,
что при подъеме низких или высоких частот с
помощью регуляторов тембра увеличивается
мощность сигнала, поступающего на соответст-
соответствующую головку громкоговорителя. Подъем
уровня на каждые 3 дБ соответствует удвое-
удвоению подводимой мощности по сравнению с вы-
вычисленной по табл. 6.11.
Как показывает опыт эксплуатации звуко-
звуковоспроизводящих устройств, при наличии вы-
высококачественной аппаратуры и акустических
систем во время прослушивания грампласти-
грампластинок или высококачественных фонограмм прак-
практически никогда не возникает дефицита высо-
высоких частот и соответственно желания подни-
поднимать их уровень регулятором тембра. Подав-
Подавляющее большинство музыкальных программ
звучат звонко и при линейной форме частот-
частотной характеристики электрического тракта в
области высоких частот.
158
РАЗДЕЛ 7
АКУСТИКА СТУДИЙ И ДРУГИХ ПОМЕЩЕНИЙ
7.1. АКУСТИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОМЕЩЕНИЙ
В системах связи и вещания помещения
делят на два типа: такие, из которых ведется
передача речи и художественных программ
(передающее помещение), и такие, в которых
ведется прием этих передач (приемное помеще-
помещение). Из передающих помещений для веща-
вещания основным видом помещений являются сту-
студии, хотя в общем случае ими могут быть лю-
любые помещения, если, например, надо пере-
передавать актуальные программы. К приемным
помещениям относятся все помещения, в ко-
которых могут находиться слушатели, как то:
жилые комнаты, аудитории, концертные за-
залы и театры, кинотеатры, вокзалы, заводские
цехи и т.п. В ряде случаев, например при зву-
звукоусилении, приемное помещение совмещено
с передающим. Для связи используют практи-
практически любые помещения, в которых может
находиться человек.
Студия — это помещение, специально
предназначенное для исполнения речевых и
музыкальных программ. Радиовещательной
или телевизионной называется студия, кото-
которая используется для создания программ
радио или телевидения. На киностудиях эти
помещения называются тонателье, в кинокомп-
кинокомплексах телецентров — студиями озвучивания
фильмов.
Для получения требуемых акустических
характеристик помещений проводят"их спе-
специальную акустическую обработку.
Рассмотрим сначала звуковые процессы,
происходящие в помещениях, и их влияние на
звуковые особенности воспринимаемой слуша-
слушателями программы. Для помещений простой
формы (например, прямоугольной) применяет-
применяется волновая теория анализа характеристик.
Но в инженерной практике пользуются более
простыми, хотя и менее строгими, методами
расчета, основанными на статистической тео-
теории рассмотрения процессов отзвука.
Согласно волновой теории собственные
частоты fr помещения с длиной /, шириной Ь и
высотой h определяются из выражения
jr_ "г _
где с — скорость звука в воздухе; k, m, n—
целые числа от нуля до бесконечности. Каж-
Каждому из соотношений чисел k, m, n соответст-
соответствует одна из собственных частот помещения.
В качестве примера на рис. 7.1, а представ-
представлен спектр собственных частот воздушного
объема помещения с размерами / — 10 м,
Ь = 6 м, Ь. = 4 м. На рисунке показаны лишь
частоты, лежащие в интервале 0 ... 100 Гц.
В области низких частот, соответствующих
малым значениям чисел k, m, п, собственно
частоты отделены друг от друга сравнитель-
сравнительно большими интервалами. Спектр собствен-
собственных частот имеет здесь существенно дискрет-
дискретную структуру. В области более высоких час-
частот спектр заметно уплотняется, интервалы
между смежными собственными частотами со-
сокращаются и число собственных колебаний в
заданном участке спектра быстро увеличива-
увеличивается. В отдельных случаях различные формы
собственных колебаний, т. е. формы, соответ-
соответствующие различным комбинациям чисел
k, m, п, могут совпадать по частоте. Такие фор-
формы отмечены на рис. 7.1, а удлиненными ли-
линиями. Стоящие над ними цифры указывают
число форм с совпадающими частотами.
При выключении источника звука процесс
затухания колебаний в нем происходит на
всех собственных частотах помещения, при-
причем на каждой из них он имеет вид
Pm = Prmexp [( — аг + ]шг) t\,
где ar — показатель затухания, определяемый
из условия отражения волн на границах по-
помещения для г-й собственной частоты; ргт—
начальная амплитуда колебаний, например,
звукового давления, определяемая из условия
распределения амплитуд колебаний в помеще-
помещении для г-й собственной частоты.
Процесс затухания колебаний в помещении
носит название реверберации. Кривая затуха-
затухания звука не имеет монотонной формы из-за
биения между собственными частотами. На
рис. 7.1, б изображена примерная временная
структура реверберирующего сигнала в пред-
предположении экспоненциального затухания, ког-
когда уровень отраженных сигналов убывает с
течением времени по линейному закону. В на-
начальной стадии процесса отзвука структура
отраженных сигналов (эхосигналов) сущест-
2 4 11
25
50
100 ffu,
Рис. 7.1. Спектр собственных частот помеще-
помещения (а) и временная структура ревербериру-
реверберирующего сигнала в нем (б)
159
венно дискретна. По мере возрастания вре-
времени запаздывания эхосигналы сближаются
и затем образуют настолько плотную последо-
последовательность, что их можно считать сливаю-
сливающимися друг с другом.
В случае использования статистической
теории реверберации пользуются следующими
понятиями и величинами: диффузное поле,
средняя длина свободного пробега L, среднее
время свободного пробега /ср, средний коэффи-
коэффициент поглощения аср, время реверберации Т,
время запаздывания первых (ранних) отраже-
отражений /3, четкость и прозрачность, акустиче-
акустическое отношение R, радиус гулкости ггул.
Диффузное поле — это поле, в котором
энергия отраженных звуковых волн преобла-
преобладает над энергией прямого звука. Отраженные
звуковые волны движутся в помещении^ раз-
различных направлениях. Если отзвук затухает
не слишком быстро, то в любой точке помеще-
помещения число налагающихся друг да друга волн
с различными направлениями волнового век-
вектора может быть достаточно большим для того,
чтобы средние значения потока звуковой энер-
энергии по различным направлениям мало отлича-
отличались друг от друга. Это свойство поля — ра-
равенство средних потоков энергии по различным
направлениям — называется изотропией.
Изотропия поля способствует равномер-
равномерному распределению звуковой энергии по объ-
объему помещения, т. е. равенству средних зна-
значений плотности энергии в различных точках
помещения. Это свойство носит название одно-
однородности поля. Таким образом, диффузное
поле — это однородное и изотропное поле
волн, движущихся в результате многократных
отражений по всем направлениям.
Средняя длина свободного пробега опре-
определяется как среднеарифметическое значе-
значение длин отрезков между отражающими по-
поверхностями, которые проходят звуковые вол-
волны:
Экспериментально установили, что для по-
помещений прямоугольной формы средняя дли-
длина свободного пробега может быть определена
исходя из его геометрических размеров сле-
следующим образом:
где S — площадь помещения, V — его объ-
объем.
Среднее время свободного пробега определя-
определяется как отношение средней длины свободного
пробега к скорости звука
Средний коэффициент поглощения. При
каждом отражении сигнала от поверхности
происходит поглощение некоторой части энер-
энергии сигнала Е. В зависимости от свойств от-
отдельных участков отражающих поверхно-
поверхностей относительная убыль энергии Д?7с при
каждом отдельном отражении будет различной.
При достаточно большом числе отражений
можно говорить о среднем значении коэффици-
коэффициента поглощения
1 ¦' '"
«ср =~
Если помещение состоит из i участков пло-
площадью St с различными коэффициентами
поглощения ait то средний коэффициент по-
поглощения
.S./S-t-...
Величина А = SctjSj, имеющая размер-
размерность площади, называется общим поглоще-
поглощением помещения.
Реверберация. Представление о диффуз-
диффузном звуковом поле в помещениях и связанное
с ним представление о возможности использо-
использования статистических величин 1ср и аср дают
возможность построить простую теорию неста-
нестационарных акустических процессов в помеще-
помещениях —быстрого нарастания звуковой энер-
энергии после включения источника" звука и
постепенного ее снижения после выключе-
выключения источника. Последний процесс (умень-
(уменьшение энергии за счет ее поглощения) и пред-
представляет собой явление реверберации.
Можно получить, что в процессе нараста-
нарастания плотность звуковой энергии в помещении
увеличивается по закону:
Е АР {. \ cS
17t nx
-acp)j|.
Пусть в помещении достигнуто стационар-
стационарное значение плотности энергии г, после чего
источник звука выключается в момент t=0.
Считая, что акты поглощения энергии проис-
происходят через равные промежутки времени А/,
причем после каждого акта поглощения в по-
помещении остается доля 1—а начальной энер-
энергии, получаем последовательность убываю-
убывающих во времени значений энергии:
е@) = е0;
Д = еоA— аср); ЕBД0 = ев A—асрJ; ...
После преобразования можно получить
следующее выражение для определения умень-
уменьшения плотности энергии:
Г cS ]
[17'^-^l
На рис. 7.2 представлены кривые, отобра-
отображающие ход изменения во времени плотности
звуковой энергии в и ее уровня lg б в процес-
процессах нарастания звука и его уменьшения. Из
них видно, что процесс реверберации (сниже-
(снижения уровня сигнала) играет при восприятии
сигнала в помещении значительно большую
160
О
-10
-10
-ZO
-40
Ю
Рис. 7.2. Кривые процесса нарастания и снижения звуковых сигналов в линейном (а)
и логарифмическом (б) масштабах
роль, чем процесс нарастания звука, так как
он более растянут во времени.
Кривые на рис. 7^2 — идеализированные.
В реальных условиях они получаются не та-
такими плавными и монотонными, а несколько
нестационарными.
Время реверберации (или стандартное
время реверберации) — это такой интервал
времени, в течение которого уровень
звукового давления уменьшается на 60 дБ.
Это соответствует уменьшению звукового дав-
давления в 103 раз, а плотности звуковой энер-
энергии в 10е раз.
Время реверберации можно определить из
последней приведенной формулы, подставив в
нее е (At) = 10~в и заменив t на Т:
= Ю-* = ехр
ПпA —аС1
Отсюда находим
61п 10-4К
cS In A — аср)
Сделав некоторые преобразования, полу-
получим самую распространенную формулу для
определения времени реверберации, называе-
называемую формулой Эйринга:
0.161К
или 7 =
0.161К
Т =;ГТ
— Sln(l -- аор) а' S
где V — объем помещения; S — площадь
внутренних ограничивающих поверхностей
помещений; а' =—In A — аср) — ревербе-
рациоиный коэффициент поглощения.
Переход от среднего коэффициента погло-
поглощения аср к реверберационному коэффици-
коэффициенту поглощения а и обратно можно осуще-
осуществлять по таблицам или по рис. 7.3, а.
Как видно из рисунка, при небольших зна-
значениях среднего коэффициента поглоще-
поглощения (ссср < 0,2) оказывается, что аср « а'.
При этом знаменатель формулы упрощается:
a S = acpS = А, формула для определения
времени реверберации также упрощается и под
названием «формула Сэбина» принимает вид
На высоких частотах (обычно свыше
2 кГц) нужно считаться с тем, что звуковая
энергия поглощается не только при отраже-
отражениях, но и на пути свободного пробега вслед-
вследствие вязкости и теплопроводности воздуха.
С учетом этого фактора формула Эйринга при-
принимает вид
0,161V
T=Z — SJn(l — аср) + 4цУ '
где ц — показатель затухания, равный обрат-
обратной величине того пути, на котором плотность
энергии уменьшается в е раз. Величина ц за-
зависит от влажности и от частоты. Зависимо-
Зависимости ц от относительной влажности на различ-
различных частотах при комнатной температуре при-
приведены на рис. 7.3, б.
0,6
0,4
0,1
О
0,03
0,01
0,01
7
/N
f=8iSZ Гц
4096 Гц
1024 Гц
0,4 0,8 1,2 а'
а)
Рис. 7.3. Кривые коэффициента поглощения
" 10 40 60 80
Относительная влажность,0/*
*)
6 Зак. 1688
161
Эквивалентное время реверберации. Кроме
стандартного времени реверберации, введено
понятие эквивалентного времени ревербера-
реверберации, под которым подразумевают ощущаемое
на слух время реверберации. Оно зависит от
акустического отношения R. На рис. 7.4, а
приведен график, иллюстрирующий эквива-
эквивалентную реверберацию. Приближенно время
эквивалентной реверберации можно найти
по формуле
Результирующее время реверберации от-
относится к понятию связанных помещений.
Связанными помещениями называют помеще-
помещения, в одном из которых находится первичный
источник звука (это помещение называют пер-
первичным), в другом — слушатели (это помеще-
помещение называют вторичным) — рис. 7.4, б. Свя-
Связанные помещения могут иметь обратную
связь, когда звуковые колебания из вторич-
вторичного помещения могут переходить в первич-
первичное (обычно по акустическому каналу, напри-
например, через отверстия в смежной стеие), и без
обратной связи, когда звуковые колебания
передаются только в одном направлении из
первичного помещения во вторичное, напри-
например, по электрическому каналу.
Lm-60
-SO
Рис. 7.4. Кривые эквивалентной и результи-
результирующей реверберации
На рис. 7.4, в приведены идеализированные
кривые затухания уровня звукового давления
в первичном (/) и во вторичном B) помещени-
помещениях при условии их независимости и резуль-
результирующая кривая C) затухания уровня во вто-
вторичном помещении при передаче в него сигна-
сигналов из первичного помещения. Кривая 3 ре-
результирующего сигнала затухания связанных
помещений всегда выше / или 2, так как ре-
результирующее затухание происходит медлен-
медленнее.
Результирующее время стандартной ревер-
реверберации во вторичном помещении приближен-
приближенно определяется по формуле
+ Т23, а эквивалентное время (график 4 на
р
ф
Рис.
V-
7.4, в) — по формуле д экв — ij
где Тх и Г2 — стандартное время ре-
реверберации в первичном и вторичном помеще-
помещениях. При наличии акустической обратной
связи расчет времени реверберации может
быть выполнен, как и для обычных связанных
систем с обратной -связью.
Акустическое отношение и радиус гулкости
также являются важнейшими характеристи-
характеристиками помещения.
Акустическое отношение — отношение
плотности энергии отраженных звуковых волн
(диффузной составляющей звукового поля) к
плотности энергии прямого звука, или, что то
же самое, отношение квадратов звуковых дав-
давлений диффузного поля и поля, прямого звука
Акустическое отношение в децибелах
MR= 10 lg «=1д—Lnp, где ?д = 20 lgpfl+
+ 94 и LnP =20 lg рпр + 94 — соответст-
соответственно уровни поля отраженных звуков и пря-
прямого звука.
Акустическое отношение определяют для
характерных точек помещения, в которых на-
находятся слушатели (наиболее удаленных от
источников звука, наиболее близких к ним,
для точек с минимальным уровнем прямого
звука и максимальным уровнем диффузного
поля). Акустическое отношение для одиночно-
одиночного источника звука в заданной точке помеще-
помещения для сферической волны
аср SQr К2 (9)
= 50,3
аср SQr К* (8)
где г — расстояние рассматриваемой точки от
центра источника звука; аср — средний коэф-
коэффициент поглощения; S — общая площадь
ограничивающих поверхностей помещения, ма,
Qr — коэффициент осевой концентрации ис-
источника звука; К F) — коэффициент его на-
направленности под углом 8, к акустической, оси
по отношению к направленности в рассматри-
рассматриваемую точку.
У Значения акустического отношения и уров-
уровня прямого звука для ряда конкретных случа-
162
ев расположения громкоговорителей и их рас-
расчет см. в разд. 8.
Оптимальное значение акустического от-
отношения для передачи речи находятся в преде-
пределах 0,5 ... 4, а для музыкальных передач 2...8.
Если акустическое отношение ниже этого пре-
предела, то передача звучит отрывисто, сухо. Если
оно больше верхнего предела, то речь стано-
становится плохо разборчивой, а музыкальная пе-
передача — «загрязненной».
Радиусом гулкости называют расстояние от
центра источника звука, для которого акусти-
акустическое отношение равно единице, т. е. в этих
точках уровни прямого и диффузного звуков
равны друг другу. Для одиночного источника
звука радиус гулкости
ггул
]/ 50,3 (I _acp)
Кроме акустического отношения, введено
понятие четкости реверберации, под которой
подразумевают отношение суммы плотностей
энергии (или квадрата звукового давления)
прямого звука и отраженных звуковых волн,
приходящих к слушателю через время менее
60 мс по сравнению с приходом прямого звука,
к общей плотности энергии (или квадрату зву-
звукового давления): DR = (епр + еотр за *<вомс)/
ет. Это отношение ближе к субъективному
ощущению, нем акустическое отношение.
Время запаздывания первых (ранних) от-
отражений и их структура, наряду с временем
реверберации, имеет первостепенное значение
для оценки зала. Отсутствие первых отраже-
отражений в партере театра является одним из час-
частых и типичных недостатков зала. Л. Беранек
разработал методику оценки акустики зала, по
которой отмечает, что этот фактор в 3 раза
весомее для акустики по сравнению с осталь-
остальными. Время запаздывания первого отражения
обусловливает впечатление «присутствия»,
«близости», «камерности» слушателя-.
Впечатление слушателя о размерах зала
определяется именно временем запаздывания
первого отражения относительно прямого зву-
звука. Зал обладает акустической близостью, если
исполняемая в нем музыка звучит так же, как
и при исполнении в малом зале — «камерно».
Время запаздывания первых отражений в та-
таких залах не превышает 20 мс.
Субъективная оценка акустика зала —
это вопрос весьма проблематичный. Трудности
оценки определяются, во-первых, отсутствием
необходимых понятий, которые могут характе-
характеризовать все свойства звучания и описания
этих свойств; во-вторых, отсутствием до на-
настоящего времени четких физических объек-
объективных критериев, с которыми можно было бы
сопоставить данные субъективной оценки. Су-
Существует обширный словарь, которым пользу-
пользуются музыканты для описания своего впечат-
впечатления при слушании музыки. Этот словарь
существенно отличается от того, которым
пользуются акустики и вряд ли может быть
связан с определенными физическими свойст-
свойствами зала. Такие слова, как ««воздушно»,
«превосходно», «восхитительно» невозможно
перевести на язык конкретных понятий акус-
акустики. Более того, даже такой известный и
наиболее простой физический критерий, как
реверберация, далеко не всегда увязывается
в представлении музыкантов с определенны-
определенными акустическими свойствами.
Изучением субъективных характеристик
зала много занимался Л. Баранек. Он разли-
различает 18 субъективных оценок музыкально-
акустического качества. Важнейшие из них
следующие:
Полнота тона (звучность). В студии или
концертном зале звук продолжает существо-
существовать в течение примерно двух секунд после то-
того, как звук самого инструмента уже прекра-
прекратился. Полнота тона зависит от совместного
действия собственно времени реверберации и
отношения громкости реверберирующего и
прямого звука.
Чем больше отношение громкости ревербе-
реверберирующего звука к прямому, тем больше пол-
полнота тона. Для каждого жанра музыки харак-
характерно определенное, соотношение. Так, ста-
старинные псалмы и органная музыка написаны
для церквей — помещений с большей ревер-
реверберацией и большим соотношением ревербери-
реверберирующего и прямого звука. В помещении с ма-
малой реверберацией таким произведениям не
хватает полноты тона и они теряют свое обая-
обаяние. Громкость прямого звука определяется
не только им самим, но и первыми отражения-
отражениями, которые создаются ближайшими к инстру-
инструменту поверхностями. Отношение громкости
прямого и реверберирующего звуков опреде-
определяется таким образом временем реверберации
и формой околосценического пространства
(портальная часть зала).
Отчетливость звучания определяется как
музыкальными факторами, так и акустикой
помещения. Различают два вида четкости му-
музыкального звучания — горизонтальную, т. е.
отчетливость звучания последовательных то-
тонов в мелодии, и вертикальную — отчетли-
отчетливость одновременно звучащих тонов в гармо-
гармонии.
Акустические факторы, влияющие на гори-
горизонтальную четкость времени реверберации, и
отношение громкости прямого и ревербериру-
реверберирующего звука определяют полноту тона, но в об-
обратном отношении. Из музыкальных факто-
факторов на горизонтальную четкость влияют темп
исполнения и мастерство исполнителя. Вер-,
тикальная четкость определяется особенностя-
особенностями музыки, подбором одновременно звучащих
тонов, исполнением, способностями слушате-
слушателя. Акустические факторы, влияющие на вер-
вертикальную четкость, включают в себя баланс
между различными инструментами, степень
смешиваемости звуков различных инструмен-
инструментов, реверберацию, отношение громкости пря-
прямого и реверберирующего звуков.
Интимность (буквальный перевод с нем.
и англ.), — присутствие, камерность, бли-
близость— помогает слушателю составить пред-
представление о размерах помещения, в котором
исполняется произведение., Музыка звучит
163
80
60
40
го
ч
\.
—>
¦—^
K
^—
S3 /25 ISO 500 1000 2000 4000 8000
Рис. 7.5. Спектральные уровни шумов в поме-
помещениях
так, как если бы она исполнялась в помеще-
помещении малого размера. Интимность определяет-
определяется временем запаздывания первого отраже-
отражения.
В залах, имеющих интимную акустику, ог-
ограждающие поверхности устроены таким об-
образом, что отражение от них приходит с за-
запаздыванием в пределах 20 мс. Камерная музы-
музыка предназначается для исполнения в помеще-
помещениях сравнительно малого размера с большой
отчетливостью и относительно малой полно-
полнотой звучания.
Теплота (полнота басового тона) опреде-
определяется как звучность басов по сравнению с
звучностью средних тонов. Теплота обеспечи-
обеспечивается в случае, когда время реверберации для
низких частот равно или несколько больше ре-
реверберации на средних частотах.
Громкость прямого звука уменьшается с
удалением от сцены. Наиболее благоприятным
расстоянием при прослушивании прямого зву-
звука от оркестра является расстояние' 18 м для
отдельных инструментов и 6 ... 15 м для
солистов.
Баланс обеспечивается совместным дейст-
действием многих факторов музыкального и аку-
акустического характера. Баланс должен иметь
место как между разными группами инстру-
инструментов оркестра, так и между оркестром, с од-
одной стороны, и солирующим инструментом, с
другой стороны. Баланс зависит от особен-
особенностей околосценического пространства, раз-
размещения оркестрантов и способностей дири-
дирижера, н исполнителей.
Ансамбль. Ритмическая точность испол-
исполнения отдельных партий определяется тем,
насколько хорошо музыканты слышат друг
друга. Таким образом, чувство ансамбля зави-
зависит с акустической стороны от конструкции
сцены или отражающих поверхностей вблизи
оркестра.
Помимо этих качеств, характеризующих
акустику зала, следует упомянуть такие, как
яркость (наличие высоких частот), быстрота
отзвука помещения, диффузность. Вне всякого
сомнения, что в зале не должно образовывать-
образовываться эха и прослушиваться шум.
Акустические шумы являются одной из ха-
характеристик помещения. Эти шумы складыва-
складываются из шумов от источников шума, находя-
находящихся в данном помещении, и из шумов, про-
v никающих из других помещений и с улицы.
Шумы первого типа создаются людьми и ап-
аппаратурой, находящимися в данном помеще-
помещении. На рис. 7.5 приведены спектральные
уровни шумов, создаваемых людьми — так на-
называемый речевой шум (кривая / соответствует
речевому шуму в большом помещении, кри-
кривые 2 — в жилой комнате), а также нормы на
шумы для предприятий связи: 3 — для цеха
сортировки посылок; 4 — для стативного зала
АТС, 5 — для цеха обработки периодической
печати, 6 — для операционного зала.
В табл. 7.1 приведены уровни звукового
давления в октавных полосах, создаваемых в
Таблица 7.1. Уровни шумов в производственных помещениях
Помещение
Уровень звукового давления в октавной полосе, дБ, для
средней частоты полосы, Гц
63
125
250
500
1000 2000 4000 8000
Операционный зал
Коммутационный зал
Залы с аппаратурой уплотнения
Опорная усилительная станция
Цех обработки периодической печати
Стативный зал МТС
Аппаратный зал радиостанции
Радиобюро
Стативный зал АТС
Аппаратный цех телеграфа
Перфораторная МТС
Цех сортировки писем и цех сортировки
посылок
70
59
72
66
87
62
76
67
63
71
70
94
70
53
72
69
78
61
73
68
63
71
68
87
V
63
63
68
66
73
65
73
69
67
72
73
82
58
66
65
66
68
67
71
67
71
72
79
78
55
63
63
64
65
67
68
69
70
71
75
75
52
58
62
57
62
64
64
69
69
70
71
73
50
54
60
55
60
62
65
69
68
69
69
71
49
42
50
45
59
62
50
64
62
64
67
70
164
Таблица 7.2. Расчетные уровни шумов в цехе сортировки
Средняя частота, Гц
ПС-65, дБ
Фактические расчетные
уровни
шума,
I
ДБ
63
87
84
125
78
77
250
73
72
ч 500
68
68
1000
65
65
2000
62
63
4000
60
61
8000
59
60
производственных помещениях связи. Неко-
Некоторые из этих данных пересчитаны в спект-
спектральные уровни и также приведены на
рис. 7.5 (кривые 3—6).
Если эти шумы превышают допустимые са-
санитарные нормы, то стремятся снизить их.
Одним из методов снижения уровня шумов
является увеличение общего поглощения в по-
помещении путем покрытия стен, потолка и пола
материалами, эффективно поглощающими
звук.
Пример. В цехе сортировки писем и посы-
посылок (уровни шумов см. в табл. 7.1) необходи-
необходимо снизить щумы. Посмотрим» насколько мож-
можно снизить их путем обработки поверхностей
помещения. До обработки средний коэффици-
коэффициент поглощения на всех частотах составлял
0,03 (типовая облицовка поверхностей помеще-
помещений). Применяя специальные материалы, мож-
можно повысить средний коэффициент поглощения
на всех частотах до 0,3.
Уровень звукового давления в установив-
установившемся режиме Lm= 10 lg (Pa/aCDS) + 126,1 =
= 10 lg (PjS) + 126,1 — 10 lg ««p. До об-
обработки он был Lml = 10 lg (PjS) + 126,1 —
-r- 10 lg 0,03, после обработки Lm2 =
= 10 lg(Pa/S) +126,1 —10 Ig 0,3. Вычитая из
первого второе, получаем AL = 10 lg (aCD2/
/acpi) = 10 lg @,3/0,03) = 10 дБ. Таким об-
образом, уровень шумов снизится на 10 дБ.
Следовательно, уровни шумов будут около
предельного спектра ПС-65, а именно будут
иметь значения, приведенные в табл. 7.2.
Сравнение фактических уровней и уровней
предельного спектра показывает, что на часто-
частоте 63 Гц уровень получился на ЗдБ ниже пре-
предельного, на частотах 500 ... 1000 Гц — рав-
равный предельному и на частоте 8000 Гц — на
1 дБ выше его. Поэтомуv вполне можно взять
такой поглощающий материал, который будет
иметь на частоте 63 Гц коэффициент поглоще-
поглощения в 2 раза меньше (т. е. около 0,15), а на ча-
частотах выше 1000 Гц—в 1,25 раза больше
(т. е. около 0,36). В этом случае фактические
уровни совпадут с нормируемыми уровнями
по кривой ПС-65.
7.2. КЛАССИФИКАЦИЯ
РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ
И ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СТУДИЙ
В настоящее время действует классифика-
классификация радиодомов, телецентров и входящих в их
состав студий, предусмотренная «Ведомствен-
«Ведомственными нормами технологического проектирова-
проектирования объектов телевидения, радиовещания и
телекинопроизводства». Эти Ведомственные
< нормы разработаны Государственным союз-
ным проектным институтом Минсвязи СССР и
Государственным проектным институтом
«Гипрокино» Госкино СССР при участии ГПТУ
и ВНИИТР Гостелерадио СССР, утверждены
Гостелерадио СССР и введены в действие
15 октября 1981 г.
Ведомственные нормы распространяются
на проектирование строительства новых, ре-
реконструкцию, , расширение и техническое
перевооружение действующих объектов теле-
телевидения, радиовещания и телекинопроизвод-
телекинопроизводства.
Телевизионный центр (телецентр)— комп-
комплекс специальных сооружений и оборудова-
оборудования, размещенный в одном или нескольких
зданиях и предназначенный для подготовки,
записи, формирования и передачи телевизион-
телевизионных программ на радиотелевизионную пере-
передающую станцию, а также для обмена
программами с другими телецентрами.
В зависимости от объемов вещания и струк-
структуры программ телецентры подразделяются на
четыре класса:
внеклассные (телецентры Москвы и Ленин-
Ленинграда);
первого класса (республиканские) с аппа-
ратно-студийным комплексом (АСК), обеспе-
обеспечивающим объем местного вещания до 13 ч в
сутки, в том числе собственного до 7 ч
в сутки;
второго класса (в крупнейших промышлен-
но-культурных центрах) с АСК, обеспечива-
обеспечивающим объем местного вещания до 3 ч в сутки,
в том числе собственного до 2 ч в сутки;
третьего класса (в прочих административ-
административных центрах) с АСК, обеспечивающим объем
местного вещания до 2 ч в сутки, в том числе
собственного до 1 ч в сутки.
Радиодом — это комплекс сооружений и
оборудования, предназначенный для подготов-
подготовки, записи, формирования и передачи радио-
радиовещательных программ потребителям (через
передатчики, городскую сеть проводного ве-
вещания и междугородные каналы), а также для
обмена программами с другими радиодомами.
В зависимости от объемов собственного веща-
вещания радиодома подразделяются на три клас-
класса: внеклассные с АСК, обеспечивающим объ-
объем собственного вещания более 4 ч в сутки;
первого класса с АСК, обеспечивающим объем
собственного вещания до 4 ч в сутки, второго
класса с АСК, обеспечивающим объем собст-
собственного вещания до 2ч в сутки.
165
В областных центрах, не имеющих собст-
собственного телевизионного вещания, в радиодоме
второго класса могут быть при необходимости
созданы телевизионные корреспондентские
пункты для создания информационных сюже-
сюжетов для общесоюзных республиканских про-
программ в объеме до 3 мин среднесуточно. В со-
состав такого корреспондентского пункта вхо-
входят: передвижная телевизионная станция, по-
помещение для размещения технологического
оборудования и редакционная.
В состав телецентра входят: аппаратно-сту-
дийный комплекс, включающий студийные и
вспомогательные технологические службы;
холодильная станция, котельная (бойлерная),
трансформаторная подстанция; инженер-
инженерные сооружения АСК (теплотрассы, водопро-
водопровод, канализация); база передвижных техни-
технических средств телевидения; телевизионные
трансляционные пункты в городе; кинопро-
кинопроизводственный комплекс.
В состав радиодома входят: аппаратно-сту-
дийный комплекс, включающий студийные и
вспомогательные технологические службы;
холодильная станция, котельная (бойлерная),
трансформаторная подстанция; инженерные
сооружения АСК (теплотрассы, водопровод,
канализация); база передвижных технических
средств радиовещания, которая может разме-
размещаться совместно с базой ПТС телецентра;
радиовещательные трансляционные пункты в
городе.
Основной частью радиодома и телецентра
является аппаратно-студийный комплекс
(АСК), который состоит из основных и вспомо-
вспомогательных технологических служб и предназ-
предназначен для подготовки, формирования и вы-
выпуска программ. Упрощенная структурная
схема АСК радиодома приведена на рис. 7.6.
Аналогичную схему имеют и телецентры.
Как видно из рис. 7.6, в состав АСК вхо-
входят речевые и музыкальные студии, литдрам-
блок (в крупных РД), студийные аппаратные
(СА), монтажные аппаратные (МА), централь-
центральная аппаратная (АЦ), трансляционная аппа-
аппаратная (ТА), транспуикты, служба внестудий-
внестудийных передач (ВСП), фонотека (ФНТ). Цент-
Центральная аппаратная имеет также связь с АТС
и МТС. Создаваемые в радиодоме программы
поступают в коммутационио-расиределитель-
ную аппаратную (КРА) Минсвязи СССР, а там,
где отсутствуют КРА, программы из АЦ рас-
распределяются непосредственно к потребите-
потребителям—на радиовещательные станции, в город-
городскую сеть проводного вещаиия и в междуго-
междугородные каналы звукового вещаиия. Качество
программ контролируется в отделе техничес-
технического контроля.
В АСК раДиодомов и телецентров распо-
располагается следующее основное технологическое
звуковое оборудование: микрофоны, магни-
магнитофоны, пульты диктора, звукорежиссер-
ские микшерные пульты записи, вещательные
микшерные пульты, пульты центральной ап-
аппаратной, стойки центральной аппаратной,
контрольные агрегаты, измерители уровня,
пульты и стойки отдела технического конт-
контроля.
Радиовещательные студии делят на боль-
большие, средние и малые концертные, камерные,
Речевая
студия f
ФНТ
ОТ К
Речевая
студия Z
Речевая
студия N
о о О
камерная
студия
S1 ГЛ [3
С А-К
\4\4\4\4\
Литдрам-
блок
С А-Л
\4\4\4U\
Музыкальная
студия
Ш Ш С
Ш\ ГП G
СА-М
\4U\4U\
Транс -
пункты
ВСП
АТС
МТС
В КРА v
Рис. 7.6. Структурная схема аппаратно-студийного комплекса радиодома
166
Таблица 7.3. Типы студий и их характеристики
Студия
Площадь,
Высота, м
Оптимальное
время ревер-
реверберации, с
Исполнителей, чел.
Радиовещательные студии
Открытая для концертных программ
в присутствии зрителей
Большая музыкальная для симфони-
симфонических оркестров и хоров с возмож-
возможностью присутствия зрителей
Те же, без зрителей
Средняя музыкальная для симфони-
симфонических оркестров
Для эстрадной и джазовой музыки
Малая музыкальная для записи не-
небольших оркестров и хоров
Камерная
Большая литер атурно-др аматическая
Средняя литературно-драматическая
Речевая
Заглушённая
Комната-эхо
Комната прослушивания,
1000
1000
750
350...450
350...450
250...300
150
150...200
100
26...30
50
50
34...40
14
13
12
8,5... 10
8,5... 10
8...8.3
6
6...6,4
5
3,2...3,5
4
4
3,5
2...2,2
2
2
1,5—1,7
0.9...1,!
. 0,9...1,1
1
0Д..1
0.5..Д7
0,4
0,15
3
0.3
2504-500 зрителей
2504-250 зрителей
150
40...65
35...60
30...35
10...15
20...30
10...15
2...4
6...10
Телевизионные студии
Открытая для концертных программ
в присутствии зрителей
Большая для литературно-драмати-
литературно-драматических и музыкальных передач и
съемок со сложным и средним деко-
декорационным оформлением
Средняя для литературно-драматиче-
литературно-драматических и музыкальных передач и
съемок средних форм с несложным
декорационным оформлением
Малая
Дикторская программная для двух-
четырех дикторов или выступающих
Дикторская кабина телекомментатора
1000
450...600
300
150
60...80
10... 12
14
10 ...12,5
8,6
6,5
4,2...4,5
2Д..2.8
2...2,2
0,8... 1
0,8
0.6...0.7
0,4
0.2..ДЗ
2504-500 зрителей
250
120
30
2...4
1...2
речевые и литературно-драматические. По-
Последние обычно бывают в виде комплекса
(блока) студий. Кроме того, в больших радио-
радиодомах есть еще радиотеатры. Телевизионные
студии делят на такие же типы, включая и
телетеатры, но вместо литературно-драмати-
литературно-драматического блока в телевизионных центрах есть
комплекс постановочных студий с высотой по-
потолков не менее 10 ... 12 м.
В «Ведомственных нормах технологическо-
технологического проектирования» ВНТП-01-81 принята клас-
классификация студий, их размеры, количество
исполнителей и оптимальное время ревербера-
реверберации, приведенные в табл. 7.3.
7.3. ОПТИМАЛЬНАЯ РЕВЕРБЕРАЦИЯ
В СТУДИЯХ И ПРИЕМНЫХ
ПОМЕЩЕНИЯХ
Оптимальным временем реверберации на-
называют такое стандартное время ревербера-
реверберации, при котором звучание данной музыкаль-
музыкальной передачи в данном помещении будет на-
наилучшим или при котором разборчивость речи
будет наибольшей. Так как разборчивость речи
уменьшается при увеличении времени ревер-
реверберации,, то, следовательно, речевые студии
должны выполняться с небольшим временем
реверберации. Обычно для дикторских сту-
студий рекомендуется время реверберации 0,4 с.
Для музыкальных студий рекомендуется вы-
выбирать время реверберации гораздо большим,
до 2 ... 2,2 с.
Если первичный источник звука и слуша-
слушатель находятся в одном и том же помещении,
величина оптимальной реверберации опреде-
определяется по рис. 7.7, а, где кривая / — для ре-
речевых передач; 2 — для малых музыкальных
форм и оперных театров; 3 — для концертных
залов (симфоническая музыка); 4 — для орган-
органной музыки (штриховой даны приближенные
аналитические зависимости).
Кривые даны для частоты 500 Гц для раз-
различных типов музыкальных и речевых передач
в зависимости от объема помещения. Эти зна-
значения оптимальной реверберации можно най-
167
ти по следующим приближенным формулам
(точность около 10,%), где Тот — в секундах,
V—в кубических метрах: для речевых передач
Топт = 0,3 lg V — 0,05; для малых музы-
музыкальных форм и оперных театров Тот =
= 0,4 lg V — 0,15; для симфонической му-
музыки Топт = 0,5 lg V — 0,3. /
Если в помещении будут исполняться раз-
различные программы, то выбирают или среднее
значение реверберации для всех видов про-
программ, или такое значение, которое соответст-
соответствует наиболее важной или наиболее частой
программе. Например, для клуба, который в
основном используется для докладов и лекций,
. оптимальное время реверберации должно быть
близким к речевому; в концертном зале, ис-
используемом в основном для музыкальных пере-
передач, время реверберации выбирается близким
к времени музыкальных передач и т.п.
Иногда в универсальных залах применя-
применяют переменное поглощение или устройства ис-
искусственной реверберации, включая амбиофо-
нические системы. Фактическое время ревер-
реверберации при этом не должно отличаться от оп-
оптимального более чем на ± 10 %. Оптималь-
Оптимальное время реверберации в зависимости от ча-
частоты имеет разную величину. На рис. 7.7, б
приведены пределы, в которые должно укла-
укладываться относительное время реверберации
для музыкальных (/) и речевых B) передач
(за единицу принято время реверберации на
частоте 500 Гц).
Акустические расчеты помещения начина-
начинают с определения объема помещения и опти-
оптимального времени реверберации. Затем под-
подсчитывают имеющийся фонд поглощения на
всех средних октавных частотах от 125 до
8 000 Гц (иногда заменяют 8000 Гц на 6000 Гц,
так как для частоты 8000 Гц часто неизвестны
коэффициенты поглощения). Затем подбира-
подбирают дополнительные поглощающие материалы
так, чтобы время реверберации на всех расчет-
расчетных частотах укладывалось в заданные пре-
пределы рис. 7.7, б с точностью до ±10 %.
Студия является первичным помещением,
входящим в систему «студия — электриче-
электрический тракт — помещение для слушания1», по-
поэтому оптимальные характеристики для сту-
студий отличаются от оптимальных для обычных
2,0
опт*'
0,5
50
-.—'
**>
Ис
*>-
>
помещений. В концертных студиях Время ре-
реверберации должно быть от 1 с в малых сту-
студиях до 1,7 с в студиях с объемом более 3000 м3.
В зависимости от стиля и характера исполне-
исполнения оптимальное время реверберации полу-
получается разным. Например, для одного и того
же помещения исполнение классической сим-
симфонической музыки требует времени ревер-
реверберации 1,54 с, симфонической музыки роман-
романтического стиля — 2,07 с, а современной сим-
симфонической музыки — 1,48 с, причем отклоне-
отклонение от этих данных в среднем иа 0,1 с уже заме-
замечается экспертами. Для органной музыки вре-
время реверберации должно быть от 1,5 до 2,5 с в
зависимости от объема зала. Для джазовой
музыки оптимальное время реверберации по-
получается менее определенным, чем для симфо-
симфонической-, но большинство слушателей склоня-
склоняются к большему времени реверберации. Для
исполнения камерной музыки, сольных и хо-
хоровых программ, небольших ансамблей опти-
оптимум реверберации получается при меньшем
времени реверберации, чем для симфонической
музыки, и тоже зависит от объема студии. Для
художественной передачи речи оптимальное
время реверберации студии с объемом 500 м3
получается в пределах 0,7 ... 0,8 с. В основ-
основных студиях литературно-драматического бло-
блока время реверберации берут в пределах 0,5 ...
.. 0,6 с, в гулкой студии — не менее 3 с, в
заглушённой — в пределах 0,2 ... 0,25 с, в
постановочных студиях телевизионного веща-
вещания — 0,7, ... 0,8 с. В речевых студиях для
передачи информационных программ время ре-
реверберации не должно быть более 0,4 с. Опти-
Оптимальное время реверберации для радио- и те-
телетеатров берут, как и для обычных театров
и концертных залов (см. рис. 7.7, а). Рекомен-
Рекомендуется небольшое снижение, но не более чем
на 10 %.
На рис. 7.8, а приведены оптимальные зна-
значения реверберации студий для частоты 500 Гц
в зависимости от объема. Здесь кривая / соот-
соответствует реверберации речевых студий, 2 —
для малых музыкальных форм, 3 — для кон-
концертных программ. Штриховой линией—приб-
линией—приближенная аналитическая зависимость. При-
Приведенные на рис. 7.8, а следует рассматривать
как минимальные значения, так как увеличить
fanr,f/TonT,5OO Гц
1,5
, 0,5
УУЧЧЛЛ
200 500 1000 2000 V,MS B5 250 500 WOO 2000 4000 Г,Гц
а) ®
Рис. 7.7. Зависимость оптимального времени реверберации от объема помещения (а)
и допуски на отклонение от оптимума (б)
168
Г, f/* ОПТ, 500 Гц
777777
7777/
100 ZOO 500 1000 2000 50001000020000 %MS 125 250 500 /ООО 2000 4000 ^
а) Ю
Рис. 7.8. Оптимальное время реверберации студий (а) и допуски (б)
время реверберации, если это.требуется для
создания оптимума звучания того или иного
вида музыкального исполнения, гораздо лег-
легче, чем уменьшить его.
Оптимальное время реверберации для сту-
студий можно определить с помощью следующих
формул: для концертных Топт = 0,5 lg V—
— 0,10, для малых музыкальных 70Пт =
= 0,45 lg V — 0,30, для речевых ГОпт=0,4х
X lgV — 0,40. Эти зависимости дают ошибку не
более 10 % (см. рис. 7.8, о). 'Допускается от-
отклонение от оптимального времени не более
±10 %. Для концертных студий допустимые
пределы отклонений времени реверберации в
основном частотном диапазоне приведены на
рис. 7.8, б в виде ограничивающих рамок / (за
единицу принято время реверберации на часто-
частоте 500 Гц). Предпочтительно повышение вре-
времени реверберации в сторону низких частот
до соотношения 7125 гц^5оо Гц = ^ •¦¦ *»6-
Снижение времени реверберации в сторону
низких частот ие ддпускается. В сторону высо-
высоких частот от 500 Гц рекомендуется подъем до
40% на частотах 2000 ... 3000 Гц. Для больших
студий фактическое время реверберации с уче-
учетом затухания в воздухе (по полной формуле
Эйринга) на частоте 8000 Гц не должно быть ме-
менее 1 с. Оптимальной частотной характеристи-
характеристикой времени реверберации для речевых сту-
студий является частотно-независимая во всем
диапазоне частот. Допускается спад в сторо-
сторону высоких частот не более 30 % на частоте
5000 Гц) и в сторону низких частот. Подъем в
сторону низких частот не допускается (см. ог-
ограничивающие рамки 2 на рис. 7.8, б).
Учитывая необходимость изменения вре-
времени реверберации для получения оптималь-
оптимального звучания различных программ, прихо-
приходится в каждой концертной студии, а также в
основных студиях литератур но-драматического
блока предусматривать возможность измене-
изменения реверберации. С аналогичным требовани-
требованием приходится сталкиваться и при проектиро-
проектировании универсальных залов. Одним из реше-
решений задачи является создание фонда перемен-
переменного поглощения в таких помещениях, а это
приводит к использованию различных звуко-
звукопоглощающих конструкций, которые могут
сравнительно легко и быстро вводиться в
действие или выводиться из него. Есть
много различных конструктивных решений
этой задачи. Например, применяются щиты
с хорошо поглощающим материалом, за-
закрываемые щитами с хорошо отражаю-
отражающей поверхностью; различного типа жа-
жалюзи; вращающиеся колонны с различным по-
поглощающим материалом (при этом половина
колонны всегда оказывается утопленноц в
стене) и т.п. Все эти методы очень громоздки и
требуют довольно сложной механизации, ина-
иначе они просто не под силу персоналу студий.
Теперь широко применяют устройства искус-
искусственной реверберации и амбиофонии.
В распоряжении звукорежиссера есть еще
один метод изменения ощущения времени ре-
реверберации, основанный на использовании эк-
эквивалентной реверберации. Путем приближе-
приближения микрофонов к исполнителю и удаления от
него можно изменять эквивалентную ревербе-
реверберацию в довольно широких пределах. Вели-
Величина эквивалентной реверберации определя-
определяется из выражения
где Т
Гэкв " Т + 1,2 - Я '
измеряемое время реверберации; 7 «
« «—-—с; R = 50,з г2 Fsr _,v)/vsqh—
о «ср *>
акустическое отношение; Г — расстояние от
исполнителя; йи — коэффициент осевой кон-
концентрации источника звука; V и S — объем и
площадь ограничивающих поверхностей по-
помещения; аср — средний коэффициент по-
поглощения.
Пример. Определить эквивалентную ревер-
реверберацию в двух точках помещения: гг = 0,5 м
и г2 == 5 м для следующих его парамет-
параметров: V = 1000 м3, S = 700 м2, Т = 1,2 с,
йи =\2. Акустическое отношение получается
соответственно равным 0,036 и 3,6, а эквива-
эквивалентная реверберация — 0,49 и 1,08 с.
7.4. ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЕ
МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ
Акустическая обработка студий преднаЗ'
начена для обеспечения такого общего погло-
поглощения, величина и частотная- характеристика
169
кбторого соответствует требуемой характе-
характеристике времени реверберации. Без обработки
поглощение недостаточно, и время ревербе-
реверберации оказывается больше требуемого зна-
значения.
Коэффициентом поглощения материала а
называют отношение поглощенной энергии
звуковой волны / к падающей энергии /пад
на поверхность этого материала а = ///Пад-
Если размеры поверхности поглощающего
материала велики в сравнении с длиной пада-
падающей звуковой волны и толщина его практиче-
практически бесконечна, то коэффициент поглощения
а = 1 — аотр — коэффициент отражения зву-
звуковой волны. Коэффициент поглощения в
этом случае
Грс-413/f
"'UJ
где рс — удельное акустическое сопротивле-
сопротивление поглощающего материала, кг/м2-с (реак-
(реактивной составляющей обычно пренебрегают
из-за ее малости); 413 — удельное акустиче-
акустическое сопротивление воздуха.
Если рс > 413, то около поглощающей по-
поверхности получаются узел скорости колеба-
колебаний и пучность зукового давления, а если
рс<413—пучность скорости колебаний и
узел звукового давления. Коэффициенты по-
поглощения зависят от угла падения звуковой
волны на поглощающий материал. Различают
нормальный коэффициент поглощения (для уг-
угла падения 90°) и диффузный (для всевозмож-
всевозможных углов падения). В таблицах обычно при-
приводят только диффузный коэффициент погло-
поглощения.
Коэффициенты поглощения материалов за-
зависят от частоты. Одни материалы имеют боль-
щее поглощение на низких частотах, другие—
на высоких,/ третьи — на средних. Ряд мате-
материалов имеет немонотонную зависимость ко-
коэффициента' поглощения от частоты. Все это
позволяет подбирать общее поглощение в по-
помещении оптимальной величины вЪ всем диапа-
диапазоне передаваемых частот.
По принципу звукопоглощения все матери-
материалы делятся на пористые, резонирующие и
перфорированные. Другая классификация ма-
материалов — деление на сплошные и пористые.
Все сплошные звукопоглощающие материалы
имеют акустическое сопротивление почти всег-
всегда больше, чем у воздуха, а пористые — в
большинстве случаев меньше его. Пористые
материалы всегда комбинируют со сплошными,
располагая сплошные позади пористых. При
этом наименьшее поглощение у пористого ма-
материала получается при его расположении
вплотную к стене из хорошо отражающего
сплошного материала, а наибольшее — при
расположении его ла расстоянии четверти дли-
длины звуковой волны (в воздухе) от поверхности
хорошо отражающего материала. Несколько
меньшая разница в поглощении получается
при расстоянии 3/4 А, и 5/4 X. При большем уда-
удалении от отражающей стены коэффициент по-
поглощения остается постоянным.
Для поглощающего материала с размером,
сравнимым с длиной звуковой волны, коэффи-
коэффициент поглощения зависит от соотношения
между ними. Так, например, открытое окно
имеет коэффициент поглощения больше едини-
единицы, особенно на низких частотах (энергия зву-
звуковых волн, падающих рядом с окном, уходит
в него из-за явления дифракции). Коэффициент
поглощения портьеры с небольшими размера-
размерами по сравнению с длиной звуковой волны
больше, чем портьеры с большими размерами,
поэтому лучше иметь ряд узких портьер, чем
одну широкую (при равной общей ширине).
Одна из распространенных конструкций
пористых поглощающих материалов — об-
облицовочная. Такие материалы изготавливают
в виде плоских плит или рельефных (объ-
(объемных пирамид, клиньев и т.п.), располагае-
располагаемых или вплотную, или на небольшом расстоя-
расстоянии от сплошной толстой стены. Пирамиды
или клинья устанавливают на небольшом рас-
расстоянии от стены, основаниями вплотную друг
к другу, в помещение они обращены острыми
углами. Такие конструкции создают большее
поглощение, чем плоские плиты. Величина
коэффициента поглощения зависит от толщи-
толщины материала.
На рис. 7.9, а и б приведены частотные
характеристики коэффициентов поглощения
/
/
, '
1
"
0,6
0,*
0,1
/25 250 500 7000 2000 ЦГц /25 250 500 WOO 2000 f,f
a) v Ю
Рис. 7.9. Частотные характеристики коэффициента поглощения пористых материалов
а
0,6
0,4
0,1
0
/
//
/
/
5"
Л
170
р материале»: / — нзвееткова* шту-
штукатурка п& деревянной обрешетке; 2 г— ко-
Йер с ворсой, лежащий на бетонном полу; 3—
Эрборит в плитах толщиной 2 cto; 4 — фиб-
роакустит в плитах толщиной 3,5 см; 5 — дра-
драпировка на стене; 6 — драпировка на расстоя-
расстоянии 10 см от стены. Из графиков видно, что по-
пористые звукопоглощающие материалы дают
преимущественное поглощение в области вы-
высоких частот и очень неэффективны в нижней
части частотного диапазона.
Другой распространенной конструкцией
поглощающего материала являются резонанс-
резонансные поглотители. Они делятся на мембранные
и резонаторные. Мембранные поглотители
представляют собой натянутый холст или тон-
тонкий фанерный лист, под которым располагают
хорошо демпфирующий материал (материал
с большой вязкостью, например, некоторые
сорта губчатой резины, поролоновые коврики,
строительный войлок и др.). Щиты с натяну-
натянутым холстом (рис. 7.10, а) называют щитами
Бекеши. Максимум поглощения получается на
резонансных частотах. Для натянутого холста
с силой F резонансные частоты
ptb '
где р — плотность материала холста; /, Ь и t—
длина, ширина и толщина полотна; k — поря-
порядок резонансной частоты.
Пример. Полотно размерами 2x1 м и тол-
толщиной 2-10~* м плотностью 200 г/ма натянуто
с силой 1,6 Н. Найти первую резонансную ча-
частоту
1
2-2
1,6-10s
200-2-10-*-1
= 50 Гц.
Следовательно, первый максимум погло-
поглощения будет на частоте 50 Гц, следующий —
на частоте 100 Гц и f, д.
Кбэффициент поглощения можно рас-
рассчитать, если знать вязкость материала, рас-
расположенного под фанерой, но практически та-
такой расчет очень неточен. Для фанерного лис-
листа с соотношением длина-ширина = 2, за-
закрепленного по границам, резонансные часто-
частоты по длине листа определяются из выражения
а)
Рис. 7.10. Внешний вид (а) и коэффициенты
поглощения (б) резонансных поглотителей
/й = 3,45-103 {tip), где /и / — длина и тол-
толщина листа, м.
Пример. Дан фанерный лист длиной 2 м и
толщиной 4-Ю-3 м, найти первую резонанс-
резонансную частоту.
Имеем /х= 3,45-103-4-10-8/22= 3,5 Гц.
Если лист расположен близко от твердой сте-
стены, то его упругость будет повышена и соб-
собственная частота также повысится. На
рис. 7.10, б приведены коэффициенты погло-
поглощения для фанерных щитов, расположенных
близко от стены с заполнением промежутка
между ними демпфирующим материалом: /—
фанера 3 мм с воздушным промежутком 5 см;
2 — то же, края демпфированы стекловатой;
3 — фанера 6 мм с воздушным промежутком
10 см, края задемпфированы минеральной ва-
ватой, 4 — оконное стекло.
Перфорированные резонаторные поглоти-
поглотители (см. рис. 7.11, а) представляют собой сис-
систему воздушных резонаторов, например резо-
резонаторов Гельмгольца, в устье которых распо-
расположен демпфирующий материал.
Резонансная частота резонатора:
S
IV '
где S — поперечное сечение горла резонатора,
/ — длина горла; V — объем полости резона-
резонатора.
На рис. 7.11, б приведены в качестве при-
примеров характеристики поглощения некоторых
перфорированных конструкций (применяемых
ш
0,4
0,2
2,
О)
125 250 500 1000 2000 4000
Рис. 7.П. Разрез (а) и коэффициенты поглощения (б) перфорированных констукций
171
Для акустической обработки студий) при раз-
различной их толщине о, расстоянии от стены h
и между отверстиями d, диаметре отверстия
D: 1— для материала с 8 — 3 мм, D = 7 мм,
d = 3 см и Л = 5 см; 2 — для того же мате-
материала при относе h — 10 см; 3 — для фанеры
с щелью 45 мм, 6=3 мм, d—6,5 см, фанера под-
подклеена тканью; 4 — тот же материал без под-
подклейки тканью, но с заполнением воздушного
промежутка матами из асбестовой ваты.
Пример. Резонатор имеет размеры: дли-
длину горла 10~2 м, поперечное сечение 10—* м
и объем 10~3 м3. Его резонансная частота
343
2я |/ Ю-2-Ю-3
= 171,5 Гц (с = 343 м/с).
Наиболее распространенная конструкция
резонаторных поглотителей — перфорирован-
перфорированный лист, расположенный на некотором рас-
стоянии от твердой стены. Такая конструк-
конструкция может рассматриваться как ряд резонато-
резонаторов. Если перфорация распределена по поверх-
поверхности листа равномерно, то такой поглотитель
будет иметь типичную резонансную кривую по-
поглощения, а если неравномерно, то можно по-
получить равномерную кривую поглощения. Для
равномерного распределения отверстий резо-
резонансная частота
где S — сечение отверстия; /э = б +
+ 0,5"]/я5 — эффективная толщина листа;
б — толщина листа; h — расстояние от стены
(потолка); d — расстояние между отверстиями.
Пример. Лист толщиной 10-* м перфориро-
перфорирован отверстиями площадью 10~* м2 с расстоя-
расстояниями между отверстиями 0,1 м и расстоя-
расстоянием от потолка, равным 0,1 м, найти резонанс-
резонансную частоту. Эффективная толщина листа /э =
Таблица 7.4. Коэффициент звукопоглощемия основных поглотителей
Поглотитель
а в зависимости от частоты, Гц
125
250
500
1000 | 2000 | 4000 | 6000
Слушатели
Слушатели на деревянных стульях
Кресло деревянное
обитое кожей
обитое кожей и поролоном
Крисло, обитое, бархатом
Стул мягкий
Стул полумягкий
жесткий
Публика на 1 м2
Паркет по асфальту
на шпонках
Пол на деревянных балках
Резина 5 мм на полу
Релин
Линолеум на тведой основе
Стена оштукатуренная и окрашенная краской
клеевой
То же, масляной
Стена, оштукатуренная известкой с металличе-
металлической сеткой
То же, с деревянной обрешеткой
Деревянные плиты
Стена песочно-известковая
Обычная гипсовая штукатурка
Бетонная поверхность железненнан
Штукатурка АЦП'
Мрамор, гранит и другие шлифы
Кирпичная кладка без расшивки
То же, с расшивкой швов
Метлахская плитка
Проем сцены
Вентиляционные решетки
Окно (стекло ординарное)
Двери лакированные
сосновые
0,33
0,17
0,02
0.10
0,05
0,14
0 05
0,05
0,02
0,28
0,04
0,20
0,15
0,04
0,04
0,02
0,02
0,01
0.04
0,03
0,12-
0,04
0,04
0,01
0,27
0,01
0,15
0,03
0,01
0,20
0,30
0,35
О.ЪЗ
0,10
0,41
0,36
0,02
0,12
0,09
0,22
0,09
0,08
0,02
0,40
0,04
0,15
0,11
0.04
0,05
0,02
0,02
0,01
0,05
0,05
0,11
0,05
0,04
0,01
0,31
0,01
0,19
0,03
0,01
0,30
0,42
0,25
0,02
0,11
0,44
0,47
0,02
0,17
0,12
0,31
0,12
0,18
0,02
0,45
0,07
0,12
0,10
0,08
0,07
0,03
0,02
0,02
0,06
0,06
0,1
0,06
0,04
0,01
0,31
0,01
0,29
0,03
0,02
0,30
0,50
0,18
0,05
о;ю
0,46
0,52
0,04
0,17
0,13
0,40
0,13
0,15
0,02
0,49
0,06
0,10
0,07
0,08
0,07
0,03
0,03
0,02
0,08
0,09
0,03
0,09
0,06
0,02
0,31
0,01
0,28
0,04
0,02
0,30
0,50
0,12
0,04
0,08
0,46
0,50
0,04
0,12
0,15
0,52
0,15
0,Г7
0,02
0,47
0,06
0,08
0,06
0,08
0,08
0,04
0,04
0,02
0,04
0,04
0,08
0,04
0,06
0,02
0,33
0,01
0,38
0,05
0,02
0,30
0,50
0,07
0,04
0,08
0 46
0,46
0,03
0,10
0,16
0,60
0,16
0,15
0,02
0,45
0,07
0,07
0,07
0,10
0,08
0,04
0,04
0,02
0,06
0,06
0,11
0,06
0,03
0,02
0,40
0,01
0,46
0,06
0,03
0,30
0,51
0,04
0,04
0,11
0,47
0,44
0,03
0,10
0,15
0,62
0,15
0,05
0,02
0,44
0,07
0,07
0,06
0,06
0,06
0,04
0,04
0,02
0,06
0,06
0,12
0,06
0,07
0,02
0,13
0,02
0,45
0,66
0,03
0,20
0,52
0,03
0 04
0,11
172
Таблица 7.5. Коэффициент звукопоглощения пористых поглотителей
(Ь — зазор между отражателем и поглотителем)
*
Материал
Минераловатные ПП-80
То же
«Стилит»
Древесно-волокнистые
«Фибролит» 30 мм
То же
Акустические ПА/Д
То же
Акустические ПА/О
То же
Акустические ПА/С
«Травертон»
То же
«Акмигран»
«Брекчия»
Маты из стеклохолста:
«Атимс»
ATM 1—50 П
Маты из минеральной ваты
Тарная ткань в сборку
Репс
«Маркиза»
Ковры:
артикул 1346
артикул 15103
латексный
безворсовый
Ь, мм
50
50
—
150
—
100
—
100
, 100
—
100
100
50
50
—'
—
50
800
—
—
—
—
—
125
0,08
0,21
0,43
0,22
0,06
0,13
0,05
0,34
0,01
0,20
0.18
0.02
0,28
0,29
0,33
0,08
0,36
0,17
0,10
0,14
0,04
0,02
—
—
0,02
а
250
0,30
0,40
0,98
0,30
0,16
0,42
0,59
0,62
0,17
0,52
0,64
0,14
0,81
0,70
0,44
0,26
0,76
0,59
0,28
0,40
0,23
0,05
0,04
0,04
0.05
в зависимости от частоты, Гц
500
0,64
0,72.
0,89
0,34
0,25
0,53
0,52
0,52
0,68
0,98
0.99
0,65
0,86
0,68
0,69
0,64
0,98
0,99
0,46
0,80
0.40
0,26
0,21
0.15
0,07"
1000
0,89
0,98
0,99
0,32
0,38
0,35
0,53
0,52
0,98
0,85
0,93
0,90
0,87
0,68
0,88
0,89
0,89
0,98
0,60
0,97
0,57
0,47
0,45
0,31
0,11
2000
0,95
0,97
0,95
0,41
0,59
0,53
0,25
0,26
0,86
0,80
0,90
0,87
0,89
0,75
0,92
0,75
0,88
0,96
0,58
0,99
0,53
0,54
0,55
0,63
0.29
4000
0,81
0,79
0,87
0,42
0,63
0,63
0,11
0,15
0,45
0,45
0,83
0,86
0,86
0,74
0,69
0,78
0,58
0,87
0,60
0,99
0,62
0,70
0,62
0,72
0,48
6000
0,73
0,75
0,75
0,42
0,59
0,56
0,08
0,14
0,28
0,28
0,76
0,88
0,88
0,70
0,66
0,80
0,47
0,84
0,68
0,99
0,60
0,71
0,64
0,63
а, 50
= Ю-3 + 0,5Ул-,10-4
сная частота
1,9-10~2 м. Резонан-
/.=
— l/ —
2я у 1,9-
ю-4
10-2.0,1-0,01
125 Гц.
Вместо ряда отверстий применяют щели в
таких листах. Резонансная частота в этом слу-
случае
U
2я
у Idh
где b — ширина щели; d — расстояние между
щелями (остальные данные как и в предыду-
предыдущем случае).
Коэффициент поглощения резонатора оп-
определяется активным акустическим сопротив-
сопротивлением демпфирующего материала, находяще-
находящегося в горле резонатора. В качестве такого со-
сопротивления обычно применяют металличе-
металлическую сетку. Коэффициент поглощения зависит
от числа и размеров ячеек такой сетки. Сетку
располагают под листом с перфорациями. Ре-
Реже применяют для этого ткани, так как они
негигиеничны.
В табл. 7.4-*-7.7 приведены коэффициенты
поглощения для ряда наиболее часто встреча-
встречающихся материалов. В этих таблицах коэф-
коэффициенты поглощения для слушателей, кресел
и стульев приведены на 1 единицу, а осталь-
остальные — на 1 м2.
Пример. Определить требуемое поглоще-
поглощение и время реверберации для аудитории на
250 человек. Пол паркетный, парты деревян-
деревянные, потолок и большая часть стен C00 м2)
пока обработаны гипсовой штукатуркой. Ауди-
Аудитория имеет две двери размерами по 3 м2, окон
нет.
Объем помещения составляет 1440 м3. Из
этого объема рледует вычесть объем, находя-
находящийся под покатой частью пола. Он составляет
1,5х 16х 12 = 288 м3. Парты и люди занимают
объем 115 м2. Объем выступа на передней стене
36 м3. Следовательно, чистый объем аудито-
аудитории составляет около 1000 м3.
Плбщадь потолка равна 20x12 = 240 м2,
площадь передней стены 12X6=72 м2, площадь
задней стены 12x3= 36м2, площадь дола под
партами 12x4=48 м2, площадь парт и площадь
проходов 12Х 16,5= 198 м2, площадь боковых
стен от потолка до парт 2x4x6=48 м2, пло-
площадь боковых стен вдоль парт 2x4x16 =
= 144 м2. Таким образом, общая площадь огра-
ограничивающих поверхностей помещения состав-
составляет 786 м2. Из нее деревянные покрытия со-
составляют 246 м2, штукатурка — 540 м2.
Из рис. 7.7 (кривая /) находим оптималь-
оптимальное время реверберации на частоте 500 Гц
для объема 1000 м3. Оно равно 0,8 с.
J73
Таблица 7.6. Коэффициент звукопоглощения мембранных поглотителей
(d — толщина заполнителя)
Материал
Фанера на «стилите»
Древесно-стружечный
То же
То же с пластиком
Бумажно-слоистый
Дюралюминиевый
Плиты «Ацеид»
То же
Сухая гипсовая штукатурка
То же
Пенопласт
То же
Панели из «волнита»
То же
Щиты Бекеши
То же
Полицилиндры
То же
d, ММ
100
—
100
100
150
50
—
100
__
100
—
100
—
50
150
150
_
50
Ь, мм
—
—
—
—
50
—
—
50
—
—
—
50
—
—
100
—
—
125
0,47
0,01
0,30
0,34
0,52
0,40
0,03
0,38
0,23
0,65
0,02
0,51
—
0,16
0,76
0,70
0,41
0,51
а в
250
0,39
0,09
0,24
0,28
0,38
0,34
0,03
0,28
0,31
0,34
0,09
0,38
0,10
0,72
0,67
0,86
0,30
0,44
зависимости от
500
0,18
0,09
0,08
0,22
0,22
0,16
0,09
0,21
0,13
0,23
0,19
0,28
0,22
0,93
0,50
0,50
0,35
0,39
1000
0,14
0,08
0,07
0,11
0,14
0,08
0.08
0.12
0.09
0,17
0,16
0,16
0,21
0,20
0,24
0,26
0,16
0,19
частоть
2000
0,13
0,09
0,10
0,11
0,02
0,02
0,08
0,05
0,06
0,17
0,14
0,16
0,08
0,14
0,13
0,12
0,10
0,13
|, Гц
4000
0,12
0,14
0.13
0,12
—
—
0,03
0,05
0,13
0,11
0,12
0,16
. —
0,02
0,15
0,10
0,14
0,22
6000
0,10
0,14
0,14
0,14
—.
—
0,03
0,04
0..04
0,10
0,12
0,16
—
—
0,07
0,09
0,18
0,28
Таблица 7.7. Коэффициент звукопоглощения |
)езонаторных
с покрывным листом из перфорированиых материалов
Материал
Фанера 5 мм
То же
Фанера 20 мм
То же
Слоистый пластик, подклеенный
марлей
Дюралюминий 5 мм
Асбоцементные плиты
№ 1
№ 2
№ 3
№ 4
№ 5
№ 6
№ 7
№ 8
№ 9
№ 10
Акустические плиты АГШ (гипсо-
(гипсовые штампованные)
То же, подклеенные бязью
АГШБ
d, мм
_.
100
—
100
—
50
—
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
Ь, мм
50
100
'50
100
50
50
—
50
50
50
50
50
50
50
50
50
—
—
—
125
0,06
0,80
0,06
0,78
0,06
0,26
0,71
0,21
0,24
0,56
0,62
0,45
0,34
0,40
0,38
0,28
0,31
0.23
0,28
а в
| 250
0,42
0.52
0,08
0,98
0,32
0,89
0.95
0,50
0,72
0,62
0,59
0,79
0,81
0,97
0,87
0,79
0,69
0,47
0,69
поглотителен
зависимости от
500
0,20
0.27
0,17
0,95
0,35
0,99
0,86
0,99
0,96
0,52
0,51
0,67
0,70
0,75
0,77
0,98
0,91
0,98
0,94
1000
0,07
0,14
0,16
0,50
0,12
0,47
0,53
0,64
0,77
0,35
0,42
0,44
0,54
0 52
0,70
0,70
0.75
0,73
0,76
частоте
2000
0,07
0,12
0,10
0,32
0,07
0,15
0,18
0,39
0,57
0,18
0,27
0,25
0,35
0,31
0,51
0,47
0,60
0.44
0,51
J. Гц
4000
0,06
0,10
0,08
0,27
—
0,04
0,04
0,25
0,34
0,08
0,20
0,07
0,26
0,16
0,31
0,23
0,35
0,41
0.43
6000
0,06
О.Ю
0,08
0,28
—
—
0,20
0,20
0,05
0,06
0,03
0,06
0,06
0,17
0,20
0,30
0,41
0,42
Находим реверберационный коэффициент
поглощения
0.161К 0,161 1000
= 0,274.
TonrS 786-0,8
Определяем средний коэффициент поглоще-
поглощения по формуле
ьср:
Требуемый фонд поглощения на частоте
500 Гц Лтр = аср5 = 0,24-786 = 188 м2.
Подсчитаем имеющийся фонд поглощения
на той же частоте из расчета 250 слушателей.
Коэффициенты поглощения берем из табл. 7.4.
Люди вносят поглощение Ап = 0,44-250=
— 1,10 м2, гипсовая штукатурка на потолке и
части стен Аш =0,04-540=22 м2, деревянные
покрытия (пол, двери, парты и часть стен) Ал=
174
Таблица 7.8. Результаты расчета среднего коэффициента поглощений
и времени реверберации
Поглотитель (I) и
расчетные данные A1)
I
Люди
Деревянные пангли
Гипсовая штукатурка "
Штукатурка АЦП
Сумма
II
acp = 24/2S
a' = —In A — acp)
Г = 0,161 V/a'XS
Количе-
Количество
250 чел.
246 м2
420 м2
120 м2
786 м2
a
А | a \ A
a \ A
a
А
a
А .
a
А
Для частот, Гц '
250* \ 500
0,41
0,11
0,04
0,27
103
27
17
32
179
0,227
0,258
0.79
0,44
0,10
0,04
0,31
НО
25
17
37
189
0,240
0,276
0.74
1000
0,46
0,03
0,06
0,31
112
7
25
37
181
0,230
0,261
0,78
2000
0,46
0,08
0,06
0,33
112
21
25
40
198
0,250
0,286
0,72
4000
0,46
0,11
0,03
0,40
112
27
13
48
200
0,253
0.293
0,69
6000
0,46
0 12
0,07
0,13
112
30
30
52
224
0,283
0,332
0,62
= 0,1 • 246=25 м2. Имеющееся поглощение со-
составляет 157 м2. Необходимо добавить 31 м2.
Заменим частично гипсовую штукатурку шту-
штукатуркой АЦП. На частоте 500 Гц (см.
табл. 7.4) ее коэффициент поглощения равен
0,31, а гипсовой 0,04. Следовательно, надо за-
заменить штукатурку на площади S —
= 31/@,31—0,04) = 116 м2. Например, мож-
можно покрыть штукатуркой АЦП половину
потолка A20 м2).
Подсчитаем фонд поглощения на остальных
частотах, пользуясь табл. 7.4 — 7.7.. Резуль-
Результаты расчета сводим в табл. 7.8. Для получе-
получения фонда поглощения вычисляем величины
среднего коэффициента поглощения аср=
= A/S = А/786, а по нему — величины ре-
верберационного коэффициента по формуле
а' = — In A — аср).
Затем вычисляем время реверберации для
всех расчетных частот Т = 0,161 Via'S и все
расчетные данные заносим в табл. 7.8.
Определяем отклонение времени ревербе-
реверберации на частотах 250 и 4000 Гц по отношению
к 500 Гц. Эти отклонения составляют 1,07,
т. е. частотная характеристика времени ревер-
реверберации близка к оптимальной.
Пример расчета большой концертной радио-
радиовещательной студии. Требуется провести аку-
акустический расчет концертной студии, предназ-
предназначенной для передачи и записи большого
симфонического оркестра, исполнителей в
100 чел.
1. Определение размеров студии. В соот-
соответствии с рекомендациями выбираем площадь
пола и линейные размеры студии следующими:
площадь пола S = 400 м2, длина / = 25 м, ши-
ширина Ь = 16 м, высота h = Юм.
Отсюда общая площадь внутренних по-
поверхностей; Ss = lib + ЧЬ h + 2 lh = 1620 м2,
объем: V = Sh = 4000 м3.
2. Выбор оптимального времени ревербера-
реверберации и его частотной характеристики. В соот-
соответствии с рекомендациями, приведенными ъц-
ше, задаем оптимальное время реверберации на
частоте 500 Гц: Т = 1,7 с.
Частотную характеристику оптимального
времени реверберации выбираем с подъемом
в области низких частот. Значения Т на разных
частотах сводим в табл. 7.9.
Таблица 7.9. Требуемое время
реверберации
/. Гц
Т, с
125
2,0
250
1,8
5000
1,7
1000
1,7
2000
1,7
4000
1,7
3. Обеспечение требуемого времени ревер-
реверберации (подбор звукопоглощающих материа-
материалов и конструкций). Общее поглощение А
для заданного времени реверберации на часто-
частоте 500 Гц определяем по формуле А = acpS2.
Предварительно вычисляем —1пA—аср) =
= 0,161 V77\SS и с помощью рис. 7.3 нахо-
находим аср = 0,208.
Общее поглощение определяем на всех рас-
расчетных частотах, причем на 2000 и 4000 Гц
учитываем поглощение звука в воздухе. Ре-
Результаты расчета сводим в табл. 7.10.
Подбираем звукопоглощающие материалы
и конструкции так, чтобы общее поглощение А
было близко к требуемому. Подбор произво-
производим до тех пор, пока расчетное время ревербе-
реверберации будет отличаться от заданного не более
чем на ± 10 %.
Результаты расчета приведены в табл.7.11 и
и на рис. 7.12.
Исходя из требуемогб количества единиц
звукопоглощения, выбираем для обработки
проектируемой студии перфорированные кон-
конструкции и полицилиндры, разработанные
ГСПИ.
175
Таблица 7.10. Требуемое общее поглощение в студни
Частота, Гц
Т, с
— 1пA-аср)
аср
А, м2
125
2,0
0,199
0,18
293
250
1,8
0,221
0,197
319
500
1,7
0,234
0,208
337
1000
1,7
0,234 '
0,208
337
2000
1,7
0,209
0,189
306
4000
1,7
0.165
0,152
246
Частотные характеристики коэффициентов
звукопоглощения этих конструкций приведены
в табл. 7.4—7.7.
Так как в студии всегда имеется некоторая
аппаратура, а также технический персонал, в
таблицу может быть введена специальная гра-
графа, учитывающая вносимое ими поглощение
(около 5 % А).
100
125 250 500 1000 Z0OO 4000
Рис. 7.2. Кривые поглощения в большой
концертной студии
Т,с
2,4
2,2
г,о
1,8
125 150 500 1000 2000 4000
Рис. 7.13. Частотная характеристика времени
реверберации большой концертной студии
ч
ч^.
^Vpeff
ь—^
'расч
•f.fu
На рис. 7.13 изображены требуемая и рас-
расчетная частотные характеристики времени ре-
реверберации.
4. Размещение звукопоглотителей. Звуко-
поглотители размещаем по принципу равно-
равномерного распределения их по стенам и потолку.
На стенах равномерно в определенной после-
последовательности чередуются полицилиндры
3 двух диаметров, перфорированные конструк-
конструкции 2 и акустические плиты 4 (ПАО), создавая
при этом эффективный в архитектурном отно-
отношении рельеф стен (см. развертку студии,
приведенную на рис. 7.14). Нижняя часть стен
по всему периметру обработана деревянной
панелью /. Потолок обработан перфорация-
перфорациями двух типов и полицилиндрами. Свободная
часть потолка оштукатурена.
В студии применен поливинилацетатный
пол, представляющий собой бесшовное моно-
монолитное покрытие из мастики, приготовляемой
на основе поливинилацетатной эмульсии с до-
добавлением песка и пигментов.
Рис. 7.14. Развертка большой концертной
студии с размещенными звукопоглощающими
* материалами:
/ — панель деревянная; 2 — перфорированная конст-
конструкция; 3 — полицилиндры: 4 — ПАО
176
Таблица 7.11. Расчет времени реверберации
Наименование
f
Основной фонд Ло
Исполнители
Инструменты
Ковер
\ Свободный пол (поливи-
' нилацетат)
Свободные стены и по-
потолок (оштукатуренный)
Окно в. аппаратную
Двери
Вентиляционные решет-
решетки
Итого
Требуемое общее погло-
поглощение ЛТр
Требуемый дополнитель-
дополнительный фонд Аа=Атр — Ао
Расчетный дополни-
' тельный фонд
Панель деревянная (вы-
(высота 1,5 м)
Полицилиндры
То же
Перфорированные конст-
' руКции
То же
Акустические плиты
b ПАО
Итого
Л 1 Л
~Т" ™Д
Средний коэффициент
поглощения аСр
— In A—аср)
— S In A— аср)
Поглощение звука в воз-
воздухе DцУ)
Расчетное время ревер-
реверберации Грасч
Требуемое время ревер-
реверберации Гтреб
Отклонение Грасч
ОТ Гтреб, ДГ
(Д7уТТРеб)-Ю0, %
Площадь
или число
100 чел.
100 шт.
130 м2
270 м2
712 м2
2,6 м2
8,25 м2
7,5 м2
120 ма
50 м2
100 м2
70 м2
100 м2
50 м2
125
а
0,28
0,23
0,12
0,02
0.01
0,35
0,3
0,30
А
28
23
15,6
5,4
7,1
0,91
2,48
2,26
84,8
293
208
0,42
0,5
0,49
0,05
0,39
0,8
50,5
25
49
3,1
39
40
207
292
0,18
0,20
326
—.,
1,97
2,0
—0,03
-1,5
Звукопоглощение на
250
а .
0,40
0,26
0,14
0,025
0,01
0,25
0,3
0,42
А
40
26
18,2
6,75
7,1
0,65
2,48
ЗП6
104
319
205
0,28
0,40
0,44
0,42
0,87
0,58
33,6
20
44
29.5
87
29
244
348
0,214
0,24
390
—
1,65
1,8
—0,15
—8,3
500
а
0,45
0,26
0,23
0,03
0,02
0,18
0,3
0,50
А
45
26
29,8
8,1
14,3
0,47
2,48
3,74
130
337
207
0,18
0,44
0,39
0,98
0,58
0,27
21,6
22
39
68,5
58
13,5
233
353
0,218.
0,24
390
—
1,65
1,7
—0,05
—2,9
частоте, Гц
1000
а
0,49
0,29
0,32
0,035
0,02
0,12
0,4
0,50
А
49
29
41,5
9,45
14,3
0,31
3,3
3,74
151
337
186
0,09
0,33
0,19
0,9
0,33
0,14
150
301
11
16,5
19
63
33
7
0,186
0,205
340
16
1,
1,
+о,
+5,
79
7
09
13 '
2000
а
0,47
0,32
0,38
0,04
0,03
0,07
0,4
0,50
А
47
32
49,5
10,8
21,4
0,18
3,3
3,74
178
306
128
0,12
0,13
0-ЛЗ
0,8
0,16
0,12
14,4
6,5
13
55,2
16
6
111
289
0,178
0,197
320
35
1,81
1,7
+0,11
+6,5
4000
а
0,45
0.36
0,42
0,04
0,03
0,04
0,4
0,51
А
45
36
54,5
10,8
21,4
0,1
3,3
3,84
175
246
71
0,25
0,16
0,22
0,45
0,1
0,1
15,0
8,0
22
31,5
10
5
92
267
0,164
0,18
284
112
1,63
1,7
—0,07
-4,1
7.5. ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ СТУДИЙ
Основные пути прохождения звука через
перегородки следующие: через поры, щели и
т.п. (воздушный перенос), через материал сте-
стены или по трубам отопления, газа и водопрово-
водопровода в виде продольных колебаний его частиц
(материальный перенос) и передача колеба-
колебаний посредством поперечных колебаний пе-
перегородки (мембранный перенос). В реаль-
реальных случаях звуковые колебания передаются
через перегородку всеми тремя способами.
Для уменьшения переноса звука через пере-
перегородки необходимо делать их слоистыми, под-
подбирая материалы слоев перегородки с резко
отличающимися акустическими сопротивле-
J77
нияМи (бетон -<- поролон). Стены делают двой-
двойными с поглощением между ними. Для умень-
уменьшения мембранного переноса стены делают мас-
массивными (чтобы их резонанс обычно был на
очень низких частотах). Для уменьшения шу-
шума, создаваемого вибрациями, перегородки
устанавливают на виброизолирующие проклад-
прокладки.
При падении звуковых волн с интенсивно-
интенсивностью /пад на какую-либо перегородку боль-
больших размеров в сравнении с длиной волны
интенсивность звука с другой стороны перего-
перегородки /пр в условиях отсутствия отражения
звука в пространстве за перегородкой будет
определяться только звукопроводностью пере-
перегородки. Коэффициент звукопроводности
апр = 'пр/'пад = Рпр^пад или в логариф-
мических единицах (звукоизоляция перегород-
перегородки) Qnep = Ьпад - Lnp = 20 lg (рпад/рПр),
где Lnp и Ьпад — уровни звукового давления
с внутренней и внешней сторон перегородки.
Для стен с поверхностной плотностью р <
< 200 кг/м2 коэффициент звукоизоляции пере-
перегородки в децибелах (с учетом только мембран-
мембранного переноса) может быть определен по фор-
формуле Qnep = 12,5 lg p + 14. Это значение
совпадает с истинным для частот 500 ...
... 1000 Гц, для частот 50 ... 100 Гц звукоизо-
звукоизоляция будет на 6 дБ меньше, а для частот около
4000 Гц на 6 дБ больше.
Пример. Найти звукоизоляцию стены с по-
поверхностной плотностью 60 кг/м2. Она будет
Qnep = 12,5 lg 60+14=33,5 дБ.
Для стен с плотностью больше 200 кг/м2
можно пользоваться формулой Qnep = 14,5х
Xlg p +15.
Пример. Найти звукоизоляцию стены по-
поверхностью 20 м2 и общей массой 6000 кг. На-
Находим Qnep= 14,5 lg F000/20)+15=51 дБ.
На частотах 50 ... 100 Гц она будет около
51—6=45 дБ, а на частотах около 4000 Гц
Qnep = 51+6= 57 дБ.
Для двойных жестких перегородок с воз-
воздушной прослойкой между ними звукоизоля-
звукоизоляция может быть определена из формулы Qnep —
= 14,3 lg (Pip2)+2O lg б —13, где pj и р2 —
поверхностная плотность первой и второй пере-
перегородок; б — толщина воздушного слоя меж-
между ними. Формула дает хорошее совпадение с
экспериментом для перегородок с поверхност-
поверхностной плотностью 30 ... 100 кг/м2 для частот
500 ... 1000 Гц. ,
В табл. 7.12 приведены величины звукоизо-
звукоизоляции для некоторых конструкций и материа-
материалов перегородок.
Если шум проникает в помещение извне
через перегородку, то разность уровней с
внешней стороны перегородки Lx и в помеще-
помещении Ь2 называют звукоизоляцией помещения:
QnoM = Li — L2 = 20 lg fa/pd, где pi и p2 —
звуковые давления вне помещения и внут-
внутри его, соответствующие уровням Lx и L2.
Уровень звукового давления в помещении
*-г = ?пРн + Ю lg (Snp/Л) = Lx- Qnep+
+ 10 lg (Snep/Л). где Qnep — звукоизоляция
перегородки, ?прн — уровень проникающего
шума; Snp — площадь перегородки; А — об"
щее поглощение в помещении.
Если перегородка состоит из нескольких
смежных участков, общая звукопроводность
равна сумме звукопроводностей: Лпр =
~ ^ апр h 5nep ft, где апр k — коэффициент
звукопроводности k-то участка перегородки,
5пер к — его площадь.
Для сложной перегородки изоляция поме-
помещения
*[(§-'¦)/
2anP*'^nepft| =
(*) J
QnoM=
где А = 2ocn-Sn —общее поглощение в поме-
(n)
щении; Лпр = 2anpft-anepfc — общая звуко-
(«)
проводность перегородок.
Средний коэффициент звукопроводности в
этом случае
«пр,ср= ^п
(A)
где Sne 2 — общая площадь перегородки.
Пример. Перегородка площадью 10 м2
имеет отверстие 10~3 м2. Звукоизоляция пере-
перегородки равна 50 дБ. Чему будет равна звуко-
звукоизоляция перегородки с учетом лроводимости
отверстия?
Общая звукопроводность Лпр = 10~5-10+
+ 1-10~3 =1,1-10~3 м2. Средний коэффициент
= 1.1-10—»/10 =
ьпр-ср
звукопроводности
= 1,1-10—*. Звукоизоляция перегородки
Qnep^ Ю lg A/1,1 • 10-*) = 39,5 дБ. Следова-
Следовательно, круглое отверстие в стене размером
10 см2 дало снижение звукоизоляции на 10,5
дБ. При этом не было учтено то, что в силу
дифракции звукопроводимость отверстия бу-
будет в несколько раз больше, особенно на низких
частотах.
Из этого примера следует, что надо тща-
тщательно следить за тем, чтобы в стенах не было
щелей.
Пример. Помещение отделено от другого
(шумного) перегородкой со звукоизоляцией
5 дБ. Определить звукоизоляцию помещения,
если общее поглощение в помещении состав-
составляет 40 м2, площадь перегородки составляет
100 м2.
QnoM= 50+10 lg A00/40) = 54 дБ.
Студии располагают на тихих улицах, воз-
возможно дальше от проездов. Не допускается
расположение студий в смежных по-
помещениях — между ними должны располагать-
располагаться помещения с низким уровнем шумов (скла-
(склады, архивы и т. п.). Студии предпочтительно
располагать в уединенных местах здания, как
можно дальше от шумных помещений. Для
большинства студий предпочтительны цоколь-
цокольный и первый этажи. Фундаменты зданий долж-
должны быть изолированы от общего фундамента
звукоизолирующими прокладками и засыпкой
178
Таблица 7.12. Среднее значение звукомзоляцни QBep
различных материалов и конструкций
Материал или конструкция
Бумага оберточная грубая
Брезент
То же
Волосяной войлок:
в один слой
в два слоя по 1,5 см
в три слоя
в четыре слоя
Одеяло из минеральной шерсти, покрытое с обеих
сторон бумагой
Спрессованный картон
Картон в несколько слоев
Асбестовый картон
Шевелин 50X50 см
То же
Доска сплошная:
сосновая
дубовая
Фанера трехслойная
То же
Плиты из прессованной пробки
Фибролит магнезиальный (в плитах) размером
50X50 см
То же, оштукатуренный с одной стороны (толщина
штукатурки 1 см), с неоштукатуренной стороны
То же, с оштукатуренной стороны
То же, без штукатурки, но с оклейкой с двух сторон
фанерой толщиной 3 мм
Торфоплита 50X50 см
То же, оклеенная с двух сторон на животном клее
фанерой толщиной 3 мм
Железо листовое
Свинец
То же
Стекло:
зеркальное
двойное с промежутком 3,8 см
то же, 19 см
» 40 см
Прессованная солома 9 см, оштукатуренная в обеих
сторон
Соломитовые плиты 2X5 см и между ними битуми-
зированный пергамин
Шлакогипсовые стенные плиты:
2X5 см
2X6 см
Пемзобетонные стенные плиты:
2X6 см
2X8,5 см .
Стены из пемзобетона
То же
Стена из шлакобетона
То же из железобетона
» из пустотелых пемзобетонных блоков
То же
Стена из кирпичной кладки в 0,5 кирпича без шту-
штукатурки (из красного кирпича)
То же, в 1 кирпич
» в 1,5 кирпича
Толщина, см
0,06
0,06
2,5
3
4,5
6
1.3
0,5
2,0
' 0,25
1,25
2,50
3,0
4,5
0,32
0,64
5
7
8
8
7,6
3
3,6
0,2
0,15
0,32
0,63
0,63
0,63
0,63
12
14,5
13
17
15
20
14
23
14
10
19
29
12
25
38
Поверхност-
Поверхностная плот-
плотность, кг/м2
0,08
4,40
3,42
3,66
5,65
8,51
10,3
1,5
3
12,0
2,25
1,75
3,50
19,5
33,5
2,54
3,56
30
24,5
34,3
34,3
28,7
7,5
11,5
15,6
19
38,1
17,5
—
—
—
72
100
120
150
135
185
150
250
150
240
190
270
204
425
646
Qnep, дБ
1,5
5
4
6
9
1,3
17
16
16
20
18
14
28
12
27
19
21
20
19
38
42
42
25
45
33
30
32
30
40
45
48
39
1 42
.40
42
40
43
42
50
42
49
43
50
48
53
56
179
Окончание табл. 7.12
Материал или конструкция
» в 2 кирпича
» в 2,5 кирпича
Перегородка одинарная из досок толщиной 2 см,
оштукатуренная с обеих сторон, с оклейкой обоями
Перегородка одинарная из досок толщиной 2,5 см,
оштукатуренная с обеих сторон по войлоку
Перегородка двойная из брусков 10 см, обшитых с
двух сторон досками толщиной 2,5 см и оштукату-
оштукатуренная с двух сторон
То же, с оштукатуркой по войлоку
Перегородка двойная из фанерных листов толщиной
3 мм с промежутком 2,5 см, заполненным шлакова-
шлаковатой
То же, с промежутком 5 см
» 6,5 см
Гипсовые пустотелые камни толщиной 1 см 6, двумя
стенками толщиной по 1,5 см и промежутком 8 см,
с засыпкой шлаком
Окно двойное, плотно пригнанное и плотно закрытое
Окно одинарное, плохо закрытое
Дверь обычного типа с филенкой из 2,5 см досок (с
двумя панелями) с обвязкой толщиной 4,5 см
То же, с обвязкой толщиной 2,5 см и филенкой из
3 мм фанеры
То же, оклеенная фанерой размером 90X200 см
Тяжелая дубовая дверь размером 90X210 см, плот-
плотно пригнанная ,
Металлическая дверь (герметичная)
Толщина, см
52
64
6 v
7
18
19
3
5,5
7
11
—
—
—
—
—
Поверхност-
Поверхностная плот-
плотность, кг/мг
884
1088
70
76
95
96
8
12
14
117
—
—
Qnep, дБ
58
59
37
39
45
47
26
29
34
41
25
8,5
18
10
22
25.
30
пространства между общим и индивидуальным
фундаментами (засыпка песком, прокладки
из демпфирующих изоляционных материалов:
резина, строительный войлок, различные син-
синтетические материалы). Студии строят по прин-
принципу «коробка в коробке». Стены радиодомов,
и особенно студий (рис. 7.15), должны быть
двойными, без жесткой свяяи между ними
и с расположением поглощающих материалов
между стенами. Фундамент здания изолиру-
изолируют от остального грунта. Каждая из стен долж-
должна опираться на свой изолированный фунда-
Рис. 7.15. Вибро- и звукоизоляция студии
мент и устанавливаться на вибропрбкладки
В студиях применяют специальные двойные
двери с уплотнителями (рис. 7.16, а), плаваю-
плавающие полы (рис. 7.16, б) и подвесные потолки
(рис. 7.16, в).
Здесь обозначено: / — дверное полотно; 2—
бруски коробки; 3 — дубовая облицовка;
4 — минеральный войлок; 5 — наличник; 6—
накладка; 7 — скоба; 8 — накладка; 9, 10—
губчатая резина; // — прорезиненная ткань;
12—дощатый пол; 13—'Деревянная лага; 14—
шлаковата; 15 — упругая прокладка; 16—
пружина; 17 — паркет; 18 — асфальт; 19—
монолитное железобетонное покрытие; 20-—
пружинная подвеска; 21 — прокладка; 22—
штукатурка по сетке Рабитца; 23 — мат из
асбестовой крошки в марле; 24 — каркас из
круглого, железа диаметром 25 мм.
Все студии снабжают тамбурами для про-
прохода в них из коридоров и других помещений.
Аппаратные должны быть отделены от
студий просмотровым окном из трех рам с не-
непараллельным расположением стекол. Конст-
Конструкция смотрового окна показана на рис.7.17,
где: / —Пористо-губчатая резина; 2 — стекло
зеркальное толщиной 8 мм; 3 — то же, 10 мм;
4 — звукопоглощающая конструкция; 5 —
минеральный войлок.
180
a)
12- 15 14
\
Щ/
о
^4
й
щ
°\
м
о
15 16
в)
TVkS,
Рис. 7.16. Конструкция студийных дверей (а), плавающих полов (б) и подвесных по-
потолков (в) . • ¦
Допустимый уровень шумов в студиях 20...
.,.25 дБ, т. е. немного выше уровня собствен-
собственных шумов конденсаторных микрофонов. На-
Наибольший уровень шумов часто создаётся из-
за проникновения их из аппаратной в студию,
так как уровень передачи в ней довольно
высок, а изоляция окна (даже с тройной рамой)
недостаточна. Но в данном случае это не так
важно, так как такая помеха ощущается как
один из отраженных звуковых лучей.
Пример. Рассчитать уровень акустических
шумов, проникающих в студию извне (кроме
шумов вентиляции). Размеры студии 15 X 15 X
Х8 м. Внешняя стена 15x8 м кирпичная
толщиной в 2,5 кирпича (Qx = 59 дБ), улич-
ны й шум 75 дБ. Стена, отделяющая студию
от коридора, 15-Х 8 м кирпичная в 1 кирпич
(Q2 = 53 дБ), дверь в ней размером 4 м2
металлическая двойная (считаем, что одна
дверь в тамбуре приоткрыта) (Q3 = 30 дБ).
Шум в коридоре 65 дБ. Две стены, отде-
отделяющие студию от склада, 2x15x8 м из
пемзобетона' (Q4 ~ 42 дБ). Шум на складе —
не более 50 дБ. Потолок имеет звукоизоля-
звукоизоляцию Q — 55 дБ, шум наверху 65 дБ. Сту-
Студия находится на первом этаже, и шум через
пол не проникает. Окна в аппаратную раз-
размером 2 м2 двойное с промежутком 40 см
(Q = 48 дБ). Посторонний шум в аппаратной
не превышает 75 дБ. Общее звукопоглощение
в студии А — 200 м2.
Шум от наружной стены Lx — 75—59+
+ 10 lg A20/200) = 14 дБ; из коридора через
стену L2 = 65 —53+10 lg A20/200) = 10 дБ;
из коридора через дверь L3 — 65—30+10 lgx
X D/200) = 18 дБ; через боковые стены L4 —
= 50—42+10 lg B40/200) — 9дБ; через пото-
потолок Lb = 65—55 + 10 lg B25/200) = 9 дБ;
через окно Ь6— 75—48+10 lg B/200)= 7 дБ.
Общий уровень шума Loo = 14 (+I0 (+)
(+) 18 (+) 9 (+) 7, где знак (+) означает
суммирование уровней по их интенсивности.
Переводим уровни в относительную интенсив-
интенсивность и складываем последние: /Об//о = 25,1 +
+ 10+63,1+8+8+5= 119,2. Общий уровень
шумов Loo - 10 lg 119,2 = 20,8 дБ, т, е. на-
находится в норме.
Особое внимание необходимо уделять сии- '
жению уровня шумов от вибраций машин, ра-
работы вентиляционных устройств и устройств
кондиционирования.
Шумы от вибрации машин снижают про-
прокладками между опорами машин и их фунда-
фундаментом. Шум от вентилятора и устройств кон-
кондиционирования снижают с помощью акусти-
акустических фильтров. Простейший фильтр пред-
представляет собой трубу, облицованную поглоща-
поглощающим материалом. Затухание уровня шума
(в децибелах) пропорционально длине трубы /,
ее периметру п и обратно пропорционально
сечению S, т. е. AL = anl/S, где а — коэф-
коэффициент пропорциональности, зависящий от
материала стенок: для металлических 0,01;
для шлакобетонных и деревянных 0,08; при
облицовке их войлоком толщиной 1 см 0,5. Ои
приближенно равен коэффициенту поглоще-
поглощения облицовочного материала.
Рис. 7.17. Конструкция смотрового окна
!8Г
Рис. 7.18. Ячеечный (а), пластинчатый (б) и камерный (в) глушители
Пример. Найти затухание звука в венти-
вентиляционной трубе длиной 5 м, диаметром 0,3 м,
облицованной войлоком:
AL 05 Л ' '5
' лО.32/4
Для большей эффективности вентиляцион-
вентиляционные каналы делают из составных труб: часть
из них облицовывают войлоком, а промежут-
промежутки между ними делают шлакобетонными или
деревянными. Еще более высокую эффектив-
эффективность снижения уровня шумов получают при
использовании сложных акустических фильт-
фильтров, которые состоят из отрезков труб разного
диаметра. На рис. 7.18 приведены глушители
трех типов: ячеечный, пластинчатый и камер-
камерный.
Для фильтров, состоящих из отрезков труб,
затухание определяется (без учета поглоще-
поглощения стенками трубы) из формулы
\—А '
— 4(o2/co2
— 2(og/a>2
|/"wT'
где
j и 52 — поперечные сечения труб; Sx <&
52; /i и /2 — длины отрезков труб; п —
число звеньев фильтра.
Пример. Рассчитать затухание, вносимое
акустическим фильтром, состоящим из 5 звень-
звеньев, если поперечные сечения отрезков труб со-
соответственно равны 0,001 и 0,1 м2, а длины от-
отрезков 0,3 и 0,3 м. Подставляя данные в форму-
формулу, получаем на частоте 100 Гц затухание
54 дБ. К этому значению следует добавить за-
затухание из-за звукопоглощения стенками труб.
7.6. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ СТУДИЙ
И АППАРАТНЫХ
В студиях и студийных аппаратных исполь-
используют следующее основное технологическое зву-
звуковое оборудование: микрофоны, магнитофо-
магнитофоны, пульты диктора, звукорежиссерские мик-
микшерные пульты записи и монтажа, вещатель-
вещательные микшерные пульты, громкоговорители и
акустические контрольные агрегаты, частот-
частотные корректоры, ручные и автоматические ре-
регуляторы уровня, ревербераторы и линии за-
задержки, измерители и индикаторы уровня и
т. д. Микрофоны, магнитофоны, громкоговори-
громкоговорители рассматриваются в других главах дан-
данного справочника. Основную электронную
звуковую аппаратуру рассматривают в кни-
книгах по радиовещанию. Поэтому в этом пара-
параграфе дается краткая характеристика мик-
микшерного пульта, в состав которого входят
различные устройства усиления, обработки и
контроля звуковых сигналов, а также рас-
рассматриваются устройства искусственной ре-
реверберации и амбиофонические системы.
Микшерный пульт представляет собой уст-
устройство, состоящее из конструктивно объеди-
объединенных блоков и предназначенное для обработ-
обработки звуковых сигналов, подготовки, формирова-
формирования и выпуска программы звукового вещания.
Современные пульты являются наиболее
сложными устройствами в трактах формирова-
формирования и обладают большими функциональными
возможностями. В их состав входит большое
число различных блоков, а число органов уп-
управления в некоторых микшерных пультах
превышает 2000.
Основные операции, которые осуществляют
с помощью микшерных пультов: регулировка
уровней звуковых сигналов от отдельных ис-
источников и их смешивание в определенных со-
соотношениях; регулировка уровней от источни-
источников, сгруппированных определенным образом;
общая регулировка уровней звуковото сигна-
сигнала; изменение частотного спектра звуковых
сигналов; усиление сигналов; дополнительная
автоматическая регулировка уровней и дина-
динамического диапазона с помощью авторегулято-
авторегулятора уровня; изменение акустической окраски
звучания с помощью устройств искусственной
реверберации, подключаемых к пульту; фор-
формирование вещательных передач из отдельных
фрагментов; визуальный и слуховой контроль
звуковых сигналов с помощью различных изме-
измерительных приборов и устройств прослушива-
прослушивания.
По назначению микшерные пульты условно
можно разделить на три группы: звукорежис-
звукорежиссерские микшерные пульты записи; микшер-
микшерные пульты перезаписи и монтажа; вещатель-
вещательные микшерные пульты.
182
Звукорежиссерскйе микшерные пульты за-
записи в зависимости от числа индивидуальных
микрофонных каналов разделяют на малые,
средние и большие. Малые звукорежиссерские
пульты имеют 6—12 микрофонных каналов,
средние — 16—20, большие — 24—40 и более.
По числу последовательно включенных ка-
каналов пульты записи подразделяются на двух-
звенные и трехзвенные. Трехзвенные пульты
содержат индивидуальные- (микрофонные),
групповые и общие каналы. Двухзвенные
пульты групповых каналов не имеют.
\ Микшерные пульты перезаписи и монтажа
обычно бывают самыми простыми по устрой-
устройству, чаще всего содержат четыре — шесть
входных и два выходных канала.
Вещательные микшерные пульты содержат
шесть — восемь входных каналов и два выход-
выходных канала. Входные каналы выполняют либо
все универсальными (высокого и низкого уров-
уровня), либо два входных канала выполняют низ-
низкого уровня (на них подают сигналы с микро-
микрофона), а остальные — высокого уровня.
Микшерные пульты первого поколения были
монофоническими, второго — монофонически-
монофоническими и стереофоническими, третьего — практи-
практически все могут быть использованы для стерео-
стереозаписи (или стереофонического вещания).
В состав микшерных пультов входят раз-
различные усилители (микрофонные, промежуточ-
промежуточные, линейные и другие), частотные корректо-
корректоры (плавного подъема и завала, среза, присут-
присутствия), ручные регуляторы уровня (индивиду-
(индивидуальные, групповые, общие), автоматические
регуляторы уровня (компрессоры, шумо-
подавители, ограничители), сборные шины,
измерители уровня, устройства'управления,
коммутации и сигнализации.
При проектировании микшерных пультов
для описания и удобства анализа их работы
широко приме«яют структурные схемы. На
них условными обозначениями показывают все
блоки, через которые проходят сигналы зву-
звукового вещания (усилители, регуляторы, кор-
корректоры, коммутаторы, аттенюаторы и т.д.).
Индивидуальные линейки
Т Ат МУ Кор Ком ИР
111
Все соединительные цепи показывают в бдйб-
проводном изображении. При нескольких од-
нбтипных параллельных трактах обычно изоб-
изображают один или два. Цепи питания, резерви-
резервирования, сигнализации чаще опускают. Такая
структурная схема дает наглядное пред-
представление об ббщем построении пульта, его со-
составе, функциональных возможностях, взаимо-
взаимодействии отдельных блоков в процессе прохож-
прохождения вещательных Сигналов.
Рассмотрим типовую структурную схему
на примере двухзвенного микшерного пульта
(рис. 7.19).
В состав каждого индивидуального вход-
входного канала микшерного пульта входят: уни-
универсальный усилитель (УУ), состоящий из сим-
симметрирующего устройства — в данном случае
трансформатора (Т), переключателя чувстви-
чувствительности — аттенюатора (Ат) и микрофон-
микрофонного усилителя (МУ); частотный корректор
(Кор); компрессор (Ком), индивидуальный
регулятор уровня (ИР); промежуточный уси-
усилитель (ПУ). Каждый общий (выходной) канал
содержит последовательно включенные проме-
промежуточный усилитель (ПУ), общий регулятор
уровня (ОР), еще один ПУ, инерционный огра-
ограничитель уровня (Огр) и линейный (выходной)
усилитель ,(ЛУ). С выхода индивидуальных
входных каналов на входы общих выходных
каналов звуковые сигналы поступают -через
сборные шины.
Входной универсальный усилитель предназ-
предназначен для усиления звуковых сигналов, при-
приходящих от любого источника; микрофона,
магнитофона, соединительной линии, а в те-
телевидении также от видеомагнитофонов или
кинопроекционной аппаратной. Так как уро-
уровень сигналов на выходе различных источников
неодинаков, то в пультах всегда предусматри-
предусматривают переключатель чувствительности, обоз-
обозначенный в данном случае Ат. Диапазон вход-
входных уровней составляет обычно +12 ...
...— 78 дБн.
Основное назначение микрофонного усили-
усилителя заключается в усилении поступающих с
,Шины
\ 1
Общие линейки
\~ПУ ОР ПУ Огр ЛУ
-^->-?->
Рис. 7.19. Структурная схема микшерного пульта
133
микрофонов слабых полезных звуковых сигна-
сигналов (их номинальный уровень обычно состав-
составляет — 32 ... — 72 дБн) до значения, которое
можно обрабатывать и регулировать и которое
выбирают разработчики, как правило, в пре-
пределах — 10 ... — 15 дБн.
К микрофонному усилителю предъявляют
также требования повышенной помехозащи-
помехозащищенности. На его вход поступают с микрофона
слабые сигналы (по сравнению с другими ис-
источниками), и поэтому именно микрофонный
усилитель определяет собственные шумы всего
микшерного пульта.
Еще одно требование к МУ — это необхо-
необходимость иметь перегрузочную способность не
менее 26 ... 30 дБ. Ведь плавные регуляторы
уровня ИР и ОР стоят после него, поэтому с их
помощью невозможно в случае перегрузки
снизить уровень на входе МУ, а переключатель
чувствительности Ат во время записи или не-
непосредственного вещания использовать нельзя,
так как он изменяет уровень ступенями сразу
через 6 или 10 дБ.
При проектировании звуковой аппаратуры
обычно вход и выход делают симметричными,
так как при этом обеспечивается лучшая по-
помехозащищенность. Поэтому и в микшерных
пультах все входы делают симметричными.
В рассматриваемом микшерном пульте симмет-
симметрирование обеспечивается трансформатором
(Т). Кроме того, для снижения шумов вход-
входные цепи тщательно экранируют, включая
трансформатор. Внутри пульта связь между
отдельными блоками несимметричная, что
значительно облегчает его построение.
Входное сопротивление микшерного пуль-
пульта также определяется его первым звеном, т. е.
универсальным усилителем. В современных
микшерных пультах для микрофонных каналов
входное сопротивление обычно принимают
равным 200, 600 или 1000 Ом, а для каналов
высокого уровня — чаще всего 5 или 10 кОм.
С выхода УУ сигналы поступают на кор-
корректор Кор, представляющий собой набор
фильтров и предназначенный для частотной
обработки звуковых сигналов. Частотные кор-
корректоры всех современных микшерных1 пуль-
пультов имеют в своем составе по крайней мере
три типа фильтров: плавного подъема и завала
нижних и верхних частот, среза нижних и
верхних частот, «присутствия». В некотдрых
звукорежиссерских микшерных пультах име-
имеется также четвертый тип частотных коррек-
корректоров — графический корректбр, называемый
также эквалайзером. С помощью корректоров
можно осуществлять относительное усиление
или ослабление отдельных частот в пределах
±20 дБ, срезать нижние и верхние частоты с
крутизной 12 ... 18 дБ/октава и т.д.
После корректора в микшерных пультах
обычно устанавливают компрессор Ком, ко-
который сжимает динамический диапазон звуко-
звуковых сигналов. Различают речевые и музыкаль-
музыкальные компрессоры. Речевые компрессоры имеют
время'срабатывания 1 мс, время восстановле-
восстановления 300 мс, сжатие динамического диапазона
10 дБ. Практически все современные речевые
компрессоры содержат пороговый шумоподави-
тель, который снижает шумы в паузах переда-
передачи на 10 дБ, т. е. на то же значение, на которое
поднимает сигналы сам компрессор.
Музыкальные компрессоры обычно не име-
имеют в своем составе порогового шумоподавите-
ля. Время срабатывания у них также составля-
составляет 1 мс, а время восстановления с помощью
переключателя может выбирать звукорежис-
звукорежиссер обычно в пределах 0,1 ... 2 с. Величину
сжатия также можно выбирать — она состав-
составляет 5, 10, 15 и 20 дБ.
Компрессоры позволяют выделять при за-
записи звучание отдельных инструментов, делать
звучание более насыщенным, увеличивать сред-
среднюю громкость сигналов, повышать разборчи-
разборчивость речи, делать ее более равномерной,
улучшать соотношение громкости звучания
речи и музыки.
Следующим устройством в микшерном
пульте является индивидуальный регулятор.
С помощью этих регуляторов звукорежиссер
осуществляет наиболее важные операции по
созданию звукового образа (регулирование
уровня, нахождение оптимального соотноше-
соотношения звучания отдельных источников, регули-
регулировку динамического диапазона и т. д.). Инди-
Индивидуальные (ИР) и общие (ОР) регуляторы
уровня совместно со сборной шиной представ-
представляют собой смесительное устройство. Отсюда
пошло название самого микшерного пульта
как устройства, предназначенного для мик-
микширования или, иными словами, для смеши-
смешивания сигналов. На практике часто и сами ре-
регуляторы называют микшерами, подчеркивая,
что их основное назначение — смешивать сиг-
сигналы.
Микшеры бывают плавными и ступенчаты-
ступенчатыми. Если микшер ступенчатый, то должно вы-
выполняться условие, чтобы ступенька (шаг) не
превышала 1 дБ, так как при большем шаге
скачкообразность регулировки становится за-
заметной на слух. Динамический диапазон, т.е.
предел регулирования микшера, должен быть
не менее 80 дБ. Микшеры выполняют в виде
мастичных потенциометров, мостовых регуля-
регуляторов, на оптронах, герконах и других эле-
элементах.
Промежуточные усилители, которые име-
имеются как в индивидуальных, так и в общих ка-
каналах микшерных пультов, выполняют функ-
функции усиления сигналов на величину, опреде-
определяемую затуханием в предшествующем блоке
(ИР, ОР, Ш), а также для разделения отдель-
отдельных блоков и исключения их влияния друг на
друга.
Ограничитель уровня предназначен для
защиты следующих за ним устройств от пере-
модулядии (перегрузки). К выходу микшер-
микшерного пульта обычно подключают магнитофон,
который записывает сигналы будущей пере-
передачи. Повышенная намагниченность магнит-
магнитной ленты приводит к увеличению нелиней-
нелинейных искажений, для ослабления которых в
выходном канале микшерного пульта устанав-
184
ливают ограничитель с параметрами: диапа-
диапазон ограничения не менее 20 дБ, превышение
не более 1 дБ, время срабатывания 1 мс, вре-
время восстановления 1,5 с.
На выходе микшерного пульта стоит линей-
линейный усилитель (ЛУ). Помимо обычного тре-
требования усиливать сигналы до нормируемого
значения (в микшерном пульте обычно преду-
предусматривают выходной уровень 6 и 12 дБн),
к ЛУ предъявляют следующие требования:
он должен иметь симметричный выход и низ-
низкое выходное сопротивление. Симметричность
позволяет работать с любой нагрузкой (сим-
(симметричной и несимметричной) и обеспечивает
высокую помехозащищенность. Низкое выход-
выходное сопротивление обеспечивает стабильность
выходного уровня, возможность подключать
к выходу несколько потребителей и тоже спо-
способствует повышенной помехозащищенности.
Время реверберации в студии может регу-
регулироваться с помощью щитов, экранов и т.п.
Для увеличения времени реверберации ис-
используются ревербераторы, которые подклю-
подключаются к звукорежиссерскому микшерному
пульту.
Схема включения системы искусственной
реверберации показана на рис. 7.20. С выхода
микрофона сигнал поступает, в основной ка-
канал / микшерного пульта, а также ответвля-
ответвляется в канад 2 и поступает на вход системы ис-
искусственной реверберации. С выхода системы
реверберационный сигнал поступает в канал
3 микшерного пульта и затем на шину Ш, где
он и подмешивается к основному сигналу.
С шины Ш сумма основного и реверберацион-
ного сигналов через общий канал поступает на
выход микшерного пульта.
Как известно, для речевых студий рекомен-
рекомендуется время реверберации примерно 0,4 с,
а для музыкальных — обычно 1,5 ... 2 с.
С помощью систем искусственной ревербера-
реверберации можно получить время реверберации до
5 с.
Эффект соответствующего времени ревер-
реверберации создается изменением или соотноше-
соотношения между основным и подмешиваемым сигна-
сигналами, или времени реверберации в самом уст-
устройстве. В этих случаях эквивалентное время
реверберации может быть вычислено по сле-
следующей приближенной формуле:
Она дает достаточно близкие к истине ре-
результаты при условии, что время ревербера-
реверберации самого ревербератора Т^еь на 30 ... 40%
больше времени реверберации помещения и
при соотношении звуковых давлений ревер-
берирующего и основного сигналов равном
единице и больше.
Пример. Найти эквивалентное время ре-
реверберации при равенстве уровней основного
и реверберирующего сигналов росн = рревдля
времени реверберации ревербератора Трев—
= 6 с и Тр^ =2 с. Подставляя данные в фор-
формулу, получаем 1/Гэкв= 1/Грев + 1/1,2) lg 2.
Для Грев = 6 с 7ЭКВ = 2,4 с ; для. 7рев -
Рис. 7.20. Схема подключения ревербератора
к пульту
= 2 с Гэкв = 1,33 с. Найти то же самое
при соотношении росн/ррев = 0, 1.
Получаем: 1/Тэкв=--, 1/Грев + A/1,2) lg 1,1,
откуда для Грев = 6 с Гэкв = 5 е; для
Грев= 2 с Гэкв= 1.88 с.
Системы искусственной реверберации
классифицируются следующим образом: эхо-
камерные, магнитные (магнитофонные), лис-
листовые, пружинные и цифровые.
Эхокамеры. Это специальные помещения с
большим временем реверберации. Первыми
системами ¦ искусственной реверберации были
именно эхокамерные. Эхокамеры могут обес-
обеспечивать высокое качество зучания лишь при
соблюдении определенных требований, касаю-
касающихся объема камер, их акустической обработ-
обработки и степени звукоизоляции.
Объем эхо камеры должен быть не менее
120 м3. Для увеличения времени ревербера-
реверберации эхокамере придают неправильную в пла-
плане форму с непараллельными полом и потол-
потолком. Для повышения диффузности поля стены
эхокамеры делают рассеивающими путем раз-
размещения на них большого числа жестких кли-
клинообразных выступов. Стены их делают бетон-
бетонными, возможно более гладкими, с полным от-
отсутствием пор. Стены должны быть массивны-
массивными во избежание резонансных явлений. Для
диффузности звука стены располагают непа-
непараллельно друг друг. В больших радиодомах
бывает до двух — трех эхокамер, но этот спо-
способ считается дорогим и громоздким.
Из всех устройств искусственной ревербе-
реверберации все же этот способ дает звучание, более
близкое к натуральному.
Время реверберации Т эхокамеры опреде-
определяется по формуле Сэбина:
T=Q,l6\V/aS,
где V — объем эхокамеры, S — суммарная
площадь всех отражающих поверхностей эхо-
камеры, а — коэффициент поглощения.
В составе литдрамблоков крупных радиодо-
радиодомов и телецентров страны имеются гулкие ком-
комнаты, которые обычно и используют для повы-
повышения реверберации исходных звуковых сиг-
сигналов.
Магнитный ревербератор. Из магнитных
ревербераторов в нашей стране известны широ-
широко применявшиеся ранее устройства МЭЗ-45
и МЭЗ-78. Такие ревербераторы представляют
185
Рис. 7.21. Схема магнитного
ревербератора (а) и форма
сигнала на его выходе (б)
собой магнитофон со склеенной в кольцо маг-
магнитной лентой (или с магнитным барабаном)
и с несколькими воспроизводящими головка-
головками.
Схема магнитного ревербератора приведе-
приведена на рис. 7.21, а. Входной сигнал через уси-
усилитель записи подается на головку записи ГЗ и
записывается на магнитную ленту. При дви-
движении ленты этот сигнал поочередно считы-
вается головками воспроизведения ГВ^ ГВ2,
..., ГВЛ, считанные сигналы через усилители
и регуляторы уровня подаются на шину Ш
(сумматор) и затем через выходной усили-
усилитель суммарный прореверберированный сиг-
сигнал поступает на выход. Как видно из
рис. 7.21,6, форма выходного сигнала имеет
дискретный характер. Чтобы дискретность бы-
была менее заметной на слух, сигналы с выхода
шины (или с некоторых головок воспроизве-
воспроизведения) вновь подводятся к головке записи и
затем повторно воспроизводятся. И все же
этот недостаток остается характерным для маг-
магнитных ревербераторов — на некоторых за-
записях реверберационныи процесс носит замет-
заметную на слух тональность.
Время реверберации магнитного ревербера-
тора
где т = llv — задержка, q — модуль коэффи-
коэффициента обратной связи по амплитуде; /—длина
ленты между головками; v — скорость дви-
движения ленты.
Листовой ревербератор. Представляет со-
собой тонкий стальной лист (толщиной 0,4 ...
... 0,5 мм), в котором для получения ревербе-
реверберации используют изгибные колебания. Раз-
Размеры первых листовых ревербераторов, на-
например ЕМТ-140, достигали примерно 1x2 м
(рис. 7.22, а). Лист подвешен четырьмя углами
на амортизированной раме. Колебания воз-
возбуждаются посредством возбудителя-вибрато-
возбудителя-вибратора, представляющего собой электродинамиче-
электродинамический преобразователь с коническим острием,
приваренным к листу. В качестве виброснима-
теля применяется пьезоэлектрический датчик
из титаната бария. Этот датчик помимо прямой
(бегущей) волны изгиба снимает серию зату-
затухающих волн, отраженных от границ листа.
В отличие от магнитного ревербератора,
действие которого может быть смоделировано
одномерной системой (трубой) с системой сме-
смещенных вдоль оси микрофонов, листовой ре-
ревербератор моделирует колебания в двухмер-
двухмерном плане (в плоскости). Следовательно, лис-
листовой ревербератор более приближает карти-
картину затухания к естественной, характеризую-
характеризующейся трехмерными акустическими колебания-
колебаниями в помещениях.
Изменение времени реверберации произ-
производится механическими средствами. Прибли-
Приближение стального листа к панели из микропо-
микропористого звукопоглотителя вызывает увеличе-
увеличение затухания колебаний листа и, следова-
следовательно, уменьшает время реверберации. Та-
Таким образом, в зависимости от расстояния
между листом и материалом изменяется зату-
затухание, вносимое в колебания листа. Время
реверберации меняется от 0,6 до 6 с в области
средних частот. При большом расстоянии ли-
листа от поглотителя время реверберации увели-
увеличивается на низких частотах до 16 с, в то же
время на высоких частотах оно доходит до 2 с.
Если на средних частотах оно равно 4 с, то на
низких 5 с, а на высоких — 2 с Эта зависи-
зависимость от частоты является недостатком листо-
листового ревербератора. Зависимости времени ре-
реверберации от частоты при различном расстоя-
расстоянии между листом и панелью приведены на
рис. 7.22, б. '
Время реверберации листового ревербера-
ревербератора
7-^6,9/6= 13,8М/г,
где б = 0,5 rlМ — показатель затухания; М —
масса единицы поверхности листа; г — актив-
активная составляющая сопротивления излучения
листа.
186
В настоящее время у нас находят примене-
применение листовые . ревербераторы 20А-117,
ЕМТ-140, ЕМТ-240 и некоторые другие
(рис. 7.22, в, г):
Пружинный ревербератор. По принципу
действия он наиболее близок к листовому, но
в нем задержка затухания колебательного
процесса достигается за счет металлической
пружины, к одному из концов которой при-
прикрепляется излучатель, а к другому — при-
приемник колебаний. В радиодомах находят при-
применение пружинные ревербераторы ВХ-15 и
ВХ-20 фирмы AKG (Австрия), а также отече-
отечественный пружинный ревербератор МЭЗ-203.
Ревербератор ВХ-20 (рис. 7.23, а) — это
первый запатентованный фирмой AKG пру-
пружинный ревербератор, время реверберации ко-
которого может плавно изменяться от 2 до 4,5 с.
Ревербератор ВХ-15 (рис. 7.23, б) — это
переносной двухканальный ревербератор.
В его состав входят фильтры НЧ и ВЧ. Ре-
Ревербератор чаще всего используют в передвиж-
передвижных звуковых станциях. Габаритные размеры
430x300x490 мм, потребляемая мощность
12 ВА
Ревербератор ВХ-25 Е, внешний вид и
структурная схема которого соответственно
приведены на рис. 7.23, в, г, — это двухканаль-
двухканальный ревербератор с раздельным регулирова-
регулированием каналов. Его можно использовать для
внестудийного радиовещания без повторной
настройки. Ревербератор имеет встроенный
ограничитель для защиты от перегрузки и
позволяет регулировать входной и выходной
уровни. С помощью переключателя можно осу-
осуществить монопередачу по обоим каналам.
С помощью цифрового модуля М250 ревербера-
ревербератор ВХ-25-Е легко преобразовывают в ревер-
ревербератор BX-25-ED. Цифровой модуль М250—
это электронная секция, которая позволя-
позволяет вводить предварительную задержку вре-
времени и два эхосигнала в каждый канал. Мо-
Модуль имеет регулятор времени реверберации
и хорошо имитирует помещение.
Ревербератор BX-25-ED имеет ступенча-
ступенчатые регуляторы уровня эхосигналов; ступеня-
ступенями по 2 дБ можно уменьшить уровень до 20 дБ
относительно первоначального значения, а
также задержку сигнала переключателем 0, 30
и 60 мс для двух дискретных отражений для
каждого канала.
Время реверберации в ВХ-25-Е регулиру-
регулируется от 1,5 до 3,5 с для каждого канала отдель-
отдельно. Номинальный входной уровень также ре-
регулируется и может принимать значения:—22;
—6; 0; 6; 12 дБн. Номинальный выходной
уровень регулируется от — 6 до 12 дБн,
обеспечивается подавление регенерации до
120 дБ. Отношение сигнал-шум больше 76 дБ,
диапазон рабочих частот в одном положении
переключателя 50 ... 4000 «Гц, в другом —
50 ... 8000 Гц. Это устройство сравнитель-
сравнительно малогабаритное D50 х 520 X 540 мм) и лег-
jcoe — 30 кг.
Цифровые ревербераторы. Они являются
наиболее перспективными в настоящее время.
Современные достижения микросхемотехники
и микропроцессорной техники позволяют соз-
создавать высококачественные цифровые ревер-
ревербераторы, с большими технологическими воз-
возможностями при сравнительно небольших раз-
размерах.
Принцип действия цифровых реверберато-
ревербераторов заключается в том, что исходный аналого-
аналоговый сигнал с помощью аналого-цифрового
преобразователя (АЦП) преобразуется в циф-
5ибровоз5удитель
видроснимате/гь
панель
Рис. 7.22. Листовые ревербераторы:
а — ЕМТ-140; б — его частотная ха-
характеристика ; в — 20А-117; г —
ЕМТ-240
6
——
i —
10 мм
5 Ю
s ю
187
Bx1
Вых1
Вь/xZ
O)
Рис. 7.23. Пружинные ревербераторы- а
ВХ-20; б-ВХ-15; в и г-ВХ-25Е
ровую форму, цифровой сигнал проходит со-
соответствующую временную обработку (осу-
(осуществить задержку импульсов во времени
гораздо проще, чем осуществить это без иска-
искажений с аналоговым сигналом), проревербери-
рованный сигнал с помощью цифроаналогового
преобразователя (ЦАП) преобразуется вновь
в аналоговую форму, и этот сигнал через соот-
соответствующий усилитель поступает на выход
для подмешивания к основному сигналу.
В качестве примера на рис. 7.24, а приведе-
приведена структурная схема цифрового ревербера-
ревербератора ЕМТ-250. Чтобы уменьшить дискретность
реверберационного сигнала, генератор такто-
тактовых импульсов (ГТИ) делается со случайной
выборкой. Фильтры низких частот (ФНЧ) слу-
служат для ограничения полосы пропускания.
Как видно из структурной схемы, ревербера-
ревербератор ЕМТ-250 имеет четыре выхода, обеспечи-
обеспечивающих различную задержку сигналов,. Этот
ревербератор имеет следующие режимы работы:
реверберация, задержка, эхо, космос, хор,
стереофазирование. Внешний вид ЕМТ-250
показан на рис. 7.24, б.
Еще большими технологическими возмож-
возможностями обладает цифровой ревербератор
ЕМТ-251. В режиме «реверберация» он обеспе-
обеспечивает время реверберации Г = 0,4 ... 4,5 с на
частоте 1 кГц, причем его можно изменять
ступенями (предусмотрено 16 ступеней). Мож-
Можно имитировать задержку «отдельного отраже-
отражения». Число «отдельных отражений» может
выбираться от одного до трех. Интервал вре-
времени между этими тремя отражениями выби-
выбирается от 40 до 120 мс.
В режиме «задержка» можно получить сле-
следующие задержки сигнала на выходах:
/ — До 4 мс; 2 — до 16 мс; 3 — до 80 мс; 4— до
440 мс. В режиме «хор» обеспечивается увели-
увеличение числа слышимых источников звучания
и вместо звучания солиста создается иллюзия
хорового пения. В режиме «Космос-1» и
«Космос-2» обеспечивается большое время ре-
реверберации — до 15 с. В режиме «эхо» созда-
создаются повторяющиеся отражения, расположен-
расположенные в интервале времени до 440 мс, с затуха-
затуханием за это время от 0 дБ до 60 дБ.
В ревербераторе ЕМТ-251 используются
16-разрядные АЦП и ЦАП с частотой строб,и-
рования /с = 34 кГц. Скорость обработки сиг-
сигналов микропроцессором составляет 40 не.
Объем памяти: «ROM» (ПЗУ) — 32 кбит; RAM
(ОЗУ) — 256 кбит.
у Ревербератор имеет следующие параметры.
Номинальный входной и выходной уровни
6 дБн (можно изменять от —10 до +15 дБн).
188
Имеется резерв по перегрузке на 6 дБ, т. е.
максимальный выходной уровень составляет
+ 21 дБн. Входное сопротивление 5 кОм, вы-
выходное — 60 Ом. Вход и выход симметричные.
Диапазон звуковых частот 30 ... 14800 Гц
с неравномерностью + 1 ... — 3 дБ. Коэффи-
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц при номиналь-
номинальном выходном уровне не превышает 0,5 %.
Уровень интегральной помехи по отноше-
отношению к номинальному уровню не превышает
—70 дБ в режиме реверберации при Т — 2 с.
Предусмотрено дистанционное управление.
Потребляемая мощность 200 В-А, масса 45 кг.
На рис. 7.24, в приведен внешний вид циф-
цифровой линии задержки ЕМТ-440. Она обеспе-
обеспечивает задержку до 30, 60, 90 или 120 мс с
возможностью изменения через 7,5 мс. Часто-
Частота дискретизации 30 кГц, кодирование квази-
12-разрядное. Линия задержки имеет снимет-
ричные входы и выходы. Номинальные вход-
входной и выходной уровни составляют -f- 6 дБн.
Входное сопротивление не менее 10 кОм, вы-
выходное — не более 60 Ом. Диапазон звуковых
частот составляет 40 ... 12 000 Гц с неравно-
неравномерностью не более 3 дБ. Коэффициент гар-
гармоник в диапазоне 100 ... 5000 Гц не более
0,3 % при измерении на уровнях от номиналь-
номинального до —20 дБ и не более 1 % при измерении
на уровне —40 дБ по отношению к #ном.
Уровень интегральной помехи не более
-70 дБ.
Амбиофонические системы. Эти системы ис-
используют акустическую обратную связь в ре-
регенеративном режиме в том же помещении, от-
откуда ведется передача, поэтому ее действие
ощущают и сами исполнители. На рис. 7.25 по-
показана схема амбиофонической системы. Кроме
основных микрофонов, в студии устанавлива-
устанавливают не менее двух дополнительных микрофонов,
удаленных от исполнителей. Сигнал от них
подается в раздельные каналы звуковоспроиз-
звуковоспроизведения с громкоговорителями, находящимися
в той же студии в различных ее точках, иногда
вводят в каналы временные задержки. Гром-
Проераммный
накопитель
V
Вх
ВхУ
0
ФНЧ
гти
АЦП
V
1—1
Процесс
•*¦
/L
f т
/
/
7
*
илп
г—
Г
-L
Of
r^t
ОС/
0
о
О
[>
Накопитель
задержки
a)
S)
Рис. 7.24. Схема (а) и
внешний вид (б) цифро-
цифрового ревербератора
ЕМТ-250; цифровая ли-
линия задержки ЕМТ-440 (в)
189
Рис. 7.25. Схема амбиофонической системы
коговорители имитируют отраженные лучи,
которые воспринимаются дополнительными
микрофонами и вновь подаются на громкого-
громкоговорители. Многократное повторение отзвуков
создает увеличение времени реверберации по
отношению к собственному времени ревербера-
реверберации студии. Если студия была сильно заглу-
заглушена, то с помощью амбиофонической системы
время реверберации увеличивается до 5 ...7 с.
Правда, получение большего времени ревер-
реверберации может приводить к неустойчивому ре-
режиму и даже к генерации, поэтому время ре-
реверберации более 3 с не увеличивают, но этого
и не требуется даже для создания эффекта гул-
гулкого помещения, в котором воспроизводится
музыка (например, органные залы).
В амбиофоническом ( оборудовании очень
жесткие требования предъявляют к равномер-
равномерности частотной характеристики. Даже такая
неравномерность, как б' дБ, в передаваемом
частотном диапазоне не позволяет получить
время реверберации, заметно отличающееся
от времени реверберации самого помещения.
Конденсаторные микрофоны удовлетворяют
этим требованиям, тогда как даже лучшие се-
серийные громкоговорители не удовлетворяют
им. Необходимо применять специально изго-
изготовленные громкоговорители.
Амбиофонический тракт возбуждается от
диффузной составляющей звукового поля. Ге-
Генерация наступает, когда усиление по всей пет-
петле амбиофонической системы равно единице,
т. е. когда усиление усилителя достигает кри-
критического значения:
U
гр
1
рДиф
Здесь ?м — чувствительность микрофона,
В/Н; ?Гп — чувствительность громкоговори-
громкоговори, Н/В; Urp — напряжение на входе гром-
громтеля,
рофона;
16яя
асР)
аср
— отно-
шение звукового давления диффузной состав-
составляющей, создаваемой амбиофонической систе-
системой из п громкоговорителей, к звуковому дав-
давлению, развиваемому одним громкоговорите-
громкоговорителем на расстоянии 1 м от его центра; аср —
средний коэффициент поглощения помещения
ограничивающих поверхностей; S — их пло-
площадь.
Пример. Определим критическое значение
усиления усилителя для следующих данных:
чувствительность микрофона 1,26-10~2 В/Н;
чувствительность громкоговорителя 0,126 Н/В;
число громкоговорителей 10; аср = 0,2; S =
=700 м2; коэффициент концентрации громкого-
громкоговорителей йг = 4. Подставляя эти данные в
формулы, получаем критическую величину
усиления усилителя:
1
1,26-Ю-3 0,126
— = 7500.
Рдиф
Рх
i/
16-я-10-A—0,2)
0,2-700.4
коговорителя; (/м—напряжение на выходе мик-
Чтобы устройство не стало генерировать,
необходимо уменьшить его усиление не менее
чем в 1,4 раза, т. е. на 3 дБ. Время ревербера-
реверберации, получаемой при использовании амбиофо-
амбиофонической системы, зависит от отношения вели-
величин рабочего усиления к критическому: Тамб—
= W(l - Р2). где Р = Краб/Ккр-
Пример. Найти время реверберации при
работе амбиофонической системы, если основ-
основное время реверберации равно 1 с, для следую-
следующих соотношений величин усиления: р =
= 0,7; 0,5 и 0,63 (т. е. на 3, 6 и 4 дБ меньше
критического).
Для первого случая Тамб = 1/A — 0,72)=
= 2 с; для второго — Гамб = 1/A — 0,52)=
= 1,33 с; для третьего — 7амб = 1/A— 0,632) =
= 1,67 с."
Таким образом, если для максимума чув-
чувствительности громкоговорителя время ре-
реверберации равно 2 с, то при снижении чувст-
чувствительности на 3 дБ время реверберации
уменьшится до 1,33 м, а при снижении на
1 дБ — до 1,67 с. Поэтому неравномерность
частотной характеристики, равная 6 дБ, при-
приводит к неравномерности частотной зависимо-
зависимости времени реверберации в 2/1,33 = 1,5 раза,
что больше допустимой нормы. А при нерав-
неравномерности частотной характеристики, рав-
равной 4 дБ, это соотношение будет равно 2/1,67—
= 1,2 раза, т. е. в пределах нормы. Для
уменьшения возможности возникновения ге-
генерации применяют раздельные амбиофони-
ческие устройства для разных участков частот-
частотного диапазона. Устройство получается слож-
сложным. Иногда для уменьшения числа громкого-
громкоговорителей применяют комбинацию акустиче-
акустической системы с магнитным ревербератором
(с подачей обратной связи через помещение).
190
Аналогичные системы применяют для ре-
иирования времени реверберации в залах.
В СССР Подобная универсальная амбиофони-
ческая система применена в Кремлевском
Дворце съездов.
Комнаты прослушивания и аппаратные
оборудуют как высококачественными гром-
громкоговорящими агрегатами, так и нормальной
аппаратурой звукозаписи. Комнаты прослу-
прослушивания вещательных передач по акустике
должны соответствовать.среднему жилому по-
помещению (S = 50 ... 100 м2; Т= 0,8 ...
... 1с).
РАЗДЕЛ 8
ОЗВУЧЕНИЕ И ЗВУКОУСИЛЕНИЕ
8.1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
СИСТЕМ ОЗВУЧЕНИЯ
Озвучение — громкоговорящее воспроиз-
воспроизведение акустических сигналов (вещания,
звукозаписи, различной информации, в том
числе сигналов гражданской обороны и др.) в
заданных местах расположения слушателей в
помещении или на открытом воздухе.
Максимальный и минимальный уровни по-
поля — максимальная и минимальная величины'
уровня прямого звука (т. е. без учета интенсив-
интенсивности отраженного звука), создаваемые систе-
системой озвучения на озвучиваемой поверхности
при.подведении номинальной мощности к гром-
громкоговорителям, входящим в систему озвуче-
озвучения. Озвучиваемой поверхностью называют
поверхность, проходящую на уровне голов слу-
слушателей. Для сидящих слушателей считают,
что эта поверхность находится на высоте 1 м от
пола, а для стоящих — на 1,5 м от
поверхности, на которой стоят слушатели.
Величины этих уровней зависят от назначения
системы озвучения. В табл. 8.1 приведены ре-
рекомендуемые расчетные величины минималь-
минимальных уровней поля для музыкальных передач
и ориентировочные величины этих уровней для
речевых передач в условиях невысоких уров-
уровней акустических шумов (не выше 50 дБ).
Неравномерность . озвучения — разность
между максимальной и минимальной величина-
величинами уровня поля в пределах озвучиваемой по-
поверхности Д1 = Lmax — Limn. В табл. 8.1
приведены предельные значения этой неравно-
неравномерности (с учетом интерференционной нерав-
неравномерности).
Неравномерность частотной характерис-
характеристики системы озвучения в основном опреде-
определяется неравномерность частотной характе-
характеристики электроакустической аппаратуры и
частично затуханием в воздухе (при распро-
распространении звука на большие расстояния). х
Акустические шумы — шумы в пределах
озвучиваемой поверхности, создаваемые пуб-
публикой, различными агрегатами и т.п., и шу-
шумы, приходящие извне, например от транспор-
транспорта. Обычно уровни и спектры этих шумов или
бывают заранее заданы, или должны быть из-
измерены в реальных условиях. Стремятся к их
уменьшению, но в ряде случаев они неизбеж-
неизбежны. На рис. 8.1 приведены типовые акустиче-
акустические шумы для помещений и открытых прост-
пространств. Большинство из них имеет преоблада-
преобладание на низких частотах, но некоторые шумы,
как, например, шумы в колоннах демонстран-
демонстрантов, имеют значительное преобладание в диа-
диапазоне частот свыше 1000 Гц. Влияние шумов
учитывают только при расчете понятности ре-
речи.
Слитность звучания — отсутствие замет-
заметного или мешающего эха. Для музыкальных
передач не должно быть заметного эха, т. е.
следует стремиться к тому, чтобы разность
уровней, запаздывающих и основных сигна-
сигналов была ниже значений, приведенных на кри-
кривой 2 рис. 2.21. Для речевых передач эхо не
должно снижать понятность речи, поэтому эта
разность должна быть ниже значений, приве-
приведенных на кривой 3 рис. 2.21.
По расположению громкоговорителей сис-
системы озвучения делятся на сосредоточенные
(централизованные), зональные (децентрали-
(децентрализованные) и распределенные.
К сосредоточенным системам относятся сис-
системы, имеющие размеры (расстояние между
крайними громкоговорителями) в несколько
раз меньшие расстояния от них до ближайших
слушателей. При этом если расстояние между
Таблица 8.1. Уровни поля
и неравномерность озвучения
1 Подробнее см. гл. 10.
Назначение установки
Воспроизведение музыки
и театральных эффектов
Воспроизведение музы-
музыкальных программ
Воспроизведение специ-
специальных программ (тан-
(танцы, гимнастика и т. п.)
Усиление речи (для низ-
низких уровней шумов)
Мини-
Минимальный
уровень
поля, дБ
100
94...96
94...96
80...86
Макси-
Максимальная
неравно-
неравномерность
озвуче-
озвучения, дБ
6
6
8
8
191
75
70
65
60
55
50
45
40
30
15
го
15
10
у
/
1
«У
т.
104,
87
——¦
•Л.
"83*
¦¦BBS
71
Ч
>
¦о.
>
ч
-ч
ч
ч
„ 2
¦^**
4
\г
¦—,
ч
Чс
ч
f,
ч,
Гц
SON 80100
Рис. 8.1. Частотные зависи-
зависимости спектрального уров-
уровня акустических шумов:
/ — шумы на стадионе во вре-
время футбольного матча; 2 —
тракторные шумы без глуши-
глушителя; 3 — транспортные шумы;
4 — шумы на демонстрации;
5 — разговорные шумы; 6 — ре-
речевые шумы на открытом воз-
духе
200 300400 600 1000
500 800
2000 4000 6000 10000
3000 5000 8000
соседними громкоговорителями больше наибо-
наиболее длинной звуковой" волны в передаваемом
диапазоне частот, то в каждой точке звукового
поля складываются интенсивности звука или
квадраты звуковых давлений, создаваемые
каждым громкоговорителем: pi = pi +
+ р% + ••• • Г1ри близком расположении оди-
одинаковых громкоговорителей друг к другу
(почти вплотную) складываются звуковые дав-
давления: pz = Рг + р2 + ••• •
К зональным системам относятся системы
озвучения, представляющие собой сосредото-
сосредоточенные системы, каждая из которых обслужи-
обслуживает в основном свою зону озвучения. Эти зо-
зоны, как правило, стыкуют между собой. На
стыках зон складываются интенсивности от
ближайшюс громкоговорителей. На линиях
стыка, если громкоговорители создают одина-
одинаковые интенсивности, уровень увеличивается
на 3 дБ, в углах зон — на 6 дБ (см. §8.4).
К распределенным системам относятся си-
системы озвучения, в которых громкоговорите-
громкоговорители распределены по всему озвучиваемому про-
пространству или помещению и для которых уров-
уровни поля в каждой точке поля определяются
суммарным действием всех или большинства
громкоговорителей, входящих в систему.
В достижении малых неравномерностей
озвучения большую роль играет направлен-
направленность громкоговорителей. Для звукофикации
громкоговорители по направленности делят
на четыре типа: ненаправленные, звуковые
колонки, рупорные и радиальные громкогово-
громкоговорители. К ненаправленным относят диффузор-
ные громкоговорители небольших размеров.
Их применяют для звукофикации небольших
по размерам объектов. Для этого используют
маломощные громкоговорители. Звуковые ко-
колонки мощностью 0,5 ... 100 Вт и более за ред-
редким исключением (звукофикация удаленных
зои) ставятся на узкую баау, и поэтдму их на-
направленность в вертикальной плоскости[Зна-
плоскости[Значительно больше, чем в горизонтальной. Ха-
Характеристика направленности их многолепест-
многолепестковая, но для упрощения расчетов она заменя-
заменяется огибающей этих лепестков и потому име-
имеет вид полуэллипсоида в передней полусфере
и сферической — в задней, звуковое давление
на 180° составляет примерно 20 % от звукового
давления на оси @°). Диаграмма направленно-
направленности в передней полусфере аппроксимируется
полуэллипсами в вертикальной и горизонталь-
горизонтальной плоскостях, проходящих через ось колон-
колонки, а центры эллипсов располагаются в ра-
рабочем центре колонки. Как и принято, эти
эллипсы характеризуются эксцентриситетами
еъ и еГ соответственно в вертикальной и гори-
горизонтальной плоскости. Величины эксцентриси-
эксцентриситетов зависят от частоты (т. е. длины волны) и
соответствующих размеров колонки. В пер-
первом приближении
nfd ) J
С учетом влияния ряда факторов более точная
эмпирическая формула имеет вид
0,95я/
Здесь с = 340 м/с; d — соответствующий раз-
размер колонки (высота или ширина), м; / — час-
частота, Гц.
При расчетах уровней звукового поля час-
часто пользуются усредненным значением экс-
эксцентриситетов (точнее, взвешенным их значе-
значением для шумового спектра речевого типа).
В табл. 8.2 приведены усредненные значения
эксцентриситетов для ряда звуковых колонок
иутам же даны их размеры Усредненное зна-
значение эксцентриситета для вертикальной пло-
192
скости приближенно определяется по эмпири-
эмпирической формуле
(где d — в метрах).
В горизонтальной плоскости из-за влияния
размера по глубине колонки эта формула вер-
верна только для широких колонок. Взвешенное
значение эксцентриситета соответствует часто-
частоте около 500 Гц, поэтому значения, приведен-
приведенные в табл. 8.2, м/эгут быть пересчитаны на
другие частоты по вышеприведенной формуле.
Таблица 8.2. Усредненные значения
эксцентриситетов громкоговорителей
Тип
1 nil
2КЗ-6
2КЗ-5
8КЗ-4
ЮКЗ-2
25КЗ-2
50КЗ-2
100КЗ-2
15КЗ-4
15КЗ-6
25КЗ-6
25КЗ-12
50КЗ-5
50КЗ-ЗМ
ЮОКЗ-13
б)
Круглые
Сдвоенные
Габаритные
размеры, мм
а) звуковые колонки
394X132X94
680X120X73
423X188X124
775X365X255
960X415X320
1160X580X383
1310X610X460
725X274X100
651X301X179
1320X307X260
730X280X210
1280X340X230
1480X394X294
1280X340X280
г
о,ь
0,5
0,65
0,90
0,90
0,90
0,90
0,87
0,89
0 90
0,87
0,91
0,91
0,91
рупорные громкоговорители
0 500
1150X500
0,77
0,77
е„
в
0.900
0,958
0,902
0,965
0,970
0,980
0,982
0,962
0,955
0,983
0,962
0,982
0,985
0,982
0,77
0,95
Если колонку ставят одну на друтую или
несколько колонок друг на друга, то в первом
приближении результирующий эксцентриси-
эксцентриситет определяется из формулы
где п — число колонок; ех — эксцентриси-
эксцентриситет одиночной колонки. Иногда колонки ста-
ставят друг подле друга, тогда результирующий
эксцентриситет в горизонтальней плоскости
будет определяться по аналогичной формуле.
Пример. Высота колонки 1 м. Определить
усредненное значение эксцентриситета. Имеем
ев-A — @,14/1+0,08)}) *'2 = 0,975.
Для такой колонки эксцентриситет в верти-
вертикальной плоскости на различных частотах
будет иметь следующие значения:
Как видим, усреднённое значение экс-
эксцентриситета и его значение для частоты
500 Гц почти одинаковы.
Пример. Три колонки 8КЗ-4 поставлены
друг на друга, определить результирующий
эксцентриситет
f, Гц . .125
ев ... 0,500
250
0.890
500 1000
0,974 0,9,93
2000 4000
0,998 0,9996
а для равноценной ей по высоте колонке ЮОКЗ-
13 имеем ев = 0,982. Сдвоенная колонка
8КЗ-4 имеет ев = C + 0,902*) 1/2/2 = 0,976,
а равноценная ей по высоте колонка 25КЗ-2
имеет ев = 0,97.
В некоторых руководствах указывается,
что эллиптическая аппроксимация характерис-
характеристики направленности для звуковых колонок
справедлива только для углов не более 70° (по
отношению к оси излучателя), на самом деле
она справедлива до углов 90°.
Рупорные громкоговорители имеют пас-
паспортную мощность 10 ... 100 Вт и более
(мощные громкоговорители используются для
специальных целей: оповещение, озвучение
удаленных и дальних зон до 10 км). Большин-
Большинство рупорных громкоговорителей, используе-
используемых для звукофикации, имеют круглое выход-
выходное отверстие, но при комбинации двух и более
рупорных громкоговорителей, устанавливае-
устанавливаемых друг на друга, получается рупорный гром-
громкоговоритель, эквивалентный рупорному гром-
громкоговорителю с прлмоугольным выходным от-
отверстием. Применяемые рупорные громкого-
громкоговорители с ячеистым рупором имеют широкую
диаграмму направленности в -вертикальной и
горизонтальной плоскостях и для них расчеты
звукового поля ведутся как для ненаправ-
ненаправленных громкоговорителей (ев = еГ « 0).
Характеристика направленности рупорно-
рупорного громкоговорителя аппроксимируется эл-
эллипсоидом, вершина которого находится в ра-
рабочем центре излучателя, т. е. примерно в
центре выходного отверстия рупора. Для круг-
круглых рупоров характеристика направленности
имеет вид эллипсоида вращения. Диаграммы
направленности имеют вид эллипсов. Эксцент-
Эксцентриситеты этих эллипсов, как и для звуковых
колонок, для вертикальной и горизонтальной
плоскостей, проходящих через ось рупора, обо-
обозначаются как ев и ег. Они зависят от частоты
и размеров отверстия рупора.
Для расчетов уровней звукового поля обыч-
обычно пользуются усредненными значениями этих
эксцентриситетов в рабочем диапазоне частот
B50 ... 4000 Гц). Простых приближенных фор-
формул для расчета частотных зависимостей ха-
характеристик направленности рупорных гром-
громкоговорителей пока нет, и поэтому расчеты
проводят только для усредненных значений
эксцентриситетов. Но следует указать на то,
что на низких частотах рупорные громкогово-
громкоговорители излучают довольно значительную мощ-
мощность и назад (в тыльную полусферу). Для на-
наиболее часто применяемых рупорных громко-
громкоговорителей в табл. 8.2 приведеньцусреднен-
ные значения эксцентриситетов. Как показано
в таблице,sэксцентриситеты имеют два зиаче-
Зак. 1688
193
ния 0,77 (круглый рупор или узкая база сдво-
сдвоенного рупорного громкоговорителя) и 0,95
(широкая база рупора).
Радиальные громкоговорители, выпускае-
выпускаемые для звукофикации пространственных зо-
зональных систем, имеют характеристику на-
направленности в форме шляпки гриба: круго-
круговая диаграмма направленности в горизонталь-
горизонтальной плоскости и сплющенная в вертикальной
плоскости, причем излучение вверх очень ма-
мало, а вниз — на 6 дБ меньше чем под углом 70°
к вертикальной оси. Более подходящей ап-
аппроксимации пока нет.
8.2. ОСОБЕННОСТИ ОЗВУЧЕНИЯ
ОТКРЫТЫХ ПРОСТРАНСТВ
К открытым пространствам относят: ули-
улицы и площади, спортивные площадки и ста-
стадионы, открытые перроны и сортиррвочные
станции, зеленые театры и летние эстрады,
парки и зоны гуляния и отдыха, открытые
выставки и площадки показа и рекламы и
т. п. Кроме того, к открытым пространствам
относятся зоны оповещения и информации
на открытом воздухе, например для целей
гражданской обороны.
Спецификой открытых пространств явля-
являются их зависимость от климатических факто-
факторов и атмосферных условий и необходимость
учета затухания в воздухе, так как протяжен-
протяженность озвучиваемых зон доходит до несколь-
нескольких сотен метров и даже километров. На
рис. 8.2 приведены зависимости затухания
звуковых волн в воздухе из-за вязкости среды
от величины относительной влажности для раз-
разных частот колебаний. Из этих данных следует,
что высокие частоты (свыше 1000 Гц) затухают
очень быстро, особенно при относительной
влажности воздуха около 15%: на частоте
10 кГц затухание достигает 28 дБ на каждые
100 м. При нормальной влажности (около
50 %) затухание получается вдвое меньше. Для
больших расстоянии (более 100 м) следует
пользоваться кривыми рис. 1.16. Кроме того,
затухание из-за ветра, дождя и снега может
достигать 8 ...10 дБ на каждые 100 м. Ветер и
неравномерный нагрев поверхности земли во-
вообще могут нарушить передачу, так как зву-
звуковые лучи из-за искривления траектории мо-
0 10 20 3V 40 50 SO 70 80 % %
Рис. 8.2. Зависимость коэффициента затуха-
затухания звука в воздухе от влажности и частоты
гут уходить вверх или круто вниз (см. также
§1Л2).
К специфике открытых пространств можно
также отнести и более высокий уровень аку-
акустических шумов, например, от транспорта и
различных машин.
Применительно к открытым пространствам
введен дополнительный показатель системы
озвучения — локализации звукового поля —
уменьшение уровней поля при удалении от
зоны озвучения. Стремятся снизить уровень
поля за пределами озвучиваемой зоны так, что-
чтобы в зоне других объектов с людьми этот
уровень не был выше /Определенных санитар-
санитарных норм при условии подведения номиналь-
номинальной мощности к системе озвучения.
В открытом пространстве возможно появле-
появление эха или от действия источников звука, от-
отстоящих друг от друга не менее 17 ... 18 м,
или вследствие отражения звуковых волн от
различных предметов (больших размеров по
сравнению с длиной волны), находящихся в
этом пространстве и отстоящих от источника
звука не менее чем на 8,5 ... 9 м. Второй слу-
случай, по существу, мало чем отличается от пер-
первого, так как при отражении звуковых волн
(от какой-нибудь преграды на ее пути) появля-
появляется мнимый источник звука, представляющий
собой зеркальное отражение истинного источ-
источника звука в этой преграде. Мощность мнимого
источника звука меньше мощности истинного
источника в аотр раз, где аотр — коэффициент
отражения звуковых волн от поверхности пре-
преграды. Так как коэффициенты отражения в ре-
реальных случаях мало отличаются от единицы,
то можно считать, что мнимые источники звука
имеют одинаковую мощность с основным. По-
Поэтому оба случая возникновения эха можно
объединить в один: два или несколько источни-
источников звука, разнесенных по расстоянию друг
от друга. Как указывалось ранее, возникно-
возникновение слышимого эха определяет две величины:
разность расстояний от точки наблюдения до
источников звука и разность уровней, создава-
создаваемых ими в этой точке (см. рис. 2.21). Чаще
всего встречаются два варианта расположения
источников звука: или их оси направлены в
одну сторону, или встречно. В обоих случаях
координатные оси х, у и z привязывают к од-
одному из громкоговорителей (центр координат
помещают на земле под одним из громкогово-
громкоговорителей, ось х — по проекции оси излучателя
на горизонтальную плоскость, ось г — верти-
вертикально через, центр излучателя, ось у —пер-
—перпендикулярно им). Тогда для работающих
громкоговорителей в одном направлении коор-
координаты звукового поля для второго громкого-
громкоговорителя будут отличаться только координа-
координатой у, определяемой расстоянием между гром-
громкоговорителями d, а при встречной работе
различие будет только в координате х: она
будет отличаться на расстояние между гром-
громкоговорителями Ь (т. е. хг = Ь — х).
Соответственно этому в первом случае раз-
разность хода
194
где h — высота подвеса центра излучателя над
землей (Л = гг)\ во втором случае
Если речь^ идет об отраженном сигнале, то
вместо Ь надо подставлять 2 Ь отр, где 6отр—
расстояние от излучателя до преграды по
перпендикуляру к ней от излучателя.
Пример. Громкоговорители подвешены на
высоте 5 м, расстояние между ними 25 м, оси
громкоговорителей направлены по оси улицы
(оси х). В точках хх =, 5 м и х2 — 30 м разность
хода равна приблизительно 30—7= 23 м.
Возможно появление слышимого эха, если бы
уровни от обоих источников звука были оди-
одинаковы, но на самом деле разность уровней
будет 20 lg C0/7) = 12,6 дБ, и поэтому эхо
не слышно (см. кривую / на рис. 2.21).
Два громкоговорителя работают встречно
на расстоянии 40 м друг от друга. Разность
хода звуковых волн до точки, находящейся под
одним из громкоговорителей Дгр = 35,1 м (за-
(запаздывание 97 мс). Чтобы эхо не было слышно,
надо иметь разность уровней не менее (см.
кривую 1 на рис. 2.21) 20 дБ, а чтобы эхо не
снижало разборчивости речи достаточно пере-
перепада уровней 2 дБ (см. кривую 3 на рис. 2.21).
Как показывают расчеты уровней, первое ус-
условие трудно выполнимо, а второе — легко.
Более точные расчеты даны в дальнейшем при
расчетах звукового поля. Для удобства опре-
определения допустимой разности уровней речевого
сигнала при условии неснижения разборчиво-
разборчивости речи в зависимости от разности хода зву-
звуковых волн от двух источников звука на
рис. 8.3 приведена такая зависимость.
Для озвучения открытых пространств при-
применяют сосредоточенные и зональные системы.
Распределенные системы в них применяются
в редких случаях, когда требуется озвучить
небольшую площадку с достаточно высоким
качеством звучания или площадь, на которой
можно ставить громкоговорители только-по ее
краям.
8.3. СОСРЕДОТОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ
ОЗВУЧЕНИЯ
Для создания сосредоточенных систем оз-
озвучения используют в основном рупорные
громкоговорители и звуковые колонки, гораз-
гораздо реже — радиальные громкоговорители и
очень редко (только для небольших объектов)
- диффузорные громкоговорители.
РУПОРНЫЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
Если длина озвучиваемой поверхности не-
невелика (до 25 м), то чаще применяют рупорные
громкоговорители с круглым рупором. Для
более длинных узких объектов (например,
улиц) целесообразнее применять рупорные
громкоговорители с прямоугольным выходным
отверстием рупора, устанавливая рупор на
короткую базу.Если установить три или четы-
50 100 150 200 250 4г,м
Рис. 8.3. Зависимость допустимой разности
уровней прямого и отраженного звуков (для
речевой передачи) от разности их хода при
условии неснижения разборчивости речи
ре рупорных громкоговорителя один над дру-
другим, то можно еще более увеличить направлен-
направленность и дальность действия системы 1. Для оз-
озвучения широкой площади громкоговорители
располагают или в одной точке веером, или
по ширине площади на небольших расстояниях
друг от друга. Заметим, что это только ориен-
ориентировочные рекомендации, точные данные мож-
можно получить в результате расчета системы.
Как указывалось, характеристика направ-
направленности рупорного громкоговорителя пред-
представляется в форме эллипсоида, вершина кото-
которого находится в рабочем центре излучателя,
т. е. в центре выходного отверстия рупора
(рис. 8.4). Ось рупора обычно направляют в
1 Но при этом получится значительная
зависимость направленности озвучения от
частоты и, как следствие, значительное уве-
увеличение неравномерности озвучения на высо-
высоких, а иногда и на средних частотах.
Рис. 8.4. Расположение рупорного громкого-
громкоговорителя при озвучении плоской поверхности
(на нижней проекции показан эллипс, огра-
ограничивающий обслуживаемую зону на озвучи-
озвучиваемой поверхности)
7*
195
удаленную точку озвучиваемой поверхности.
Если озвучиваемая поверхность плоская и го-
горизонтальная, то угол наклона оси рупора по
отношению к горизонтали определится из ра-
равенства tg а0 = hr.c/x0, где hr.c = ггр —z0—
высота подвеса громкоговорителя над озвучи-
озвучиваемой плоскостью; z0 — высота озвучиваемой
плоскости; zrp — высота подвеса громкогово-
громкоговорителя над наземной поверхностью; а = (х% -f-
+ Л?.СI/2 — расстояние удаленной точки
озвучиваемой плоскости от громкоговорителя;
х0 — проекция линии а на горизонтальную
ось.
При таком расположении громкоговорите-
громкоговорителя диаграмма направленности в вертикальной
плоскости будет пересекать озвучиваемую
плоскость в точках хг и х0, где
а линия пересечения эллипсоида с озвучивае-
озвучиваемой поверхностью имеет вид эллипса с осями
а' = х0 — хх и Ь' ¦= а'У^Х — е\ cos2a0, где
ев и еГ — эксцентриситеты эллипсоида, т. е.
диаграммы направленности в продольном и по-
поперечном сечениях рупора. Величины эксцент-
эксцентриситетов для ряда громкоговорителей см.
в табл. 8.2.
Звуковое давление на всем периметре эл-
эллипса, ограничивающего зону озвучения, бу-
будет одинаковым и равным звуковому давлению
в удаленной точке, т. е. в этих точках везде
будет уровень
+ 94
где Рх — номинальное звуковое давление, раз-
развиваемое громкоговорителем на расстоянии 1 м
от рабочего центра.
Пример. Определим уровень поля в уда-
удаленной точке озвучиваемой поверхности иа
расстоянии 50 м от центра громкоговорителя
на его оси, если для него рх — 33,5 Па; pmin=
= 33,5/50 =- 0,67 Па. По вышеприведенной
формуле находим искомый уровень Lmin-
- 90,5 дБ.
Внутри эллипса уровень будет выше, чем
по его периметру. Максимальный уровень
Lmax будет в точке с координатой
х0
"' ctg2 о
Заметим, что эта точка не лежит на середине
между xt и х0. Разность между уровнем в этой
точке и в удаленной равна неравномерности
озвучения в пределах эллипса. Если зона оз-
озвучения совпадает с этим эллипсом, то эта раз-
разность будет неравномерностью озвучения на
озвучиваемой плоскости
определяемой эксцентриситетом в вертикаль-
вертикальной плоскости и углом наклона оси громкого-
громкоговорителя. Вне эллипса озвучения, в том числе
и на участках, лежащих между этим эллипсом
и проекцией точки подвеса на горизонтальную
плоскость, уровень ниже, чем в удаленной точ-
точке, т. е. эта зона необслуживаемая. При необ-
необходимости ее озвучения применяют дополни-
дополнительные громкоговорители ближнего действия.
Чем ниже подвешен громкоговоритель
(точнее, чем меньше угол подвеса), тем боль-
больше неравномерность озвучения, но меньше не-
необслуживаемая зона вблизи громкоговорителя
(O-Xj).
Пример. Для рассмотренного выше распо-
расположения громкоговорителя (а = 50 м) най-
найдем неравномерность и другие параметры озву-
озвучения, если' эксцентриситеты диаграммы на-
направленности в вертикальной и горизонталь-
горизонтальной плоскостях ев = ег = 0,77, а высота под-
подвеса над озвучиваемой плоскостью /tr.c=8 м.
Угол наклона оси громкоговорителя опреде-
определится из формулы tga0 = Лг.с/х0:
— 82 = 0,162,
так как хо==у а2 — Л2 с ж 50 м.
Следовательно, неравномерность озвучения
AL-201g0,5fl+Vl-|-(l—0,772).1/0,1622] =
= 8дБ.
Точка с максимальным уровнем
, хт--=50.0,1622х
1 + 1/0.1622
X
¦— 1 -11,2м.
1 + A— 0,772I/0,1б22
Ближняя к громкоговорителю точка с мини-
минимальным уровнем^
8-0,772.A/0,162)
—0,772)-1/0,1622
49,4
м. Длина
Расстояние х0 — 8/0,162
эллипса озвучения
о'—49,4 — 1,8 = 47,6м, ширина
47,6 У 1—0,772.D9,4/50J =30,9м.
Ь'
В любой точке проекции оси громкоговори-
громкоговорителя иа озвучиваемую плоскость уровень
L будет отличаться от уровня Lo в точке упо-
упора оси громкоговорителя в эту плоскость и со-
составлять:
^L0 — 20 X
X lg
A-т-ХХо)
где X = xlhT.c = ctg a, Xo = xjhr.c =
= ctg a0, a0 — угол между осью громкогово-
громкоговорителя и осью х, a — угол между направле-
направлением на заданную точку и осью громкоговори-
громкоговорителя. Заметим, что это выражение является
196
общим для всех точек, лежащих на проекции
громкоговорителя на ось х, причем в точках,
лежащих внутри эллипса озвучивания, этот
уровень больше Lo, а вне его — меньше. Если
точка х будет совпадать с точкой хм, то уровень
будет максимальным. Разность/ LM — Lo бу-
будет давать неравномерность озвучения в эл-
эллипсе озвучивания. Уровень в точке х1 будет
равен уровню в точке упора ось, т. е. 2^=
= Lo. Под громкоговорителем (х = 0) этот
уровень будет:
Пример. Для AL = 8 дБ и / = 50 м
'+*»/('-«»
| = L0-20lg
Пример. Определим снижение уровня для
точки под громкоговорителем. (Возьмем дан-
данные из предыдущего примера: Хо =1/0,162=
= 6,17; ев = 0,77).
"х-0— о
= 201g
+ 6,^/С!— 0,77а)
l-f-6,172
==7,7дБ,
а для точки, лежащей tfa расстоянии 2х0 от
точки х = 0, получим
-6,
—0,77»)
8 A+2-6,172) A+6,172)
Если обозначить через х3 точку х = 2х0,
то соответствующая ей большая ось эллипса
озвучения определяется из выражения
аз = хз
а малая ось, как и для основного эллипса озву-
озвучения:
Пример. Для точки ха = 2 х0 = .40 м най-
найдем оси эллипса озвучения. Большая ось
__ 0,77^.20—20 A+6,172)/A+2-6,172)
~" 1 + A-0,77*).6и172
= 39,8м,
малая ось
Необходимую высоту подвеса громкогово-
громкоговорителя над озвучиваемой плоскостью при за-
заданной координате удаленной точки и нерав-
неравномерности найдем из формулы
= 12,82 уТ^ё*.
Если взять громкоговоритель с эксцентрисите-
эксцентриситетом в вертикальной плоскости еъ = 0,77, то
высота подвеса
йг.с= 12,82 У\— 0,77» =8,2м;
Если уменьшить высоту подвеса громкого-
громкоговорителя с Лх до Ла (рис. 8.5), то увеличится не-
неравномерность озвучения, но при этом умень-
уменьшится необслуживаемая зона с xlfl до х1л
(см. кривые 1 и 2). Если уменьшить высоту
подвеса, но одновременно взять громкогово-
громкоговоритель с большей направленностью в верти-
вертикальной плоскости (см. кривую 3), то можно
сохранить размер обслуживаемой зоны и
уменьшить неравномерность озвучения. Есл,и
поставить громкоговорители один над другим,
то такой системой можно обслужить вдвое
большую длину и ширину площади (т. е. вчет-
вчетверо большую площадь), а неравномерность
озвучения и высота подвеса при этом будут
примерно такими же, как для одного громко-
громкоговорителя с ординарными размерами. Пояс-
Поясним это на примере.
Пример. Возьмем два одинаковых громко-
громкоговорителя из предыдущего примера и поста-
поставим их один над другим. Так как они имеют об-
общее номинальное звуковое давление вдвое
больше, чем один, то дальность действия мож-
можно увеличить вдвое, т. е. х0 = 100. Эксцентри-
Эксцентриситет диагра'ммы направленности в вертикаль-
вертикальной плоскости для сдвоенного громкоговорите-
громкоговорителя вычисляется по следующей формуле х:
= V 1 — A — elt)/4,
ев2
гДе
— эксцент-
1 Эксцентриситет эллипса для п громко-
громкоговорителей, поставленных друг над другом
V\ -
V\(
Рис. 8.5. Влияния высоты подвеса при одина-
одинаковой направленности рупорного громкоговори-
громкоговорителя (кривые / и 2) и влияние направленности
при одинаковой высоте подвеса (кривые 2 и 3)
на неравномерность озвучения необслуживае-
необслуживаемой зоны
197
Рис. 8.6. Расположение рупорных громкогово-
громкоговорителей при озвучении сложной поверхности
(стадион)
риситет для одиночного громкоговорителя.
Поэтому для нашего случая eBi =
= Vl — A — 0,772)/4 = 0,95. Высота подвеса
Лг О =
1 — 0,952
B-Ю8/20— IJ—1
= 8м.
Но так как Дальность увеличена вдвое, то пло-
площадь озвучения увеличилась вчетверо при та-
такой же неравномерности озвучения и пример-
примерно той же высоте подвеса. Необслуживаемая
зона в этом случае увеличится
100.0,952-82
82+A—0,952)-100а
= 5,6 м.
Если поверхность озвучения имеет криво-
криволинейную образующую, например в случае оз-
озвучения больших стадионов (рис. 8.6), то в
таком случае ось громкоговорителя также на-
направляют в удаленную точку на границе зо-
зоны озвучения, а неравномерность озвучения
определяют методом координат. Для этого
центр координат располагают в рабочем
центре излучателя (в центре выходного
отверстия рупора), ось и совмещают с рабочей
осью излучателя, ось w — с продольной осью
плоскости излучателя, а ось v — с ее попереч-
ной осью (см. рис. 8.7). В точке с координа-
координатами и, v и w звуковое давление
Pi и
Рис. 8.7. Преобразование системы координат
для расчета звуковых полей
Р =
где pi — звуковое давление на расстоянии 1 м
от центра координат, т. е. от рабочего центра
излучателя.
В тех случаях, когда есть характеристика
направленности громкоговорителя и видно,
что она отклоняется от идеализированной (эл-
(эллипсоидальной), пользуются следующей фор-
формулой:
= ?д
V'ма+иа //?г(вг+Т/wa+waIRB F„)—и
где RB (вв) и Rr FГ) — радиусы-векторы
диаграмм направленности в продольной (вер-
(вертикальной) и поперечной (горизонтальной)
плоскостях, проходящих через рабочую ось
громкоговорителя;
6B = arctg (w/u) и 8r = arctg (v/u).
Пример. Заданы координаты точки и = 1 м,
v = 2 м и w = 5 м, рх = 50 Па, а также диа-
диаграммы направленности в продольной и по-
поперечной плоскостях. Надо найти звуковое
давление в заданной точке. Имеем tg 6Г =
= 2/1=2; tg 6В = 5/1 = 5, откуда 8Г = 63,4°
или 6В == 78,7°. По этим углам из диаграмм
направленности находим Rr = 0,2 и RB =
= 0,05. Звуковое давление в заданной точке
50
= 0,446 Па,
что соответствует уровню L = 20 lg 0,446+
+94 = 87 дБ.
Если рассчитать для этого громкоговори-
громкоговорителя (для ег = 0,77 и ев = 0,95) по эллипти-
эллиптической характеристике, то получим уровень,
равный 80 дБ, т. е. меньший (получился запас в
уровне).
Для удобства расчетов обычно задают ко-
координаты озвучиваемой поверхности в прямо-
прямоугольной системе х, у и z (x — по длине, у —
ширине и 2 — высоте поверхности, рис. 8.7).
Для перехода к координатам и, v и w исполь-
используют следующие формулы:
u^=xcos ct+ (/*гр— z) since; у —у;
w = xs'\na — (hrp — z)coscc,
где tg a = hr.Jx0 = (hrp — hy.c./x0 — коор-
координата точки рабочего центра излучателя
(громкоговорителя); Лг-С — высота рабочего
центра излучателя над головами удаленного
слушателя; hy.c и х0 = хт&х — координаты
удаленной точки озвучиваемой поверхности.
Пример. Заданы форма и размеры озвучи-
озвучиваемой поверхности (см. рис. 8.6). Координаты:
198
высота подвеса громкоговорителя Лгр =6м,
высота озвучиваемой поверхности для удален-
удаленного слушателя Лу.с = Zy.c = 15 м и хух=
= 50 м, то же самое для ближнего слушателя
2б.с = 1.5 м и Jtg.c = 10 м и для слушателя,
находящегося иа середине между громкогово-
громкоговорителем и удаленным слушателем, гсС = 6 м
и *с.с = 25 м. Координату v везде возьмем рав-
равной нулю, т.е. расчет будем вести только для
одной вертикальной плоскости, проходящей
через ось излучателя. Угол между осью гром-
громкоговорителя с горизонталью определится из
формулы tga = F—15)/50 = — 0,18, a =
= — 10,2° (отрицательны^ угол означает на-
направление оси вверх от горизонтали). Для это-
этого угла sin a = — 0,177, cos a = 0,984. Возь-
Возьмем громкоговоритель с направленностью в
вертикальной плоскости, определяемой экс-
эксцентриситетом ев = 0,945 и развивающим зву-
звуковое давление на расстоянии 1 м от излучате-
излучателя, равное 48 Па. Вычисленные данные для
координат и и w по формулам
ы = 0,984х— F—г)-0,177
и w =— 0,177л:— F— г) 0,984
и для звукового давления
48и
Р =
0,945)
сводим в табл. 8.3. По звуковому давлению на-
находим уровни поля (в децибелахI.
Таблица 8.3. Данные расчета звукового
поля в продольной плоскости
X, М
10
25
50
г, м
1,5
6
15
и, м
9,04
24,6
50,8
W,
—6,
4
м
2
42
0
Р,
0,
1,
0,
Па
984
5
945
L,
93
97
93
ДБ
,8
,5
,5
В продольном направлении по оси громко-
громкоговорителя неравномерность получилась рав-
равной 4 дБ. По уровню громкоговоритель обес-
обеспечивает передачу музыкальных программ.
Если задаться координатой у, то можно вы-
вычислить уровни и в точках сбоку от оси гром-
громкоговорителя. Уровни получатся меньше, чем
по оси, но если стадион широкий,, то его озвучи-
озвучивают несколькими громкоговорителями. Для
каждого из них следует подсчитать уровни и
просуммировать квадраты давлений.
Пример. Пусть второй громкоговоритель
находится на расстоянии 20 м от первого. Оп-,
ределим суммарный уровень от обоих громко-
громкоговорителей в точке первого ряда (х = 10 м и
г = 1,5 м) на середине между громкоговорите-
громкоговорителями (у '= 10 м).
48-9,04
"~ — 0,772)+6,22/A — 0.9452) =
= 0,63 Па.
1 См. программы расчета звукового поля
для звуковых колонок и рупорных громко-
громкоговорителей э разд. 12.
Суммарное давление р = ~\/2 • 0,63а =
= 0,895 Па. Это давление соответствует 93 дБ.
Следовательно, неравномерность озвучения
будет равна 4,5 дБ, так как в точках на удален-
удаленном от действия двух громкоговорителей ряду
уровень повысится и будет около 96,5 дБ.
Если громкоговорителей несколько, то не-
неравномерность озвучения можно определить
только определением уровней в ряде точек,
в которых наиболее возможны максимальные
и минимальные уровни.
Озвучение рупорными громкоговорителя-
громкоговорителями из-за их низких качественных показателей
применяют только для передачи речевой ин-
информации. Их используют и для передачи му-
музыкальных программ во время демонстрации,
митингов и т.п., когда уровень акустических
шумов большой и другие искажения незамет-
незаметны. Рупорные громкоговорители имеют высо-
высокое номинальное звуковое давление, поэтому
ими можно озвучивать большое пространство
с одной точки. (Рупорный громкоговоритель
100 ГРД имеет номинальное звуковое давление
48 Па, т. е. на расстоянии 240 м создает давле-
давление около 0,2 Па, что соответствует уровню
звука 80 дБ, равному очень громкой речи на
расстоянии 1 м.) Озвучение рупорными громко-
громкоговорителями дает плохую локализацию зву-
звукового поля во фронтальной полусфере.
Пример. Определим уровень, создаваемый
громкоговорителем 100 ГРД на расстоянии
500 м от его центра. Звуковое давление р6оо =
= 48/500 = 0,096 Па.
Давление 0,96 соответствует 93,6 дБ, а
полученное нами, следовательно, на
20 дБ меньше, т. е. 73,6 дБ. Это очень высокий
уровень, превышающий санитарные нормы.
Поэтому широкое использование сосредото-
сосредоточенных систем из рупорных громкоговорите-
громкоговорителей, например для железнодорожных товарных
станций, недопустимо, если близко к ним рас-
расположена жилая зона (в пределах 500 м).«
Рупорные громкоговорители имеют хоро-
хорошую осевую концентрацию излучения, и по-
поэтому их излучение в тыльную полусферу не-
невелико, что дает возможность хорошей лока-
локализации поля в этой полусфере (можно рас-
располагать громкоговорители близко к жилым
помещениям без опасности превышения сани-
санитарных норм). Одним из недостатков систем оз-
озвучения рупорными громкоговорителями яв-
является подчеркивание ими низких частот (буб-
(бубнение) в зоне под громкоговорителями, что
обусловлено резким уменьшением направлен-
направленности на частотах ниже 300 Гц.
199
ЗВУКОВЫЕ КОЛОНКИ
Акустическую (рабочую) ось звуковой ко-
колонки направляют в удаленную точку озвучи-
озвучиваемой поверхности с наклоном а, где tg а =
= hK.c/x0, *o — расстояние проекции точки
подвеса колонки на горизонтальную плоскость
от удаленной точки; Лк.с — высота подвеса
колонки над озвучиваемой поверхностью. Так
как характеристику направленности звуковой
колонки во фронтальной полусфере аппрокси-
аппроксимируют полуэллипсоидом, центр которого
совпадает с рабочим центром излучателя, т.е.
колонки (рис. 8.8), то оси полуэллипса направ-
направлены следующим образом: большая — по ра-
рабочей оси колонки, а малые — по продоль-
продольной и по поперечной осям выходного отвер-
отверстия. Соответственно малые оси эллипсов в
диаграммах направленности в продольной и
поперечной плоскостях, проходящих через
акустическую ось, будут определять эксцент-
эксцентриситет этих эллипсов
ев = у\—ЬЦа? и ег = ]Л— ^/аа.
Эти эксцентриситеты для ряда колонок даны в
табл. 8.2.
Звуковую колонку можно расположить так,
что уровень под колонкой будет меньше, чем
в удаленной точке (см. рис. 8.8, а), равный ему
(см. рис. 8.8, б) и больше его (см. рис. 8.8, в).
При этом во всех точках, находящихся внут-
внутри эллипса озвучения, уровень будет выше, чем
в точках, лежащих на самом эллипсе. Первый
вариант применяют, когда под излучателем на-
находится первичный источник звука (см. зву-
звукоусиление), второй наиболее часто использу-
используют в системах озвучения; третий — если нет
возможности применения второго варианта
(например, когда ограничена или задана высо-
высота подвеса громкоговорителя).
Для второго варианта а' = дс0 ~ а cos a»
а точка с максимальным уровнем находится в
середине эллипса озвучения. При этом нерав-
неравномерность уровней AL = 10 lg B el). Ши-
Ширина эллипса озвучения, т. е. значение малой
оси этого эллипса Ь' = a cos а к 1 — el. Зона
озвучения должна вписываться в этот эллипс.
Высота подвеса колонки над озвучиваемой
плоскостью в этом случае
Если ев = 0,97 и х0 = 10, то Лк,с = 2,51 м,
а неравномерность озвучения составит AL =
= 10 lgB 0,972) = 2,75 дБ.
Если колонка имеет большую направлен-
направленность, то соответственно второму варианту ее
следует подвешивать ниже (рис. 8.9, а). При
этом неравномерность озвучения почти не из-
изменяется (стремится к 3 дБ).
Применение сдвоенных колонок (постав-
(поставленных одна над другой) позволяет увеличить
направленность (диаграмма направленности в
вертикальной плоскости сжимается вдвое) и од-
одновременно повысить звуковое давление на
оси вдвое. Появляется возможность увеличить
длину озвучиваемой зоны почти при той же не-
неравномерности озвучения. При этом ширина
озвучиваемой зоны также расширяется почти
вдвое (см. рис. 8.9, б), а площадь озвучиваемой
зоны — почти вчетверо.
В любой точке проекции оси звуковой ко-
колонки на озвучиваемую плоскость уровень
= L0—10 X
X lg
Здесь X и Хо имеют те же значения, что и для
рупорного громкоговорителя. Это выражение
является общим для всех точек, лежащих на
проекции оси звуковой колонки на озвучивае-
озвучиваемую плоскость, причем внутри основного эл-
эллипса озвучения уровень выше, чем в точке
упора оси в эту плоскость, а вне его — мень-
меньше. Если точка х совпадает с точкой хм, то уро-
уровень выше Lo на величину неравномерности
4
i
i
2\
0
A
\
\
'•max
\
''M °
in
X
Yk
а)
Ч/,
в) т
Рис. 8.8. Расположение звуковых колонок при озвучении плоской поверхности:
a — при высоком поДвесе; б — при оптимальной высоте подвеса для озвучения; в — при низком
подвесе (Э-эллипс озвучения)
200
< е
вг
а) Ю
Рис. 8.9. Влияние остроты направленности колонки на неравномерность озвучения (а)
и сравнение озвучиваемой поверхности при использовании одной колонки (кривая /)
и сдвоенной (кривая 2), работающих на полную мощность (б)
озвучения. Заметим, что в данном выражении
множитель в правой части не 20, как для ру-
пориых громкоговорителей, а 10, так как оп-
определяется квадратом звукового давления. Под
звуковой колонкой (х = 0) уровень
, = L0-101g
Пример. Определим снижение уровня для
точки под колонкой для следующих данных:
высота подвеса колонки над озвучиваемой пло-
плоскостью ЛГфС =5. м, точка упора оси колон-
колонки в плоскость находится от точки под колон-
колонкой на расстоянии 20 м (х0 = 20), (Хо == 4),
эксцентриситет направленности в вертикаль-
вертикальной плоскости ев = 0,985
а если высоту подвеса уменьшить до 2,5 м,
то уровень под колонкой будет выше Lo на
2,72 дБ. Определим снижение уровня за точ-
точкой упора оси колонки в озвучиваемую плос-
плоскость на 20 м (дс№ = 40 м) при высоте подвеса
5 м (X = 8) и прочих тех же данных
A+8-4J+ (8—4)а/A—0,9852)
g A+42J
= 7,5дБ.
Координата точки максимального уровня для
одной колонки
Для первой высоты
0,985а-20
0.9852) B0/5J
¦ = 13,14м,
для второй
0,9852-20
1 + 0-0,9852)
= 6,68м.
Координата точки, в которой уровень равен
уровню в точке х0,
— 1
Длина большой оси основного эллипса озву-
озвучения
= х0—лс1=
ширина эллипса озвучения (малая ось эллип-
эллипса)
» = о[ 1 —
1/2
Пример. Для данных предыдущего приме-
примера при Лк.с = 2,5 м координата
2-0.9852
—0.9852) B0/2.5J
= — 6,64 м,
- 1 =
т. е. она находится за точкой подвеса.
Длина большой оси эллипса озвучения
а = 20+6,64 = 26,64 м,
201
дЛина малой оси (при ег = 0,9)
0,92-82
угол йбдвеса, Определяемый из форму-
форму= 26,64 1 -
1+82
= 12м
Если определять эллипс озвучения относитель-
относительно точки с пониженным уровнем (с координа-
координатой ха), то соответствующее выражение для
его большой оси
а для малой
/2
Для предыдущих данных и *3 =40
0,9852-20
0 = 2/40—•
= 78,6м,
0,9а-82\1/2
t
= 35,4м.
Если форма озвучиваемой поверхности
сложная, то расчет уровней на ней и определе-
определение неравномерности озвучения могут быть сде-
сделаны методом координат. Для этого оси коор-
координат совмещают с осями эллипсоида, аппрок-
аппроксимирующего характеристики направленности.
При таком условии звуковое давление в точке
с координатами и, v и w будет определяться
выражением
а уровень L = 10 lg (р2) + 94 дБ.
В тех случаях, когда есть характеристика
направленности колонки и видно, что она от-
отклоняется от эллипсоидальной, пользуются
следующей формулой:
/(¦
l-f.»»
(Or)
+
где RB (8B) и Rr Fr) — радиусы-векторы диа-
диаграммы направленности в продольной (верти-
(вертикальной) и поперечной (ошибочно называемой
горизонтальной) плоскостях, проходящих че-
через рабочую ось колонки и соответствующие
оси излучателя;
9B = arctg (w/u) и 9r = arctg (u/a).
Для удобства, как и в случае рупорных
громкоговорителей, точки на озвучиваемой по-
поверхности задают в системе координат х, у
и z и переходят от них к координатам и, V и w
с помощью тех же формул, что и в рупорных
системах, а именно:
и = хcos a+(hK~z) sina; v = y\
w = x sin a— {hK — z) cos a,
Где tt
лы
Лк — координата точки рабочего центра излу-
излучателя колонки; Лу.с — координата удален-
удаленной точки озвучиваемой поверхности; ЛкС —
высота рабочего центра излучателя над голо-
головой удаленного слушателя.
Пример. Определить уровни и неравномер-
неравномерность озвучения озвучиваемой поверхности,
приведенной на рис. 8.6. Расположим колон-
колонку над первым рядом, тогда длина озвучивае-
озвучиваемой поверхности о горизонтали будет равна
40 м. Возьмем колонку, имеющую характери-
характеристику направленности с эксцентриситетами
ев = 0,97 и ет = 0,9. Высоту озвучиваемой
поверхности для первого ряда примем равной
1 м. В табл. 8.4 приведены координаты точек
озвучиваемой поверхности для трех рядов:
первого, среднего и удаленного.
Таблица 8.4. Данные расчетов уровня
озвучиваемой поверхности
х, и
0
15
40
г,
1
6
15
м
,0
,0
,0
и,
1
14
40
м
,0
,3
,2
W,
9
—7
м
,95
.5
0
L, дБ
79,7
81,3
79,9
Высоту подвеса звуковой колонки над го-
головами ближайших слушателей определим
для второго варианта подвеса (см.рис. 8.8, б)
Лк.б.с = Лк— 1=41 V(l—0,972)/B-0,972—1) =
= 10м, Лк=11 м.
Следовательно, tg а = A1 — 15)/40 ==
= — 0,1; cos а = 0,995 и sin а = — 0,1.
Переведем координаты х и г в координаты и и
и'= 0,995* — 0,1 A1 — z); w = — 0,1х—
—0,995 A1 — г), а координату v—y положим
равной нулю (для точек, лежащих под осью
излучателя). Вычисленные координаты сво-
сводим в табл. 8.4.
Если колонка развивает звуковое давление
на расстоянии 1 м от излучателя, равное 7,9 Па,
то звуковое давление и уровень поля
в заданных точках определяется из выраже-
выражений
7,92
— 0.972)
L=101g(p2)+94.
Вычисленные данные для уровня поля при-
приведены в табл. 8.4. Из этих данных следует,
что Неравномерность озвучения
AL = 81,3—79,7= 1,6 дБ.
202
Для нескольких звуковых колонок, стоя-
стоящих не рядом, но все же на расстояниях, зна-
значительно меньших расстояний до ближайших
слушателей, звуковое давление определяют
по методу координат с последующим суммиро-
суммированием по интенсивности, т. е. ps =
= 1/pf + p\ + Р§ + ••• • Расстояние между
ними определяют, исходя из неравномерно-
неравномерности озвучения по координате у. Если нерав-
неравномерность ALV для первого ряда не превыша-
превышает заданной, то для более удаленных рядов она
будет меньше ее. Расстояние между соседними
одинаковыми колонками вычисляют по форму-
формуле
Пример. Для предыдущего случая найдем
расстояние между колонками для неравномер-
неравномерности 2 дБ и ег = 0,9, ев = 0,97:
= 2.9,95|X
X
—1)A— 0,92)/A — 0,Э72) --27м,
Следовательно, колонки можно располо-
расположить на расстоянии 25 ... 30 м.
Вышеприведенные формулы дают возмож-
возможность определения уровня во фронтальной
полусфере излучения. Излучение в тыльную
полусферу и звуковых колонок составляет
около 20 % излучения во фронтальную, по-
поэтому локализация звукового поля для тыль-
тыльной полусферы для них хуже, чем для рупор-
рупорных громкоговорителей. Для звуковых коло-
колонок уровень в тыльной полусфере вычисляют
по формуле Lm = 1ф — 14 Aф — уровень во
фронтальной полусфере на таком же расстоя-
расстоянии от колонки). Звуковые колонки использу-
используют для передачи разнообразных программ, так
как их качественные показатели достаточно
высокие. Но они дают меньшую дальность оз-
озвучения A00 КЗ имеет номинальное давление
не выше 24 Па, т. е. меньше рупорного 100
ГРД в 2 раза). Поэтому для озвучения больших
площадей требуется большее число колонок,
чем рупорных громкоговорителей, т. е. озву-
озвучение стоит дороже.
ОЗВУЧЕНИЕ УДАЛЕННЫХ
И ДАЛЬНИХ ЗОН
Различают дальние и удаленные зоны оз-
озвучения. Под удаленными обычно подразумева-
подразумевают такие, для которых еще непосредственно
действует прямой звук. Это зоны, удаленные от
источника звука примерно на расстояния
200 м ... 0,5 км. Более удаленные зоны назы-
называют дальними. Их характеризуют наличием
«мертвых» зон (акустической тени), создавае-
создаваемых искривлением хода звуковых волн в ат-
атмосфере. Дальние зоны считаются от 1 км и да-
далее. Промежуток между дальними и удален-
удаленными зонами @,5... 1 км) называют переход-
переходным.
При озвучении удаленных зон возможны
два варианта озвучения: достаточно широкая
зона его (до 0,3 км) при дальности не более
0,5 км и узкая его зона при дальности до 1 км.
Для увеличения дальности действия систе-
системы звукофикации необходимо увеличение на-
направленности в вертикальной плоскости. Но
слишком большую направленность брать нель-
нельзя, так как может оказаться искривление
звукового луча из-за атмосферных явлений и
образование мертвой зоны. Если заданы глу-
глубина озвучиваемой зоны d, максимально воз-
возможная высота подвеса громкоговорителя h и
расстояние до конца зоны, то можно найти не-
необходимую направленность громкоговорите-
громкоговорителя. При условии Хо » 1 (которое всегда вы-
выполняется в этих . случаях) необходимая
направленность громкоговорителя определя-
определяется при следующем эксцентриситете в верти-
вертикальной плоскости
Г _
~1
XI (X
ah*
x% (x0—a)
А -11/2
9-А)\ ~
1/2
где А = a/h, a — большая ось эллипса озву-
озвучения.
Чтобы с гарантией озвучить заданную уда-
удаленную зону, большую ось эллипса озвучения
берут в 2...3 раза больше глубины этой зоны
d, поэтому искривление звуковых лучей из-за
атмосферных условий не повлияет на слыши-
слышимость передачи.
Когда направленности одного громкогово-
громкоговорителя в вертикальной плоскости недостаточ-
недостаточно, то для увеличения ее, как указывалось,
ставят громкоговорители друг на друга. Ес-
Если поставить п громкоговорителей друг на
друга, то в этом случае эксцентриситет эллип-
эллипса направленности в вертикальной плоскости
увеличивается и станет
В пределах эллипса озвучения неравномер-
неравномерность озвучения очень мала (менее 1 дБ).
Ширина озвучиваемой зоны определяется
эксцентриситетом направленности громкого-
громкоговорителей и большой осью эллипса озвучения
a(l _ e*Xl
Х* у/2
Если эксцентриситет эллипса направлен-
направленности громкоговорителя в горизонтальной
плоскости взять равным значению для типовых
рупорных громкоговорителей (ег = 0,77), то
ширина эллипса озвучения будет Ь =
= а A—0,772I/2 = 0,64 а, и если в пределе
а = 5*0, то Ъ — 0,32 *, т. е. около 1/3 расстоя-
расстояния до удаленного края озвучиваемой зоны.
Может оказаться, что ширина озвучиваемой
зоны задана больше A/3) х0. При этом если ши-
ширина заданной зоны не очень отличается от ма-
малой оси эллипса озвучения, то следует прове-
проверить, насколько увеличится неравномерность
203
бзвучения на флангах зоны по сравнению с кра-
краями эллипса озвучения.
Неравномерность на флангах зоны опреде-
определяют для угла 9Г = arctg (b/2 х0), где Ь —
ширина заданной зоны озвучения, а именно:
° v/ ° 1-е2 cos2 8Г '
Если неравномерность получится меньше
3 дБ, то надо взять более направленный гром-
громкоговоритель в горизонтальной плоскости, ес-
если больше 3 дБ, надо применить или громкого-
громкоговоритель с меньшей направленностью в гори-
горизонтальной плоскости (например, применить
сдвоенные по горизонтали громкоговорители
с развертыванием их осей под углом до 30...
... 45°), или зональную систему.
Далее расчет идет так, как и для обычных
сосредоточенных систем озвучения, с той лишь
разницей, что необходимо учитывать затуха-
затухание звука на большие расстояния. Эту поправ-
поправку рассчитывают для средних частот E00 ...
... 1000 Гц). Задаваясь средними условиями
температуры, влажности и частоты, определя-
определяют из рис. 1.13 километрическое затухание
(в дБ/км). Иногда необходимо провести рас-
расчет и для других конкретных условий. В таких
случаях, пользуясь теми же кривыми, подсчи-
подсчитывают затухание и определяют отклонение
от среднего для заданных условий.
При озвучении удаленных зон часто ис-
используют ограничение уровня речевого сиг-
сигнала в целях снижения мощности громкогово-
громкоговорителей. При этом разборчивость речи прак-
практически не снижается (см. § 10. 7).
Для озвучения дальних зон, находящихся
на расстояниях свыше 1 км, во избежание
акустической тени приходится применять
громкоговоритель с небольшой направлен-
направленностью в вертикальной плоскости, причем чем
дальше находится зона озвучения, тем мень-
меньше надо брать эту направленность. Для рас-
расстояний свыше 2 ... 3 км достаточна направ-
направленность, соответствующая направленности
типовых рупорных громкоговорителей в го-
горизонтальной плоскости, т. е. ег = 0,77.Такая
направленность соответствует углу излучения,
в пределах которого звуковое давление по от-
отношению к осевому снижается не более чем
в 1,4 раза, равному ± 25°. Для расстояний
около 1 км достаточна направленность, соот-
соответствующая е — 0,95 (угол излучения около
± 15°). Ширина озвучиваемой зоны определя-
определяется, как и для более близких зон, т. е. по не-
неравномерности озвучения не более 6 дБ. Для
заданной ширины зоны можно определить не-
необходимую направленность громкоговорителя
для R (8Г) = 0,7
e2 = (cos8r — 0,7)/(cos8r — 0,7cos28r),
где cos 8Г = xj\xl + F/2)а11/Г>, b — ширина
зоны.
Расчет дальности действия громкоговорящей
системы определяется с учетом затухания
звука, кроме уменьшения егб интенсивнбсТЙ
по квадратичному закону, на 2 ... 6 дБ/км в за-
зависимости от частоты (верхний предел дан
для частоты 2000 Гц).
Для получения большой мощности излуче-
излучения рупорные громкоговорители снабжены не-
несколькими головками, работающими'на один
рупор. Требуемую направленность громкого-
громкоговорителя в горизонтальной плоскости опреде-
определяют, как и для удаленных зон.
В остальном расчет ведется, как и для уда-
удаленных зон, причем всегда с применением ог-
ограничителей уровня (или компрессоров). Все
эти устройства используются и для передачи
музыки, но, конечно, с теми же, пиковыми
уровнями, что и для пиковых уровней речи.
8.4. ЗОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
ОЗВУЧЕНИЯ
Зональные системы бывают линейные и
пространственные. Первые служат для озву-
озвучения длинных, но узких поверхностей (на-
(например, улиц), вторые — для озвучения боль-
больших площадей, когда их нельзя озвучить со-
сосредоточенной системой. Кроме них есть еще
зональные системы, состоящие из нескольких
пар встречно работающих громкоговорителей.
Чаще всего они бывают линейного типа. Та-
Такой системой можно озвучить длинный объект.
Широкие объекты озвучиваются рядом парал-
параллельных линейных систем. В таких системах
при использовании рупорных громкоговорите-
громкоговорителей приходится применять подзвучивание под
громкоговорителями, т. е. в каждой точке рас-
расположения громкоговорителей применять их
по три штуки: один вперед, другой назад и
третий вниз.
Преимущество применения рупорных гром-
громкоговорителей в зональных системах — их
меньшая общая стоимость по сравнению с дру-
другими громкоговорителями. Зональные системы
в сравнении с сосредоточенными и распреде-
распределенными имеют лучшую локализацию звуко-
звукового поля, так как размеры частных зон неве-
невелики, а за их пределами уровень быстро пада-
падает.
Наиболее удобны для зонального озвучения
широких площадей (рис. 8.10) радиальные
громкоговорители или веерные групповые сис-
системы громкоговорителей (расположение не-
нескольких звуковых колонок или рупорных
громкоговорителей) около центральных точек
частных зон озвучения. При таком расположе-
расположении громкоговорителей уровень поля на стыке
границ соседних частных зон озвучения (по от-
отношению к уровню от действия громкоговори-
громкоговорителя своей зоны) повышается на 3 дБ, так как
интенсивности от двух громкоговорителей
¦ складываются арифметически. В углах зон
увеличение будет на 6 дБ (от четырех громко-
громкоговорителей). Уровень на всей границе зоны
будет примерно один и тот же. Неравномер-
Неравномерность озвучения, для радиальных громкого-
громкоговорителей можно определить, считая их ха-
204
рактеристику направленности в нижней поло-
половине вертикальной плоскости близкой к сфери-
сферической (на самом деле под громкоговорителем
получается уменьшение направленности на
5 ... 7 дБ по сравнению с излучением под 90° к
вертикальной оси), так как радиальный гром-
громкоговоритель излучает вниз несколько слабее,
чем в сторону. Внутри каждой зоны уровень
может быть определен по характеристике нап-
направленности своего громкоговорителя, так
как громкоговорители других зон практиче-
практически ничего не добавляют.
Для точки, находящейся под громкоговори-
громкоговорителем, звуковое давление и уровень поля соот-
соответственно равны рбс = /V^rp ~ ^бс) и
L6.c = 20 lg pB.c + 94, где pt — звуковое
давление на расстоянии 1 м от громкоговори-
громкоговорителя по его акустической оси; /irp — высота
подвеса громкоговорителя над землей; к$.с —
— вертикальная координата точки нахожде-
нахождения головы ближайшего слушателя.
Для точки, находящейся на расстоянии г
в сторону от оси (под углом v к ней): Ру-с=
= kPl/V(hrv -Лб.с)Ч-Г2 и Ху.с= 201g py.c4-
+94, tg v = r/(hrp - Лб.с),
где k _ коэффициент, учитывающий увеличе-
увеличение направленности излучателя. Под углом
50 ...70° его можно считать равным 2. Нерав-
Неравномерность озвучения для одного громкого-
громкоговорителя
= 201g
а на стыке зон AL = ALi — 3.
Пример. Радиальные громкоговорители,
подвешенные на высоте 8 м, находятся на рас-
расстоянии 40 м друг от друга. Звуковые давле-
давления и уровни поля на высоте 1,5 м под гром-
громкоговорителем и на стыках зон от одного гром-
громкоговорителя для рх = 4 Па будут:
рб.с = 4/(8-1,5)=0,б2Па, (v = 72°);
Добавляя к последнему 3 дБ от дейст-
действия соседнего громкоговорителя, получаем
88,6 дБ. Поэтому неравномерность озвучения
будет AL = 89,8 — 88,6 = 1,2 дБ.
Подсчет неравномерности для углов зоны
показывает, что если полагать k = 2, то она
будет менее 1 дБ, а с учетом уменьшения излу-
излучения (для угла у — 77°) неравномерность бу-
будет несколько больше.
В зональных системах появляется опас-
опасность возникновения эха из-за разности хода
между соседними громкоговорителями. Эхо мо-
может прослушиваться под громкоговорителем,
так как разность хода в этой точке получает-
получается максимальной (Дг = / — Лг.с, где /irc —
высота подвеса громкоговорителя над озвучае-
мой поверхностью; / « d ~ расстояние между
?
/
/
/
/
9 him
/ /
?71Аб/бл
1 ц$ь*
хо»а
/\
/т,
/
f
/
t
Рис. 8.10. Иллюстрация озвучения большой
площади зональной системой
громкоговорителями). Разность уровней оп-
определяется отношением расстояний и разно-
разностью в направленности E...7 дБ), т. е. AL —
= Lh-Lh= 20 lg (Ar.c//)-E... 7).
Практически для радиальных громкоговорите-
громкоговорителей эхо не прослушивается, а в случае приме-
применения других громкоговорителей оно возмож-
возможно и поэтому подлежит проверке (рис.8.11).
Особенно эхо проявляется при продольной
ориентации акустических осей рупорных гром-
громкоговорителей: разность хода волн получает-
получается очень большая, а уровни от громкоговорите-
громкоговорителей уменьшаются с расстоянием очень медлен-
медленно. На рис. 8.11,6 показано такое расстояние
громкоговорителей и указаны зоны эха. Они
получаются очень большими, поэтому в таких
случаях идут на расстыковку зон озвучения,
т. е. заранее планируют необслуживаемые зо-
зоны. По существу, при этом имеет место не-
несколько зон озвучения централизованными си-
системами. Расчет этих зон ведут методами рас-
расчета сосредоточенных систем озвучения.
Другой путь радикального исключения
возможностей возникновения эха — приме-
применение систем бегущей волны. В этом случае
в каждый следующий громкоговоритель по-
поступает напряжение, задержанное на время
прохода звуковой волны от предыдущего
громкоговорителя (см. рис. 8.11, д). Это мож-
можно легко осуществить, если мощный усилитель,
питающий громкоговоритель, расположить
рядом с ним (это будет необслуживаемый уси-
усилитель). В этом случае линии задержки рас-
располагаются на узловой станции. Если длина
такой системы будет 10 км, то максимальная
задержка должна быть около 30 с.
Приведем некоторые данные по расчету эха
в зональных системах.
Линейные зональные системы. Если оси
громкоговорителей направлены по длине оз-
озвучиваемого объекта, то для расчета эха
можно использовать выводы, полученные для
комбинаций двух громкоговорителей с уче-
учетом дополнительного действия соседних гром-
громкоговорителей. Например, при встречной ра-
работе (см. рис. 8.11, в) полезный уровень под
громкоговорителями увеличится на 3 дБ, но
и мешающий уровень тоже увеличится на 3 дБ,
а на других участках уровень помех немного
увеличится из-за действия соседних громкого-
громкоговорителей, поэтому запас по перепаду уровней
205
Рис. 8.11. Зональное озвучение длин-
длинных объектов:
а — поперечное; б — продольное под уг-
углом; в — встречно работающими громко-
громкоговорителями; г — несколькими линейны-
линейными системами с встречно работающими
громкоговорителями; д — система бегущей
волны
в)
несколько снизится. Требуется подзвучивание
под громкоговорителями.
Если ogh громкоговорителей направлены
поперек объекта (см. рис. 8.11), а) и цепочка
одна (с одной стороны объекта), то значитель-
значительные помехи могут быть только под громкого-
громкоговорителями от действия соседних, если рас-
расстояние между громкоговорителями более 25 м
(считая, что высота их подвеса более 5 м). Для
высоты подвеса h и расстояния между громко-
громкоговорителями dr разность хода для точки
под громкоговорителем А^ = (Л2 + d2I/2 — h,
а перепад уровней для звуковых колонок
где и — h sin а0 и w — h cos а0, так как *=0.
Полагая sin a0 =tga0 = l/X0, перепад уров-
уровней (с учетом помех от двух громкоговорите-
громкоговорителей)
— 3
)[
]¦
Если взять d = 40 м, ft ~ 5 м, eR — 0,95,
ег = 0,9 (колонка I5K3), Хо — 3 (опти-
(оптимальный по минимуму неравномерности для
этой колонки), то перепад уровней будет
AL= 10 lg {1 + 40233ДE2-0,19A+32/0,098I} -
— 3= 12,3 дБ, время запаздывания Дт =
= [D02 + 5а)'/'--5]340 =0,104 с. Требуемый
перепад из рис. 2.21 получается 12 дБ, т. е.
в норме для заметного эха. Примерно тот же
перепад получается и для других наклонов
осей в пределах Хо -~ 2 ... 10, так как
Х?/A — е\) > 1, и поэтому
AL-lOlg 1
Г * (I -е\) 1
t) t
Из практики известно, что предельное рассто-
расстояние между колонками не должно быть более
45 м. Заметим, что для рупорных громкогово-
громкоговорителей этот расчет не годится, так как эл-
эллиптическое приближение под такими боль-
большими углами не дает точных результатов.
К тому же рупорные громкоговорители, как
показывает практика, чаще всего используют
вдоль длинного объекта, а поперек его редко.
Исключение составляет звукофикация широко-
широкого объекта (площади), когда нельзя устанав-
устанавливать столбы на площади для подвески гром-
громкоговорителей.
Заметим, что системы с громкоговорителя-
громкоговорителями, расположенными вдоль объекта, обслу-
обслуживают зону шириной до 25 м, системы с попе-
поперечно расположенными громкоговорителями—
зону шириной до 100 м (до появления эха)
и до 50 м при заметном эхе.
Чтобы избежать мертвых зон под рупор-
рупорными громкоговорителями и, следовательно,
эха иногда используют (при высокой подвеске)
строенные рупорные громкоговорители: один
из них направляютосьювниз.
Пространственные зональные системы. Они
могут быть составлены из нескольких линей-
ныхУсистем (см. рис. 8.11, г), каждая из кото-
которых обслуживает относительно узкую, но
206
длинную зону. В этом случае возможно появ-
появление взаимных помех.
Для поперечного расположения громкогово-
громкоговорителей в каждой узкой зоне помехи от сосед-
соседних зон определяются так, как для продоль-
продольного расположения громкоговорителей в ли-
линейных системах, а для продольного располо-
расположения в каждой узкой зоне так, как для по-
поперечного расположения в линейных системах.
Для пространственных зональных систем с
обслуживанием их радиальными громкогово-
громкоговорителями помехи в виде мешающего эха появ-
появляются при расстояниях между громкоговори-
громкоговорителями свыше 40 м. Под каждым громкогово-
громкоговорителем получается перепад уровней, создава-
создаваемых своим громкоговорителем и четырьмя со-
соседними
AL=101g
1?.
а разность хода во времени Ат = [(rfa +
+ Л2I/* — Л]/340. Например, подставляя в
эти выражения значения d = 40, h = 5, по-
402
лучаем: AL = 10 lg A + -^-) — 12= 6 дБ, и
разность хода Ат = 0,104 с, тогда как до-
допустимая разность уровней для этого запаз-
запаздывания составляет для появления мешаю-
мешающего эха также 6 дБ. При этом неравно-
неравномерность озвучения с учетом 3 дБ на стыке
зон будет
AL=10tg
= 101g
4Л2
402
4-52
-9 = 3,ЗдБ.
Если сдвинуть громкоговорители на 30 м, то
соответственно перепад уровней будет 3,5 дБ
и разность хода до 75 мс. Требуемый перепад
для появления мешающего эха (см. рис. 2.21)
составляет — 1 дБ, а заметного +6 дБ. По не-
неравномерности можно было бы разнести гром-
громкоговорители и на большее расстояние, но су-
существующие радиальные громкоговорители
развивают недостаточно большой уровень, что-
чтобы создать требуемый уровень 70 дБ для слу-
слушания иа фоне акустических шумов.
Радиальные громкоговорители, составлен-
составленные из звуковых колонок или рупорных, мо-
могут перекрыть большие расстояния при боль-
большей высоте подвеса. Так, громкоговоритель,
составленный из шести 10ГРД-5, при высоте
подвеса 10 м обслуживает зону 50x50 м без ме-
мешающего эха.
Методы нейтрализации помех в системах
зональной звукофикацни. Как указывалось,
помехи в системах звукофикации возникают
от действия тех же громкоговорителей, кото-
которые установлены на заданном объекте звуко-
звукофикации для его озвучения, а также от от-
отражения звуковых волн от различных строе-
строений, стоящих около объекта или даже на самом
объекте звукофикации. Помехи возникают и
от других громкоговорителей, если размеры
озвучиваемой поверхности велики и одним
сосредоточенным источником . звука не обой-
обойтись, и поэтому приходится использовать зо-
зональную или распределенную систему озвуче-
озвучения или по крайней мере иметь два источника
звука, работающих навстречу друг другу.
Поэтому важно определять уровни этих помех
на озвучиваемой поверхности и" способы их сни-
снижения.
Определение уровней, создаваемых систе-
системами озвучения. Если расстояние слушателя
от звука, отражающегося от строения, не пре-
превышает 10 м, то никакой помехи нет. Но в боль*
шинстве случаев размеры озвучиваемой по-
поверхности гораздо больше 10 м, и если строе-
строения находятся на краю озвучиваемой поверх-
поверхности, то в ряде ее точек будет разность хода
прямой и отраженной звуковых волн более
20 м. В таких случаях, чтобы уменьшить уро-
уровень отраженных звуковых волн, надо создать
наибольший градиент изменения уровня в на-
направлении к этому строению. Эти требования
можно выполнить, создавая уровень на гра-
границе озвучиваемой поверхности не более 11 дБ
ниже максимального, тогда вследствие отра-
отражения, воспринимаемого слушателем, уро-
уровень будет только на 8 дБ ниже максимально-
максимального и неравномерность не превысит нормы.
Для получения большого градиента изме-
изменения уровней угол наклона оси громкогово-
громкоговорителя нельзя брать меньше 18° (Хо « 3),
а для получения небольшой неравномерности
на начальном участке нельзя брать угол на-
наклона больше 26° (Хо = 2). Следовательно,
при больших размерах площади (например,
80 м) надо подвешивать громкоговорители не
ниже 80/3 = 28 м и не выше 80/2 = 40 м.
Только при такой высокой подвеске градиент
изменения уровней будет предельно воможным.
Пример. Возьмем мощную звуковую ко-
колонку 100КЗ, ее эксцентриситет ев = 0,985,
а A —el) « 0,03. При продольном размере
площади 80 м, точке упора оси в озвучиваемую
поверхность 40 м, высоте подвеса колонки 20 м
(Хо =2, Х3 = 4) получим неравномерность
озвучения на границе площади
AL=101g
A+0.03-22)
A+22J
Так как у края озвучиваемой поверхности на-
находится строение, хорошо отражающее зву-
звуковые волны, то уровень повысится на 3 дБ и
неравномерность снизится до 6,8 дБ. Построим
график уровней для Х0 = 2 в зависимости от
расстояния до громкоговорителя (рис. 8.12).
Если отражающая поверхность будет на рас-
расстоянии 80 м от громкоговорителя, то для от-
отраженной волны уменьшение уровня будет
зеркальным отражением (кривая /). Опреде-
Определим перепады уровней прямого и отраженного
звука в зависимости от расстояния и времени
запаздывания и результаты запишем в табли-
207
Таблица 8.5. Перепады уровней для различных отражений при высоте 20 м
Разность хода, м
Время запаздывания, мс
Перепады уровней
допустимые
1 отражение
2 отражение
3 отражение
)
)дБ
0
415
18
10
17
20
20
332
16
14
18
19
40
226
12
15
11
14
60
115
5
7
5
8
цу (отражение 1). Там же даем предельно воз-
возможные перепады уровней (граница мешающе-
мешающего эха). Как видим из этих данных, мешание
будет в пределах от точки под громкоговорите-
громкоговорителем до 30 с от него. Избежать этого можно пу-
путем подзвучивания менее мощным громкогово-
громкоговорителем, направленным вниз под углом 60°,
или озвучивать эту часть площади (на ней мо-
могут находиться трибуны) специальными гром-
громкоговорителями, находящимися на расстоя-
расстоянии 30 м от основных громкоговорителей и на-
направленных на трибуны (навстречу основным).
Если отражающая поверхность находится
на расстоянии 20 м или 40 м за краем озвучи-
озвучиваемой поверхности (х9 = 100 и 120 м), то ана-
аналогично строим кривую отраженных уровней
(кривые 2 и 3) и из них находим перепады уров-
уровней прямого и отраженного звука. Эти дан-
данные сводим в ту же табл. 8.5. Для 100 м (отра-
(отражение 2) только точки под громкоговорителем
имеют перепад уровня меньше допустимого на
1 дБ» а при 120 м — перепад уровней обеспечи-
обеспечивает отсутствие эха (запас 2—3 дБ). Если необ-
-is-
Рис. 8.12. Пример расчета перепада уровней
прямого и отраженного звуков от препятст-
препятствий на расстояниях 30 (/), 100 B), и 120 м
C)
ходимо, то можно подзвучить маломощными
громкоговорителями. Для отражающей по-
поверхности на расстоянии 40 м от края озвучи-
озвучиваемой поверхности перепады получились
больше допустимых на 2...3 дБ на всей пло-
площади.
Для мощного рупорного громкоговорите-
громкоговорителя (ен = 0,945; 1 — е\ = 0,107) при тех же
установочных данных
., «*.. 0,5[14-A4 -0, Ю7.2»)] X
A4-2-4) A4-2»)
Х[A4-2-4J4-D—2J/0,Ю7
-9,2 дБ.
Рассуждая аналогично предыдущему слу-
случаю, получаем перепады уровней прямого и
отраженного звука. Сравнивая эти данные с
предыдущими, видим, что они мало отличаются
друг от друга. Разница между этими громкого-
громкоговорителями только в том, что у колонки нет не-
необслуживаемой зоны под громкоговорителем
(неравномерность не более 8 дБ), а у рупор-
рупорного она есть (в данном случае она получается
и при неравномерности 8 дБ).
Определим точку, в которой уровень равен
уровню в точке упора оси. Имеем хх = 30X
Х0,9452/A+0,107-4) = 19 м, а уровень под
громкоговорителем в этом случае на 18,3 дБ
ниже, чем в точке упора оси. Поэтому необ-
необслуживаемая зона будет шириной около 10 м.
Преимуществом рупорного является большая
громкость передачи (примерно на 6 дБ).
Как колонки, так и рупорные громкого-
громкоговорители, применяемые для озвучения боль-
больших площадей, создают недостаточно большой
градиент уменьшения уровней для того, чтобы
не мешать в соседних зонах. Даже при X =
= 100 (для нашего случая это 2 км) уровень
снижается по отношению к максимальному
только на 43 дБ, т. е. при максимальном уров-
уровне 90 дБ это будет 47 дБ, что около санитар-
санитарной нормы для внешнего шума жилой зоны.
Таким образом, зона мешания простирается на
2 км от озвучиваемой площади. Такой системой
можно пользоваться только в особых случаях
(праздничное гулянье и т. п.).
Звуковые колонки много излучают и назад,
причем дальность этого действия приме но в
5 раз меньше, т. е. составляет около 400 м.
В этом отношении рупорные громкоговорите-
громкоговорители лучше, так как они почти не излучают на-
назад У и помехи от них в эту сторону не будут
далее 10 ... 20 м.
208
15кЬ
a)
L
-2
-4
-6
-8
-Ю
-12
-14
\
- V %
- V—/
: Yjf
: Л^
: / \
./
r
-2
0)
Рис. 8.13. Иллюстрация расчета перепадов уровней для двух встречно работающих
громкоговорителей при разных углах наклона их осей к горизонту:
а—15КЗ и *о=2 B6°); б— 15К.З и Хо-Ю E,7е); в— 10ГРД и Х„~2; г — 10ГРД и *.= Ю
Два громкоговорителя, работающие встреч-
встречно, на середине между ними создают" одинако-
одинаковые уровни, и поэтому общий уровень на сред-
средней линии на 3 дБ выше, чем при одиночной
работе громкоговорителя. В обе стороны от
этой точки на 10 м помех не будет, так как раз-
разность хода с учетом высоты подвеса будет
меньше 20 м. Дальше этого расстояния воз-
возможно появление эха. Как было показано ра-
ранее, отраженный звук от препятствия, находя-
находящегося на краю озвучиваемой поверхности
длиной 80 м, еще не создает мешающего эха.
Но это равносильно встречной работе громко-
громкоговорителей, находящихся на расстоянии
160 м друг от друга (и даже они могут быть на
расстоянии 200 м, так как при этом еще нет
мешающего эха). Только в этом случае потре-
потребуется озвучивать ближнюю зону около гром-
громкоговорителей.
Предыдущее рассмотрение относится к ра-
работе мощных громкоговорителей с озвучением
большой площади. Часто требуется озвучить
двумя громкоговорителями небольшую улицу
или площадь. В этом случае используют зву-
звуковые колонки или рупорные громкоговорите-
громкоговорители средней и иногда небольшой мощности, ча-
чаще всего рупорные 10 Вт (громкоговоритель
10ГРД-5 и звуковые колонки 15КЗ-4 или
15КЗ-6, смотря по назначению системы: 15КЗ-6
применяют для передачи художественных про-
программ). В данных случаях имеют дело только
с взаимными помехами.
Есть два метода снижения этих помех. Один
был рассмотрен ранее (подвеска громкогово-
громкоговорителей с большой крутизной подвески {Хо=
= 2 и 3) и направлением осей громкоговорите-
громкоговорителей на точки ближе середины зоны (на 0,2 ...
... 0,25 расстояния между громкоговорителя-
громкоговорителями). Второй метод — подвеска громкоговори-
громкоговорителей на небольшой высоте с тем, чтобы под
ними уровень был на 6 ... 11 дБ выше, чем на
середине зоны.
По первому методу строим зависимость
уровней от расстояния до громкоговорителей
(рис. 8.13, а). В середине на стыке зон уровни
увеличиваются на 3 дБ из-за суммирования
интенсивностей. В результате получаем пере-
перепады уровней, приведенные в табл. 8.6, и раз-
разность времени прихода звуковых волн в зави-
зависимости от расстояния с учетом высоты подве-
подвеса громкоговорителей. Как видим, по этому
методу есть запас на 4... 5 дБ, если считать,
что под громкоговорителем в небольшой зоне
шириной около 3 м будет мешающее эхо. При
необходимости там надо поместить небольшие
громкоговорители для озвучения этой части
площадки. Можно было бы раздвинуть громко-
громкоговорители на расстояние до 120 м друг от
друга — эхо не будет мешающим. Но для та-
такого расстояния мощности громкоговорителей
Таблица 8.6. Сравнение двух методов по перепадам уровней
. Параметр
Расстояние от громкого-
громкоговорителя, м
Время запаздывания, мс
Перепады уровней, дБ:
допустимый
фактический
Первый метод B6°)
0
266
14
13
10
225
12
17
20
175
9
14
30
115
5
9
40
58
2
4
j
50
0
0
0
Второй метод E,7е)
0
280
15
16
10
234
12
15
20
175
9
И
30
117
5
7
40
58
0
3,5
50
0
0
0
209
Т а б л и ц а 8.7. Сравнение двух методов по перепаду уровней
Параметр
Расстояние от громкого-
громкоговорителя, м
Время запаздывания, мс
Перепады уровней, дБ:
допустимый
фактический
Первый метод B6")
0
266
14
8,4
10
225
12
11,8
20
171
9
12,9
30
115
Ь
8,3
40
58
0
4
50
0
0
0
0
286
15
— 1,8
10
234
12
16,1
Второй
20
175
9
11,5
метод
30
117
5
7,2
E,7е)
40
58
0
3,5
50
0
0
0
будет недостаточно для получения приемле-
приемлемых уровней передачи.
По второму методу (рис. 8.13, б) перепады
несколько меньше, чем по первому методу,
кроме участка под громкоговорителями. Но
и такие перепады вполне достаточны. Неравно-
Неравномерность озвучения получается 7,4 дБ.
Можно использовать промежуточные ва-
варианты: увеличение высоты подвеса с прибли-
приближением точки упора оси ближе к границе раз-
раздела зон.
Рассмотрим те же методы применительно к
рупорным громкоговорителям, в частности к
10ГРД-5. Строим зависимости уровней от рас-
расстояния до громкоговорителей (рис. 8.13, г и
д) и рассчитываем перепады уровней для тех
же расстояний и углов наклона оси громкого-
громкоговорителей, как и в предыдущем случае. Дан-
Данные расчетов сводим в таблицу 8.7 для обоих
методов.
Как видно из данных, по первому методу
только в зоне под громкоговорителем шириной
10 м перепад меньше допустимого, т. е. требу-
требуется дополнительное подзвучивание этой зо-
зоны. По второму методу то же самое, но требу-
требуется подзвучение той же зоны с более высоким
уровнем. Это вполне понятно, так как рупор-
рупорные громкоговорители почти не излучают под
углом 90° и слабо излучают под большими уг-
углами.
В рассмотренных случаях исходили из ус-
условия отсутствия мешающего эха. Но при оз-
озвучении с более высокими требованиями
следует исходить из условия заметного эха.
В этом случае допустимые перепады уровней
гораздо меньшие и поэтому расстояния между
громкоговорителями надо брать вдвое меньше
D0 ... 60 м). Дело в том, что абсциссы кривой
заметности эха и кривой мешающего эта от-
отличаются примерно вдвое, и поэтому для
одних и тех же перепадов уровней время
запаздывания надо иметь вдвое меньшее.
Сравним рассмотренные методы озвучения с
зональной системой, состоящей из громкогово-
громкоговорителей, оси которых направлены в одну сто-
сторону по длине объекта. Если взять два гром-
громкоговорителя с расстоянием между ними 50 м
и направить ось одного из них В точку под сле-
следующий за ним громкоговоритель, то можно
найти Перепады уровней в различных точках
по линии громкоговорителей. Получаются до-
достаточно большие перепады, но при большой
неравномерности озвучения. Выходов два:
сблизить громкоговорители, например до 40 м,
или оставить громкоговорители на прежних ме-
местах, но изменить наклон их реей, взяв про-
промежуточный наклон между двумя методами.
При таком условии перепады сильно уменьша-
уменьшаются. Для примера рассмотрим один случай:
звуковые колонки 13КЗ-5 подвешены на высо-
высоте 10 м с углом наклона 11,3° (X = 5). Рас-
Расчет уровней, развиваемых колонками, дает
перепады уровней, приведенные ниже.
Расстояние от гром-
громкоговорителя, м . . 0 10 20 30 40
Время запаздыва-
запаздывания, мс ...... 121 137 142 144, 145
Требуемый перепад,
дБ 5 5,8 6,2 6.9 7.5
Фактический пере-
перепад, дБ 4.2 7,1 8 8,7 8,1 -
Как видим, около громкоговорителя перепад
меньше требуемого. Этот вариант уступает
предыдущим по количеству точек озвучения
(требуется опор вдвое больше). Его преимуще-
преимущество в том, что звук как бы идет в одном на-
направлении. Примерно такие же результаты по-
получаются и для рупорных громкоговорителей.
Но для них обязательно требуется подзвучива-
подзвучивание под громкоговорителями.
8.5. ОСОБЕННОСТИ ОЗВУЧЕНИЯ
ПОМЕЩЕНИЙ
Помимо того что в помещениях обязатель-
обязательно присутствуют реверберационные помехи и
помехи от диффузного звука, имеющего уро-
уровень выше уровня прямого звука, они имеют
ряд специфических черт, которые следует учи-
учитывать при их озвучении. К этим особенностям
относятся: 1) наличие отражений от ограни-
ограничивающих поверхностей с небольшим запазды-
запаздыванием по отношению к прямому звуку, что
повышает эффективность систем озвучения; 2)
ограничение высоты подвеса из-за потолка;
3) как правило, меньшие размеры озвучивае-
озвучиваемых площадей в сравнении с открытым прост-
пространством.
Для озвучения помещений используют со-
сосредоточенные и распределенные системы. Зо-
Зональные системы применяются редко, если не
считать, что использование отдельной системы
для озвучения балконов и лож представляет
210
собой зональную систему. Правда, в очень
больших помещениях (типа выставочных) иног-
иногда применяют зональную систему.
8.6. СОСРЕДОТОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ
ОЗВУЧЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ
Для озвучения помещений почти не исполь-
используют рупорных громкоговорителей 1, так как
они непригодны для передачи художественных
программ, а помещения для речевых передач
не так велики, чтобы применять в них мощные
громкоговорители. Поэтому для сосредоточен-
сосредоточенных систем используют преимущественно зву-
звуковые колонки, располагаемые вблизи первич-
первичных источников звука, т. е. на сцене, около
кафедры и т.п., а иногда и в центре зала. Для
музыкальных передач необходимо, чтобы удов-
удовлетворялись условия локализации первичного
источника звука. Для большинства помещений
достаточно иметь одну звуковую колонку, что-
чтобы обеспечить равномерное озвучение зала ши-
шириной не более 12 м. Часто приходится уста-
устанавливать две звуковые колонки по бокам сце-
сцены из-за невозможности установки одной ко-
колонки в середине сцены. Две колонки обеспе-
обеспечивают озвучение помещений шириной не ме-
менее 20 мм. Более широкие залы озвучивают че-
четырьмя колонками, но не более. Если помеще-
помещение прямоугольной формы, то оси колонок це-
целесообразно направлять параллельно друг
другу. При круглой (полукруглой) форме по-
помещения (в плане) оси целесообразно направ-
направлять по радиусам секторов.
Расчеты ведутся, как и для открытых про-
пространств, но с учетом отражений, от задней и
частично от боковых стен. Если задняя стена
имеет коэффициент отражения 0,6, то суммар-
суммарная интенсивность звука у задней стены будет,
в 1,6 раза больше интенсивности прямого зву-
звука, поэтому в таких помещениях по сравнению
с открытым пространством высоту подвеса
следует брать меньше в 1,6 раза. Тогда уровни
под громкоговорителем и в удаленной точке
будут одинаковыми. В этом случае высота под-
подвеса звуковой колонки над озвучиваемой по-
поверхностью будет около Лк.с = 0,7x0Vl—е2,
где х0 — расстояние от колонки до удаленной
точки; ев — эксцентриситет диаграммы на-
направленности по вертикали. В углах помеще-
помещения уровень повышается от отражений от бо-
боковых стен, и поэтому он почти такой же,
как на оси помещения. Это повышение уровня
ограничено расстояниями от стены не более 8 м,
так как на больших расстояниях отраженные
волны уже будут становиться помехами. По-
Поэтому уровень звука в середине помещения рас-
рассчитывают без учета отражений от стен. Это
приводит к уменьшению неравномерности оз-
озвучения по сравнению с открытыми простран-
пространствами. Если стены сильно заглушены, то тог-
тогда никакой поправки брать не следует.
Пример. Найти высоту подвеса звуковой
колонки над озвучиваемой плоскостью для
ев = 0,97 и расстояния колонки от задней
стены х0 = 20 м, если средний коэффициент
отражения от нее A—0,4) = 0,6, где 0,4 —
средний коэффициент поглощения задней сте-
стены. Имеем
= 0,7.20
— 0,97а) =з,4м.
1 Исключение
громкоговорители,
системы.
составляют рупорные
входящие в акустические
Если отражения от задней стены нет, то высо-
высоту следует брать Лк,с = 3,4-1,6 = 5,4 м.
Для коэффициента отражения 0,6 увеличе-
увеличение уровня получается у задней стены на
10 lg 1,6 = 2 дБ, поэтому неравномерность
озвучения будет AL = 10 lg B el)—2. Если
ев = 0,97, то неравномерность будет менее
1 дБ.
Сосредоточенные системы в виде звуковых
люстр (несколько диффузорных громкоговори-
громкоговорителей или маломощных звуковых колонок,
располагаемых веером) применяют для озву-
озвучения различного рода помещений, где слуша-
слушатели в основном расположены вокруг центра
помещения (например, залы «круглого стола»).
Такие люстры не имеют направленности по го-
горизонтали и представляют собой своего рода
радиальный громкоговоритель. Если исполь-
используют диффузорные громкоговорители, то вслед-
вследствие их низкой направленности уровень звука
в каждый точке помещения будет определяться
совместным действием всех громкоговорите-
громкоговорителей. Для звуковых колонок, входящих в лю-
люстру и имеющих угол изучения не более 60°,
можно считать их излучение только в свою зо-
зону, а на стыках зон добавлять 3 дБ. Расчет
поля ведут методом координат 1.
8.7. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ
ОЗВУЧЕНИЯ
Распределенные системы делятся на линей-
линейные и поверхностные. Линейное расположе-
расположение громкоговорителей называют цепочкой, а
поверхностное — решеткой. Распределенные
системы в помещении применяют в виде на-
настенных (рис. 8.14, а и б), потолочных цепочек
(рис. 8.14, в и г), а также в виде потолочных ре-
решеток из громкоговорителей (рис. 8.14, д).
Кроме того, применяют кресельные системы
из громкоговорителей или телефонов. Распре-
Распределенные системы широко применяют, когда
нет необходимости в локализации первичного
источника звука, т. е. когда его нет в помеще-
помещении, или для речевых информационных пере-
передач, так как в этом случае локализация источ-
источника звука необязательна.
В распределенных системах используют
диффузорные громкоговорители или звуковые
колонки. Применение рупорных громкоговори-
громкоговорителей в распределенных системах даже для
1 См. программы в разд. 12.
бзвулеНИя открытых пространств нерациональ-
нерационально, а для помещений — тем более, так как
они слишком мощны для таких систем.
При расчетах звукового поля с примене-
применением диффузорных громкоговорителей счита-
считают их ненаправленными, что верно только для
частот ниже 1000 Гц. Расчеты для диапазона
свыше 1000 Гц следует вести, как для звуковых
колонок, имеющих одинаковую направлен-
направленность в вертикальной и в горизонтальной пло-
плоскостях, с эксцентриситетом диаграмм направ-
направленности, как у колонки в горизонтальной
плоскости. Колонку для этого следует брать с
громкоговорителями, близкими к расчитывае-
расчитываемым.
Для бесконечной прямолинейной цепочки
из п диффузорных громкоговорителей с шагом
цепочки d и высотой подвеса Лц над озвучивае-
озвучиваемой поверхностью (см. рис. 8.14, а) уже на
расстоянии г > 0,6 d от цепочки громкогово-
громкоговорителей фронт волны получается практически
цилиндрическим. Звуковое давление, создавае-
создаваемое цепочкой на расстоянии г (в пределах меж-
между nd и 0,6 d), определяется формулой р2х =
— 2 p\lrd, где г = У х3 + Лц ; рх — звуко-
звуковое давление на расстоянии 1 м от диффузор-
ного громкоговорителя; х — координата точ-
точки (см. рис. 8.14, а). Для г < d или г > nd
волна получается сферической и расчеты ве-
ведут по формулам: рг1 = ргг, или ргп = пР\г-
изЬучпдаем.плоскость
в)
Щ1
г »* .1
S
•А
J
Ж ж ж ж
/ I \/ I \/ I \/ ! \
Озвучиваемая плоскость
« ¦ »
о о о о
О О О О
о о о о
з) > д)
Рис. 8.14. Озвучение помещений распределенными системами:
а — одна настенная цепочка; б — две настенные цепочки; в — одна потолочная цепочка; г — две
потолочные цепочки; д — потолочная решетка
212
Неравномерность озвучения в пределах
озвучиваемой плоскости по ее ширине опреде-
определяют из соотношения между высотой подвеса
цепочки Лц и расстоянием цепочки от удален-
удаленного слушателя
т. е. ALB= 10 lg (гтаХ/Нц) = б lg [1 + (цц)]
Эту неравномерность можно найти по кривой /
на рис. 8.15.
Пример. Цепочка подвешена на боковой
стене на высоте 4 м над полом (слушатели си-
сидят, поэтому высота подвеса над озвучиваемой
плоскостью равна 3 м), расстояние цепочки
до противоположной стены равно 6 м, найти
неравномерность озвучения при условии сла-
слабого отражения от стен. Имеем ALB =
= 5 1g(l + 6a/32)= 3,5 дБ.
Если задано, что неравномерность озву-
озвучения должна быть не более 3 дБ, то по кривой
/ на рис. 8.15 находим, что отношение высоты
подвеса к ширине помещения должно быть
не менее 0,58, т. е. высота подвеса цепочки
должна быть не менее Лц = 0,58-6= 3,5 м.
Неравномерность озвучения в продоль-
продольном направлении (по длине помещения) бу-
будет наибольшей под цепочкой громкогово-
громкоговорителей. Она определяется по формуле ALi =
= 20 lg cth (яЛц/d). Так как шаг цепочки обыч-
обычно берут из условия получения цилиндриче-
цилиндрической волны по формуле d « 1,6 Лц, то для это-
этого условия AL; « 0,4 дБ.
Пример. Для данных предыдущего при-
примера (Лц =,3,5 м) найдем шаг цепочки d =
= 3,5-1,6=5,6 м.
Если коэффициент отражения от противо-
противоположной стены (по отношению к цепочке) не
менее 0,75 и расстояние от нее до цепочки не
более 8 м, то считают, что в помещении есть две
цепочки, почти одинаковые по развиваемому
звуковому давлению и расположенные на про-
противоположных стенах. В этом случае расчет
ведут по формулам для двух цепочек.
Для двух цепочек (см. рис. 8.14, б), рас-
расположенных на параллельных боковых сте-
стенах, при расстоянии между цепочками Ьц,
высоте подвеса над озвучиваемой плоскостью
Лц и шаге цепочки d звуковое давление в точ-
точках на озвучиваемой плоскости определится
из формулы
pi-
piгде х — расстояние рассматриваемой точки
от первой цепочки; рг — звуковое давление,
создаваемое одним диффузорным громкогово-
громкоговорителем на расстоянии 1 м от излучателя.
Если высота подвеса цепочки не превосхо-
превосходит 0,5 Ьц, то максимальный уровень получа-
получается под цепочками, а минимальный — на
\г
\
\
X
\
к'
\
О 0,1
Рис. 8.15. Зависимость неравномерности озву-
озвучения от высоты подвеса цепочки Ац (решет-
(решетки Ар) над озвучиваемой плоскостью:
/ — одна цепочка на боковой стене (Ьц — расстоя-
расстояние цепочки от противоположной стены); — две
цепочки на боковых параллельных стенах (dn — рас-
расстояние между цепочками); ? —потолочная решет-
решетка (d — шаг решетки)
средней оси помещения. Звуковое давление оп-
определяется из формулы
В этом случае неравномерность озвучения по
ширине помещения
AL=101g
На рис. 8.15 приведена эта зависимость
(кривая 2). Из нее следует, что если высота
подвеса цепочки над озвучиваемой плоскостью
не менее 0,3 Ьп, то неравномерность озвучения
будет меньше 1 дБ. Для неравномерности оз-
озвучения в продольном направлении зависи-
зависимость остается той же, что и для одной цепоч-
цепочки, поэтому шаг цепочки d = 1,6ЛЦ.
Пример. На боковых стенах должны быть
подвешены две цепочки, расстояние между сте-
стенами 12 м. Определить высоту подвеса и шаг
цепочки для неравномерности озвучения не
более 1 дБ. Высоту подвеса берем hn= 0,3-12=
= 3,6 м (над полом она будет 4,6 м), шаг це-
цепочки d= 1,6-3,6=5,76 м. Положим, что
высота помещения составляет только 4 м,
поэтому отношение hn/bn — 3/12 = 0,25. Из
рис. 8.15 по кривой 2 находим, что неравно-
неравномерность озвучения в поперечном направле-
направлении 1,5 дБ. Для такой высоты подвеса цепочки
шаг цепочки следует брать d — 1,6-3 = 4,8 м.
Для тех же данных (Лц = 3,6 м) определим
минимальный уровень при использовании диф-
фузорных громкоговорителей, если громко-
213
говоритель развивает 1 Па на расстоянии 1 м.
Получаем
= 0,35 Па,
а уровень Lmln = Ю lg 0,124+94 = 84,9 дБ.
Следует также учитывать, что из-за отра-
отражения от стен уровень может увеличиться на
2...3дБ.
Для цепочки из звуковых колонок звуко-
звуковое давление определяется аналогично случаю
ненаправленных громкоговорителей с уче-
учетом эксцентриситетов диаграммы направлен-
направленности в продольной и поперечной плоско-
плоскостях, проходящих через ось излучателя еь' и
\—el
— е\)
Здесь-м и w — координаты точки на озвучива-
озвучиваемой поверхности для системы координат, при-
привязанной к характеристике направленности
звуковой колонки, т. е. ось координат и на-
направлена по оси звуковой колонки, ось w обыч-
обычно находится в вертикальной плоскости, про-
проходящей через ось колонки. Координата v не
участвует, так как рассматривается волна
цилиндрической формы. Для помещений с па-
параллельными боковыми стенами оси колонок
располагают перпендикулярно боковой стене
и направляют на слушателей, сидящих у про-
противоположной стены. Для помещений с расхо-
расходящимися стенами расчеты ведут для каждой
колонки в отдельности с последующим сумми-
суммированием интенсивностей в каждой точке. Для
перехода к координатам и, w, от координат х
и z используют следующие формулы:
и = х cos a -{- (h—z) sin а;
tt» = jesina — (h — г) cos а,
где h — координата центра колонки; a —
угол наклона оси колонки к горизонтали,
определяемый из формулы: tg a = (h —
— hr.c)/xo = hy.c/l; Vc — высота центра
колонки над головами удаленных слушате-
слушателей; х0 -«- расстояние от центра колонки до
удаленных слушателей по горизонтали; /iy.c —
вертикальная координата удаленной точки
озвучиваемой поверхности.
Для получения неравномерности озвучения
в поперечном направлении не более 3 дБ берут
высоту подвеса цепочки
где Ь — расстояние цепочки от противополож-
ной стены; d= 1,6ЛцЛ — /2 —шаг цепоч-
цепочки.
Пример. Рассчитать звуковое поле для це-
цепочки из звуковых колонок, имеющих характе-
характеристику направленности, определяемую экс-
эксцентриситетами ев = 0,97 и еГ = 0,9. Боковые
стены параллельны друг другу. Расстояние
между ними 12 м. Звуковые колонки располо-
расположены на одной боковой стене. Высота подвеса
Ац= 12 УA— 0,972)/B.0,97— 1) =3м
(т. е. 4 м от уровня поля); шаг цепочки d —
= 1,6.31/1—0,9а = 2 м.
Если звуковая колонка развивает звуковое
давление (на расстоянии 1 м от нее), равное
4 Па, то в точке с координатами и и w имеем
— 0.92
—0.972)
Ум2+ оу2/A—0,97й)
Угол подвеса колонки определится из ра-
равенства tg a = 3/12 = 0,25, sin a = 0,243,
cos a = 0,97. Определяем координаты и и
w для z = 1 и х = 0; 3; 6; 9 и 12 м. Уравне-
Уравнения для перехода от х и у.
и = 0,97* + D—1H,243; w = 0,243 х —
D—1) • 0,97. Расчет сводим в табл. 8.8.
Таблица 8.8. Результаты расчета
звукового поля
X, М
0
3
6
9
12
и, м
0.729
3,64
6,55
9,46
12,37
W, М
—2,91
—2,18
— 1,45
—0,72
0
р». Па1
0,476
0,590
0,852.
0,650
0,462
L, ДБ'
90,8
91,»
93,3
92,1
90,6
Для двух цепочек, расположенных вдоль
боковых стен помещения, оси колонок направ-
направляют на удаленных слушателей, т. е. слушате-
слушателей, сидящих на продольной оси помещения.
Тогда минимальные уровни поля увеличива-
увеличиваются на 3 дБ. При сложной системе располо-
расположения колонок расчет ведут методом координат
и затем для каждой точки поля суммируют
квадраты звуковых давлений от каждой колон-
колонки.
Потолочные цепочки из диффузорных гром-
громкоговорителей рассматриваются, как и настен-
настенные. Только для них высота подвеса задана
(см. рис. 8.14, в и г), и координаты х отсчиты-
отсчитывают от проекции цепочки на пол. Если при-
применяют звуковые колонки, расположенные на
потолке, то расчет ведется по методу коорди-
координат.
Потолочные решетки (см. рис. 8.14, д)
создают плоскую волну на расстоянии z >0,5 d
от решетки. Звуковое давление, развиваемое
решеткой из п ненаправленных громкогово-
громкоговорителей с шагом d, определяется по формуле
р2, = 2nnp\lSt где Pi — звуковое давление,
создаваемое одним громкоговорителем на рас-
расстоянии 1 м от него; S = d2 — обслуживае-
214
Uаи площадь (под решеткой). Иногда шаг ре-
решетки по длине и ширине помещения берут
разный, тогда S = йхйг.
Неравномерность озвучения для решетки
определяется по кривой 3 на рис. 8.15.
Одну настенную цепочку диффузорных
громкоговорителей применяют, если ширина
помещения не превосходит 4 ... 6 м. При шири-
ширине помещения 6 .. 12 м применяют две цепоч-
цепочки из таких же громкоговорителей. В помеще-
помещениях шириной 10 ... 15 м применяют одну, а
шириной 12 ... 20 м — две настенных цепочки
из звуковых колонок или, что лучше, одну
цепочку, расположенную на передней стене.
При низком потолке предпочтение оказывают
потолочным цепочкам, а при очень большой
ширине потолка применяют потолочную ре-
решетку или кресельную систему. Одна пото-
потолочная решетка равноценна двум настенным,
подвешенным под потолком. Во всех случаях
исходят из возможно меньшего акустического
отношения в помещении, возможно меньшей
неравномерности озвучения и архитекутурных
требовании.
Применительно к открытому пространству
распределенные системы имеют лучшую лока-
локализацию звукового поля, чем сосредоточен-
сосредоточенные, но в них совершенно нет локализации
первичного источника звука, так как он при-
приходит с разных направлений.
8.8. ЗВУКОУСИЛЕНИЕ
Назначение систем звукоусиления заключа-
заключается в том, чтобы усилить действие первич-
первичного источника звука (оратора, лектора, со-
солиста, музыкального ансамбля и т.п.) в тех
случаях, когда из-за больших размеров озву-
озвучиваемой поверхности или из-за недостаточной
мощности этого источника звука уровень поля
на местах слушателей получается ниже тре-
требуемого значения. Но даже при достаточной
мощности первичного источника звука усиле-
усиление необходимо, если объем помещения более
2000 м3 или расстояние от удаленного слушате-
слушателя до первичного источника более 25 м.
Система звукоусиления включает в себя
систему озвучения, но в системе звукоусиле-
звукоусиления первичный источник звука находится в
пределах озвучиваемого пространства, и по-
поэтому микрофоны оказываются в поле действия
громкоговорителей. А это приводит к появле-
появлению акустической обратной связи по цепи:
громкоговоритель — помещение (или откры-
открытое пространство) — микрофон — усилитель—
громкоговоритель. Поэтому все требования,
предъявляемые к системам озвучения, имеют
силу и в отношении систем звукоусиления, но с
учетом близости первичного источника звука к
слушателям и наличия обратной акустической
связи.
Дополнительным требованием для систем
звукоусиления является необходимость лока-
локализации вторичного источника звука, так как
слуховое ощущение местонахождения вирту-
виртуального (кажущегося) источника звука опре-
определяется суммарным действием первичного и
вторичного источников звука. В том случае,
когда слушатель видит первичный источник
звука, наилучшее восприятие звука получает-
получается при совпадении зрительного образа со слу-
слуховым. Этот показатель очень важен для музы-
музыки, поэтому при передаче музыкальных про-
программ стремятся к совмещению этих образов.
Задача звукоусилительной системы для пе-
передачи художественных программ заключается
в том, чтобы громкоговорители создавали
уровень поля на местах слушателей не менее
того, который получается у слушателя, нахо-
находящегося на оптимальном расстоянии от пер-
первичного источника звука (рис. 8.16) т. е. в ти-
типовых условиях слушания (гм = 2,3 м; гс =
= 10 ...12 м) система должна создавать мини-
минимальный уровень поля не менее Lmin — LM—
— A2 ...16), где LM — уровень у микрофона,
гм — расстояние исполнителя от микрофона.
Разность уровней в точке с минимальным
уровнем поля и у микрофона называют индек-
индексом передачи тракта микрофон — удаленный
слушатель (или просто индексом тракта), т. е.
Оптимальный индекс тракта для музыкаль-
музыкальных передач QM.C = — A2 ... 16) дБ. Для
речевых передач при определении индексов
тракта исходят из получения полной понятно-
понятности речи в точках с минимальным уровнем
поля с учетом уровней шумов в этих точках.
Но для случая низких уровней шумов индекс
тракта можно определить так же, как и для
музыкальных передач, в этом случае
Lmin>Lu-A0 ... 14) дБ.
Заметим, что эта величина индекса ориентиро-
ориентировочная.
При звукоусилении сольного пения необ-
необходимый индекс передачи следует выбирать,
исходя из норм, приведенных для речевых пе-
передач, хотя некоторые певцы подносят мик-
микрофон к самому рту, и поэтому величина тре-
требуемого индекса в этих условиях получается
меньше, чем для речевых программ.
' При звукоусилении; как правило, нет необ-
необходимости в создании громкоговорителями
уровней поля вблизи первичного источника
звука таких же, как для удаленных участков
озвучиваемой поверхности, поэтому при рас-
расчете звуковых полей эти участки обычно ис-
исключают из рассмотрения или допускают для
Рис. 8.16. Иллюстрация системы звукоусиле-
звукоусиления
215
%-w
Рис. 8.17. Частотная характеристика тракта
звукоусиления:
а — без обратной связи; б — с обратной связью,
близкой к самовозбуждению
них снижение уровня по отношению к удален-
удаленной части помещения или пространства. Нап-
Например, при звукоусилении с помощью рупор-
рупорного громкоговорителя его устанавливают или
в плоскости микрофонов, или немного впереди
ее. Это создает зону с пониженным уровнем по-
поля у микрофона, озвучиваемую непосредствен-
непосредственно первичным источником звука. Ранее был
дан пример расчета поля с рупорным громкого-
громкоговорителем, и там была определена необслужи-
необслуживаемая зона до 1,8 м от громкоговорителя.
При звукоусилении со звуковыми колонками
для этой же цели их располагают по первому
варианту (см. рис. 8.8, а), т. е. пониженным
уровнем под колонками. В этом случае высота
подвеса
где
— расстояние, не обслуживаемое первичным
источником звука; ев — эксцентриситет диа-
диаграммы направленности в вертикальной
плоскости.
Пример. Звуковая колонка, имеющая ев—
=¦= 0,97, должна быть подвешена на такой вы-
высоте над озвучиваемой плоскостью, чтобы не*
обслуживаемая зона была не более 5 м при
длине зала 25 м. Имеем
A-0,972) A+5/25)
2.0,97й —A+5/25)
= 8,1 м.
а если бы эта колонка подвешивалась для оз-
озвучения, то высота подвеса была бы
v
Рис. 8.18. Иллюстрация обратной связи по
прямому звуку
т. е. на 1,6 м ниже.
Из-за обратной связи возможно появление
самовозбуждения всей системы звукоусиления.
Условие самовозбуждения системы звукоуси-
звукоусиления — равенство единице модуля коэффи-
коэффициента передачи | К | по всей петле от выхода
усилителя через громкоговорители, помещение
(или открытое пространство), микрофоны, уси-
усилитель до его выхода. Самовозбуждение воз-
возникает на одном из пиков частотной характе-
характеристики тракта. Перед началом самовозбужде-
самовозбуждения прослушивается позванивание на одной из
наиболее вероятных частот самовозбуждения,
получается так называемая регенеративная ре-
реверберация. В таких условиях частотная ха-
характеристика тракта становится еще более
неравномерной (рис. 8.17, на котором приведе-
приведены частотные характеристики без обратной
связи — кривая а и при связи, близкой к са-
самовозбуждению [коэффициент обратной связи
Р = 0,5] — кривая б).
В помещении обратная .связь получается
двух типов: по прямому звуку и по диффуз-
диффузному, а в открытом пространстве она образует-
образуется только по прямому звуку.
Обратная связь по прямому звуку показа-
показана на рис. 8.18. В этом случае самовозбужде-
самовозбуждение возможно при условии, что уровень LM в
точке нахождения микрофона, действуя через
микрофон, усилитель и систему громкоговори-
громкоговорителей, создает в той же точке с учетом направ-
направленности микрофона уровень не меньше LM.
Для одиночного громкоговорителя уровень,
создаваемый громкоговорителем в точке мик-
микрофона:
*-г.м=^1-Ю lg гг.м + 20 lg #г (8Г),
где Lx — уровень, развиваемый громкоговори-
громкоговорителем на оси на расстоянии 1 м; Rr @Г) — ко-
коэффициент направленности громкоговорителя,
определяемый из его диаграммы направленно-
направленности; гг.м — расстояние между громкоговорите-
громкоговорителем и микрофоном. Применяемая для расчетов
диаграмма направленности для рупорного
громкоговорителя (в пределах 6Г = ±70°)
имеет вид
Я* (вг) =* A — е") cos ©г/A— «2 cos2 6Г),
где е — эксцентриситет в соответствующей
плоскости; 6Г — угол между осью громкого-
громкоговорителя и заданным направлением, а для
звуковой колонки (в пределах 6Г = ±90°)
@г) = УA-
216
Для сложных громкоговорящих систем этот
уровень Lr.M вычисляют по методу координат
(см. § 8.7). Для создания устойчивой работы
системы звукоусиления индекс тракта берут
ниже критического значения примерно на
12 дБ, из них 6 дБ — запас на неравномер-
неравномерность звукового поля, так как при запасе
меньше 6 дБ уже начинает прослушиваться ре-
Генеративная реверберация. Поэтому предель-
предельный индекс тракта Qnp = qM FM)+ALC.M—12,
где ALC.M = Lmin— Lr.M — разность уровней,
создаваемых громкоговорителями в точке ми-
минимального уровня поля Lmin и у микрофона
*-г-м; 9м (ем) = — 20 lg RM (8M) — направ-
направленность микрофона под углом 8М.
Пример. Определить предельный индекс
тракта для кардиоидного микрофона, если
угол между осью микрофона и направлением
на рупорный громкоговоритель 100°, ег=0,77,
расстояние между микрофоном и громкогово-
громкоговорителем 5 м, а между громкоговорителем и
удаленным слушателем 50 м при уровне (на
расстоянии 1 м от центра громкоговорителя),
равном 124 дБ (т. е. при звуковом давлении
31,6 Па) (см. § 1.4).
Уровень в удаленной точке (rmax = 50 м)
Lmln = 124—20 lg 50 = 90 дБ, а в точке мик-
микрофона LC.M = 124 — 20 lg 5 + 20 lg 0,15=
= 93, 5 дБ, так как Гг.м—5 м» а направленность
громкоговорителя под углом 9,г = 70° и экс-
эксцентриситете ег — 0,77
/?г(вг)"=( 1 — 0,77») cos 707A—
— 0,772 cos2 70°) = 0,15.
Направленность микрофона под углом 0М— 70°
Предельный индекс тракта QnD = 3,5+90—
—93,5—12= — 12 дБ.
Если диффузная составляющая поля по
уровню больше прямого звука, то самовозбуж-
самовозбуждение наступает, когда диффузная составляю-
составляющая, воздействуя на микрофон, создает с по-
помощью громкоговорителей диффузное поле с
таким же уровнем (рис. 8.19). В этом случае
предельный индекс тракта (с запасом на устой-
устойчивость работы) Qnp = </м.диф — Л*-ятах—
—12, где <7м-диф — индекс направленности
микрофона для диффузного звука; AL^ max=:
максимальное значение акустического отно-
отношения, дБ.
Для достижения более устойчивой работы
необходимо стремиться к уменьшению макси-
максимального значения акустического отношения
и к увеличению направленности микрофона.
В тех случаях, когда величина предельного
индекса тракта по диффузному звуку недоста-
недостаточна для получения требуемого уровня зву-
звука, прибегают к заглушению поверхностей
около микрофона с тем, чтобь1 уменьшить от-
отражения от них и, следовательно, понизить
уровень диффузного звука около микрофона.
Удается снизить уровень его на 6 ... 12 дБ.
Пример. Определить предельный индекс
тракта по диффузному звуку,если применить
Рис. 8.19. Иллюстрация обратной связи по
диффузному звуку '
микрофон кардиоидного типа, для которого
9м-диф = 4,8 дБ, а максимальное значение аку-
акустического отношения AL^M = 5 дБ. Имеем
Qnp = 4,8—5—12= —12,2 дБ.
На предельный индекс тракта существенно
влияет направленность микрофона, поэтому
при звукоусилении выбирают микрофон с воз-
возможно большим значением индекса направлен-
направленности. Предельный индекс тракта зависит от
частоты, поэтому он определяется для всего
передаваемого диапазона частот и во всем ди-
диапазоне он не должен превышать фактический
индекс тракта.
. Заметим, что, как правило, в помещениях
предельный индекс тракта по диффузному
звуку получается меньше, чем по прямому.
Величина акустического отношениях зави-
зависит от вида системы озвучения и от направлен-
направленности громкоговорителей. Так, для одиноч-
одиночного громкоговорителя максимальное акусти-
акустическое отношение на оси
16я/2A — асР)
где аср 5 — общее поглощение; Qr — коэф-
коэффициент осевой концентрации (см. табл. 8.9);
/ — расстояние от громкоговорителя.
Для распределенных систем из ненаправ-
ненаправленных громкоговорителей
#тах = 8/6 A — аср) /аср S,
где / и Ь — длина и ширина помещения.
Для распределенной системы из звуковых
колонок
#тах=- 12,8/6 A —аср)}Л—е» /acpS,
где ев — эксцентриситет характеристик на-
направленности в вертикальной плоскости. Для
решеток и кресельных систем
2SCJ1 (I QCcp)/acp S,
где 5сл — поверхность, занятая слушателями.
Сравнивая их, видим, что наименьшее аку-
акустическое отношение получается для кресель-
кресельной системы, наибольшее — для сосредото-
сосредоточенной системы. Поэтому в тех случаях, когда
нет необходимости в совмещении зрительного
образа со слуховым, используют распределен-
Подробные выводы см. в [8.3].
217
Таблица
8.9. Коэффициенты концентрации для громкоговорителей
Громкоговорители
Звуковые
колонки
Рупорные
2 КЗ
8 КЗ
10 КЗ 1 и 2
25 КЗ 1 и 2
50 КЗ 1 и 2
100 КЗ 1 и 2
25 КЗ 5 и 6
25 КЗ 4 и 50 КЗ 6
50 КЗ 3
25-ГРД )
50-ГРД
100-ГРД J
10-ГРД
Р-100
Значение
1 |
250 | 500 '
2,5'
4,3
6,9
9,9
9,9
10,1
9,6
11,3
15,6
15
8
18
4,0
6,6
10,5
11,2
12,2
12,7
11,8
14,0
18,5
17,5
9
21
йг в зависимости от <
1000
5,0
9,0
14»3
16,7
16,8
17,0
15,7
17,6
18,5
19,5
10
25
2000
5,6
10,0
15,8
16,8
17,0
17,0
16,5
17,6
18,5
22
11,5
31
1ЭСТОТЫ, ГЦ
4000
6,5
10,6
16,6
16,8
17,0
17,0
16,7
17,6
18.5
25
13
37,5
6000
6,8
11,0
16,9
16,9
17,0
17,0
17,7
17,6
18,5
—
—
ную систему озвучения, дающую наименьшие
значения акустического отношения.
Пример. Найдем максимальные значения
акустического отношения для одного и того же
помещения: х0 — 20 м, b = 10 м, аср = 0,25,
5 — 700 м2 при использовании разных систем:
для одиночного громкоговорителя (Qr=10)
16я.20а A—0,25)
0,25-700
-.8,63;
для распределенной системы из диффузорных
громкоговорителей
8.20.10A—0,25)
0,25-700
= 6,86;
из звуковых колонок (ев — 0,97)
12,8-20.10A—0,25) Vl—0.972
/?max== 0,25-700
==--2,67;
для потолочной системы
о 2.20-10A-0,25)
*тах~ 0,25-700
При звукоусилении с помощью индивиду-
индивидуальных телефонов (что практикуется как при
слушании в залах с повышенным уровнем аку-
акустического шума, так и при переводах речи ора-.
*7
|
|?|—[<]—C
о— > —а]
Рис. 8.20. Показ обратной акустической связи
в дуплексной громкоговорящей связи
тора на друцие языки) уровень звука у слу-
слушателя определяется исходя из необходимости
перекрытия уровня шумов в зале. Можно счи-
считать, что телефоны не создают помех для слу-
слушателей, сидящих рядом.
8.9. ГРОМКОГОВОРЯЩАЯ СВЯЗЬ
Аппаратура громкоговорящей связи делит-
делится на многоцелевую, только для громкоговоря-
громкоговорящей связи, диспетчерскую и электромегафо-
электромегафоны.
Когда источник звука неподвижен1, поль-
пользуются микрофонами стационарного типа (с
подставками и скрытой кабельной подводкой
к усилительному устройству). Но в ряде слу-
случаев источник звука (лектор, гид, эстрадный
исполнитель и т. п.) должен перемещаться на
большие расстояния (до десятков метров и бо-
более). В этих случаях микрофон должен быть
связан с усилительным устройством гибкой
связью, допускающей свободное перемещение
источника звука. Если это перемещение неве-
невелико, то можно использовать переносный мик-
микрофон с гибким легким кабелем. Однако такой
способ очень неудобен, так как руки лектора
часто должны быть свободными. В таких усло-
условиях применяют или петличный микрофон, или
микрофон ДЭМШ, укрепленный на специаль-
специальном оголовье. Неудобство этих способов заклю-
заключается и в том, что кабель путается под ногами,
его надо все время перемещать. Поэтому иногда
в подобных случаях (а при больших перемеще-
перемещениях всегда) применяют радиомикрофон.
Радиомикрофоны есть двух видов: с радио-
радиосвязью и с индуктивной связью. В первом слу-
случае микрофон (обычно петличный) связан с
V * При передаче из театров применяют
систему из нескольких микрофонов, переклю-
переключаемых по ходу действия.
218
миниатюрным радиопередатчиком. Этот пере-
передатчик переносится лектором (гидом и т. п.) в
кармане или на специальном ремне.
К громкоговорящей связи относятся в об-
общем случае и радиотелефонная громко-
громкоговорящая связь, и диспетчерские системы
(рис. 8,20) дуплексного типа. В этих случаях
обратная связь возникает преимущественно
по прямому звуку, так как уровень отражен-
ного звука невелик, но при большом удалении
громкоговорителя от абонента и при примене-
применении ненаправленного микрофона возникает и
обратная связь по диффузному звуку. Приме-
Применяют меры борьбы с возникновением генера-
генерации, аналогичные предыдущим, в частности,
широко применяют микрофоны типа ДЭМШ,
но, кроме того, используют различного рода
мостиковые схемы (рис. 8.21, а), а также схемы
переключения микрофонов, действующие от
голоса (рис. 8.21, б), так как не всегда возмож-
возможно использование микрофона типа ДЭМШ из-за
необходимости близкого расположения его ко
рту говорящего.
В качестве переключающих систем исполь-
используют автоматические регуляторы уровня с ма-
малой постоянной времени срабатывания (на
5 ... 10 мс) и большим временем удержания
(до 0,5 с). Такие устройства срабатывают толь-
только от громких звуков, так как отраженные
звуки в помещении не дают возможности полу-
получать срабатывание на слабых звуках.
Электромегафоны являются переносными
устройствами для усиления речи. Электро-
Электромегафоны состоят из шумостойкого микрофона
(обычного типа ДЭМШ), усилителя и рупор-
рупорного громкоговорителя мощностью в несколь-
несколько ватт. Микрофон укрепляют на тыльной час-
части кожуха (рис. 8.22) и располагают так, чтобы
ось громкоговорителя находилась в плоско-
плоскости наименьшей чувствительности микрофона.
Электромегафон держат за ручку так, чтобы
микрофон находился около угла рта. Усили-
Усилитель вместе с питанием находится в футляре,
носимом на плечевом ремне. Дальность дей-
действия электромегафона доходит до 400 м. Его
также используют в помещениях и в автобу-
автобусах. Микрофон может быть отнесен на расстоя-
расстояние до 8 м с помощью удлинительного кабеля.
Ниже приводятся данные некоторых электро-
электромегафонов и устройств громкоговорящей свя-
связи. Передатчик работает на УКВ. На входе
усилительного устройства есть радиоприем-
радиоприемник. В § 5.6 приведены данные радиомикрофо-
радиомикрофона РМ-7.
Применение радиосвязи не всегда возможно
из-за взаимных помех, поэтому в таких случа-
Рис. 8.22. Внешний вид электромегафона
ях пользуются индуктивной связью между
микрофоном и усилительным устройством.
Для этого к выходу переносного микрофон-
микрофонного усилителя подключают специальную ра-
рамочную антенну НЧ, переносимую лектором
и являющуюся как бы первичной обмоткой
трансформатора. Под полом, на стенах помеще-
помещения или под потолком располагается другая
рамочная антенна, являющаяся вторичной об-
обмоткой трансформатора. Эта антенна подклю-
подключена ко входу усилительного устройства. Та-
Такая система рамок располагается во всех поме-
помещениях, в которых может находиться гид.
Технические данные электромегафона
5ПЭМ-1
Максимальная выход-
выходная мощность на ча-
частоте 1000 Гц, Вт . . 5
Частотная характеристи-
характеристика в диапазоне 400...
500 Гц Равномерная
Масса, кг 1,9
Габаритные размеры, мм 300X193X274
Питание 8 элементов
«Салют 1» или
А-343 («Марс»)
Время работы от одного
комплекта/ ч . . . . 15
Громкоговоритель . . < . 5ГРД-1
Микрофон ДЭМШ-1А
Расстояние, перекрыва-
перекрываемое в типовых шумах
на улице . .... 150..200 м
Предназначен для уличного оповещения.
Рис. 8.21. Схема включения
громкоговорящей связи через
дифференциальный трансфор-
трансформатор в двухпроводной линии
(а) и схеме устранения об-
обратной связи при автоматиче-
автоматическом запирании, срабатываю-
срабатывающим от голоса (б)
н
>
<|
3
1 мм
-CZH
Линия
а)
•а
219
Технические данные электромегафона
переносного ЭМ-2
Максимальная выход-
выходная мощность, В-А . .
Частотная характери-
характеристика в диапазоне
400...3000 Гц ....
Масса с источником пи-
питания, не более, кг . .
Габаритные размеры, мм
Равномерная
2.8
355X210X259
Питание от источника постбянного тока на-
напряжением 12 В с потреблением тока не более
0,8 А или от шести батарей КБС-Х-0,70
Время работы, ч, не бо-
более , 9
Громкоговоритель . . . 5ГРД-1
Микрофон ДЭМШ-1А
Расстояние в шумах с
небольшим уровнем
доходит до .... 200...300 м
Используется на открытом воздухе и в
больших помещениях.
Технические данные аппаратуры
для командно-диспетчерской связи «Радиус»
Громкоговорящая и те-
телефонная связь ... С абонентами ЦБ,
АТС, МБ
Неравномерность, дБ 300...3000
для двухпроводных
линий 3
для четырехпроводных
(с подъемом ВЧ) . . 10
Питание 220 В
Потребление тока при
20 абонентах громко-
громкоговорящей связи, А,
не более 0,35
Громкоговорители . . Типа ГР-14
Микрофоны МДО-1, МФР-1
и МД-45
Предназначен для связи руководителя с
5—20 абонентами как внутренних, так и внеш-
внешних, используется в учреждениях, на пред-
предприятиях и в организациях.
.Кроме перечисленной аппаратуры, выпуска-
выпускают аппаратуру производственной (симплекс-
(симплексной) громкоговорящей связи в условиях высо-
высоких уровней шумов (до 100 дБ) — ПГС-71/
РАЗДЕЛ 9
ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЗВУКА
9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О СИСТЕМАХ ЗАПИСИ ЗВУКА
ТЕРМИНЫ, ОТНОСЯЩИЕСЯ
К ЗАПИСИ ЗВУКА
Для одинакового понимания явлений, от-
относящихся к записи и воспроизведению инфор-
информации, в том числе звуковой, термины и опре-
определения, относящиеся к этой области знания,
стандартизованы. Ниже даются определения
некоторых терминов, используемых в дальней-
дальнейшем изложении, по ГОСТ 13699—80. Прежде
всего это касается терминов, характеризую-
характеризующих процессы записи, воспроизведения и сти-
стирания. Дифференцированы термины, определя-
определяющие процесс и результат записи. Под про-
процессом записи понимают преобразование сигна-
сигналов в пространственное изменение состояния
или формы некоторого физического тела (но-
(носителя записи) с целью сохранения в нем ин-
информации для последующего ее извлечения
(получения). Информацию, сохраняемую в но-
носителе записи в результате процесса записи,
называют записью. Однако в тех случаях, когда
смешивания понятий процесса и результата за-
записи произойти не может, допустимо для обо-
обозначения обоих понятий пользоваться терми-
термином «запись», например «звукозапись». Носи-
Носитель записи, содержащий информацию, полу-
полученную в процессе записи, называют сигнало-
граммой (при записи звука—фонограммой).
Процесс получения информации от сигнало-
граммы (фонограммы) называют воспроизведе-
воспроизведением. Наконец, процесс лолного или частично-
частичного уничтожения записи называют сргиранием.
Следующие три термина определяют про-
процессы взаимодействия записывающих, вос-
воспроизводящих и стирающих устройств с носи-
носителем записи. Записывающий элемент — это
тело или силовое поле, посредством которого
сигналы информации воздействуют на носитель
записи. Воспроизводящий элемент — тело
или силовое поле, посредством которого сиг-
сигналы информации передаются от сигналограм-
мы (фонограммы) в процессе воспроизведения.
Стирающий элемент — тело или силовое по-
поле, посредством которого осуществляется не-
непосредственное воздействие на ограниченную
область сигналограммы (фонограммы), в ре-
результате чего происходит ее стирание. При
механической записи записывающим элемен-
элементом является резец рекордера, воспроизводя-
воспроизводящим — острие иглы звукоснимателя; при. фо-
фотографической первым служит световой луч,
образующий пишущий штрих, т. е. освещенный
участок на поверхности рабочего слоя носителя
записи, формируемый модулятором света, вто-
вторым — луч света, образующий читающий
ш^грих, т. е. освещенный участок на поверхно-
поверхности фотографической сигналограммы. При маг-
220
нитной записи записывающий, воспроизводя-
воспроизводящий и стирающий элементы создаются с по-
помощью магнитных головок.
Следующая группа терминов — способ за-
записи, спосо воспроизведения, способ стирания.
Под этими терминами понимают технический
прием, используемый для осуществления про-
процессов записи, воспроизведения, стирания.
Термины система записи, система воспроизве-
воспроизведения, система стирания характеризуют сово-
совокупность различных способов записи, воспро-
воспроизведения, стирания, имеющих общую сущ-
сущность основных физических процессов. При-
Пример: система магнитной записи, воспроизведе-
воспроизведения, стирания.
Устройства, обеспечивающие в процессе за-
записи передачу информации носителю записи,
при воспроизведении — передачу записанной
информации от сигналограммы (фонограммы) к
выходу, называются соответственно каналом
записи и каналом воспроизведения. Устройство,
одновременно образующее канал записи и ка-
канал воспроизведения, называют сквозным ка-
каналом. Если устройство используется в раз-
разное время для образования либо канала запи-
записи, либо канала воспроизведения, его называ-
называют каналом записи-воспроизведения.
Следует заметить, что термины «канал за-
записи» и «канал воспроизведения» противоре-
противоречат основополагающему ГОСТ 11515—75, в
котором каналом называют весь путь (весь
комплекс аппаратуры), по которому электри-
электрические сигналы проходят от источника (напри-
(например, микрофона) до потребителя (например,
громкоговорителя), а любой функционально
законченный участок канала называют' трак-
трактом. Таким образом, правильнее было бы пи-
писать о тракте записи и тракте воспроизведе-
воспроизведения.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ЗАПИСИ ЗВУКА
За столетие, прошедшее с момента воз-
возникновения первых идей записи звука, бы-
были предложены десятки способов записи. В на-
настоящее время широко распространены три
из них: механический, фотографический, маг-
магнитный. Бурно развивается запись лазерным
лучом на вращающийся диск. Некоторое рас-
распространение получила запись звуковой ин-
информации на неподвижный носитель.
Наиболее распространенным способом ме-
механической записи является запись на дисковый
носитель — граммофонную пластинку. Иног-
Иногда вместо термина «механическая запись» упо-
употребляют словосочетание «грамзапись». Но
оно не может использоваться как термин.
Греческое «граммо» означает «запись». Поэто-
Поэтому словосочетание «грамзапись» является тав-
тавтологией.
Процесс механической записи состоит из
нескольких этапов. Первичную запись ведут
на диск из аморфной меди или на дюралюмини-
дюралюминиевый диск, покрытый лаковым слоем (так на-
называемый лаковый диск). Ранее запись произ-
производили на диск из воскоподобной смеси. За-
Записывающий элемент — острие резца рекор-
рекордера перемещается механизмом в радиальном
направлении — от края к центру — и выре-
вырезает в меди или лаковом слое спиральную ка-
канавку. Помимо поступательного перемещения
в радиальном направлении резец в соответст-
соответствии с записываемым сигналом совершает ко-
колебания в горизонтальной и вертикальной пло-
плоскостях. В результате изменяются ширина и
глубина канавки. Этими перемещениями (ко-
(колебаниями) резца управляет электромеханиче-
электромеханический преобразователь.— рекордер, к которому
подводится электрический сигнал в форме из-
изменений электрического напряжения (тока),
отображающих записываемый процесс. С мед-
медного или с лакового диска гальваническим пу-
путем снимают копию, в которой углублениям
канавки соответствуют выступающие борозды.
Эта копия используется как матрица при прес-
прессовании или штамповке пластмассовых грам-
граммофонных пластинок.
Сигналы, записанные на граммофонных
пластинках, воспроизводят с помощью элект-
ропроигрывающих устройств (ЭПУ). В состав
ЭПУ входят механизм, вращающий пластинку,
и электромеханический преобразователь —
звукосниматель. Звукосниматель преобразует
механические колебания иглы, возникающие в
результате взаимодействия с движущейся ка-
канавкой, в переменное электрическое напряже-
напряжение.
Механическую запись производили ранее
и на цилиндрический и ленточный носитель. Но
эти способы ввиду их несовершенства не полу-
получили распространения.
Механическая запись обеспечивает боль-
большую продольную и поперечную плотность за-
записи и хорошее качество звучания. Процессы
первичной записи и изготовления матриц до-
довольно сложны, и дороги. Однако технология
изготовления пластинок в заводских услови-
условиях сравнительного проста, а большая стои-
стоимость первичной записи мало сказывается на
стоимости граммофонных пластинок ввиду их
больших тиражей.
В качестве носителя записи при фотогра-
фотографической записи используют светочувствитель-
светочувствительный носитель — прозрачную пластмассовую
основу в виде ленты, покрытую светочувстви-
светочувствительным слоем. Фонограмма образуется в ре-
результате фотографического процесса. Под воз-
воздействием записываемого сигнала изменяется
световой поток, попадающий на движущийся
носитель. Киноленту проявляют, промывают,
закрепляют, сушат. С полученного негатива
снимают позитивную копию и повторяют пе-
перечисленные фотохимические процессы. В ре-
результате образуется фотографическая фоно-
фонограмма. Сигнал отображается на кинолен-
киноленте в виде прозрачной полоски переменной
ширины или переменной плотности (прозрач-
(прозрачности).
Чтобы воспроизвести записанный сигнал,
движущуюся фонограмму просвечивают пуч-
пучком света. Световой поток, промодулирован-
ный фотографической фонограммой, воздейст-
воздействует на фотоэлектрический преобразователь—
фотоэлемент или фотоэлектронный умножи-
22!
Тель (Ф&У). В результате образуется электри-
электрический ток, отображающий записанный сиг-
сигнал.
Продольная и поперечная плотность фото-
фотографической фонограммы высока. Она зависит
от разрешающей способности фотослоя кино-
киноленты, размера поперечного сечения (аперту-
(апертуры) светового пучка и составляет несколько
сот периодов на миллиметр.
К достоинствам фотографической записи от-
относится также возможность и простота меха-
механического монтажа. Копировать фонограм-
фонограммы можно чисто оптическим путем, без переза-
перезаписи. Копирование ведется способом оптиче-
оптической печати на большой скорости. Число ко-
копий практически ие ограничено.
Однако процессы фотографической записи
сложны, используемый носитель дорог. Меж-
Между процессами записи и воспроизведения про-,
ходит большое время из-за большого числа
промежуточных операций. Носитель записи
не может быть использован повторно. Аппа-
Аппараты записи и воспроизведения сложны и до-
дороги. Все это определяет высокую стоимость
фотографической фонограммы и большие экс-
эксплуатационные расходы.
Магнитную запись на движущийся ферро-
ферромагнитный носитель производят с помощью
особого электромагнита — магнитной голов-
головки — в обмотку которого подают ток сигнала.
Магнитное поле электромагнита намагничи-
намагничивает носитель записи, в качестве которого ча-
чаще всего используют пластмассовую ленту,
покрытую порошком окислов ферромагнитных
металлов или (реже) металлическим ферромаг-
ферромагнитным слоем. В ряде случаев в качестве но-
носителя записи используют ферромагнитную
проволоку, а также диски и цилиндры, по-
покрытые ферромагнитным слоем.
Фонограмма получается в виде намагни.
ченных участков разной длины. Она не нуж-
нуждается ни в каких процессах обработки и мо-
может быть воспроизведена немедленно с помо-
помощью устройства, аналогичного записываю-
записывающему. Магнитное поле движущейся фонограм-
фонограммы наводит в витках обмотки воспроизводя-
воспроизводящего устройства — воспроизводящей магнит-
магнитной головки — ЭДС индукции, которая отоб-
отображает записанный сигнал.
Магнитная запись обладает рядом техниче-
технических и экономических достоинств: простотой
записывающих и воспроизводящих устройств
и технологических процессов, высокими пара-
параметрами качества, простотой, дешевизной и
возможностью многократного использования
носителя, длительной сохраняемостью фоно-
фонограмм (десятки лет), стойкостью носителя к
воздействию различных атмосферных условий
(низких и высоких температур, высокой влаж-
влажности).
Недостатки магнитной записи: фонограм-
фонограмма невидима, что затрудняет, а при небольших
скоростях движения носителя делает механи-
механический монтаж вовсе невозможным; попереч-
поперечная плотность записи невелика, по этому пока-
показателю она уступает плотности механической
записи в 5 ... 10 раз, а оптическим способам
записи — в 50 ... 100 раз. Но достоинства маг-
магнитной записи столь велики, что она распро-
распространена очень широко.
Комбинацией механического и оптического
способов записи является запись лазерным
лучом на так называемые компакт-диски.
Запись ведут модулированным лучом лазера
на вращающийся диск. Под его воздействием
в материале первичного носителя образуются
углубления — лунки — разной длины. Далее,
как и при механической записи, получают мат-
матрицу. Прессованием получают копии первичной
записи. Для воспроизведения также исполь-
используют луч лазера. Промодулированный свето-
световой поток поступает на фотоэлектрический
преобразователь. В нем вырабатывается элект-
электрический ток, повторяющий записанный сиг-
сигнал. Компакт-диски обладают высокой плот-
плотностью записи. На диске .диаметром 120 мм
записывают 60-минутную программу с поло-
полосой до 20 кГц.
ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБОВ
ЗАПИСИ ЗВУКА
Различные способы записи звука широко
используют в звуковом и телевизионном веща-
вещании, театрально-концертной деятельности, ки-
кинематографии, учреждениях культуры, науке
и технике, быту.
Основные применения звукозаписи в звуко-
звуковом и телевизионном вещании: консервация
фрагментов программ вещания, репетиционная
работа, контроль действия систем вещания.
Подавляющее большинство программ вещания
формируют с помощью магнитных фонограмм.
Вследствие высокой степени совершенства сов-
современных звукозаписывающих устройств про-
программа, построенная на магнитных фонограм-
фонограммах, практически не отличается по техниче-
техническому качеству от программы, основанной на
передаче естественного звучания музыкаль-
музыкальных инструментов и голосов исполнителей.
Магнитная звукозапись позволяет создать
более совершённые в техническом и художест-
художественном отношении сложные программы, В ко-
которых участвуют чтецы, драматические арти-
артисты, певцы-солисты, оркестр, хор. Непосред-
Непосредственное доброкачественное исполнение таких
программ наталкивается подчас на почти не-
непреодолимые технические и организационные
трудности. Отдельные составляющие програм-
программы записывают в разное время, удобное для
исполнителей, затем их соединяют между со-
собой (например, в запись речи актеров вводят
музыкальные иллюстрации и натурные шумы),
монтируют в желаемом порядке. С помощью
звукозаписи производят обмен программами
между отдельными пунктами, имеющими боль-
большую разницу в поясном времени. Записанные
программы заранее пересылают в удаленные
пункты для воспроизведения через местные ра-
диювещательные станции или сети проводно-
проводного вещання или передают по радиоканалам в
в удобное для слушателей время.
222
При трансляции на большие расстояний
сигналы вещательной программы искажаются
из-за случайных перерывов связи, глубоких
замираний и помех. В этом случае программу
целиком или частями передают повторно до тех
пор, пока в пункте приема не получится хоро-
хорошее качество всей программы.
Запись звука широко используют на репе-
репетициях. Исполнителям, прослушав фонограм-
фонограмму/легче исправить недостатки.
Таким образом, консервация программ с по-
помощью звукозаписи значительно облегчает
творческий труд исполнителей, избавляет их
от необходимости выступать перед микрофоном
в неудобное время (например, рано утром,
поздно вечером, ночью), повышает качество
вещательных программ, уменьшает стоимость
вещания.
Звукозапись на многие годы сохраняет
звучание видных политических и обществен-
общественных деятелей, певцов, актеров, выступления
лучших исполнительских коллективов. Пред-
Предполагается, что в дальнейшем для формирова-
формирования вещательных программ помимо магнит-
магнитной записи будут широко использоваться ком-
компакт-диски.
Граммофонные пластинки, магнитофонные
кассеты, компакт-диски и другие массовые
копии записей доносят до широких слоев на-
населения лучшие произведения классической
и современной музыки, литературы, драматур-
драматургии в исполнении мастеров искусств и выдаю-
выдающихся художественных коллективов. Грам-
Граммофонные пластинки и магнитные фонограм-
фонограммы, содержащие записи лекций, бесед и уро-
уроков (например, уроков иностранных языков),
способствуют повышению образовательного
и культурного уровня населения.
Оптические и магнитные фонограммы — не-
непременная составляющая профессиональных и
любительских кинофильмов. Однако первич-
первичная запись звука при создании кинофильмов
целиком переведена на магнитную запись, что
объясняется ее более высоким качеством и
меньшей стоимостью по сравнению с фотогра-
фотографической.
Магнитную звукозапись широко применя-
применяют как средство документации деловых пере-
переговоров, например для записи распоряжений
диспетчеров в системах управления электро-
электростанциями, полетами самолетов, движением
поездов и т. д.
9.2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ
ОСНОВЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ЗВУКОЗАПИСИ
Механическая звукозапись основана на
вырезании (или выдавливании) в материале но-
носителя записи канавки с помощью записываю-
записывающего устройства — рекордера. При воспроиз-
воспроизведении по канавке движется игла воспроиз-
воспроизводящего устройства — звукоснимателя.
В процессе развития механической записи
были предложены два основных способа моду-
Разрез по оси хонабмг
Рис. 9.1. Вид модулированной канавки при
поперечной (а) и глубинной (б) записи
ляции канавки: поперечный,- при котором ре
зец колеблется влево-вправо от нейтрального
положения и канавка постоянной ширины
приобретает извивы (рис. 9.1, а), и глубинный,
при котором резец смещается вверх — вниз от
нейтрального положения, вырезая канавку
переменной глубины и ширины (рис. 9.1, б).
Все предварительные операции nOv записи
и монтажу фонограммы ведут с помощью маг-
магнитной записи. Окончательно смонтирован-
Рнс. 9.2. Схема станка механической записи
ную магнитную фонограмму переводят в ме-
механическую на станке механической записи
(рис. 9.2). Он имеет массивный диск (планшай-
(планшайбу) /, вращаемый двигателем 2. Рекордер 4
с помощью механизма 3 перемещается в ради-
радиальном направлении. Носитель записи 5 (мед-
(медный или лаковый диск) прочно закрепляется
на планшайбе. Алмазный резец рекордера по-
постепенно перемещается в радиальном направле-
направлении от края диска к центру. В отсутствие сиг-
сигнала получается канавка без извилин, немо-
дулированная. В поперечном разрезе немоду-
лироваиные канавки имеют постоянную шири-
ширину а и глубину h (рис. 9.3). Промежуток между
Игла
Ш/ЖЖШ
Рис. 9.3. Разрез канавки записи: положение
резца (слева) и острия иглы (справа) в ка-
канавке
223
a)
б)
в)
Рис. 9.4. Схематическое изображение движе-
движения режущей грани резца / при записи и
, острия иглы 2 при воспроизведении
двумя соседними канавками в называют полем,
а расстояние А между осями двух соседних
канавок шагом записи. Дно канавки закругле-
закруглено, радиус закругления обозначают р, угол,
образованный стенками канавки, у. Он равен
90°.
При подаче на рекордер сигнала резец на-
начинает колебаться и вырезать канавку слож-
сложной формы. Такую канавку называют моду-
модулированной.
Записанный диск или полученная с его по-
помощью пластинка вращается при воспроизве-
воспроизведении с той же частотой, что и диск при запи-
записи. Это необходимо для того, чтобы избежать
различия между частотами записанных и вос-
воспроизводимых звуков или, иначе говоря, что-
чтобы сохранить неизменной высоту тона записан-
записанных звуков *. •
После окончания записи на поверхность ла-
лакового диска наносят слой серебра, служащий
далее токопроводом при электрохимическом
процессе нанесения слоя никеля. Слой никеля
достигает 0,3 ... 0,4 мм. Полученную копию
(первый оригинал) осторожно отделяют от
лакового диска. С первого оригинала снова
электрохимическим (гальваническим) спосо-
способом изготовляют несколько (до десяти) новых
копий (вторых оригиналов). После отделения
второго оригинала его прослушивают, как
обычную граммофонную пластику. Обна-
Обнаруженные дефекты устраняют гравировкой,
контролируя эту работу под микроскопом.
Со вторых оригиналов снимают третьи ориги-
оригиналы толщиной примерно 0,25 мм, для умень-
уменьшения износа матрицы покрывают слоем хро-
хрома (правда, качество фонограммы при этом
ухудшается) и используют в качестве матриц
при прессовании пластинЬк. Одной матрицей
без существенного ухудшения качества прес-
прессуют до тысячи пластинок. Материалом пла-
пластинок служит винилит — сополимер винил-
1 При записи широкополосных сигналов
рекордером с ограниченной полосой пропус-
пропускания изредка прибегают к искусственному
приему: воспроизведение первичной фоног-
фонограммы с магнитофона и запись лакового
диска ведут с уменьшенной скоростью, от-
отличной от скорости воспроизведения граммо-
граммофонной пластинки. Так, например, вели
запись квадрафонических сигналов со спект-
спектром до 45 кГц рекордерами, предназначен-
предназначенными для записи с полосой частот до 20 кГц.
хлорида с 15 % винилацбТата с небольшой до*
бавкой размягчающих и окрашивающих ве-
веществ.
СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ
ЗВУЧАНИЯ
Длительность звучания определяется про-
протяженностью участка /, занимаемого канавка-
канавками в радиальном направлении (протяженно-
(протяженностью зоны записи), частотой (угловой скоро-
скоростью) вращения диска п и расстоянием между
осями соседних канавок (шагом записи) А:
/ = //я А
Выбор значений /, п и А тесно связан с тех-
технологическими параметрами пластинки, преж-
прежде всего с ее диаметром, а также с параметра-
параметрами, характеризующими качество звучания,— с
частотным и динамическим диапазонами меха-
механической фонограммы.
Для увеличения длительности звучания не-
необходимо увеличивать диаметр пластинки и
уменьшать частоту вращения и шаг записи.
Предел увеличению диаметра и, следователь-
следовательно, размера / становится двумя обстоятельст-
обстоятельствами. Пластинки большого диаметра громозд-
громоздки, тяжелы и менее, прочны. Чрезмерное воз-
возрастание скорости резания на краю диска
приводит к разогреву резца и заставляет его
охлаждать. Уменьшение частоты вращения при
сохранении неизменными амплитуды смеще-
смещения и, следовательно, Записи приводит к эф-
эффекту неогибания. Пока радиус кривизны
канавки г больше радиуса кривизны конца иг-
иглы р, игла точно следует за извилинами канав-
канавки (рис. 9.4, а). При уменьшении радиуса кри-
кривизны канавки, обусловленном, уменьшением
частоты вращения, наступает момент, когда
игла не может точно следовать за извилинами
канавки, т. е. возникает неогибание (рис.9.4,б).
В результате игла начинает сильно разрушать
канавку (рис. 9.4, в) и воспроизведение сиг-
сигналов верхних частот ухудшается ввиду умень-
уменьшения амплитуды смещения, увеличения нели-
нелинейных искажений, вызванных изменением
формы канавки, и увеличения шумов разру-
разрушенной канавки. Высказанные соображения
можно подкрепить простейшими математиче-
математическими выкладками.
При линейной зависимости координаты у от
времени {у = vt, v — линейная скорость дви-
движения иглы вдоль оси канавки) уравнение
кривой смещения канавки относительно спи-
спиральной оси выражается зависимостью.
х — хт sin cot = хт sin (oayfv).
Радиус кривизны г связан с координатой х за-
зависимостью
d*x
dy*
где х" = cPx/dt2 — колебательное ускорение.
У Радиус кривизны наименьший у вершин
синусоидальной канавки, где колебательное
224
ускорение имеет наибольшее амплитудное зна-
значение
х"т = (охт' = w«xm.
Тогда, выражая линейную скорость через уг-
угловую частоту вращения Q = 2лп и радиус
витка спирали R (v = QR) и учитывая, что
хт * юхт» получаем
гт1п
Минимальный радиус кривизны каиавки
уменьшается с уменьшением частоты вращения
п ='Q/2n и радиуса витка спирали R и с уве-
увеличением амплитуды смещения хт и частоты
записанных колебаний (о. Поэтому попытка
увеличить время звучания путем уменьшения
частоты вращения при сохранении неизмен-
неизменными других параметров записи приводит,
как уже указывалось выше, к ухудшению вос-
воспроизведения составляющих верхних частот.
Рассмотрим возможность увеличения вре-
времени звучания посредством уменьшения шага
записи Д. Наименьший допустимый шаг запи-
записи определяется наибольшей амплитудой сме-
смещения хт. При записи синусоидального коле-
колебания колебательная скорость v = х' =
— dxldt связана со смещением зависимостью
х' = dx/dt = d (xm sin a>t)/dt —
— coxm cos Ш — x'm cos Ш,
причем х'т = <&xm. Отсюда хт= xj<*.
Очевидно, что при постоянстве амплитуд
колебательной скорости амплитуды смещения
возрастают с уменьшением частоты. Поэтому
уменьшение шага записи приводит к ограниче-
ограничению амплитуд смещения на нижних частотах
и, следовательно, к ограничению частотного
диа пазона со стороны нижних частот.
Для расширения полосы пропускания необ-
необходимо пропорционально уменьшать ампли-
амплитуды смещения на всех частотах. Но при неиз-
неизменном материале носителя записи это приве-
приведет к ухудшению отношения сигнал-помеха
(С/П) ввиду большего влияния неоднородно-
стей материала носителя. Следовательно,
уменьшится динамический диапазон запи-
записи. Для реализации предлагаемого пути нужно
использовать носители записи с более тонкой
структурой, не Создающей заметной шумовой
помехи. Для уменьшения износа пластинок
требуются легкие звукосниматели, а для
уменьшений «неогибания> — иглы с неболь-
небольшим радиусом кривизны острия. Уменьшение
отдачи компенсируют увеличением усиления
тракта воспроизведения.
Другой резерв увеличения длительности
звучания —регулирование шага записи. В па-
паузах и при записи сигналов, создающих не-
небольшие амплитуды смещения, шаг записи
уменьшают, а при записи больших сигналов
увеличивают. Автоматическая система, управ-
управляющая шагом записи, поскольку она явля-
является инерционной, должна действовать «с уп-
упреждением)», изменять шаг записи до момента
появления большого сигнала. Для этого в маг-
магнитофон, с которого производят перезапись на
диск, вводят дополнительную магнитную го-
головку, с которой снимают «упреждающий>
сигнал, выпрямляют его и с его помощью уп-
управляют перемещением рекордера в радиаль-
радиальном направлении, а при записи стереофониче-
стереофонических сигналов и в глубину х.
Итак, для увеличения длительности звуча-
звучания уменьшают шаг записи, вводят его авто-
автоматическое регулирование и применяют мел-
мелкоструктурные носители записи. На основе
этих идей производятся современные долго-
долгоиграющие пластинки.
РЕЖИМЫ ЗАПИСИ
Рассмотрим два возможных режима записи:
режим постоянства амплитуд колебательной
скорости vm (рис. 9.5, а) и режим постоянства
амплитуд смещения хт (рис. 9.5, б). Графи-
Графики изображены в предположении, что напря-
напряжение Up, подводимое к рекордеру, одина-
одинаково на всех частотах от /mitt до /тах- Во
избежание амплитудно-частотных искажений
для воспроизведения записей, сделанных в
режиме vm = const, необходимы электроме-
электромеханические преобразователи индуктивного
типа — электромагнитный или электродинами-
электродинамический звукосниматели, у которых ЭДС про-
пропорциональна колебательной скорости. Для
воспроизведения записей, сделанных в режи-
режиме хт ='const, необходимы преобразователи
емкостного типа — конденсаторный или пьезо-
пьезоэлектрический звукосниматели, у которых ЭДС
пропорциональна смещению иглы. При вос-
воспроизведении записей, сделанных в режиме
хт — const, преобразователями индуктив-
индуктивного типа необходимо корректирование их
АЧХ, чтобы получить постоянство напряже-
напряжения UaB на выходе звукоснимателя.
Из рис. 9.5, а видно, что в режиме vm =
= const амплитуды смещения убывают с рос-
ростом частоты. Такое распределение амплитуд
смещения нежелательно. Энергия шумов грам-
граммофонной пластинки сосредоточена главным
образом в области верхних звуковых частот,
и влияние шумов в режиме vm = const будет
возрастать. К тому же энергия высокочастот-
высокочастотных составляющих акустических сигналов на
верхних частотах меньше, чем на средних, по-
поэтому уменьшение отношения С/П будет еще
заметнее. Поэтому с точки зрения лучшего
перекрытия шумов пластинки более приемлема
запись в режиме постоянства амплитуд смеще-
смещения. Отношение С/П увеличивается при этом
более чем иа 10 дБ. Однако чрезмерное увели-
увеличение амплитуд колебательной скорости на
1 Отечественный аппарат записи с пере-
переменным шагом был разработан во Всесоюз-
Всесоюзном научно-исследовательском институте
акустики и звукозаписи (ВНАИЗ, ныне
ВНИИТР) под руководством В. С. Вайнбой-
ма.
8 Зак. 1688
225
тс"
Vm= const
1
¦ь-*
I f
const
f
rmin
rmin
Рис. 9.5. Частотные характеристики ампли-
амплитуды колебательной скорости vm, амплитуды
смещения хт и требуемой частотной харак-
характеристики КОрреКЦИИ С/ав/От При ЗЭПИСИ В
режиме постоянства амплитуд колебательной
скорости (а) и в режиме постоянства ампли-
амплитуд смещения (б)
верхних частотах в режиме хт = const может
привести к эффекту неогибания. Поэтому в со-
соответствии с рекомендациями МЭК унифици-
унифицированная амплитудно-частотная характеристи-
характеристика записи (кривая / на рис. 9.6) занимает
промежуточное положение между АЧХ в ре-
режимах постоянства vm и постоянства хт. Она
10
0
-10
10
Jf-
/
шшшт
"*"
SS
\
у
/
N
ч
У
У*
,\
/
S
2'
ч
N
у
1
,2
ч
\
/
h4
0,010,02 0,05 0,1 0,20,345 1 2 3 S 10
Рис. 9.6. Унифицированная АЧХ записи A),
идеализированная B) н реальная C) АЧХ
воспроизведения
226
имеет меньшую крутизну, чем обусловлено за-
зависимостью vm = a>xm. Этой зависимости со-
соответствует изменение К на 20 дБ при 10-крат-
10-кратном изменении частоты (графики Г и 2'). Фак-
Фактически, как видно из рис. 9.6, 10-кратному
изменению частоты соответствует изменение
К на 13 ...14 дБ. Для уменьшения заметности
вибраций двигателя (рокота) МЭК в дальней-
дальнейшем предложил ввести спад АЧХ воспроизве-
воспроизведения на нижних частотах (график 3).
Под амплитудно-частотной характеристи-
характеристикой записи подразумевают зависимость vm от
частоты при неизменном синусоидальном на-
напряжении на входе. Обычно ее выражают от-
относительным коэффициентом передачи К в
единицах уровня
гДе vmf и vm юоо — амплитуды скорости на
частоте / и на частоте 1000 Гц. Таким образом,
запись ведется с частотными предыскажениями
(второй сверху график на рис. 9.5, б и кривая /
иа рис. 9.6), позволяющими лучше перекрыть
шум пластинки. Для восстановления исход-
исходного спектра сигнала АЧХ тракта воспроиз-
воспроизведения должна иметь обратный характер (чет-
(четвертый сверху график на рис. 9.5, б и кривая
2 на рис. 9.6).
ОСОБЕННОСТИ ЗАПИСИ
СТЕРЕОСИГНАЛОВ
Как уже упоминалось, в процессе развития
механической записи были предложены и раз-
разработаны два способа модуляции канавки:
поперечный и глубинный (см. рис. 9.1). Ком-
Комбинацию этих двух способов используют для
двухканальной стереофонической записи. Од-
Однако управлять движением резца в горизон-
горизонтальном и вертикальном направлениях непо-
непосредственно сигналами левого и правого кана-
каналов нецелесообразно ввиду некоторого разли-
различия свойств записываемых фонограмм и труд-
трудности разделения сигналов в звукоснимателе.
Поэтому оба направления смещения резца по-
поворачивают на 45° и сигналы каждого канала
записывают одновременным перемещением рез-
резца в горизонтальном и вертикальном направ-
направлениях. Тогда движение иглы, воспроизводя-
воспроизводящей сигнал одного канала, происходит по на-
направлению слева сверху — вправо вниз (и в
обратном направлении), другого канала —
справа сверху — влево вниз (и в обратном на-
направлении). Итак, чтобы получить двухканаль-
ную стереофоническую фонограмму реацу со-
сообщают перемещения в двух взаимно перпен-
перпендикулярных направлениях, причем оба они
находятся под углом 45° к поверхности носите-
носителя, как показано на рис. 9.7. Поскольку угол
раскрытия стенок канавки равен 90°, на каж-
каждой стенке канавки записывают один сигнал:
на внешней (ближе к краю пластинки) сигнал
правого канала, на внутренней (обращенной
к центру пластинки) сигнал левого канала.
., Стандартизована и фазировка сигналов в
каналах. Выходные напряжения звукоснима-
звукоснимателя находятся в фазе, если игла подается
вверх для левого канала и вниз для правого
(или наоборот). Этот порядок принят по следу-
следующим соображениям. При вращении диска воз-
возникают вертикальные перемещения иглы, обу-
обусловленные короблением пластинки и биения-
биениями диска из-за неточной насадки на ось (пло-
(плоскость диска не перпендикулярна оси).
Если бы сигнал одного канала был записан
способом поперечной записи, а другого —
способом глубинной записи, то помеха, обу-
обусловленная вертикальными перемещениями
иглы, воспроизводилась бы только в одном ка-
канале. Смещением направлений записи на 45°
•достигается противофазное и примерно одина-
одинаковое по амплитуде распределение напряжения
этих помех по обоим каналам. В результате
звучание помехи распределяется по всей шири-
ширине базы и не локализуется, что уменьшает ее
заметность.
При синфазных сигналах равной амплиту-
амплитуды (монофоническая запись) игла перемеща-
перемещается только в горизонтальной плоскости. По-
Поэтому при объединении сигналов обоих кана-
каналов с целью монофонической записи слуховое
восприятие помех еще более ослабляется.
При квадрофонической записи на каждой
стенке канавки записывается спектром звуко-
звуковых частот сигнал переднего канала, а на под-
несущей частоте спектр сигнала заднего кана-
канала. Полный спектр записи при этом простира-
простирается до 40 ... 45 кГц.
ЛАКОВЫЕ ДИСКИ
Технические условия механической звуко-
звукозаписи на лаковые диски определены ГОСТ
/893—79. Стандарт полностью соответствует
публикациям МЭК-98, МЭК-98А. Стандарти-
Стандартизованы диаметр (формат) дисков: 300, 250,
175 мм (обозначается соответственно Ф300,
Ф250, Ф175), частоты вращения (угловые ско-
скорости вращения): 33Х/3 (для всех форматов) и
45,11 об/мин (главным образом, для формата
Ф175). Запись должна иметь вид спиральной
канавки, вырезанной в рабочем слое лакового
диска, вращающегося по ходу часовой стрелки.
Запись в направлении от края к центру диска
должна содержать вводную канавку, началь-
начальную (немодулированную) канавку, модулиро-
модулированные канавки, конечную (немодулирован-
(немодулированную) канавку. Эти части образуют зону запи-
записи. Далее следуют выводная канавка и заклю-
заключительная концентричная канавка. Записи
разных произведений, выполненных на одном
диске, содержат разделительные промежутки.
Переход от одного произведения к другому со-
совершается непрерывной соединительной канав-
канавкой. Размеры записи для грампластинок раз-
разных форматов должны соответствовать указан-
указанным в табл. 9.1 Шаг вводной канавки установ-
установлен 0,8 мм для Ф300 и 1,6 мм для Ф175, вы-
выводной — 6,5 мм для Ф300 и 3,0 мм для Ф175.
Разделительный промежуток между записями
разных произведений должен быть не менее
0,3 мм. Начальная и выводная канавка должны
иметь не менее одного витка. Форма и размер
канавок в радиальном сечении должны соот-
соответствовать рис. 9.3 и табл. 9.2. При шаге вы-
Рис. 9.7. Образование канавки стереофониче-
стереофонической фонограммы
водной канавки, превышающем 6,5 мм, шири-
ширина канавки должна быть не менее 75 мкм.
Стандартизована в соответствии с рис. 9.6 и
табл. 9.3 АЧХ записи.
Остальные параметры записи на лаковых
дисках должны соответствовать табл. 9.4.
Таблица 9.1. Форматы и размеры
записи иа диск
Параметр
Диаметр начала ввод-
вводной канавки, мм
Диаметр начала зоны
записи, мм, не более
Диаметр конца соедини-
соединительной канавки, мм, не
менее
Диаметр конца зоны
записи, мм, не менее
Диаметр заключитель-
заключительной концентрической ка-
канавки, мм
Нормы для формата
Ф300
302
292
127
120
107
Ф250
251
242
127
120
107
Ф175
175
168
127
120
107
Таблица 9.2. Форма и размеры канавок
Параметр
Ширина вводной немо-
дулированной и соедини-
соединительной канавок, мкм
Ширина модулирован-
модулированной канавки, мкм, не бо-
более
То же, не менее
Ширина выводной ка-
канавки, мкм
Ширина выводной кон-
концентрической канавки,
мкм
Угол раскрытия канавки
Раднус закругления дна
канавки, мкм
Норма для
пластинок
стерео
40
180
30
60...80
60...100
90±2°
8,0
моно
50
70
50
60...80
60...100
90±2°
8,0
227
Таблица 9.3. Амплитудно-частотная
характеристика механической записи на диск
Таблица 9.4. Параметры механической
записи на диск
f. Гц
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
К. дБ
— 19,3
—19,0
—18,5
-17,8
—17,0
-15,8
—14,5
-13,1
— 11,6
—9,8
f. Гц
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
К. дБ
-8,3
—6,7
—5,2
—3,8
-2,6
—1,6
—0,8
0,0
0,8
1,6
/. Гц
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
10 000
12 500
16000
20000
К. дБ
2,6
3,7
5,0
6,6
8,2
10,0
11,9
13,7
15,6
17,7
19,6
Стереоканалы должны быть сфазированы
так, чтобы равновеликие синфазные сигналы
создавали бы только поперечную запись. Раз-
Разбаланс стереоканалов по уровню записи на час-
частоте 1000 Гц не должен превышать 1 дБ, рас-
расхождение АЧХ в диапазоне 20 ... 5000 Гц
должно быть не более 1 дБ в диапазоне 5000...
... 20 000 Гц — ие более 2 дБ.
Переходное затухание между стереокана-
стереоканалами в диапазонах частот 20 ... 250, 250 ...
... 8000, 8000 ... 12 500, 12 500 ... 20 000 Гц
должно быть не меньше соответственно 30,
40, 30, 15 дБ.
ГРАММОФОННЫЕ ПЛАСТИНКИ
Параметры пластинок определены ГОСТ
5289—80 и ГОСТ 7893—79. ГОСТ 5289—80
соответствует публикациям МЭК-98 и МЭК-
-98А. Стандарт не распространяется на гибкие
пластинки.
Основными параметрами граммофонных
пластинок служат длительность звучания, ши-
ширина полосы записанных частот, неравномер-
неравномерность АЧХ в пределах этой полосы, коэффи-
коэффициент гармоник, коэффициент детонации, отно-
относительный уровень помех (шумов).
Длительность звучания определяется диа-
диаметром пластинок. Для форматов Ф300, Ф250,
Ф175 диаметр пластинок составляет соответ-
соответственно 302,5; 251,5; 175,5 мм, а длитель-
длительность звучания 27, 18 и 9 мин.
Ширина полосы частот, неравномерность
АЧХ, коэффициент гармоник заданы парамет-
параметрами системы записи (см. табл. 9.4). Детона-
Детонация зависит от эксцентриситета центрового от-
отверстия и коробления пластинки. Эксцентри-
Эксцентриситет не должен превышать 0,15 мм, а короб-
коробление 1,5 мм. Уровень помех по отношению к
номинальному уровню записи не должен пре-
превышать — 60 дБ, а увеличение уровня помех
после 50 проигрывайий не должно превосхо-
превосходить 2 дБ (разумеется, при соблюдении усло-
условий эксплуатации).
В настоящее время преимущественно вы-
выпускают пластинки с частотой вращения 33V3
об/мин, некоторые пластинки формата Ф175—
Параметр
Отклонение частоты вращения
от номинала, %, не более
Коэффициент детонации, %, не
более
Относительный уровень рокота,
дБ, не более:
без взвешивающего фильтра
с взвешивающим фильтром
Номинальный диапазон частот,
Гц
Допустимые отклонения ам-
амплитудно-частотной характери-
характеристики записи от номинальной,
дБ, не более:
в диапазоне частот
50... 12 500 Гц
50...20 и 12 500... 16 000 Гц
16 000...20000 Гц
Номинальная амплитуда сме-
смещения, мкм,
в поперечном направлении
в вертикальном направлении
Номинальная амплитуда ко-
колебательной скорости, см/с
в поперечном направлении'
для левого и правого кана-
каналов
Коэффициент гармоник, %, не
более, в диапазоне:
60...8000 Гц
30...60 Гц
Относительный уровень помех
канала записи, дБ; не более
Относительный уровень помех
немодулированных («немых»)
канавок, дБ, не более
Норма
±0,5
±0,04
—45
—69
20...20 000
+ 1,5
От +1,5
до —3
От +1,5
до —б1
40
20
14
10 *
1.5
3,0
—63
—68
Для монофонической записи — до —10 дБ.
с частотой вращения 45,11 об/мин. Ранее
выпускали монофонические пластинки непо-
непосредственного воспроизведения с частотой вра-
вращения 77, 92 об/мин. За рубежом в небольшом
количестве делают пластинки с частотой вра-
вращения 16V3 об/мин.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ
ГРАМПЛАСТИНКИ
Для проверки электропроигрывающих уст-
устройств (ГОСТ 18631—73) и электрофонов
(ГОСТ 11157 — 74) выпускают измеритель-
измерительные и контрольные грампластинки. Их об-
общие параметры соответствуют ГОСТ 14761.0—
78 (срок действия продлен до 1.7.89). Стан-
Стандарт соответствует публикации МЭК-98А.
228
Основные параметры и размеры пластинок
соответствуют ГОСТ 5289—73, ГОСТ
14761.0 —78 и стандартам на измерительные
и контрольные пластинки конкретного назна-
назначения. Форма и размеры канавок, а также
другие параметры записи, не установленные
стандартами на пластинки конкретного назна-
назначения, должны соответствовать ГОСТ
7893—72, ГОСТ 5289—80. Пластинки прес-
прессуют матрицами снятыми со второго ориги-
оригинала. Эксцентриситет центрового отверстия
пластинок не более 0,1 мм, коробление — не
более 0,5 мм. Относительный уровень помех
немодулированных канавок в соответствии с
ГОСТ 5289—80 не более — 64 дБ, а после 50
проигрываний не должен возрастать более
чем на 2 дБ.
Установлены стандарты на следующие ви-
виды измерительных и контрольных пластинок:
для измерения относительного уровня рокота
(ГОСТ 14761.1—78), для измерения коэффици-
коэффициента детонации (ГОСТ 14761.2—78), грампла-
грампластинки «скользящего тона» для измерения ам-
амплитудно-частотных характеристик (ГОСТ
14761.3—78), для измерения разделения меж-
между стереоканалами (ГОСТ 14761.4—78), для
проверки работы автостопа A4761.5—78).
Срок действия перечисленных стандартов так-
также продлен до 1.7.89.
Грампластинки для проверки уровня роко-
рокота электропроигрывающих устройств (ЭПУ) и
электрофонов содержат запись сигнала срав-
сравнения частоты 315 ГЦ и немодулированные ка-
канавки. Канавки с сигналом сравнения выпол-
выполнены в виде отдельных зон поперечной и глу-
глубинной записи, а также записи сигналов левого
и правого каналов при амплитудном значении
колебательной скорости 5,41 см/с и соответст-
соответственно эффективном (действующем) значении
3,83 см/с. Запись производится на станке, от-
относительный уровень рокота которого не пре-
превышает —48 дБ без взвешивающего фильтра
и —71 дБ при его наличии. Соответственно от-
относительный уровень рокота измерительной
пластинки должен быть не более —44 дБ без
взвешивающего фильтра и —66 дБ при его на-
наличии. Амплитуду колебательной скорости из-
изготовленных пластинок определяют расчетом
по заданной частоте и измеренной под микро-
микроскопом амплитуде смещения канавки с попе-
поперечной записью сигнала сравнения: vm = <охт.
Пластинки для измерения коэффициента де-
детонации содержат запись синусоидального
сигнала частоты 3150±100 Гц при эффективном
значении колебательной скорости 2 ... 4 см/с.
Кроме записи сигнала частоты 3150 Гц пла-
пластинка содержит немодулированные замкну-
замкнутые (концентрические) канавки, предназначен-
предназначенные для центрования пластинки. Чтобы коэф-
коэффициент детонации измерительной пластинки
не увеличивался в процессе ее использова-
использования, эксцентриситет центрального отверстия
должен быть не более 0,05 мм, а коробление —
не более 0,5 мм.
Грампластинка «скользящего тона> пред-
предназначена для снятия амплитудно-частотных
характеристик. Она содержит запись сигнала
изменяющейся частоты от 20 до 20 000 Гц.
Частотный масштаб «скользящего тона>, вос-
воспроизводимого с пластинки, должен совпадать
с масштабом диаграммной ленты, используе-
используемой в самопишущем регистраторе уровня.
Звуковые канавки выполнены в виде отдель-
отдельных зон поперечной и глубинной записи, а
также записи сигналов левого и правого кана-
каналов. Эффективное значение колебательной ско-
скорости на частоте 1000 Гц при поперечной запи-
записи — 2,54 см/с. Поскольку увеличивать коле-
колебательную скорость на более высоких часто-
частотах недопустимо из-за возникновения эффекта
неогибания, на более высоких частотах принят
режим постоянства vm, на более низких часто-
тах в соответствии с ГОСТ 7893—72 принят
спад vm, достигающий на частоте 20 Гц 19,3 дБ.
Записи «скользящего тона» предшествует сиг-
сигнал частоты 1000 Гц, служащий для установ-
установки в исходное положение измерительной ап-
аппаратуры с самописцем. Диаграммная лента
приходит в движение при прекращении сигна-
сигнала частоты 1000 Гц. Особые грампластинки вы-
выпускают для измерения переходного затуха-
затухания между каналами. Их основные параметры
приведены в табл. 9.5.
Допустимое переходное затухание между
стереоканалами на частотах ниже 315 Гц —
не менее 25 дБ, в диапазоне частбт 315 ...
Таблица 9.5. Параметры граммофонных пластинок
для измерения переходиого затухания между каналами
Параметр
Частота сигнала, Гц, при допускаемом от-
отклонении ±@,025f-H), %
Эффективное значение колебательной ско-
скорости, см/с, не менее, при допускаемом от-
отклонении ±10% не более
Допустимое различие уровней сигналов ле-
левого и правого каналов дБ, не более
Переходное затухание между каналами,
дБ, не менее
315
1,95 ,
0,75
30
Норма для
1000
3,54
0,3
35
lacroT сигнала
5000
3,54
0,75
35
10 000
3,54
0,75
35
229
Таблица 9.6. Параметры ЭПУ
Параметр
Диапазон воспроизводимых частот, Гц, не
уже
Неравномерность АЧХ в заданном диапазо-
диапазоне частот, дБ, не более
Чувствительность на частоте 1000 Гц,
мВ/см/с
со встроенным корректирующим усилите-
усилителем
с электромагнитной головкой звукоснима-
звукоснимателя
с пьезоэлектрической головкой, моно, не
менее
то же, стерео
Переходное затухание между стереоканала-
стереоканалами, дБ, на частотах
315 Гц
1000 Гц
5000 Гц
10 000 Гц
Разбаланс чувствительности звукоснимате-
звукоснимателя, дБ, не более
Разбаланс АЧХ звукоснимателя в диапазо-
диапазоне частот от 315 до 6300 Гц, не более
Коэффициент детонации, %, не более, при
питании
от сети переменного тока
от автономных источников постоянного
тока
Отношение сигнал-рокот, дБ, не менее,
с использованием
фильтра X (рис. 9.11)
фильтра Y (рис. 9.11)
Отношение сигнал-фон, дБ, не менее,
со встроенным корректнр. усилителем
без встроеннрго корректир. усилителя
Амплитуда колебательной скорости механи-
механической записи на частоте 1000 Гц, при ко-
которой обеспечивается способность следова-
следования воспроизводящей нглой по канавке,
см/с, не менее:
для электромагнитной головки
для пьезоэлектрической головки
Прижимная сила, мН:
не более,
для электромагнитной головки
для пьезоэлектрической головки
Частота основного (механического) резо-
резонанса головки, Гц
не менее
не более
Добротность основного резонанса тонарма
(относительное значение), не более
Потребляемая мощность, Вт, не более, при
питании
от сети переменного тока
от автономных источников постоянного
тока
Масса ЭПУ, кг, не более
0
20...20 000
По рис. 9.8
70...200
0J..2.0
—
_
20
25
20
15
1
2
0,08
_
70
66
70
25
—
15
—
6
12
3
30
—
Норма по группам сложное™
1
31,5... 16 000
По рис. 9.9
70...200
0,7...2,0
—
—
20
20
15
10
2
2
0,15
—
60
62
66
20
—
20
—
—
—
—
20
—
7
2
40... 12 500
По рис. 9.10
70...200
0,7...2,0
50
70...200
10
15
10
6
2
3
0,20
—
55
54
57
15
15
30
70
—
—
—
20
—
5
3
50...I0 000
12
70...200
0.7...2.0
50
—
—
—
—
—
0,25
0,35
30
—
—
53
—
15
—
70
—
—
—
12
0,7
3
230
ZO 4067!
woo
80001600010000
i
w
I
J__ -
Г"^ !
r 1
I t
1 I ,
-
i I II
Рис. 9.8. Допуски на неравномерность
ЭПУ высшей группы сложности
АЧХ
Рис. 9.10. Допуски на неравномерность АЧХ
ЭПУ второй группы сложности
... 10 000 Гц — не менее 30 дБ, в диапазоне
частот 10 000 ... 16 000 Гц — не менее 25 дБ,
на частотах свыше 16 000 Гц — не менее 15 дБ.
Пластинки содержат канавки с записанны-
записанными сигналами фиксированных частот, значе-
значения которых определены в ГОСТ 18631—73.
Канавки с записанными сигналами фиксиро-
фиксированных частот выполнены в виде зон записи
левого и правого каналов; ширина каждой
зоны — не менее 2 мм. Амплитуды колеба-
колебательной скорости устанавливают по ГОСТ
7893—72 (рис. 8.6).
Грампластинки, предназначенные для про-
проверки работы автостопа, имеют две зоны с не-
модулированными канавками — на одной сто-
стороне для проверки на несрабатывание, на дру-
другой — для проверки на срабатывание. На-
Начальный диаметр первой зо.ны — не менее
160 мм, конечный — 127 мм. Шаг канавки от
3 до 7 мм. Начальный диаметр второй зоны —
127 мм при шаге записи 0,5 мм, диаметр
замкнутой канавки, предназначенной для про-
проверки автостопа на несрабатывание, равен
96 мм, для проверки на срабатывание —
107 мм. Шаг канавки второй зоны стороны,
предназначенной для проверки автостопа на
несрабатывание, 0,5 мм, стороны, предназна-
предназначенной для проверки на срабатывание,— 3 мм.
ЭЛЕКТРОПРОИГРЫВАЮЩИЕ
УСТРОЙСТВА, ЭЛЕКТРОПРОИГРЫВАТЕЛИ,
ЭЛЕКТРОФОНЫ
Для воспроизведения граммофонных пла-
пластинок служат электропроигрывающие устрой-
устройства (ЭПУ). Они содержат движущий меха-
механизм и звукосниматель и предназначены для
встраивания в бытовую электроакустическую
аппаратуру, например в радиоприемники и
электропроигрыватели. Электропроигрыва-
Электропроигрыватель — электропроигрывающее устройство в
65
Ш
8000 WOO
Рис. 9.9. Допуски на неравномерность АЧХ
ЭПУ первой группы сложности
40 65
80001Z500
футляре. Автономное электропроигрывающее
устройство, содержащее, кроме движущего
механизма и звукоснимателя, усилители и
электроакустические системы (громкоговори-
(громкоговорители), называют электрофоном, сочетание
электропроигрывающего устройства с радио-
радиоприемником — радиолой. Выпускают также
комбинированные устройства, содержащие,
кроме ЭПУ, магнитофонную панель.
Параметры ЭПУ должны соответствовать
ГОСТ 18631—83, аналогичному стандартам
СЭВ 3190—81 и СЭВ 3195—81.
По электрическим и электромеханическим
параметрам и потребительским (эксплуата-
(эксплуатационным) удобствам (свойствам) ЭПУ разделе-
разделены на четыре группы сложности: высшую @),
первую A), вторую B) и третью C) (табл. 9.6,
9.7). Буквенно-цифровое обозначение ЭПУ
состоит из следующих частей: первая цифра
обозначает группу сложности, далее следуют
буквы ЭПУ, вторая и третья цифры обозна-
обозначают порядковый номер разработки модели.
Для стереофонических ЭПУ, снабженных
звукоснимателем с электромагнитной голов-
головкой, добавляют буквы СМ, для стереофони-
стереофонических ЭПУ, снабженных звукоснимателем
с пьезоэлектрической головкой, — буквы
СП. Далее следует обозначение стандарта.
Например, наименование 2—ЭПУ—65СМ
ГОСТ 18631—83 обозначает: 65 модель стерео-
стереофонического ЭПУ второй группы сложности
с электромагнитной головкой.
Номинальные частоты вращения диска
ЭПУ — 331/3 и 45,11 об/мин. Электрические и
электромеханические параметры ЭПУ для
номинальной частоты вращения диска
33Х/3 об/мин должны соответствовать нормам,
приведенным в табл. 9.6.
Питание ЭПУ осуществляется отлети пере-
переменного тока с номинальным напряжением
220 В, частотой 50 Гц и допустимыми отклоне-
231
Таблица 9.7. Наличие вспомогательных
устройств
Потребительские
(эксплуатационные) удобства
ч
Микролифт
Регулятор частоты вращения
Диска и индикатор частоты
вращения ЗЗ'/з об/мин
Регулятор прижимной силы
звукоснимателя
Автостоп или концевой вы-
выключатель с переключением
зон срабатывания
Компенсатор скатывающей си-
силы (кроме ЭПУ с тангенциаль-
тангенциальным тонармом или с тонармом
с автоматической компенса-
компенсацией скатывающей силы)
Выключатель, замыкающий вы.
воды звукоснимателя или от-
отключающий встроенный коррек-
корректирующий усилитель при не-
нерабочем положении иглы
Устройство для возвращения
тонарма в исходное положение
Автоматическое устройство
Для установки иглы на задан-
заданный начальный диаметр запи-
записи
Группа
сложности
0
0
0
0
0
0
0
Р
Р
1
0
0
0
0
0
0
р
р
2
0
р
р
0
н
0
р
н
3
0
л
н
0
н
0
н
н
ниями напряжения сети от —10 до +5 %, а
для устройств третьей группы сложности и
от автономных источников с допустимыми отк-
отклонениями напряжения от номинального от
—30 до +10 %. Отклонения частоты враще-
вращения диска от номинальной при питании от
сети переменного тока должны быть не более
± 0,55 % для группы сложности 0; ±1,2 %
для группы сложности 1;±1,7 % для группы
сложности 2; ±2,1 % для группы сложности 3,
при питании от автономных источников посто-
постоянного тока для группы сложности 3 — не
более ± 3 %.
-10
-20
-Z0
-40
11 5 10 10 50 100 Z00 500 1000
Рис. 9.П. Амплитудно-частотные характери-
характеристики взвешивающих фильтров X и Y
/
<
/
/
/
V
у
\
\
f/u,
Диаметр шпинделя диска для установки
обычных пластинок должен быть 7,24 мм при
допустимых отклонениях — 0,04 ... —0,13 мм,
наружный диаметр вкладыша для установки
пластинок с увеличенным центровым отверсти-
отверстием — 38,2 мм при допустимых отклонениях
— 0,08 ... — 0,24 мм.
В зависимости от категории сложности
ЭПУ, характеризующей удобства, предостав-
предоставляемые потребителю, в ЭПУ вводят различ-
различные вспомогательные (сервисные) устройства,
облегчающие эксплуатацию и повышающие
качество воспроизведения. Они перечислены в
табл. 9.7. Буквы в графах таблицы обозна-
обозначают: 0 — наличие устройства обязательно,
Р — рекомендуется, Н — не обязательно.
Микролифт необходим для плавного опу-
опускания иглы звукоснимателя на пластинку
во избежание порчи иглы и пластинки, регу-
регулятор частоты вращения позволяет установить
номинальную частоту вращения: Замыкание
выводов звукоснимателя устраняет помехи
(фон, трески) в перерывах между проигрыва-
проигрываниями пластинок.
Как и электропроигрывающие устройства,
электрофоны по электрическим, электроаку-
электроакустическим и потребительским (эксплуатаци-
(эксплуатационным) свойствам подразделяют на четыре
группы, причем электрофоны групп 0 и 1 из-
изготавливают только стереофоническими, групп
2 и 3 — и стереофоническими, и монофониче-
монофоническими. Поскольку в состав электрофонов, кро-
кроме ЭПУ, входят усилители и электроакусти-
электроакустические системы. ГОСТ 1157—801 дополнитель-
дополнительно нормирует ряд параметров качества, ука-
указанных в табл. 9.8. Параметры ЭПУ, магнито-
магнитофонных панелей и выносных акустических си-
систем, входящих в состав электрофонов, опре-
определены ГОСТ 18631 — 83, ГОСТ 20838 — 75,
ГОСТ 23262 — 78.
Условное обозначение электрофона состоит
из следующих частей: слова «Электрофон»,
торгового названия данной модели, цифры,
обозначающей группу сложности, двух цифр,
обозначающих порядковый номер разработ-
разработки, слово «стерео» для стереофонических мо-
моделей и обозначения стандарта. Пример услов-
условного обозначения: Электрофон «Ленинград—
109 — стерео». ГОСТ 11157—80 — стереофо-
стереофонический электрофон первого класса, девятая
модель.
На панели электрофона наносят условные
функциональные обозначения (символы) или
надписи, поясняющие назначение органов уп-
управления. Система коммутации обеспечивает
подключение собственных (ЭПУ, магнитофон-
магнитофонная панель) и внешних (радиовещательный
приемник, розетка сети проводного вещания,
магнитофон) источников сигналов. Электро-
Электрофоны содержат переключатели: «моно-стерео»,
скачкообразного изменения ширины полосы
пропускания, отключения тоякомпенсации,
регуляторы Громкости, стереобаланса и тембра
по нижним и верхним частотам, а также ряд
1 Соответствует стандарту СЭВ 1080—87.
232
Таблица 9.8. Параметры электрофонов
Параметр
Диапазон воспроизводимых частот по зву-
звуковому давлению, Гц, при неравномерности
14 дБ, не уже
Номинальная выходная электрическая мощ-
мощность каждого тракта, Вт, не менее
Диапазон воспроизводимых частот по элек-
электрическому напряжению со входа усилите-
усилителя звуковых частот, Гц, ие уже
Допускаемое отклонение АЧХ в диапазоне
воспроизводимых частот по электрическому
напряжению, относительно коэффициента
усиления на частоте 1000 Гц, дБ, не более
с линейного входа
со входа корректир. усилителя
Коэффициент гармоник в диапазоне воспро-
воспроизводимых частот по электрическому на-
напряжению при номинальной мощности, %,
не более
Коэффициент интермодуляциониых иска-
искажений, %, не более '
Переходное затухание между стереотрак-
тами с линейного входа, дБ, не менее на
частотах, Гц
1000
250.. 10 000
Различие усиления стереотрактов в диапа-
диапазоне частот 250...6300 Гц, дБ, не более
Напряжение перегрузки источником сигна-
сигнала с линейного входа, В, не менее
Уровень помех фона и наводок всего трак-
тракта электрофона, дБ, не более
Норма по группам сложности
0
31.5...20 000
20
20...22 000
±1,5,
±2,0
0,32
1,0
403
30
2з
2
—56
1
50... 16 000
10
31,5.-16 000
-
±1,5
±2,0
Р,72
1,5
403
30
23
2
—50
2
80... 12 500
3
40... 12 500
±2,5
—
1,5
—
35
25
3
2
—46
3
100...8000
125...71001
1,5
—
—
—
2,5
• —
30
25
3
—
—40
Для встроенных акустических систем.
Значение должно выполняться в диапазонах частот 63...12 500 Гц при выходной мощности от номиналь-
номинальной до одной десятой от номинальной, 40...63 и 12 500...16 000 Гц при уменьшении выходной мощности,
не более чем вдвое.
При положениях регулятора громкости от максимального до значения, указанного в технических услови-
условиях на электрофон.
дополнительных устройств: световой лндика-
тор включения питания, указатели рода рабо-
работы, гнезда для подключения магнитофона, ра-
радиоприемника (тюнера), сети проводного ве-
вещания, головных стереофонических телефонов,
акустических систем.
ЗВУКОСНИМАТЕЛИ
Основными узлами звукоснимателя явля-
являются головка и тонарм.
Головка звукоснимателя содержит преоб-
преобразователь (чаще всего электромагнитного или
пьезоэлектрического типа), иглодержатель и
иглу. Параметры головки разделяют на меха-
механические и электрические. К механическим от-
относят прижимную силу G, гибкость подвеса
подвижной системы с, действующую массу
подвижной системы т; к электрическим—
чувствительность Е, амплитудно-частотную
характеристику, рассогласование по чувстви-
чувствительности на частоте 1000 Гц и в диапазоне
частот, проникание или переходное затухание
между стереотрактами, номинальное сопротив-
сопротивление нагрузки.
При вращении пластинки модулированная
канавка, отклоняя иглу от равновесного (ней-
(нейтрального) положения, воздействует на иее с
силой, равной противодействующей силе реак-
реакции Fp подвижной системы иа каиавку. Сила
реакции связана с колебательной скоростью v
и механическим сопротивлением подвижной
системы г соотношением Fр = vz.
Для уменьшения разрушения каиавки нуж-
нужны головки с небольшим механическим сопро-
сопротивлением z, т. е. имеющие малые действующую
массу, треиие и большую гибкость. Чтобы иг-
233
ла под действием силы реакции не поднималась
по стенкам канавки и не выскакивала из ка-
иавки, прижимная сила G должна быть в 2...3
раза больше Fp. Тогда игла будет прижимать-
прижиматься к обеим стенкам канавки одновременно.
Чрезмерная или недостаточная прижимная си-
сила увеличивает износ канавки. Поэтому в пас-
паспортных данных звукоснимателя указывают
допустимые пределы изменения G, при кото-
которых игла точно ведется канавкой и в наимень-
наименьшей степени разрушает ее. Желательно уста-
устанавливать G ближе к нижнему пределу. Лишь
при короблении пластинки или заметных вер-
вертикальных биениях диска ее приходится уве-
увеличивать.
Между амплитудой колебательной ско-
скорости, амплитудой силы реакции и составляю-
составляющими механического сопротивления существу-
существует связь
vm~- Fm/z —- Fr
IV
[ 1 \2
г24-\шт 1 .
V we /
В этой формуле г — сопротивление механиче-
механических потерь (потерь на трение), с — гибкость
подвеса, am — эквивалентная (действующая)
масса подвижной системы. Гибкость характе-
характеризует способность подвижной системы откло-
отклоняться от равновесного (нейтрального) поло-
положения при приложении к игле головки силы.
Чем больше гибкость, тем меньше нагрузка
на стенки канавки, тем меньшее усилие тре-
требуется от канавки, чтобы отклонять иглу. Под
действующей массой подразумевают массу
подвижной системы, отнесенную к точке рас-
расположения иглы.
Силы реакции имеют наибольшие значения
на краях рабочего диапазона частот. Поэтому
для граничных частот /min и /тах находят па-
параметры подвижной системы: гибкость с =
= xm/Fv и действующую массу
причем хт — наибольшая амплитуда смеще-
смещения каиавки на частоте /min, а = м2*т —
максимальная амплитуда колебательного
ускорения на частоте / тах.
Так как прижимная сила, удерживающая
иглу в канавке, находится в прямой зависимо-
зависимости от отклоняющей силы, то головка с боль-
большой гибкостью подвеса может работать при
меньшей прижимной силе. Например, головка
с гибкостью не менее 10-10~3 м/Н при прижим-
прижимной силе 15 мН уверенно следит за канавкой с
амплитудой смещения более 50 мкм. Так как
амплитуда смещения в вертикальном направ-
направлении в 1,5 ... 2 раза меньше амплитуды сме-
смещения в горизонтальном направлении, то
гибкость в вертикальном направлении может
быть во столько же раз меньше гибкости в го-
горизонтальном направлении.
Действующая масса оказывает наиболь-
наибольшее влияние на свойства головки на верхних
частотах. Чем меньше масса, тем больше /тах,
тем меньше инерциальная составляющая силы
реакции. У лучших головок т <: 0,5 мг.
Чувствительность головки представляет
собой отношение напряжения на ее зажимах к
колебательной скорости, с которой записан
сигнал. Измерить напряжение на зажимах
звукоснимателя нетрудно. Сложнее опреде-
определить значение колебательной скорости. Суще-
Существует косвенный способ определения колеба-
колебательной скорости. Если пластинку с модули-
модулированными канавками осветить под определен-
определенным углом параллельными лучами света, то
на ее поверхности появится бликующая свет-
светлая полоска. Измерив ее ширину, можно оп-
определить колебательную скорость
v = алп/60,
где а — ширина светлой полосы, п — частота
вращения. Например, при ширине блика 5,7 см
и частоте вращения диска 33V3 об/мин
v= 5,7-3,14-33,33/60=10 см/с.
Частотная характеристика головки явля-
является логарифмическим выражением напряже-
напряжения сигнала на нагрузке головки в зависимо-
зависимости от частоты при постоянстве колебательной
скорости, причем нуль шкалы децибелов со-
соответствует напряжению на 1000 Гц:
tf = 201g(?///?/ieee).
Ход частотной характеристики определяется
принципом преобразования и конструкцией
подвижной системы.
Для стереофонических головок существен-
существенными электрическими показателями являются
рассогласование трактов по чувствительности
на частоте 1000 Гц и в диапазоне частот и пере-
переходное затухание между трактами (или про-
проникание сигнала из тракта в тракт). Все эти
величины выражают в логарифмических еди-
единицах — децибелах.
Чувствительность пьезоэлектрических зву-
звукоснимателей составляет доли вольта на 1 см/с,
электромагнитных звукоснимателей — от де-
десятых долей до нескольких милливольт на
1 см/с. Чувствительность звукоснимателя, пом-
помноженная на максимально допустимое значе-
значение колебательной скорости A4 см/с для моно-
и 10 см/с для стереозаписи) — исходная ве-
величина для расчета усилителя воспроизведе-
воспроизведения. Сравнивая частотную характеристику го-
головки и нормированную частотную ха-
характеристику воспроизведения (кривая 2 на
рис. 9.6), определяют необходимую поправку.
Ее вводят с помощью частотного корректора
(усилителя). Рассогласование на частоте 1000
Гц и по частотному диапазону не должно пре-
превышать 2 дБ. Переходное затухание между
стер еотр актам и должно быть не менее 20 дБ на
• средних частотах и 15 дБ на верхних частотах.
Номинальное сопротивление нагрузки для
керамических головок должно быть 1,4 МОм,
для пьезоэлектрических порядка 1 МОм, для
электромагнитных — 47 кОм.
Классификация головок звукоснимателей
по способу получения электрического сигнала
представлена на рис. 9.12.
^ Во многих головках применяют пьезоэлект-
пьезоэлектрическое преобразование. Для изготовления
234
пьезоэлемента используют кристаллы сегне-
товой соли (калийно-натриевого тартарата
KNaC4H4Oe-4 H2O) или более устойчивую
к воздействию влаги и повышенной температу-
температуры поликристаллическую керамику, иначе на-
называемую пьезооксидом (титанат бария,
свинца, свинца — циркония). Пьезооксиды
сами по себе не обладают пьезоэлектрическими
свойствами, а приобретают их путем терми-
термической обработки в электрическом поле.
Пьезооксиды не чувствительны к влаге, повы-
повышенной температуре, химически нейтральны.
Поэтому керамические головки сохраняют ра-
работоспособность даже в тропических условиях.
Пьезокристаллы работают на изгиб. Если
конец кристалла закрепить в опоре жестко, то
ЭДС пропорциональна амплитуде смещения,
если закрепить упруго, например с помощью
резиновой обжимки, ЭДС пропорциональна
амплитуде колебательной скорости. Подбирая
параметры зажима, получают достаточно хо-
хорошее приближение к желаемой АЧХ воспро-
воспроизведения (кривая 2 на рис. 8.6). Форма АЧХ
зависит также от значения сопротивления на-
нагрузки. Если оно составляет 0,25 ..1,0 МОм,
ЭДС примерно пропорциональна амплитуде.
смещения.
Широкое распространение пьезоэлектриче-
пьезоэлектрических головок обусловлеио их преимуществами:
простотой и дешевизной, большой ЭДС (доли
вольта, что примерно на два порядка больше
ЭДС, развиваемой другими головками). Го-
Головки нечувствительны к магнитным по-
полям рассеяния.
Поскольку ЭДС возникает в результате ме-
механической деформации кристалла, гибкость
подвеса невелика, редко достигает 4-10~3 м/Н.
Поэтому чтобы игла точно следовала по канав-
канавке, необходимо прижимная сила 20 ... 50 мН.
При этом увеличивается разрушение канавки.
К недостаткам пьезоэлектрических головок от-
относятся также недостаточная механическая
прочность и чувствительность к влажности и
изменению температуры. При повышении тем-
температуры с 20 до 40 °С чувствительность умень-
уменьшается на 25 %. При 60 °С кристаллизацион-
кристаллизационная структура разрушается и пьезоэффект ис-
исчезает.
Электромагнитные головки изготавливают
с подвижным магнитом (рис. 9.13, а), с под-
подвижным якорем из магнитомягкого железа
(рис. 9.13, б), с переменным магнитным сопро-
сопротивлением (рис. 9.13, в), с подвижными катуш-
катушками (рис. 9.13, г). Головки последнего вида
называют часто электродинамическими. Луч-
Лучшие образцы электромагнитных головок обла-
обладают следующими параметрами: ЭДС на часто-
частоте 1000 Гц — несколько десятков милливольт,
ширина полосы 10 ... 25 000 Гц при неравно-
неравномерности АЧХ не более ± 2 дБ. Таких хоро-
хороших параметров достигают благодаря неболь-
небольшой массе подвижной системы (менее 10 мг)
и большой гибкости подвеса C5-10—3 ...50Х
X 10~3 м/Н), а также благодаря электродина-
электродинамическому демпфированию подвижной сис-
системы.
Недостатки электромагнитных головок:
сложность изготовления и обусловленная
этим довольно большая стоимость, чувстви-
чувствительность к магнитным полям рассеяния, не-
необходимость корректирования АЧХ, а также
недостаточная чувствительность. При исполь-
использовании электромагнитных головок обяза-
Контакт-
ные
Мехами -
ческие
Пассивные
Пьезоэлек-
тричес-
трические
Головки
звукосни-
звукоснимателей
1
Механо-
электри-
ческие
'К-
тив'ные
бесконтак-
бесконтактные
Оптоэлек-
трические
Активные
Емкост-
Емкостные
Электрон-
Электронные
Кристал-
Кристаллические
Керами-
Керамические
Электро-
магнит-
магнитные
Электро-
динами-
динамические
В схеме
НЧ
В схеме
ВЧ
Фотоэлек-
тричес-
трические
полупро-
воднико-
водниковые
Лазерные
Рис. 9.12. Классификация головок звукоснимателей по способу получения электриче-
электрического сигнала
N
Рис. 9.13. Схема конструкции электромагнитных головок с подвижным магнитом (а),
с подвижным якорем из мягкого железа (б), с переменным магнитным сопротивле-
сопротивлением (в), с подвижными катушками (г)
тельно необходимо применять предваритель-
предварительный корректирующий усилитель.
Действие емкостных звукоснимателей ос-
основано на изменении расстояния между обклад-
обкладками миниатюрного конденсатора при коле-
колебаниях иглы. Размеры обкладок примерно
1x2 мм. Получаемая ЭДС пропорциональна
смещению иглы. Ввиду большого выходного со-
сопротивления и незначительной ЭДС преобра-
преобразователь чувствителен к внешним полям по-
помех. Отношение сигнал-помеха составляет при-
примерно 55 дБ. Усилитель необходимо поме-
помещать непосредственно возле преобразователя,
что усложняет конструкцию звукоснимателя.
Для увеличения чувствительности преобразо-
преобразователь включают в качестве конденсатора в
контур высокочастотного генератора. При ко-
колебаниях иглы изменяется емкость конденса-
конденсатора и частота генерируемых колебаний. Полу-
Полученные ЧМ колебания (частота около 20 МГц)
усиливаются и детектируются. При vm —
= 5 см/с напряжение на выходе устройства на
частоте 1000 Гц составляет примерно 0,2 В.
Полоса пропускания емкостного звукоснимате-
звукоснимателя составляет 20 ... 20 000 Гц, прижимная си-
сила — примерно 12 мН, гибкость подвеса под-
подвижной системы — 25-10~3 м/Н.
Преимуществом емкостного звукоснимате-
звукоснимателя является широкая полоса частот при малой
неравномерности АЧХ.,Однако из-за сложной
электрической схемы и конструкции емкост-
емкостные звукосниматели используются сравнитель-
сравнительно редко.
В фотоэлектрических головках световой по-
поток, создаваемый миниатюрной лампой нака-
накаливания, модулируется колеблющейся заслон-
заслонкой, управляемой иглой, и попадает на фото-
фоторезистор. Ввиду малой массы подвижной си-
системы головки верхняя граничная частота сос-
составляет 40 ... 45 кГц. Гибкость подвеса в го-
горизонтальной и вертикальной плоскостях —
примерно 30-Ю-3 м/Н, что позволяет умень-
уменьшить прижимную силу до 45 мН. Чувст-
Чувствительность головок примерно в 10 раз боль-
больше чувствительности электромагнитных голо-
головок. В лучших образцах фотоэлектрических
головок достигнуты следующие параметры:
прижимная сила 5 мН, гибкость подвеса
30-10—3 Н, масса подвижной системы 0,3 мг,
чувствительность 16 мВ/см/с, полоса частот
от 20 до 45 000 Гц при неравномерности на час
тотах до 20 000 Гц не более ± 1 дБ, переход
ное затухание между каналами на частоте
1000 Гц более 30 дБ.
Однако ввиду сложности и большой стоимо-
стоимости фотоэлектрические головки применяют
лишь в отдельных моделях ЭПУ высшего
класса.
В полупроводниковых головках использу-
используют изменение сопротивления полупроводнико-
полупроводникового элемента под действием сжимающей или
растягивающей силы. В результате модулиру-
модулируется поданное на преобразователь постоянное
напряжение. Гибкость подвеса примерно
25-10~3 м/Н, масса подвижной системы 0,5 мг,
что соответствует лучшим образцам элект-
электромагнитных головок, чувствительность
5 мВ/см/с. Сигнал, снимаемый с головки, уси-
усиливается примерно в 30 раз.
Головка полупроводникового типа сбвме-
щает в себе достоинства электромагнитных го-
головок (широкую полосу воспроизводимых ча-
частот, малую массу и большую гибкость под-
подвеса подвижной системы, следовательно малую
прижимную силу) и пьезоэлектрических голо-
головок (большое выходное напряжение, нечувст-
нечувствительность к магнитным полям). Однако тех-
технология производства этих головок разрабо-
разработана еще недостаточно, поэтому они доро-
дороги. Для питания головки нужен источник с
хорошо сглаженными пульсациями выпрямлен-
выпрямленного напряжения.
Все рассмотренные выше типы головок дей-
действуют при контакте иглы с канавкой и в боль-
большей или меньшей степени разрушают ее. Раз-
Разработаны бесконтактные головки. Луч лазера
отражается от неровностей канавки и посту-
поступает на фотоэлектронный преобразователь.
Звукосниматели этого типа снабжают сложным
и дорогостоящим устройством ведения луча
по дорожке записи. Такие звукосниматели ис-
используют, в частности, в устройствах воспро-
воспроизведения цифровой записи с компакт-дисков.
Важной частью головок является игла.
Движение иглы по канавке должно возможно
точнее повторять движение резца рекордера.
Материал иглы должен быть стоек к истира-
никУ. Масса иглы, являющаяся частью массы
подвижной системы, должна быть возможно
меньше.
236
Чаще всего применяют иглы цилиндриче-
цилиндрической формы, завершающиеся конусом с за-
закругленной вершиной (рис. 9.14, а). Достоин-
Достоинство их — медленное истирание самой иглы
и канавки пластинки, находящейся в контакте
с иглой. Иглы просты в изготовлении и пото-
потому сравнительно дешевы. Однако эти иглы об-
обладают серьезным недостатком. Форма их ост-
острия сильно отличается от формы острия резца
(рис. 9.14, б). Из-за этого возникают искаже-
искажения неогибания.
Использовать иглы с формой острия, повто-
повторяющей форму острия резца, также недопусти-
недопустимо. Площадь контакта такой иглы с канавкой
будет мала. Острые кромки иглы будут по-
повреждать канавку, а чрезмерное давление на
канавку при большой прижимной силе вызо-
вызовет необратимую деформацию стенок канавки.
Применение игл, форма острия которых при-
приближается к форме острия резца, стало воз-
возжным после появления головок с умень-
уменьшенной прижимной силой (не более 15 мН).
Это — иглы с эллиптическим (рис. 9.14, в) и
так называемым бирадиальным (рис. 9.14,2)
сечением острия, а также появившиеся в по-
последние годы иглы с V-образным (рис. 9.14, д)
и гиперэллиптическим (рис. 9.14, е) сечением
острия.
Иглы изготавливают из корунда или алма-
алмаза в соответствии с ГОСТ 7765—70. Срок
службы корундовых игл от 100 до 150 ч, ал-
алмазных 500 ... 850 ч. Следует иметь в виду,
что алмазные иглы примерно в 10 раз дороже
корундовых. Марки и размеры корундовых
игл приведены в табл. 9.9, алмазных игл —
в табл. 9.10. Алмазные иглы типа I имеют эл-
эллиптическое сечение острия и квадратное се-
сечение крепежной части со стороной квадрата
а = 0,27 мм. Алмазные иглы типа II имеют
круглое сечение острия и квадратное (Кв)
или круглое (Кр) сечение крепежной части с
а) Ю в) г) д) в)
Рис. 9.14. Форма сечения острия иглы
диаметром d 0,3; 0,35 и 0,40 мм. Длина иглы /
составляет от 0,5 до 1,5 мм. Вершина острия
не должна касаться дна канавки. Радиус за-
закругления конца иглы всегда берется больше
радиуса закругления дна канавки, равного
8 мкм.
Тонарм должен перемещать головку звуко-
звукоснимателя таким образом, чтобы игла возмож-
возможно точнее повторяла движение резца рекорде-
рекордера при записи. Рекордер движется вдоль ради-
радиуса диска. Любое отклонение перемещающей-
перемещающейся иглы звукоснимателя от радиуса пластинки
вызовет нелинейные искажения. Для уменьше-
уменьшения искажений применяют тонармы трех ти-
типов: рычажного типа с постоянным горизон-
горизонтальным углом коррекции (рис. 9.15, а),
рычажного типа с переменным горизонтальным
углом коррекции (рис. 9.15, б), тангенциаль-
тангенциального типа (рис. 9.15, в). Ввиду того что нели-
нелинейные искажения правильно сконструиро-
сконструированных тонармов рычажного типа с постоян-
постоянным углом коррекции достаточно малы, а их
стоимость значительно меньше стоимости то-
тонармов других типов, первые используются в
настоящее время даже в высококачественных
ЭПУ.
Тонарм рычажного типа состоит из изогну-
изогнутой трубки или стержня с П-образным профи-
профилем /, закрепленных на поворотной ножке 2,
содержащей оси для поворотов в горизонталь-
горизонтальной и вертикальной плоскостях. Короткая
хвостовая часть трубки (стержня) имеет про-
Рнс. 9.15. Тонармы рычажного (а), рычажного с переменным горизонтальным углом
Коррекции (б) и тангенциального (в) типа
Таблица 9.9. Марки и размеры корундовых игл
Условное
обозначение
иглы
К 18/0,8
К 18/1,2
К 18/1,5
К 70/1,2
К 70/1,5
Радиус за-
закругления
конца
иглы, мкм
18+2
1811
70±f,
Длина
иглы, мм
0,8±0,1
lt2±0,l
1,5±0,1
1,2±0,1
1,5±0,1
Область применения
Для воспроизведения стереофонических и монофониче-
монофонических пластинок с узкой канавкой при прижимной силе
звукоснимателя не более 30 мН
Для воспроизведения стереофонических и монофониче-
монофонических пластинок с узкой канавкой при прижимной силе
звукоснимателя не более 70 мН
Для воспроизведения монофонических пластинок с ши-
широкой канавкой при прижимной силе звукоснимателя
не более 100 мН
Таблица 9.10. Марки и размеры алмазных
Условное
обозначение нглы
I 0,27/0,8
II Кв 0,27/0,5
II Кв 0,27/0,7
II Кв 0,27/0,8
II Кв 0,27/1,0
II Кв 0,27/1,2
II Кр 0,30/0,5
II Кр 0,30/0,7
II Кр 0,30/0,8
II Кр 0,30/1.0
II Кр 0,30/1,2
II Кр 0,35/0,5
II Кр 0,35/0,7
II Кр, 0,35/0,8
II Кр 0,35/1,0
II Кр 0,35/1,2
II Кр 0,40/0,5
II Кр 0,40/0,7
II Кр 0,40/0,8
II Кр 0,40/1,0
II Кр 0,40/1,2
а или
d, мм
} 0,27
} 0,27
} 0,30
0,30
} 0,35
} 0,35
0,40
} 0,40
/±0,1, мм
0,8
0,5
0,7
0,8
1,0
1,2
0,5
0,7
0,8
1,0
1,2
0,5
0,7
0,8
1.0
1,2
0,5
0,7
0,8
1,0
1,2
игл
Масса, мг
0,11...0,17
0,04...0,09
0,08...0,14
0,12...0,18
0.16...0.23
0,20...0,28
0,04...0,07
0.07..Д15
0.09...0.17
0.12..Д22
0,16...0,26
0.07...0.10
0,10...0,17
0.12..Д22
0.17...0.29
0,22...0,35
0,10.-0,14
0,11...0,23
0,15...0,27
0,22...0,36
0,29...0,48
Область применения
В головках ЭПУ высшего
класса
В головках ЭПУ первого клас-
класса
В головках ЭПУ высшего
класса
В головках ЭПУ первого клас-
класса
—
В головках ЭПУ второго и
третьего классов
В головках ЭПУ первого клас-
класса
В головках ЭПУ второго и
третьего классов
238
тивовес 3, служащий для уравновешиваний
звукоснимателя в вертикальной плоскости с
целью уменьшения прижимной силы. На изог-
изогнутом конце трубки находится держатель го-
головки 4.
Расстояние от вертикальной оси поворот-
поворотной ножки до острия иглы L называют рабочей
длиной тонарма (рис. 9.16). Оно составляет
185 ... 230 мм. Расстояние от вертикальной
оси поворотной ножки до оси шпинделя диска
D называют установочной базой: D •< L.
Угол Ф называют горизонтальным углом по-
погрешности нескорректированного тонарма,
угол Р горизонтальным углом коррекции, угол
а — углом погрешности скорректированного
тонарма, радиус Rn, для которого определяют
угол Ф, промежуточным радиусом.
Выбором изогнутой формы тонарма и
его размеров можно свести горизонтальный
угол погрешности а к минимуму.
Расчет начинают с определения промежу-
промежуточного радиуса канавки Rn
) /2 •
Если задана установочная база D (рис. 9.16),
то рабочая длина тонарма L=yDi-\-Rn,
если задана L, то D = у L2 — Rn. Угол кор-
коррекции р* находят из уравнения
sinp = (
при этом горизонтальный угол погрешности
си = ф — р, а угол Ф определяют из выраже-
выражения
sin<p=(L2—D2-f RZ)/2RL.
Нелинейные искажения, обусловленные гори-
горизонтальным углом погрешности, проявляются
в виде второй гармоники воспроизводимого
сигнала. Коэффициент второй гармоники в
процентах
8,35t>m a
где vm — амплитуда колебательной скорости
записи, см/с, п — частота вращения пластин-
пластинки, об/мин, R — радиус канавки, см, а —
угол погрешности, градуса.
Пусть Rmax == 146 мм, /?min =60 мм.
Тогда Rn = 92 мм. Примем для высококачест-
венного ЭПУ D = 210 мм. Тогда L =
=-• V2102 + 922 = 230 мм, sin р = 0,4, Р =
= 24°. Определим для промежуточного радиу-
радиуса канавки угол Ф. Поскольку sin Ф = 0,39
Ф = 23° и горизонтальный угол погрешности
а = 23—24 = — Г. Коэффициент второй
гармоники при номинальной амплитуде коле-
колебательной скорости 10 см/с и частоте вращения
пластинки 33 1/3 об/мин.
8,35-10 1
2 = 33,33 9,2
что достаточно хорошо.
= 0,28%,
Рис. 9.16. Геометрия тонарма рычажного типа
Для ЭПУ среднего качества принимают
L = 185 мм, D = 175 мм, Р = 20°.
Для уменьшения нелинейных искажений,
создаваемых звукоснимателем, необходимо,
чтобы вертикальный угол воспроизведения 0
(рис. 9.17, б) был возможно ближе к вертикаль-
вертикальному углу записи у (рис. 9.17, а). Угол у стан-
стандартизован и равен 15°. Допустимые различия
углов 0 и у не должны превышать ±5°. Нели-
Нелинейные искажения, обусловленные различием
углов 0 и у, оценивают коэффициентом гармо-
гармоник
(tge-tgY)-ioo%,
причем vm — амплитуда колебательной скоро-
скорости записи, см/с, v — скорость перемещения
канавки относительно иглы.
Несовпадение углов 0 и у является причи-
причиной уменьшения переходного затухания меж-
между стереоканалами.
В плоскости, проходящей через радиус
пластинки, геометрическая ось иглы должна
быть перпендикулярна пластинке (рис. 9.18).
Отклонение в этой плоскости оси иглы от верти-
вертикали ухудшит переходное затухание между
стереоканалами и вызовет нелинейные иска-
искажения. Так как угол раскрытия канавки ра-
равен 90°, а угол конической части иглы состав-
составляет 50°, то отклонение оси иглы от вертикали
на ±10° считается допустимым.
На любой тонарм, изогнутый под горизон-
горизонтальным углом коррекции Р, во время воспро-
воспроизведения записи действует момент, стремя-
Т5±5*
Рнс. 9.17. Вертикальные углы записи (а) и
воспроизведения (б)
239
Рис. 9.18. Правильная установка головки зву-
звукоснимателя над канавкой
щийся повернуть тонарм к центру пластинки.
Сила, вызывающая этот момент, называется
скатывающей. Под воздействием скатываю-
скатывающей силы повышается давление на внутреннюю
стенку канавки и ослабляется давление на
внешнюю стенку, что нарушает баланс стерео-
стереосигналов, вызывает нелинейные искажения и
усиливает износ внутренней стенки канавки.
Действие скатывающей силы чаще всего ком-
компенсируют грузиком, подвешенным на нити и
связанным с хвостовой частью тонарма, либо
пружиной, препятствующей повороту тонарма
к центру пластинки.
ДВИГАТЕЛИ
Движущий механизм обеспечивает враще-
вращение диска ЭПУ с постоянной частотой, не за-
зависящей от колебаний напряжения сети, изме-
изменений температуры и, главное, от изменений
тормозящего действия, обусловленного давле-
давлением звукоснимателя на пластинку. Желате-
Желателен большой начальный вращающий момент,
чтобы диск быстро достигал номинальной час-
частоты вращения. Поле рассеяния двигателя не
должно наводить заметного напряжения до-
мех в электрической цепи звукоснимателя, а
механические вибрации не должны переда-
передаваться подвижной системе звукоснимателя.
Основной частью движущего механизма
служит электродвигатель. Чаще всего для
вращения диска используют асинхронные од-
однофазные электродвигатели переменного то-
тока или конденсаторные электродвигатели, ре-
реже синхронные электродвигатели. Все шире
начинают применять прямой привод диска
низкоскоростными электродвигателями с
электронной стабилизацией частоты. В ЭПУ с
автономным питанием используют коллектор-
коллекторные электродвигатели с электронной стаби-
стабилизацией частоты вращения. Двигатели пере-
переменного тока питают от осветительной сети,
чаще всего напряжением 220 В, двигатели по-
постоянного тока питают от встроенных в ЭПУ
гальванических источников постоянного тока—
батарей. Однако частота сети при перегрузке
сети^ уменьшается и отличается от 50 Гц. По-
Поэтому в дорогих моделях ЭПУ двигатель пита-
питается от транзисторного генератора со стабиль-
стабильной частотой. Для изменения частоты враще-
вращения переключают элементы колебательного
контура генератора. Плавную перестройку
частоты вращения производят с помощью раз-
различных тормозящих устройств, например,
изменяя расстояние между магнитом и враща-
вращающимся диском, в котором под действием
магнитного поля возбуждаются вихревые то-
токи (токи Фуко). Необходимость в плавной нод-
стройке частоты вращения возникает, напри-
например, в том случае, когда слушатель хочет урав-
уравнять тональности звучания грампластинки и
имеющегося у него музыкального инструмента.
Различают двигатели с мягкой и жесткой
электромеханической характеристикой. У пер-
первых частота вращения зависит от вращающего-
вращающегося момента (нагрузки), у вторых нет. Поэто-
Поэтому первые непригодны для использования в
ЭПУ. В ЭПУ необходимо применять двигате-
двигатели с жесткой электромеханической характе-
характеристикой. Частота их вращения в определен-
определенных пределах не зависит от изменения на-
нагрузки. Такой характеристикой обладают сии-
хрониые двигатели и асинхронные двигатели
с короткозамкнутым ротором типа сбеличьего
колеса», а также асинхронные конденсаторные
двигатели.
Для получения пускового вращающего мо-
момента статор, синхронных двигателей изготов-
изготовляют с расщепленными полюсами. В каждом
полюсе делают прорезь. На меньшую, расщеп-
расщепленную часть каждого полюса надевают ко-
роткозамкнутый виток. Поле этой части полю-
полюса совместно с полем остальной части полюса
создает требуемое вращающееся магнитное по-
поле. Другое решение этой задачи — применение
в статоре двух обмоток, одна из которых вклю-
включается в сеть через конденсатор. Этим обеспе-
обеспечивается сдвиг фаз токов примерно иа 90° и
получение вращающегося магнитного поля.
Синхронные двигатели чаще всего имеют
безобмоточный ротор с явно выраженными по-
полюсами. Вращающийся момент создается взаи-
взаимодействием вращающегося магнитного поля
статора с полем полюсов ротора. Первое соз-
создается таким же путем, как и в асинхронных
двигателях. В результате ротор вращается с
той же частотой, что и магнитное поле статора.
Это — так называемые реактивные двигатели.
В некоторых ЭПУ используют гистерезис-
ные двигатели, ротор которых выполнен из
магнитотвердого материала, т.е. материала с
широкой петлей гистерезиса, как у постоян-
постоянных магнитов.
В асинхронных двигателях частота враще-
вращения ротора Fp всегда несколько меньше часто-
частоты вращения магнитного поля статора Fc.
Возникает так называемый эффект скольже-
скольжения. Коэффициент скольжения s является от-
отношением частоты скольжения F8 = Fc —Fp к
частоте вращения статора:
Отсюда
В двигателях ЭПУ s = 5 ... 7 %.
Частота вращения магнитного поля ста-
статора
где»/ — частота сети, р — число пар полюсов.
Этой же формулой определяется частота вра-
вращения синхронного двигателя.
240
Т а б л и ц а
Марка
ЭДГ-1М
ЭДГ-4
ЭДГ-6
ЭДГ-60
ЭДГ-2
ЭДГ-2К
АКД4-2
АД-5
КД-3.5А
КД-6-4
СД-6
АДТ
1,6/10—2
АДТ-6
9.11. Параметры двигателей переменного тока
Напряже-
Напряжение, В
220
127
127
127
ПО
220
220
127
127
220
127/220
127/220
127/220
Потреб-
Потребляемая
мощность*
Вт
35
10
12
12
20
20
24
27
24
27
12,5
9
15
Мощность
на валу,
Вт
—
—
—
—
4
6
6
6
6
1.6
6 ¦
кпд. %
' —
—
—
—-
18
22
25
22
48
18
40
Частота
враще-
вращения,
мни""
2800
2800
2750
±100
1400
2800
2800
2680
1400
1400
1400
3000
2710
i 1ЛЛ
-t-iuu
2930
Момент на валу.
номиналь-
номинальный
—
1,22
4,2
4,2
4,2
2
0,61
2,1
пусковой
1,2
0,45
0,35
—,
0,8
0,8
—
3,5
2,5
3
1,2
0,51
Н-см
макси-
максимальный
11
7,5
7,5
6
1,25
3,75
В дешевых ЭПУ число пар полюсов равно
единице, поэтому частота вращения ротора при
частоте сети 50 Гц составляет 3000 мин-1.
Для уменьшения помех от вибраций применя-
применяют двигатели с большим числом пар полюсов.
Оно достигает 8 ...12* Частота вращения со-
составит при этом 375 ...250 мин-1.
Мощность электродвигателя ЭПУ выбира-
выбирают иа основе следующих соображений. Между
иглой и звуковой канавкой вращающейся
пластинки возникает трение, сила которого
¦ 'TP 2sin(Y/2) '
где k — коэффициент трения, FUp — прижнм-
ная сила, у — угол раскрытия звуковой ка-
канавки.
Пусть k = 0,3, Fnp = 0,08 Н, у = 90°.
Тогда FTp = 0,017 Н.
Наибольший вращающий момент М полу-
получается при движении иглы по каиавке макси-
максимального радиуса Rm&x- Для формата ФЗО
Апах = 292 мм и /?тах = 146-Ю-3 м, М —
- "трутах = 0,01?аХ146 • 10~3 = 2,55 X
ХЮ-»Н.м.
Мощность электродвигателя без учета его
КПД и потерь в движущем механизме Р да
да 0,1 Мп= 0,1 • 2,55 , 10~3 = 85 • 10~* да
да0,1 Вт. Практически мощность, отбираемая
от электродвигателя при номинальной нагруз-
нагрузке,, не превышает 0,3 Вт.
Параметры некоторых электродвигателей
переменного тока, используемых в ЭПУ, при-
приведены в табл. 9.11, а электродвигателей по-
постоянного тока — в табл. 9.12.
Требования к нестабильности частоты вра-
вращения вытекают иэ следующих соображений.
Отклонение частоты вращения от номинальной
на 1,5 % вызывает изменение частоты записан-
записанного звука на 15 Гц, что соответствует пример-
но 1/8 октавы. Это заметно на слух при сравне-
сравнении с исходным звучанием. Частоту вращения
проверяют стробоскопическим способом, наб-
наблюдая черные и белые полосы, расположен-
расположенные на краю диска и освещаемые безынерцион-
безынерционным источником света, например неоновой лам:
пой. Если полосы кажутся неподвижными,
частота вращения равна номинальной. Коли*
чество пар полос стробоскопа
где / — частота тока питающей сети, Fn—
частота вращения диска (мин-1). Множитель
60 введен для того, чтобы перевести ^д из
мин-1 в с-1.
Пусть, например, ^д = 33 1/3 мин-1.
Тогда k = 180. Если для одной из заданных
частот вращения k не получается целым, его
округляют до ближайшего целого (например,
для ^д = 45 мин-1 k = 133,33). В этом слу-
случае частота вращения равна номинальной лишь
с некоторой степенью приближения (погреш-
(погрешность составит практически несколько деся-
десятых процента).
Таблица 9.12. Параметры двигателей
постоянного тока
Марка
4ДКС-8
ДРВ-0,1
Напряжение,
В
12—16
6-9
Потреб-
Потребляемая
мощность,
Вт
1,75
Мощность на
валу, Вт
0,8
Частота
вращения,
мнн*"
2000+30
2000+30
241
Неподвижные полосы будут наблюдаться
при изменении частоты вращения в кратное
число раз. Поэтому можно стробоскоп, рас-
рассчитанный на проверку частоты 33 1/3 мин-1,
использовать для проверки вдвое меньшей но-
номинальной частоты. Для лучшего различения
кратных частот вращения рекомендуют чер-
черные полосы стробоскопа делать более узкими,
чем промежутки между ними. Тогда при про-
проверке частоты вращения 16 2/3 мин-1 с помо-
помощью полос, рассчитанных для проверки часто-
частоты 33 1/3 мин-1, в середине светлых полос бу-
будут видны более бледные черные полосы. Это
позволит избежать ошибок при контроле час-
частоты 16 23 мин-1.
Если черные и светлые полосы нанести на
цилиндрическую часть диска по каким-либо
причинам невозможно, изготовляют стробо-
стробоскоп в виде круга с темными и светлыми секто-
секторами и накладывают его на дискЭПУ. Провер-
Проверка частоты вращения этим способом менее точ-
точна, поскольку не учитывается нагрузка диска
звукоснимателем, вызывающая скольжение и
несколько уменьшающая частоту вращения.
Слух довольно чувствителен к детонации—
периодическим изменениям высоты тона,
обусловленным неточностями изготовления
вращающихся частей движущего механизма
или неточным расположением осевого отвер-
отверстия пластинки. Так, например, слух замеча-
замечает отклонения частоты на 1,5 Гц от частоты
1000 Гц, если эти отклонения совершаются
четыре раза в секунду. Медленные изменения
частоты вращения с частотами от 0,5 ... 5 Гц
вызывают ощущение «плавания» звука, а бо-
более частые — с частотами от 5 до 100 Гц про-
прослушиваются как «дробление» звука. Слух на-
наиболее чувствителен к изменениям частоты,
присходящим четыре раза в секунду. Поэтому
ЭПУ проверяют-на --детонацию -с© «взвеши-
«взвешивающим» фильтром, коэффициент передачи
которого максимален именно на 4 Гц (см.
рис. 9.35).
У высококачественных ЭПУ коэффициент
детонации не должен превышать 0,1 %. Это
довольно строгое и трудно выполняемое тре-
требование, так как эксцентриситет центрального
отверстия пластинки достигает иногда 0,2 мм
(при норме 0,15 мм), а это при радиусе канав-
канавки 100 мм вызывает изменение частоты звука
на 0,2 % с частотой 0,55 Гц, что после учета
АЧХ «взвешивающего» фильтра соответствует
коэффициенту детонации 0,078 % и близко к
максимально допустимой величине.
Ряс. 9.19. Схема движущего механизма грам-
граммофонного проигрывателя
При вполне исправном и удовлетворяющем
нормам ЭПУ заметная детонация может быть
вызвана короблением пластинок. Поэтому
допустимое коробление пластинок оговаривает-
оговаривается нормами (оно не должно превышать 1,5 мм).
Характерным недостатком движущего меха-
механизма ЭПУ является рокот. Это — низкочас-
низкочастотная помеха, обусловленная передачей виб-
вибраций движущего механизма головке звуко-
звукоснимателя. Пути передачи вибраций от дви-
двигателя к головке показаны на схеме движуще-
движущего механизма (рис. 9.19, где 1 —двигатель,
2 — ступенчатая насадка, служащая для из-
изменения частоты вращения, 3 — промежуточ-
промежуточный ролик, 5 — основание ЭПУ, 6 — поворот-
поворотная ножка звукоснимателя, 7 — тонарм, 8—
головка. Мерами борьбы с передачей вибраций
служат: лучшая балансировка ротора двига-
двигателя, амортизация двигателя с помощью пру-
пружин 9, амортизация тонарма). Радикальной
мерой уменьшения вибраций является исполь-
использование двигателей с небольшой частотой вра-
вращения.
Количественной мерой рокота служит
уровень рокота. Его выражают через отноше-
отношение напряжения помехи Un, обусловленной
рокотом, к номинальному напряжению сигна-
сигнала t/сном частоты 315 Гц, записанного при амп-
амплитуде колебательной скорости 5,4 см/с:
tf = 20 lg (*/„/*/„ „ом).
Уровень рокота измеряют при посредстве
фильтров X или Y (рис. 9.11). Фильтр X име-
имеет горизонтальную АЧХ в диапазоне частот
10 ... 500 Гц и спады в области более низких
частот с крутизной 6 дБ на октаву, а в обла-
области более высоких частот 12 дБ на октаву.
Такой фильтр ослабляет помехи, обусловлен-
обусловленные короблением пластинки. Фильтр Y обла-
обладает АЧХ, спад которой начинается на часто-
частотах ниже 315 Гц. Этим имитируется снижение
чувствительности слуха на нижних частотах.
Поэтому результат измерения с этим фильтром
более соответствует слуховому ощущению.
Ввиду срезания низкочастотных составляю-
составляющих помехи результат измерения получается
лучше (меньше), чем при измерении с фильт-
фильтром X.
9.3. ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ
ЗВУКОЗАПИСЬ
ОСНОВЫ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ
ЗВУКОЗАПИСИ
Фотографическая запись основана на воз-
воздействии светового потока на светочувстви-
светочувствительный слой носителя записи — киноленты
(рис. 9.20, а). Электрический сигнал от микро-
микрофона М через усилитель записи УЗ поступает
на модулятор света МС. Промодулированный
световой поток образует на светочувствитель-
светочувствительном слое негативной ленты НЛ узкий пишу-
пишущий штрих переменной ширины или перемен-
переменной интенсивности. После фотохимической об-
обработки и копирования образуется позитив.
242
м
>
мс
Э<
Э
чл о
а)
10
©
Фр ив
о
а
а
а
о
о
о
а
J
¦
¦
1
•
•
а
а
?
?
а
а
—
—
—
б)
б)
Рис. 9.20. Схема фотографической записи звука (а) и получаемые оптические фоно-
фонограммы переменной ширины (б) и переменной плотности (в)
ная фонограмма ПФ. При воспроизведении ис-
источник света — читающая лампа ЧЛ — с по-
помощью оптической системы О создает в плоско-
плоскости позитивной фонограммы узкий читающий
штрих. Промодулированный фонограммой
световой поток попадает на фотоэлемент ФЭ
(или фотоэлектронный умножитель).
Различают фонограмму переменной ширины
(рис. 9.20, б) и переменной плотности
(рис. 9.20, в). В первом случае ширина фоно-
фонограммы меняется, а прозрачность остается по-
постоянной, во втором — при неизменной шири-
ширине фонограммы меняется ее прозрачность.
Преимущество способа переменной плотности—
более широкая полоса частот, так как он
менее критичен к точности установки пишуще-
пишущего штриха. Но при записи способом перемен-
переменной плотности требуется тщательный подбор
режима проявления, при отступлении от него
увеличиваются нелинейные искажения. Кроме
того, отдача фонограммы переменной плотно-
плотности меньше отдачи фонограммы переменной
ширины. По указанным причинам в настоящее
время в подавляющем большинстве случаев
используют фонограмму переменной ширины.
В зависимости от конструкции модулятора
света фонограмма получается односторонней
(рис. 9.20, б), двусторонней (симметричной)
и даже с несколькими одинаковыми дорож-
дорожками.
Ширину пишущего штриха выбирают рав-
равной примерно 5 мкм, что позволяет уменьшить
нелинейные искажения записи и получить осве-
освещенность пишущего штриха порядка 10е лк.
Это облегчает процесс записи. Ширину чита-
читающего штриха берут больше, примерно 20 мкм,
чтобы увеличить световой поток, падающий на
фонограмму, и соответственно увеличить фото-
ток.
В качестве модулятора света используют
преобразователи электромеханического типа
(зеркальный гальванометр, гальванометр с
подвижной заслонкой, ленточный и петлевой
осциллографы), электрооптического типа
(с лампой тлеющего разряда или с ячейкой
Керра) и электронно-лучевого типа (электрон-
(электронно-лучевая трубка).
ПАРАМЕТРЫ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ
ФОНОГРАММ
Основными параметрами фотографических
фонограмм служат: коэффициент пропускания
Т, пропускание фонограммы Т, оптическая от-
отдача, коэффициент модуляции kM (или т), от-
отношение сигнал-помеха и связанный с этим
отношением динамический диапазон фоно-
фонограммы.
Коэффициент пропускания — отношение
прошедшего через фонограмму светового пото-
потока Fnp к падающему потоку /7ГШд:
Логарифмической мерой коэффициента про-
пропускания служит оптическая плотность
При т = 0 D = оо, при т = 1 D = 0. Зависи-
Зависимость оптической плотности от экспозиции
Н = Et, где Е — освещенность, / — время
экспозиции, показана на рис. 9.21. Минималь-
Минимальное значение оптической плотности DB для не-
неэкспонированной киноленты, т. е. при Н = 0,
определяется вуалью.
Пропускание фонограммы Т—усредненная
величина коэффициента пропускания в преде-
пределах бесконечно узкого читающего штриха за-
заданной (нормированной) длины (рис. 9.22).
Вдоль фонограммы пропускание изменяется.
Оно содержит постоянную То н переменную
Т_ составляющие. В случае идеализирован-
идеализированной односторонней фонограммы, у которой
тсв = 1 и тт — 0, с записью синусоидального
процесса
То —
Рис. 9.21. Зависимость коэффициента пропу-
пропускания т и оптической плотности D от экс-
экспозиции Е
243
Амплитуда переменной составляющей про-
пропускания фонограммы Тт определяет опти-
оптическую отдачу фонограммы.
Отношение амплитуды переменной состав-
составляющей Тт к постоянной составляющей То
называют коэффициентом модуляции фоно-
фонограммы
где Тт&х и rmtn — максимальное и минималь-
минимальное значения пропускания.
Практически невозможно получить тсв=1
и тт = 0. С учетом этого обстоятельства
Обычные значения тсв ж 0,8, тт « 0,03.
Тогда Ам » 0,9. Для увеличения оптической
отдачи применяют высоко контрастную ленту.
В фонограмме переменной плотности коэф-
коэффициент пропускания по ширине дорожки за-
записи постоянен. Поэтому Т = т. При неиска-
неискаженной передаче синусоидального процесса
7^=(Ттах-%.!п)/2; Г0=(ттах +
n) /2 = Т<и ku = (Ттах
где ттах и Tmin — максимальный и минималь-
минимальный коэффициенты пропускания дорожки за-
записи, т0 — коэффициент пропускания в паузе
записи.
Чтобы фонограмма, переменной плотности
не вносила нелинейных искажений, необходи-
необходима прямо пропорциональная зависимость плот-
плотности от экспозиции, но такая зависимость
фактически нелинейна (см. рис. 9.21). Правда,
нелинейности негативного и позитивного про-
процессов взаимно обратны. Поэтому происходит
частичная компенсация нелинейных искаже-
искажений. Степень компенсации сильно зависит от
режима фотохимической обработки, поэтому
обеспечить приемлемый коэффициент гармо-
гармоник довольно трудно и способу записи с фоно-
фонограммой переменной плотности свойственны
заметные нелинейные искажения.
Рис. 9.22. К объяснению оптических характе-
характеристик односторонней фонограммы перемен-
переменной ширины; штриховой линией показаны
различные положения читающего штриха
ПОМЕХИ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЙ
ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ
Помехи фотографической записи в значи-
значительной мере определяются зернистостью фо-
фотографической эмульсии. Она вызывает слу-
случайные изменения пропускания фонограммы
Тп. Изменения пропускания оценивают вели-
величиной
где а — площадь зерна, q — площадь читаю-
читающего штриха, т0 — среднее значение коэффи-
коэффициента пропускания в пределах читающего
штриха.
Примем в соответствии с действительно-
действительностью длину и ширину читающего штриха 2,15
и 0,02 мм. Тогда q = 0,043 мм2. Пусть а =
= 4-10~e мм2. Для оптической фонограммы
переменной ширины тсв = 0,8, тт = 0,03,
kM = 0,9. В паузе зачернена половина до-
дорожки записи. Поэтому
= 0,415;
0 = 0,9.0,415 = 0,38;
= 4,74-Ю-3;
4.10-"== 80 C8 дБ)
С/П= 7-_/7-п =
Царапины и грязь уменьшают отношение
С/П до 33 ... 35 дБ. Для фонограммы пере-
переменной плотности С/П«30 дБ. Путем примене-
применения шумоподавителя отношение С/П улуч-
улучшают примерно в 2,5 раза (на 8 дБ).
Принцип действия шумоподавителя: вы-
выпрямленное напряжение сигнала управляет
положением заслонки (маски) модулятора све-
света так, что ширина дорожки в паузе и при сиг-
сигналах небольшого уровня минимальна. Благо-
Благодаря этому шум в паузе и при сигналах малого
уровня уменьшается. Чтобы автоматическое
регулирование ширины дорожки не создавало
ощущения искажений, длительность перехода
от минимальной ширины дорожки к мак-
максимальной (время открытия) должна состав-
составлять 15 ... 20 мс, а длительность обратного
перехода (время закрытия) 0,15 ... 0,25 с.
При формировании фонограммы перемен-
переменной плотности управляющее напряжение сме-
смещает рабочую точку на характеристике нега-
негативного процесса D = f (Я) в сторону мень-
меньших экспозиций при записи сигналов неболь-
небольшого уровня, что уменьшает коэффициент про-
пропускания позитивной фонограммы и тем самым
уменьшает влияние загрязненности фонограм-
фонограммы в процессе эксплуатации фонограммы.
^Щелевые искажения возникают вследствие
конечной ширины читающего штриха. В ре-
результате усредняются (интегрируются) быст-
244
a)
Заплывание негатиба
\
Оригинал
записи
Негатив
Позитив
Заплывание пазитиба
Ю
Рис. 9.23. Заплывание фотографической фонограммы (а) и компенсация этого искаже-
искажения при печати позитива (б), многодорожечная оптическая фонограмма (в)
рые изменения светового потока фонограммы,
соответствующие высоким частотам записи.
Коэффициент щелевых искажений
где х — яб/Я, б — ширина штриха, X — длина
волны записанных колебаний. ;
Пусть б = 20 мкм, /тах =10 кГц, ско-
скорость движения фонограммы v= 456 мм/с.
Тогда Xmin = v/fm!.x ~ 456 • 10-* мм =
= 45,6 мкм, х — 3,14-20/45,6 == 0,158 и Кт=*
= 0,7 (-ЗдБ).
Для уменьшения щелевых искажений нуж-
нужно сужать читающий штрих. Но при этом
уменьшается чувствительность воспроизводя-
воспроизводящего устройства и более резко проявляется
непараллельность пишущего и читающего
штрихов. Компромиссом является ширина чи-
читающего штриха 20 мкм.
Искажения эаплывания обусловлены появ-
появлением на границах дорожки записи фотогра-
фотографической фонограммы переменной ширины зон
с переходной оптической плотностью, возник-
возникновение которых вызвано светорассеянием
внутри толщи слоя эмульсии (рис. 9.23, в).
Заплывание пройвляется тем сильнее, чем
короче длина волны записи, и приводит, как
и щелевые искажения, к ухудшению передачи
высокочастотных составляющих, а также к по-
появлению четных гармоник. Искажения заплы-
вання негативной фонограммы в некоторой
степени компенсируются при печати позитив-
позитивной фонограммы (рис. 9.23, б). Искажения за-
плывания значительно уменьшаются при ис-
использовании многодорожечной фонограммы
(рис. 9.23, в).
Искажения из-за неточной настройки чи-
читающего штриха вызваны тремя причинами:
неточной фокусировкой светового луча, при
этом в плоскости фонограммы не образуется
четко очерченного штриха, что равносильно
расширению штриха; неравномерностью ос»
вещенности по длине штриха, что приводит к
нелинейным искажениям; непараллельно-
непараллельностью пишущего и читающего штрихов, что так-
также эквивалентно расширению читающего
штриха. Спад АЧХ на верхних частотах, обу-
обусловленный непараллельностью штрихов, оп-
определяется коэффициентом перекоса
/Ctrep=(sinz)/z,
где г = я/ tg а/Я, / — максимальная ширина
дорожки записи (длина пишущего штриха),
а — угол перекоса штрихов.
Пусть ширина штриха 6 = 20 мкм, макси-
максимальная ширина дорожки записи / = 1,5 мм
(для фонограммы на 16-мм киноленте), угол
перекоса а= 30', /тах = 6 кГц, чему соот-
соответствует длина волны записи при скорости
v = 183 мм/с Xmin = 183-103/6-103 = 30 мкм.
Коэффициент перекоса составит 0,68 (—3,3 дБ).
РАЗМЕЩЕНИЕ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ
ФОНОГРАММЫ НА КИНОЛЕНТЕ
Практически используются киноленты ши-
шириной 70; 35; 17,5; 16 и 8 мм, причем фотогра-
фотографическая фонограмма предусмотрена только на
лентах шириной 35, 16 и 8 мм (последняя типа
Супер). Расположение дорожек показано на
рис. 9.24. Размеры и расположение дорожек
для лент шириной 35 мм определены ГОСТ
20059—74 и для лент шириной 16 мм —
ГОСТ 11360—65. Скорости движения фотдгра-
фических фонограмм кинофильмов равны соот-
соответственно 456 мм/с и 183 мм/с при частоте про-
проекции 24 кадра в секунду, принятой в кине-
кинематографе, и 475 мм/с и 190 мм/с при частоте
проекции 25 кадров в секунду, принятой в те-
телевизионном вещании (см. табл. 9.13).
Таблица 9.13. Номинальные скорости
движения киноленты при записи
и воспроизведении звука
Ширина
кинолен-
киноленты,
мм
70
35 и 17,5
35 и 17,5
16
16
16
Скорость
движения
и
о.
X
24
24
25
18
24
25
и
Z
570
456
475
137
182,8
190,5
Ширина
кииолен•
ты,
мм.
8
8
8
Супер-8
Супер-8
Супер-8
Скорость
движения
и
о.
ее
X
18
24
25
18
24
25
и
^"
Z
76,1
91,5
95,5
76.1
101.5
105,7
245
б)
Рис. 9.24. Размещение фотографической фонограммы. на киноленте шириной 35 мм
(а), 16 мм (б) и 8 мм (в)
Поскольку проекция изображения осуще-
осуществляется при скачкообразном движенин кн-
ноленты, а воспроизведение фонограммы долж-
должно осуществляться при непрерывном движенин
ленты, изображение и звук сдвинуты относи-
относительно друг друга так, что фонограмма опере-
опережает центр относящегося к нему изображения
на 21 ±0,5 кадра на 35-мм ленте, на 26±0,5 кад-
кадра на 16-мм ленте н на 22±1 кадр на ленте
Супер-8. При движении лента смещается вле-
влево вправо от направления перемещения. Чтобы
это не нарушало воспроизведения фонограм-
фонограммы, длину читающего штриха устанавливают
несколько больше максимальной ширины до-
дорожки записи, например для фонограммы на
35-мм ленте — 2,15 мм.
Фотографическая фонограмма, как прави-
правило, используется лишь в массовых копиях ки-
кинофильмов. Все предварительные и промежу-
промежуточные процессы записи звука ведутся магнит-
магнитным способом (см. § 9.4).
9.4. МАГНИТНАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ
ОСНОВЫ МАГНИТНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ
Магнитная звукозапись основана на свой-
свойстве ферромагнитных материалов намагничи-
намагничиваться под воздействием магнитного поля и
выход
Рис. 9.25. Структурная схема магнитофона
246
сохранять остаточное намагничивание по вы-
выходе из этого поля. По мере надобности
полученную фонограмму можно стереть пере-
переменным магнитным полем.
Магнитная запись в аппарате магнитной
записи звука — магнитофона — осуществля-
осуществляется следующим образом. Записываемые элект-
электрические сигналы со входа через усилитель за-
записи УЗ поступают в обмотку головки записи
ГЗ и создают в ее сердечнике магнитный поток
(рис. 9.25). Поле магнитной головки намагни-
намагничивает ленту и преобразует временные измене-
изменения сигнала в пространственные изменения
остаточной намагниченности ленты. В сердеч-
сердечнике головки воспроизведения ГВ, с которым
соприкасается движущаяся магнитная фоно-
фонограмма, возбуждается магнитный поток. Изме-
Изменения потока создают ЭДС в ее обмотке. Она
подводится к усилителю воспроизведения УВ.
Стирание ненужной записи осуществляется го-
головкой стирания ГС, питаемой током высокой
частоты от генератора стирания и подмагни-
чивания ГСП. Последний служит также для
подмагничивания ленты с целью линеаризации
процесса записи.
Лентопротяжный механизм содержит веду-
ведущий двигатель Дх, к оси которого лента при-
прижимается прижимным роликом Р, подающий
узел, снабженный двигателем Д2, и приемный
узел, снабженный двигателем Д3. Вращающий
момент двигателя Д2 направлен противополож-
противоположно вращающим моментам двигателей Дх и,
Д3. Благодаря подтормаживающему действию
двигателя Д2 лента находится в натянутом со-
состоянии и плотно прилегает к сердечникам го-
головок. Во многих бытовых магнитофонах функ-
функции двигателей объединяются в одном с целью
уменьшения массы, размеров и снижения
стоимости.
Большинство магнитофонов выполняют в
настоящее время многоканальными. Каждому
каналу записи соответствует отдельная до-
дорожка, поэтому фонограмма содержит не-
несколько параллельных дорожек и называет-
называется многодорожечной.
НАМАГНИЧИВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Ферромагнитные материалы состоят из
множества небольших областей (доменов), са-
самопроизвольно намагниченных до насыщения.
Магнитные моменты доменов ориентированы
хаотически, в результате чего общая намагни-
намагниченность материала равна нулю. Внешнее
магнитное поле изменяет ориентацию доменов,
вследствие чего начинают проявляться внеш-
внешние признаки намагниченности.
Процессы намагничивания ферромагнит-
ферромагнитных материалов описывают зависимостями
магнитной индукции В или намагниченности J
от напряженности внешнего магнитного поля
Я. Напряженность результирующего магнит-
магнитного поля внутри образца #г равна сумме на-
пряженностей внешнего Я и внутреннего Явн
магнитных полей:
Магнитная индукция в образце
В = |х0 Я2 = ц0 цЯ = Цо И 4- ЯвВ = ц0 Я + J,
где |х0 = 4л-10~7 — магнитная проницае-
проницаемость вакуума, Гн/м;
\i — относительная магнитная проницае-
проницаемость образца.
Таким образом, магнитная индукция харак-
характеризует результирующее магнитное поле об-
образца, а намагниченность — лишь внутрен-
внутреннее.
Графически процессы намагничивания изо-
изображают кривыми намагничивания: началь-
начальной кривой /, получаемой при намагничивании
ранее размагниченного образца, и предель-
предельной кривой намагничивания — петлей гисте-
гистерезиса 2, получаемой в результате многократ-
многократного перемагничивания образца (рис. 9.26).
Характерными точками этих кривых являют-
являются напряженность насыщения Я8, соответст-
соответствующая насыщению материала /Шах> макси-
максимальная остаточная намагниченность /rmax,
получаемая после снятия намагничивающего
поля, коэрцитивная сила Яс — напряженность
поля обратного знака, которую необходимо
приложить, чтобы намагниченность стала рав-
равной нулю. Отличительной особенностью про-
процесса намагничивания ферромагнитных мате-
материалов является отставание намагниченности
от напряженности внешнего намагничивающе-
намагничивающего поля Я при его уменьшении. Это явление
собственно и называется гистерезисом. Сле-
Следует отметить, что петля гистерезиса по намаг-
намагниченности J — fi (Я) после достижения на-
насыщения имеет горизонтальный участок, а
петля гистерезиса по индукции В = /2 (Щ
имеет наклонный участок, обусловленный воз-
возрастанием Я (рис. 9.27). Для характеристики
процесса намагничивания важное значение
имеет зависимость остаточной намагниченно-
намагниченности </гmax ~ f*(H)- Ее получают графическим
построением из зависимости J = /t (Я)
(рис. 9.28). Следует также отметить, что приве-
приведенные зависимости справедливы только для
Рис. 9.26. Процессы намагничивания
замкнутых (кольцевых) или бесконечно протя-
протяженных образцов. При намагничивании образ-
образцов конечной длины возникает внутреннее
размагничивающее поле, направленное на-
навстречу внешнему, возникает эффект размаг-
размагничивания. Этот эффект выражен тем сильнее,
чем больше отношение площади поперечного
сечения к длине образца.
АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
Способу магнитной записи присуща боль-
большая зависимость коэффициента передачи скво-
сквозного канала записи — воспроизведения от
частоты. Частотные искажения возникают как
в процессе взаимодействия головки записи с
носителем записи, так н в процессе взаимодей-
взаимодействия фонограммы с головкой воспроизведе-
воспроизведения. В области нижних и средних частот ам-
амплитудно-частотная характеристика имеет вид
наклонной прямой. Крутизна наклона состав-
составляет 6 дБ на октаву, т. е. каждому удвоению
частоты записанного сигнала соответствует
увеличение вдвое ЭДС головки воспроизведе-
воспроизведения (рис. 9.29). Это объясняется тем, что го-
головка воспроизведения реагирует на скорость
изменения магнитного потока фонограммы:
при синусоидальном сигнале ЭДС пропорцио-
пропорциональна частоте
е = йф/dt = а>Фт cos at,
Рис. 9.27. Зависимость магнитной индукции
В и намагниченности / от напряженности маг-
магнитного поля Й
247
Рис. 9.28. Зависимость намагниченности / и
остаточной намагниченности /г от направлен-
направленности магнитного поля И
где Фт — амплитудное значение магнитного
потока, <о — круговая частота.
На более высоких частотах крутизна подъ-
подъема характеристики уменьшается, а затем на-
начинается спад. Вид АЧХ в области верхних
частот в значительной мере зависит от разме-
размеров и магнитных свойств головок и лент, а
также от расположения носителя записи отно-
относительно головок. Иначе говоря, вид АЧХ в
области верхних частот определяется геомет-
геометрией магнитных полей головок и носителя за-
записи.
Причины амплитудно-частотных искаже-
искажений на верхних частотах следующие:
протяженность магнитного поля головки
записи за пределы зазора, приводящая к час-
частичному стиранию полем головки записи по-
получаемой фонограммы (явление самостирания);
саморазмагничивание фонограммы, обуслов-
обусловленное конечной протяженностью намагни-
намагниченных участков фонограммы; конечная шири-
ширина рабочего зазора головки воспроизведения и
возникающие из-за этого щелевые искажения;
непараллельность зазоров головок записи и
воспроизведения (относительный перекос за-
зазоров); нарушение контакта между носителем
записи и сердечником головки записи и между
фонограммой и сердечником головки воспро-
Рис. 9.29. Амплитудно-частотная характери-
характеристика магнитной записи
изведення (явление неконтакта); уменьшение
намагничивания глубинных слоев носителя
записи, удаленных от сердечника головки
записи (явление слойных потерь).
При прочих равных условиях перечислен-
перечисленные причины проявляют себя в тем большей
степени, чем короче длина волны фонограммы.
Поэтому возникающие искажения часто име-
именуют волновыми (геометрическими) искаже-
искажениями, а обусловленный ими спад АЧХ,—
волновыми потерями.
Дополнительные причины, вызывающие
спад АЧХ на верхних частотах: потери на пере-
магничивание (потери на гистерезис); потери на
вихревые токи в сердечниках записывающей и
воспроизводящей головок. Эти искажения за-
зависят только от частоты сигнала, т. е. уже
в полном смысле слова являются частотными
искажениями.
На прохождение элемента носителя запи-
записи в поле головки записи требуется некоторое
время. Это время при высоких частотах стано-
становится соизмеримым с периодом записываемых
колебаний. Следовательно, за время нахожде-
нахождения элемента записи в поле головки записи
напряженность поля может значительно изме-
изменяться по величине и даже по знаку. Действие
напряженности поля обратного знака приве-
приведет к ослаблению намагниченности ленты. Ес-
Если на участке спадания поля записывающей
головки напряженность магнитного поля не-
несколько раз поменяет свое направление, про-
произойдет почти полное размагничивание элемен-
элемента носителя записи. В этом—физическая сущ-
сущность явления самостирания.
Так как мгновенное значение напряженно-
напряженности поля является суммой напряженностей по-
полей сигнала звуковой частоты и высокочастот-
высокочастотного подмагничивания, то большое влияние на
самостирание оказывает величина амплитуды
поля высокочастотного подмагничивания. При
ее большой величине самостирание происходит
на всех частотах и отдача фонограммы умень-
уменьшается.
Внутренние слои носителя записи подвер-
подвержены самостиранию в большей степени, чем
наружные. Поэтому при использовании носи-
носителя записи с большой толщиной ферромаг-
ферромагнитного слоя (например, проволоки) спад АЧХ
в области верхних частот оказывается более
значительным. Самостирание увеличивается
при неплотном прилегании носителя записи к
сердечнику головки записи.
Явление саморазмагничивания, свойствен-
свойственное каждому магниту с разомкнутыми полю-
полюсами, само по себе не вызывает спада АЧХ
на верхних частотах, а лишь приводит к умень-
уменьшению крутизны подъема АЧХ (примерно с
6 до 5 дБ/окт). Однако уменьшение крутизны
подъема усугубляет действие других причин,
вызывающих спад АЧХ иа верхних частотах.
Явление щелевых искажений может быть
объяснено следующим образом. Головка вос-
воспроизведения усредняет (интегрирует) маг-
магнитный поток фонограммы на участке протя-
протяженностью 6', несколько превышающей гео-
геометрическую ширину о1 зазора головки воспро-
248
изведения. По мере приближения длины волны
фонограммы А, к действующей ширине б' го-
головки воспроизведения среднее значение маг-
магнитного потока уменьшается и при А, = б'
становится равным нулю. При этом соотноше-
соотношении магнитный поток фонограммы не сцепля-
сцепляется с сердечником головки воспроизведения и
никакой ЭДС в ее обмотке находиться не будет.
Щелевые искажения оценивают коэффици-
коэффициентом
Кщ= (sin x) I х,
Где §' — действующая ширина зазора головки
воспроизведения (она примерно на 20 % боль-
больше геометрической ширины), А, — длина вол-
волны фонограммы, х = яо'/А,.
Частота, на которой возникает нуль отда-
отдачи, определяется соотношением
Роль щелевых искажений быстро возрастает
с уменьшением скорости воспроизведения фо-
фонограммы. Например, при ширине рабочего
зазора головки воспроизведения 10 мкм и ско-
скорости 19 см/с щелевые потери для частоты
10 кГц составляют примерно 4,5 дБ.
Непараллельность зазоров головок записи и
и воспроизведения приводит к волновым поте-
потерям, аналогичным щелевым, т, е. эквивалент-
эквивалентна расширению зазора головки. Потери учиты-
учитывают коэффициентом перекоса
Хпер= (sin z)/z,
где г = — tg a, b — ширина дорожки записи,
а — угол перекоса, А, — длина волны фоно-
фонограммы.
При воспроизведении между фонограммой
и сердечником головки воспроизведения Воз-
Возникает зазор, обусловленный микроскопиче-
микроскопическими неровностями поверхностей ленты и
сердечника головки. Наличие зазора (некон-
(неконтакт) приводит к уменьшению магнитного пото-
потока в сердечнике головки и к Появлению потерь,
выражаемых коэффициентом контактных по-
потерь
/Си = ехр (— 2яа/А.),
где а — зазор (неконтакт).
Величину контактных потерь в единицах
уровня (децибелах) определяют из выражения
20 lg A//С„) = 54,5 а/А..
Даже при тщательной полировке поверхно-
поверхностей ленты и сердечника между ними имеется
зазор 1 ..,3 мкм. Если принять а=2 мкм,
/=10 кГц, v = 19 см/с, чему соответствует
длина волны А, = 19 мкм, контактные потери
составят 5,7 дБ.
Намагничиваемые головкой записи слои
находятся йа разных расстояниях от зазора
сердечника головки и подвергаются разному
намагничиванию. Возникающие из-за этого
потери аналогичны потерям из-за неконтакта.
Суммарные слойные потери для всего магнит-
магнитного слоя ленты выражают коэффициентом
1—ехр (—2nd/k)
Kd= 2nd /А.
где d — глубина намагничивания рабочего
слоя.
Общие волновые потери при воспроизведе-
воспроизведении определяются произведением четырех
перечисленных сомножителей
= /Сщ /С
пер
к Kd ¦
Дополнительные частотные искажения,
обусловленные потерями на перемагничива-
ние и на вихревые токи в сердечниках головок
не превышают 1 ...2 дБ и потому могут не учи-
учитываться.
КОРРЕКТИРОВАНИЕ
АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Как видно из предыдущего, амплитудно-
частотные искажения магнитной записи зави-
зависят от режимов записи, свойств лент, головок
и особенностей их взаимодействия. Характер-
Характерный вид АЧХ изображен на рис. 9.30 кривой /.
Кривая 2 изображает необходимую АЧХ кор-
коррекции, а кривая 3 — идеализированную АЧХ
сквозного канала записи-воспроизведения.
Схема распределения искажений и коррекций
по звеньям сквозного канала показана на
рис. 9.31. При распределении коррекции по
звеньям канала учитывают частотные свойства
записываемых сигналов.
Распределение звуковых давлений в спект-
спектрах большинства музыкальных инструментов
и человеческих голосов таково, что максимумы
лежат в области частот 200 ... 1500 Гц, а иа
более низких и более высоких частотах звуко-
звуковые давления меньше. Для улучшения отно-
отношения С/П следовало бы записывать сигнал
на постоянном уровне во всем диапазоне час-
частот. Поэтому было бы желательно ввести подъ-
подъем АЧХ в УЗ и путем этих предыскажений
перераспределить энергию сигнала по спектру.
Практически в УЗ увеличивают коэффициент
передачи только на верхних частотах. Во избе-
избежание увеличения нелинейных искажений
ч
/
3
'1
к
ч
f,
S
у
Гц
10
10
О
¦20
Щ0,05У 0,1 0,5 1 Z 5 10 15
Рис. 9.30. Корректирование АЧХ магнитной
записи
249
Входной
сигнал
Усилитель \ Головка I Носитель \Головка дос-\Усипитель вос-\ Выходной \
записи j записи i записи \произведени*\произВедения сигнал
иг\ ^h \ I Ъ ; .
h I I riFi 1—I—I \? I 1—Г-°
I
I
Рис. 9.31. Схема распределения искажений и коррекций по звеньям сквозного канала
магнитной записи и воспроизведения
вследствие перемодуляции ленты подъем АЧХ
не должен превышать 12 ... 14 дБ. При этом
уровни сигнала на верхних частотах не прев-
превзойдут уровней сигнала на средних частотах.
Недостающую часть коррекции по верхним
частотам осуществляют в УВ. Частотная ха-
характеристика канала изменяется по мере из-
износа головок и в зависимости от типа носителя
записи. Поэтому степень коррекции в УЗ и
УВ необходимо регулировать.
Коэффициент передачи в УЗ на нижних
частотах не увеличивают (иногда вводят незна-
незначительный подъем АЧХ — не более 2 ... 3 дБ).
Дело в том, что коэффициент гармоник носите-
носителя записи при постоянной амплитуде тока за-
записи /3 увеличивается с уменьшением часто-
частоты. Кроме того* в спектре некоторых музы-
музыкальных инструментов (большой барабан, ли-
литавры) наибольшие звуковые давления име-
имеют место именно на нижних частотах. Во из-
избежание возрастания нелинейных искажений
коррекцию по нижним частотам в профессио-
профессиональной аппаратуре осуществляют практиче-
практически только в УВ.
Сопротивление головки записи ГЗ имеет в
основном индуктивный характер. Для полу-
получения в ее обмотке неизменной амплитуды то-
тока на всех частотах необходимо, чтобы напря-
шение на зажимах ее обмотки увеличивалось
с частотой (кривая 2). Для коррекции необхо-
необходим дополнительный подъем АЧХ (кривая
2'). Частотная характеристика тока записи
/з будет иметь в этом случае форму кривой 3.
Зависимость ЭДС в головке воспроизведения
ГВ будет меняться с частотой по кривой 5.
Необходимая АЧХ усилителя воспроизведе-
воспроизведения УВ имеет вид кривой 6, а результирую-
результирующая АЧХ — вид горизонтальной прямой 7.
В бытовых магнитофонах с универсальным
усилителем АЧХ, необходимую для записи
или воспроизведения, получают переключени-
переключением корректирующих звеньев внутри самого
усилителя или подключением универсальной
головки к усилителю через частотный коррек-
корректор.
Чтобы фонограммы, записанные на одном
магнитофоне, можно было неискажено воспро-
воспроизводить на другом магнитофоне» АЧХ кана-
каналов записи и воспроизведения стандартизуют.
Номинальная АЧХ канала воспроизведения
задается косвенным путем как характеристика,
при которой выходное напряжение магнито-
магнитофона при воспроизведении стандартной фоно-
фонограммы (измерительной ленты) не зависит от
частоты. Регулировку АЧХ канала записи
производят таким образом, чтобы выходное
напряжение канала воспроизведения остава-
оставалось при изменении частот входного напряже-
напряжения по диапазону частот в пределах поля до-
допусков, указанных для данного магнитофона.
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
Нелинейные искажения обусловлены сле-
следующими причинами: нелинейной зависимо-
зависимостью остаточной намагниченности от напря-
напряженности намагничивающего поля; неправиль-
неправильным выбором высокочастотного подмагничи-
вания; насыщением сердечника головки за-
записи при слишком большом токе, пропускае-
пропускаемом по ее обмотке; периодическими изменени-
изменениями скорости движения носителя записи или
фонограммы.
Первые три причины относятся к магнитной
нелинейности и могут быть значительно ослаб-
ослаблены правильным выбором режима записи.
При высокочастотном подмагничивании не-
нелинейные искажения возникают главным об-
образом в форме третьей гармоники. Четные гар-
моники возникают при асимметрии формы то-
тока высокочастотного подмагничивания, при-
приводящей к образованию постоянной слагаю-
слагающей напряженности магнитного поля. Из
рис. 9.32 видно, что увеличение тока высоко-
высокочастотного подмагничивания /вч приводит
вначале к заметному увеличению отдачи е и
уменьшению коэффициента гармоник КГ- Затем
коэффициент гармоник проходит небольшой
второй максимум и затем изменяется сравни-
сравнительно мало, а отдача несколько уменьшается.
Практически удобно устанавливать оптимум
/вч не по минимуму Кг, а по максимуму
отцачи.
Периодические изменения скорости движе-
движения носители или фонограммы при небольшой
250
частоте изменения скорости (несколько герц)
приводят к «плаванию», «журчанию» звука. Та-
Такие искажения называют детонацией первого
рода. При большой частоте изменения скоро-
скорости (порядка 100 Гц и выше) искажения про-
проявляются в виде изменения тембра, «шерохова-
«шероховатости» звучания, появления хрипов. Такие
искажения называют детонацией второго рода.
Детонации более заметны при воспроизведе-
воспроизведении музыки, особенно протяжных звуков,
чем при воспроизведении речи.
Чувствительность слуха к детонации рас-
растет с увеличением частоты и громкости воспро-
воспроизводимых звуков и с уменьшением частоты ко-
колебаний скорости.
Причиной детонации первого рода чаще все-
всего является неточность выполнения (эксцент-
(эксцентриситет) вращающихся деталей лентопротяж-
лентопротяжного механизма. Причиной детонации второго
рода обычно являются продольные колебания
ленты, возбуждаемые при изменении силы тре-
трения ленты о сердечники головок, например,
вследствие шероховатости рабочего слоя ленты.
Амплитуда продольных колебаний получает-
получается наибольшей на частоте механического ре-
резонанса отрезка ленты между точками ее опо-
опоры (например, направляющим роликом и осью
ведущего двигателя). Периодические сжатия
и растяжения ленты в продольном направле-
направлении вызывают периодические изменения ско-
скорости и, как следствие, детонацию второго ро-
рода. Модуляция по скорости приводит к моду-
модуляции по частоте и к появлению комбинацион-
комбинационных частот.
Количественно детонацию оценивают коэф-
коэффициентом паразитной частотной модуляции
или коэффициентом колебаний скорости vm/v0,
причем v0 представляет собой номинал скоро-
скорости, a vm — наибольшее отклонение скорости
от номинала.
Вносимые нелилейные искажения могут
быть охарактеризованы коэффициентом комби-
комбинационных частот, приближенное выражение
которого
1
1/2 1 — A/4) р* *
fv
где 6 = — , причем / — частота записанного
сигнала, F — частота изменения скорости.
Пусть частота записанных колебаний / =
= 1000 Гц, номинальная скорость движения
ленты 38,1 м/с, амплитуда переменной части
скорости 0,4 мм/с, частота изменения скорости
F = 10 Гц (детонация первого рода). Тогда
= 0,1
и /Си
ft
p =
1
103.(
10
),4-
.38
0,
lO-i
,1
1
'84 опт
ГВЧ
~]/2 1—0,01/4
= 0,07G%).
Рис. 9.32. Зависимость отдачи Е и коэффици-
коэффициента гармоник Кг от тока высокочастотного
подмагничивания
ПОМЕХИ
Помехи в каналах магнитной записи замет-
заметно отличаются от помех в каналах связи. По-
Помехи в каналах связи обычно суммируются с
сигналом, т. е. носят аддитивный характер.
Для магнитной записи кроме аддитивных по-
помех существенное значение имеют модуляцион-
модуляционные ломехи, которые модулируют сигнал, ум-
умножаются на него, т. е. носят мультиплика-
мультипликативный характер. Кроме того, при магнит-
магнитной записи и воспроизведении возникает пара-
паразитная модуляция сигнала по частоте (см.
предыдущий пункт) и связанное с ней измене-
изменение временных соотношений в сигнале, чего
обычно в системах связи не бывает.
Основные источники модуляционного шу-
шума: неоднородность частиц магнитного порошка
и неравномерность их распределения в рабо-
рабочем слое ленты, флуктуации конструктивных
параметров системы магнитной записи, непо-
непостоянство толщины рабочего слоя по длине лен-
ленты, изменения во времени величины неконлак-
неконлакта, флуктуации перекосов ленты и т. п.
Первый источник создает так называемый
структурный шум. Частицы в различных по-
поперечных сечениях рабочего слоя магнитно не
сбалансированы. Поэтому при прохождении
ленты над зазором головки воспроизведения
возникает помеха, имеющая характер шума.
Структурный шум проявляется сравнительно
мало. Его уровень составляет — 55 .. — 65 дБ
относительно номинального уровня записи сиг-
сигнала. Если размагниченную ленту подверг-
подвергнуть действию высокочастотного поля подмаг-
ничивания, то, как показывает опыт, уровень
шума возрастет на 3 ... 10 дБ, так как после
действия высокочастотного подмагничивания
повышается чувствительность ленты к слабым
магнитным полям, обусловленным асиммет-
асимметрией поля подмагничивания, намагниченно-
намагниченностью деталей транспортирующего механизма,
магнитного поля Земли и т.д. Это составляю-
составляющая структурного шума называется шумом
паузы. Шум паузы ослабляют симметрирова-
симметрированием формы тока подмагничивания, тщатель-
тщательным размагничиванием деталей лентопротяж-
лентопротяжного механизма и сердечников головок.
251
Уровень структурного шума пропорциона-
пропорционален намагниченности ленты. Поэтому записан-
записанный сигнал промодулирован по амплитуде шу-
шумом, причем коэффициент модуляции не зави-
зависит от величины сигнала. Шум ленты, появля-
появляющийся при наличии сигнала, называют
модуляционным. Относительный уровень шума
ленты, намагниченной до насыщения, состав-
составляет —26 ... — 30 дБ. Структурный шум име-
имеет нормальное распределение и низкочастот-
низкочастотный энергетический спектр.
Неоднородности рабочего слоя ленты ус-
усредняются рабочим зазором головки воспро-
воспроизведения. Чем меньше площадь участка лен-
ленты, взаимодействующего с головкой, тем хуже
усреднение. Например, при уменьшении шири-
ширины дорожки вдвое напряжение шума уменьша-
уменьшается в /2 раз, а напряжение сигнала в силу
его когерентности — в 2 раза, т. е. отноше-
ниеХ/П с уменьшением ширины дорожки па-
падает.
Случайные изменения расстояния между
носителем записи и головкой приводят к изме-
изменениям намагниченности носителя по глуби-
глубине; появлению контактного шума записи.
Непостоянство контакта при воспроизведе-
воспроизведении, флуктуации перекоса ленты и толщины
рабочего слоя приводят к паразитной ампли-
амплитудной модуляции воспроизводимого сигнала.
К аддитивным помехам относятся: переход-
переходные помехи из-за влияния полей соседних доро-
дорожек записи на воспроизводящую головку и из-
за взаимной связи головок в многодорожеч-
ных блоках головок; внешние помехи из-за
влияния полей рассеяния электродвигателей
и силовых трансформаторов; собственные по-
помехи усилителей записи и воспроизведения-,
копирэффект, обусловленный намагничива-
намагничиванием большим полем участка фонограммы со-
сеДних слоев рулона ленты и приводящий к
появлению паразитных сигналов типа эха,
опережающего и запаздывающего по отноше-
отношению к записанному сигналу.
Копирэффект зависит от типа ленты, ее об-
общей толщины и толщины рабочего слоя, дли-
длины' волны записи и температуры, при которой
хранится лента. Копирэффект максимален при
Рис. 9.33. Схема устройства магнитной го-
головки
X = 2ndn, где X — длина волны фонограммы,
dn — общая толщина ленты. В области боль-
больших длин волн уровень копирэффекта отно-
относительно максимального значения уменьшает-
уменьшается со скоростью примерно 6 дБ на октаву. На
уровень копирэффекта влияют размеры частиц
ферромагнитного порошка. Если они стано-
становятся меньше 0,2 мкм, уровень копирэффекта
возрастает. Копирэффект увеличивается с рос-
ростом температуры, напряженности внешних по-
полей рассеяния и механического растяжения
ленты.
Разность уровней основного и скопирован-
скопированных паразитных сигналов у современных лент
составляет 50 ... 58 дБ.
Специфическим видом искажений являют-
являются выпадения — кратковременные глубокие
уменьшения уровня сигнала, вызванные на-
нарушением контакта между лентой и головкой
из-за недостатков ленты, — осыпания магнит-
магнитного слоя, наличия комочков ферромагнитно-
ферромагнитного порошка — и попадания между лентой и
головкой пылинок. При воспроизведении вы-
выпадения проявляются в виде щелчков. Они,
однако, мало заметны ввиду их кратковремен-
кратковременности и редкости появления.
9.5. МАГНИТНЫЕ ГОЛОВКИ
Классификация и конструкция. Разли-
Различают записывающие, воспроизводящие, уни-
универсальные и стирающие головки. Записыва-
Записывающие служат для получения в зоне записи
требуемой напряженности магнитного поля,
воспроизводящие — для преобразования маг-
магнитного поля фонограммы в ЭДС, универсаль-
универсальные объединяют функции первых двух, стира-
стирающие служат для создания поля, достаточного
для размагничивания ненужной фонограммы.
Наибольшее распространение получили
кольцевые головки (рис. 9.33). Сердечник /
состоит из двух половинок, на которых разме-
размещена обмотка 2. С сердечником в области рабо-
рабочего зазора 3 соприкасается ферромагнитный
слой носителя записи 4. У записывающих го-
головок имеется дополнительный зазор 5. Рабо-
Рабочий зазор служит для создания ограниченного
по протяженности магнитного поля при запи-
записи и обеспечения сцепления магнитного поля
фонограммы с сердечником при воспроизве-
воспроизведении. Ширина рабочего зазора головок за-
записи и воспроизведения — от долей до нес-
нескольких единиц микрометра. Дополнитель-
Дополнительный зазор служит для увеличения магнитного
сопротивления сердечника с целью предотв-
предотвращения его намагничивания броском тока в
моменты коммутации электрического канала
или головки. Ширина дополнительного за-
зазора — 30 ... 40 мкм. Ширина рабочего зазора
стирающих головок — 70 ... 200 мкм.
Магнитные материалы сердечников. Для
сердечников используют магнитно-мягкие ма-
материалы, обладающие большой начальной про-
проницаемостью fiH и небольшой,коэрцитивной си-
силой Яс. Материалы должны обладать малыми
потерями на гистерезис, большой стойкостью
252
к истиранию магнитным носителем записи, не
изменять магнитных свойств при механиче-
механической обработке.
Металлические сердечники для уменьшения
потерь на вихревые токи изготавливают из
тонких пластин, которые склеивают клеем,
не проводящим электрический ток. В зависи-
зависимости от ширины дорожки толщина сердечни-
сердечников составляет от долей до нескольких мил-
миллиметров. Для сердечников используют желе-
зоникелевые сплавы (пермаллой, (хн « 20 000),
железоалюминиевые сплавы (альфенол, (xH«
» 10 000), железоалюминиевокремниевые
сплавы (сендаст, цн « 35 000) и ферриты. Не-
Недостатками пермаллоя являются значитель-
значительное изменение магнитных свойств при механи-
механической обработке (уменьшение магнитной про-
проницаемости), большие потери на гистерезис на
частотах свыше 20 кГц, относительно неболь-
небольшая стойкость к истиранию. Альфенол более
устойчив к механической обработке. Сендаст
обладает малыми потерями на гистерезис и из-
износоустойчив. Ферриты выкрашиваются в зо-
зоне зазора и потому мало пригодны для голо-
головок воспроизведения.
Универсальных магнитных материалов,
одинаково пригодных для различных типов
головок, не существует. Примерные требова-
требования к свойствам магнитных материалов для
различных головок приведены в табл. 9.14.
Параметры магнитных материалов головок
приведены в табл. 9.15.
Для записывающих головок необходимо,
чтобы индукция насыщения В8 материала сер-
сердечника в несколько раз превышала индукцию
насыщения носителя записи. В противном слу-
случае магнитная цепь сердечника будет вносить
дополнительные нелинейные искажения. От-
Относительная магнитная проницаемость сер-
сердечника должна быть не менее ста. Материал
сердечника должен иметь небольшую коэрци-
коэрцитивную силу для уменьшения потерь на гис-
гистерезис и большое удельное электрическое со-
сопротивление для уменьшения потерь на вихре-
вихревые токи.
Лучшим материалом для головок записи по
всем параметрам является сендаст, но он пока
дорог. Удовлетворительными магнитными
свойствами и низкой ценой отличается пермал-
Таблица 9.14. Требования к свойствам
магнитных материалов
Параметр
Индукция насыщения
Ва, Тл, не менее
Начальная магнитная
проницаемость ц0, We ме-
менее
Коэрцитивная сила Нс,
А/м, не более
Интенсивность износа,
Ad, 10—* мкм/м, не менее
Головка
X
и
заии
0,9
1500
5
0,5
роиз-
ния
восп
веде
0,2
10000
3
0,2
ания
стир
0,5
500
10
5
лой. Менее всего для головок записи пригодны
ферриты из-за небольшой индукции насыще-
насыщения, сложности изготовления, нестабильности
при эксплуатации (выкрашивание сердечника
в области зазора, появление трещин).
Головки воспроизведения должны вносить
небольшие потери. Это — главное требование
к ним. Магнитная проницаемость должна быть
по возможности большой. Механические свой-
свойства должны способствовать получению хоро-
хорошей геометрии зазора. Наиболее пригодны
сендасты, монокристаллические ферриты.
Горячепрессованные ферриты непригодны из-
за большой склонности к выкрашиванию.
При выборе материала для сердечника уни-
универсальных головок руководствуются требо-
требованиями к сердечникам головок воспроизве-
воспроизведения. Дополнительное требование — высокая
индукция насыщения, так как напряженности
магнитного поля в зазоре универсальной го-
головки шириной 0,5 ... 2 мкм больше, чем в за-
зазоре записывающей головки с зазором шири-
шириной 3 ... 5 мкм.
Для стирающих головок лучше всего при-
применять комбинированные сердечники из мар-
ганцово-цинкового феррита и полюсными на-
наконечниками из тонких пластин сендаста или
твердого пермаллоя.
Таблица 9.15. Параметры магнитных материалов головок
Материал, марка
Пермаллой 79НМ
Пермаллой 81НМА
Феррит ГПФ
Феррит 3000НМС
Сендаст 10СЮ-МП
Сендаст 10СЮ-МП
Аморфный материал
85КСР-А
71КНСР
Параметр
Bs, Тл
0,75
0.5...0.55
0,38
0,37
0,8...0,9
0,9
0,6...0,75
0,5
цн.
20 000...22 000
50 000...70 000
6000... 10 000
1600...2400
20 000
10 000
5000... 10 000
5000...20 000
Яс, А/м
1Д..1.4
0.4...0.8
24
30
4
12
0.8...2.4
0,8... 1,2
р, мкОмм
0,55
0,8
105
106
0.7...0.8
0,8
1,3
1,3
Д</, мкм/м
1,6... 1,8
1,3... 1,5
0,4
0,25
0,08
1,1 — 1,4
0.7...0.8
253
Таблица 9.16. Параметры головок катушечных магнитофонов
Марка
головки
3—02
В-02
Б-03
С-02
С-04
Ширина
рабочего
зазора, мкм
10
10
8
5
20
10
8
6
5
200
150
100
Материал
сердечника
79НМ
50НХС
79НМ
50НХС
Материал
прокладки
Число
витков
обмотки
Головки записи
БрБ2
Слюда
БрБ2
Слюда
2X150
2ХЮ0
190
2X170
Головки воспроизведения
79НМ
79НМ
79НМ
79НМ
79НМ
79НМ
79НМ
Феррит
БрБ2
БрБ2
БрБ2
Слюда
БрБ2
2X1500
2X260
2000
2X250
2X400
Головки стирания
БрБ2
БрБ2
Слюда
2X75
2X150
150
Индуктивность
обмотки, мГ
7...Э
4...5
5...8
6.5...Э
2500...3000
65...86
1800...2500
60...75
75...80
1.7...2.3
7...Э
4...5
Сопротивление
обмотки, Ом
2.5..Д5
2...3
4...6
12...16
600
8...Э
500...600
9...11
50...75
2
4
12
Параметры головок. В зависимости от чис-
числа витков обмотки и диаметра провода разли-
различают низкоомные и высокоомные головки.
Преимущество высокоомной головки воспроиз-
воспроизведения — значительно большая, чем, у низко-
омной, ЭДС. Поэтому ее можно непосредст-
непосредственно, без повышающего трансформатора
включать на вход усилителя воспроизведения.
Но она имеет сравнительно большую индук-
индуктивность, что ухудшает ее частотные свойства.
Высокоомную стирающую головку легче
согласовать с генератором стирания и подмаг-
иичивания. Высокоомную универсальную го-
головку подключают к усилителю записи также
без согласующего трансформатора. Таким об-
образом, применение высокоомных головок упро-
упрощает усилители записи и воспроизведения.
Преимущество низкоомных головок — более
широкая полоса частот, лучшая АЧХ.
Индуктивность обмотки головки вместе с ее
собственной, межвитковой емкостью, а также
совместно с выходной емкостью усилителя за-
записи или входной емкостью усилителя воспро-
воспроизведения образует колебательный контур. Ре-
Резонансная частота этого контура должна быть
больше наивысшей частоты записываемого
сигнала. Резонанс головки в полосе пропуска-
пропускания нежелателен, так как выше резонансной
частоты отдача головки резко уменьшается.
Кроме того, собственные колебания, возника-
возникающие в контуре, искажают сигнал. При необ-
необходимости существенно поднять резонансную
частоту приходится уменьшать число витков
обмотки, хотя это и снижает отдачу.
Параметры головок профессиональных и
и бытовых катушечных магнитофонов приве-
приведены в табл. 9.16, головок кассетных магнито-
магнитофонов — в табл. 9.17.
Таблица 9.17. Параметры головок кассетных магнитофонов
Марка головки
ЗД24.221
ЗАВ24 МГЗ
ЗАВ24 МГВ
ЗД24.041
ЗД24.051
ЗД24.08О
ЗД24.081
Ширина
рабочего
зазора,
мкм
1,8
3,0
1,0
1,5
2,0
1,5
1,5
Материал
сердечника
81НМА
81НМА
81НМА
79НМ
81НМА
ЮСЮ.ВИ
ЮСЮ.ВИ
Индуктив-
Индуктивность об-
обмотки, мГ
85...145
7,2...10,8
115...185
100... 160
55...90
ПО,,. 190
100/..170
Рабочий диапазон частот, Гц,
при лентах с рабочим слоем
Fe2O3
40... 14 000
40... 14 000
40.. Л 4 000
40... 12 000
40... 12 500
40... 14 000
40... 14 000
СгО2
31.5...16 000
31.5...16 000
31,5... 18 000
31,5...18 000
металло-
порошковый
31.5...20 000
31.5...20 000
254
Важным показателем головок является
ресурс работы. Он составляет для головок
ЗД24.221, ЗД24.041, ЗД24.051 с сердечником
из пермаллоя 2150 ч, для головки ЗАВ24 так-
также с сердечником из пермаллоя 250 ч, для го-
головок ЗД24.080 и ЗД24.081—5000 ч. Магнит-
Магнитные головки с сердечником из пермаллоя срав-
сравнительно быстро изнашиваются. К тому же они
непригодны для записи на носители с рабочим
слоем из двуокиси хрома и с металлопорошко-
вым рабочим слоем, так как запись и воспро-
воспроизведение сопровождаются большими ампли-
амплитудно-частотными искажениями.
Лучшей универсальной головкой для кас-
кассетных магнитофонов в настоящее время явля-
является головка ЗД24.080, полюсные наконечники
которой изготовлены из сендаста. С ее помо-
помощью можно вести запись на всех ныне изго-
изготовляемых носителях.
9.6. МАГНИТНЫЕ НОСИТЕЛИ
ЗАПИСИ
Классификация. В аппаратах магнитной
записи используют носители записи в форме
ленты, диска барабана, проволоки. Чаще всего
используют ленточные носители записи. Но-
Носители записи в форме диска или барабана
применяют в запоминающих устройства*.
Такая форма обеспечивает малое время поиска
нужной информации. Магнитную проволоку
используют в малогабаритных магнитофонах
и диктофонах.
Магнитная лента представляет собой не-
магнитную пластмассовую основу толщиной
12 ...38 мкм, на которую нанесен рабочий
слой толщиной 6 ... 16 мкм. Материал основы:
ди ацетатцел л юл оза, тр и ацетатцел л юл оза,
поливинилхлорид, полиэтилентерефталат (оте-
(отечественное название этой пластмассы — лав-
лавсан— является аббревиатурой от.ЛАборато-
рия Высокомолекулярных Соединений Ака-
Академии Наук). Широкое распространение в ка-
качестве основы последнего материала объясня-
объясняется его большой прочностью, влаго- и термо-
термостойкостью. Рабочий слой (так называемый
магнитный лак) состоит из связующего —
быстро густеющего жидкого вещества и запол-
заполнения в виде частиц ферромагнитного материа-
материала размером 0,1 ... 0,5 мкм. Используют гам-
гамма-окисел железа у Fe2O3, феррит кобальта,
двуокись хрома СгО2, железо. Магнитные час-
частицы занимают 30 ... 45 % объема рабочего
слоя.
За рубежом освоены так называемые ме-
таллопорошковые ленты из порошков железа и
кобальта. Магнитные частицы составляют до
40 % объема рабочего слоя.
Сравнительно недавно появились носители,
рабочий слой которых представляет собой
тонкую металлическую пленку. Ее наносят на
немагнитную основу напылением в вакууме
или гальваническим путем. Такова лента «Ан-
гром». На основу из полиэтилентерефталата
толщиной 5,5 мкм в вакууме напылен рабочий
слой толщиной 0,6 мкм, состоящий, в свою
очередь, из трех слоев никеЛь-кобальтового .
сплава, разделенных тонкими слоями алюми-1*
ния. Ленту «Ангром» используют в микродик-¦
тофонах при скорости 1,19 см/с. Ее также ис-
используют для цифровой записи звука и в ми-
миниатюрных видеомагнитофонах.
Для цифровой записи еще более перспектив-
перспективна лента, состоящая из основы, подслоя из
магнитомягкого материала и рабочего слоя
из частиц магнитотвердого материала, ориен-
ориентированных перпендикулярно основе. Теоре-
Теоретический предел записываемых на ленту та-
такого типа длин волн — примерно 0,1 мкм (на
порядок меньше, чем для лучших порошковых
лент).
Достоинства ленточных носителей записи:
удобство эксплуатации (лёгкость механическо-
механического монтажа, удобство намотки и хранения),
хорошие параметры качества, возможность
независимого установления магнитных и фи-
физико-механических свойств, сравнительная
дешевизна.
В качеств проволочных носителей сперва
применяли проволоку из малоуглеродистой
стали @,2... 1,4% углерода) диаметром
0,25 мм и менее. Современные проволоч-
проволочные носители записи диаметром 20 ... 30 мкм
изготавливают из специальных сплавов в ви-
виде однородной проволоки или в виде биметал-
биметаллической проволоки. Сердцевина из тонкого
диамагнитного материала, обладающего боль-
большой прочностью, покрыта ферромагнитным
слоем. Для уменьшения скручивания попереч-
поперечному сечению носителя записи иногда придают
эллиптическую форму.
Особым видом носителя записи является
капроновая или нейлоновая нить, покрытая
ферромагнитным слоем или наполненная маг-
магнитным порошком.
Достоинство проволочных носителей запи-
записи — малая масса и малый объем на еди-
единицу времени звучания A0 ... 16 см3 на один
час звучания); недостатки — трудность соеди-
соединения проволоки при монтаже и обрывах,
появление паразитной амплитудной модуля-
модуляции сигнала из-за скручивания проволоки,
неудовлетворительная передача верхних час-
частот, довольно высокая стоимость, сильный из-
износ головок.
Свойства магнитных носителей записи.
Магнитные носители записи характеризуют
тремя группами параметров: физико-механиче-
физико-механическими, магнитными, рабочими.
Основные физико-механические свойства:
прочность, влагостойкость, термостойкость.
Прочность магнитных лент характеризуют ме-
механическим усилием, соответствующим порогу
текучести A2 ... 36 Н), относительным удли-
удлинением при определенном усилии @,2 ...0,8 %
при растягивающем усилии 4 Н, 2 % при рас-
растягивающем усилии 10 Н), остаточным удлине-
удлинением после ударной нагрузки @,08 % при
4 Н, 0,2 % при 10 Н). При малой прочности
приходится увеличивать поперечное сечение
носителя, что увеличивает его массу и ухуд-
ухудшает гибкость, т. е. ухудшает прилегание но-
носителя к сердечникам головок. Большая оста-
255
точная деформация искажает временной мас-
масштаб фонограммы. Техническими условиями на
каждый тип ленты устанавливают адгезион-
адгезионную прочность, т. е. прочность к истиранию и
разрушению магнитного слоя, требования по
влаго- и термостойкости.
Магнитные свойства лент полнее всего ха-
характеризуют кривыми намагничивания (см.
§ 9.4). Но пользование графиками не вполне
удобно. Поэтому чаще прибегают к численно-
численному определению магнитных свойств лент. На
предельной петле гистерезиса выделяют три
характерных точки (см. рис. 9.26): А, В, С.
Расстояние от А до горизонтальной оси харак-
характеризует намагниченность насыщения J8,
отрезок ВО — максимальную остаточную на-
намагниченность /г max» отрезок СО — коэрци-
коэрцитивную силу Яс. Типичные величины этих
трех параметров: J8 = 30 ... 120 кА/м, /гтах=
= 70... 100 кА/м, Ис = 20 ...80 кА/м. Отно-
Отношение Jr к J8 называют коэффициентом пря-
моугольности kn. У гамма-окисла железа и
феррита кобальта kn « 0,5, у двуокиси хрома
и чистого железа kn « 0,9.
ЭДС, наводимая движущейся магнитной
фонограммой в обмотке головки воспроизведе-
воспроизведения, зависит от скорости движения ленты, ча-
частоты записанных колебаний остаточного по-
потока ленты. Магнитный поток при равномер-
равномерной намагниченности
фг =
Skv ,
где ja0 = 4я-10~ —магнитная проницаемость
вакуума, kn — коэффициент прямоуголь|но-
сти, /0 — намагниченность частиц (доме-
(доменов), s — площадь поперечного сечения маг-
магнитного слоя (при ширине дорожки записи Ь
и толщине рабочего слоя d s = bd), kv — коэф-
коэффициент объемного заполнения (он показывает,
какую часть объема рабочего слоя занимает
ферромагнитное вещество).
Для увеличения продольной плотности за-
записи следует уменьшать толщину рабочего
слоя d, а для увеличения поперечной плотно-
рованных магнитных лент пока препятствует
недостаточно разработанная технология, ко-
которая затрудняет получение достаточно длин-
длинных отрезков лент со стабильными парамет-
параметрами.
Рабочими параметрами являются: отно-
относительная чувствительность, неравномерность
чувствительности по длине ленты, относитель-
относительная АЧХ, отношение С/П, коэффициент треть-
третьей гармоники, относительный уровень копир-
эффекта, относительный уровень стирания.
Относительная чувствительность — отноше-
отношение остаточных магнитных потоков испытуе-
испытуемой и типовой магнитных лент. Ее обычно,
выражают в единицах уровня. Неравномер-
Неравномерность чувствительности определяют в преде-
пределах рулона ленты. Обычно оиа не превышает
/ дБ. Относительную АЧХ выражают как раз-
разность между АЧХ испытуемой и типовой леит
на частоте 10 кГц при определенной скорости.
У современных 'лент эта разйость достигает
10 дБ. Отношение С/П выражают через отно-
отношение максимального напряжения воспроизво-
воспроизводимого сигнала к напряжению шума ленты,
намагниченной постоянным полем. Оно со-
составляет 35 ... 50 дБ. Коэффициент третьей
гармоники современных лент — 0,5...3 %,
относительный уровень копирэффекта —
—50 ... —58 дБ, относительный уровень сти-
раиия — —70 ... —• 77 дБ.
Обозначения типов лент. В СССР по ГОСТ
244020—75 принято пятиэлемеитное обозна-
обозначение типа ленты. 1
1. Буквенный индекс, обозначающий ос-
основное; или предпочтительное назначение лен-
ленты: А — звукозапись, Т—видеозапись, В —
вычислительная техника.
2. Цифровое обозначение материала осно-
основы (от 0 до 9), например, 2 — диацетатцеллю-
лоза (вторичный ацетат целлюлозы), 3 — триа-
триацетат целлюлозы, 4 — полиэтил ентерефта-
лат (лавсан) и т.д.
3. Цифровое обозначение общей номиналь-
номинальной тол"щины (от 0 до 9).
Цифровое
обозначение
0
Менее
10
От
До
1
10
15
От
ДО
2
15
20
От
до
3
20
30
От
до
4
30
40
5
От 40
до 50
6
От 50
до 60
7
От 60
до 75^
8
От 75
до 100
Общая тол-
толщина, мкм
Более
100
сти — уменьшать ширину дорожки Ь. Но при
уменьшении d и b уменьшается s и, следова-
следовательно, Фг. Чтобы скомпенсировать это
уменьшение, необходимо выбирать материалы
с большими Jo, kn и kv. У гамма-окисла же-
железа и феррита кобальта kn » 0,5, Jo — 400
А/м, у двуокиси хрома kn » 0,9, Jo = 490
А/м, у чистого порошкового железа kn « 0,9,
Уо = 1400 А/м, у металлического слоя железа
ku и kv близки к единице, /0 ~ 2000 А/м. По-
Поэтому предпочтительнее использовать рабочий
слой на основе двуокиси хрома и чистого же-
железа. Широкому распространению металлизи-
4. Двузначное число, обозначающее номер
заводской технологической разработки (от
01 до 99). '*
5. Число, следующее после перечисленных
элементов через черточку (дефис) и округленно
выражающее ширину ленты в миллиметрах.
После пятого, элемента иногда следует до-
дополнительный буквенный индекс, уточняю-
уточняющий назначение ленты: П — перфорирован-
перфорированная лента (для синхронной записи звука при
киносъемках), Р — лента для звукового ве-
вещания, Б — лента для бытовых целей и т.д.
256
Таблица
Обозначение
А2601-6Б
А3601-6Б
А2601-6Р
А3601-6Р
А4601-6Р
А 3902-36П
А 3901-35П
А 4404-6Б
А 4203-3
А4212-ЗБ
А 4409-6Р
А4414-6Р
А4415-6Р
А 4620
>
9.18\ Параметры магнитных лент
Материал основы
Ацетатцеллюлоза
То же
Полиэтилентере-
фталат
Триацетатцеллю-
лоза •
То же
Полиэтилентере-
фталат
Полиэтилентере-
фталат
То же
»
То же
Толщина,
мкм
55
55
55
55
55
150
145
37
18
18
37
37
37
Ширина,
мм
6,25
6,25
6,25
6,25
6,25
16; 17,5
32; 35
35
6,25
3,81
3,81
6,3
6,3
6,3;
12,7;
25,4;
50,8
Длина
в рулоне, м
100, 180, 250, 350,
1000
1000
1000
1000
1000
300
320
150, 27а, 375, 525
65, 130, 196, 260,
325, 390, 450, 520,
585, 650, 715
То же
520, 750, 1100
—
Назначение
\ Любительская звуко-
/ запись
¦ Профессиональная зву-
звукозапись в звуковом
вещании
1 Звукозапись при произ-
> водстве кинофильмов
I
Любительская звуко-
звукозапись
| Кассеты для любитель-
> ской звукозаписи
)
Профессиональная зву-
звукозапись
—
—
Пример.
Тип ленты А 4403—6 Б означает: лента для
звукозаписи (А), основа — полиэтилентереф-
талат D), общая толщина 37 мкм D), поряд-
порядковый номер разработки — третий @3), ши-
ширина ленты 6,25 мм F), для бытовых магни-
магнитофонов (Б).
Основные размеры магнитных лент. Об-
Общие требования к размерам магнитных лент ус-
установлены ГОСТ 8303 — 76. Ширина лент про-
профессионального назначения составляет по
ГОСТ 21887—76 3,81; 6,25; 12,70; 25,40;
50,86 мм C/20; 1/4; 1/2; 1; 2 дюйма соответст-
соответственно). Общая толщина лент шириной 3,81 мм
установлена 18 мкм, для остальных стандар-
стандартизованы три толщины: 27, 37, 55 мкм. В бы-
бытовых катушечных магнитофонах применяют
ленту шириной 6,25 мм и толщиной 34 мкм
(ГОСТ 21402.2 — 75), в кассетных шириной
Ширина киноленты, мм 70
Число кадров .... 24±5
Примечание. Для лент шириной 70 и
а для остальных лент— опережает его.
3,81 мм и толщиной 18 мм (ГОСТ 21402.1—75).
Параметры некоторых типов лент приведе-
приведены в табл. 9.18 и 9.19.
Перфорированные магнитные ленты для
синхронной звукозаписи в кинематографе и
телевидении изготавливают согласно ГОСТ
8303—76 шириной 16, 36 и 70 мм и толщиной
не более 90 мкм на полиэтилентерефталатной
основе и не более 150 мкм на основе из
других материалов. Ленты шириной 16 мм
имеют одностороннюю перфорацию, шириной
35 и 70 мм двустороннюю. Расположение до-
дорожек на ленте шириной 35 мм показано на
рис. 9.34, а, б, в, г. ГОСТ 9492—60 стандар-
стандартизует перфорированные киноленты с нанесен-
нанесенными со стороны основы магнитными дорожка-
дорожками (рис. 9.34, д, е, ж, з). В кинофильмах с маг-
магнитной фонограммой звук опережает изобра-
изображение либо запаздывает по отношению к нему,
чтобы имелась возможность разместить блок
магнитных головок ниже или выше блока оп-
оптической проекции, где лента движется пре-
прерывисто. Сдвиг магнитной фонограммы по от-
отношению к изображению указан ниже:
35
28±0,5
35 мм звук
16
28±0,5
запаздывает
8
56±0,5
по отношению к
Супер-8
18±1
изображению.
Хранение магнитных лент. Магнитные лен-
ленты хранят на сердечниках, катушках или в
кассетах. Неперфорированные ленты шириной
6B5 мм для профессиональных магнитофонов
держат намотанными на сердечниках диамет-
Зак. 1688
257
Таблица 9.19. Электроакустические параметры магнитных лент
шириной 6,25 мм при скорости 19,05 см/с
Параметр
Относительная чувствитель-
чувствительность, дБ
Неравномерность чувствитель-
чувствительности по длине рулона, дБ,
на частотах
400 Гц
12,5 кГц
16 кГц
Относительная величина опти-
оптимального тока высокочастотно-
высокочастотного подмагничивания, дБ
Относительная частотная ха-
характеристика, дБ
Коэффициент гармоник, %,
при остаточном магнитном по-
потоке
320 нВб/м
510 нВб/м
Относительный уровень шума
намагниченной ленты, дБ
Уровень шума паузы, дБ
Уровень стирания, дБ
Уровень копирэффекта, дБ
Уровень записи при /Сг = 3%,
ДБ
Спад АЧХ на максимальной
частоте записи, дБ
Сабельность, мм/м
Коробление, мм
Относительное удлинение под
нагрузкой 10 Н
Остаточное удлинение после
снятия нагрузки 10 Н
ГОСТ
21887—76
3.5±1,0
±0,5
—
±1,5
—
0,5±1
—
1,5
—42
—60
—77
—56
7
4
2
0,05
1,0
0,08
А-2601
0,5±1,0
—
±1.0
—
0,5±1,0
—2±1,5
2
—
—40
—
—70
-52
—
—
7
0,14
1,29
0,10
А-4615
3,5
±0,5
—
±1,5
—
1,5±1,0
—
1,5
—42
—60
—77
—56
7
5
2
0,05
1,0
0,08
А-4407
2,0
±1,0
±3,0
—
2,0
4,0
2,0
—
—42
—54
—
—48
5
—
4
0,2
—
—
А-4409
—0,5
±0,5
±1,5
—
0±1,0
0,6
2,0
—
—42
—56
—
—54
6
—
2
0,15
—
—
А-4414
4±1
—
±0,5
—
0,5±0,5
5,5±1,0
1,0
—
—40
—60
—
—54
6
—
3
0,07
—
—
104
5,0
±0,2
—
±0,4
-0,7
0—0,5
1,2
—37,5
—59,5
—77
—57
5,5
—
1
0,02
0,61
0,02
PER 525
2,3
±0,3
—
±1,0
— 1,7
—1,5
0,5
0,9
—45
—60
—77
—60
7
4
1
0,01
0,82
0,03
1 а б л и ц а 9.20. Длина магнитной ленты
в катушках
Номер
(диаметр)
катушкн
7,5
10
13
15
18
18
20
23
27
32
35
Тип
катушки
I
II
Длина ленты в катушке, м,
при толщине ленты, мкм
55
50
100
180
250
350
220
340
500
750
1150
1500
37
70
150
270
370
520
330
500
700
1100
1750
2200
27
90
180
360
500
700
460
700
1030
1540
2400
3080
18
130
270
540
750
1050
690
1060
1540
2310
3600
4630
ром 100 или 114 мм (ГОСТ 12796—67 и ГОСТ
21717—76) или на катушках типа II (ГОСТ
16824). Более широкие магнитные ленты для
профессиональных магнитофонов хранят на
катушках, типа II и сердечниках диаметром
114 мм. Ленты шириной 6,25 мм для бытовых
магнитофонов хранят на катушках типа I
(ГОСТ 13275—67). Ориентировочные длины
лент на катушках типа I и II указаны в
табл. 9.20. Перфорированные магнитные лен-
ленты хранят на сердечниках по ГОСТ 3917—64.
Рулон содержит 315 ... 350 м ленты.
Магнитные ленты шириной 3,81 мм хранят
в кассетах по ГОСТ 20494—75. Кассеты МК-60
содержат по 90 м ленты толщиной 18 мкм и обе-
обеспечивают при скорости 4,76 см/с 60-минутную
запись (с переворачиванием кассеты). Кассеты
МК-90 и МК-120 с лентой толщиной 14 и
10 мкм соответственно обеспечивают длитель-
длительность записи 90 и 120 мин.
у Катушку или сердечник с рулоном ленты
надо хранить в полиэтиленовом мешочке и кар-
картонной коробке, поставленной вертикально.
258
Ленты надо оберегать от сырости, прямого дей-
действия солнечного света и сильного нагрева, от
действия полей рассеяния силовых трансфор-
трансформаторов электродвигателей, магнитных полей
микрофонов и громкоговорителей. Нормаль-
Нормальными климатическими условиями считают
температуры 15..25°С и относительную
влажность воздуха 45... 80%. Нежелательно
натяжение ленты с силой более 1 Н при тол-
толщине 55 мкм, более 0,6 Н при толщине 27 и
37 мкм и более 0,4 мкм при толщине 18 мкм.
Нормальное контактное давление ленты на
сердечники головок — примерно 8 кПа.
При меньшем давлении увеличиваются волно-
волновые потери на верхних частотах.
Измерительные магнитные ленты. Ленты
служат для проверки и регулирования кана-
каналов воспроизведения магнитофонов. Они со-
содержат фонограммы измерительных сигналов.
Обозначение измерительных лент шириной
6,25 мм, предназначенных для проверки и ре-
регулирования профессиональных стационарных
и репортерских магнитофонов, по ГОСТ
8309—77 имеет следующие элементы:
Л. Сокращенное название ленты—ЛИМ
(лента измерительная магнитная).
2. Цифру, обозначающую количество до-
дорожек: 1 — для проверки одноканальных мо-
монофонических магнитофонов, 2 — для про-
проверки двухканальных стереофонических маг-
магнитофонов.
3. Буквенное обозначение проверяемого
параметра: У — для проверки выходного
уровня, Н — для проверки и установки угла
наклона рабочих зазоров магнитных головок,
В — для проверки правильности установки
магнитных головок по высоте, Ч ,— для про-
проверки АЧХ, Д—для измерения коэффици-
коэффициента детонации и колебаний скорости, П —
для измерения переходного затухания между
каналами (относительного уровня проника-
проникания из одного канала в другой).
4. Одну или две цифры, обозначающие ок-
округленное значение скорости (см/с): 38, 19, 9.
Ленты для проверки уровня содержат за-
пийь опорной частоты 1000 Гц для скоростей
38,1 и 19,75 см/с и частоты 315 Гц для скоро-
скорости 9,53 см/с с номинальным уровнем записи,
принимаемом за 0 дБ. Номинальный уровень
записи связывают с величиной остаточного
магнитного потока фонограммы на 1 м шири-
ширины дорожки записи. Это позволяет задавать
уровень записи независимо от ширины дорож-
дорожки. Для лент ЛИМ.1.У.38 и ЛИМ.1.У.19
номинальный уровень записи соответствует
остаточному магнитному потоку 320 нВб/м,
для ленты ЛИМ.1.У.9 — 256 нВб/м, для
стереофонических записей на всех скоростях—
510 нВб/м. При таких уровнях записи коэффи-
коэффициент третьей гармоники не превышает 2%.
Длительность записи в ЛИМ.1 — не менее
1 мин. В ЛИМ.2 запись сначала содержится
по первой дорожке длительностью 10 с, за-
затем на второй дорожке A0 с) и затем на обеих
дорожках A мин).
Для катушечных бытовых магнитофонов
номинальный уровень записи на частоте
400 Гц соответствует 256 нВб/м, для кассет-
кассетных — 250 нВб/м.
При воспроизведении сигналограммы с за-
записью синусоидального измерительного сиг-
сигнала частоты 1000, 315 или 400 Гц соответст-
;
8,9
О
о
о
о
а
а
г
а
о
?
а
?
8,6
/
8,89
а
о
о
а
а
а
г з
а
а
а
а
а
а
1 2 3 4
7,96
*-*¦
a
a
a
a
a
a
' i 1
a
a
la
a
1
Z34
a
a
a
a
?
a
1Ъ 4 5 i
- **M
i I i'
111 j
ii
111
У
a
a
a
a
a
а)
Ю
в)
а
а
а
а
а
Q
,2 S,
т —»
г Л
L. J
f _ Л
а
а
а
а
а
а
a
a
a
a
a
{ )
-to
о
a
a
?
a
cp
0
*-—
a
о
a
a
0,9
п
а
о
о
п
D
D
а
D
0,8
е)
ж)
Рис. 9.34. Расположение магнитных дорожек 1—6 на перфорированной магнитной лен-
ленте шириной 35 мм (а, б, в, г) на киноленте шириной 70, 35, 16, 8 мм (д, е, ж, з)
?*
259
венно усиление канала воспроизведения регу-
регулируют таким образом, чтобы выходное напря-
напряжение равнялось номинальному для данного
типа магнитофона. После этого снимают изме-
измерительную ленту, устанавливают используе-
используемую леиту и осуществляют запись синусои-.
дальнего сигнала соответствующей частоты.
Затем, ие изменяя усиление канала воспроиз-
воспроизведения, подбирают ток записи таким образом,
чтобы выходное напряжение при воспроизведе-
воспроизведении записываемого сигнала оказалось равным
номинальному.
Измерительные ленты для проверки и уста-
установки угла наклона рабочих зазоров магнит-
магнитных головок монофонических магнитофонов
содержат двухдорожечную противофазную за-
запись с чередующимися через 1 с дополнитель-
дополнительными сдвигами по фазе сигналограммы одной
из дорожек относительно другой в сторону опе-
опережения или отставания. Общая длительность
записи — не менее 3 мин. Частота измеритель-
измерительного сигнала на ленте ЛИМ.1.Н.38—4000 Гц,
на ленте ЛИМ.1.Н.19 — 2000 Гц, на ленте
ЛИМ.1.Н.9 — 1000 Гц. При правильно ус-
установленной головке спад уровня при воспро-
воспроизведении лент ЛИМ.1.Н по сравнению с вос-
воспроизведением лент ЛИМ.1.В составит 14 дБ.
Измерительные ленты ЛИМ.2.2 для про-
проверки положения головок стереофонических
магнитофонов по высоте содержат запись час-
частоты 1000 Гц с номинальным уровнем по дорож-
дорожке, расположенной по середине ленты, шири-
шириной 0,75 мм. Длительность записи 1 мин. При
правильной установке головки напряжения,
получаемые на выходе обоих каналов, должны
быть равны. '
Параметры измерительных лент для провер-
проверки АЧХ каналов воспроизведения магнито-
магнитофонов приведены в табл. 9.21.
Ленты для измерения коэффициента дето-
детонации содержат запись частоты 3150 Гц и уров-
уровнем записи — 12 дБ для скоростей 38,1 и
19,05 см/с и —16 дБ для скорости 9,53 см/с.
Длительность записи — не менее 10 мин. Соб-
Собственное значение коэффициента детонации из-
измерительных лент ЛИМ.1.Д.38, ЛИМ.1.Д.19,
ЛИМ.1.Д.9 не превышает соответственно
±0,01, ±0,02; ±0,03 %, а коэффициента ко-
Таблица 9.21. Параметры измерительных лент для проверки АЧХ
Параметры
1
)
Число дорожек записи
Частоты записи, Гц
-
Уровень записи на установочной
частоте, дБ
Постоянная времени для частот-
частотной характеристики потока корот-
короткого замыкания магнитной ленты,
МКС
Длительность записи, с:
первой частоты
белого шума
второй частоты
остальных частот
0D
т
V
1
1000
16000
1000
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
6300
8000
10000
12500
16000
—20
35
20
—
30
10
у
—
К
1
1000
14000
1000
31,5
40
63
80
125
250
500
1000
2000
4000
6300
8000
10000
12500
14000
16000
—20
70
20
—
30
ъ
sr
s
1
315
12500
315
' 40
63
80
125
250
500
1000
2000
4000
6300
8000
10000
12500
-20
140
20
—
30
10
00
О)
с*
5
2
1000
—*
с*
5
2
1000
Белый шум в полосе
1000..
16000
1000
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
6300
8000
10000
12500
16000
-20
35
20
30
30
10
10000
16000
1000
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
6300
8000
10000
12500
16000
—20
70
20
30
30
10
о>
3*
еч
<;
S
2
315
12500
315
40
80
125
250
500
1000
2000
4000
6300
8000
10000
12500
16000
—20
140
20
30
30
10
260
лебаний скорости ±6,04, ±0,06; ±0,10 %,
что не менее чем в три раза меньше, чем у луч-
лучших серийно выпускаемых магнитофонов.
Ленты ЛИМ.2.П для измерения переход-
переходного затухания между каналами (относитель-
(относительного уровня проникания из одного канала в
другой) содержат поочередную запись по пер-
первой и второй дорожкам частот 63, 1000 и 10 000
Гц с уровнем — 20 дБ. Длительность записи
на каждой частоте — 10 с. Разница уровней
дорожек с записью и без нее — не менее 50 дБ.
Измерительные ленты ЛИЛ для бытовых
магнитофонов (ленты измерительные люби-
любительские) изготавливают по техническим требо-
требованиям, изложенным в ГОСТ 19786—74, Пол-
ное обозначение лент, кроме аббревиатуры
ЛИЛ и букв У, Ч, Д, Н содержит еще ряд
цифр. Цифра перед аббревиатурой ЛИЛ обо-
обозначает ширину дорожки в миллиметрах (ок-
(округленно), а после нее — условное обозначе-
обозначение расположения дорожек записи. Методика
использования лент ЛИЛ в принципе не отли-
отличается от методики использования лент ЛИМ.
Некоторое различие имеется лишь в оценке
детонации. При измерении детонации профес-
профессиональных магнитофонов используют дето-
детонометр, соответствующий требованиям ГОСТ
11984—66. В детонометре демодулированный
сигнал поступает на фильтр, АЧХ которого
отображает чувствительность слуха к частот-
частотной модуляции звука, происходящей с разной
частотой (рис. 9.35). Таким образом, коэффи-
коэффициент детонации — коэффициент паразитной
частотной модуляции звука — измеряют с уче-
учетом свойств слуха. При измерении коэффициен-
коэффициента паразитной частотной модуляции с помощью
лент ЛИЛ взвешивающий фильтр не включают.
Коэффициент паразитной частотной модуля-
модуляции части ЛИЛ.Д для скоростей 19,05;
9.53 и 4,76 равен соответственно ±0,06,
±0,1 и ±0,15 %.
Для проверки и регулирования аппаратов
магнитной записи и воспроизведения 35-мм
фонограмм применяют ленты 35ЛИМЗ (лента
измерительная магнитная звуковая) двух
типов: многочастотную 35ЛИМЗ.МЧ для про-
проверки и регулирования номинального уровня
на выходе канала воспроизведения, регули-
регулирования угла наклона рабочего зазора голов-
головки воспроизведения и проверки и регулирова-
регулирования АЧХ канала воспроизведения и 35ЛИМЗ.
3150 для измерения коэффициента детонации
и коэффициента колебаний скорости.
Лента 35ЛИМЗ.МЧ содержит три части.
1. Запись синусоидального сигнала часто-
частоты 400 Гц при величине остаточного магнит-
магнитного потока 320 нВб/м длительностью 80 с.
2. Запись синусоидального сигнала часто-
частоты 12 500 Гц с уровнем — 10 дБ относительно
номинального. Угол между магнитным штри-
штрихом и направлением движения ленты составля-
составляет 90°±3'.
3. Запись синусоидальных сигналов с
частотами 400, 12 500, 63, 125, 250, 500, 1000,
2000, 4000,6300, 8000, 10 000, 12 500, 16 000 Гц
и уровнем —6 дБ ниже номинального.
о
-10
-10
1
/
\
\
s
\
\
до
0,5 1 1 5 10 20 50 100
Рис. 9.35. Амплитудно-частотная характери-
характеристика детонометра
Лента 35ЛИМ3.3150 содержит запись сину-
синусоидального сигнала частоты 3150 Гц и уров-
уровнем —6 дБ ниже номинального на опорной
частоте 400 Гц. Запись произведена иа аппара-
аппарате с коэффициентом детонации 0,012...0,015 %,
т. е. в три раза меньше, чем у лучших профес-
профессиональных стационарных аппаратов.
Ленты содержат однодорожечную запись по
ГОСТ 19869—74 на скорости 45,6 см/с и исполь-
используются для настройки однодорожечных аппа-
аппаратов. Для проверки и регулирования много-
дорожечных аппаратов используют ленту,
на которой испытательный сигнал записан на
дорожке шириной 23 мм» занимающей всю ши-
ширину ленты между перфорациями.
9.7. МАГНИТОФОНЫ
Классификация. По области применения
различают магнитофоны профессиональные,
бытовые, специальные и диктофоны. Профес-
Профессиональные, в свою очередь, подразделяют на
стационарные (студийные) и репортерские.
Стационарные магнитофоны предназначе-
предназначены для профессиональной звукозаписи в ап-
аппаратных звукозаписи, звукового и телеви-
телевизионного вещания, кинематографии; ре-
репортерские — для записи речи и музыки в вы-
выездных условиях и репортажа. Особой груп-
группой профессиональных магнитофонов являют-
являются синхронные магнитофоны, обеспечивающие
синхронность звука и изображения при произ-
производстве кинофильмов. Бытовые магнитофоны
служат для любительской звукозаписи.
К специальным относятся магнитофоны, пред-
предназначенные для выдачи справок и рекламы
(так называемые автоответчики), для поясне-
пояснений в музеях и на выставках, аппараты для
записи диспетчерских переговоров и т. д.
Диктофоны предназначены для записи речи
с последующей ее перезаписью на пишущей
машинке или от руки.
По числу каналов (дорожек) магнитофоны
разделяют на одно- и миогодорожечиые; по
способу записи информации — на аналого-
аналоговые и цифровые.
В профессиональных стационарных маг-
магнитофонах используют открытые рулоны лент
намотанные на сердечники, в профессиональ
261
Рис 9.36. Структурная схема бытового маг-
магнитофона
ных репортерских и в бытовых используют
ленты на катушках или в кассетах, в специ-
специальных — в качестве носителя записи кроме
лент используют магнитные диски, барабаны
с покрытием из магнитной резины и другие
виды носителей; в диктофонах — кроме лен-
ленточных и проволочные носители.
Основное требование к стационарным маг-
магнитофонам — высокое качество записи и вос-
воспроизведения звука. Особых требований к ог-
ограничению массы, размеров и энергопотребле-
энергопотребления обычно не предъявляется. Структурная
схема стационарного магнитофона подобна
изображенной на рис. 9.25.
Сквозной канал обеспечивает проверку
качества фонограммы в процессе ее записи.
Особые меры принимают для стабилизации
скорости-. Используют дйа способа: устройство
стабилизации частоты вращения ведущего
двигателя и^вдедящую систему. При первом
способе питание^ведущего синхронного двига-
двигателя осуществляется от источника, имеющего
стабильную частоту, в частности от кварцево-
кварцевого генератора. Однако при таком способе воз-
возможно появление дрейфа скорости вследствие
проскальзывание ленты между ведущим валом
и прижимным роликом. При втором спосо-
способе на одну из дорожек ленты записывают сиг-
сигнал от источника стабильной частоты. При вос-
воспроизведении из-за несовпадения скоростей
записи и воспроизведения частота этого сиг-
сигнала изменится. Устройство сравнения слича-
сличает частоты (фазы) воспроизводимого и опор-
опорного сигнала и вырабатывает сигнал ошибки,
который используют для подстройки частоты
вращения ведущего двигателя.
В современных профессиональных магнито-
магнитофонах имеется блок автоматики и управления.
Он предназначен для управления режимами
работы магнитофона, проверки состояния бло-
блоков магнитофона и быстрого отыскания нужно-
нужного участка фонограммы.
Примерами профессиональных стационар-
стационарных магнитофонов являются отечественные
магнитофоны МЭЗ-62 (скорости 38,1; 19,05;
9,53 см/с) и МЭЗ-102 (скорости 38,1 и
19,05 см/с). В профессиональной звукозаписи
кроме аппаратов, в которых используют лен-
ленту шириной 6,25 мм, нашли применение много-
дорожечные аппараты с количеством дорожек
до 24 и лентой шириной 25,4 или 50,8 мм.
Репортерские магнитофоны используют
для внестудийных записей. Главные требова-
требования к ним: малая масса, компактность, надеж-
надежность, автономное или универсальное питание.
Скорость записи обычно одна — 9,53 см/с.
Контроль записи — на головные телефоны.
В последних образцах репортерских магнито-
магнитофонов вместо катушек используют компакт-
кассеты.
Синхронные магнитофоны производят в
двух модификациях. В первой синхронизация
Рис. 9.37. Расположение дорожек на ленте в катушечном магнитофоне (а) и в кас-
кассетном магнитофоне (б)
262
Таблица 9.22. Параметры профессиональных магнитофонов
Параметр
Скорость движения ленты, см/с
Предельное отклонение от нормируемой
средней скорости, %
Коэффициент детонации, %.
Номинальный остаточный магнитный поток,
нВб/м, на частоте 1 кГц
для монофонических магнитофонов
для стереофонических магнитофонов
Относительный уровень помех в каналах
воспроизведения, дБ,
для монофонических магнитофонов
для стереофонических магнитофонов
Относительный уровень помех в каналах
записи — воспроизведения, дБ,
для монофонических магнитофонов
для стереофонических магнитофонов
Коэффициент гармоник, %, в каналах запи-
записи — воспроизведения на частоте 1 кГц для
магнитофонов:
монофонических
стереофонических
Коэффициент разностного тона второго по-
порядка, %, в канале записи — воспроизведе-
воспроизведения
Относительный уровень стирания на часто-
частоте 1 кГц, дБ
Длительность пуска магнитофона в режи-
режимах записи и воспроизведения, с
Наработка на отказ, ч, не менее
Для стационарных
38,1
±0,3
±0,04
320
. 510
-65
—66
-61
—62
1
2
1
—75
1
650
19,05
±0,3
±0,06
320
510
В2
\J?m
—64
—58
—60
2
—
—
—75
—
650
Для репортерских
19,05
±0,5
±0,5
320
—
—60
—
—56
—
1
—
1
—72
—
9,53
±0,5
±0,5
256
—
—56
—
—52
—
2
—
—
—72
—
осуществляется с применением пилот-сигнала.
В этом случае на обычную неперфорирован-
ную ленту записывают кроме звуковой про-
программы синусоидальный сигнал стабильной
частоты, кратной частоте смены кадров кино-
кинофильма, и используют его при воспроизведе-
воспроизведении для подстройки частоты. Во второй для за-
записи используют перфорированную ленту.
Привод киносъемочной камеры и магнитофо-
магнитофона осуществляется синхронными двигателями,
питаемыми от общей электросети.
Бытовые магнитофоны являются автоном-
автономными устройствами, содержащими все блоки,
необходимые для записи звука с микрофона и
воспроизведения с помощью громкоговорите-
громкоговорителя (рис. 9.36). Чаще всего они имеют универ-
универсальный усилитель УУ, используемый и при
записи, и при воспроизведении, генератор
стирания и подмагничивания ГСП, две маг-
магнитные головки — стирания ГС и универ-
универсальную ГУ. Источники записываемого сигна-
сигнала — микрофон М, звукосниматель ЗС или
линия проводного вещания Л — подключают-
подключаются ко входу УУ через делитель напряжения
Дел. Проверку уровня ведут с помощью изме-
измерителя уровня ИУ или простейшего индикато-
индикатора, отмечающего превышение номинального
уровня. Лентопротяжный механизм обычно
имеет всего один двигатель, выполняющий все
функции: движения ленты с постоянной ско-
скоростью, намотки, натяжения, ускоренной пере-
перемотки вперед и назад.
Недостатком магнитофонов, в которых ис-
используются универсальный усилитель и уни-
универсальная магнитная головка, является не-
невозможность контроля качества записи в про-
процессе ее проведения. Поэтому все большее рас-
распространение получают магнитофоны со сквоз-
сквозным каналом, подобные профессиональным,
хотя они существенно дороже.
Расположение двух и четырех дорожек на
ленте в катушечном магнитофоне показано на
рис. 9.37, а, а в кассетном магнитофоне —
на рис. 9.37, б. В катушечном магнитофоне
при монофонической записи последовательно
используются дорожки 1—4—3—2, при стерео-
стереофонической — 1—3, затем 4—2 (рис. 9.37,а).
В стереофонических кассетных магнитофонах
вначале осуществляется запись на дорожках
1—2, затем на дорожках 3—4.
Специальные магнитофоны имеют разнооб-
разнообразную конструкции* в зависимости от обла-
области применения. Важнейшим требованием к
этим магнитофонам является высокая надеж-
надежность. Многократное воспроизведение запи-
записанной в автоответчиках информации застав-
заставляет применять высокостойкие носители за-
записи, например магнитную резину. Для умень-
263
Шения трения между головкой и носителем за-
записи применяют смазку из жидких масел или
используют бесконтактное воспроизведение.
В последние годы в автоответчиках стали при-
применять устройства памяти на твердотельных
накопительных элементах.
Диктофоны имеют простую, достаточно
прочную конструкцию, поскольку при переза-
перезаписи текста приходится многократно останав-
останавливать, ленту, возвращать ее назад с помощью
так называемого отката, часто включать и вы-
выключать аппарат. В диктофонах используют
ленту шириной 6,25 и 38,1 мм, магнитную
проволоку, магнитные диски и петлевые носи-
носители записи.
Параметры магнитофонов. Параметры про-
профессиональных магнитофонов нормируются
ГОСТ 1207—74, бытовых катушечных — ГОСТ
12392 — 71, кассетных ГОСТ 20883 — 75
(соответственно табл. 9.22, 9.23, 9.24). Норми-
Нормируются общие параметры, характерные для
любых устройств звукового диапазона (диа-
(диапазон звуковых частот, неравномерность АЧХ,
коэффициент гармоник, уровень помех), и
специфические для аппаратов магнитной запи-
записи параметры (скорость движения ленты, ко-
коэффициент детонации, номинальный уровень
записи и др.).
Примерами отечественных профессиональ-
профессиональных стационарных магнитофонов служат
магнитофоны МЭЗ-28, МЭЗ-62, МЭЗ-102.
Из них наиболее распространен последний
МЭЗ-102. Магнитофон имеет две скорости:
38,1 и 19,05 см/с (по особому заказу выпуска-
выпускается с другими наборами скоростей: 19,05 и
9,53; 38,1 и 9,53 см/с). В нем используют лен-
ленты А4615—6Р с номинальным остаточным
магнитным потоком 320 иВб/м при скорости
38,1 см/с, А4414—6Р с номинальным оста-
остаточным магнитным потоком 320 нВб/м при
Таблица 9.23. Параметры бытовых катушечных магнитофонов
Параметр
Номинальные скорости ленты, см/с
обязательные
не обязательные
Отклонение скорости от номинального зна-
значения, %, не более
Коэффициент детонации, %, не более, при
скорости, см/с
19,05
9,53
4,76
19,05
9.53
4,76
Номинальный остаточный магнитный по-
поток, нВб/м, на частоте 400 Гц
Рабочий диапазон частот, Гц, при скоро-
скорости, см/с
19,05
9,53
4,76
Относительный уровень помех в каналах
записи-воспроизведения, дБ, не хуже, при
числе дорожек:
2
4
Коэффициент гармоник на линейном выхо-
выходе на частоте 400 Гц, %, не более
Переходиое затухание между стереоканала-
стереоканалами, дБ, не хуже, на частотах, Гц:
80
1000
8000
1
( 19,05
9,53
( 4,76
[
) О 90
±2
Норма по группам сложности
2
9,53
4,76
или
19,05 и 9,53
19,5
4,76 или
2,38
±2
3
9,53
4,76
или 2,38
±2
Питание от сети переменного
±0,1
±0,2
±0,3
Автонол
—
256
40—18 000
40—14 000
63—8000
—48
—45
3
—20
-30
—30
±0,2
±0,3
±0,4
±0,3
шое или универсальное х\
_|_Л О
хи,о
±0,4
±0,5
256
40—16 000
63—12 500
63—6300
—45
—42
4
—20
—35
—30
±0,4
—
256
—
63—12 500
—
—42
—39
4
—
—
4
4,76
9,53 нли
2,38
±2
гока
—
—
i —
итание
±0,6
256
80—6300
—40
-37
5
—
—
—
264
Таблица 9.24. Параметры бытовых кассетных магнитофонов
Параметр
Номинальная скорость ленты, см/с
Отклонение скорости от номинального зна-
значения, %, не более
Коэффициент детонации, %, не более
То же, для носимых аппаратов
Номинальный остаточный магнитный поток,
нВб, на частоте 400 Гц
Рабочий диапазон частот, Гц
Относительный уровень помех в канале
записи-воспроизведения, дБ, не хуже, для
магнитофонов
монофонических
стереофонических
Коэффициент гармоник в канале записи—
воспроизведения на линейном выходе при
частоте 400 Гц и номинальном уровне
записи, %, не более
Переходное затухание между стереоканала-
стереоканалами, дБ, не хуже, на частотах, Гц
80
1000
8000
Норма по группам сложности
1
3,81
±1,5
0,2
—
250
40—14 000
—
—46
4
—22
—30
—18
2
3,81
±2,0
0,3
0,4
250
63—12 500
-46
—44
5
—18
-25
-16
3
3,81
±2,0
0,35
0,4
250
,63—10 000
—42
—40
5
— 18
—25
— 16
4
i
3,81
±2,0
—
0,5
250
80—8000
-40
—
5
—
—
——
скорости 19,05 см/с, А4409 с номинальным
остаточным магнитным потоком 256 нВб/м
при скорости 9,53 см/с. Может быть исполь-
использована лента А2601—6Р при скоростях 38,1 и
и 19,05 см/с с номинальным остаточным маг-
магнитным потоком 256 нВб/м. Потребляемая
электрическая мощность не превышает 250 Вт.
Масса магнитофона 150 кг. Параметры маг-
магнитофона в основном соответствуют ГОСТ
12107—74.
В профессиональной звукозаписи широко
используют венгерские магнитофоны: моно-
монофонические STM-200B, STM-600, стереофони-
стереофонические STM-210B, STM-300, STM-610. Магни-
Магнитофоны STM-600 и STM-610 имеют две ско-
скорости: 38,1 и 19,05 см/с или 19,05 и 9,53 см/с,
полоса рабочих частот: от 30 до 18 000 Гц при
скорости 38,1 см/с и от 30 до 16 000 Гц при ско-
скорости' 19,05 см/с и неравномерности АЧХ не
более 3 дБ, коэффициенте детонации на ско-
скорости 38,1 см/с не более 0,035 %, уровне ин-
интегральной помехи не более—61 дБ. Магни-
Магнитофоны работают с лентами Scotch-250, Agfa
PER-525, Agfa PER-555, BASF — LR-56P.
Венгерский многодорожечный магнитофон
STM-700 при работе с лентой шириной 25,4 мм
является восьмиканальным, при работе с лен-
лентой шириной 50,8 мм — 16-канальиым уст-
устройством.
Особенностями перечисленных магнитофо-
магнитофонов являются: высокая стабильность частоты
оборотов благодаря применению кварцевой
стабилизации (иестабильность частоты не пре-
превышает 10~5), дистанционное управление все-
всеми операциями, электронное регулирование иа-
тяжения ленты, использование головок запи-
записи и воспроизведения со сроком службы от
5000 до 10 000 ч. .
Для оперативных записей широко исполь-
используются магнитофоны «Репортер» совместной
разработки СССР и ВНР, выпускаемые венгер-
венгерским заводом ML (Р — 5, Р — 6, Р — 7), и
«Награ» швейцарской фирмы «Кудельски»
(типы IV — S, 4.2, IS — D, SNN — 2,
SNS — 2, IV — SJ). Некоторые параметры
этих магнитофонов приведены в табл. 9.25.
Магнитофоны «Репортер» имеют параметры
качества, примерно соответствующие первому
классу качества по ГОСТ 11515—75. Магнито-
Магнитофон Nagra SNN — 2 имеет полосу частоты
80 ... 15 000 Гц при неравномерности АЧХ±
±2 дБ, Nagra SNS — 2 — полосу частот 80...
... 5000Гц при неравномерности АЧХ±3 дБ.
Уровень помех соответственно —63 и
—48 дБ, коэффициент разностного тона 2 %,
номинальные входное и выходное напряжения
соответственно 160 и 630 мВ.
Параметры лучших бытовых магнитофонов
приближаются к параметрам профессиональ-
профессиональных магнитофонов, но большинство массовых
магнитофонов уступает профессиональным,
особенно по неравномерности АЧХ и коэффи-
коэффициенту детонации.
Цифровые магнитофоны. Современные ана-
аналоговые магнитофоны достигли высокой сте-
степени совершенства: полоса рабочих частот
простирается от 20 ... 30 Гц до 15 ... 20 кГц,
265
Таблица 9.25. Параметры репортерских магнитофонов
Тип
Р-5
Р-6
Р-7
IV-S
4.2
IS-D
SNN-2
SNS-2
IV-SJ
Скорость
движения ленты
9,53
9,53
4,76
38; 19; 9,5
38; 19; 9,5
19
9,5; 4,75
4,75; 2,38
38; 19; 9,5; 3,8
Длительность записи
на одну катушку
, кассеты, мнн
17...40
17...40
30X2
—
—
—
27...39
107... 156
—
Масса, кг
2,5
4,0
1,8
7,05
6,85
4,5
0,57
0,57
7,3
Габариты, мм
227X180X70
245X176X90
218X176X75
ЗЗЗХ242ХПЗ
333X242X113
275X200X80
147ХЮ0Х26
147X100X26
ЗЗЗХ242ХПЗ
динамический диапазон превышает 50...60 дБ1,
коэффициент гармоник не превосходит 1...3 %,
коэффициент детонации — 0,04 %. Однако
некоторые параметры достигли предела и не
могут быть улучшены. Уровень модуляцион-
модуляционного шума составляет примерно —40 дБ
и заметен на слух. Не может быть существен-
существенно уменьшен коэффициент гармоник. В про-
процессе перезаписи увеличивается частотные н
нелинейные искажения и помехи. Цифровые
методы позволяют получить динамический ди-
диапазон 80 ... 90 дБ, коэффициент гармоник
менее 0,05 %, коэффициент частотных искаже-
искажений ^Ь 0,5 дБ. Главное, благодаря регенера-
регенерации импульсов можно сохранить это высокое
качество даже после многократной перезаписи.
В цифровых магнитофонах удается практи-
практически полностью избавиться от характерных,
специфических для аналоговой магнитной за-
записи искажений: копирэффекта, детонации,
структурного и модуляционного шума, помех
из-за недостаточного стирания.
В цифровых магнитофонах на ленту запи-
записывают последовательность кодовых импуль-
импульсов, отображающих в цифровой форме аналого-
аналоговый сигнал. Последний дискретизируется,
квантуется и кодируется в двоичном коде. При
1 При использовании системы шумоподав-
шумоподавления до 86 дБ.
воспроизведении осуществляются обратные
операции: последовательность кодовых ком-
комбинаций преобразуется в последовательность
восстановленных отсчетов. Выделяя с помощью
фильтра низкочастотную составляющую, по-
получают вновь аналоговый сигнал. Структур-
Структурная схема цифрового магнитофона показана
на рис. 9.38.
Существенное улучшение параметров каче-
качества достигается путем резкого увеличения
объема записываемой информации и, следова-
следовательно, путем заметного усложнения и удоро-
удорожания магнитофонов. В цифровых магнито-
магнитофонах используют либо многодорожечную за-
запись, либо преобразуют цифровые сигналы в
так называемый квазителевизионный сигнал.
Первый способ представляется наиболее пер-
перспективным. К его достоинствам относят до-
достаточно простой лентопротяжный механизм и
небольшую скорость записи, что увеличивает
срок службы магнитных головок и ленты. Не-
Недостатки первого способа: сложность блока
магнитных головок, большое количество элект-
электронных блоков ввиду наличия нескольких ка-
каналов, в каждом из которых нужны усилители
записи и воспроизведения, и, возможно, свои
канальные кодеры и декодеры, увеличенные
размеры и масса, большее потребление элект-
электроэнергии. Однако современная технология
позволяет выполнить электронные блоки в од-
Лналоговый
о -
вход
ИКМ-
кодвр
блочный
кодер
каналь-
канальный
кадев
УЗ
Г31
Устройство
синхронизации и
управления
ГВ1
<SH
ГВк
УВ
L
каналь-
_ ный
декодер
каналь -1
- ныв |
декодер I
блочный
декодер
икм
деко-
декодер
Аналоговый
выход
Рис. 9.38. Структурная схема цифрового магнитофона
266
Вход
Выход
о
Рис. 9.39. Структурная схема цифровой приставки к видеомагнитофону
ном корпусе в виде больших интегральных
схем. Второй способ сводится к добавлению
к видеомагнитофону, как правило, кассет-
кассетному, цифрового преобразователя-приставки
(рис. 9.39). Поступающий на вход преобразо-
преобразователя сигнал (обычно двухканальный — сте-
стереофонический преобразуется в ИКМ кодере /
в цифровой, затем в блоке 2 подвергается по-
помехозащитному кодированию, в формировате-
формирователе 3 преобразуется в квазителевизионный сиг-
сигнал, в котором вместо сигнала изображения
на активной части телевизионных строк раз-
размещен кодированный сигнал звука, и, наконец,
поступает на вход видеомагнитофона ВМ.
При воспроизведении квазителевизионный
сигнал подвергается обратным преобразова-
преобразованиям: в видеоселекторе 4 выделяется цифро-
цифровой сигнал, в декодере 5 производится исправ-
исправление ошибок и, наконец, в ИКМ-декодере 6
цифровой сигнал преобразуется в аналоговый.
Достоинством такого способа записи является
использование серийно выпускаемых видео-
видеомагнитофонов, что особенно важно для инди-
индивидуальных пользователей. Добавление к име-
имеющемуся бытовому видеомагнитофону преоб-
преобразователя, стоимость которого в 3 ... 5 раз
меньше стоимости видеомагнитофона, расши-
расширяет эксплуатационные возможности аппара-
аппарата. Главный недостаток: недоиспользование
емкости канала (примерно в 10 раз) и связан-
связанный с этим непроизводительный расход ленты»
Относительно большие скорости лента — го-
головка (порядка 10 м/с) ускоряют износ ленты
и головок.
Главный недостаток цифровых магнитофо-
магнитофонов: сильное влияние выпадений сигнала,
обусловленное повышенной плотностью запи-
записи. Из-за недостатков носителя, неконтакта
или помех возможны ошибки при декодирова-
декодировании, что может привести к щелчкам при вос-
воспроизведении. Для устранения или уменьше-
уменьшения ошибок применяют помехоустойчивые
коды.
В современных цифровых магнитофонах с
продольной многодорожечной записью рас-
расход носителя записи не превышает расхода но-
носителя в аналоговых магнитофонах. Аппа-
Аппаратурная сложность оправдана высоким ка-
качеством воспроизводимых сигналов и возмож-
возможностью многократной перезаписи без ухудше-
ухудшения качества. В высококачественных кассет-
кассетных цифровых магнитофонах используется
лента шириной 3,81 мм, как и в аналоговых
кассетных магнитофонах.
Параметры некоторых зарубежных профес-
профессиональных и кассетных цифровых магнито-
магнитофонов приведены в табл. 9.26 и 9.27.
Таблица 9.26. Параметры профессиональных цифровых магнитофонов
Параметр
РСМ3321
(«Сонн>,
«Штудер>)
МХ80 (МХ80А)
(«Телефункен>,
«Мнцубнси>)
МХ-800
(«Телефункен>,
«Мицубнсн>)
МИН
Количество каналов
Ширина ленты, мм
Количество дорожек
Ширина дорожкн, мкм
Скорость записи, см/с
Продолжительность записи,
Частота Дискретизации, кГц
Число разрядов
Полоса частот, Гц — кГц
Неравномерность АЧХ, дБ
Максимальный динамический диапа-
диапазон, дБ
Коэффициент гармоник, %
Детонация
Цифровая скорость, Мбит/с
Масса, кг
Габаритные размеры, мм
Потребляемая мощность, кВт
24
12,7
28 B4+2+1 + 1)
240
70; 76,2
65; 60
44,1; 48
16
20...20
+0,5...—1,0
90
0,05
1,152
200
830X990X740
3
2
6,25
10BX4+1 + 1)
38,1
60
48
16
20...20
+0,5...—1,0
90
0,05
Отсутствует
1,884
80... 120
0,35
32
25,4
38C1+2+2+2)
76,2
60
48
16
20...20
+0,5...—1,0
90
0,05
0,942
1250X715X2250
267
Таблица 9.27. Параметры цифровых кассетных магнитофонных панелей
Параметр
Число дорожек
Ширина дорожки, мкм ,
Скорость записи, см/с
Продолжительность записи на
кассетах С-90, мин
Частота дискретизации, кГц
Число разрядов
Полоса частот, Гц...кГц
Неравномерность АЧХ, дБ
Максимальный динамический
диапазон, дБ
Коэффициент гармоник, %
Детонация
Цифровая скорость, Мбит/с
Магнитная лента
Значение
JVS
9
DX2+1)
180
7,1
60
33,6
Экв. 14
20...20
+0,5...—21
80
0,05
1,04
Металлизи-
Металлизированная
Sharp
18
(8X2+2)
120
9,5
22,5
44,056
14
20...20
+0,5...—1
80
0,05
Pioneer
8 DX2)
250 ,
9,5
22,5
44,1
14
20...20
+0,5...—1
80
0,05
Отсутствует
2.15
—
1,5
Кобальти-
зиррванная
Sony
38
A6X2+6)
70
4,75
45
44,1
16
20...20
+0,5...—1
90
0,05
2,16
Лента для
видеозапи-
видеозаписи
Sanyo
Ю EX2)
180
7,0
30
44,056
14
20...20
+0,5...—1
80
0,05
2,06
Металлизи-
Металлизированная
9.8. ЛАЗЕРНАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ
НА КОМПАКТ-ДИСК
ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ
НА КОМПАКТ-ДИСК
Компакт-диск — это коммерческое назва-
название системы звукозаписи, разработанной сов-
совместно фирмами «Филипс» (Голландия) и
«Соии» (Япония) в конце семидесятых годов,
причем фирма «Филипс» разработала функцио-
функциональные принципы и аппаратурные средства,
а фирма «Сони» — способы преобразования
сигналов и соответствующую микросхемотех-
микросхемотехнику.
Носителем первичной записи служит стек-
стеклянный полированный диск, на который нане-
нанесен слой лака толщиной 0,12...0,15 мкм, чув-
чувствительного к действию света. Запись произ-
производят лазерным лучом. Растворитель удаляет
лак с участков, подвергшихся действию света.
На лаковом слое образуются углубления дли-
длиной несколько микрометров и глубиной при-
примерно 0,12 мкм. Ширина углублений — при-
примерно 0,5 мкм.
Процесс получения копий напоминает про-
процесс изготовления граммофонных пластинок.
На лаковую поверхность диска наносят хими-
химическим путем или напылением в вакууме слой
серебра, затем электропроводящую поверх-
поверхность покрывают слоем никеля. Многократ-
Многократным копированием получают матрицы, кото-
которыми прессуют компакт-диски из разжижен-
разжиженного поликарбоната. Диаметр компакт-дис-
компакт-дисков— 120 мм, толщина—1,2 мм. На диск на-
наносят отражающий слой алюминия толщиной
порядка 0,01 мкм и для защиты от царапин и
грязи покрывают его прозрачным лаковым
слоем толщиной 5 ... 10 мкм.
При воспроизведении компакт-диска луч
маломощного полупроводникового лазера ин-
инфракрасного диапазона фокусируется на до-
дорожке записи. Если луч попадает на плоский
участок дорожки, он отражается и поступает
на фотоэлектронный преобразователь, а если
на углубление — рассеивается. На выходе
фотоэлектронного преобразователя получает-
получается сигнал, отображающий двоичную информа-
информацию, записанную на диске.
ПРОИГРЫВАТЕЛИ КОМПАКТ-ДИСКОВ
Проигрыватели компакт-дисков содержат
движущий механизм, устройства декодирова-
декодирования сигналов и исправления ошибок, слежения
за дорожкой и стабилизации скорости считы-
считывания, а также различные вспомогательные
устройства.
Система считывания информации с компакт-
диска схематически изображена на рис. 9.40.
Она содержит двигатель /, вращающий ком-
компакт-диск 2. полупроводниковый лазер ин-
инфракрасного диапазона 3, собирающую лин-
линзу 4, направляющую лучистый поток через
расщепляющую призму 5, поляризующую
пластинку 6 и фокусирующую линзу 7 на от-
отражающую поверхность компакт-диска 2 с
углублениями. Поляризующая пластинка 6,
толщина которой равна четверти длины волны
лазера, вертикально поляризует лучистый по-
поток, отраженный от поверхности компакт-
диска. Расщепляющая призма с зеркальной
поверхностью 8 пропускает лучистый поток от
лазера, но не пропускает обратно лучистый по-
поток, отраженный от поверхности компакт-дис-
компакт-диска. »Этот лучистый поток направляется зер-
зеркальной поверхностью через фокусирующую
линзу 9 на фотодиод 10.
268
Глубина резкости фокусирующей линзы 7
не превышает 0,4 мкм, что мало, так как вер-
вертикальные биения компакт-диска, закреплен-
закрепленного только в центральной части, превышают
глубину резкости примерно в 100 раз. Необхо-
Необходимо динамическое слежение за поверхностью
компакт-диска. В проигрывателе имеется сис-
система слежения для обнаружения расфокуси-
расфокусировки лазерного луча, вызванной вертикаль-
вертикальными биениями компакт-диска. При точной
фокусировке из отраженного от компакт-дис-
компакт-диска лучистого потока на поверхности фотодио-
фотодиода формируется круг. При отклонении отра-
отражающей поверхности компакт-диска от за-
заданного положения круг превращается в эл-
эллипс. Для оценки формы следа, создаваемого
на поверхности фотодиода отраженным лучи-
лучистым потоком, фотодиод имеет четыре секции
(поля), с каждой из которых снимается свой
электрический сигнал. Четыре выходных сиг-
сигнала управляют положением фокусирующей
линзы 7 с помощью фокусирующего устройст-
устройства //. В результате сфокусированная точка
удерживается на отражающей поверхности
компакт-диска, несущей цифровую информа-
информацию в виде углублений разной длины. С по-
помощью устройства 12 сфокусированная точка
принимает правильное Положение относитель-
относительно дорожки записи. Система слежения уп-
управляет также перемещением всего блока чи-
читающего устройства от центра к краю диска и
поддерживает постоянной линейную скорость
чтения фонограммы, регулируя частоту вра-
вращения диска. Частота вращения меняется от
500 мин в начале воспроизведения до
200 минг1 на краю диска (иначе от 8,33 до,
3,33 с-1).
Проигрыватель имеет весьма сложную
электронную часть, предназначенную для де-
декодирования записанных на диске сигналов,
выделения и расшифровки различных служеб-
служебных кодов, разделения стереосигналов, исправ-
исправления ошибок.
Одиночные ошибки считывания информации
могут возникнуть из-за брака при прессовании
компакт-дисков, царапин или загрязнения
защитного слоя диска. Влияние царапин и за-
загрязнения защитного слоя значительно ослаб-
ослаблено, поскольку на поверхности защитного
слоя луч лазера не сфокусирован. Однако в
некоторых случаях такие недостатки приводят
к потере сотен и тысяч двоичных единиц ин-
информации, поэтому эксплуатация проигрыва-
проигрывателя без цомощи устройств анализа и исправ-
исправления ошибок невозможна. Благодаря при-
примененному способу кодирования, устройство
исправления ошибок восстанавливает до 3500
потерянных подряд двоичных единиц инфор-
информации, что соответствует нарушению целости
2,4 мм дорожки, а в некоторых случаях даже
до 12 000 двоичных единиц, что соответствует
нарушению целости 8,5 мм дорожки. Такая
мощная исправляющая способность объясня-
объясняется перестановкой (смещением) отсчетов перед
записью, в результате чего вероятность груп-
групповых ошибок сильно уменьшена.
Если ошибок так много, что они не могут
Фокус нормально близко далеко
Рис. 9.40. Схема проигрывателя компакт-ди-
компакт-дисков
быть исправлены устройством коррекции,
вступает в действие устройство интерполяции.
Если в результате анализа выясняется, что
между двумя достоверными отсчетами содер-
содержится недостоверный, он заменяется средне-
среднеарифметическим значением соседних. Если же
подряд следует несколько недостоверных от-
отсчетов, то перед началом ошибок начинает
плавно уменьшаться коэффициент передачи,
и к моменту появления ошибок он становится
равным нулю. По окончании ошибок коэффи-
коэффициент передачи восстанавливается до первона-
первоначальной величины. Для возможности такого
анализа записанной информации и устранения
влияния ошибок в проигрывателе имеется уст-
устройство оперативной памяти.
Декодирующие устройства проигрывателя
содержат четыре больших интегральных схе-
мы, выполняющих около 4 млн операций р
секунду.
ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ
ЗВУКОЗАПИСИ НА КОМПАКТ-ДИСК
Международная электротехническая ко-
комиссия (МЭК) в 1983 г. предложила стандарт
системы записи звука на компакт-диски.
Стандарт регламентирует параметры системы,
в том числе параметры самих компакт-дисков.
Компакт-диски диаметром 120 мм содержат
запись часовой программы. Толщина дисков
— 1,2±§:? мм, диаметр центрального отвер-
отверстия 15±g:J мм, диаметр опорной плоскости
26...33 мм. Информация записана в виде сле-
следующих друг за другом углублений, располо-
269
женных вдоль спиральной дорожки. Начало —
ближе к центру, конец—ближе к краю диска.
Двухканальная (стереофоническая) информа-
информация закодирована длиной углублений и рас-
расстояний между ними. Длина углублений и рас-
расстояний между ними изменяется дискретно
восьмью ступенями от 0,83 до 3,05 мкм при
линейной скорости 1,2 м/с и от 0,972 до
3,56 мкм при линейной скорости 1,4 м/с. Шири-
Ширина углублений — 0,5 мкм, глубина — 0,12 мкм.
Начальный диаметр области вхождения —
не более 46 мм, конечный диаметр области вы-
выведения — 117 мм. Область записанной про-
программы имеет начальный диаметр 50 мм, ко-
конечный диаметр 116 мм. Запись производится
на одной стороне диска, противоположную
(верхнюю при воспроизведении) сторону диска
занимает этикетка. Содержание этикетки: на-
наименование программы, номер диска по ката-
каталогу, если программа записана на нескольких
дисках — номер диска в порядке следования
дисков данной программы и общее количество
дисков (например, диск 2 из 4).
Ниже приводится сравнение некоторых па-
параметров долгоиграющей граммофонной пла-
пластинки и компакт-диска:
Вид записи
Долгоиграющая плас-
пластинка
Компакт-диск
я
о
я
с
о
1*
Э ?
100
1,6
* я
а и
Z Я
я о.
о я ж
>>?
0,2
0,01
о й
и* ¦
II
60
0,5
Компакт-диск содержит три зоны (три об-
области): зону (область) вхождения, зону запи-
записи, зону выхода (область выведения). Во
входной зоне содержится информация о коли-
количестве фонограмм (произведений), записанных
на диске, время от начала диска до начала дан-
данной фонограммы в минутах и секундах и в так
называемых кадрах (кадр равен 1/75 с), вре-
время, отсчитываемое от окончания входной зоны
до начала выходной, опознавательный номер
диска в соответствии с номером по каталогу.
Наличие информации о времени начала каж-
каждой фонограммы позволяет автоматизировать
выбор данной фонограммы и осуществлять мно-
многократное ее исполнение. В пределах зоны за-
записи (зоны воспроизведения) записана инфор-
информация программы, а также до восьми вспомо-
вспомогательных подкодов.
Стандартизована длина волны лазера —
0,78 мкм. Число каналов записи — два
(при удвоении скорости движения можно за-
записать четыре канала). Количество разря-
разрядов — 16, квантование — линейное.
Частота дискретизации рана 44,1 кГц,
скорость передачи двоичных знаков в канале
4,3218 Мбит/с. Для защиты от искажений вво-
вводятся исправляющие коды, а для поддержа-
поддержания установленной скорости чтения фонограм-
фонограммы — синхронизирующие сигналы.
Компакт-диски обеспечивают полосу час-
частот от 20 до 20 000 Гц при неравномерности не
более ±0,5 дБ и отношении сигнал-шум кван-
квантования более 90 дБ. Переходное затухание
между стереоканалами — более 90 дБ. Коэф-
Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц менее
0,004 %. Мощность, потребляемая проигры-
проигрывателями, составляет20 ... 30 Вт.
РАЗДЕЛ 10
ПЕРЕДАЧА АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
10.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В результате преобразования первичного
акустического сигнала в трактах и каналах
передачи на их выходе создается вторичный
акустический сигнал. В идеальном случае он
должен точно воспроизводить первичный, но
практически (с учетом свойств слуха) этого
обычно не требуется. В технике художествен-
художественного вещания, звукового сопровождения теле-
телевидения, звукозаписи и т. п. надо стремиться
к этому соответствию в пределах, в которых
слуховое ощущение у слушателей близко к
ощущению при непосредственном слушании
данной программы в хороших акустических
условиях. Для информационных программ и
речевой связи определяющим является требо-
требование понятности речи. Только после его вы-
выполнения необходимо стремиться к более точ-
точному соответствию между вторичным и пер-
эичным сигналами в пределах, в которых каче-
качество звучания на слух удовлетворяет другим
требованиям для данных условий. Во всех
случаях существенную роль играет экономика.
Нарушение точности передачи подразделя-
подразделяют на следующие виды: 1) потеря акустической
перспективы; 2) смещение среднего уровня
сигнала; 3) ограничение частотного и динами-
динамического диапазонов; 4) линейные, нелинейные
и переходные искажения; 5) маскировка шу-
шумами и помехами.
Потеря акустической перспективы полу-
получается при передаче акустических сигналов
по одноканальным системам независимо от
числа микрофонов в месте нахождения первич-
первичного источника звука и громкоговорителей в
месте нахождения слушателей. Этот дефект до
некоторой степени ослабляют применением
многоканальных систем передачи, например
стереофонической и системами передачи.
(Умещение уровней получается из-за того,
что слушателю не сообщается значение сред-
270
негЪ уровня первичного акустического сигна-
сигнала. Поэтому слушатели устанавливают сред-
средний уровень по своему усмотрению. А так как
в устройствах обработки сигналов этот уро-
уровень непрерывно изменяется, то, как правило,
практически невозможно точно восстановить
средний уровень, равный среднему уровню
первичного акустического сигнала. К тому же
по условиям звукоизоляции помещений не
всегда и допустимо устанавливать такой уро-
уровень у слушателя. В результате смещения сред-
средних уровней происходит изменение соотноше-
соотношения между громкостями низкочастотных и
среднечастотных составляющих: повышение
среднего уровня приводит к повышению
громкости низкочастотных составляющих, по-
понижение среднего уровня — к понижению
громкости этих составляющих по сравнению с
громкостью среднечастотных составляющих
(см. § 2.3).
Тракт передачи сигналов в силу ряда тех-
технических и экономических причин ограничи-
ограничивает частотный диапазон сигнала, для расши-
расширения которого и применяют частотную кор-
коррекцию на низких и высоких частотах переда-
передаваемого диапазона (см. § 10.6).
Ограничение динамического диапазона сиг-
сигнала обычно определяется сверху появлением
перегрузки отдельных звеньев тракта сигна-
сигналов или возникновением недопустимых нели-
нелинейных искажений, снизу — наличием шумов
и помех в этом тракте. Чтобы избежать ограни-
ограничения динамического диапазона сигнала, при-
применяют сжатие его диапазона по возможности
до пределов динамического диапазона тракта
передачи'. Динамический диапазон сигнала в
ряде случаев может быть восстановлен на при-
приемном конце тракта, но это усложняет прием-
приемную аппаратуру, а иногда это и невозножно
(например, при амплитудном ограничении).
Искажения и маскировка шумами будут рас-
рассмотрены в отдельных параграфах.
10.2. ИСКАЖЕНИЯ СИГНАЛОВ
Линейные искажения. К линейным искаже-
искажениям акустического сигнала относятся неже-
нежелательные 1 изменения соотношений между
амплитудами частотных составляющих сигна-
сигнала при передаче его по тракту (изменения фа-
фазовых соотношений не играют роли в восприя-
восприятии акустического сигнала, см. § 2.4). Эти ис-
искажения называют частотно-амплитудными
или просто частотными.
Одним из показателей тракта передачи сиг-
сигнала является коэффициент передачи. Под ним
подразумевают отношение звуковых давлений
на выходе и входе тракта при передаче по нему
синусоидального сигнала, т. е. К — Рг^Рм»
где рм — звуковое давление в точке звукового
поля, в которой будет находиться центр мик-
микрофона; рг — звуковое давление на расстоя-
нии 1 м от акустического (рабочего) центра
громкоговорителя (для громкоговорящего при-
приема) или в камере искусственного уха (для
телефонного приема). Коэффициент передачи
тракта К — КМКЭКГ> гДе ^м — чувствитель-
чувствительность микрофона, В/Па; Кэ — коэффициент
усиления электрической части тракта; Кг —
чувствительность громкоговорителя или теле-
телефона, Па/В.
Если коэффициент передачи тракта выра-
выражают в децибелах, то
д = 20 lg Км; К9дБ = 20 lg *э и
АГГ дБ — 20 lg /Сг. В идеальном случае коэффи-
коэффициент передачи К не должен зависеть от часто-
частоты, практически же он всегда зависит от нее,
т. е. K = f (w). В ряде случаев, например при
передаче информационной речи или в телефон-
телефонной связи, коэффициент передачи тракта необ-
необходимо брать зависящим от частоты (см. ниже).
Обычно это осуществляют в микрофонах, а в
электрической части тракта коэффициент пере-
передачи стремятся брать независимым от частоты
в пределах передаваемого частотного диапа-
диапазона.
Отклонение частотной характеристики ко-
коэффициента передачи от оптимальной, называе-
называемое неравномерностью частотной характери-
характеристики тракта, субъективно вызывает ощущение
изменения тембра сигнала. При подчеркива-
подчеркивании высокочастотных составляющих сигнал
становится звонким, резким, а при значитель-
значительном подчеркивании сигнала становится свистя-
свистящим и хриплым. Нри недостатке высокочастот-
высокочастотных составляющих сигнал становится глухим.
Подчеркивание низкочастотных составляющих
делает сигнал бубнящим и т.п.
Неравномерность частотной характеристи-
характеристики тракта для передачи художественных про-
программ оценивают отношением величин макси-
максимального и минимального коэффициентов пере-
передачи в заданном диапазоне частот:
Эту неравномерность обычно выражают в де-
децибелах :
1 Иногда для создания того или иного
звукового эффекта сигнал специально «де-
«деформируют» (искажают) (см. § 10.6).
где Lmin и Lmax — минимальный и максималь-
максимальный уровни вторичного акустического сиг-
сигнала при постоянстве уровня первичного.
Уровень вторичного акустического сигналя
I-вых = 20 \gpx + 94, где рх — звуковое дав-
давление (в Паскалях) на расстоянии 1 м от акус-
акустического центра громкоговорителя, а для
телефона — в камере искусственнного уха.
Определим неравномерность частотной ха-
характеристики электрического тракта с помо-
помощью рис. 10.1, а Если в заданном частотном
диапазоне 50 ... 10 000 Гц максимальное и ми-
минимальное значения коэффициента передачи
соответственно равны 20 и 5, то неравномер-
неравномерность составит М=20/5=4 или (в децибелах),
AL = 20 lg 4= 12 дБ (например, если макси-
271
Мальный выходной уровень равен 106 дБ, то
минимальный будет 94 дБ). Если частотная
-характеристика тракта очень изрезана, то со-
согласно ГОСТ при определении Неравномерно-
Неравномерности должны быть исключены все пики и прова-
провалы в частотной характеристике, ширина кото-
которых не превышает 1/8 октавы. Это показано на
рис. 10.1, б (исключены пики и провалы
выше 2,4 кГц).
Неравномерность частотной характеристи-
характеристики для информационных программ и для рече-
речевой связи определяют относительно оптималь-
оптимальной частотной характеристики для передачи
речи. Такой характеристикой, согласно между-
международным стандартам, принята характеристи-
характеристика с подъемом 6 дБ/октавы в сторону высоких
30 50 100 300 1000 ZOOO 10000 Г,Гц
-2 -1 О 1,0 2ft 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Окт
1/8окт а)
4 4/ 4,2 4,3 4,4 4,5 Окт
6)
Z00 300
3000 f/ц
Рис. 10.1. К определению неравномерности
частотной характеристики:
ц—общей для вещательного тракта; б — то же,
тракта в случае узких пиков и провалов; в — для
трактов передачи речи: /— фактическая; 2 — опти-
оптимальная
частот в диапазоне 300 ... 3400 Гц и равномер-
равномерная в диапазонах 100 ... 300 и 3400 ... 5000 Гц1.
На рис. 10.1, в для иллюстрации приведены
фактическая и оптимальная характеристики и
' показано определение неравномерности в виде
отклонений фактической характеристики от
оптимальной.
Частотные искажения уменьшают путем
коррекции частотной характеристики тракта.
По возможности это делают в звеньях тракта,
соседних с искажающими.
На рис. 10.2 приведены эксперименталь-
экспериментальные результаты определения заметности огра-
ограничения частотного диапазона сверху и снизу
при неравномерности частотной характеристи-
характеристики не более 5 дБ в испытуемой полосе. По оси
ординат в этих кривых отложена оценка каче-
качества звучания по 5-балльной системе. По оси
абсцисс отложена граничная частота (на
рис. 10.2, а — нижняя граничная частота, на
рис. 10.2, б — верхняя). Параметром кривых
служит соответственно в 10.2, а верхняя гра-
граница (в килогерцах), а в 10.2, б — нижняя
граница (в герцах).
Отмечено, что пики по высоте и провалы по
глубине, не превосходящие 4—5 дБ в области
частот выше 500 Гц и 10 дБ в области низ-
низких частот, практически незаметны.
Для речевой "связи предельные значения не-
неравномерности равны 6 ...8 дБ по отношению к
оптимальной характеристике.
Нелинейные искажения. Нелинейными ис-
искажениями называют искажения сигнала, обу-
обусловленные нелинейностью зависимости меж-
между вторичным и первичным сигналами в ста-
стационарном режиме.. В результате нелинейных
безынерционных искажений входного сигнала
синусоидальной формы получается выходной
сигнал сложной формы
При подаче на вход двух составляющих с не-
некратными частотами /х и /2 получается ряд со-
составляющих с частотами вида / = л/х ± т/2,
где пит — любые целые числа. Частоты этих
составляющих называют комбинационными.
В их число входят и гармоники обеих частот.
Для кратных исходных частот все комбина-
комбинационные частоты совпадают с их гармониками.
При подаче более сложного сигнала спектр вы-
выходного сигнала становится еще более слож-
сложным, а при подаче звуков со сплошным спект-
спектром получается также сплошной спектр, но с
измененной формой огибающей спектра.
Нелинейные искажения принято оценивать
коэффициентом нелинейных искажений, пред-
представляющим отношение действующего значе-
значения напряжения или звукового давления всех
составляющих выходного сигнала, отсутствую-.
щих во входном сигнале, к действующему зна-
значению напряжения или звукового давления
1 Для передачи художественной речи
рекомендуется частотная характеристика,
равномерная до 1500 ... 2 000 Гц, с подъемом
6 дБ/октавы выше 2000 Гц,
272
Рис. 10.2. Кривые
заметности частот-
частотных искажений при
ограничении частот-
частотного диапазона:
а — сверху; б — снизу
5
ь
I
3
2
80 100 150 100 f/ц 5000 4000 5000 800010000 ГТц,
а) 6)
всех составляющих выходного сигнала, входя-
входящих во входной сигнал. Если входной сигнал
синусоидальный, то коэффициент нелинейных
искажений называют коэффициентом гармони-
гармонических искажений. Он представляет собой от-
отношение действующего значения всех гармо-
гармоник выходного сигнала, начиная со второй, к
действующему значению первой гармоники вы-
выходного сигнала (иногда к действующему зна-
значению всего выходного сигнала).
Если нелинейность элемента тракта на вы-
высоких частотах значительнее, чем на низких,
то пользуются методом интермодуляционных
искажений. В этом случае к тракту подводят
два синусоидальных сигнала с разными часто-
частотами (см. § П.2).
Различают два типа нелинейности: степен-
степенную ух = а0 + ахх + og*2 + .... где х и у —
входное и выходное мгновенные значения
сигнала, и нелинейность из-за ограничения ам-
амплитуды. Последняя делится на ограничение
сверху и ограничение снизу (центральное).
На рис. 10.3, а и б показаны эти виды ограни-
ограничения, При первом виде ограничения искажа-
искажаются только громкие сигналы, при втором ,—
все сигналы, но более слабые искажаются
сильнее, чем громкие.
Нелинейность искажения гармонического
вида и суммовых комбинационных частот
ощущаются как дребезжание, переходящее в
хрипы при значительном искажении на высо-
высоких частотах. Нелинейные искажения в виде
разностных комбинационных частот вызывают
ощущение модуляции передачи. На рис. 10.4
приведены результаты экспериментальных
исследований слышимости нелинейных иска-
искажений (в процентах лиц, заметивших искаже-
искажения). Несимметричные степенные искажения
(по второй гармонике К%) менее заметны,, чем
симметричные (по третьей гармонике /С3).
При сужении полосы частот нелинейные иска-
искажения становятся менее заметными.
Переходные и параметрические искажения.
Переходными искажениями1 называют появ-
появление «посторонних» составляющих во вторич-
вторичном сигнале, обусловленных свободными ко-
колебаниями в звеньях тракта. Частоты этих ко-
колебаний могут не совпадать с частотами состав-
составляющих входного сигнала. Как и при нелиней-
нелинейных искажениях, появляются комбинацион-
комбинационные частоты. Эти искажения возникают при
изменении режима работы тракта, при измене-
изменении амплитуды входного сигнала, а также
вследствие инерционности устройств обработки
сигналов. Слуховое ощущение этих искаже-
искажений сходно с ощущением нелинейных искаже-
искажений.
К параметрическим искажениям относятся
автопараметрический резонанс и детонация.
1 Не следует смешивать их с переходными
помехами, т. е. с помехами, образующимися
вследствие линейных и нелинейных переходов
из одного канала в другой.
Рис. 16.3. Виды характеристик амплитудного ограничения:
а — ограничение сверху; б — ограничение снизу (центральное)
273
100
80
60
40
10
700
80
SO
40
го
л 1 i
2 4 в 8 10
а)
Рис. Ю.4. Слышимость про-
продуктов нелинейных искаже-
искажений:
а — для симметричных искаже-
искажений; б — для несимметричных;
/ — для специалистов; 2 — для
рядовых слушателей
4 8
Первый вид искажений наблюдается в громко-
громкоговорителях (см. разд. 6), второй — в системах
записи звука (см. разд. 9). Автопараметриче-
Автопараметрический резонанс выражается в появлении субгар-
субгармоник, т. е. колебаний с частотами, кратными
дробной величине частоты основного колеба-
колебания. Характер этих искажений сходен со зву-
звучанием нелинейных искажений на низких час-
частотах. Детонация сигнала выражается в из-
изменении частоты вторичного сигнала по отно-
отношению к частоте первичного. Эти искажения
прослушиваются и в виде «плавания» частоты
сигнала, а при быстрых изменениях — в виде
хрипов и дребезжания.
10.3. ШУМЫ И ПОМЕХИ
В ТРАКТАХ И КАНАЛАХ
СВЯЗИ И ВЕЩАНИЯ
Шумы и помехи могут быть как акустиче-
акустического, так и электрического происхождения.
Однако независимо от происхождения их дей-
действие сводится к маскировке вторичного аку-
акустического сигнала, которая определяется по*
вышением порога слышимости по сравнению с
прослушиванием в тишине (см. § 2.3). Если в
результате действия шумов порог слышимости
получается не зависящим от времени, то такие
шумы (по акустическим характеристикам) на-
называют «гладкими». Они имеют пик-фактор,
не превышающий 6 дБ. К этим шумам отно-
относятся: флуктуациодные шумы дробового эф-
эффекта и речевые от нескольких голосов, зву-
звучащих одновременно.
Если в результате действия шумов порог
слышимости изменяется во времени в зависимо-
зависимости от пик-фактора шума, то такие шумы назы-
называют импульсными. Кратковременные им-
импульсы (до т = 150 мс) субъективно сглажива-
сглаживаются, и происходит выравнивание временной
зависимости порога слышимости. Импульсные
шумы не только маскируют полезный сигнал,
но и искажают его, создавая комбинационные
частоты шума и сигнала. Получается нечто
похожее на взаимную модуляцию сигнала и
шума.
Шумы электрического происхождения име-
имеют спектр, как правило, близкий к равномер-
равномерному, а шумы акустического происхождения—
ближе к речевому. Частотная зависимость по-
порога слышимости для первых имеет тенденцию
12 16 20 Кг,%
6)
роста к высоким частотам. Для речевых шумов
порог слышимости почти не зависит от ча-
частоты.
Индустриальные, атмосферные и станцион-
станционные помехи, кроме тональных, по их действию
могут быть отнесены и к импульсным» и к глад-
гладким с равномерным спектром или с низкочас-
низкочастотным. Кроме этих помех, приходится иног-
иногда считаться с помехами от самомаскировки
речи (см. § 10.5).
10.4. ДОПУСТИМЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
ВЕЩАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Допустимые искажения определены из
условий их заметности. Принято считать
искажения заметными, если их замечают
75% слушателей. В распознавании искажен-
искаженной речи большую роль играет фактор обуче-
обучения человека. Если при слушании искаженной
речи человек может контролировать правиль-
правильность распознавания речи (например, по смы-
смыслу), то через некоторое время даже сильно
искаженная речь будет распознаваться пра-
правильно (если при этом останется разница в зву-
звучании звуков речи). Особенно это имеет место
прн частотных искажениях. Ошибки распозна-
распознавания получаются лишь в тех случаях, когда
искажения приводят к таким изменениям зву-
звуков речи, которые изменяют смысл, или когда
какое-либо слово нельзя распознать по смыс-
смыслу (названия, фамилии и т.п.). Искаженную
речь можно уподобить иностранной и перево-
переводить ее на свой родной язык, для чего требует-
требуется известная тренировка. Человек, знающий
азбуку Морзе, при слушании воспринимает ее
как речь.
Установлены классы качества трактов для
вещательных передач художественных про-
программ. Высший класс (градация «отлично»)—
искажения незаметны; первый класс (градация
«хорошо») — искажения заметны только для
профессионалов, и то в отсутствие шумов и по-
помех; второй класс (градация «удовлетворитель-
«удовлетворительно»)— искажения заметны для всех, но они не
портят впечатления при передаче художест-
художественной программы; третий — искажения нахо-
находятся на предельно допустимом уровне, и та-
такой тракт допускается в исключительных слу-
случаях. В табл. 10.1 приведены рекомендации,
разработанные на основе допустимых искаже-
?74
Таблица 10.1. Показатели качества вещательных передач
Показатель
Частотный диапазон, Гц
Неравномерность, дБ1, не более
Максимальный коэффициент гармоник, %,
на частотах, Гц:
менее 100
100...200
выше 200
Уровень шума относительного номиналь-
номинального уровня, дБ
Значение в зависимости от класса >
высший
30... 15 000
6/2
5
1
1
—67
I
50... 10 000
6/2
6
2,5
2,5
-65
и
100...6000
16/6
—
8
3,6
—60
сачества
III
200...4000
16
—
—
7
—
1 В числителе дана неравномерность во всем диапазоне, в знаменателе —в основном.
Примечание. В основном искажения вносят акустические звенья тракта: помещения, микрофон, излу-
ний для вещательных трактов. Показатели ка-
качества даны для частотного диапазона, допусти-
допустимой неравномерности тракта, нелинейных ис-
искажений. Неравномерность частотной характе-
характеристики дана для полного частотного диапазо-
диапазона каждого класса и для основного B00 ...
4000 Гц). Коэффициенты нелинейных искаже-
искажений даны для различных участков частотного
диапазона и пикового (номинального) входно-
входного уровня.
10.5. ПОНЯТНОСТЬ
И РАЗБОРЧИВОСТЬ РЕЧИ
Понятность речи * является качественной
характеристикой тракта. Для ее непосредст-
непосредственного определения есть только один метод:
статистический с участием большого числа опе-
операторов (слушателей и дикторов). Разработан
косвенный, количественный метод определе-
определения понятности речи через ее разборчивость.
Разборчивостью речи называют относитель-
относительное или процентное количество принятых
специально тренированными слушателями
(артикулянтами) элементов речи из общего ко-
количества переданных по тракту (см. [10.1]).
1 Подробнее изложено в [10.1 и 10.3].
В качестве элементов речи применяют слоги,
звуки, слова, фразы (команды), цифры. Соот-
Соответственно этому есть слоговая, звуковая, сло-
словесная, смысловая и цифровая разборчивость.
В практике используют преимущественно сло-
слоговую, звуковую и словесную разборчивость.
На рис. 10.5 приведены статистические зави-
зависимости между слоговой S, словесной W и зву-
звуковой D разборчивостью для обычных теле-
телефонных переговоров на русском языке. В
табл. 10.2 приведены градации понятности ре-
речи и соответствующие им значения разборчи-
разборчивости, измеренные артикулянтами.
Таблица 10.2. Разборчивость речи
для различных градаций понятности передачи
Понятность
Предельно допу-
допустимая
Удовлетворитель-
Удовлетворительная
Хорошая
Отличная
Разборчивость, %
слоговая
25.
40.
56.
80 и
.40
.56
.80
выше
словесная
75...87
87...93
93...98
98 и выше
Рис. 10.5. Зависимости:
а — между словесной W и сло-
слоговой S разборчивостью речи;
б — между звуковой D и сло-
слоговой S разборчивостью речи
80
60
40
20
/
/
го
40 60
а)
80 S.%
80
60
40
zo\
0 20 40 60 80 S,%
6)
275
Таблица 10.3. Нормы на допустимые искажения трактов речевых
информационных передач
Показатель качества
Частотный диапазон, Гц
Неравномерность, дБ (по отношению к
тенденции 6 дБ/окт)
Коэффициент гармоник, %, в основной по-
полосе
Нормы на показатели для градаций качества
отлично
70... 10 000
4
3
хорошо
100...6000
4 х
4
удовлетво-
удовлетворительно
300...3400
4
6
предельно
допустимо
400...2500
4
Понятность речи была определена для
обычных абонентов в процессе обычных теле-
телефонных переговоров. При этом понятность
считалась отличной, если переговоры велись
без переспросов; хорошей, если были отдель-
отдельные переспросы редко встречающихся слов или
неизвестных фамилий, названий и т.п., о ко-
которых нельзя догадаться по смыслу; удов-
удовлетворительной, если требовались частые
переспросы и слушатели сообщали, что труд-
трудно разговаривать; предельно допустимой, если
требовались неоднократные переспросы одно-
одного и того же материала в передаче отдельных
слов по буквам и с полным напряжением слу-
слушателей. В табл. 10.3 даны допустимые иска-
искажения для трактов речевойсвязи и информа-
информационных трактов.
ФОРМАНТНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА
РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
Форманты звуков речи заполняют весь ча-
частотный диапазон 150 ... 7000 Гц. Этот частот-
частотный диапазон делят на 20 полос равной раз-
разборчивости. В табл. 10.4 приведены границы
таких полос для русского языка. Там же приве-
приведены и средние значения частоты для этих по-
полос. Вероятность появления формант в каждой
полосе равной разборчивости равна 0,05. При
слушании речи в условиях шумов и помех раз-
разборчивость получается меньшей, чем в их от-
отсутствие. Коэффициент, определяющий это
уменьшение, называют коэффициентом вое-
w
1,0
0,8
0,8
0,4
i
L
у
—
/
к
7
-/Z -6 0 6 1ZEJ8 20 Е^,Аб
Рис. 10.6. Зависимость коэффициента разбор-
разборчивости речи от уровня ощущения се фор-
формант:
/ — для обычной речи; 2 — для предельно огранн-
( ченной по амплитуде
приятия или коэффициентом разборчивости w,
т. е. в каждой полосе равной разборчивости
вероятность приема формант АА = 0,05 w.
Коэффициент разборчивости w определяется
уровнем ощущения формант Е = Вр — Вш,
где Вр — средний спектральный уровень речи;
Вш — спектральный уровень шумов. ,
На рис. 10.6 показано распределение спек-
спектральных уровней речи, т. е. интегральная ве-
вероятность появления уровня не менее задан-
заданного уровня речи, определенного за длитель-
длительный интервал времени, и заданного уровня
(кривая /). Эта вероятность практически сов-
совпадает с вероятностью распределения формант.
Заметим, что это распределение почти не зави-
зависит от частоты. Кривая 2 соответствует пре-
предельно ограниченной речи (по амплитуде).
Коэффициент разборчивости w для глад-
гладких шумов х может быть определен с помощью
рис. 10.6 и табл. 10.5. Для примера на этом
рисунке показаны уровень ощущения Eh (рав-
(равным разности спектральных уровней речи Вр
и шумов Вш) и соответствующий ему коэффи-
коэффициент разборчивости Wh. Он-также может быть
определен по приближенным формулам (см.
§ Ю.7).
Для каждой полосы равной разборчивости
коэффициент разборчивости в общем случае
будет разный (wn).
Поэтому суммарная вероятность приема
формант, называемая разборчивостью формант:
20
п= 1
На рис. 10.7 приведена зависимость между
формантной Аф и слоговой разборчивостью
(см. также табл. 10.6, в которых дана зависи-
зависимость между формантной, слоговой S и сло-
словесной W разборчивостью речи).
Пример. Шумы создаются разговорами со-
соседей (т.е. шум речевого типа). Разность меж-
между средним спектральным уровнем речи и
спектральным уровнем шумов у слушателя
равна 21 дБ. Определить понятность речи.
1 Для импульсных шумов вводят соответ-
соответствующие поправки, приведенные в [10.3].
276
Таблица 10.4. Вспомогательные данные для расчета разборчивости речи
а) Но полосам равной разборчивости
з
g
§
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
!
Границы
полос
равной
разборчи-
разборчивости
Ширина
полосы
Af
Средняя
частота
fP
Гц
200...330
330...465
465...605
605...750
750...900
900... 1060
1060... 1230
1230...I410
1410...1600
1600... 1800
1800...2020
2020..2260
2260...2530
2530...2840
2840...3200
3200...3630
3630...4150
4150...4790
4790...5640
5640...7000
130
135
140
145
150
160
170
180
190
200
220
240
270
310
360
430
520
640
850
1360
265
400
535
680
825
980
1145
1320
1505
1700
1910
2140
2395
2685
3020
3415
3890
4370
5215
6320
речи
Р
45,5
44,5
41,5
39,0
36,5
34,0
32,0
30,0
28,5
27,0
26,0
25,0
24,0
22,0
21,0
20,0
19,0
18,0
17,0
15,5
Спектральные
1
39,0
38,0
35,5
33,0
30,5
28,0
25,0
23,0
21,0
20,0
19,0
18,0
17,0
16,0
15,0
14,0
13,0
11,0
9,0
7,0
уровни.
дБ
акустических шумов* до
2
43
46
47
49
50
51,5
51,5
51
51
51
50,5
50
50
49
48
46
44
43
40
35
3
47,0
44,5
42,5
40,5
38,5
36,5
34,5
32,5
30,5
28,5
26,5
24,5
23,0
21,5
20,0
17,5
15,0
12,0
9,0
5,0
4
50,0
48,0
46,0
44,0
42,0
41,0
40,0
39,0
38,0
37,0
36,0
35,0
34,0
33,0
32,0
31,5
31,0
30,5
30,0
29,0
5
71
70
69
69
68
68
67
67
66
66
66
65
65
65
64
64
62
60
58
55
ДБ
1,0
1,4
1,75
2,1
2,35
2,60
2,85
3,1
3,4
3,7
4,0
4,3
4,5
4,7
4,9
5,1
5,3
5,5
5,7
5,9
б) По октавным полосам
№ октавы
1
2
3
4
5
6
Границы
октавы
Ширина
полосы
Средняя
частота
'р
Гц
. 175...350
350...700
700... 1400
1400...2800
2800...5600
5600...7600
175
350
700
1400
2800
2000
Суммарный уровень, дБ
250
500
. 1000
2000
4000
6000
—
речи
45,5
41,5
33,5
25,5
18,5
15,5
71,0*
Спектральные уровни
. дБ
акустических шумов1 дБ
1
39,0
35,0
26,5
18,5
12,5
7,0
65,0
2
43
47
51
50
44
40
83
3
47,0
42,5
35,5
25,5
13,0
5,0
73,0
4
50,0
46,0
40,5
35,5
31,0
29,0
77,0
5
71
69
68
66
61
58
104
А*-г> ДБ
1,0
1,8
2,7
4,2
5,4
5,9
* На расстоянии 1 м от рта.
1 Акустические шумы: / — речевые иа открытом воздухе и в небольшом помещении; 2 — праздничного гу-
гулянья; 3—в гулком помещении; 4 — производственные; 5—тракторные (ALr — поправка иа дифракцию около
головы).
277
Таблица 10.5. Зависимость коэффициента
разборчивости от уровня
ощущения формант
ua
„
— 12
— 11
— 10
—9
—8
—7
—6
—5
—4
—3
—2
тн.
о
3 o>
0,01
0,015
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,075
0,095
0,11
0,14
ua
„
— 1
0
3
6
9
12
15
18
19
20
21
X
о
So,
0,17
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60.
0,70
0,80
0,83
0,86
0,88
U3
„
¦e
22
23
24
25
26
27
28
29
30
33
36
X
о
0,90
0,915
0,93
0.945
0,96
0,97
0,98
0,985
0,99
0,995
1,0
Таблица 10.6. Зависимость слоговой
и словесной разборчивости
от разборчивости формант
. OTH.
"^ 4»
0,5
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
CO*
5
15
26
36
46
54
62,5
69
75
80
**"
30
63
76
85
90
93
94,5
96
97
98
•нхо '
<fs
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
CO*
84
87
90
92,5
95,2
96,5
98
99
99,5
100
Si*
98,5
98,8
99
99,2
99,4
99,6
99,7
99,8
99,9
100
Уровень ощущения ?=21 дБ. Коэффициент
разборчивости w = B1—6)/30 = 0,5. Следо-
Следовательно, формантная разборчивость
20
Лф=A/20) 2 0,5 = 0,5.
5,%
80
60
40
20
/
/
/
(
У
0,2 0,4 0,6 0,8
Эта формантная разборчивость соответст-
соответствует 80% слоговой, т. е. по табл. 10.1 — отлич-
отличной понятности.
10.6. ИНДЕКСЫ ТРАКТА
Разборчивость речи во многом определяет-
определяется усилением тракта передачи, т. е. индексом
тракта. В разделе «Озвучение и звукоусиле-
звукоусиление» было введено понятие предельного ин-
индекса тракта при звукоусилении. Кроме него
пользуются терминами рационального и фак-
фактического индексов тракта. Под рациональ-
рациональным индексом тракта подразумевают такой ин-
индекс, при котором достигается близкая к мак-
максимуму разборчивость речи (дальнейшее уве-
увеличение индекса тракта практически не повы-
повышает разборчивость речи, а из-за перегрузки
слуха может только привести к ее снижению).
Под фактическим индексом тракта подразуме-
подразумевают конкретное значение индекса реального
тракта. При звукоусилении имеют дело со
всеми тремя значениями индекса тракта, а при
озвучении —только с рациональным и фак-
фактическим, так как предельного индекса нет
из-за отсутствия обратной акустической связи.
Все эти индексы тракта определяются для
всех расчетных частот, для которых определя-
определяется разборчивость речи.
Для открытых пространств рациональный
индекс тракта
а для помещений (?рац — В& — Врм — А^п+
+27. Здесь Ва — спектральный уровень за-
заданных акустических шумов; Врм — спект-
спектральный уровень речевого сигнала у микрофо-
микрофона; ДВП — относительный спектральный уро-
уровень помех (по отношению к спектральному
уровню речевого сигнала у слушателя Вр.с).
Для открытых пространств
Для помещений
ДВ„ = Ю lg tfmax+E0/3) 1бГ + АВг,
где АВГ — поправка на дифракцию около го-
головы (см. табл. 10.4); Rmax — акустическое от-
отношение (см. § 7.1); Т — время реверберации,
с; ALO#C — относительный уровень отражен-
отраженных сигналов; ALB.n — относительный уро-
уровень запаздывающих сигналов от мешающих
громкоговорителей (по отношению к уровню
прямого звука у слушателя).
Расчет фактического индекса текста. Сна-
Сначала следует определить относительную частот-
частотную зависимость индекса тракта. Обычно ее
нормируют относительно чувствительности
тракта на частоте 500 или 1000 Гц.
Так как усилитель и другие звенья трак-
тракта, кроме громкоговорителя и микрофона,
Рис. 10.7. Зависимость между слоговой S и
формантной А разборчивостью
и1 В отсутствие отраженного сигнала и
взаимных помех выражение в скобках равно
- 24 дБ.
278
Таблица 10.7. Пример расчета фактического индекса тракта
Частота,
Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
Чувствительность, дБ
микрофона
—3,6
—2,0
0
—0,4
—5,0
—4,0
громкого-
громкоговорителя
—2,0
0,3
0
—1,0
3,0
1,0
Суммарная
чувстви-
чувствительность
—5,6
— 1,7
0
—1,4
—2,0
—3,0
Индексы тракта, дБ
предельный
— 10,8
—9,4
Q 9
—9,2
—8,9
—8,9
фактический
—14.8
—,10,9
—9,2
— 10,6
— 12,2
— 12,2
рациональ-
рациональный
—15,8
—8,8
— 11,8
—15,9
—14,9
—16,8
Примечание. Для получения фактического индекса тракта
9,2 дБ, чтобы фактический индекс ие превышал предельный.
к суммарному индексу прибавлено
практически не вносят искажений в частотиую
характеристику тракта, то расчет ведут толь-
только для электроакустических звеньев: микро-
микрофона и громкоговорителя.
Для построения нормированной характе-
характеристики тракта из справочников выписывают
чувствительность микрофона и громкоговори-
громкоговорителя (в децибелах с произвольным нулевым
уровнем) на всех экстремальных точках частот-
частотных характеристик микрофона и громкоговори-
громкоговорителя. На каждой из частот нормируют чувст-
чувствительность путем вычитания уровня чувст-
чувствительности на частоте 1000 Гц из уровня
чувствительности на данной частоте (см.
табл. 10.7). Заметим, что при таком нормиро-
нормировании произвольность выбора нулевых уровней
нейтрализуется. Затем суммируют нормиро-
нормированные значения чувствительностей микрофо-
микрофона и громкоговорителя для каждой из частот.
Для определения фактического индекса
тракта QM.C следует нанести на частотной ха-
характеристике значения рационального и пре-
предельного индексов тракта и индексы нормиро-
нормированной характеристики тракта (см. рис. 10.8).
Затем, смещая последнюю вверх или вниз по
ординате, найти такое ее положение, при ко-
котором она оказывается возможно выше, но не
выше предельной и по возможности близкой
к рациональной. Смещение кривой равно ис-
искомому значению фактического индекса трак-
тракта на частоте 1000 Гц. Прибавляя это значение
к значениям нормированной характеристики
тракта на других частотах, получают частот-
частотную характеристику фактического индекса
тракта.
Можно обойтись и без построения частот-
частотных характеристик индексов тракта. В этом
случае для систем звукоусиления следует ин-
интерполировать предельный индекс тракта для
всех частот, для которых определена нормиро-
нормированная характеристика тракта. Затем для каж-
каждой из частот из значения предельного индек-
индекса тракта надо вычесть нормированную чувст-
чувствительность тракта. Минимальная из получен-
полученных разностей суммируется со всеми значени-
значениями нормированной характеристики. Полу-
Полученная характеристика и является частотной
характеристикой фактического индекса трак-
тракта (см. табл. 10.7).
Для систем озвучения расчет частотной
характеристики фактического индекса трак-
тракта выполняется следующим образом. Подбира-
Подбирают такое значение индекса тракта на частоте
1000 Гц, учет которого на всех других частотах
приведет к тому, что они будут или выше ра-
рационального индекса на этих частотах, или
немного ниже. Конечно, если на какой-либо
частоте будет резкий выброс нормированной
чувствительности тракта, то нет смысла доби-
добиваться равенства ее с рациональным индексом.
Сравнивая полученную характеристику с
рациональной, можно сказать, насколько
близки к максимально возможной (в заданных
условиях) разборчивости речи. В тех диапазо-
диапазонах частот, в пределах которых фактический
индекс выше рационального, коэффициент раз-
разборчивости будет максимально возможным
независимо от превышения. А в диапазонах,
в пределах которых фактический индекс ниже
рационального, коэффициент разборчивости
тем меньше, чем больше разность между ними.
2
О
-2
-4
-6
-8
-10
-11
-14
-16
( -18
250 500 1000 2000 4000 6000 f, Гц
Рис. 10.8. К определению фактического индек-
индекса тракта:
/ — чувствительность микрофона; 2 — чувствитель-
чувствительность громкоговорителя; 3 — суммарная чувстви-
чувствительность; 4 — предельный индекстрак; 5 — рацио-
рациональный индекс; 6 — фактический индекс
279
5/6
г
' \
ч
"V
^-—
^2
_ -о
""¦*%
-"/
4-
6
После этого сравнения можно сделать за-
заключение о необходимой коррекции частотной
характеристики тракта, если между фак-
фактическими и рациональными индексами бу-
будет большая разница. Корректировать частот-
частотную характеристику тракта можно или заме-
заменой микрофонов и громкоговорителей иа дру-
другие типы с более подходящей частотной харак-
характеристикой, или включением корректирующих
устройств. Если окажется, что требуется
сложная коррекция частотных характеристик
фактического индекса тракта или получилось
слишком большое расхождение между пре-
предельной и рациональной частотными характе-
характеристиками, то можно сделать заключение и о
необходимости изменения предельных и раци-
рациональных частотных характеристик. Эти ха-
характеристики можно изменять, варьируя на-
направленностью громкоговорителя.
Соответствующие решения зависят от ря-
ряда факторов, и в каждом конкретном случае
они могут быть различны.
10.7. РАСЧЕТ РАЗБОРЧИВОСТИ
РЕЧИ
Приведем последовательность операций
и формулы расчета. Для каждой из полос рав-
равной разборчивости (см. табл. 10.4):
1. Вычисляют спектральные уровни речи у
микрофона
где гм — расстояние ото рта до микрофона;
Вр см! в табл. 10.4.
2. По заданному спектру и уровню акусти-
акустических шумов находят его спектральные
уровни Ва (см. табл. 10.4 или рис. 8.1).
Если время реверберации выходит за пре-
пределы 0,9 ... 1,1 с, то вносят поправку в спект-
спектральные уровни шумов ЛВа = 10 lg Т.
3. Интерполируют поправку ДВП, вычис-
вычисленную ранее для октавных частот на средние
частоты полос равной разборчивости.
4*. Интерполируют фактический индекс
тракта QM.C.
5*. Все эти данные заносят в сводную таб-
таблицу.
6. Вычисляют спектральные уровни речи у
слушателя
7. Вычисляют спектральные уровни помех
Вп == Вр.п + ДВП — AL. Для помещений
AL = 21 дБ,1для открытых пространств AL=0.
8. Суммируют спектральные уровни помех
со спектральными уровнями акустических шу-
шумов (по интенсивности)
Это суммирование может выполняться по вы-
выражению
Вш = Втах ( -f-) Bmin = #max + АВ,
где АВ берется из табл. 10.8.
9. Вычитают из спектрального уровня речи
спектральный уровень суммарных помех и шу-
шумов и получают средний уровень ощущения
формант
Е = ВрС—Вш.
10. По найденному уровню ощущения Е
вычисляют коэффициент разборчивости
для 0 < Е < 18 дБ; w = (Е + 6)/30;
для — 12 < Е < О: w = (Е + 6)/30 +
+ 0,06 (-Е/6)А, А = 1,807;
для 18 < Е < 36: w = (Е + 6)/30—0,06X
+ (? — 18)/6)л;
для Е < — 12; w — 0,
для Е > 36: w = 1
или находят его точное значение по табл. 10.5.
Все вычисленные значения заносят в свод-
сводную таблицу.
11. Полученные значения коэффициента
разборчивости суммируют и определяют фор-
мантную разборчивость
20
Л = 0,05 2 wk.
k=\
По формантной разборчивости определяют сло-
слоговую S и словесную W разборчивости
(табл. 10.5) и понятность речи (см. табл. 10.2).
Если спектры речи и шумов изменяются по
частоте не очень резко, то нет смысла вычис-
вычислять их для всех полос равной разборчивости,
а достаточно рассчитать их на октавных часто-
частотах, полагая, что в их пределах коэффициент
разборчивости будет практически одинаковым.
С учетом этого формантную разборчивость
можно определять по формуле с весовыми ко-
коэффициентами
А — 0,05
* При расчете по октавным частотам эти
операции выполнять не требуется.
+5
где wx — шв — коэффициенты разборчи-
разборчивости на средних октавных частотах B50, 500;
1000; 2000; 400; 6000).
Таблица 10.8. Поправки для расчета суммарного уровня Вт
по разности уровней Ви и Вл
Smax—
#min, ДБ
ДЯ, дБ
0
3,0
1
2,5
2
2,1
3
1,8
4
1,5
5
1,2
6
\,о
7
0,8
8
0,6
9
0,5
10
0,4
12
0,3
15
0,2
280
Расчет разборчивости речи для систем, име-
имеющих ограничитель уровня с постоянными
времени 1 мс и 0,3 с, выполняют аналогично
обычному расчету разборчивости речи с той
лишь разницей, что спектральные уровни по-
помех Вп определяют с учетом ограничения
1огр (табл. 10.9)
Таблица 10.9. Параметры речевого сигнала
при ограничении уровня
Ограничение
Lorp, дБ
0
3
6
10
16
20
Подавление
слабых звуков
Д/-огр, дБ
0
0,5
1
2
4
6
Пик-фактор
ограниченного
сигнала
Погр, дБ
12
9,5
7,6
5,6
3,2
2
а уровень ощущения Е определяют, как и для
неограниченного речевого сигнала, с учетом
поправок на подавление его слабых уровней
Е = Вр.м + Qm.c— А?Огр—Вт*
где Вш= ?п.огр (-г ) ва, А?Огр =
= ALorp (?/24),ALorp—из табл. 10.9).
В частном случае озвучения удаленных зон
с применением амплитудного ограничения сле-
следует учитывать, что помехи от речевого сигна-
сигнала будут только в виде самомаскировки речи
(см. § 2.4), а так как она на 24 дБ ни-
ниже уровня речи, то расчет ведется на основе
разности уровней речи и акустических шумов,
т. е. в этом случае Вш = Ва и уровень ощу-
ощущения формант
Е = fip.M~f Qm.c — &а— А?Огр-
При этом коэффициент разборчивости опреде-
определяют с учетом следующих обстоятельств:
1) — если Вр.м + QM.C — Lor + Яог <
^ В&, то w = 0 и 2) —коэффициент разборчи-
разборчивости необходимо уменьшить из-за подавления
слабых звуков речи на величину, соответствую-
соответствующую уменьшению уровня ощущения на А?ог=
= ?ALor/24.
10.8. РАСЧЕТ ОБЩЕГО УРОВНЯ
ЗВУКОВОГО ПОЛЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ
РЕЧИ И ВЫБОР АППАРАТУРЫ
ЗВУКОУСИЛЕНИЯ
Расчет можно выполнять или по актавным
частотам, или по полосам равной разборчиво-
разборчивости. Последний способ точнее, но иногда не-
необходимо определить этот уровень приближен-
приближенно по октавным частотам. Порядок расчета
одинаков как для полос равной разборчиво-
разборчивости, так и для октавных частот. Для каждой
из расчетных полос находят уровень интенсив-
интенсивности речи у слушателя (в удаленной точке)
где L'p — уровень интенсивности речи в соот-
соответствующей полосе на расстоянии 1 м от гово-
говорящего (см. табл. 10.10); QM.C —фактический
индекс тракта на средней частоте полосы;
гм — расстояние микрофона от говорящего.
По найденному уровню интенсивности опре-
определяют относительную интенсивность (по от-
отношению к условному значению /„) для каж-
каждой полосы
Другой способ определения уровня пря-
прямого звука состоит в том, что для каждой поло-
полосы определяют относительную плотность ин-
интенсивности речи у слушателя и умножают ее
на ширину полосы. В результате получают ин-
интенсивность в этой полосе частот
I/Io=V/I») А/пол =Ю°'1ВР-С А/пол-
Таблица ШЛО. Уровни интенсивности
речевого сигнала
а) в полосах равной разборчивости
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sa
«s
&g*
265
400
535
680
825
980
1145
1320
1505
1700
s
X
n
H
66,6
65,3
63,0
60,6
58,3
56,0
54,3
52,6
51,3
50,0
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
«1
U ?t?
1910
2140
2395
2685
3020
3415
3890
4370
5215
6320
X
X
n
H
49,4
48,8
48,3
47,7
46,6
46,3
46,2
46,1
46,3
46,6
№
1
2
3
4
\
6)
и "u
125
250
500
1000
в октавных полосах
i
о
64,3
67,9
66,9
61,5
№
5
6
7
Sg
2000
4000
6000
В*
в
h
57,0
53,0
48,5
Примечание. Суммарный уровень равен 71 дБ.
281
2. После этого, суммируя интенсивности
в полосах, получают общую интенсивность пря-
прямого звука (в величинах /0)
(k)
откуда находят его уровень
?np=10lg(/np//0).
Он и является средним уровнем прямого зву-
звука у слушателя в удаленной точке пространст-
пространства при речевых программах.
В случае ограничения уровней расчет сред-
среднего уровня речи отличается от предыдущего
только тем, что уровни Ln.c берутся меньше на
величину ограничения Lorp (табл. 10.9),т.е.
jij _ jo ' (^р.с~^огр).
Определяют пиковый уровень звукового
поля. Для высококачественной передачи речи
без применения компрессоров и ограничите-
ограничителей пиковый уровень должен быть на 12 ...
15 дБ выше среднего, так как пик-фактор
речи равен 12 дБ. Кроме того, мы ориентиро-
ориентировались на уровень 71 дБ, развиваемый орато-
оратором на расстоянии 1 м, а следует предусмот-
предусмотреть неискаженную передачу с уровнем 74 дБ,
т. е.
L = L n--f- A2 15)
Для расчета пиковых уровней прямого зву-
звука в случае ограничения уровней следует поль-
пользоваться формулой LnWK ¦= Lnp + Погр, где
ПоГр — пик-фактор ограниченного речевого
сигнала (см. табл. 10.9).
При сравнении полученного значения
LnnK c вычисленным ранее значением мини-
минимального уровня звука Lmin окончательно
определяют пригодность выбранных громко-
громкоговорителей по мощности и решают, не следует
ли заменить их на более или менее мощные,
в зависимости от разницы между вычислен-
вычисленным максимальным уровнем и определенным
ранее. Если она не превосходит 1...2 дБ, то
нет смысла в такой замене. А если больше, то
может потребоваться изменение распределе-
распределения громкоговорителей и даже замена системы.
После окончательного выбора громкогово-
рителей и расчета разборчивости определя-
определяют суммарную номинальную мощность гром-
громкоговорителей и по ней выбирают подхо-
подходящий мощный усилитель. В расчете на вклю-
включение дополнительных громкоговорителей ре-
рекомендуется выбирать мощный усилитель с за-
запасом мощности.
10.9. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
ИНДЕКСОВ ТРАКТА/
РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ И ОБЩЕГО
УРОВНЯ ПЕРЕДАЧИ
1. Задана звукофикация большой площа-
площади 100x120 м. Озвучение ее происходит цепоч-
цепочкой громкоговорителей, расположенных по
одной длинной стороне B0 шт. 400 КЗ).
Микрофоны находятся на трибуне и частично
заэкранированы от прямого звука строением,
на котором находится трибуна. Был рассчитан
уровень звукового поля, создаваемый всеми
громкоговорителями в точке микрофона на
всех октавных частотах, и рассчитана направ-
направленность микрофонов (составленных из 6
микрофонов МДО — 1) в сторону громкогово-
громкоговорителей, и на этой основе был найден предель-
предельный индекс тракта (см. § 8.8).
Частота, Гц 250
<?„„, дБ . . -0.7
500 1000
5.3 11,4
2000
17,4
4000
23,4
6000
27,9
Рациональный индекс тракта (см. § 10.6)
определен при условии, что акустические шу-
шумы речевого типа с общим уровнем 71 дБ
(в табл. 10.4 шумы первого типа). Общий уро-
уровень помех от отраженных сигналов и от взаим-
взаимного действия мешающих громкоговорителей
на 7 дБ ниже речевого сигнала (помехи скла-
складываются из взаимных на 11,2 дБ ниже рече-
речевого, 12,4 дБ —от отраженных волн и 11,7 дБ
от второй вспомогательной цепочки). Расчет
Частота, Гц 250 500
<2рац- дБ • °'5 °'5
1000
0,5
2000 4000 6000
0 1,0 —1,5
фактического индекса тракта приведен в
табл. 10.11.
Таблица 10.11. Определение фактического индекса тракта QM. с
Параметр
Чувствительность:
микрофона МДО-1
колонки 100КЗ-1
суммарная
Фактический индекс тракта1
Q, дБ
для частот, Гц
250
—2
^—7
—'9
-8,5
500
1
1
0
р,5
1000
0
0
0
0,5
2000
— 1
1
0
0,5
4000
3
0
3
3,5
6000
1
—2
—0,5
Получен путем прибавки к суммарной 0,5 дБ.
282
Таблица 10.12. Данные расчета разборчивости речи
№ октавы
1
2
3
4
5
6
Средняя
частота, Гц
250
500
1000
2000
4000
6000
5р.с- *Б
47,5
52,5
44,0
36,5
32,5
25,5
вп. дБ
40,5
45,5 -
37,0
29,5
25,5
18,0
ва, дБ
39,0
35,0
26,5
18,5
12,5
7,0
вш. дБ
42,8
45,8
37,3
29,8
25,6
18,8
Е, дБ
4,7
6,7
6,7
6,7
6,9
6,7
w, отн. ед.
0,36
0,42
0,42
0,42
0,43
0,42
На рис. 10.9 приведены частотные харак-
характеристики индексов тракта. Из него видим, что
даже на частоте 500 Гц фактический индекс
тракта на 4,8 дБ ниже предельного, т. е. есть
запас на устойчивость, равный 4,8 дБ. Сравни-
Сравнивая рациональный индекс с фактическим, ви-
видим, что есть между ними различие только на
низких частотах B50 Гц), а на остальных они
близки друг к другу. Это свидетельствует о
близости к максимально возможной в этих ус-
условиях разборчивости речи.
Исходные данные для расчета разборчиво-
разборчивости речи-: спектральные уровни речи у слуша-
слушателя, спектральные уровни помех (на 7 дБ
ниже речевых) и спектральные уровни акусти-
акустических шумов (см. табл. 10.4). Суммируем
спектральные уровни шумов и помех по интен-
интенсивности: Ва(-\-)Ва = Вш. Вычитая послед-
последние из спектральных уровней речи, получа-
получаем уровень ощущения Е — Вр.с — Вш. По
нему находим коэффициенты разборчивости
w (см. табл. 10.5). Все расчетные данные све-
сведены в табл. 10.12.
Формантную разборчивость определяем по
формуле А = 0,05 (шх + Зм>2 + 4ш3 + 6ю4+
+ 5ш8 + we) = 0,05@,3 +1,26+ 1,68+2,52+
+ 2,15+0,42) = 0,42, что соответствует (см.
табл. 10.6) слоговой разборчивости S = 67,5 %,
т. е. несколько выше средней хорошей оценки
E6 ... 80 %).
Для получения слоговой разборчивости
не менее 80 % (граница хорошей и отличной
понятности) необходимо снизить уровень по-
помех. Это можно сделать путем применения
более направленных громкоговорителей (на-
(например, раздвинуть звуковые колонки на рас-
расстояние не менее 1,25 м), что повысит направ-
направленность— эксцентриситет повысится до
0,985, т. е. будет равен эксцентриситету в вер-
вертикальной плоскости и уменьшатся взаимные
помехи на 5 дБ; повысить коэффициент по-
поглощения стены здания до 0,95 путем приме-
применения штукатурки АГШ—0,95; повысить на-
направленность звуковых колонок 2КЗ путем
сдваивания их по вертикали, что повысит
эксцентриситет с 0,92 до C+0,92аI/2/2=0,98.
Все это снизит уровень помех с —7 дБ до—10
дБ, и формантная разборчивость повысится
до 0,52 (S = 82 %).
В данном расчете индекс тракта на 5 дБ по-
понижен по отношению к рациональному. Это
означает возможность повышения акустиче-
акустических шумов с 71 до 76 дБ без существенного
снижения разборчивости речи.
Постоянство коэффициента разборчивости
в диапазоне свыше 250 Гц показывает хорошее
качество звучания речи (лишь немного снижа-
снижается разборчивость низких звуков речи с фор-
формантами ниже 250 Гц).
2. Задана звукофикация аппаратного зала.
Уровень шумов в зале равен 77 дБ производ-
производственного типа (табл. 10.4, тип 4). Значения
акустического отношения в децибелах приведе-
приведены в табл. 10.13.
Для заданных уровней акустических шумов
вещательные микрофоны непригодны, поэтому
возьмем микрофон типа ДЭМШ. Его индекс
направленности дм запишем в табл. 10.13. За-
Заметим, что его шумостойкость очень велика
на низких частотах, а на высоких приближа-
приближается к шумостойкости вещательных микрофо-
микрофонов. Но на высоких частотах спектральный
уровень акустических шумов обычно значи-
значительно ниже, чем на низких, и поэтому такой
микрофон удовлетворяет высоким требовани-
требованиям по шумозащищенности тракта.
Вычислим предельный индекс тракта по
диффузному полю, так как для распределен-
распределенной системы предельный индекс тракта по пря-
прямому звуку очень мал. Подставляя значения
индекса направленности для микрофона ДЭМШ
и акустического отношения, находим искомые
индексы тракта. Для частоты 500 Гц: QKp=
ab
20
10
40
150 500 WOO 2000 40006000 f, Щ
Рис. 10.9. Частотные характеристики индексов
тракта для звукофикации площади:
/ — предельного; 2 — рационального и 3 — фактиче-
фактического
^—
У
i
283
Таблица 10.13. Данные расчета предельного и рационального индексов тракта
тота,
250
500
1000
2000
4000
6000
ALn
7,9
. 7,9
7,5
8,7
8,2
8,4
36
30
24
18
12
8
*кр
16,1
10,1
4,5
—2,7
—8,2
-12,4
—,ALT
2,8
2,8
3,5
1,7
2,3
2,1
ALr
ДБ
1,0
1,8
2,7
4,2
5,4
5,9
6,1
6,9
6,7
11,2
11,3
12,2
ВР.М
77,5
73,5
65,0
57,5
50,5
47,5
ва
50,0
46,0
40,5
35,5
31,0
29,0
^рац
6,6
7,4
4,2
6,2
3,8
3,7
= qM — ALRbt — 12 = 30—7,9—12=10,1 дБ.
Рассчитываем его аналогично для других ок-
тавных частот и величины индексы тракта за-
записываем в табл. 10.13. Вычисляем помехи от
4 6
Рис. 10.10. Частотные характеристики индек-
индексов тракта:
/ — суммарного, нормированного; 2 — фактического;
3 — предельного; 4 — рационального
реверберации Д?т и суммируем их с помеха-
помехами от диффузного звука AL^M и от отражения
от головы ALr (табл. 10.4). Суммарные помехи
записываем в ту же таблицу. В эту же табли-
таблицу записываем спектральные уровни речи,
увеличенные на 32 дБ вследствие приближе-
приближения микрофона ко рту с 1 м до 2,5 см, и спект-
спектральные уровни акустических шумов из табл.
10.4. По этим данным находим рациональный
индекс тракта (см. § 10.6) и записываем его
данные в ту же таблицу. На самых высоких
частотах они приближаются к предельным.
Рассчитаем фактический индекс тракта.
Составим таблицу чувствительностей микрофо-
микрофона и громкоговорителя, нормированных для
чувствительности на частоте 1000 Гц, и сумму
этих чувствительностей запишем в табл. 10.14.
В эту же таблицу запишем предельный и ра-
рациональный индексы тракта. Смещая нормиро-
нормированную характеристику тракта на —14,0 дБ,
получаем фактический индекс тракта
(табл. 10.14 и рис. 10.10), ни в одной из точек
не превышающий предельный. Фактический
индекс тракта ниже рационального. Это озна-
означает, что разборчивость получится ниже мак-
максимально возможной в условиях заданных
акустических шумов.
Расчет разборчивости речи. Проведем рас-
расчет по сокращенной методике. Из табл. 10.13
перепишем значения спектральных уровней
речи у микрофона Вр.м, спектральных уровней
акустических шумов Ва, суммарной поправки
ALn и фактического индекса тракта QM.C в
табл. 10.15. Затем вычислим спектральные
уровни у слушателя Вр.с и спектральные уров-
уровни помех Вп.
Для первой октавы В„.с = 77,5—24=
= 53,5 дБ, Вп=53,5+6,1 = 38,6 дБ (см.
табл. 10.8).
Просуммируем уровни помех и акустичес-
акустических шумов по интенсивности (см. табл. 10.2).
Для первой октавы.
Вш = 50,0 + / E0—38,6) = 50+0,3 дБ.
Найдем уровень формант Е, а по нему коэффи-
Таблица 10.14. Расчет фактического индекса тракта
Частота, Гц
250
500
1000
1
Чувствитель-
Чувствительность, дБ
ДЭМШ
— 10
—7
0
1ГД-6
о too
Суммарная
чувствитель-
чувствительность, дБ
— 10
5
0
Индексы тракта, дБ
«кр
16,1
10,1
4,5
^рац
—6,6
—7,4
-4,2
<?м.с
—24
-19
— 14
Частота, Гц
2000
4000
6000
Чувствитель-
Чувствительность, дБ
ДЭМШ
7
9
—7
1ГД-6
еоео со
1 1 1
Суммариая
чувствитель-
чувствительность, дБ
4
6
—13
Индексы тракта, дБ
<?кр
-2,5
-8,2
-12,4
«рад
—6,2
—3,8
—3,7
<?м.с
— 10
—8
—27
284
Таблица 10.15. Расчет разборчивости речи и уровня прямого звука
а, Гц
Част-.
250
500
1000
2000
4000
6000
вр.м
77,5
73,5
65,0
57,5
50,5
47,5
5а
50,0
46,0
40,5
35,5
31,0
29,0
Л*-л
6,1
6,9
6,7
11,2
11,3
12,2
Vc
ДБ
24,0
19,0
14,0
10,0
8,0
27,0
53,5
54,5
51,0
47,5
42,5
20,5
38,6
40,4
36,7
37,7
32,8
11,7
вш
50,3
47,1
42,1
39,7
35,0
29,1
Е
3,2
7,4
8,9
7,8
7,5
-8,6
w
0,31
0,45
0,50
0,46
0,45
0,03
1
-L.10-.
/о
Гц
224
282
126
56
18
—
Af0KT.
Гц
175
350
700
1400
2800
2000
Л/ОКТ ^
'о
X Ю'
392
987
882
784
504
—
циент разборчивости w (см. табл. 10.5). Для
первой октавы Ех — 53,5 — 50,3=3,2 дБ,
wt = 0,31. Все вычисленные данные для дру-
других октав заносим в табл. 10.15. Подставляя
полученные значения коэффициента разборчи-
разборчивости, найдем формантную разборчивость. Она
равна 0,44, это соответствует слоговой раз-
разборчивости 74%, словесная равна 91 %, т.е.
обеспечивается почти отличная понятность ре-
речи (см. табл. 10.2). Заметим, что при исполь-
использовании звуковых колонок 2КЗ-1 можно по-
получить несколько более высокую разборчи-
разборчивость,так как уменьшается диффузная состав-
составляющая вследствие большей направленности
громкоговорителя. При этом коэффициент
разборчивости мало зависит от частоты, т. е.
все частоты (кроме самых высоких) передают-
передаются почти одинаково.
Расчет уровня прямого звука и выбор ап-
аппаратуры. По спектральным уровням речи у
слушателя Вр#с (см. табл. 10.13) определим
относительные плотности интенсивности ///„ и
запишем их в табл. 10.15. Туда же переписы-
переписываем ширину октавных полос Д/окт из табл.
10.4. Затем, умножая плотность интенсивности
на соответствующую ширину полосы, получаем
интенсивность в этой октавной полосе А///о.
Эти значения запишем в табл. 10.15 и просум-
просуммируем их для всех полос. Получим общую
интенсивность /пр//о. она равна 3,55-108
Это соответствует 85,5 дБ. Пиковые уровни
равны 97,5 дБ. Выбранные громкоговорители
не обеспечат такие уровни, они создают уровни
только 91,2 дБ.
Следовательно, тракт будет ограничивать
речевой сигнал по амплитуде на 6,3 дБ, но
такое ограничение все же допустимо для дис-
диспетчерской связи.
Можно применить ограничитель уровня.
Как показывают расчеты, при предельном ог-
ограничении даже громкоговорители 1ГД-6
дают запас более чем на 3 дБ. Для нормаль*
ной работы громкоговорителей 1ГД-6 необхо-
необходим усилитель мощностью 20-1=20 Вт. Но,
учитывая перегрузки, целесообразно выбрать
ее равной 40 .., 50 Вт.
10.10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
ДЛЯ ТРАКТОВ
РАДИОТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ
Для случая радиотелефонной связи спект-
спектральный уровень речи у слушателя определя-
определяется, как и в предыдущем случае, но Яндекс
тракта равен разности уровней, развиваемых
телефоном на искусственном ухе, и входным
уровнем у микрофона в каждой из полос рав-
равной разборчивости QM.C = #вых — Явх.
Уровень помех на выходе тракта определя-
определяется по сумме интенсивностей
где Ва1 — Вя — "Ум — спектральный уровень
акустических шумов в месте передачи Ва,
приведенный к выходу тракта; 7м — шумо-
стойкость микрофона, дБ; Ва2— Вя —"Уз —
спектральный уровень акустических шумов
в месте приема В&, приведенный к выходу
тракта; у3 — шумозащищенность телефонных
заглушек, дБ; Вп — уровень электрических
помех, приведенный к выходу тракта Вп—
= вэ + QnpJ Qup — индекс приемной НЧ
части тракта (коэффициент усиления в децибе-
децибелах); Вэ — спектральный уровень электриче-
электрических помех на входе приемника.
Аналогично предыдущему случаю находят
уровень ощущения, коэффициент разборчи-
разборчивости и формантную разборчивость.
Акустические шумы в месте передачи, при-
приведенные к выходу тракта, как правило, зна-
значительно меньше электрических помех там же,
поэтому обычно имеем две составляющие по-
помех и шумов. Усиление приемника рациональ-
рационально увеличивать до т.ех пор, пока уровень
электрических помех не будет удовлетворять
условию Вп = Ва2 + 6, откуда индекс уси-
усиления приемной части тракта рационально
295
иметь следующим: фпр = Ва2 + 6 — Вэ=
= Ба — Уз + 6 — Вэ.
Его частотная зависимость определяется
формой спектра акустических шумов в месте
приема и частотной зависимостью шумозаглу-
шения заглушек, так как спектр электрических
помех практически равномерен.
Для получения одинаковой глубины моду-
модуляции для всех звуков речи (что обеспечива-
обеспечивает наибольшую разборчивость речи, так как
дает одинаковое превышение спектральных
уровней речи ,-над спектральными уровнями
электрических помех) необходимо, чтобы низ-
низкочастотный тракт от входа микрофона до
входа модулятора передатчика имел частот-
частотную характеристику с тенденцией подъема к
высоким частотам около бдБ/окт, т.е. должно
быть выполнено условие 5рт« + Qnep =
= const. Если положить, что Вч тракт не вно-
вносит значительной неравномерности в частот-
частотную характеристику тракта, то суммарная
частотная характеристика тракта определится
как QMC = К — Врм — уз + С, где С — не-
некоторая постоянная величина.
10.11. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ
РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ
Одним из методов повышения разборчиво-
разборчивости речи является, снижение уровней шумов
и помех. Но в большинстве случаев они быва-
бывают заданными и не зависят от нас, хотя иногда
можно снизить помехи от диффузного звука
(путем уменьшения акустического отношения),
от шумов, проникающих под заглушки, и т. п.
Остается возможность манипулирования уров-
уровнями речи у слушателя по прямому звуку.
Это возможно следующим образом: повышени-
повышением уровня голоса говорящего, приближением
микрофона ко рту и уменьшением неравномер-
неравномерности озвучения (путем приближения мини-
минимального уровня прямого звука к максималь-
максимальному), увеличением индекса тракта. Послед-
Последний способ возможен только при условии, что
в системах звукоусиления не достигнут пре-
предельный индекс тракта, а в других системах—
рациональный. И наконец, есть еще способ
повышения разборчивости речи — способ та-
такой компрессии динамического диапазона рече-
речевого сигнала, при которой происходит повы-
повышение уровней слабых звуков речи при сохра-
сохранении уровней громких звуков речи. Для си-
систем с обратной акустической связью этот ме-
метод непригоден, так как возникает самовоз-
самовозбуждение системы. А в остальных системах
слабые уровни речи повышаются на величину
компрессии динамического диапазона.
Из компрессоров наиболее применимы ог-
ограничители уровня, действие которых сводит-
сводится к выравниванию пиковых уровней громких
звуков, при этом не изменяются соотношения
между уровнями слабых звуков, но происходит
небольшое подавление их (см. табл. 10.9).
Амплитудное ограничение. Рассмотрим
предельный случай компрессии речи — пре-
предельное амплитудное ограничение, при кото-
котором речевой сигнал превращается в последо-
последовательность прямоугольных импульсов посто-
постоянной амплитуды, но с меняющимися интер-
интервалами между нулевыми переходами. При мо-
модуляции сигнала передатчика таким речевым
сигналом получается телеграфный режим ра-
работы. А это означает, что все звуки речи бу-
будут иметь одинаковый и притом максимальный
уровень на приеме. Если при передаче неогра-
неограниченной речи слабые звуки маскировались
помехами, то при таком способе передачи они
окажутся выше уровней помех и разборчи-
разборчивость будет ваше, чем при приеме неограничен-
неограниченной речи. Правда, качество звучания и раз-
разборчивость речи в отсутствие помех будут ни-
ниже, чем для неограниченной речи, но остается
еще в допустимых пределах. Оказывается, что
предельно ограниченный речевой сигнал для
слуха будет иметь распределение по частоте и
по уровням, не очень сильно отличающееся от
распределений неограниченной речи. На
рис. 10.6 было приведено среднее распределе-
распределение уровней для предельного ограничения
-ГО
-20
-30
-40
-50
1000 2000 3000 ЪГц
а)
-до
-40
-50
-60
-70
-80
0
W00 2000 5000 Г, Гц
Рис. 10.11. Спектральные огибающие звуков р^ечи до ограничения (сплошные кривые)
и после (штриховые):
а — звука э; 6 — звука м
286
речи (кривая i) и без него (кривая /), крутиз-
крутизна кривой изменяется только вдвое, а на
рис.ДО.П приведены спектральные огибающие
звуков речи также для обоих условий (получа-
(получаются несколько сглаженные форманты). Это
объясняется тем, что ухо имеет «комплект» уз-
узкополосных фильтров, и когда в одном или
нескольких фильтрах уровень в данный мо-
момент повышается, то в других он уменьшается,
и наоборот, в результате чего в каждом из них
процесс происходит с переменным уровнем.
В случае непредельного ограничения или
компрессии результат получается промежу-
промежуточный между предельным ограничением и
передачей неограниченной некомпрессиро-
ванной речи.
10.12. ВОКОДЕРНАЯ СВЯЗЬ
Вокодер представляет собой устройство,
в передающей части которого из речевого сиг-
сигнала выделяются параметры, определяющие
информативность речи. К этим параметрам от-
относятся спектральные огибающие звуков ре-
речи и параметры основного тона речи, т. е. при-
признаки звуков речи, медленно изменяющиеся во
времени. Параметр основного тона управляет
частотой генератора основного тона, находяще-
находящегося в приемной части вокодера. Напряжение
от этого генератора, создающего импульсы,
сходные с импульсами гортани, подается на
сложный фильтр, имитирующий акустическую
систему речевого тракта для звонких звуков.
При синтезе глухих звуков речи генератор
создает шумовое напряжение, подаваемое на
фильтры, имитирующие систему для глухих
звуков речи. Параметрами этих фильтров и
уровнем звуков речи управляют параметры,
выделенные на передающем конце, в результа-
результате чего восстанавливается спектральная оги-
огибающая речевого сигнала. Качество и разбор-
разборчивость восстановленного сигнала получают-
получаются достаточно высокими.
В зависимости от типа выделяемых пара-
параметров речевого сигнала есть вокодеры полос-
полосные, гармонические, формантные и фонемные.
В полосных выделяется комплекс ординат
спектра в узких полосках, в гармонических—
коэффициенты Фурье от разложения спект-
спектральной огибающей в сумму гармоник, в фор-
мантных — частоты и амплитуды формант, в
фонемных — произнесенный звук. Так как
эти параметры изменяются во времени со ског
ростью произнесения звуков речи (8—10 зву-
звуков в секунду), то частотный диапазон каждо-
каждого параметра не превышает 20 ... 25 Гц. Кроме
того, в каждом из перечисленных типов вокоде-
вокодеров выделяется параметр (частота) основного
тона голоса.
В полосных вокодерах берут 12 ... 18 по-
полос. Динамический диапазон каждого парамет-
параметра не превышает 25 дБ, поэтому при переводе
параметров в импульсную форму достаточен ,
четырехзначный код A6 значений по 1,5 дБ),
а во времени достаточно 50 отсчетов в секунду. .'¦
Необходимая пропускная способность для
спектральных параметров требуется 18-4-50=
= 3600 имп/с и на передачу основного тона еще
1200 имп/с, а всего 4800 имп/с. В настоящее
время уже достигнуто высокое значение раз-
разборчивости речи и качества ее при скорости
в 2400 имп/с. В гармоническом вокодере тре-
требуемая скорость передачи несколько меньшая.
В наиболее распространенном типе фор-
мантного вокодера выделяются четыре фор-
мантных частоты и четыре формантных уров-
уровня. Динамический диапазон этих парамет-
параметров — не более 20 дБ, поэтому достаточны
трехзначный код (8 значений по 2,5 дБ) и 40 от-
отсчетов в секунду. Всего получается 8-3-40=
= 960, и 240 имп/с отводится на передачу
мелодии основного тона. Требуемая скорость
передачи параметров получается равной
1200 имп/с.
Для фонемного вокодера требуемая ско-
скорость передачи пока еще не ниже 300 имп/с,
при этом теряется информация об индивиду-
индивидуальности говорящего.
Применение вокодеров дает повышение раз-
разборчивости речи в условиях радиопомех, так
как сигналы передаются в телеграфном режиме
со специальным помехоустойчивым кодирова-
кодированием. Речь, передаваемая с помощью вокодер-
ной связи, идет с высоким уровнем и хорошей
разборчивостью даже при наличии сильных
помех и замираний. Хорошая помехоустой-
помехоустойчивая радиосвязь получается при формантном
кодировании. Ее применяют на линиях KB
связи.
Импульсная форма сигнала дает возмож-
возможность засекречивания речи аналогично засек-
засекречиванию телеграфной передачи. Такую зако-
закодированную речь невозможно раскодировать
современными методами. Кроме того, вокодер-
ная связь дает возможность значительного
увеличения числа каналов в импульсных сис-
системах связи. Для обычного речевого сигнала
требуется пропускная способность 64 кбит/с,
т. е. в 25 раз- больше, чем для полосного
вокодера и в 50 раз больше, чем для фор-
мантного. В будущем, при разработке фонем-
фонемного вокодера, эти возможности еще более
увеличатся.
Вокодерную связь в США применяют с
1959 г. (в военной авиации для KB связи).
В настоящее время в США выпускают такую
аппаратуру для коммерческой телефонной
связи. Габаритные размеры и масса подобной
аппаратуры уже находятся в приемлемых
пределах. Разработаны и выпускаются воко-
вокодеры на новых интегральных элементах с циф-
цифровыми методами анализа и синтеза речевого
сигнала. Это значительно упрощает производ-
производство подобных устройств и удешевляет их.
287
РАЗДЕЛ 11
АКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
11.1. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
АППАРАТУРА И ОБОРУДОВАНИЕ
Кроме аппаратуры общего применения (то-
(тональные генераторы, электронные вольтмет-
вольтметры, измерители нелинейных искажений, изме-
измерители уровня, осциллографы, анализаторы
гармоник, магнитофоны, измерительные усили-
усилители и т. д.) при акустических измерениях ис-
используют специальную измерительную аппа-
аппаратуру. К ней относятся: тональные генерато-
генераторы с воющим тоном, шумовые генераторы, из-
измерители звукового давления, акустический
зонд, шумомеры, октавные фильтры, быстро-
быстродействующие регистраторы уровня, ревербе-
реверберометры, искусственный рот, измерительный
телефон, искусственное ухо, измерительные
трубы, спектральные анализаторы, анализато-
анализаторы амплитудных распределений, пистонофо-
ны и дополнительные электроды и др.
Измерители звукового давления состоят, из
измерительного микрофона и соединенного с
ним электронного вольтметра, градуирован-
градуированного в паскалях или децибелах относительно
Рис. 11.1. Акустический зонд:
1 — трубка; 2 — конделсаторный микрофон; 3 — про-
продолжение трубки; 4 — резиновая трубка, наполнен-
наполненная поглотителем шерстяная нить; 5 — выход мик-
микрофон; б — подставка
К, 1.
От am I ^^
[в]
ш
7
У-
6
3
to
I "¦
гл
4
Ряс. U.2. Схема реверберометра:
/ — громкоговоритель; 2 — измерительный микрофон;
3 — микрофонный усилитель; ' 4 — измеритель уров-
уровня; 5 — реле для включения измерителя уровня;
6 — устройство временной задержки; 7 — пусковое
устройство; 8 — реле для выключения громкоговори-
громкоговорителя; 9 и 10 —'ключи
10~12 Вт/м. Измерители звукового давления
имеют несколько постоянных времени: для
импульсных звуков, измерений средних зна-
значений уровня звуков речи, измерений средне-
среднего длительного значения и т. д.
Акустический зонд (рис. 11.1) отличается
от измерителя звукового давления только при-
приспособлением для измерений звукового дав-
давления в тех случаях, когда требуется измерить
его или в небольшом замкнутом объеме, или
около самой поверхности какого-нибудь тела,
когда размеры обычного измерительного мик-
микрофона недостаточно малы. Зонд имеет тонкую
трубку длиной 10 ... 50 см, на конце трубки
помещен лабиринт с поглощающим материа-
материалом, чтобы не было отражений звуковых волн
от конца трубки (см. рис. 11.1). Сбоку у кон-
конца трубки расположен измерительный микро-
микрофон.
Шумомеры отличаются от измерителей зву-
звукового давления только наличием шкал А, В и
С для измерения уровня громкости. Каждой
шкале соответствует своя частотная характе-
характеристика измерителя. Шкала А соответствует
уровню громкости 40 фон, шкала В—70 фон,
шкала С—85 фон и выше. Кроме того, у шумо-
мера может быть и четвертая частотная харак-
характеристика — равномерная в широком диапазо-
диапазоне частот. Шумомеры обычно снабжаются по-
полосовыми третьоктавными или октавными
фильтрами с компенсацией их затухания. Из-
Измерители шумомеров имеют две-три постоян-
постоянные времени: одна для импульсных шумов,
другая — для речи и третья — для измере-
измерений среднего значения.
Быстродействующие регистраторы уровня
имеют равномерную шкалу в логарифмиче-
логарифмическом масштабе. Их динамический диапазон
стандартизован B5 — 50—75 или 30—60—
90 дБ). Запись ведется чернилами или резцом
на красной бумаге, покрытой тальком. Ско-
Скорость записи, диапазон и постоянная времени
могут изменяться скачками в некоторых пре-
пределах. Регистраторы уровня обычно подклю-
чаюя%3г-* измерителям Звукового давления-, и
поэтому на них можно автоматически записы-
записывать частотные характеристики аппаратуры,
их характеристики направленности и др.
Реверберометр позволяет измерять время
реверберации в помещении. Большинство из
них имеет устройство временной задержки от
нескольких сотых секунды до несколько се-
секунд и индикатор уровня, регистрирующий
уровень перед выключением источника звука
и через определенное время после его выключе-
выключения (рис. 11.2).
Искусственный рот представляет собой
гомкоговоритель, имеющий выходное отвер-
отверстие, соответствующее среднему отверстию
рта человека при разговоре. При этом объем
й'амеры между диафрагмой громкоговорителя
и выходным отверстием равен среднему объе-
288
My рта человека. 6 качестве громкоговорителя
используют его головку (рис. 11.3). Искусст-
Искусственный рот предназначен для измерений мик-
микрофонов ближнего действия (например,
ДЭМШ, микрофон для телефонной связи и
т. д.).
Искусственное ухо — устройство, состоя-
состоящее из небольшой камеры, на дне которой на-
находится измерительный конденсаторный мик-
микрофон с мембраной на уровне дна камеры
(рис. 11.4). Объем камеры 6 или 2 см3 в зави-
зависимости от того, какой тип телефона должен
испытываться: обычный или втулочный (встав-
(вставляемый в ушную раковину). Ко входному от-
отверстию камеры прижимают испытуемый те-
телефон.
Измерительные телефоны обычно исполь-
используют или для измерений порога слышимости,
или для градуировки микрофонов по давле-
давлению в трубе. Для абсолютной градуировки
микрофонов по давлению часто пользуются ме-
методом взаимности. Наиболее легко реализовать
этот метод с помощью труб и обратимых преоб-
преобразователей. Поэтому лаборатории часто обо-
оборудуют такими устройствами резонансного
или антирезонансного типа. Длина труб опре-
определяется максимальной длиной волны, необ-
необходимой для градуировки микрофона, диаметр
труб минимальной длиной волны. Кроме того,
акустические лаборатории оборудуют трубами
для измерения коэффициентов звукопоглоще-
звукопоглощения материалов. Эти трубы обычно имеют
большие размеры в длину (до нескольких мет-
метров) и диаметр около 10 см (если предельная
частота измерений равна 3500 Гц). Трубы обо-
оборудуют измерительным микрофоном с милли-
милливольтметром. Микрофон можно свободно пере-
перемещать подлине трубы (рис. 11.5). Поглоща-
Поглощающим материалом закрывают одно отверстие,
трубы, а в другом — помещают громкогово-
громкоговоритель.
Для анализа речи, музыки и шумов часто
используют спектральные анализаторы с па-
параллельным или последовательным анализом.
В этих случаях в анализатор входит комплект
полосовых фильтров (чаще всего третьоктав-
ных) с переключением их автоматически или
вручную. В спектральный акустический ана-
анализатор входит измеритель звукового давле-
давления с фильтрами, включенными между микро-
микрофонным усилителем и собственно измерите-
измерителем.
При последовательном анализе берут один
или два полосовых фильтра: широкий с поло-
полосой 300 Гц и узкий с полосой 50 Гц. Исследуе-
Исследуемый сигнал обычно смещен по спектру в об-
область около 20 ... 40 кГц и во время измерений
дополнительно смещается на ширину исследу-
исследуемого диапазона сигнала. При этом и происхо-
происходит последовательный анализ спектра сигнала.
Анализатор амплитудных распределений
уровня имеет комплект пороговых устройств
с разными порогами. Счетчики, имеющиеся
у каждого устройства, подсчитывают длитель-
длительность нахождения уровня сигнала выше поро-
порога этого устройства. Интервалы между порога-
порогами выбирают соответственно динамическому
Рис. 11.3. Разрез искусственного рта:
/ — корпус рта; 2 — объем рта; 3 — диафрагма
громкоговорителя; 4 — корпус головки; 5—клеммы
для подключения громкоговорителя
Рис. 11.4. Разрез искусствеиного уха:
объем уха; 2 — гибкие прокладки; 3 — место для
крепления микрофона
Рис. 11.5. Труба для измерения коэффициен-
коэффициента поглощения:
/ — громкоговоритель; 2 — труба; 3 — блок для пе-
передвижения микрофона; 4 — микрофон; 5 —измери-
—измеритель звукового давления; 6 — распорки микрофона;
7 — жесткая стенка; 8 — поглощающий материал
Ю Зак. 1688
289
диапазону исследуемого сигнала с тем, чтобы
охватить весь динамический диапазон сигнала
и получить требуемую точность анализа.
Для абсолютной градуировки конденсатор-
конденсаторных микрофонов используют пистонофон.
Ои представляет собой поршень, приводимый в
движение головкой громкоговорителя и соз-
создающий в замкнутом объеме переменное дав-
давление. Одна из сторон этого объема является
диафрагмой конденсаторного микрофона. Амп-
Амплитуду колебаний поршня измеряют оптиче-
оптическим микрометром. Боковые стенки, заключа-
заключающие объем, берутся массивными.
Для тех же целей используют дополнитель-
дополнительный электрод. Его устанавливают параллель-
параллельно мембране конденсаторного микрофона на
небольшом расстоянии от нее. Между электро-
электродом и мембраной подаются поляризующее и
переменное напряжения, Зная расстояние
между электродом и мембраной, а также на-
напряжение, можно вычислить чувствитель-
чувствительность микрофона (см. § 5.1). Дополнитель-
Дополнительный электрод делают перфорированным, чтобы
не создавать дополнительной упругости для
мембраны.
Наконец, следует сказать о комплекте
универсальной измерительной акустической
аппаратуры. В нее входят почти все перечис-
перечисленные приборы с некоторыми вспомогатель-
вспомогательными приспособлениями. Этот комплект ап-
аппаратуры позволяет снимать все виды характе-
характеристик электроакустической аппаратуры (ча-
(частотные, амплитудные, направленности, вре-
временные), проводить анализ акустических сиг-
сигналов и шумов и записывать временные про-
процессы в помещениях и т. д.
11.2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОЙ
АППАРАТУРЫ И ПОМЕЩЕНИЙ
Общие замечания. Все частотные характе-
характеристики снимают (или соответствующие па-
параметры измеряют) при плавном изменении
частоты или на частотах предпочтительного
ряда. В отдельных случаях параметры изме-
измеряют на частотах с неравномерным рядом (см.
—
2
5
Рис. 11.6. Схема измерения чувствительности
микрофона:
/ — генератор тональный или белого шума; 2 —
фильтр третьоктавиый; 3 — мощный усилитель; 4 —¦
заглушённая камера; 5 — громкоговоритель; б — ис-
испытуемый микрофон; 7 — измерительный микрофон;
8— милливольтметр; 9 — милливольтметр, градуиро-
градуированный в паскалях или децибелах
§ 2.2). Во всех случаях измерений на дискрет-
дискретных частотах необходимо отмечать места мак-
максимумов и минимумов и на них измерять зна-
значения параметров. Все характеристики направ-
направленности измеряют или при плавом изменении
углов расположения осей испытуемой аппара-
аппаратуры, или для углов, кратных 15° на частотах
до 5000 Гц и кратных 5° выше этой частоты.
Измерение характеристик микрофона в за-
заглушённой камере (в свободном поле). Для из-
измерения чувствительности микрофона в сво-
свободном поле следовало бы вначале измерить
звуковое давление в точке, куда будет поме-
помещен испытуемый микрофон, а потом уже поме-
помещать его в эту точку. Но так как в камере
практически отсутствует интерференция и рас-
расстояние микрофона от громкоговорителя берут
раным 1 ... 1,5 м при диаметре излучателя не
более 25 см, то измерительный микрофон 7
(рис. 11.6) можно располагать поблизости от
испытуемого микрофона. Устанавливая по из-
измерителю звукового давления 7 необходимое
давление р, измеряют напряжение UM, разви-
развиваемое испытуемым микрофоном, и определяют
осевую чувствительность микрофона ? ад—
= UM/p. При автоматической регулировке
осевого давления, как известно, чатотную ха-
характеристику снимают путем плавного изме-
изменения частоты генератора. Чувствительность
определяют во всем номинальном диапазоне
частот. По полученной частотной характерис-
характеристике определяют неравномерность ее в номи-
номинальном и рабочем диапазонах частот. Сред-
Среднюю чувствительность определяют в милли-
милливольтах на паскаль по формуле
-ср
где ?fe — чувствительность, определенная на
частотах предпочтительного ряда, входящих
в номинальный диапазон частот, или в треть-
октавных лолосах; п — число точек отсчета.
При неравномерности менее 12 дБ допускает-
допускается определять среднеарифметическое значение
чувствительности по формуле
Уровень чувствительности и средней чувст-
чувствительности в децибелах вычисляют по форму-
формуле NM = 29 lg (?м- 10-8/?х), где ?м — чувст-
чувствительность, мВ/Па; Е — чувствительность,
равная 1 мВ/Па.
Стандартный уровень чувствительности
(в децибелах) определяют по формуле
=20 lg
У Яном-Ю-3
?ос
ном-
где Uo — напряжение (в вольтах), развивае-
развиваемое микрофоном на номинальном сопротивле-
290
Рис. 11.7. Схема измерений диффуз-
диффузной чувствительности микрофона:
/ — генератор белого шума; 2 — третьок-
гавный фильтр; 3 — мощный усилитель;
4 — реверберациоиная камера; 5 — гром-
громкоговорители; 6 — испытуемый микрофон;
7 — измерительный микрофон; 8 — пере-
переключатель; 9 — усилитель микрофонный;
10 — милливольтметр
2
—
3
9
г %
нии нагрузки при звуковом давлении 1 Па,
т. е. чувствительность ?ос, В/Па, /?ном —
номинальное сопротивление нагрузки, Ом.
Характеристику направленности микрофо-
микрофона снимают по схеме рис. 11.6, причем в зави-
зависимости от задания или на нескольких часто-
частотах, используя тональный генератор, или для
шумового сигнала в третьоктавных полосах,
или для заданной полосы частот, используя
вместо третьоктавных фильтров соответствую-
соответствующий полосовой фильтр. Для съемки характе-
характеристик направленности испытуемый микрофон
укрепляют на поворотном диске с лимбом.
Диск вращают вручную или автоматически,
синхронно с регистрирующим столиком. Ха-
Характеристику снимают в одной плоскости,
проходящей через рабочую ось микрофона
если он представляет собой тело вращения во-
вокруг своей оси. Для других форм микрофона
характеристику снимают для заданных пло-
плоскостей* проходящих через рабочую ось. Угол
поворота отсчитывают между рабочей осью
и направлением на источник звука. Нормируют
характеристику направленности по осевой
чувствительности, т. е. чувствительности, из-
измеренной под углом в к оси микрофона (?в).
Уровень чувствительности NQ = — 20 lg
(?е/?о.с) под углом в (?ос — осевая чувстви-
чувствительность).
Перепад .чувствительности фронт-тыл оп-
определяют как разность уровней чувствитель-
чувствительности под углами 0 и 180° между рабочей осью
микрофона и направлением на источник звука.
Этот перепад определяют для ряда частот но-
номинального диапазона или для заданной поло-
полосы частот. По измеренным данным находят
средний перепад чувствительности как отно-
отношение средних чувствительностей, измерен-
измеренных для углов 0 и 180°.
Уровень эквивалентного звукового давле-
давления, обусловленного собственными шумами
микрофона и различными помехами, раздель-
раздельно для каждой помехи измеряют в заглушён-
заглушённой камере по схеме рис. 11.6 в отсутствие ис-
источника звука и вычисляют по формуле
Lm = 201g (?/вых/?действРо).
где ивых — напряжение на выходе микрофона,
мВ; р0 — звуковое давление, равное 2-10~5
бодному полю, мВ/Па; ?0.с — значения чувст-
чувствительности (в милливольтах на Паскаль), из-
измеренные на частотах 200, 250, 315, 400, 500 и
630 Гц (или в соответствующих полосах частот
третьоктавных фильтров).
Измерение характеристик микрофона в ре-
верберацноннон камере (в диффузном поле).
В этой камере измеряют диффузную чувстви-
чувствительность микрофона. Размещая измеритель-
измерительный микрофон в зоне чисто диффузного поля
(рис. 11.7) поблизости от испытуемого микро-
микрофона, измеряют развиваемые ими выходные
напряжения f/диф и ?/дИф. Чувствительность
по диффузному полю вычисляют либо по фор-
формуле ?дИф = ?диф?/ДИф/?/диф, где ?Диф —
чувствительность измерительного микрофона
по диффузному полю, мВ/Па, либо по форму-
формуле
диф
/~6
' У
/6 2
Па; Ядейсти^ Л' У ?°с/б — действующая
речевая чувствительность микрофона по сво-
где ?о°» ^зов» ••• — чувствительность микрофо-
микрофона под соответствующими углами (измеренная
или определенная из характеристики направ-
направленности). Числовые коэффициенты представ-
представляют собой относительную величину широт-
широтных поясов на сферической поверхности под
разными углами к оси сферы, т. е. к оси микро-
микрофона. Аналогично измерениям в заглушённой
камере снимают частотную характеристику
чувствительности микрофона в диффузном по-
поле и определяют среднюю чувствительность
и уровень чувствительности.
Коэффициент направленности вычисляют
по формуле йм = ?ос^диф, где ?ос и
?Диф — чувствительности по свободному и
диффузному полю, мВ/Па. Индекс направлен-
направленности вычисляют по формуле qu = 101gQM
или по /?2, где R —отношение чувствитель-
чувствительности под углом к осевой чувствительности.
Градуировка микрофона в резонансной
трубе (рис. 11.8, а). Градиуируемый микро-
фйэн 3 (обычно это измерительный конденса-
конденсаторный микрофон) располагают в вырезе тру-
трубы 6 так, чтобы не сужать поперечного се-
сечения трубы. В оба конца трубы вставляют
(очень плотно, чтобы не было утечки) одина-
одинаковые обратимые преобразователи, например
электродинамические или электромагнитные
10*
291
телефоны (tfj, #2>, поверхность их амбушю-
амбушюров должна быть по возможности хорошо
отражающей. Трубу возбуждают на резонанс-
резонансных частотах (/р = л340//, где / — длина
трубы), тогда в середине трубы и у поверх-
поверхности преобразователей будут пучности коле-
колебаний с одинаковыми амплитудами. При пер-
первом измерении преобразователь Пх работает
излучателем, а Я2 — приемником. Этот при-
приемник развивает ЭДС на выходе Un. Во вто-
втором измерении преобразователь Я2 работает
излучателем, а Пх служит только отражате-
отражателем. Регистрируют ток /п, проходящий че-
через излучатель Я2. В обоих измерениях ЭДС
Uu, развиваемая градуируемым микрофо-
микрофоном, устанавливается одинаковой, что сви-
свидетельствует об одинаковом звуковом давле-
давлении ртах в пучностях звуковых волн как
в середине трубы, так и у ее концов.
Для заторможенного преобразователя-из-
преобразователя-излучателя1 коэффициент электромеханической
связи
= Pmax
где У — усилие, развиваемое излучателем;
5 — сечение трубы (оно должно быть равно
площади излучателя); рт&х — звуковое дав-
давление около излучателя (и в пучностях).
Заторможенность излучателя получается
вследствие того, что около излучателя имеет
место узел скорости колебаний umm> TaK
как у излучателя хорошо отражающая по-
поверхность.
Коэффициент электромеханической связи
приемника К2 = Un/vmin, где vmin — ско-
скорость колебаний около приемника звука (и в
узлах).
На основании теоремы взаимности
PmaxS/fii = tfn/fmin = *св- Так как в СЛУ'
чае неполного отражения от концов трубы
Pmax/ymax = Pmin^min = Р^б.в. ™e 9е ~
удельное акустическое сопротивление возду-
воздуха; аб.в = PmiJPmax — коэффициент бегу-
щей волны, то звуковое давление в пучности
Р = Ртах = yf/n/npc/Sa6.B. Следователь-
Следовательно, чувствительность градуируемого микро-
микрофона (по давлению) ?д — UM/p.
Градуировка микрофона в антирезоианснои
трубе. Так же* как и в предыдущем случае,
для градуировки пользуются одинаковыми
обратимыми преобразователями Я1э Я2 (на-
(например, телефонами), вставляемыми в концы
трубы 6. Трубу (рис. 11.8, б) возбуждают на
антирезонансных частотах (/а.р = 340 Bл +
+ 1)/4/). В первом измерении преобразователь
Пг служит излучателем, а Яа — приемником
звука. Регистрируют ЭДС Цп, развиваемую
последним. Во втором измерении заменяют
Я2 градуируемым микрофоном 3, записы-
записывают ЭДС UM, развиваемую им. В третьем
измерении заменяют излучатель П1 другим
обратимым преобразователем Я2 и записы-
записывают ток jn в нём для того же значения ЭДС
градуируемого Микрофона. На основе теоре-
теоремы взаимности имеем pS/in = UJV- Так как
для антирезонанса волновое акустическое со-
сопротивление трубы равно акустическому со-
сопротивлению плоской волны в неограничен-
неограниченном пространстве, то Un — р/рс, откуда зву-
звуковое давление получается равным р =
1 Заторможенность излучателя означает,
скорость его колебаний сделана равной
нулю.
V^n'nPc/5> откуда имеем для чувствитель-
чувствительности микрофона (по давлению) Ея — UM/p.
Заметим, что в данном случае давление вслед-
вследствие антирезонанса невелико и утечка в
щели между преобразователями и трубой не
играет заметной роли.
В обоих случаях измерения в трубах по-
получают чувствительность микрофона по дав-
давлению. Если размеры микрофона невелики в
сравнении с длиной волны, то эта чувстви-
чувствительность будет равна чувствительности по
полю.
Измерение характеристик микрофонов
ближнего действия (рис. 11.9). Эти измерения
проводят с помощью искусственного рта 3
(см. рис. 11.3). Микрофон устанавливают на
расстоянии 1,5...2,5 см от отверстия рта и из-
измеряют развиваемое им напряжение при зву-
звуковом давлении в точке микрофона, равном
1 Па. Устройство предварительно градуируют
Рцс. 11.8. Градуировка микрофона: а) в резонансной трубе; б) в антирезонансной:
/—генератор тональный; 2—переключатель: 3 — градуируемый микрофон; 4—4 — милливольт-
милливольтметр, градуируемый в Паскалях или в децибелах; /— милливольтметр; 6 — труба; 7 — миллиам-
миллиамперметр; 8 — шунт; П[ — первый обратимый преобразователь; Я2— второй обратимый преобразо-
преобразователь
292
Рис. 11.9. Схема измерения чувствительности
микрофона ближнего действия:
/ — генератор; 2 — вольтметр; 3 — искусственный
рот; 4 — испытуемый микрофон; 5 — милливольт-
милливольтметр
эталонным измерителем звукового давления
по напряжению на его входе. Измерения ре-
рекомендуют проводить в заглушённом ящике
или вдали от отражающих поверхностей.
Характеристику направленности микрофона
снимают в заглушённой камере (т. е. только
для удаленного источника звука). Отноше-
Отношение чувствительностей микрофона, измерен-
измеренных в ближнем поле с искусственным ртом
и в диффузном поле (см. рис. 11.7), определяет
шумостойкость микрофона. Остальные па-
параметры определяют так же, как и для
обычных микрофонов.
Измерение внутреннего сопротивления
микрофона (рис. 11.10). Внутреннее сопро-
сопротивление измеряют, например, при изменении
нагрузочного активного сопротивления 7.
Сопротивление нагрузки, при котором полу-
получается уменьшение выходного напряжения
вдвое по сравнению с холостым ходом, соот-
соответствует внутреннему сопротивлению микро-
микрофона.
Измерение характеристик громкоговори-
громкоговорителей в заглушённой камере. Для снятия ха-
характеристик громкоговорителя измеритель-
измерительный микрофон устанавливают на расстоянии
r= B...4)tf от него, где d — средний размер
излучателя (рис. 11.11). Напряжение, подво-
подводимое к громкоговорителю, устанавливают со-
соответственно формуле U = "I/O.I^hom^hom»
где Рном — номинальная мощность громко-
громкоговорителя; /?НОм — ег0 номинальное вход-
входное сопротивление. (Для громкоговорителей
мощностью менее 0,5 Вт напряжение берут
ближе к номинальному.). При испытаниях на
номинальную мощность синусоидальное на-
напряжение берут равным номинальному, а
шумовое — равным 0,707 номинального.
Измерителем звукового давления 7 — 8
регистрируют звуковое давление, развивае-
развиваемое громкоговорителем в зависимости от час-
частоты, на которой возбуждают громкоговори-
громкоговоритель (при тональном возбуждении), или сред-
средней частоты третьоктавного фильтра (при воз-
возбуждении от генератора белого шума). Это
давление вычисляют по формуле р = UjE0C,
где Uo — напряжение, развиваемое измери-
измерительным микрофоном, мВ; ?0.с — осевая
чувствительность измерительного микрофона
(мВ/Па) на заданной частоте. Измерения ве-
ведут на частотах предпочтительного ряда с ре-
регистрацией пиков и провалов частотной ха-
характеристики не уже 1/8 октавы (для шумового
Рис. 11.10. Схема измерения внутреннего со-
сопротивления микрофона:
/ — генератор; 2 — заглушённая камера; 3 — громко-
громкоговоритель; 4 — испытуемый микрофон; 5 — милли-
милливольтметр; 6 — ключ; 7 — магазин сопротивлений
возбуждения этого не требуется). Более пред-
предпочтительно измерение с плавным изменением
частоты генератора и регистрацией характе-
характеристики на бланке (для этого диск геиератора
и валик с бланком должны вращаться син-
синхронно).
Среднее звуковое давление по данным час-
частотной характеристики вычисляют по формуле
V pkln, гдеph — звуковоедавле-
k=\
ние, развиваемое громкоговорителем на часто-
частоте fh (или средней частоте k-го третьоктавного
фильтра); п — число точек измерения (оно
не должно быть менее 10). При неравномер-
неравномерности частотной характеристики менее 12 дБ'
можно вычислять среднее арифметическое
п
значение по формуле рср = 2 Ръ)п- Среднее
k = 1
стандартное звуковое давление. рСр.ст вы-
вычисляют по формуле
Рср.ст
где рср —среднее звуковое давления, разви-
развиваемое громкоговорителем в номинальном диа-
диапазоне частот (см. выше). Па; / — расстояние
от рабочего центра громкоговорителя до изме-
измерительного микрофона, м; Р — электричес-
электрическая мощность, Вт; Р9 = 0,1 Вт; /0 = 1м.
-
1
ъ
Рис. 11.11. Схема измерения чувствительности
громкоговорителя:
/ — генератор тональный или белого шума с фильт-
фильтром розового шума; 2 — третьоктавный фильтр (при-
(применяют при измерении с шумом); 3 — мощный уси-
усилитель; 4 — вольтметр; 5 — заглушённая камера;
6 — испытуемый громкоговоритель; 7 — измеритель-
измерительный микрофон; 8 — милливольтметр, градуированный
в паскалях или децибелах
293
Характеристическую чувствительность
громкоговорителя на рабочей оси вычисляют
по формуле (Па/Вт).
где рср — среднее звуковое давление в но-
номинальном диапазоне частот (см. выше), Па;
Р — электрическая мощность, подводимая к
громкоговорителю, Вт; / — расстояние от ра-
рабочего центра громкоговорителя до измери-
измерительного микрофона, м; /0 = 1 м.
Эффективно воспроизводимый диапазон
частот находят по частотной характеристике
громкоговорителя путем определения частот,
соответствующих точкам пересечения прямой,
параллельной оси частот, с частотной харак-
характеристикой громкоговорителя (см. рис. 10.1).
Прямую линию проводят на 10 дБ ниже
уровня среднего звукового давления в октав-
ной полосе частот, соответствующей макси-
максимальной чувствительности громкоговорителя.
Этот уровень вычисляют по формуле Л'щах =
п
= 201g (Рср.окт/Ро). где рср.окт = 2 Р/Л —
k= 1
среднее звуковое давление; р0 = 2 • 10~5 Па;
Рь — звуковое давление, развиваемое громко-
громкоговорителем на частоте /^ (или средней часто-
частоте fc-ro третьоктавного фильтра), Па; п —
число точек отсчета. Для синусоидального
сигнала оно должно быть не менее 7 (через
1/6 октавы), для третъоктавных фильтров —3.
Неравномерность частотной характеристи-
характеристики громкоговорителя определяют в номиналь-
номинальном и рабочем диапазонах частот.
Диаграмму направленности громкоговори-
громкоговорителя снимают в заглушённой камере по схеме
рис. 11.11 с поворотом громкоговорителя во-
вокруг оси, проходящей через его рабочий центр
перпендикулярно его рабочей оси. Громко-
Громкоговоритель вращают или вручную, или авто-
автоматически, синхронно с поворотом столика,
на котором закреплен бланк диаграммы на-
направленности. Для громкоговорителей с раз-
разными размерами продольной и поперечной
осей излучателя снимают две диаграммы на-
направленности; в плоскостях, проходящих через
рабочую ось и соответственно продольную
и поперечную оси излучателя. Диаграммы на-
направленности снимают или для ряда частот,
-2-3
Рис. 11.12. Схема измерения акустической
мощности громкоговорителя:
/ — генератор белого шума с фильтром розового
шума; 2 — третьоктавный фильтр; 3 — мощный уси-
усилитель; 4 — вольтметр; 5 — реверберационная каме-
камера; 6 — испытуемый громкоговоритель; 7 — измери-
измерительный микрофон; 8 — милливольтметр, градуиро-
градуированный в паскалях или децибелах
или для основной части диапазона. В послед-
последнем случае к^ громкоговорителю подается шу-
шумовое напряжение через полосовой фильтр,
имеющий полосу, равную основной.
В тех случаях, когда размеры камеры не
позволяют проводить измерения характерис-
характеристик направленности громкоговорителей (на-
(например, для больших звуковых колонок и ру-
рупорных громкоговорителей), проводят изме-
измерения на моделях этих громкоговорителей с
соответствующим повышением частоты изме-
измерений.
Измерение характеристик громкоговори-
громкоговорителей в реверберациоиной камере (рис. 11.12).
В этой камере измеряют излучаемую мощность
громкоговорителя, которую можно определить
и по формуле
а
4-412Г
где Т — время реверберации в камере, с;
р — звуковое давление диффузного поля, Па;
V — объем камеры, м3. Правда, эта мощность
несколько меньше той, которую развивает
громкоговоритель в открытом пространстве,
так как вследствие реакции диффузного поля
на излучатель уменьшается его сопротивление
излучения, но эта поправка обычно находится
в пределах точности измерений.
Зная излучаемую мощность Ра и звуковое
давление р1( развиваемое громкоговорителем
в заглушённой камере на расстоянии 1 м от
его рабочего центра, можно найти коэффици-
коэффициент осевой концентрации
Q3,o5io.
рсРа Ра
где рх — prlf", Pr — звуковое давление изме-
измеренное на расстоянии г (в метрах).
Измерение коэффициента нелинейных Ис-
Искажений1. Измерения ведут при подведении к
громкоговорителю номинального напряжения
по схеме рис. 11.11, а к измерительному мик-
микрофону подключают измеритель нелинейных
искажений или анализатор гармоник.
При измерении коэффициента гармоничес-
гармонических искажений к громкоговорителю подво-
подводится синусоидальное напряжение на задан-
заданных частотах и измеряются выходные напря-
напряжения измерительного микрофона Uh на ос-
основной частоте и гармониках (обычно второй
и третьей). Суммарный коэффициент гармо-
гармонических искажений (в процентах)
При измерении коэффициента интермоду-
интермодуляционных искажений к громкоговорителю
подается напряжение от двух тональных гене-
генераторов, частоты которых fx и /2 устанавли-
устанавливаются следующим образом: частота fx бе-
1 Под этим коэффициентом подразуме-
подразумеваются коэффициенты гармонических и ин-
интермодуляционных искажений п-го порядка
и суммарные
294
рется из предпочтительного ряда (см. § 2.2)
на 1/3 выше нижней границы номинального
диапазона, частоты /а должны быть не ниже
6/х (оговариваются в технической документа-
документации). Напряжения генераторов устанавли-
устанавливаются в соотношении 4 : 1 при общем напря-
напряжении, равном номинальному. Анализатором
гармоник определяют напряжение на выходе
измерительного микрофона на частотах /2,
fz±fx и f2±2fi- Суммарный коэффициент
интермодуляционных искажений определяет-
определяется по формуле (в процентах)
ГДе
U
(ft+2ft)
— напряжения (звуковые давления) на соот-
соответствующих частотах.
Измерение входного сопротивления гром-
громкоговорителей. Эти измерения проводят так
же как и в случае измерения любого комплекс-
комплексного сопротивления. Измеряют его на пред-
предпочтительном ряде частот (см. § 2.2) с ин-
интервалом 1/3 октавы от 0,5/м до 1,5/м и через
октаву в остальном диапазоне частот. При
этом обязательно находят максимум и мини-
минимум модуля входного сопротивления. Перво-
Первому соответствует частота механического резо-
резонанса /м, второму — частота электромехани-
электромеханического резонанса /э.м-
Наиболее распространенная схема измере-
измерения входного сопротивления приведена на
рис. 11.13. Она основана на сравнении сопро-
сопротивления громкоговорителя и магазина сопро-
сопротивлений. Последнее подбирают так, чтобы на-
напряжение на громкоговорителе Uг и на мага-
магазине Ur было одинаковым. Сопротивление
магазина при этом равно модулю z. Если надо
знать фазовый угол входного сопротивления,
то измеряют при этом напряжение на выходе
звукового генератора Uo. Угол определяют
из выражения cos ф=[?/§/B?/гр)]— 1.
Измерение скорости колебании подвижной
системы громкоговорителя. Оно сводится
к измерению звукового давления, развивае-
развиваемого громкоговорителем на расстоянии 1 м от
его рабочего центра. Скорость колебаний оп-
определяют по формуле
V — 2np,/(pcoS),
если громкоговоритель находится в экране.
При нахождении его в закрытом корпусе мно-
множитель 2 надо заменить на 4. Здесь S — пло-
площадь излучателя; р — плотность среды (обыч-
(обычно воздуха) и (о — угловая частота колебаний.
Снятие характеристик телефона. Характе-
Характеристики снимают при расположении телефона
на искусственном ухе (см. рис. 11.3). Измеряют
частотную характеристику чувствительности
телефона 3 по схеме рис. 11.14. Чувствитель-
Чувствительность определяют по формуле ?т = p/UBX, где
u°\
I
кг
(Ту
1
Я
"А
\и*
IIUo
Рис. 11.13. Схема измерения входного сопро-
сопротивления громкоговорителя:
/ — звуковой генератор; 2 — громкоговоритель; 3 —
магазин сопротивлений; 4 — вольтметр; /Ci и Кг —
ключи для переключения вольтметра; Ua — общее
напряжение; 1/т — напряжение на громкоговорителе;
Or — напряжение на сопротивлении
UBX — напряжение, подводимое к телефону,
В; р — звуковое давление, развиваемое теле-
телефоном в искусственном ухе. Для измерения
отдачи последовательно с телефоном включают
активное сопротивление, численно равное мо-
модулю сопротивления телефона на частоте
1000 Гц при подведении к схеме 1 мВ А.
Измерение входного сопротивления и коэффи-
коэффициента нелинейных искажений проводят, как
и для громкоговорителей.
Измерение времени реверберации в задан-*
ных помещениях. Для этой цели используют
реверберометр (см. рис. 11.2). Так как в ре-
реальных помещениях нельзя гарантировать
диффузность поля, то измерения проводят
воющим тоном или полосами шума и в ряде то-
точек (например, с качающимся микрофоном,
рис. 11.15, а) (Если бы поле в помещении было
диффузным, то достаточно было бы найти вре-
временную задержку, при которой уровень сни-
снизится на 60 дБ (это и было бы временем стан-
стандартной реверберации). Можно также опре-
определить снижение уровня Л1 для определен-
определенной задержки и вычислить время стандарт-
стандартной реверберации по формуле Т = 60т/AL.
Но так как звуковое поле в той или иной сте-
степени отклоняется от диффузного, особенно в
обычных помещениях, то приходится изме-
измерять перепад уровней для нескольких зна-
значений временной задержки и усреднять полу-
полученные результаты или же строить кривую
Рис. 11.14. Схема измерения чувствительности
телефона:
/ — генератор тональный; 2 — вольтметр; 3 — испы-
испытуемый телефон; 4 — искусственное ухо; 5 — вольт-
вольтметр искусственного уха, градуированный в Паска-
Паскалях или децибелах
?95
Затухания уровней по измеренным перепадам
их и затем графически определять время стан-
стандартной реверберации (см. рис. 11.15,6). В
.практике применяют и\ реверберометры ин-
интегрального типа. В них происходит интегри-
интегрирование уровней во времени с момента выклю-
выключения источника звука Lo до достижения за-
заданного порогового уровня Ln. Если началь-
начальный уровень Lo задан, то время реверберации
Т — 120 B/(Lg — L*), где В — интеграль-
т
ное значение показаний прибора (В = J Ldt).
о
Измерение коэффициентов поглощения
звука в реверберациоииой камере. В этом слу-
случае измеряют диффузный коэффициент по-
поглощения, обычно используемый при расчетах
времени реверберации. В реверберационной
камере измеряют время реверберации до G\) и
после (Т2) внесения туда поглощающего ма-
материала площадью 5. Соответственно ко-
коэффициент поглощения
а коэффициент поглощения
ах =0,161
[—-—1
L т2 тх у
где V — объем камеры, м3.
При этих измерениях материал должен
быть расположен так, как он будет использо-
использован (например, с учетом того материала, кото-
который будет находиться за ним). Размеры об-
образцов должны быть такими же, как и в на-
натуре, или во всяком случае быть больше самой
длинной волны.
Измерение коэффициентов поглощения в
трубе (см. рис. 11.5). Если в прямой волне
звуковое давление рпр, а в отраженной ротр»
то в пучности оно будет ртах = |рпр| 4-
+ 1Ротр1» а_ в У|ле ftata =JPnpl — iPorpl.
где Ротр == РпрРотр» Ротр Ротр'Рпад —
коэффициент отражения по давлению. Ко-
Коэффициент отражения по интенсивности
Ротр
Рпр
__ Г Pmax Pmln j
L Pmax + Pmin J
Pmax Pmln
Pmax г Pmln
Pmln
(Pmax + Pmln)8
Расстояние между соседними пучностями
или узлами позволяет проконтролировать
ча'стоту колебаний, так как Д/ = с/2/. С по-
помощью этой трубы можно определить акусти-
акустическое сопротивление отражающего материала.
Для этого требуется измерить расстояние
А/ между отражающим материалом и ближай-
ближайшим к нему узлом звукового давления pmm-
Сдвиг фаз пр-и отражении волны давления
определится из формулы
г|з = л — 2(оД//с.
Коэффициент отражения в комплексном виде
Pmax-Pmln I gxp Г / _
Pmax+Pmln I L V
Измерение звукоизоляции перегородок. Эти
измерения Сводятся к измерению уровней зву-
звукового давления перед перегородкой Lx и пос-
после нее L2. Измерения проводят в ревербера-
реверберационной камере (рис. 11.16). Перегородку 8
плотно монтируют в толстую стену без щелей
с виброизоляцией от других стен. Размеры
перегородок берут по возможности натурными,
но не менее 10 м2 и минимальные размеры не
менее 2,5 см. Звукоизоляция перегородки с
учетом увеличения уровня в реверберацион-
реверберационной камере Qnep = Lx — L2 + 101g (Snep/A),
где Snep — площадь перегородки; А — общее
поглощение в реверберационной камере после
перегородки.
Объем камеры должен быть не менее 50 м3,
измерительные точки (три для частот свыше
500 Гц и шесть ниже ее) должны находиться
на расстоянии не менее 1 м от ограждающих
поверхностей камеры и не менее Л/5 от источ-
источника шума. Измерения ведут в октавных или
1
mmmm
2
|<
а)
5)
Рис. П.15. Измерение времени реверберации:
а — схема: 1 — генератор тональный или белого шума; 2 — третьоктавный фильтр (при измерении
с шумом); 3 — мощный усилитель; 4 — выключатель шума; 5—испытуемое помещение или ревер-
берациоиная камера (при измерении коэффициентов поглощения); 6 — громкоговоритель; 7 — изме-
измерительный микрофон; 8 — реверберометр (см. рис. 11.2); 9 — цепь выключения громкоговорителя;
б — иллюстрация вычисления времени реверберации
третьоктавных полосах частот (см. табл. 2.2) в
диапазоне 100...3150 Гц. Уровни измеряют
шумомером с полосовыми фильтрами. Сред-
Средний уровень для каждой полосы определяется
как среднее арифметическое из значений, изме-
измеренных во всех точках.
Измерение звукоизоляции помещений. В
этом случае достаточно измерить уровень шу-
шума вне помещения и внутри его в нескольких
точках. Звукоизоляция Qna = Lx — L2-
Измерение акустических шумов, сигналов
и их анализ. С помощью шумомера измеряют
ориентировочное значение уровня громкости
шума при использовании наиболее вероятной
шкалы. После этого устанавливают переклю-
переключатель на шкалу, соответствующую получен-
полученному уровню, и вновь измеряют уровень
громкости. При необходимости включают по-
полосовые фильтры и измеряют уровень интен-
интенсивности в каждой из полос (шкала С). Изме-
Измерения проводят для той постоянной времени,
которая задана по техническим условиям.
Для определения соответствия шумов сани-
санитарным нормам по уровню звука его измеряют
шумомером. Данные отсчитывают в децибе-
децибелах по шкале А (дБА). Соответствие по спект-
спектру определяют путем измерения уровней зву-
звукового давления в децибелах по шкале С
(дБС) в октавных полосах со средними геомет-
геометрическими частотами: 63, 125, 250, 500, 1000,
2000, 4000, 8000 Гц. Постоянная времени шу-
шумомера должна быть в положении «Быстро».
Для спектрального анализа различных
сигналов применяют третьоктавные фильтры
со средними геометрическими частотами, опре-
определяемыми следующей последовательностью
чисел: 1; 1,25; 1.60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5.00;
6,30; 8,00 и 10,0, умножаемой на 10, 100,
1000, 10 000.
Амплитудные распределения уровней сиг-
сигналов определяют с помощью 12 лороговых
устройств, равномерно распределенных по ди-
динамическим диапазонам 25, 50 или 75 дБ. По-
Постоянная времени берется равной 200 мс для
субъективных оценок или 20 мс для аппара-
аппаратурных целей.
Измерение разборчивости речи. Как уже
указывалось, для измерений разборчивости
речи пользуются методом артикуляции или ме-
методом выбора. Для артикуляционных измере-
измерений пользуются специальными таблицами.
Диктор читает слова или звукосочетания (сло-
(слоги), а слушатели записывают их и после про-
прочтения всех таблиц сверяют их с прочтенными
таблицами. При чтении необходимо строго со-
соблюдать интервалы (например,, 3 с на один
слог). Чтение должно быть четким, но без
подчеркивания. Число передаваемых таблиц
определяют согласно требуемой точности.
После проверки подсчитывают процент пра-
правильно принятых элементов и определяют
среднее значение разборчивости. Артикуля-
Артикуляционная бригада должна быть составлена из
молодых людей без дефектов речи и слуха. Она
должна быть натренирована так, чтобы полу-
получать на эталонном тракте устойчивые резуль-
результаты.
Рис. 11.16. Схема измерения звукоизоляции
перегородок:
/ — генератор тональный или белого шума; 2 —
третьоктавный фильтр (при измерении с шумом);
3 — мощный усилитель; 4 — громкоговорители; 5 и
6 — измерительные микрофоны; 7 — милливольтмет-
милливольтметры; 8 — испытуемая перегородка; 9 — ревербераци-
онная камера
Обычный артикуляционный метод очень
трудоемок: требует много операторов (в бри-
бригаду входят 4—5 человек слушателей и 1—2
диктора); много времени уходит на тренировку
(для сильных искажений требуется несколько
дней), на обработку результатов; результаты
измерений частот зависят от настроения опе-
операторов и т. д. Метод выбора менее трудоемок,
но его точность не настолько достаточна, что-
чтобы им можно было пользоваться для важ-
важных приемосдаточных испытаний. Обычно им
пользуются только для диагностических испы-
испытаний. В 1957 г. был введен ГОСТ [10.101 на
тональный метод измерения разборчивости
речи, свободный от ряда недостатков артику-
артикуляционных методов. Метод был распространен
на тракт проводной и радиосвязи и допущен
к применению наравне с артикуляционным
методом.
Тональный метод измерения разборчи-
разборчивости речи основан на том, что человек очень
точно может определить уровень звука, при
котором он достигает порога слышимости. При
этом методе речь заменяют определенным чис-
числом отдельных тонов, последовательно вос-
воспроизводимых устройством, которое создает
определенный уровень звуковогодавления пе-
перед микрофоном измеряемого тракта, а на
выходе тракта определяют уровень ощущения
для каждого из тонов путем прослушивания их
оператором через телефон или через громко-
громкоговоритель (для громкоговорящей связи). Уро-
Уровень ощущения тона равен затуханию, вводи-
вводимому в цепь звуковоспроизводящего уст-
устройства, до тех пор, пока не исчезнет слыши-
слышимость каждого тона. По измеренным уров-
уровням ощущения тона с помощью таблиц и гра-
графиков, применяемых при расчете разборчи-
разборчивости речи, определяют формантнукг разбор-
разборчивость речи, а по ней — слоговую, словес-
словесную разборчивость и понятность речи.
Для тонального измерения и определения
разборчивости речи применяют следующие
измерительные приборы и оборудование: ис-
искусственный рот, генератор звуковой часто-
297
265
77,5
1320
64,0
3020
58,0
400
76,5
1505
63,0
3415
57,5
535
74,0
1700
62,0
3890
57,0
680
72,0
1910
61,0
4370
56,5
825
69,5
2140
60,5
5215
56,0
980
67,5
4395
59,5
6320
54,5
1145
66,0
2685
58,5
ты, электронный вольтметр, магазин затуха-
затуханий, генератор шума с звуковоспроизводя-
звуковоспроизводящим устройством, два звукоизолированных
друг от друга помещения. Допускается изме-
измерение в одном и том же помещении, если будет
исключена возможность слышимости изме-
измеряемого сигнала по воздуху непосредственно
(для громкоговорящей связи обязательно
должны быть звукоизолированные помеще-
помещения). Помещения должны быть защищены от
воздействия посторонних звуков, сотрясений
и шумов, кроме тех, которые задаются усло-
условиями испытаний. Измерения должны прово-
проводиться на трактах со всеми элементами, входя-
входящими в них, и в рабочих режимах с соблюде-
соблюдением технических условий для данных трак-
трактов и методов их испытаний.
Искусственный рот на расстоянии 2 см
от центра выходного отверстия по оси в за-
зависимости от средней частоты полос равной
разборчивости должен создавать следующие
уровни звукового давления:
Частота, Гц .
Уровень, дБ
Частота, Гц .
Уровень, дБ
Частота, Гц .
Уровень, дБ
Измерение этих уровней при градуировке
искусственного рта необходимо проводить в
отсутствие испытуемого микрофона. Допуска-
Допускается измерение и при наличии испытуемого
микрофона, если этот микрофон небольших
размеров и не искажает звукового поля вблизи
искусственного рта. Уровень звукового дав-
давления измеряют любым измерителем, обеспе-
обеспечивающим точность измерений не менее 0,5 дБ.
Обычно применяют или специальный изме-
измеритель уровня звукового давления, или шу-
момер с включением шкалы С (а если в нем
есть дополнительная шкала с равномерной
частотной характеристикой, то пользуются
ею). Расположение искусственного рта в поме-
помещении должно быть таким, чтобы отражения
от стен и других предметов не влияли на зву-
звуковое поле у микрофона. Спектральный со-
состав и уровень акустических шумов в поме-
помещениях, в которых находятся микрофон и
слушатель, должны быть заданы технически-
техническими условиями на испытания. Если особо не
оговорено, то шум должен быть диффузным,
а спектр шума — речевой, с уровнем 65 дБ.
Микрофон располагается так, как около искус-
искусственного рта человека. Если расстояние от
рта человека не задано, то располагают мик-
микрофон на расстоянии 2 см от центра рта по
его оси, а для микрофонов типа ДЭМШ—сбо-
ДЭМШ—сбоку от отверстия рта (в 2 см от его оси).
Магазин затуханий включают между генерато-
генератором звуковой частоты и искусственным ртом,
а располагают его около слушателя, чтобы
слушатель мог сам регулировать затухание.
После подготовки аппаратуры к испытаниям
устанавливают напряжение на зажимах ис-
искусственного рта, соответствующее требуемо-
298
му уровню звукового давления на первой час-
частоте измерения B65 Гц).
На приемном конце слушатель плавно вво-
вводит затухание до исчезновения слышимости
тона (чтобы тон был лучше слышен, его дела-
делают прерывистым), затем затухание убавляет
до момента появления слышимости звука.
Среднее значение вводимого затухания этих
двух измерений и является уровнем ощуще-
ощущения данной частотной составляющей. Затем из-
измерения проводят для следующей частоты и
т. д. При определении уровня ощущения тона
в случае слушания на телефон микротеле-
микротелефонной трубки последний должен быть плотно
прижат к уху слушателя, а при ослушании
на телефоны с оголовьем степень прижатия
должна соответствовать условиям эксплуата-
эксплуатации.
Измеренные уровни ощущения получаются
для пикового уровня речи в соответствующей
полосе равной разборчивости. Вычитая из
них значение пик-фактора речи A2 дБ), по-
получают средние значения уровней ощущения
формант Eh (см. рис. 10.6). Пользуясь кривой
/, по уровням находят коэффициенты раз-
разборчивости wh для каждой полосы равной раз-
разборчивости. Суммируя эти значения и деля на
20 (число полос), получают формантную
разборчивость, а по ней можно найти слоговую
разборчивость (см. рис. 10.7).
Измерение разборчивости речи объектив-
объективным методом. Такой метод применяют, чтобы
исключить влияние фактора субъективности
слушателя. Как указывалось в § 2.3, порог
слышимости в шумах с уровнем выше 40 дБ
равен уровню шума в критической полоске
слуха. Это обстоятельство используют для
измерения уровня ощущения речи. В этом слу-
случае вместо слушателя применяют искусст-
искусственное ухо (см. рис. 11.4), на котором распо-
располагают телефон (для громкоговорящего приема
его помещают в том месте, где размещается
ухо слушателя). В искусственном ухе есть
микрофон, напряжение от которого подается
на измеритель уровня звукового давления.
Между микрофоном и измерителем поочередно
включают полосные фильтры с шириной поло-
полосы, равной ширине критических полосок слу-
слуха. Измеряя уровень звукового давления,
создаваемый шумами (в отсутствие сигнала),
получают уровень порога слышимости, соот-
вествующий действию этих шумов на слух
человека. Затем генератор шума выключают
и через испытуемый тракт подают тональный
сигнал, как и в случае тонального метода, с
уровнем, соответствующим данной полосе
равной разборчивости. Вводят затухание меж-
между генератором и искусственным ртом до тех
пор, пока на измерителе уровня (искусствен,-
ного уха) не будет тот же уровень, что и для
шумов в полосе равной разборчивости. Вве-
Введенное затухание получается равным уровню
ощущения речи.
Этот метод более стабилен, чем тональный,
однако ему присущ такой недостаток: в шу-
шумах со спектром, сильно отличающимся от
равномерного, он дает ошибку, обусловленную
взаимной маскировкой составляющих шума.
Оба метода дают ошибку измерений в им-
импульсных шумах.
11.3. ЭКСПЕРТИЗА МУЗЫКАЛЬНЫХ
ПЕРЕДАЧ
Измерение качества звучания художест-
художественных передач. Для этих измерений пользу-
пользуются методом субъективных экспертиз. Сущ-
Сущность метода заключается в том, что проводят
сравнение звучания через испытуемый тракт
и эталонный. При этом для получения доста-
достаточной точности оценки приходится прибегать
к большой группе экспертов (в их числе могут
быть как профессионалы, так и обычные слу-
слушатели). Если надо «оценить массовую аппа-
аппаратуру, то приходится комплектовать группу
из обычных слушателей, а если надо оценить
профессиональную аппаратуру, то лучше
прибегать к помощи профессионалов. Для
оценки по классам точности необходимо иметь
эталонные тракты с соответствующими макси-
максимальными значениями искажений для данного
класса точности. Эксперты последовательно
прослушивают одну и ту же передачу через
испытуемый и эталонный тракты и оценивают,
к какому из них ближе испытуемый.
Эталонные тракты градуируют по первич-
первичным эталонам. Такие эталоны (они должны
быть у ведущих организаций) предварительно
с помощью экспертиз регулируются и хра-
хранятся в дальнейшем для сравнения с рабочими
эталонами.
Метод субъективных экспертиз трудоемок
и не всегда обеспечивает достаточную точ-
точность оценки, особенно при различных спе-
специфических искажениях. Поэтому был пред-
предложен объективный метод оценки трактов пе-
передачи различных сигналов, в том числе сигна-
сигналов художественных передач. Он основан на
том, что вторичный сигнал должен возможно
точно воспроизводить первичный (кроме фа-
фазовых соотношении) с учетом точности слуха
при определении уровней передачи. В этом
методе используют корреляцию между уров-
уровнями первичного и вторичного сигналов. Для
этого на вход коррелятора подают первичный
и вторичный сигналы, нормированные по
средним значениям и с компенсацией фазовых
сдвигов между этими сигналами. Коэффициент
взаимной корреляции этих сигналов показы-
показывает, насколько они одинаковы по амплитуд-
амплитудным соотношениям. Оказывается, что такой
коэффициент довольно хорошо согласуется с
оценками экспертов. Трудность данного мето-
метода заключается в том, что не всегда легко
компенсировать фазовые сдвиги, особенно при
передаче через большое число звеньев*тракта.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ЗВУЧАНИЯ
Качество звучания — важнейший потре-
потребительский параметр любого звуковоспроиз-
звуковоспроизводящего устройства, и в первую очередь акус-
акустических систем. Неискушенному слушателю
более или менее безразлично, какую неравно-
неравномерность частотной характеристики имеет аку-
акустическая система и воспроизводит ли она низ-
низшие частоты от 30 или от 50 Гц. Если качество
ее звучания не удовлетворяет слушателя, то он
не будет приобретать такую акустическую сис-
систему.
Эталоном качества звучания является на:
туральное звучание оркестра, хора, солистов,
звучание отдельных инструментов и т. д. Этот
общий для всех слушателей эталон служит
основой для разработки методик проведения
субъективно-статистических экспертиз ка-
качества звучания, результаты которых должны
являться таким же объективным параметром
громкоговорителя или акустической системы,
как и основные их характеристики, приводи-
приводимые в описании или паспорте.Если акустичес-
акустическая система получила высокую оценку экс-
экспертов по качеству звучания, то при повторе-
повторении аналогичной экспертизы в другом месте
с участием других экспертов оценки должны
совпадать. Несовпадение оценок свидетель-
свидетельствует о некорректном проведении экспертизы
неправильной ее организации. Метод эксперт-
экспертной оценки качества звучания регламенти-
регламентируется ОСТ 4.202.003-84. Имеются также и
международные рекомендации, в частности
Публикация 543 МЭК. Эти документы регла-
регламентируют методику экспертной оценки ка-
качества звучания, обработку получаемых экс-
пертопоказаний, выбор звукового материала
для прослушивания, параметры электричес-
электрического тракта и акустическую обстановку в по-
помещении прослушивания. Выполнение этих
рекомендаций позволяет получать из субъек-
субъективных экспертопоказаний (оценок) экспер-
экспертов вполне однозначные объективные резуль-
результаты о качестве звучания акустических систем
и громкоговорителей.
Основные положения стандарта заключа-
заключаются в следующем. В проведении экспертизы
может принимать участие бригада экспертов
от 4 до 6 человек одновременно. Эксперты
должны не реже одного раза в год проверять-
проверяться у врача-отоларинголога. Группа экспертов
может работать непрерывно не более 20 мин,
затем следует перерыв такой же продолжи-
продолжительности. Длительность сеанса должна быть
не более 2 ч, включая периоды отдыха. Поме-
Помещение для экспертной оценки качества зву-
звучания должно иметь прямоугольную форму,
объем его должен составлять 60... 100 м3. Пред-
Предпочтительные размеры помещения: высота
2,5...3,0м, длина не менее 6 м, ширина не
менее 4 м. Время реверберации помещения,
измеренное в октавных полосах белого шума
со среднегеометрическими частотами в диапа-
диапазоне 250...4000 Гц должно быть 0,3...0,6 с.
Уровень акустических шумов в помещении
299
не должен превышать 35 дБА. Тестовая про-
программа (звуковой материал) должна состоять
из следующих фрагментов: речь; симфоничес-
симфонический оркестр; рояль, скрипка и виолончель;
деревянные духовые и струнные инструменты;
медные духовые инструменты; хоровое пе-
пение без музыкального сопровождения; соль-
сольное пение и инструментальное сопровождение;
джазовый оркестр; рок-группа. Фрагменты,
из которых составлена тестовая программа,
должны представлять собой законченные фра-
фразы. Продолжительность звучания фрагментов
должна быть 50...60 с, продолжительность
пауз между фрагментами 10...15 с — это вре-
время необходимо экспертам для вынесения оцен-
оценки и регистрации ее в специальной карточке.
Каждый фрагмент тестовой программы сле-
следует воспроизводить поочередно через эталон-
эталонную и испытуемую акустические системы с со-
соответствующей синхронной индикацией при-
присвоенных им условных номеров или символов.
Изготовление тестовой программы произво-
производится в специализированных организациях —
фирме «Мелодия» или в Государственном доме
радиовещания и звукозаписи.
Для испытаний применяют высококачест"
венную аппаратуру. Так, усилитель мощности
должен иметь линейную частотную характе-
характеристику с неравномерностью, не превышаю-
превышающей ±0,5 дБ относительно частоты 1000 Гц в
диапазоне частот не уже диапазона частот
испытуемой акустической системы; амплитуд-
амплитудная характеристика усилителя должна обес-
обеспечивать линейное усиление до уровней, на
3 дБ превышающих необходимый для прово-
проводимых испытаний, т. е. должен обеспечивать-
обеспечиваться 100 % запас по мощности. Напряжение соб-
собственного шума и фона, приведенное ко входу
усилителя, не должно превышать 1 мВ. Ко-
Коэффициент гармоник усилителя при номиналь-
номинальном выходном напряжении не должен превы-
превышать 0,3 минимального значения коэффициен-
коэффициента гармоник испытуемого образца акустичес-
акустической системы. Модуль выходного сопротивле-
сопротивления усилителя не должен превышать 0,1 но-
номинального сопротивления нагрузки. Уси-
Усилитель мощности должен иметь плавную регу-
регулировку чувствительности по входу. Помимо
усилителя мощности, электрический тракт
должен включать предварительный усилитель
низкой частоты, имеющий диапазон частот
20...200 000 Гц, коэффициент усиления 10...
100 дБ, отклонение частотной характеристи-
характеристики от линейной относительно частоты 1000 Гц
не должно превышать ±1,0 дБ. Коэффициент
гармоник при номинальном выходном напря-
напряжении не должен превышать 0,5 %. Напряже-
Напряжение собственного шума и фона, приведенное
ко входу, не должно превышать: в диапазоне
частот 20..50 000 Гц — 3 мкВ, а в диапазоне
частот 20...20 000 Гц — 5 мкВ. Активное со-
сопротивление соединительных проводов, сое-
соединяющих испытуемую акустическую систе-
систему с усилителем мощности, не должно пре-
превышать 0,2 Ом(. В качестве эталонного образ-
образца необходимо использовать акустическую
систему высшей группы сложности по
ГОСТ 23262—83. Эталонный и испытуемый
образцы акустических систем должны иметь
возможность поочередного подключения к вы-
выходу усилителя мощности с помощью пере-
переключающего устройства, обеспечивающего
также и синхронное переключение табло с
высвечиваемыми условными номерами или
символами, присваиваемыми испытуемому и
эталонному образцам. Источниками тестовой
программы могут быть либо катушечный маг-
магнитофон высшей группы сложности с номи-
номинальной скоростью магнитной ленты не менее
19,05 см • с-1 по ГОСТ 24863-81, либо элек-
электропроигрыватель высшей группы сложности
по ГОСТ 24470—80. Экспертную оценку ка-
качества звучания проводят после измерения
электроакустических параметров испытуемой
акустической системы на соответствие техни-
технической документации. Во время испытаний
акустические системы должны быть установ-
установлены так, чтобы их рабочие оси располагались
горизонтально на высоте 1,25 м от пола
и были сориентированы в точку, находящую-
находящуюся в центре зоны размещения группы экс-
экспертов, которые должны располагаться сим-
симметрично относительно перпендикуляра, вос-
восстановленного из середины линии, соединяю-
соединяющей акустические системы, в стереофоничес-
стереофоническом режиме или непосредственно перед ними в
монофоническом. В стереофоническом ре-
режиме расстояние между испытуемой и эта-
эталонной стереопарами акустических систем
должно быть одинаковым и составлять не
менее 2,5 м. При этом акустические системы
должны быть установлены на расстоянии от
боковых стен не ближе 0,5 м и от задней стены
не ближе 0,7 м. От экспертов акустические
системы должны быть закрыты акустически
прозрачным экраном. Влияние экрана не
должно приводить к изменению частотной ха-
характеристики по звуковому давлению акусти-
акустических систем более чем на 1 дБ в рабочем диа-
диапазоне частот. Экспертную оценку качества
звучания следует проводить при громкости,
соответствующей предпочтительным уровням
звукового давлений 75 или 85 дБ. Требуемый
уровень звукового давления устанавливают с
помощью шумомера' на музыкальных фраг-
фрагментах тестовой программы по пиковым пока-
показаниям индикатора шумомера (взвешенная
кривая А в режиме «медленно»). Микрофон шу-
шумомера устанавливают в центре зоны прослу-
прослушивания. Громкость испытуемой акустичес-
акустической системы, равная громкости эталонной,
устанавливают наслух по указанию экспер-
экспертов с помощью соответствующего регулятора.
Эксперты не должны знать, какой условный
номер или символ присвоен эталонной акус-
акустической системе, а какой — испытуемой.,
Степень предпочтения качества звучания испы-
испытуемой акустической системы по отношению к
эталонной оценивают по 7-балльной шкале:
минус 3 — значительно хуже; минус 2 — ху-
хуже; минус 1 — незначительно хуже; 0 —
равноценно; плюс 1 — незначительно лучше;
плюс 2 — лучше; плюс 3 — значительно луч-
лучше. По результатам экспертной оценки ка-
300
чества звучания каждого фрагмента тестовой
программы эксперт отмечает в листке экс-
эксперта степень предпочтительности звучания
акустической системы с условным номером, на-
например, 2 по сравнению с качеством звучания
акустической системы с условным номером 1,
выставляя для каждого фрагмента программы
соответствующие баллы. При проведении
экспертной оценки обмен мнениями между
экспертами запрещен. Форма листка экспер-
эксперта приведена в табл. 11.1
Таблица 11.1. Листок эксперта №
оценки степени предпочтительности
по качеству звучания образца акустической
системы с условным номером 2 по сравнению
с образцом акустической системы
с условным номером 1
Оценка
Фрагмент тестовой программы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Замечания эксперта
Эксперт
Подпись . инициалы. фамилия дата
При экспертной оценке качества звучания
акустических систем высших групп сложности
мож^но пользоваться 10-балльной шкалой
оценок. Эта шкала определяет точность соот-
соответствия качества звучания музыкальных и ре-
речевых фрагментов тестовых программ, вос-
воспроизводимых через одну или другую пару
акустических систем, естественному звуча-
звучанию программы, не искаженному акустичес-
акустическим воспроизводящим трактом. При этом
оценка «10 баллов» соответствует естествен-
естественному звучанию программы, которое лучшим
быть не может. Оценка «0 баллов» соответ-
соответствует звучанию программы, абсолютно
не имеющему никакого сходства с натуральным
и уже хуже быть не может. Баллы этой
шкалы характеризуются такими понятиями:
плохо B), посредственно C), удовлетвори-
удовлетворительно E), хорошо G), превосходно (9). Воз-
Возможна оценка звучания и неохарактеризо-
ванными баллами A, 4, 6, 8). Форма листа
эксперта для такой шкалы показана в
табл. 11.2. Очевидно, что для проведения экс-
экспертной оценки по 10-балльной шкале необ-
необходимо привлечение высококвалифицирован-
высококвалифицированных экспертов, поскольку в этом случае про-
производится абсолютная оценка качества зву-
звучания как такового, а эталоном служит естест-
естественное звучание в том виде, как его восприни-
воспринимает и помнит эксперт. Проведение эксперти-
экспертизы требует решения достаточно сложных орга-
организационных вопросов, связанных с необхо-
необходимостью периодической тренировки экспер-
Таблица 11.2. Листок эксперта №
экспертной оценки качества звучания
акустических систем по 10-балльной шкале
Фрагмент тестовой
программы
Средняя оценка
Оценка качества звучания
образцов АС по условным
номерам
1
2
Замечания эксперта
Эксперт подпись инициалы, фамилия дата
тов для поддержания их рабочей формы, и
оправдано при решении задач поискового ха-
характера.
Результаты любой субъективной экспер-
экспертизы, в том числе и по 7-балльной шкале, за-
зависят от достоверности экспертопоказаний.
С целью повышения достоверности в сущест-
существующую методику полезно внести некоторые
изменения, позволяющие уменьшить разброс
экспертопоказаний. Во-первых, следует пре-
предоставить экспертам возможность перепровер-
перепроверки своих впечатлений о звучании путем пере-
переключения воспроизведения данного фрагмен-
фрагмента тест-программы с одной акустической сис-
системы на другую в любой момент по своему ус-
усмотрению. Во-вторых, целесообразно ввести
по заданному алгоритму, неизвестному экс-
экспертам, контрольные точки. На таких точках
при переключении образцов акустических
систем изменяется только обозначение сим-
символов им присвоенных, а вариант звучания
остается неизменным. При обработке резуль-
результатов экспертизы показание заметности из-
изменения звучания на контрольных точках ква-
квалифицируется как грубая ошибка и свидетель-
свидетельствует о неспособности эксперта выполнять
поставленную задачу. Экспертные листки с
ошибками на контрольных точках изымаются
и не обрабатываются. Как показала практи-
практика, введение предложенных дополнений в ме-
методику экспертной оценки качества звучания
позволяет значительно повысить ее достовер-
достоверность, не предъявляя жестких требований к
квалификации экспертов на этапе подготовки
экспертизы.
Итоговую экспертную оценку качества зву-
звучания по 7-балльной шкале следует вычислять
по формуле
Ct-
Ctп-т
A1.1)
где I — 1, 2, ... — номер эксперта; / -¦= 1,
2. ... — номер фрагмента тестовой программы;
301
Qij — оценка, вынесенная 1-м экспертом на
/-м фрагменте тестовой программы.
Заключение выносят по итоговой оценке
в соответствии с таблицей 11.3.
Таблица 11.3
Диапазон измерения
итоговой оценки (с учетом
замены знака)
От —3,0 ДО —0,5
От —0,5 до +0,5
От +0,5 до +3,0
Качество звучания
испытуемой АС по срав-
сравнению с качеством
звучания эталонной
Хуже
Равноценно
Лучше
Итоговая экспертная оценка качества зву-
звучания по 10-балльной шкале вычисляется с
помощью средних экспертных оценок качест-
качества звучания. Средние экспертные оценки ка-
качества звучания li и ki, вынесенные i-u экс-
экспертом, следует вычислять по формулам:
/= I
1 kj,
/¦=»
m
A1.3)
где Iji — оценка испытуемой акустической
системы, вынесенная t-м экспертом на /-м
фрагменте; kyt — оценка эталонной акусти-
акустической системы, вынесенная t-м экспертом на
/-м фрагменте. Средние экспертные оценки
качества звучания обеих акустических систем,
полученные от каждого эксперта и вычислен-
вычисленные по.формулам A1.2) и A1.3), следует сво-
сводить в табл. 11.4.
Таблица 11.4. Сводная таблица средних
экспертных оценок качества звучания,
выставленных экспертами по 10-балльной
шкале
Номер листка
Средняя оценка качества
звучания испытуемой и
эталонной акустических
систем по условным
номерам
2
1
2
3
4
. 5
6
Итоговая оценка
Итоговую экспертную оценку качества
звучания и следует вычислять по формулам:
п п
Заключение о экспертной оценке качества зву-
звучания выносят по итоговым оценкам. Качество
звучания испытуемого и эталонного образ-
образцов акустических систем считается равно-
равноценным, если итоговые оценки Ink отлича-
отличаются между собой не более чем на 0,5 балла.
Результаты экспертной оценки оформляют
протоколом, форма которого приведена в
табл. 11.5.
Таблица 11.5
Протокол
экспертной оценки качества звучания
1. Испытуемый образец .
наименование
2. Предприятие-разработчик.
A1.2) 3. Эталонный образец по качеству звучания
наименование
4. Место и время проведения экспертной
оценки
5. Фамилия и инициалы экспертов.
6. Используемая оценочная шкала
7. Замечания экспертов
8. Заключение
Начальник подразделения
подпись инициалы, фамилия, дата
Исполнитель
подпись инициалы, фамилия, дата
Конечно, не всегда, особенно в домашних
условиях, просто выполнить перечисленные
рекомендации, однако из этого не следует де-
делать вывод о невозможности оценки качества
звучания дома. В этом случае можно руко-
руководствоваться следующими соображениями.
Независимо от группы сложности прослуши-
прослушиваемых акустических систем, электрический
звуковоспроизводящий тракт должен быть
как, можно более высококачественным, равно,
как и тестовые программы, в качестве которых
можно использовать хорошо записанные
302
граммпластинки. Необходимо также изгото-
изготовить коммутационное устройство для пере-
переключения образцов акустических систем и де-
делитель для выравнивания громкости их зву-
звучания, что очень важно при экспертизе. Вы-
Выравнивание громкости звучания должно про-
производиться на входе мощного усилителя. Таб-
Табло с условными номерами можно и не изготов-
изготовлять, но желательно, чтобы акустические сис-
системы были скрыты от экспертов за акустичес-
акустически прозрачным занавесом и эксперты не мог-
могли бы идентифицировать звучащий фрагмент
тестовой программы с акустической системой.
При выполнении этих минимальных требова-
требований можно рассчитывать на получение удов-
удовлетворительных результатов. Вследствие ог-
ограниченности зоны оптимального прослуши-
прослушивания для стереофонического режима, а также
недостаточности места для размещения четырех
акустических систем в домашних усло-
условиях допускается проведение экспертизы в
монофоническом режиме, при котором вместо
двух можно использовать по одной акусти-
акустической системе от каждой стереопары. Ре-
Результаты экспертизы совпадают.
Необходимо еще раз подчеркнуть решающее
влияние на качество звучания применяе-
применяемого усилителя мощности. В вопросе выбора
усилителя сложно сформулировать однознач-
однозначные рекомендации, а потому полезно испытать
несколько разных усилителей и приобрести
собственный опыт.
РАЗДЕЛ 12
ПРОГРАММЫ ДЛЯ МИКРОКАЛЬКУЛЯТОРОВ
И ЭВМ ТИПА ДВК
12.1. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ
ПО РАСЧЕТУ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ
И ЭХА ПРИ ЗВУКОФИКАЦИИ
Приведем программы расчета для различ-
различных типовых случаев звукофикации в двух
вариантах: для микрокалькуляторов типа
МК-54 (или БЗ-34) и на языке Бейсик приме-
применительно к ЭВМ типа ДВК.
Расчетные формулы для звукового поля. В
основу программ положены следующие фор-
формулы и соотношения.
1. Уровень звукового давления (или ин-
интенсивности)
2. Квадрат суммарного звукового давления
как арифметическая сумма квадратов звуко-
звуковых давлений, создаваемых каждым громко-
громкоговорителем в заданной точке: '
п
Реум ~~ 2j Рк-
3. Квадрат звукового давления, создавае-
создаваемый звуковой колонкой в координатах, при-
привязанных к осям колонки (и, v, w)
для рупорных громкоговорителей
_9 Pi и*
Во всех случаях центр координат и, v и
w находится в центре источника звука, ось
и совпадает с осью громкоговорителя, ось v сов-
совпадает с малой осью отверстия излучателя,
ось w — с большой осью этого отверстия. Ко-
Координаты и, v и w связаны с координатами
помещения или звукофицируемой площадки
(х, у иг), ори этом оси х и у лежат, как прави-
правило, в горизонтальной плоскости на нижнем
уровне пола, центр координат размещают под
одним из громкоговорителей, принятым за ос-
основной, ось г вертикальна и проходит через
центр этого громкоговорителя. Озвучиваемая
поверхность проходит на уровне головы слу-
слушателя и ее высота в первом ряду принимает-
принимается равной 1 м для сидящих и 1,5 м—для
стоящих слушателей по отношению к полу
(или заменяющей его поверхности). Оси гром-
громкоговорителей направляют на головы слу-
слушателей, сидящих или стоящих в заднем ряду.
Высоту подвеса громкоговрителей zr выби-
выбирают из условия получения заданной нерав-
неравномерности. Угол наклона этой оси а0 к го-
горизонтальной плоскости определяют и& соот-
соотношения
tg а0 = (zr — z0
где х0 — координата по оси х, соответствую-
соответствующая проекции точки упора оси и в озвучивае-
озвучиваемую поверхность; уо\—координата па оси
у, соответствующая той же точке. При этом ось
громкоговорителя развернута по отношению
к оси х на угол ф0, определяемый из соотно-
соотношения tg<Po~ydxo- Соответственно этим углам
координаты и, vhw для основного громкогово-
громкоговорителя связаны с координатами х, у и г следую-
следующими формулами:
и— (х cos фо+у sin <po) cosa0+(zr—z) sina0;
v=( — Jtsin<po+-y cos ф0);
w=(jtcos(p0-|-^sin<p0) sincto—(zr —z) cosa0 .
Если проекция оси громкоговорителя совпа-
совпадает с осью х, то ф„ = 0 и выражения в пер-
303
вых скобах упрощаются: в первой и третьей
строчках будет х, во второй у. Если пол плос-
плоский, то z будет постоянным и равным z0. Если
есть подъем пола, то в конце его он обозна-
обозначается как z0, а иа первом ряду — как z3.
Для удобства автоматического счета кривая
подъема аппроксимируется экспоненциальной
кривой z = Ех5. Для получения S и Е надо
задать координаты одной из промежуточных
точек. Обычно задают ее вблизи точки начала
амфитеатра (на 1—2 м от этого начала в на-
направлении к концу амфитеатра). Точность ап-
аппроксимации очень хорошая, и для расчета
эта формула пригодна практически во всех
случаях. Если задать координаты этой точки
как х2 и z8, то
S = lg[(z0 — z3)/(z2— 2s)]/lg(xjx2);
?:=(zo-z3)/(xo)S.
Для избежания неопределенности типа
0/0 следует выибирать г3 < г0 и z2 > z3.
Координаты х и у для каждого громкого-
громкоговорителя определяются взаимным расположе-
расположением громкоговорителей, т. е. в зависимости
от того, какая система озвучения применяется.
Ниже приводятся программы для следую-
следующих случаев: 1) одиночный громкоговоритель,
развернутый в сторону от оси улицы; 2) це-
цепочка таких громкоговорителей, расположен-
расположенных вдоль улицы; 3) два громкоговорителя,
расположенные на сцене и озвучивающие пло-
площадку трапецеидальной формы; 4) несколько
громкоговорителей, озвучивающие площадку
секторной формы (стадион); 5) встречная ра-
работа громкоговорителей при озвучении плат-
платформ и улиц; 6) одиночная цепочка громкого-
громкоговорителей для звукофикации широких и
длинных объектов; 7) двойная цепочка гром-
громкоговорителей для звукофикации улиц и
8) система громкоговорителей, создающих бе-
бегущую волну, для звукофикации длинных объ-
объектов .
Очень часто требуется определить неравно-
неравномерность озвучения, для чего надо найти мак-
максимальное я мнинимальное значение уровней
поля. Когда этих уровней более 20, то необ-
необходимо затратить некоторое время на их поис-
поиски. Поэтому разработана подпрограмма авто-
автоматического определения неравномерности
озвучения в процессе расчета уровней звуко-
врго поля (см. ниже). Эту подпрограмму вртав-
ляют (через GOSUB 400) в основную про-
программу между операторами PRINTL и
NEXT N. Оператору GOSUB надо присвоить
промежуточный адрес. Кроме того, после
оператора NEXT М следует вставить (через
промежуточный адрес) L0 = L4 — L3:
PRINT «L0 = »; а после оператора
DIM включить строку исходных уровней ..,
L3 = INT B00 * LOG (P1/R 0 )/LOG A0 +
+ 940 • 5)/10 : L4 = L3.
Подпрограмма
определения неравномерности озвучения
400Ll=;L3—L
410 IFL1 < 0 THEN GOTO 440
420L3 = L3—0.1
430 GOTO 400
440L2 = L4—L
450 IF L2 > 0 THE N GOTO 480
470 GOTO 440
480 RETURN
В конце таблицы уровней получим ответ
L0 = (Л1, УУ)дБ
После составления программ была пред-
предложена более упрощенная подпрограмма для
определения неравномерности озвучения. Для
этого варианта перед переходом на подпро-
подпрограмму следует заменить L3 и L4 на числовые
значения: L3 = 120 и L4 ~ 40. Сама под-
подпрограмма имеет вид:
400 IF L (М, N) < = L3 THEN LET L3=
= L(M, N)
440 IF L(M, N)> = L4THEN LET L4=
= =L(M, N)
480 RETURN
Замените в программах 12.4, 12.8; 12.17;
12.21; 12.24; 12.32, 12.39; 12.43.
Расчетные формулы для определения нали-
наличия эха. Определение наличия эха проводит-
проводится только для зональных систем, так как в рас-
распределенных системах эхо сглаживается из-за
действия многих источников звука, а в со-
сосредоточенных системах оно может быть толь-
только вследствие отражения звуковых волн от
различных препятствий. Но этот случай сво-
сводится к зональной системе, поскольку при
отражении звуковых волн от различного рода
препятствий появляется мнимый источник
звука от препятствия (если оно имеет разме-
размеры, значительно превышающие длины отра-
отражаемых звуковых волн). В таком случае (для
расчета эха) сосредоточенную систему можно
рассматривать как зональную с расстоянием
между источниками звука, равным удвоенно-
удвоенному расстоянию от действительного источника
до препятствия.
Как следует из общего положения, в зо-
зональной системе учитывают только взаимо-
взаимодействие соседних источников звука, посколь-
поскольку действие остальных источников считается
пренебрежима малым.
Рассмотрим следующие случаи образова-
образования эха в зональных системах: 1) при встреч-
встречной работе двух громкоговорителей, 2) при
работе прямолинейной зональной системы,
когда оси излучателей перпендикулярны линии
цепочки и 3) такой же системы, но когда оси
излучателей наклонены к линии цепочки.
Для пространственных зональных систем эхо
определяется очень просто (см. разд. 8.3).
Для всех упомянутых систем разность
ходя прямого и запаздывающего звуков оп-
определяется из формулы
304
где индекс 2 относится^ к запаздывающему
звуку, а 1 — к прямому. Обычно координата
z считается постоянной величиной (z = 1
или г = 1,5 м). Для встречной работы (и от-
отражения от препятствия) координата у оди-
одинаковая для прямого и запаздывающего зву-
звуков, а х2 = Ь — xlt где Ь — расстояние меж-
между излучателями.
Во втором случае считаем ось у направ-
направленной по линии цепочки, поэтому координа-
координата х будет для всех излучателей одинаковой,
а координата у (если считать, что мешают толь-
только два соседних громкоговорителя) для одного
будет d + у, а для другого d — у, где d —
расстояние между громкоговорителями (шаг
цепочки). Чтобы не усложнять расчеты, пола-
полагаем, что оба мешающих громкоговорителя
находятся от слушателя на одинаковом рас-
расстоянии по координате у = d и соответствен-
соответственно создают одинаковые уровни запаздываю-
запаздывающего звука. Поэтому суммарный уровень
запаздывающего звука увеличится на 3 дБ
по сравнению с одним мешающим громкого-
громкоговорителем. На самом деле ближайший гром-
громкоговоритель будет создавать больший уро-
уровень, чем удаленный, но разность хода пря-
прямого и запаздывающего звуков для ближайшего
громкоговорителя будет меньше, чем для
удаленного. Это и дает право считать их
равномешающими. '
В третьем случае ось х направляют по ли-
линии цепочки, поэтому все у будут одинаковыми,
а ,х2 = хх -f d.
Разность уровней прямого и запаздываю-
запаздывающего звуков определяют для звуковых коло-
колонок из формулы
AL=\O\g(plfpl) =
= 10 lg
где и, v и w определяются по координа-там х,
у и (zr — z), для рупорных громкоговорите-
громкоговорителей
-10 lg
Сопоставляя разности хода и разности уровней
из рис. 2.21, можно найти, будет ли эхо неза-
незаметным, слышимым, заметным или мешаю-
мешающим (зоны 0 — IV). В соответствующие про-
программы расчета вводятся эти аппроксимирую-
аппроксимирующие формулы.
Обычно для речевых передач определяют
только перепад уровней прямого и запазды-
запаздывающего звуков, требуемый для того, чтобы
эхо не снижало разборчивости речи. Соответ-
Соответствующие значения его ALTp = / (Дг) при-
приведены на рис. 10.3, а числовые — в
табл. 12.1. Расчетная формула для него имеет
вид
38.
Таблица 12.1. Перепад уровней прямого
и запаздывающего звука в зависимости
от их разности хода
Дг, м
. дБ
Дг, м
, дБ
Дг, м
-, дБ
а) отсутствие мешающего эха
20
40
60
80
100
120
—3,3
4,7
9,4
12,8
15,3
18,4
140
160
180
200
220
240
19,2
20,8
22,0
23,4
24,5
25,5
260
280
300
320
340
26,4
27,3
28,1
28,8
29,5
20
40
60
80
100
120
б)
2,5
13
13,2
23,6
27
29,7
при незаметности эха
140
160
180
200
220
240
32,1
34,1
35,9
37,5
38,9
40,3
260
280
300
320
340
41,5
42,6
43,6
44,6
45,6
Для музыкальных передач рекомендуется
ориентироваться на заметность эха. В этом
случае требуемый перепад уровней
ALTP = 351g Дг—43.
Определив фактический перепад уровней,
вычитают его из требуемого. Отрицательное
значение этой разницы показывает, на сколько
можно уменьшить фактический перепад уров-
уровней прямого и запаздывающего звуков.
Примечание к программам на микрокаль-
микрокалькуляторе МК-54. Для ввода данных в память
калькулятора, как правило, принято следую-
следующее распределение ее. Звуковое давление гром-
громкоговорителя на расстоянии 1 м от центра pt
вводится в хПО, текущие координаты х, у,
z соответственно вводятся в хП4, хП5, хП6,
высота подвеса громкоговорителя zr — в
хП7, эксцентриситет в вертикальной плоскос-
плоскости ев — в хП8, а в горизонтальной еГ — в
хП9, координата точки упора оси громкого-
громкоговорителя в озвучиваемую поверхность по
оси хх0 — в хП1, координата упора той же
оси по оси уу0 — в хП2 (только для громко-
громкоговорителей, оси которых развернуты по от-
отношению к оси объекта), координата точки
упора по оси z z0 — в хП6, расстояние между
громкоговорителями в цепочке d—в хПд, рас-
расстояние между громкоговорителями по длине
Ь — в хП2, если она свободна. Вывод данных:
квадрат звукового давления ра — в Пха,
уровень (дБ) L — в Пхс, координата по оси
громкоговорителя в Пхв. Остальные данные
помещаются в свободные ячейки памяти. Во
всех случаях расчета принято, что высота озву-
озвучиваемой поверхности на первом ряду zB рав-
равна 1 м для сидящих слушателей и 1,5 м —
для стоящих. Обозначение шагов микрокаль-
микрокалькулятора приведено в начале справочника.
Примечание к программам на языке Бей-
Бейсик. Почти все обозначения для этого языка
305
взяты те же, что и для программы на микро-
микрокалькуляторе МК-54, но с заменой строчных
букв прописными и с выносом цифровых ин-
индексов в строку. Например, Ь1 заменяется
В1. Исключение составляют следующие обозна-
обозначения: ев = Е1, ег = Е2, ра = Р2, zr =
= Z1, а0 "= А0, ф = F, ф0 = F0.
Все программы начинаются с ввода чис-
числовых данных озвучиваемого объекта и гром-
громкоговорителей, но если надо вывести их на пе-
печать с результатами расчета, то первой стро-
строкой будет название программы с командой
NEW и нумерованной строкой, например:
10 OPEN «LP» FOR OUTPUT AS FILE # 12.
Следующей строкой идет оператор DATA
с числовыми данными и за ней — оператор
READ с буквенным обозначением этих данных
(координаты Х0, У0, Z, Zl, Z0; Z2, Z3, Х2, а
также расстояние D между громкоговорителя-
громкоговорителями) и данные громкоговорителей: эксцентри-
эксцентриситеты ?1 и ?2, звуковое давление на рас-
расстоянии 1 м от громкоговорителя Р\ и иногда
число громкоговорителей К1.
Далее идет строка, например DIML E, 4), с
размерностью точек, для которых надо рас-
рассчитать уровни. Во всех программах первое
число соответствует числу строк в таблице
уровней, т. е. числу линий, параллельных од-
одной из горизонтальных осей {х или у). Второе
число соответствует числу столбцов таблицы
уровней, т. е. числу линий, перпендикулярных
первым линиям. Число столбцов обычно огра-
ограничено тем, что ДВК имеет 5 зон, и поэтому
оно не превышает 5. Число строк может быть
любым, но обычно его берут не более 5—6, так
как брать больше 30 точек расчета нет смыс-
смысла — изменение уровней обычно не столь ве-
велико, чтобы брать много точек.
В следующих строках даются разные заме-
замены: ряд разностей величии, используемых
несколько раз; замена часто используемого
множителя 10 через С и слагаемого 10 х
X 94 + 0,5 = 940,5 через Р. После этих за-
замен идут строки с определением углов накло-
наклона АО и F0. Затем идет строка с приближенным
определением уровня L3 в удаленной точке,
что необходимо для автоматического определе-
определения неравномерности озвучения. Этот уровень
находят для одного громкоговорителя на рас-
расстоянии "]/Х02 + КО2 от него. Округление
с точностью до 0,1 дБ. Для этого использован
оператор INT с множителем 10 и добавкой
0,5 для округления до ближайшего значения
десятых. Так как в ряде компьютеров нет
десятичного логарифма, то введен делитель
LOG10 = LOGC. Для вычисления уровня
есть слагаемое 94, которое, умноженное на 10 с
добавкой 0,5, дает 940,5— Р. Для определения
неравномерности надо иметь два исходных
значения, поэтому введено второе значение
L4, равное L3.
По другому варианту подпрограммы
L3=120 и L4=40.
Далее идет переход на подпрограмму, пред-
предназначенную для печатания головки таблицы
(под адресами 500—550). Затем дается нуме-
нумерация строк таблицы, обозначаемая буквой
М, и за ней координата, соответствующая ли-
линиям по М. Эта координата округляется с точ-
точностью до 0,1 м и после нее ставится точка
с запятой, чтобы не занимать основные 5 зон,
предназначенных для уровней. За ней сле-
следует оператор PRINT для вывода на экран
или печать значения этой координаты. Если
надо чтобы данные были выведены на печать,
то после оператора PRINT надо дать знак
файла фЬ и номер его (он тот же самый, что
и в первой строке программы).
Далее идет строка с нумерацией столб-
столбцов и координатной линией по N. Если гром-
громкоговорителей больше одного, то вводится
подпрограмма для определения координат U,
V и W, за которым следует определение сум-
суммарного квадрата давления р2 от всех гром-
громкоговорителей. Заметим, что для суммирова-
суммирования квадратов давления в каждой точке перед
определением координат надо обнулить на-
находящееся в памяти машины значение суммар-
суммарного давления для предыдущей точки, для
чего введена строка Р2 = 0, а для суммирова-
суммирования его в формулу квадратов давлений вводят
значение Р2 от предыдущего громкоговори-
громкоговорителя.
По суммарной величине квадрата звукового
давления находят уровень с точностью до
0,1 дБ, как и в предыдущем случае при опре-
определении приближенного значения уровня зву-
звукового поля. Значение уровня выводится на
экран дисплея или на печать, как и значения
координат, т. е. с файлом #N. После значе-
значения уровня ставят запятую, чтобы распола-
располагать значения уровней в соответствующих зо-
зонах.
Затем следует переход на подпрограмму
для определения неравномерности озвучения
(адреса 400—480). Суть этих операций заклю-
заключается в уравнении L3 и L4 с уровнями зву-
звукового поля путем приближения их через
0,1 дБ, после окончания расчета L3 будет
равно наименьшему значению уровня, а
L4 —наибольшему. Разность их дает не-
неравномерность озвучения с точностью 0,1 дБ.
Это значение выводится на дисплей или на
печать внизу таблицы уровней. После их
операций следует закрыть канал печати
CLOSE #N и дать команду STOP или END.
Заметим, что большинство программ со-
составлено для определения уровней от зву-
звуковых колонок, кроме случаев цепочки гром-
громкоговорителей с развернутыми осями и соз-
создающих «бегущую» волну. Они отличаются
одной строкой расчета суммарного квадрата
звуковых давлений соответственно исходным
формулам, приведенным в начале раздела
(см. строку с адресом 300 в табл. 12.8, а и б,
в первой приведена программа для рупор-
рупорного громкоговорителя, а во второй — для
звуковых колонок).
В программах расчета эха начало их мало
отличается от основных программ. Только
исключаются данные о звуковом давлении
громкоговорителя, так как оно нейтрализу-
нейтрализуется (считают, что все громкоговорители
306
Таблица 12.2. Программа расчета звукового поля на микрокалькуляторе МК-54
для одного громкоговорителя, повернутого иа угол <р к оси площадки
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
Пх2
Пх1
атг
хПс
син
Пх5
X
Пхс
кос
Пх4
X
4
хПЗ|
Пх7
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Пхб
хПд
Пх1
X2
Пх2
X2
4
У~
атг
хПв
син
ПхЗ
X
30 Пхд
31 Пхв
32 кос
33 X
34 —
35 х*
36 1
37 Пх8
38 х2
39 —
40 :
41 ПхЗ
42 Пхв
43 кос
44 X
45 Пхд
46 Пхв
47 син
48 X
49 +
50 хПв
51 х2
52 -L
53 Пх5
54 Пхс
55 Кос
56 X
57 Пхс
58 син
59 Пх4
60 X
61 —
62 х2
63 1
64 Пх9
65 х2
66 -
67 :
68 +
69 ПхО
70 х2*)
71 :
72 1/х
73 хПа
74 лг
75 1
76 О
77 X
78 9
79 4
80 4
81 хПс
82 с/п
Ввод:
х
г
Pi
Вывод:
Пха
хП1
хП4
хП6
хП8
хПО
Уо
У
zr
Пхс
хП2
хП5
хП7
хП9
ДБ
* Для рупорных громкоговори-
громкоговорителей между -адресами 69 и
70 надо" вставить Пхв и X и
поменять местами х2 и :.
одинаковы). Для каждой расчетной точки
определяют расстояние от двух соседних
громкоговорителей (R1 и R2). Для каждого
громкоговорителя находят квадрат звуко-
звукового давления, создаваемый в каждой точке
(РЗ и Р4)*. По отношению расстояний нахо-
находят допустимую разность уровней L2, а по
соотношению квадратов давлений — факти-
фактическую разность уровней L3. Разность этих
уровней дает запас по уровню в отношении
эха (соответствует отрицательному значению
разности). Таковы общие данные о содержа-
содержании программ, ряд особенностей программы
для частных случаев будет дан позднее при
рассмотрении этих случаев. Все программы
по возможности унифицированы, но с целью
сокращения длины строк (по условиям пе-
печатания программ каждая строка должна не
иметь больше 45 знаков) ряд операций поме-
помещен в одну строку с разделом их двоеточием
(в ДВК обычно используют наклонную черту
N,). Все программы имеют примеры для тех чис-
числовых данных, которые помещены с опера-
оператором DATA. Рекомендуется, прежде чем рас-
рассчитывать уровни для своих данных, провес-
провести счете данными, приведенными в программе,
и сравнить полученные результаты с приве-
приведенными в наших таблицах, только после это-
этого заменить наши числовые данные своими и
проводить расчет уровней для своего примера.
Заметим, что для рупорных громкоговори-
громкоговорителей уровень под ними всегда очень мал, и
поэтому неравномерность озвучения получа-
получается большой. Поэтому рекомендуется рассчи-
рассчитывать уровни для линии N с номерами не от
1, а от 2.
В приведенных программах используется
оператор LET. В ДВК он опускается.
Рассмотрим конкретные случаи системы
озвучения.
1. Одиночный громкоговоритель, располо-
расположенный под углом ф — arctg (yo/xo) к оси
площадки (рис. 12.1). В этом случае коорди-
координата х представляет собой расстояние по го-
горизонтали от точки под громкоговорителем
в направлении вперед от него до данной точки,
а координата у — отклонение от оси х. Для
расчета обычно берут три-пять значений х
от х = 0 до х0 и три-пять значений у от у = 0
до у = Ь/2, где Ь — ширина площадки.
Пример расчета на МК-54 по программе,
приведенной в табл. 12.2.
Задано: озвучить площадку длиной 20 м
и шириной 6 м. Громкоговоритель расположен
в углу площадки под углом к ее оси. Площадка
не имеет подъема, слушатели стоят. Соответ-
Соответственно этому имеем исходные данные: х0 =
= 20, у0 = 3, г0 = z = 1,5.
Выбираем рупорный громкоговоритель с
высотой подвеса гг = 8 м, его направленность
*Для упрощения расчета вместо квадра-
квадратов давлений берут обратные величины и
сокращают величины Р1.
в хо и
Рис. 12.1. Положение одиночного громкогово-
громкоговорителя для озвучения
307
Рис. 12.2. Расположение цепочки громкоговорителей вдоль улицы
характеризуется эксцентриситетами ев — 0,95
и ег = 0,77. Максимальное звуковое давление
на расстоянии 1 м по оси рх = 10 Па. Точки
расчета берем по оси х: 0, 5, 10, 15 и 20 м, а
по оси у: 0,3 и 6 м. Результаты расчета приве-
приведены в табл. 12.3.
Таблица 12.3. Уровни звукового поля
X, М
0
5
10
15
20
0
68
81,9
87,6
88,6
87,2
L, дБ, для у, м
3
69,5
82
87,9
88,9
87,5
6
69,9
81,4
86,4
87,9
86,9
Примечание. Если исключить зону под гром-
громкоговорителем (х<5), то иеравнрменрость озвучения
равна 88,9—81,4=7,5 дБ.
Пример расчета на ДВК по программе,
приведенной в табл.. 12.4, по данным, ука-
указанным на самой программе для звуковой ко-
колонки.
Расчетные данные уровней приведены в
табл. 12.5.
2. Цепочка громкоговорителей, располо-
расположенных по длине улицы (оси громкоговори-
громкоговорителей развернуты по отношению к оси ули-
улицы на угол ф0).
Пример расчета уровней звукового поля
на микрокалькуляторе МК-54 по программе,
приведенной в табл. 12.6.
Исходные данные, за исключением ев и
ег, те же, что и для одиночного громкоговори-
громкоговорителя (jc0 = 20, у0 = 3, г == 1,5, zr = 8, ев =
=-- 0,995, ег ~ 0,95, рх — 10 Па). Расстояние
между громкоговорителями (звуковыми ко-
колонками) а = 20 м (рис. 12.2). ,В расчете
учитывается взаимоде ствие только двух гром-
громкоговорителей, так как действие остальных
к полезному уровню ничего не добавляет, а
может быть только помехой в виде эха. Ре-
Результаты расчета сведены в табл. 12.7.
Пример расчета на ДВК по программе,
приведенной в табл. 12.8, а и б, там же при-
приведены исходные данные в DATA, Z = Z0 =
= Z3. В расчете учитывается только два гром-
Таблица 12.4. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для одиночного громкоговорителя,
расположенного под углом к оси обеъкта
10 REM "NAME ODIN"
20 ВАТЛ*20,3,1.3 о .93 o.lO
30 READ XO,YO,2,Z1,E1,E2,P1
40 ©IH L(9,3)s LET OlOs LET P-94O.3
43 LET R-SQR <XO*XO+YO*YO>
30 LET L3-INT B00»LN (Pl/R)/LN OP) /C
&O LET L4»L3i OO SUB 500
90 LET Z4-Z1-Z» LET AO-ATN <Z4/R)
100 LET FO-ATN (YO/XO)
iltO FOR M-l TO S
.120 LET X-X0*(M-l)/4
TOO LET Xl-INT (C»X*.3)/Ct PRINT XI;
140 FOR N-l TO 5
ISO LET Y-Y0»(N-t)/2
«160 LET X3-X»C0S FO*Y*SIN FO
[163 LET U-X3»C0S AO+Z4»SIN АО
470 LET V»Y»COS FO-X»S1N FO
180 LET WX3»SIN AO-Z4»COS АО
,190 LET Q1-U*U
200 LET Q2-V»V/tl-E2»E2)
210 LET D3-W*W/A-E1*E1)
220 LET ,P2-Pl»Pl/@1*02-»-Q3)
230 LET L"INT A00»LN P2/LN C*P)/C
230 PRINT L,s SO SUB 400
2*0 NEXT N
270 NEXT M
280 LET LO-INT ,(C»(L4-L3-0.1))/C
290 PRINT "LO«"|LOi GO TO 790
400 LET L1-L3-L
4lO IF LK0 THEN GO TO 440
420 LET L3-L3-.lt BO TO 400
440 LET L2-L4-L
43О IF L2>0 THEN 60 TO 480
460 LTI L4»L4+.li SO TO 440
480 RETURN
500 PRINT ""."L.dB PRI Y,»»
320 PRINT "X,m"
530 FOR N-l TO 5
333 LET Y-Y0»<N-l»/2
340 LET Yl-INT <C»Y*.5)/Ct PRINT Yl,
360 NEXT N
980 RETURN
790 STOP
V
Приме чание. Z~
308
Таблица 12.5. Уровни звукового поля
X, M
0
5
10
15
20
0
88
89,
90,
89
87,
7
1
2
1.5
88
89,7
90,3
89,3
87,4
дБ, для у,
3
87,7
89,4
90,1
89,2
87,5
м
4, 5
87,2
88,8
89,5
88,8
87,3
6
86,6
88
88,7
88,2
86,9
Неравномерность озвучения равна 90,3—86,6=3,7 дБ.
коговорителя. Расчетные данные приведены
в табл. 12.9.
Заметим, что эти программы используют
только при расстояниях между громкоговори-
громкоговорителями не менее 20 и не более 40 м. Для рас-
расстояний менее 20 м надо пользоваться расче-
расчетом для распределенной системы, т. е. учиты-
учитывать действие всех громкоговорителей цепоч-
цепочки, а при расстояниях более 40 м учитыва-
учитывается действие только одного громкоговори-
громкоговорителя, так как все другие будут только ме-
мешающими.
Рассчитаем для данного случая возмож-
возможность появления эха. Программа расчета на
Таблица
X, М
0 ,
10
20
12.7.
0
87,4
85,4
87,2
Уровни звукового
L {M, N), дБ. для у.
3
87,9
85,6
87,^
поля
м:
6
87,1
85,3
86,9
Неравномерность L0=2,6 дБ.
Таблица 12.8а. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для цепочки звуковых колонок, оси которых
развернуты под углом к оси объекта
iO REH NAME CEPOCH RAZ
20 DATA 20,3,1.3,6,20,.983,.93,10
30 READ XO,YO,Z,Z1,D,E1,E2,P1
40 LET t>10s LET P-940.3» DIM LC,3)
43 LET R-SQR <XO«XO+YO«YO>
30 LET L3-INT B00»LN (P1/R)/LN C+P)/C
60 LET L4-L3: LET Z4"!Z1-Z
80 LET AO-ATN (Z4/R)
90 LET FO'ATN (YO/XO): SO SUB 300
100 FOR M"i TO 3
110 LET Y-YO#(M-1)
120 LET Yl-INT (C#Y+.3)/Ci PRINT Yl|
130 FOR N-l TO 3
140 LET X-D*(N-l)/4: LET P2-0
160 GO SUB 240
170 LET X-X+D: 60 SUB 240
190 LET L»INT (IOO»LN P2/LN OP) /C
200 PRINT L,i SO SUB 400
210 NEXT N
220 NEXT M
230 LET LO-INT (O(L4-L3t0. 1) ) /C
233 PRINT "L0-"}L0} 60 TO 690
240 LET X3-X*C09 FO+Y»SIN FO
243 LET U-X3*C0S A0+Z4»SIN «0
230 LET V-Y»CO9 FO-X*SIN FO
260 LET WX3»SIN AO-Z4*COS АО
270 LET Q1-U*U
280 LET Q2»V»V/A-E2»E2>
290 LET Q3«W»W/U-E1#E1)
300 LET P2"P2+Pl#Pl/<Ql-»-Q2-KJ3)
310 RETURN
400 LET L1-L3-L
410 IF LKO THEN 60 TO 440
420 LET L34.3-.Is 60 TO 400
440 LET L2-L4-L
430 IF L2>0 THEN GO TO 480
460 LET L4=L4+.i: SO TO 440
480 RETURN
300 PRINT ••"," ","L,dB PRI X.dB"
320 PRINT "Y,m"
330 FOR N=1 TO 3
340 LET X=D*(N-l)/4
343 LET X=INT (C»X+.5)/Ct PRINT X,
330 NEXT N '
360 RETURN
690 STOP
Примечание. Z = Z0=Z3.
Таблица 12.6. Программа расчета звукового поля на МК-54 для цепочки
громкоговорителей, осн которых развернуты на угол <р к оси объекта
00 Пх2
01 Пх1
02 :
03 атг
04 хПс
05 ПП
06 26
07 хПа
08 Пх4
09 Пхд
10 +
11 хП4
12 ПП
13 26
14 Пха
15 +
16 хПа
17 лг
18 1
19 0
20 X
21 9
22 4
23 +
24 хПс
25 с/п
26 Пхс
27 син
28 Пхб
29 X
30 Пхс
31 кос
32 Пх4
33 X
34 +
35 хПЗ
36 Пх7
37 Пхб
38 —
39 Пх1
40 х2
41 Пх2
42 х2
43 +
44 у-
45 :
46 атг
47 хПв
48 син
49 ПхЗ
50 X
51 Эх7
52 Пхб
53 —
54 Пхв
55 кос
56 X
57 —
58 х2
59 Пх8
60 :
61 ПхЗ
62 Пхв
63 кос
64 X
80 син
81 Пх4
82 X
83
84
Ввод:
Ч
х
— Z
65 Пх7 85 Пх9
хП1
хП4
хП6
Pi хПО
Уо
у
zr
d
хП2
хП5
хП7
хПд
хП8
66 пХ6
67 —
68 Пхв
69 син
70 X
71 +
72 хПв
73 х2
74 +
75 Пхб
76 Пхс
77 кос
78 X
79 Пхс
86 :
87 +
88 ПхО
89 х2*)
90 :
91 1/х
92 в/о
хП9
Вывод:
Пха
Пхс
ДБ
*> Для рупорных громкого-
громкоговорителей между адреса-
адресами 89 и 90 надо вставить
Пхв и X и поменять ме-
местами х2 и :.
В каждом счете х наби-
набирать заново!
309
Таблица 12.86. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для цепочки рупорных громкоговорителей,
оси которых развернуты под углом
к оси объекта
10 REM NAME CEPOCH RAZ.F
го data го.зл-з.ь.го,.1
S, 10
30 READ XO,YO,Z,Z1,D,E1,E2,P1
40 LET C=10: LET P-940.5: DIM LC,3)
45 LET R-SQR <XO»XO+YO»YO>
50 LET L3=INT B00#LN (P1/R)/LN C+P)/C
60 LET L4=L3: LET Z4=Z1-Z
BO LET AO»ATN (Z4/R)
90 LET FO=ATN (YO/XO): 60 SUB 500
100 FOR M»l TO 5
110 LET Y=Y0#(M-l)/2
120 LET Y1=INT (C#Y+.5)/C: PRINT Yl;
130 FOR N«2 TO 5
140 LET X=D#(N-t)/4: LET P2=0
160 GO SUB 240
170 LET X-X+D: GO SUB 240
190 LET L=INT A00*LN P2/LN C*P)/C
200 PRINT L,i 60 SUB 400
210 NEXT N
220 NEXT M
230 LET LO-INT <C»(L4-L3-0.1))/C
235 PRINT "LO=";LO: GO TO 690
240 LET X3=X*C0S FO*Y»SIN FO
245 LET U=X3*C0S A0+Z4#SIN АО
250 LET V=Y»COS FO-X»SIN FO
260 LET W=X3»SIN A0-Z4»COS АО
270 LET Q1-U»U
280 LET 02=V*V/<l-E2»E2>
290 LET Q3=W*W/A-E1#E1)
300 LET P2=P2+(Pl»U/(Ql+Q2+a3))Ai
310 RETURN
400 LET L1=L3-L
410 IF LK0 THEN SO TO 440
420 LET L3=L3-.t: GO TO 400
440 LET L2=L4-L
450 IF L2>0 THEN SO TO 480
460 LET L4=L4+.l: GO TO 440
480 RETURN
500 PRINT ""," ","L,dB PRI X.dB-
320 PRINT "Y,m"
530 FOR N=«2 TO 5
340 LET X=D*(N-l)/4
343 LET X»INT (C#X+.S)/C: PRINT X,
330 NEXT N
560 RETURN
690 STOP
Примечание. Z — ZQ5—Z3.
Та
и.
бли
м
ца
0
12.9.
L
Уровни
(М, N),
5
звукового
дБ, для х.
10 15
ПОЛЯ
м
20
а) для звуковых колонок
О
5
10
15
20
88,9
89,4
87,1
84,2
81,7
88,2
89,3
87
84,4
82
89,4
89,8
87,1
84,4
82,1
88,5
89,7
87
84,3
82,1
86,8
88,2
86,5
84,1
82
неравномерность L0=8,l дБ
б) для рупорных громкоговорителей
У,
0
2,
5
7,
10
м
5
5
5
82,9
84,9
85,7
85,2
83,6
L (M, N), дБ, для х, м
10
85
87,2
86,8
85,2
83,5
15 \
85,9
88,7
88,9
86,8
84,3
20
84,6
87,1
88
86,9
84,8
неравномерность
^=6 дБ
МК-54 дана в табл. 12.10, а на ДВ К — в
табл. 12.12.
Данные расчета: дс0 = 20, у0 — 3, z = 1,5,
zr =8, ев — 0,995, еГ = 0,95, d = 40; х =
= 10, 20, у = 0,3 и 6.
Расчетные данные для разности хода зву-
звуковых волн и разности уровней приведены
в табл. 12.11, а.
Согласно табл. 12.1 и рис. 8.3 эхо почти во
всех точках не будет мешающим.
Определим запас по уровню в отсутствие
мешающего эха (для звуковых колонок). Зна-
Значения запаса (в децибелах) приведены в
табл. 12.11,6.
Если для звуковых колонок уменьшить вы-
высоту подвеса до 5 м, то помехи не будет и под
самими колонками (вместо 1,3 будет —
1,2 ДБ).
Таблица 12.10. Программа расчета эха для цепочки громкоговорителей
по длине объекта с развернутыми осями в сторону от оси объекта
а) Определение разности хода звуковых волн Аг от двух соседних
громкоговорителей и допустимой разности уровней на пороге мешания
00
01
02
03
04
05
Пх7
Пхб
X2
Пх5
X2
Ввод:
X
z
06
07
08
09
10
11
хП4
хП6
В
Пхд
Пх4
[.
х'8
d
у
Zr
12
13
14
15
16
17
хПд
хП5
хП7
-)-
У~
х —у
Пх4
X2
+
18
19
20
21
22
23
Вывод
У
хПЗ
лг
8
0
V
ПхЗ
24
25
26
27
28
29
X
3
3
8
30
31
хПО
с/п
Лг ПхО AL
310
в) Определение запаса в превышении допустимого уровня мешания
ft
Oj
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
xo
X
?r
Пх2
Пх1
атг
хПс
ПП
26
хПа
Пх4
Пхд
хП4
ПП
26
Пха
лг
1
0
X
хП1
хП4
хП7
20
2.1
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
хПс
ПхО
—
/ /
хПс
с/п
Пхс
син
Пхб
X
Пхс
кос
Пх4
X
_f_
в
Пх7
Пхб
—
Пх1
Ввод: ALm
Уо
У
ев
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
X2
Пх2
X2
у-
атг
хПв
син
X
Пх7
Пхб
—
Пхв
кос
X
X2
1
Пх8
хПО d
хП2 Аг
хП5 z
хП8 ег
60
61
62
63
64
65
66
67
68-
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
хПд
хПЗ
хП6
хП9
X2
—
х — у
Пхв
кос
X
Пх7
Пхб
—
Пхв
син
X
_|_
хПв
X2
-f_
Пх5
Пхс
кос
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
Вывод:
* Для ру
следует
93 хПв
96 в/о
X
Пхс
син
Пх4
X
—
X2
1
Пх9
X2
в/о
Пхс
порн
зам<
9
95 х2
Примечание. Обычно xo = d. В каждом счете следует вводить х заново, Аг и ALM вводят
из предыдущей программы.
Таблица
У. м
0
3
6
12.11а. Данные расчета
0
1,3
1,1
0,6
Д/-з, дБ. для х, м
10
—5,60
—5,9
—5.8
20
—11
— 11,6
—10.9
Таблица 12.11 б. Данные расчета
У. м
0
3
6
для х, м
0
2,85/34,02
2,66/33.48
2,18/32,12
10
4,28/38,49
4,19/38,21
3,95/37.43
20
4,52/39,32
4,48/39,14
4,36/38,75
Примечание. В числителе разность уровней
(дБ), в знаменателе — разность хода (м).
Пример расчета эха на ДВК-2 для тех же
данных, что и для МК-54.
Данные выписаны на самой программе
(см. табл. 12.12). Результаты расчета приве-
приведены в табл. 12.13.
Для звуковых колонок мешающее эхо бу-
будет только под колонками, но очень малое.
Если взять меньшую направленность в вер-
вертикальной плоскости, то его не будет (взя-
(взята очень большая направленность Е1 =
= 0,995, а обычно Е1 = 0,985).
Для .рупорных мешающее эхо есть только
под громкоговорителями и большое, что
объясняется неточностью приближения для
углов излучения близких к 90°. На самом деле
это приближение будет действительно только
на высоких частотах, а на низких будет бубне-
бубнение из-за излучения низких частот под углом
90°.
3. Два громкоговорителя, озвучивающие
площадку трапецеидальной формы. В этом
случае громкоговорители располагают над
рампой сцены по краям последней (см.
рис. 12.3). Рекомендуемое расстояние между
громкоговорителями составляет 0,6 ширины
партера у сцены. Оси громкоговорителей раз-
развертывают так, чтобы соблюдалось соотноше-
соотношение bjbl = djdx, где b0—ширина последнего
ряда; 6t — ширина первого; 2dt — расстояние
между громкоговорителями; 2d0 — расстоя-
311
йие между концами осей громкоговорителей.
При таком условии координата у0 = (d0 —/di).
Удобнее располагать ось х по оси площадки,
ось у по рампе сцены, тогда ординаты для
одного громкоговорителя по отношению к ор-
ординатам для другого будут отличаться только
знаком «минус». По оси х берут пять точек на
равных расстояниях друг от друга; по оси у
берут точки только с одной стороны, так как
другая сторона симметрична первой. Точки
выбирают следующим обрлзом: первая берет-
берется на оси площадки, третья на проекции оси
громкоговорителя, вторая посередине между
первой и третьей точками, четвертая берется
на таком же интервале, как и между первыми
тремя. Такой интервал будет определяться
из выражения
Пример расчета на микрокалькуляторе
МК-54 уровней звукового поля для площадки
трапецеидальной формы.
Задано. Размеры площадки: длина х0 =
= 20 м, ширина у сцены Ьг = 10 м, ширина в
конце площадки Ьо = 20 м. Пол имеет подъем,
начиная с 15 м от сцены; в конце он на 3 м
выше, чем у сцены. Так как слушатели сидят,
то озвучиваемая поверхность у сцены г3 ~
= 1 м, а в конце площадки г0 — 4 м, на дс2 =
= 16 м от сцены г2 = 1,5 м.
Площадку озвучивают двумя громкогово-
громкоговорителями (звуковыми колонками). Звуковое
давление на расстоянии 1 м составляет 10 Па,
эксцентриситет ев = 0,995, ег — 0,95. Ко-
Озвичибаемая
N 1 поверхность
Таблица 12.12. Программа расчета эха
для цепочки громкоговорителей, осн которых
развернуты под углом к оси объекта
10 REM NAME СЕРОСН RAZ.RUP.BR», ,a
20 DATA 20,5,1.3,6,20,.985,.93,10
•30 READ XO,YO,Z,Z1,D,E1,E2,P1
40 LET O10: LET P=940.5: DIM LC,5)
43 LET R~SQR <XO«XO+YO»YO>
30 LET L3*INT <200»LN <P1/R)/LN C+P)/C
60 LET L4=L3: LET Z4-Z1-Z
80 LET A0*ATN (Z4/R)
90 LET FO-ATN (YO/XO): GO SUB 500
100 FOR M-l TO 3
110 LET Y-Y0*(M-l>/2
120 LET Yl«INT <C*Y+.3)/Ci PRINT Yl;
130 FOR N«2 TO 5
140 LET X-D*CN-l>/4: LET P2-0
160 BO SUB 240
170 LET X«X+Di GO SUB 240
190 LET L-INT A00#LN P2/LN ?>P)/C
200 PRINT L,i SO SUB 400
210 NEXT N
220 NEXT M
230 LET LO-INT (C«(L4-L3-0. 1))/C
233 PRINT "LO-"»LOi БО TO 690
240 LET X3-X»C0S FO+Y»SIN FO
243 LET U=X3*C0S A0+Z4*SIN АО
230 LET V»Y«COS FO-X«SIN FO
260 LET W=X3«SIN A0-Z4*COS АО
270 LET Q1»U*U
280 LET Q2»V»V/A-E2«E2)
290 LET Q3*W*W/A-E1*E1)
300 LET. P2=P2+(P1*U/CQ1+Q2+Q3J)Л2
310 RETURN
400 LET L1-L3-L
410 IF LKO THEN Б0 TO 440
420 LET L3«L3-.l: GO TO 400
440 LET L2*L4-L
430 IF L2>0 THEN SO TO 480 .
460 LET L4-L4+.1: 80 TO 440
480 RETURN
50© PRINT ""," ","L,dB PRI X,dB»
320 PRINT HY,m"
330 FQR N»2 TP 3
340 LET X«D*(N-l)/4
343 LET X-INT (C#X+.S)/C« PRINT X,
330 NEXT N
360 RETURN
690 STOP
Таблица 12.13. Результаты расчета
L\, дБ, для у, м
12
О
10
20
30
40
а)
1,3
—5,6
— 11,7
7
—4,1
для звуковых колонок
1,1
—5,9
— 11,7
-7,2
—4,1
0.6
—5,8
— 10,9
—7,1
—4,1
0,1 1
—5,3
-9,3
-6,6
—4
—0,5
—4,7
—7,8
—6
—3,8
б) для рупорных громкоговорителей
с высокой направленностью
(Е1=0,995)
Рис. 12.3. Расположение двух громкоговори-
громкоговорителей для озвучения площадки трапецеидаль-
трапецеидальной формы
0
10
20
30
40
25,8
—2,7
— 17,5
—11,6
—6,3
23,9
—3,5
-19
— 12
—7,1
22,2
—3,2
—17,4
—11,7
—7
20,6
—2,1
—14,1
— 10,8
-i—U, О
19,2
—0,9
—10,8
—У f О
—6,3
312
лонки размещают над сценой на высоте 8 м от
пола(гг=8м), расстояние между колонками
выбирают равным 0,6 ширины площадки у
сцены, т. е. 2d = 6 м.
Расчетные точки для уровней берем по
4 х 4 = 16. По длине берем х = 0; 10;
16; 20; по ширине вследствие симметрии берем
только для одной половины площадки на че-
четырех направлениях: по оси площадки (у —
— 0), по проекции оси колонки, посередине
между этими направлениями и сбоку на рав-
равномерном расстоянии. Координату у соответ-
соответственно этому определяем из выражения
т I у о
где т — номер направления (от 0 до &).
Координату у0 (отклонение оси от линии,
параллельной оси площадки) находим из
равенства
(при этом распределение уровней поля будет
более равномерное).
Координату г определяем из уравнения
z = E-As.
Все эти соотношения выражены в програм-
программах табл. 12.14а и б. Результаты расчета ко-
координат приведены в табл. 12.15.
Таблица 12.14. Программа расчета звукового поля на МК-54
для площадки трапецеидальной формы
а)
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
•Л
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Определение координат ц0 и
Пх7
Пх8
Пхд
X
Пхд
хП2
ПхЗ
Пхв
—
хПс
Пха
Пхв
—
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
лг
Пх1
Пхо
лг
Пх1
хУ
Пхс
1/х
V XT'
Пх4
хУ
30
31
32
33
34
35
36
РВ
37
38
39
—
г
х —У
*
X
Пхв
хП6
с/п
X
с/п
хП4
БП
Х)8
Расчет уровней звукового поля
Пх2
Пх1
:,
атг
хПс
ПП
25
хПа
Пх5
/ — /
хП5
ПП
25
Пха
_[_
хПа
лг
1
0
X
Ввод:
х0
X
zr
A-
(I-
ХП1
хП4
хП7
~ев)
-ег2)
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
Pi
Уо
У
9
4
-|-
хПс
с/п
Пхб
Пхд
Пхс
син
X
Пхс
кос
Пх4
X
_]_
В
Пх7
ПхЗ
—
хПО
хП2
хП5
хП8**
хП9
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
Пх1
X2
Пх2
X2
_|_
У~
атг
хПв
син
X
Пх7
Пхб
.
Пхв
кос
X
L
X2
Пх8
d хПд
z0 хПЗ
z хП6
Ввод:
Х0
X
bo
х2
z2
d3
хП1
хПЗ
ХП4
хП7
хП8
хПО
хПа
хПв
хПд
Вывод:
Пхб
Пх2
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
z
Уо
х—у
Пхв
кос
X
Пх7
Пхб
Пхв
син
X
-ь
хПв
X2
_|_
Пхб
Пхд
Пхс
кос
Вывод:
* Для
б)
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
РВ
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
83
94
Определение координаты у
Пх2
Пх1
Пх4
X
Пхд
+
2
Пх9
X
хПб
с/п
m
хП9
X
Пхс
СИН
Пх4
X
X2
Пх9
4-
ПхО
X2*
1/х
в/о
Пха р2
X
с/п
13 хП4
14 БП
15 00
Пхс L
Ввод:
х0 хШ
Уо хП2
х хП4
m хП9
d хПд
Вывод:
Пхб у
дБ
рупорных громкоговорителей между ад-
ресами 90—93 надс
» заменить на
** В отличие от других программ
вводятся
A-е» ) i
Пхв X : х2.
вместо ев и ег
и (I1—e^j) из-за недостатка
шагов микрокалькулятора.
313
Таблица
X, М
0
10
16
20
г, м
1
1
1,5
4
12.15.
0
0
0
0
0
Данные расчета
У, м
для т
1
1,5
2.25
2.7
3
2
3
4,5
5,4
6
координат
3
4,5
6,75
8,1
9
Та блид а
X, М
0
10
16
20
0
80
82
84
88
12.16. Уровни
1
5
7
2
L, дБ
1
—
—
звукового
для т
2
80,
82.
84,
88,
0
3
5
0
поля
3
79,
82,
84,
87,
9
1
1
5
Рис. 12.4. Расположение громкоговорителей
для озвучения площадки секторной формы
(стадионы)
В табл. 12.16 приведены расчетные зна-
значения уровней (в децибелах) для точек, коор-
координаты которых приведены в табл. 12.15.
Пример расчета уровней звукового поля
на ДВК по программе, приведенной в
табл. 12.17.
Данные указаны на самой программе. Ре-
Результаты расчета приведены в табл. 12.18.
Таблица 12.17. Программа расчёта
звукового поля на языке Бейсик
для площадки трапецеидальной формы
to REM NAME TRAPECIA
20DATA20,4,8,16,1.5,1,20,10
30READX0,ZB,Z1,Х2,Z2,Z3j,B0,Bl
4BDATA3,.995,.95,10
S0READD,E1,E2,P1
&0DIML (А, 4) iO10:P-940.5
70Y0-D»(B0/B1-1>
00R-SQR(XB»XB+YB«Y0)
90L3-INTBBB*LN(PI/R>/LNC+P)/C
10BA0-ATN((Z1-ZB)/R)
110L4-L3iF0-ATN(YB/XB)
120Z5-ZCJ-Z3I Z6-Z2-Z3
13BS-LN(Z5/Z6)/LN(XB/X2J
140E-Z5/XeAS:GOSUB45B
150FORM-1TO6
16BX-X0»(M-1)/S
17BXl-INT(C*X*.5)/CfPRINT'Xlj
18BSB«(D>X*Y0/XB)/2
2BBZ4-Z1-Z
210FORN-1TO4
220P2-B!Y»SB*(N-l) -©
2306OSUB31B
240Y— (D^SB* (N-l))
25BQOSUB310
26BL-INTAB0»LNP2/LNC+P)/C
27BPRINTL| |QOSUB39(I
280NEXTNtNEXTri
290LB-INT(C* CL4-L3-.1))/C
3BOPRINT''3PCB0)"LB-"t L0iEND
31ИХЗ-Х«COSF0+Y»BINFB
32BU-X3»C0SAB+Z4»SINAe
33BV-Y»COSFB-X#SINFB
34BW»X3»SINA0-Z4*COSrA0
350Q1>U*UiQ2»V»V/A-E2*E2)
36eQ3-W»W/<l-El#El)
37ИР2-Р2+Р1*P1/(Q1+02+03)
380RETURN
390L1-C3-L
400 IFLK0SOTO42B
41BL3-L3-.1100T039B
42BL2»L4-L
4301FU2>08OTO450
440L4-L4+.118OTO420IRETURN
450PRINTSPCB5)ML,dfi при N"'
460PRINT8PCG)"X,ffl"t
470FORN-0TO3
480PRINTNf I NEXli Ni PRINT" " i RETURN
490RETURN
Примечание. Z0>Z2>Z3. S0 —шаг по оси у.
4. Несколько громкоговорителей, озвучи-
озвучивающие секторную площадку (см. рис. 12.4).
Ряды на ней расположены по дуге окружности
с ^максимальным радиусом г0; громкоговори-
громкоговорители — по меньшей дуге радиусом тх. В этом
случае исходные данные обычно задают в зна-
314
Таблица 12.18
X, М
0
4
8
12
16
20
0
80,1
81
82
83
84,7
88,2
. Уровни
L, дБ
1
80,1
81
81,9
83
84,6
88,5
звукового
для N
2
80,0
80,9
81,8
82,8
84,5
88,6
поля
3
79,9
80,8
81,6
82,8
84,1
87,5
Неравномерность составляет 88,6...79,9—8,7 дБ.
чениях радиусов и углов, а координаты х и у
являются промежуточными. Координата z
определяется, как и .для площадок с амфи-
амфитеатром. Если отсчет углов вести от левого
громкоговорителя, то озвучиваемая зона
должна начинаться от угла — фо/2, где ф0 —
угол между громкоговорителями. Переходные
формулы от полярных координат к прямо-
прямоугольным имеют вид (rk~Rh> k = 0; 1; 2; 3)
х = Rcosq>
у = /?sin<p,
где ф — угол, для которого проводят изме-
измерения (в нашем случае ф = фо/2). Переходные
формулы от координат х, у и z к и, v и w будут
упрощены по сравнению с первыми случаями:
u — xcosa0-\- (zr—z) sina0;
v = y; w — xsina0—(zr—z)cosa0.
Угол a0 определяется так же, как и в пер-
первом случае, по формуле tg ao = (zr — zo)/(Ro —
Rx). Число точек по радиусу берут не менее пя-
пяти (с интервалом (Ro — /?х)/4), а по углам —
точки на осях громкоговорителей и между ни-
ними, а также для угла—ф</2. Расчет выполняют
только для левой половины сектора (вслед-
(вследствие симметрии). Шаг по углу берут равным
Фо/2, отсчет углов берут от оси левого край-
крайнего громкоговорителя (угол для первого
отсчета берут — фо/2, для последнего — угол
ф, равный углу между крайними громкогово-
громкоговорителями и осью сектора). Радиусы R берут
в пределах тх ... г0.
Пример расчета уровней звукового поля
на МК-54 для секторной площадки (програм-
(программа расчета дана в табл. 12.19).
Задано: число громкоговорителей 3. Так
как угол между соседними громкоговорителя-
громкоговорителями я/6, то уровни следует определять для сле-
следующих углов:—я/12, 0, я/12, я/б_ По радиу-
радиусу возьмем пять точек. Радиус последнего
ряда Ro = 20 м, радиус линий громкоговори-
громкоговорителей Ri = 4 м, поэтому точки, для которых
надо вычислять уровни, будут на радиусах
4, 8, 12, 16 и 20 м. Амфитеатр начинается с
15 м, на расстоянии /?а = 16 м высота z% —
= 1,5 м (начальная высота, т. е. для переднего
ряда z3 = 1м, для последнего ряда z0 —
= 4 м, высота подвеса громкоговорителей
гг = 4 м. Данные колонок следующие ев =
=0,985, ег = 0,95, рх = 10 Па. Рассчитанные
значения уровней приведены в табл. 12.20.
Расчет уровней звукового поля для сек-
секторной площадки на ДВК по программе, при-
Таблица 12.19. Программа расчета звукового поля на МК-54
для секторной площадки
a)
00
01
02
03
04
б)
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
n-
Определение координаты г
Пхд
Пхв
—
хПс
Пха
Расчет
Сх
хПа
Пх7
\7
г°
Пх1
ПхЗ
—
атг
хПс
Пх5
Пх2
1
- число
05
06
07
08
09
Пхв
лг
Пх1
10
11
12
13
14
ПхО
лг
В
(если
15
16
17
18
19
уровней звукового поля
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
Пхд
X
—
В
кос
Пх4
X
ПхЗ
—
хПв
х у
син
Пх4
X
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
X2
1
Пх9
X2
—
Пхв
Пхс
сии
X
Пх7
Пхб
—
Пхс
кос
громкоговорителей
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
она не
Пх1
хУ
Пхс
i/x
X
.
X2
1
Пх8
X2
—
-|_
Пхв
Пхс
кос
X
Пх7
Пхб
задана по
20
21
22
23
24
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
Y \7
У
Пх4
хУ
х—у
Пхс
син
X
_[_
хПв
X2
4-
ПхО
X2*
i/x
Пха
-f-
хПа
чертежу)
25
26
27
28
29
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
X
Пхв
_f_
хП6
с/п
Л2
12
Пха
лг
1
0
X
9
4
_j-
хПс
с/п
Ввод:
Ro хП1
Ra хПО
Zg ХПВ
Вывод: Пхб
Ввод:
Ro хП1
Rj хПЗ
Ф хП5
zr хП7
ег хП9
Вывод:
R
Ч
г
Фо
п
R
z
ев
Pi
Пха р2 Пхс
п вводить для
хП4
хПа
хПд
хПд
хП2
хП4
хП6
хП8
хПО
L дБ
каждого счета!
* Для рупорных громкоговори-
громкоговорителей между
71 следует
Х:х*.
адресами 68—
вставить: Пхв
315
У
а)
Рис. 12.5. Расположеиие громкоговорителей
для встречной работы:
a — xe<$.bj2; t> — xo=b/2
веденной в табл. 12.21. Число громкоговори-
громкоговорителей KI равно трем. Расчет уровней звукового
поля совпадает с данными для микрокальку-
микрокалькулятора МК-54, так как исходные данные те же
(приведены на самой программе).
Программа для ДВК (табл. 12.21) отлича-
отличается от предыдущей (табл. 12.17), тем, что
в ней введены строки для определения коорди-
координаты Z, которая вследствие подъема пола ам-
амфитеатра является переменной величиной.
Для этого в строках с адресами 80 и 40 дано
вычисление показателя 5 и коэффициента Е
кривой подъема, а в строке с адресом 150
дано вычисление координаты Z с учетом вы:
соты озвучиваемой поверхности в начале ее
(Z3). По адресу 180 дано вычисление шага по
оси у @), и, наконец, в адресе 530 вместо ко-
координаты у дан номер линии N.
5. Два громкоговорителя, работающие
встречно и расположенные на расстоянии b
друг от друга, озвучивают площадку между
ними с шириной d (рис. 12.5). рбычно точка
упора оси в озвучиваемую плоскость находит-
находится на середине между громкоговорителями,
т. е. х0 = 6/2, поэтому расчет уровней поля
выполняется только для четверти озвучивае-
озвучиваемой площадки: от одного (левого) из громко-
громкоговорителей до середины площадки и от оси
площадки к одному из ее краев. Ось х на-
направляют по оси площадки и интервалы меж-
между точками расчета берут равными от х0 до x^lA.
По оси у берут три—пять расчетных точек, т. е.
интвервал между точками выбирают равным
Таблица 12.20. Уровни звукового поля
для секторной площадки
ф. рад
—я/12
0
я/12
я/6
4
93
93,
93,
93,
3
5
6
8
91,4
92,1
92,5
93,7
цБ, для R, м
12
89,8
90,9
91,3
91,5
16
88,7
90,4
90,5
90,9
20
88,
91
90,
91,
3
4
5
Неравомерность равна 93,6—88,3=5,3 дБ.
Таблица 12.21. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для секторной площадки
10 REM NAME SECTOR ,
IS DATA 20,4,16,4,4,1.5,1,PI/6
20 READ R0,Rl,R2,Z0,Zl,Z2,Z3,F0
23 DATA .985,.95,10,3
30 READ E1,E2,P1,K1
40 LET C-lOi LET P-940.3» DIM LE.4>
30 LET R3«R0-Rli LET.Z6-Z2-Z3
6O LET Z0-Z0-Z3i LET R6-R2-R1
70 LET AO«ATN <(Z1-ZO)/R3)
80 LET S-LN <23/Z6>/LN (R3/R6)
90 LET E-Z3/R3^S
100 LET 1.3-INT <200«LN <P1/R3)/LN OP)/C
110 LET L4«L3» SO SUB 300
12О FOR M-1 TO 3
130 LET R-(M-l)*R3/4+Rl
140 LET R3-INT (C*R*.3)/Ct PRINT R3|
ISO LET Z-E*(R-RUAS+Z3i LET Z4-Z1-Z
17Q FOR N-l TO KH-1
180 LET P2-O
190 FOR K-l TO Kl
210 LET F«<N/2-K)»F0i LET X-R»COS F-Rl
22О LET U-X*COS A0+Z4»8IN АО
230 LET V-R*eiN F
240 LET W»X»SIN AO-Z4*COS АО
230 LET Q1*U*U
260 LET Q2»V»V/A-E2»E2)
270 LET Q3-W*W/A-E1»E1>
280 LET P2-P2+P1*P1/(GU+Q2+Q3>
29О NEXT К
300 LET L-INT <1OO»LN P2/LN OP) /C
31О PRINT L,t 80 SU8 400
320 NEXT N
ЗЗО NEXT M
340 LET LO-INT CC»(L4-L3-0-1>>/C
330 PRINT "LO-";LOi SO TO 790
4OO LET L1-L3-L
41О IF LK0 THEN 60 TO 44О
420 LET L3-L3-.1: BO TO 400
440 LET L2-L4-L
430 IF L2>0 THEN SO TO 480
46О LET L4«L4*.l> GO TO 440
480 RETURN
3OO PRINT "»,"","L,dB PRI Fl.gr"
32О PRINT "R.w"
53О FOR N-l TO Kl+l
340 LET Fl-INT ((N-2)*90»F0/PI*.3)
V 550 PRINT Fl,f NEXT N
370 RETURN
790 STOP
316
Таблица 12.22. Программа расчета звукового поля на МК-54
для встречной работы громкоговорителей
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
Пх7
ПхЗ
—
Пх1
атг
хПс
Пхб
X2
1
Пх9
X2
—
хПд
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
ПП
36
хПа
пХ2
Пх4
хП4
ПП
36
Пха
.|_
хПа
лг
1 '
0
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
X
9
4
_|_
хПс
с/п
Пхд
Пхс
кос
Пх4
X
Пх7
Пхб
—
Пхс
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
син
X
_|-
хПв
X2
_|_
Пхс
син
Пх4
X
Пх7
Пхб
—
Пхс
кос
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
X
—
X2
1
пХ8
X2
—
4-
ПхО
ха*
i/x
в/о
Ввод:
х0 хП1 Ь
х хП4 у
гг хП7 ев
Вывод: Пха рг
* Для рупорных
между адресами (
вить ПхВ и X и
адреса 70 и 71' (х1
Примечание. Для
бирать заново!
Рх
хП2 г0
хП5 г ,
хП8 ег
Пхс L
хПО
хПЗ
хП6
хП9
дБ
громкоговорителей
59 н 70 надо
вста-
поменять местами
г и л
каждого счета
х на-
d/8. Абсциссы для второго громкоговорителя
будут Ь — х.
Пример расчета уровней звукового поля
на МК-54 при встречном включении громко-
громкоговорителей (звуковых колонок) по прогрмме,
приведенной в табл. 12.22.
Задано: рассчитать уровни звукового поля
для прямоугольной формы площадки (см.
рис. 12.5) со следующими данными: х0 — 20;
z = г0 = 1; гГ = 3; у = 8; г = 40; ев —
= 0,985; ег — 0,95; рх = 10 Па. По продоль-
продольной линии берут три—пять точек, по попереч-
поперечной —две-три точки. В табл. 12.23 приведены
данные расчета уровней.
Та
у
блица
, м
0
8
12.23.
0
93,1
86,3
Уровни звукового
L, дБ, для х, м
10
93,2
86,8
поля
20
90,9
86,8
Неравномерность AL=93,2—86,3=6,9 дБ.
Пример расчета звукового поля на ДВК
для встречной работы громкоговорителей
(программа дана в табл. 12.24).
Задано: рассчитать уровни звукового поля
для данных, приведенных на самой програм-
программе. Примечение: обычно ХО — В/2. В
табл. 12.25 приведены данные расчета.
Если взять направленность в вертикаль-
вертикальной плоскости меньше (например, 0,985), го
неравномерность озвучения уменьшится.
Определение эффекта эха с помощью мик-
микрокалькулятора МШ-54 по программе, при-
приведенной в табл. 12.26.
Исходные данные те же, что и для расчета
уравнений. Результаты расчета сведены в
табл. 12.27.
Эхо нигде не снижает разборчивость ре-
речи (запас по уровню не менее —2,5 дБ).
программе, при-
Расчет эха на ДВК-2 по
веденной в табл. 12.28.
Исходные данные в программе. Результаты
приведены в табл. 12.29.
Таблица 12.24. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для встречной работы громкоговорителей
10 REM NAME WSTRECH
20 DATA 20,3,li*0,l6,.993,.95,10
30 READ XO,Z1,Z,B,D,E1,E2,P1
4O LET C-lOi LET P-940.SI. DIH LtS,9)
SO LET L3-INT <2O0«LN CP1/XO)/LN OP>/C
АО LET L4-L3: LET Z4-Z1-Z
70 LET AO-ATN (Z4/X0). 60 SUB 900
100 FOR M-l TO 3
110 LET Y-D«<M-l)/e
120 LET Yl-INT <C*Y+.3)/Ci PRINT Yl|
130 FOR N-l TO 9
ISO LET P2-0I LET X-B#<N-l>/8
170 BO SUB 250
180 LET X-B-X
19О SO SUB 250
2O0 LET L-INT AOO*LN (P2)/LN OP)/C
210 PRINT L,i 80 SUB 400
220 NEXT N
230 NEXT M
235 LET LO-INT <C«(L4-L3-0.1))/Q
240 PRINT HLO""|LOi 80 TO 790
230 LET U«X*COS AO+Z4«SIN АО
260 LET V-Y
270 LET W-X*SIN A0-Z4*COS АО
280 LET Q1»U«U
290 LET Q2-V*V/A-E2»E2)
300 LET Q3-U*W/A-E1*E1)
310 LET P2»P2+Pl»Pl/(Ql+02-Ha3)
320 RETURN
400 LET L1-L3-L
410 IF Ll<0 THEN 80 TO 440
420 LET L3-L3-.lt 80 TO 400
440 LET L2-L4-L
450 IF L2>0 THEN 80 TO 480
460 LET L4=L4+.li 60 TO 440
480 RETURN
500 PRINT ""," ","L,dB PRI X,m"
52b PRINT "Y,m"
530 FOR N«1 TO 5
540 LET X-B*(N-l>/8
S4S LET X*INT (C*X*.5)/C: PRINT X,
990 NEXT N
560 RETURN
790 STOP
317
Таблица 12.26. Программа расчета эха для встречной работы
громкоговорителей на микрокалькуляторе МК-54
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
ПХ7-
Пхб
хПЗ
Пх1
атг
хПс
ПП
56
хПа
ПП
46
Пх2
Пх4
—
хП4
х—у
ПП
46
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
/ /
хПд
ПП
56
Пха
- лг
1
0
X
хПО
Пхд
лг
8
0
X
3
3
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
8
—
ПхО
_
хПс
с/п
ПхЗ
X2
Пхб
X2
-\-
Пх4
X2
_)_
У~
в/о
Пхб
ха
1
Пх9
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
X2
—
Пхс
кос
Пх4
X
ПхЗ
Пхс
син
X
_|_
хПв
X2
_|_
Пхс
син
Пх4
К
ПхЗ
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
Пхс
кос
X
ха
1
Пх8
ха
—
-L.
в/о
Ввод: х0 хП1
х хП4 у хП5
zr хП7 eg хП8
Вывод: ПхО AL
Пхс AL3ai
b хП2
z хП6
ег хП9
ДЯ
а
* Для рупорных громкоговорителей сле-
следует заменить адрес 91 на 91
93 х2 94 в/о.
Примечание: обычно хо = в/2;
счете набирать заново х.
Пхв 92 :
в каждом
Таблица 12.25
У, м
0
2
4
6
8
0
83,9
82,8
83,5
83,1
82,6
5
86,0
85,8
85,4
84,8
84
;Б, для х
10
88,4
88,2
87,4
86,4
85,4
, м
15
90,4
90
88,9
87,7
86,4
20
90,8
90,4
89,4
88,1
86,7
Неравномерность составляет 90,8—84=6,8 дБ.
Таблица 12.27. Разности уровней
U. м
0
8
AL. дБ, для х, м
0 \ 10
-7 Х
—2,5
— 11,9
—7,5
Таблица 12.29.
X, М
0
5
10
0
—2,6
—5,9
— 10
L\
2
—2
—5,
-9
Разности уровней
-=AZ.. дБ
5
6
6
4
2
—4
—8
для у, м
2
9
7
6
—1,9
-4,3
7 Q
8
— 1,
—з,
—7,
6
8
4
Таблица 12.28. Программа расчета эха
на языке Бейсик для встречной работы
громкоговорителей
10 REM NAME EHD WSTR __
20 DATA 20,3,1,40,16, .985.-"
30 READ XO,Z1,Z,B,D,E1,E2
40 DIM L<3,3>: LET I>1O
70 LET Z4-Z1-Z» LET AO-ATN (Z4/X0)
80 60 SUB SCO _
100 FOR И-1 TD 5
HO LET Y»D*(M-1)/B.
120 LET Yl-INT <C*Y+.S)/Cs PRINT Yl»
130 FOR N=1 TO 3
ISO LET X=B»(N-l>/8
163 LET Rl-SQR CX»X*Y#Y*Z4#Z4>
170 80 SUB 230
180 LET P3=P2s LET X-B-X
182 LET R2-SQR (X»X+Y#Y+Z4#Z4)
183 LET R-R2-R1
IBS LET L2«80#LN R/LN C/3-38
190 QO SUB 230
193 LET P4"P2
196 LET L3»C«LN (P4/P3)/LN С
200 LET L1«INT (C*(L2-L3)>/C
220 PRINT Ll.f NEXT N
230 NEXT M
24О ВО ТО 79О
230 LET U=X#COS A0+Z4»SIN АО
260 LET V-Y
270 LET W-X*SIN AO-Z4*COS АО
280 LET Q1«U»U
29О LET Q2-V*V/(l-E2#E2)
300 LET Q3*W*W/A-E1*E1>
310 LET P2>Q1+Q2+Q3
320 RETURN
500 PRINT "","", "LI,dB PRI X.Hi"
320 PRINT "Y,m"
330 FOR N»l TO 3
340 LET X-B*(N-l)/8
343 LET X»INT (C#X*.3)/C: PRINT X,
ЗЗО NEXT N
360 RETURN
790 STOP
318
Из этих данных следует, что во всех, трчках
мешающего эха нет. Минимальный запас
A,6 дБ) получается в боковой точке на линии
громкоговорителя (х = 0, у = 8 м).
6. Одна цепочка громкоговорителей, озву-
озвучивающая площадку любого размера вдоль це-
цепочки и с размером х0 в направлении осей
громкоговорителей (рис. 12.6). Абсцисса х0 со-
соответствует расстоянию по горизонтали от
цепочки до удаленного ряда слушателей.
Эта площадка может быть плоской и с амфи-
амфитеатром. Программа составлена на более слож-
сложный случай, т. е. наличие амфитеатра. По
этому координата по вертикали z определяется
выражением z = EAS. По оси х берут три-
пять точек, т. е. интервалы между точками
равны *о/2 — *о/4. По оси у точки выбирают
так, чтобы они были на проекции оси громко-
громкоговорителей и между ними, а также слева от
пятого громкоговорителя. Если расстояние
между громкоговорителями d, то интервалы
будут d/2. Очевидно, достаточно рассчитывать
уровни в одной половине площадки.чПри этом
обычно берут ее левую сторону, а начало ко-
координат помещают под левым громкоговори-
громкоговорителем. Для определения ординат точек по
у пользуются формулой yji — d* (N — 1)/2,
где N — номер точки, считая их слева, а для
определения координаты v, т. е. (для расчета
звукового давления) расстояния от каждого
громкоговорителя до точки, пользуются фор-
формулой v = у — kd, где k — номер громкого-
громкоговорителя, считая левый за исходный, z опреде-
определяют для разных х в пределах 0 — х. Для
плоской поверхности г = z0 = z3= za. Для
а
X
Рис. 12.6. Расположение одиночной цепочки
при озвучении площадки
амфитеатра заданы г0 (в конце амфитеатра),
г2 — высота озвучиваемой поверхности на
расстоянии х2 от громкоговорителей.
Пример расчета звукового поля на МК-54
для одиночной цепочки по программе, приве-
приведенной в табл. 12.30.
Задано: площадка с амфитеатром озвучи-
озвучивается одиночной цепочкой, расположенной
вдоль рампы сцены. Цепочка состоит из трех
Таблица 12.30. Программа расчета звукового поля на МК-54
для одной цепочки громкоговорителей
a)
00
01
02
02
04
б)
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
И
12
13
14
n -
Определение координаты г (если она не задана по
ПХЗ
Пхв
хПС
Пха
Расчет
Сх
хПа
Пх7
ПхЗ
Пх1
атг
хПс
кос
Пх4
X
Пх7
Пхб
—
- число
05
06
07
08
09
Пхв
ЛГ
Пх1
10
11
12
13
14
ПхО,
ЛГ
В
15
16
17
18
19
уровней звукового поля
1
16
17
18
19
20
21
22
23
?4
25
26
27
28
29
Пхс
сии
X
_|_
хПв
X8
Пхс
син
Пх4
X
Пх7
Пхб
Пхс
кос
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
X
X8
1
Пх8
X2
4-
В
Пх2
1
—
Пхд
X
громкоговорителей.
45
46
47
48
49
50
51
.52
53
54
55
56
57
58
59
Пх1
хУ
Пхс
i/x
Пхб
—
X8
1
Пх9
X2
—
4-
ПхО
X2*
i/x
Пха
+
20
21
22
23
24
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
х—У
Пх4
ХУ
х—у
хПа
1
Л2
40
Пха
лг
1
0
X
9
4
4-
хПс
с/п
чертежу)
25
26
27
28
29
X Ввод:
Пхв х0 хП1
+ х хП4
хП6 z2 хПа
с/п Вывод: Пхб
Ввод: Pi хПО
хо
X
гг
хП1 п хП2
хП4 у хП5
хП7 ев хП8
Вывод: Пха р2
п
*
z0 хПЗ
ха хПО
из хПв
z
d хПд
г0 хПЗ
г хП6
еГ хП9
Пхс L дБ.
— вводится для каждого счета.
Для рупорных громкоговорителей
между адресами 54—
вить 55 Пхв
55 Пхв.
57 следует вста-
56 X 57: 58 х2 и далее со сдвигом на
2 адреса.
319
звуковых колонок с данными ев = 0,985,
095 10 П К
у
ег = 0,95,
10 Па. Колонки подвешены
г рх
на высоте гг = 6м над уровнем пола. Осталь-
Остальные данные следующие: х0 = 20, z0 = 4, d =
==4, z3 = 1, г2 = 1,5, дса = 16. Находим
координату г. для значений х = 0; 8; 16; 20.
Они соответственно равны 1; 1; 1; 1,5; 4. Зна-
Таблица 12.31. Уровни звукового поля
У. М
—2
0
2
4
0
88,0
88,6
88,9 ,
89,1 ;
L, дБ, для х
8
90,0
12.
88,9
90,0
90,0
90,1
м
16
80,7
20
90,3
91,1
91,6
91,8
Неравномерность составляет 91,8—88=3,8 дБ.
Таблица 12.32. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для одиночной цепочки громкоговорителей
10 REM NAME CEPOCHKA
20 DATA 20,4,8,16,1.3,1,4,.985,.99,10,3
30 READ XO,ZO,Z1,X2,Z2.Z3,D,E1,E2,P1,K1
SO DIM L<3,4>« LET C-lOi LET P-940.5
60 LET L3-INT <200»LN (Pl/XO/LN OP> /C
70 LET L4-L3J LET Z3-Z0-Z3
SO LET AO*ATN ((Z1-ZO)/XO)
90 LET S-LN (Z3/(Z2-Z3))/LN (X0/X2)
100 LET E-Z3/X0~Si GO SUB 30O
ЦО FOR M»l TO 3
120 LET X*X0#<M-l)/4
130 LET XlalNT <C*X+.3)/Ct PRINT XI;
140 LET Z-E*XAS+Z3i LET Z4-Z1-Z
160 FOR N-l TO Kl+1
170 LET P2»0
180 LET U-X»COS A0+Z4*SIN АО
190 LET W»X»SIN A0-Z4»C0S АО
200 LET Y»D»(N-2)/2
210 LET Q1-U»U
220 LET Q3»W*W/A-E1«€1)
230 FOR K«l TO Kl
240 LET V«Y-(K-1>»B
230 LET Q2-V*V/C1-E2*E2>
260 LET P2=P2+Pl«Pl/<ai*Q2-»-Q3) ,
270 NEXT К
200 LET L-INT AOO*LN P2/LN OP)/C
290 PRINT L,t 00 SUB 400
300 NEXT N
310 NEXT M
330 LET LO-INT (C*(L4-L3-0.1)>/C
340 PRINT "LO-";LOt SO TO 790
400 LET L1-L3-L
410 IF LKO THEN 60 TO 440 ,
420 LET L3«L3-.l: GO TO 400
440 LET L2-L4-L
430 IF L2>0 THEN GO TO 490
460 LET L4-L4*.li GO TO 44О
480 RETURN
SOO PRINT M","L,dB PRI Y,m"
52О PRINT "X,m"
330 FOR N-t TO Ki-fl
540 LET Y«D*(N-2)/2 '
343 LET Y1-INT <C*Y-f.5)/C: PRINT Yl,
590 NEXT N
360 RETURN
790 STOP J
Примечание. Z±>Z2>Z3.
чения у берем равными —2; 0; 2; 4, т. е. толь*
ко для левой половины площадки, так как
для правой уровни соответственно равны уров-
уровням левой половины. Расчетные данные для
уровней приведены в табл. 12.31.
Из расчета следует, что высоту подвеса надо
или уменьшить, чтобы уровни под колонками
были несколько выше (если иметь в виду озву-
озвучение), или увеличить, чтобы уровни около
сцены были на 56 дБ ниже, чем для удаленной
точки (если имеют в виду звукоусиление).
Пример расчета звукового поля на ДВК-2
для одиночной цепочки по программе, приве-
приведенной в табл. 12.32.
Данные приведены в самой таблице. Ре-
Результаты расчета приведены в табл. 12.33.
Таблица 12.33. Уровни звукового поля
У. м
—2
0
2
4
0
85,8
86,2
86,4
86,5
L, дБ. для х
5
86,8
87,2
87,5
87,6
К
87
SS
88
)
6
2
5
6
. м
15
88,6
89,2
89,6
89,7
20
90,
91
91,
91,
2
5
7
Неравномерность составляет 91,7—86,8=5,9 дБ.
Расчет эха для цепочки громкоговорителей,
оси которых направлены перпендикулярно
продольной оси улицы (ось х также перпенди-
перпендикулярна оси улицы), по программе, приве-
приведенной в табл. 12.34 для МК-54 и в табл. 12.35
для ДВК-2.
Исходные данные-в программе для ДВК-2.
Результаты расчета по обеим программам
приведены в табл. 12.36.
Во всех точках есть запас по уровню пря-
прямого звука. Наименьшее его значение полу-
получается на линии громкоговорителей в точке
на расстоянии 10 м от точки под громкоговори-
громкоговорителем.
Для проверки заметности эха (для музы-
музыкальных программ) заменяем запись в п.200
(см. табл. 12.35) на L2 = 35 * LO G(R)/
/LOG(IO) —43). Для тех же данных получаем
следующие запасы по уровню (см. табл. 12.36).
Эхо заметно только на линии громкогово-
громкоговорителей.
7. Две цепочки громкоговорителей, озву-
озвучивающих прямоугольную площадку шири-
шириной Ь и любой длины с расположением гром-
громкоговорителей по ее длине на интервалах d.
Программа составлена для системы встреч-
встречно работающих громкоговорителей, поэтому
она представляет собой обычную программу
для встречно работающих громкоговорителей,
повторенную для каждой из пар. Следует
иметь в виду, что по сравнению с одиночной
цепочкой в данном случае х0 = Ь/2. Вслед-
Вследствие симметрии уровней поля расчет приво-
приводят для четверти площадки (см. рис. 12.7).
320
Таблица 12.34. Программа расчета эха на МК-54 для цепочки
громкоговорителей при поперечном озвучении длинного объекта
00 Пх7
01 Пхб
02 —
03 хПЗ
04 Пх1
05 :
06 атг
07 хПс
08 ПП
09 56
10 2
11 X
12 хПа
13 ПП
14 46
15 Пхд
16 хП5
17 х—у
18 ПП
19 46
20 —
21 /-/
22 хП2
23 ПП
24 56
25 Пха
26 :
27 лг
28 1
29 0
30 X
31 хПО
32 Пх2
33 лг
34 8
35 0
36 X
37 3
38 :
39 3
40 8
41
42 ПхО
43 —
44 хПс
45 с/п
46 Пх5
47 х2
48 ПхЗ
49 ха
so + ;
51 Пх4
52 ха
53 +
54 у"
55 в/о
56 Пх5
57 ха
58 1
59 Пх9
60 х2
61 —
62 :
63 Пхс
64 кос
65 Пх4
66 X
67 ПхЗ
68 Пхс
69 син
70 X
71 +
72 хПв
73 х2
74 +
75 Пхс
76 син
77 Пх4
78 1
79 ПхЗ
80 Пхс
81 кос
82 X
83 -
84 х2
85 1
86 Пх8
87 х2
88 —
89 :
90 +
91 в/о*
Ввод:
х0 хП1 х хП4 d хПд
z хП6 zr - хП7 у хП5
ег хП9 ев хП8
Вывод:
Пх2 AR ПхО АЬПхс М3 дБ*
* Запас по уровню соответствует знаку
минус!
Примечание: в каждом счете у набирать
заново!
* Для рупорных громкоговорителей
следует после адреса 90 заменить:
92:
93х2
94 в/о
Таблица 12.35. Программа расчета эха
для цепочки громкоговорителей,
расположенных вдоль длинного объекта
(оси грмкоговорителей
перпендикулярны оси объекта)
tO REM NAME EHO СЕР
20 DATA 20,6.1.40,.983,.93
30 READ XO,Z1,Z,D,E1,E2
40 DIH LC3,3)« LET 7.4*Z1-Z: LET OlO
50 LET AO-ATN (Z4/X0)« 6D SUB 300
80 FOR H-l TO 3
90 LET X-XO»(li-l)/4 ,
1O0 LET Xl-INT <C»X+.3)/C: PRINT XI»
110 FOR N«1 TO 3
12О LET Y-D»(N-l)/8
130 LET Yl-INT (C»Y+0.3)/C
140 LET Rl-SQR (X»X*Y*Y*Z4#Z4)
150 60 SUB 290
160 LET P3«P2#2« LET V-D
180 LET R2«SQR <X#X+Y»V*Z4»Z4)
190 LET R-R2-R1
200 LET L2-35#LN (R)/LN C-43
210 60 SUB 290
220 LET P4-P2
230 LET L3-INT A00*LN (P4/P3)/LN C)/C
240 LET Ll-INT (C»(L2-L3))/C
260 PRINT LI,i NEXT N
270 NEXT П
280 60 TO 790
290 LET U»X»COS A0+Z4#SIN АО
300 LET V«Y
310 LET W-X#SIN A0-Z4#C0S АО
320 LET Ql-U#U
330 LET Q2-Y»Y/A-?2»E2>
340 LET Q3-W»W/<1-E1»E1)
350 LET P2«Q1+Q2+Q3
360 RETURN
300 PRINT "","-,"L,dB PRI Y,m"
52О PRINT "X,«i"
530 FOR N-l TO 3
340 LET Y-(N-l)»D/8
343 LET Y-INT (C»Y+.3)/C
350 PRINT Y,s NEXT N
370 RETURN
TfO STOP
Примечание. В п. 160 учитывается действие
только двух соседних громкоговорителей.
Можно рассчитывать уровни и как комби-
комбинацию двух отдельных одиночных цепочек.
Отсчет координаты у ведется от оси крайнего
громкоговорителя. Шаг по у берут равным
d/2, г и ,z0 берут равным 1 для сидящих и
1,5 м для стоящих слушателей. Значения х бе-
берут в пределах О...хо (х0 обычно равно поло-
половине Ь или меньше ее).
Пример расчета уровней звукового поля
на МК-54 для двух цепочек при звукофика-
ции прямоугольной площадки по программе,
приведенной в табл. 12.37.
Задано: рассчитать уровни звукового поля
для следующих данных: ширина площадки
Ь = 20 м, х0 = 10 м, шаг цепочки d = 4 м,
число громкоговорителей в цепочке п = 4,
высота подвеса цепочек zr — Зм, z0 = z3 —
= z = 1м. Данные звуковых колонок: ев =
= 0,985, еГ = 0,95, рх = 10 Па.
Расчет введем для координат х — 0; 5;
10 м, у = —2; 0; 2; 4 и 6 м. Расчетные данные
приведены в табл. 12.38.
Пример расчета звукового поля на ДВК
для двойной цепочки по программе, приве-
приведенной в табл. 12.39.
Исходные данные см. на самой программе.
Результаты расчета приведены в табл. 12.40.
При расчете приближенного значения
уровня для , определения неравномерности
озвучения (п. 70) уровень увеличивают на
3 дБ, так как он повышается из-за действия
двух цепочек.
8. Система громкоговорителей, создаю-
создающих бегущую волну. Большое число громко-
громкоговорителей, расположенных по улице на рас-
расстояниях d друг от друга и работающих в од-
одном направлении через линии задержки
(рис. 12.8). Для этой цели чаще применяют до-
дополнительные громкоговорители для озвуче-
озвучения ближней зоны. В прилагаемой програм-
программе расчет выполняют для последующих гром-
11 Зак. 1688
321
Таблица 12.36. Запас по уровню для одиночной цепочкя
X, M
ОСЛО
Ы, дБ, для у, м
0
а) Для ре*
—9^8
—12,7
5
1евых програл
—6,6
—8,4
—10.5
10
ш
-5,7
-6.7
—8
X, М
0
5
10
0
б) Для музы
0.8
—2,1
—5.4
Ы, дБ, для у,
5
кальных прог
1,1
—0,9
—3,3
м
10
рамм
1,5
0,4
—1,1
а)
Рис. 12.7. Расположение двойной цепочки при озвучении
Таблица 12.37. Программа расчета звукового поля на МК-54
для двух цепочек громкоговорителей
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
п-
Сх
хПа
ПП
27
Пха
+
хПа
ПхЗ
Пх4
,
хП4
ПП
41
Пха
-f.
- число
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
хПа
Л2
02
лг
1
0
X
9
4
+
хПс
с/п
Пх5
Пхд
Пх2
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
52
43
44
I
X
X2
1
Пх9
X2
—
хПс
Пх7
Пхб
—
В
громкоговорителей в
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
73
59
В
Пх1
атг
хПв
сйн
Пх4
X
х—у
Пхв
кос
X
х58
1
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
каждой цепочке.
Пх8
X2
—
х—у
Пхв
син
X
Пхв
кос
Пх4
X
+
хПв
X2
V
75 +
76 Пхс
77 +
78 ПхО
79 ха*
80 :
81 1/х
82 в/о
* Для
между
Ввод:
b
у
zr
ег
Выво;
Пха
хП1
хПЗ
хП5
хП7
хП9
Р2
d
п
X
Z
ев
Pi
Пхс
п вводить в каждом
рупорных
адресами
нть: Пхв X : х2.
хПд
хП2
хП4
хП6
хП8
хПО
L дБ
счете!
громкоговорителей
78—81 следует заме-
322
Таблица 12.38. Уровни звукового поля
X. М
0
5
10
—2
95,
97
97,
2
2
0
96
98
98
L, )
5
2
5
цБ, для у
2
97,0
99
99,3
. м
4
97,
99,
99,
3
3
7
6
97,
99,
99,
3
3
6
Неравномерность составила 2,5 дБ.
Таблица 12.40. Уровни звукового поля
X, М
0
2,5
5
7,5
10
—2
95,2
96,5
97,0
97,3
97,3
L, )
0
96,2
97,9
98,2
98,6
98,5
цБ, для у
2
96,9
98,9
99,0
99,6
99,3
. м
4
97,2
99,0
99,3
99,8
99,6
6
97,2
98,9
99,3
99,7
99,6
Неравномерность составила 99,8—95,2=4,6 дБ.
коговорителей, начиная с третьего. Счита-
Считается, что громкоговорители расположены на
середине улицы шириной Ь, поэтому выбира-
выбирают не менее пяти расчетных точек по длине
каждого участка между громкоговорителями
(d/4) и по ширине (для половины ширины);
берут также по пять точек интервалы берут
A/8N.
Таблица 12.42. Уровни звукового поля
X, М
0
100
200
300
400
0
88,5
92,8
92,9
90,8
88,9
L, дБ. для у
10
88,4
92,3
92,7
90,8
88,8
20
88,3
91,1
92,3
90,5
88,6
. м
30
88,1
90.7
96,6
90,2
88,4
40
87,6
88,7
90,8
89,7
88,1
Неравномерность озвучения составила 6,2 дБ.
Таблица 12.39. Программа расчета
звукового поля для двух цепочек
громкоговорителей
10 REM NAME DWE СЕР
20 DATA Ю,1,3,20,4, .983, .95, Ю'* х
36 READ X0,Z0,Zl,B,D,El,E2,Pl,Kt
40 DIM LC,3>j LET OlO: LET P-940.3
60 LET Z4»Z1-ZO> LET AO-ATN (Z4/X0)
70 LET L34JNT <200»LN (P1/XO)/LN OP>/C*3
?O LET L4=L3: GO SUB 3OO
90 FOR M-l TO Kt+1 »
IOO LET Y*D«(M-2>/2
105 LET Yl-INT (C#Y+.5)/C* PRINT Yl$
110 FOR N*l TO 3
120 LET X*B»(N-1>/8j LET P2*<O: BO SUB 230
160 LET X=B-X« 80 SUB 230
18О LET L-INT (lO0»LN P2/LN OP>/C
200 PRINT L,: 80 SUB 400
203 NEXT N
210 NEXT M
215 LET LO-INT (C*(L4-L3-0.1))/C
220 PRINT "LO»";LO: GO TO 79О
23О LET U~X«COS A0+Z4*SIN АО
240 LET W»X*SIN AO-Z4«COS АО
250 LET Q1»U»U
260 LET Q3-W*W/A-E1*E1)
270 FOR K-l TO Kl
280 LET V«Y-(K-1>*D
290 LET Q2-V*V//A-E2»E2>
3OO LET P2«P2+P1»P1/(Q1+Q2+Q3>
310 NEXT К
320 RETURN
4OO LET L1-L3-L
410 IF LKO THEN GO TO 440
420 LET L3-L3-.1: SO TO 4Q0
440 LET L2*L4-L
450 IF L2>0 THEN GO TO 480
460 LET L4=L4+.l: GO TO 440
480 RETURN
500 PRINT "",••", "L,dB PRI Х,я"
520 PRINT "Y,«i"
53О FOR N»1 TO 5
540 LET X-B#(N-l)/8
550 LET X=INT (C#X+.3>/C: PRINT X,
S60 NEXT N
570 RETURN
770 STOP
Пример расчета на МК-54 звукового поля
для системы с рупорными громкоговорите-
громкоговорителями, сдвоенными по вертикали и по горизон-
горизонтали и создающими бегущую волну ев =
= 0,975, ег = 0,95, рх = 192 Па (см.
табл. 12.41).
WA го~1,5м W
Рис. 12.8. Расположение системы громкоговорителей «бегущей» волны»
И*
323
Таблица 12.41. Программа расчета звукового поля на МК-54
для системы бегущей волны с рупорными громкоговорителями
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
Сх
хПа
Пх7
Пхб
хПЗ
Пх1
атг
хПс
Пхб
ха
1
Пх9
X2
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
хП2
ПП
50
Пха
+
хПа
Пхд
Пх4
+
хП4
ПП
50
Пха
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
+
хПа
Пхд
Пх4
+
хП4
ПП
50
Пха
+
хПа
лг
1
0
X
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
9
4
+
хПс
с/п
Пхс
кос
Пх4
X
Пхс
син
ПхЗ
X
+
хПв
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
ха
Пхс
син
Пх4
X
Пхс
кос
ПхЗ
X
— •
X2
1
Пх8
X2
~~
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
+
Пх2
+
ПхО
Пхв*
X
•
X2
1/х
в/о
Вввод:
л0 хП1
у хП5
zr хП7
ev хПЭ
Вывод:
Пха ра
d
X
Z
ев
Pi
Пхс
хПд
хП4
хП6
хП8
хПО
L дБ
* Для звуковых колонок адре-
адреса 80 и 81
адреса 81
стами (х2
сделать НОП, а
и 82 поменять ме-
¦)• л
f
Таблица 12.43а. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для системы бегущей волны
с звуковыми колонками
10 REM NAME WOLNA ZW.KOL
20 DATA 400,1.5,40,400,8О,.973,.93,192
30 READ K0,Z0,Zl,D,e,El,E2,Pl
40 LET OlOi LET P-940.5: DIH\L<5,5)
60 LET Z4-Z1-Z0: LET AO-ATN (Z4/X0)
70 LET L3-INT B00«LN (P1/XO>/LN OP>/(J+3
BO LET L4-L3: BO SUB 300
90 FOR И-1 TO 5
100 LET Y-B*(N-l)/8
110 LET Yl-INT (C»Y+.5>/C: PRINT Yl;
120 FOR N=1 TO 3
130 LET X-D»(N-l)/4: LET P2-0
130 SO SUB 260
160 LET X=X+D: GO SUB 260
180 LET X-X+D: BO SUB 260
200 LET L-INT AOO*LN P2/LN OP)/C
220 PRINT L,t BO SUB 400
230 NEXT N
240 NEXT И
243 LET LO«INT <C#<L4-L3-0.1>)/C '
230 PRINT "LO-'-jLOi 80 TO 790
260 LET U»X»COS AO+Z4*SIN АО /
270 LET V-Y
280 LET W-X»SIN АО-Z4«COS АО
290 LET Q1«U»U
300 LET a2>V«V/(l-E2*E2)
310 LET Q3-W*W/A-E1*E1)
320 LET P2=P2+Pl*Pl/CQl+Q2+a3>
330 RETURN
400 LET L1-L3-L
410 IF LK0 THEN BO TO 440
420 LET L3-L3-.It GO TO 4O0
440 LET L2-L4-L
450 IF L2>0 THEN 60 TO 480
460 LET L4*L4+:li GO TO 440
4B0 RETURN
300 PRINT "","","L,dB PRI Х,яи
320 PRINT "Y,m"
330 FOR N»l TO 3
340 LET X*D#(N-l)/4
34S LET X-INT <OX + .5>/C
560 PRINT X,t NEXT N
570 RETURN
7*0 STOP
Таблица 12.436. Программа расчета
звукового поля на языке Бейсик
для системы бегущей волны
для рупорных громкоговорителей
W^Obflb,.975.. 95,192
30 READ XO,ZO,Z1,O,B,E1,E2,P1
40 LET C-lOi LET P*940.5« DIM LC,5)
60 LET Z4-Z1-Z0» LET AO-ATN CZ4/X0)
70 LET L3-INT BO0*LN (P1/XO>/LN C+P)/C
80 LET L4-L3S SO SUB 500
90 FOR M»l TO 5
100 LET Y-B#(H-l)/e
iSffi
Примечание. В п. 180 учитывается
только трех соседних громкоговорителей.
действие
130 LET X»D»(N-l)/4( LET P2*0
190 80 SUB 260
160 LET X-X+D» 80 SUB 260
180 LET X-X+D« 80 SUB 260
200 LET L-INT A00*LN P2/LN OP)/C
220 PRINT L,« 60 SUB 400
230 NEXT N
240 NEXT M
245 LET LO-INT <C»(L4-L3-0.1))/C
2Э0 PRINT "LO«"|LOt 80 TO 790
260 LET U-X»C08 A0*Z4#SIN АО
.270 LET V«Y
280 LET W-X»SIN A0-Z4»CCS АО
290 LET Q1-U»U
300 LET Q2-V«V/A-E2*E2)
310 LET a3»W«W/(l-El«El)
320 LET P2-P2*(P1*U/@.1+02+0.3) )A2
330 RETURN
400 LET L1-L3-L
410 IF LKO THEN 80 TO 440
420. LET L3-L3-.1» 80 TO 400
440 LET L2*L4-L
450 IF L2>O THEN 80 TO 480
460 LET L4*L4+.li ВО ТО 44О
480 RETURN
500 PRINT ""."".'•L.dB PRI Х.щ"
520 PRINT -Y.di-
930 FOR N«1 TO 9 /
940 LET X-DMN-D/4
345 LET X-INT (C#X+.5>/C
960 PRINT X,t NEXT N
970 RETURN
790 STOP
Примечание. В п. 180 учитывается
только трех соседних громкоговорителей.
действие
324
Таблица 12.44. Уровни звукового
у
0
10
20
30
40
• 1
95,8
95,7
95,4
94,8
94,3
L
100
95,9
95,7
95,3
94,8
94,1
, ДЛЯ X,
200
93,5
93,4
93,2
92,2
92,4
А
300
91
90
90
90
90
9
8
6
4
поли
400
88
88
88
88
88
,9
,9
,8
Неравномерность составила 95,9—88,5=7,4 дБ.
Заданы интервал d — 400 м, х0 — 400 м
(можно брать его немного менее d), ширина
полосы 80 м, высота подвеса 40 м (предельно
низкая), z = 1,5 м. Громкоговорители рас-
расположены на середине полосы, поэтому расчет-
расчетные точки берем 0, 20 и 40 м по ширине и
0, 200 и 400 м по длине (можно взять еще про-
промежуточные точки по длине и по ширине, всего
25 точек). Расчетные значения уровней при-
приведены в табл. 12.42.
Пример расчета на ДВК-2 звукового поля
для системы бегущей волны из звуковых коло-
колонок по программе, приведенной в табл. 12.43.
Исходные данные приведены в программе.
Результаты расчета даны в табл. 12.44.
Для рупорных громкоговорителей про-
программа для ДВК дана в табл. 12.436.
12.1 ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА
ДЛЯ ВОКОДЕРНЫХ ФИЛЬТРОВ
(в цифровом исполнении)
Введение. К полосовым фильтрам (ПФ),
предназначенным для спектрально-полосного
вокодера, предъявляют несколько иные тре-
требования, чем к полосным фильтрам, предназ-
предназначенным для многоканальной связи. Дело
в том, что в многоканальной связи они служат
для расфильтровки разных передач и переход
сигнала из одного канала в другой недопус-
недопустим. Поэтому частотные характеристики ко-
коэффициента передачи фильтра имеют крутые
спады на границах полосы пропускания, для
чего около этих границ создаются всплески
частотных характеристик, т. е. эти характе-
характеристики создаются не только полюсами фильт-
фильтра, но и нулями.
Полосовые фильтры в полосном вокодере
расфильтровывают один сигнал на ряд полос
и расфильтрованные сигналы имеют сильную
взаимную корреляцию. Поэтому переход из
одного канала в другой не представляет по-
помеху. Но к полосовым фильтрам полосного
вокодера предъявляют иные требования: не
допускаются колебания в огибающей импульс-
импульсной характеристике (так называемый «звон»)
и время затухания этой характеристики долж-
должно быть возможно меньшим. Вследствие пер-
перового требования нули спектра должны быть
в центре координат S-плоскости, и порядок
фильтра следует выбирать небольшой. Вто-
Второе требование лучше всего удовлетворяется
Рис. 12.9. Цифровой фильтр Бесселя 3-го по-
порядка:
а — трехзвенная схема фильтров; б — схема звена
фильтра
фильтрами Бесселя. Из практики известно, что
наиболее подходящие — фильтры Бесселя
3-го порядка по НЧ фильтру-прототипу. На
этом основании выбираем именно такие филь-
фильтры.
Непосредственный расчет цифрового фильт-
фильтра Бесселя довольно громоздок. Гораздо удоб-
удобнее рассчитывать такой фильтр в аналоговом
исполнении и лишь на последней стадии пе-
переходить к цифровому исполнению. Ниже при-
приведены формулы и программы расчета филь-
фильтра параллельно-последовательного типа
(рис. Г2.9). На рис. 12.9, а дано одно звено
фильтра, а на рис. 12.9, б — его звенья.
Известны полосы фильтра-прототипа НЧ
Бесселя 3-го порядка: рх — 2,3221854, р2 ^
1,8389073, qr2 = 1,7543810, коэффициенты
разложения передаточной функции этого
фильтра: т2 — —2,2648959, /2 — —0,6239093
и поправка на полосу пропускания
у = 1,4548198.
Задаются граничными частотами фильтра,
совпадающими с частотами стыка полос про-
пропускания фильтра: /н и /в, текущими частота-
частотами / (кГц)*, а также интервалом дискретиза-
дискретизации речевого сигнала Т = 1/32 или Т ~
= 1/16 мс**.
1. Определяют расчетную полосу пропуска-
пропускания фильтра
*3адают только для расчета АЧХ и ФЧХ.
**3адают только для расчета АЧХ, ФЧХ
и импульсной характеристики.
325
s
!
I
eL я
О ti
"I
I!
326
к 5
ев й
S я
_ a.
Я ее
Я X
R
Ж
Я
CN
й..
a> о
С С
kC bX~<o ..
СО CN o О
с~с§сх
xC kt >»« -
'CNCO'tf'incOt^OOOiQ— CN CO Tp lO С© S 00
11ЛЮ1Л1ЛЮ1ЛШЮСОСОСОСОСОСОСОСОСО
дар- я
я «I
О ее 00
хх | С
ССХ Uk
.. кЙ в Х«ХккСк 1С
eo CO . lO О СО
С ..CS+GX kG
kucoc4 .. к оСХС .-С
CO
Ссосч ..
С
xicxlcx
гес xccx+t2cx+ccx
gU "Sk «S .^k Tx *Sk gS ^к «S
SCXCCX SEX |CCX-l«XCCX«CXCCX SCX
-* ее —
S
J^ Ю 00 СО СТ> S СО 0О Ю O<N
XX XX ,СХХ XX iCX
ССХССХ+хССХССХIхС
©~CN
COCOCO
иэ о о* со ч и о
СХС С«+СХС xC^x+CUCQtS
i — CSJCO '
в «я со с* со
|е.ХнХЙ..1Й|?х1йЙЪЙжн I
ffi©
00 00 00 00 00 00 00 00 00 SSoiO) O>O>
СО СО СО *# *# *# ч*<
COCO
. х
х-Ьс
ЕС
X К
— со *=С
ЕЕ Е
XXX
uO00 0 0H0 0)
x c к г- x x г-
- хЕХ хЕЕХ к
со#юсогоо
ОООООООООООО
00 О) <7>
с~ев«
U3CN О.-С. .
"х — юСмк
CO CO СО СО СО *Ф ^ *Ф ^f ^Ф ^ ^ Ф f ^
CQ х х
EEC
X
со
3 х х х х
CQ EEE ЕЕ
СЛ
><• I—1 Я I—с J3 I
- <U X X ХС COCN ••
СО СО СО СО СО ^* ^ ^ "V ^* *Ф ^ ^ ^*
CQ
3 3 3S.cq.qq.
•* со оо о со ег
ЕЕЕЕЕЕ
X X X X Х><
¦—' СЦ СО ""* ^Ч СО
666 8 8 8
СО Ю t*- С5 « О
ЕЕЕЕЕЕ
X X X X X X
s
ЕеоЕооЕ «
х х х
^Е—Е—Е
CN
§ !
а fitfltflt
CQ
00 <=l
X X
ЕЕ
eNco^40cot^ooa>o
оооооОоооооооОоосТ)
« о
II
¦—' CN CO •-< СЦ CO
333 co.co.nQ.
1Л -* "Y* 00 -^ у О
EEX-L«X+E EX «E
со со со со со ^
^ ^ ^J. ,ф
Seeeeee я
CQxxxxxxCQ
to ч
x , r*
XE I x
>3 Зосо
lO C7>
Nlegg
E E E ;$ со
— <NCO
qQ.0Q.nn
О CQ t=C
XXX
EEE
X XX .
ЕХЕЕХ I
— tNCO
О
no) a и
3 X х х
хх х х х CQEEC
CN COCN *>00
x , С x rr
E I .. x EX — x
Ift CO t^- 00 О О —• CN CO
CO CO CO CO CO ¦*¦*¦* 4f
ОМФ2
00 f*. — rj« н-J
~ - f • ki
СЧ •* CO OO
x x x ><
ЕЕЕЛ
6 6 6
327
и ее центральную частоту
/о^(/в/нI/2; й>о = 2я/о.
2. Определяют полюсы фильтра
вспомогательным величинам:
Z=(<oe/A<o)»; A = (
C=(pl-ql)/BZ);
coft по
До»; ^-
3. Определяют коэффициенты разложения
передаточной функции фильтра ah, ph no
вспомогательным величинам
D = т% (о2 — /2 а2;
=— m2 Дю; Pi =
pa = (DG-f F?) Дю/(?* + (?»);
а3 = т2Дсо—a2; p3 —/<s Д<о —р2.
4а. Находят коэффициенты фильтра (для
его реализации)
Uk — 2cos@ft7exp (—aft Г),
p()
-^-sin Wft Г )ехр (—oh
«ft /
T).
46. Рассчитывают импульсную характерис-
характеристику фильтра (для моделирования)
з
h(raT)=2 2 (aft cos Wft пГ—
k=\
— pft sin (Oft пГ) ехр (—aft nT),
где n = 0, 1, 2, ... до Л (пГ)/ ж 0.
4.в. Рассчитывают АЧХ и ФЧХ (для раз-
различных расчетов)
Янор = #(/)/#(/„),
tf4.<& = 201gtf(/>, дБ, Фц.ф(/) =
= arctg[Im//?e],
где Re=
Im=
«fc
= 1 _ Uh cos 9 + Vk cos 29;
Ниже приведены программы расчета фильт-
фильтров на микрокалькуляторе МК-54 (табл. 12.45).
Пример расчета на микрокалькуляторе
МК-54.
Заданы частоты фильтра /н = 0,96 кГц и
/в = 1,14 кГц. Интервал дискретизации Т —
— 1/32 мс, точность 8 знаков (без «улей).
Угловая полоса пропускания Доа =
= 0,77739751 крад/с. Центральная частота
полосы /0 = 1,0461357 кГц. Центральная уг-
угловая частота (о0 = 6,5730648 град/с.
Составляющие полюсов: (#а = 0,8119323)
а1 = 0,90263057 @1==6,5107935
а2 = 0,78897089 @2 = 7,2519249
а3 = 0,64069111 @3=— 5,8880735'
Коэффициенты разложения:
ах = 1,7607244 fa =0,24409984
a2=—0,94671173 р2 =—0,36271362
a3=— 0,8140127 Р3= —0,12231192
Управляющие коэффициенты фильтра:
j =0,945514735
?/1== 1,9042669
U3= 1,9013992
{/, = 1,9272688
^=0,97936739
V2 = 0,95188539
Wz= 1,0346877
V3 = 0,96075391
W3 = 0,9366872
Импульсная характеристика (отсчеты уве-
увеличены в 108 раз) приведена в табл. 12.46,
АЧХ и ФЧХ фильтров — в табл. 12.47.
Таблица 12.46. Импульсная
характеристика
п
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
18
24
25
32
38
39
4в
61
h(nT)
0
3,24258
11,95148
24,18606
37,63744
49,874
58,58178
61,78348
58,02898
46,533514
27,258648
0,93384
—30,98512
—66,41488
—102.79228
—137,26264
—200,77
—8,87
58.15
38,769
45J3
—55.47
—544,33382
621,31572
п
77
91
106
122
137
152
167
182
199
201
221
240
258
275
293
h(nT)
—600,17648
551,6271
—453,29156
345,362
—246,9577
162,64134
—96,663966
49,31173
—24,208029
—26,07824
13,156907
-11,173552
9.764447
—7,4844108
4,498888
328
Таблица 12.4?
/, кГц
), дБ
, дБ
Ф. рад
Примечание
о) АЧХ и ФЧХ цифрового фильтра
О
.4
20
—4
-20
1,0461357
0,95979079
0,61446097
1,1402483
1,7812179
24,082412
22,071202
-11,175239
22,07157
-11,175347
О
—2,01121
—35,257651
—2,010842
—35,257759
О
—1,4522496
—0,9312081
+ 1,4522308
+0,9312743
Перескок
на я
Перескок
на я
фазы
фазы
Примечание. На центральной частоте усиление фильтра равно 24,082412 дБ.
б) АЧХ и ФЧХ аналогового фильтра-прототипа
0
4
20
4
-20
1,0461357
0,95979779
0,61446097
1,1402483
1,7812179
0
— 2,0110048
-35,258234
—2,0110048
35,258234
0
—1,4522424
—04931276
+ 1,452224
+0,931276
Перескок
на я
Перескок
на я
фазы
фазы
В табл. 12.48 приведена программа рас-
расчета фильтра на языке Бейсик, а в
табл. 12.49а, б, в данные расчета коэффици-
коэффициентов фильтра, импульсной и частотной ха-
характеристик его.
Таблица 12.49а. Параметры цифрового
фильтра F0= 1,0461357 кГц,
Я0=О,96 кГц, 50=1,14 кГц
D\ =0,12372666 кГц
Коэффициенты фильтра
Таблица 12.49в. Частотная характеристика
коэффициента передачи
м
1
2
3
и
1,9042669
1,9013994
1,9272689
V
0,94514737
0,95188534
0,96075395
W
0,97936732
1,0346878
0,93668733
К
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
F(K), кГц
0,61
0,7
0,79
0,87
0,96
1,05
1,14
1,25
1,39
1,56
1,78
Н(К)
0,28
0,67
1,78
5,35
12,69
16
12,69
5,35
1,78
0,67
0,28
L(K), дБ
—П,1
-3,5
5,0
14,6
22,1
24,1
22,1
14,6
5
—3,5
—11,1
—0,93
—0,7
—0,32
0,39
—1,45
0
1,45
—0,39
0,32
0,7
0,93
Примечание. Для сокращения объема импульс-
импульсная характеристика дана только для экстремальных
значений, а частотная характеристика только для
11 частот.
Таблица 12.496. Импульсная характеристика
N
h (#)ХЮЗ
N
h (/V)xlO3
h (W)XlO3
N
h (/V)X1O3
N
h (/V)xlO3
1
0
,8
61.778965
62
621,31604
123
345,36245
185
54,34477
19
—200,7618
77
—616,4487
138
—246,95722
202
- 26,077801
33
388,68841
92
557,62775
153
162,64056
222
13,156502
47
—544,3381
107
-453,2915
169
—99,321701
240
—11,173274
329
Таблица 12.48. Программа расчета
вокодерного фильтра в цифровом
исполнении иа языке Бейсик
10 DATA 2.322185.1.838907.1.754381.1.45482.-2.264896.-0.423909
11 DIM Al<3bA<3)»B<3>»C<3).Cl<3>»Sl<3)
15 OPEN "LP:' FOR OUTPUT AS FILE *6
20 READ P1.P2.Q2.G1.M2.L2
30 PRINT ТРАНИЧНЫЕ ЧАСТОТЫ ФИЛЬТРА" л ,'
40 INPUT НО.ВО
60 DO-2*PI*(BO-HO)/G1
70 FO«SQR<B0*HO> \ C0=2*PI*F0
90 PRINT *6f-F0=-;F0»-HO--jH0;"B0-';B0f-C0-'jC0,
100 X-(CO/DO)
110 Y=<P2*Q2A2>/<4»X>
120 U=(P2A2-Q2)/B*X)
130 Z=Y+SQR<Y-H*1)
140 Y2=Z-5QR(Z'42-1)
150 SlU>=Pl*D0/2 '
160 C1?1)=SQR(CO-S1A>''2)
170 SH2)=P2*D0/<l*Y2>
180. ClB)=Q2*D0/(l-Y2>
190 SH3>=S<2)*Y2 \ C1C)=-C1B)*Y2
210 F»M2«S1<2)+L2»C1<2>
220 D=M2*C1B)-L2*SK2)
230 G-S1B)*(Y2-1)
240 E=C1B>*(Y2*1>
260 A1A)=-H2«DO
270 B1U>=A1U)«S1<1)/C1A)
280 AlB)=(D*E-F*6)*D0/(EA2*6*2>
290 BlB)=(D*G+F*E>*D0/(EA2*6A2)
300 A1C)-H2*DO-A1B)
310 B1C)=L2*DO-B1B)
320 T-l/32
325 PRINT «f'Al"f*A-f-B'.'C"
330 FOR J=l TO 3
340 A(J)-2*C0S(Cl(J)*T)*EXf»(-Sl(J)*T)
350 B(J)=EXP(-2*SHJ>*T)
360 C(J) = (COS(C1(J)»T> + (B1(J)/A1(J))*SINCC1U)*T>)»EXP(-S1(J>»T)
370 PRINT *6.A(J).B(J)rC(J>
380 NEXT J
390 PRINT *6f'N*f"H2'
410 FOR №0 TO 300
420 M2=0
430 FOR J=l TO 3
440 H2»H2+tAl(J>*C0S(Cl(J>»T»N)-Bl(J)«SIN(Cl(J)»T»N))*EXP(-Sl<J)»T*N>
450 NEXT J \ H2«H2«2
460 PRINT *6»N»H2
470 NEXT N
495 PRINT ¦6f-K-»Tl->-Hl"»-U"rwQl-
500 FOR K=0 TO 20
510 Dl=.06»SQR(DO/CO)*K
515 F1»FO/A-DJ)
520 GOSUB TO 570
530 F1=FO/U-D1>
540 GOSUB TO 570
550 NEXT К \ GO TO 1000
570 T1=2»PI»T»F1
580 R1=O 4 I1-0
600 FOR J=l TO 3
610 P=1-C(J>»COS(T1)
620 R=l-A(J)«COS(Tl)*B(J)«COSB»T1>
630 S=A(J>»SIN(T1)-B(J)»SINB«T1)
640 Q=C(J)*SIN(T1)
650 R1=R1+A(J>«(P«R+O»S>/(R*2+SA2)
660 II=I1+A1(J>»(P*S-Q«R)/(R*2*S)
670 NEXT J
68OO1=ATN(I/R1) \ H1=SO«(R1A2*I1'42>
700 Ll=20«L0G(Hl)/LOGU0> /
720 PRINT *4»K»Fl.hbLliPl /
740 RETURN ,, "
1000 CLOSE *6 —' '*
10000 END
330
Пояснения к программе расчета фильтра
на Бейсике
Первой строкой (DATA) идут данные пара-
параметров фильтра Бесселя 3-го порядка. Затем
размерности полюсов фильтра (SI, C1), ко-
коэффициентов разложения (Al, B1) и коэффи-
коэффициентов фильтра (U, V, W), за ней идет строка
с командой на печать. Под адресом 20 дана
строка READ с буквенным обозначением па-
параметров фильтра к первой строке. Следующая
строка дает высвечивание на дисплее: «Гра-
«Граничные частоты фильтра». Это означает, что
при запуске программы на счет надо ввести
эти частоты (строка Н0, В0).
Далее идет расчет ширины полосы про-
пропускания, средней частоты (угловой и ли-
линейной) в соответствии с формулами, приведен-
приведенными выше. Строки с адресами 100—310 также
точно соответствуют приведенным выше фор-
формулам. В строке 320 задаемся интервалом кван-
квантования во времени. Рекомендуется Т =
= 1/32 мс. В строках 330—380 дан расчет
коэффициентов цифрового фильтра для трех
полюсов. В строках 410—470 дан расчет им-
импульсной функции в виде суммы от трех полю-
полюсов. Импульсная функция определяется для
240—300 значений времени. При суммирова-
суммировании для каждой ординаты импульсной функ-
функции она обнуляется в адресе 420. В адресе
450 функция удваивается для ее нормализа-
нормализации. В адресах 500—550 дается расчет частот,
для которых надо определить функцию пере-
передачи. Таких частот взято 20 с каждой стороны
средней частоты. Интервалы по частоте выбра-
выбраны по эмпирической формуле, выведенной на-
нами. (Эта формула дает для всех фильтров воко-
вокодера изменение функции передачи в пределах
30...35 дБ, что всегда достаточно.) После опре-
определения каждого значения частоты идет пере-
переход к подпрограмме для определения функ-
функции передачи. В этой подпрограмме сначала
определяют аргумент функции Т1: обнуляют
вещественную и мнимую составляющие функ-
функции и вычисляют составляющие функции пе-
передачи для трех пар полюсов в соответствии
с формулами, приведенными выше. После это-
этого определяют модуль функции, фазу и на-
находят функцию передачи в децибелах. В ад-
адресах с оператором PRINT дается вывод ве-
величин на печать или дисплей. Для программ
на языке Бейсик в данном случае вводим сле-
следующие обозначения:
A/ = D1 m2 = M2 ah=Al (J) aft=Sl (У)
=Cl (J) K =
71
p2=P2
px-=P\
не совпадает с соответствующими формулами.
Следует сделать замену обозначений в про-
программе 12.48 на следующие:
X — Z, Y—A,
A—V, B — V,
W—C, Z—B
C — W
и в позиции 680 есть опечатка: напечатано
Ql = ATN(I/R1), надо Ql = ATN(I1/R1)
12.3. ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА
РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ И ОБЩЕГО
УРОВНЯ ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ
В основе программирования расчета раз-
разборчивости речи лежат соотношения, приве-
приведенные в разд. 10.7. Весь расчет ведется на
октавных частотах: 250, 500, 1000, 2000, 4000
и 6000 Гц. Всегда заданными считаются вели-
величины спектральных уровней речи на расстоя-
расстоянии 1 м от рта, В {К) поправки на дифракцию
D(K) около головы слушателя (см. табл. 12.50),
ширина полосы частот А/ и показатель сте-
степени S для определения коэффициента раз-
разборчивости E = 1,8073549). '
Таблица 12.50. Исходные параметры
расчета
/окт»
к
В(К)
D(K),
Гц
ДБ
ДБ
Д/, Гц
250
1
45,5
1
175
500
2
41,5
1,8
350
1000
3
33
2,7
700
2000
4
25,5
4,2
1400
4000
5
18,5
5,4
2800
6000
6
15,5
5,9
2000
Для каждого расчета надо знать спектраль-
спектральные уровни акустических шумов G (К) и ин-
индекс тракта Q (К), причем для помещений
еще надо иметь данные о времени ревербера-
реверберации Т (К), акустическом отношении R (К), для
открытых пространств уровни отраженных
сигналов R1 и взаимных помех 77.
По заданному расстоянию микрофона
от рта (г в метрах) вычисляют спектральные
уровни у слушателя С = В (К) — 20lg/" ¦+•
-Ь Q (К) и спектральные уровни шумов с по-
поправкой на время реверберации (только для
помещений) U = С {К) + \0lgT (К). Затем
находят спектральные уровни помех. Для по-
помещений F = С + lOlgtf (К) + 50lg T (К)/
3 -(- D (К)—21, а для открытых пространств
F = С + 101gA0°-1/?i +. 100irl) Ч- Z) (/С)*-
Примечанне. По техническим причинам
программа 12.48 была сфотографирована в ста-
старом варианте, и поэтому ряд обозначений в ней
*В отсутствие отраженных сигналов и
взаимных помех Т1=Р1= —27 дБ.
331
Далее находят суммарный уровень помех и
шумов Н = 10lgA00>lt/) + 100>1F) и уровень
ощущения речи Е = С — Я. По уровню ощу-
ощущения речи находят коэффициент разборчи-
разборчивости W для пяти участков соответствующей
зависимости W = f (?):
Для участков Е < —12 дБ W — 0; Е >
>30дБ W = 1; — 12<?<0дБ W =
= (? + 6)/30 + 0,06(—?/6)s; 0 < ? < 18 дБ
W = (? + 6)/30; 18 < ? < 30 дБ W =
= (? + 6)/30 — 0,06 (?+6)/6)s.
Полученные значения W суммируют с ве-
весовыми коэффициентами и находят формант-
ную разборчивость речи А = 0,05 {W A) +
+ 3 W B) -f 4W C) + 6W D) + 5U? E) +
Пример расчета разборчивости речи для
аудитории с данными, приведенными в
табл. 12.51.
Таблица
расчета
12.51. Исходные параметры
К
G(K), дБ
ПК), с
R(K), дБ
Q(K), дБ
(г = 0,5)
1
34
0,79
2,95
— 18
2
30
0,74
1,7
—7
3
21,5
0,78
1,5
—9
4
13,5
0,72
1,1
—9
5
7,5
0,70
0,98
—3
6
2
0,62
0,8
—8
По программе, приведенной в табл. 12.52,
получаем следующие данные коэффициентов
разборчивости речи и формантной разборчи-
разборчивости
К . .
1 2
0,21 0.57
3
0.5
4
0,53
0.66
6
0,62
Формантная разборчивость А ------ @,21 -|-
+ 3 • 0,57 + 4-0,5 + 6 • 0,53 + 5 • 0,66 +
+ 0,62)/20 = 0,55.
При А — 0,55 отличная понятность речи.
Получили несколько заниженное значение
разборчивости в полосе ниже 500 Гц, но оно
необходимо для устойчивости работы звуко-
звукоусилительной аппаратуры из-за обратной акус-
акустической связи.
Пример расчета разборчивости речи для
лектория, находящегося на открытом возду-
воздухе.
Задано: шумы речевого типа с уровнем
60 дБ, остальные данные приведены в
табл. 12.53.
Отраженных сигналов нет (RI = —27 дБ),
взаимных помех нет G7 — —27 дБ). Рас-
Расстояние от микрофона г = 0,5 м.
По программе, приведенной в табл. 12.54,
находим коэффициенты разборчивости и фор-
мантную разборчивость: и?A) = 0,51;
W B) = 0,41; W C) - 0,51; W D) ¦-= 0,58;
W E) - 0,57; W F) = 0,65; А = 0,54.
Таблица 12.52. Программа расчета
на языке Бейсик разборчивости речи
для помещений
5 PRINT "INPUT W POZ.11,13: G(K),Q(K)"
4 PRINT "INPUT W POZ. 13,17sT(K) ,R(K).H.
5 PRINT "INPUT W P0Z.19:r"
6 DIM GF>: DIM QF>: DIM TF>
8 DIM RF): DIM BF>: DIM DF)
10 DIM WF>: DIM CF>
11 DATA 34,30,21.5,13.5,7.5,2
12 READ G(l),G12>,GC),GD),GE),6F)
13 DATA -16,-7,-9,-9,-3,-8
14 READ Q(l),QB),aC),QD),QE),QF)
15 DATA .79,.74,.78,.72,.70,.62
16 READ TA),TB),TC),TD),TE),TF)
17 DATA 4.7,2.3,1.8,.4,-.1,-1
18 READ R(l>,RB),RC),RD),RE),RF)
19 LET r-.S: PRINT "W(K>"'
21 DATA 45.5,41.5,33,25.5,18.5,15.5
22 READ B(l),BB>,8C),BD),BE»,BF)
23 DATA 1,1.8,2.7,4.2,3.4,3.9
24 READ DA),DB),DC>,DD),D(S),DF)
35 LET S-1.8073549: LET O10
40 FOR K*l TO 6 ^
43 LET C(K)»B(K)-20»LN г/LN C+Q(K)
43O LET U»G(K)+C»LN T(K>/LN С
6O LET Rl»R(K)l LET Tl-50*LN T(K)/LN C/3
65 LET F»C(K)+R1+T1+D(K)-21
70 LET H«C»LN (C^^U/O+C^^F/Oj/LN С
80 LET Е»С(Ю-Н: LET El*(E+6>/30
90 IF E>—12 THEN 60 TO 120
100 LET W(K)~0i 80 TO 220
120 IF E<*30 THEN Sa TO 150
130 LET W(K>«1: GO TO 220
150 IF E>»0 THEN GO TO 180
160 LET М(К)=Е1+.06»(-Е/6)Л8
170 GO TO 220 '
180 IF E<«18 THEN GO TO 210
190 LET W(K)-E1-.O6*((E-18>/6>~S
200 GO TO 220
210 LET W(K>»E1
215 LET W(K)«INT A00»W(K)+.3)/10O
220 PRINT W(K)': NEXT К
230 LET Al»(W(l)+3*WB)+4»WC>)/20
24О LET A2=F<tWD)+5*WC)+WF))/20
25О LET AWU+A2: PRINT "А»";А
260 LET 1-0
270 FOR K*l TO 5
28О LET 1»14173»2'ч(К-1)»СЛ(С(К)/С)
290 NEXT К
3OO LET 1«1+2000*СЛ(СF)/С)
31О LET L-INT A00*LN I/LN O.5)/C
32О PRINT "L*"jL;"dB"
400 STOP \
Таблица 12.53. Исходные параметры
расчета
К
G(K),
Q(K),
ДБ
ДБ
1
34
—8
2
31
— 10
3
21,5
—8
4
13,5
—6
5
7,5
5
6
2
—4
Весь речевой диапазон проходит одина-
одинаково.
После расчета разборчивости речи следует
рассчитать общий уровень речевого сигнала с
учетом фактического индекса тракта. Поэтому
в программы такого расчета включают под-
332
Таблица 12.54. Программа расчета
на языке Бейсик разборчивости речи
для открытых пространств
3 PRINT "INPUT 000,0A0 V PQ» 11,13"
6 PRINT "INPUT TilO'.RCK) V PtW iS'.l*
7 PRINT "INPUT г V POZ 19"
8 DIM WF)i DIM CF)J SIM BF)i DIM 0F)
10 DIM GC6>! DIM 0F)i DIM TF)i DIM RF)
11 DATA 34,31,21.5,13.3,7.9,2
12 READ 6A),GB>,GC),GD),Q<3),G<6)
13 DATA -8,-10,-8,-6,-3,-4
14 READ 0A),QB),0C),QD),QC),Q(A)
15 DATA -27,-27,-27,-27,-27,-27
16 READ T(l),TB),TC),T<4),TC),T<6)
17>DATA -27,-27,-27,-27,-27,-27
18 READ RA),RB),RC>,RD>,RE>,R<6)
19 LET r».5i PRINT "W(K>"'
20 DATA 45.3,41.0,33,25.5,18.5,13.5
21 READ BA),BB),BC),BD),BC),B<6)
22 DATA 1,1.8,2.7,4.2,5.4,5.9
i R?DD/1I
30 LET S-l. 80733491 LET OlO
АО FOR K-l TO 6
30 LET C(K)-B(K)-20»LN г/LN C+Q<K>
S3 LET U»G(K)
60 LET Rl-C-(R(KX/C)i LET Tl-C-MTOO/P»
63 LET F»C(K)+C»LN (Rl+TD/LN C+D(K)
70 LET H-C»LN (CMU/C>+C~(F/C> >/LN С
8O LET E-C(K)-Hi LET El*(E+6>/30
90 IF E>—12 THEN SO TO 12О
10O LET W(K>»0: GO TO 220
120 IF E<>30 THEN GO TO ISO
130 LET W(K)*li GO TO 220
150 IF E>»0 THEN GO TO 180
160 LET WflO-El + .06*(-?/6>~S
17О 60 TO 220
180 IF E<*18 THEN GO TO 210
19О LET W(K)»El'-.06*<(E-ie)/6)^S
200 GO TO 220
210 LET WdO-El
210 LET W(K)»INT A00»W(K>+.5)/l00
220 PRINT WOO ': NEXT К
230 LET A1»(WA)+3»W<2)+4»WC))/2O
233 LET A2»F*WD)+S*MC)+WF)>/20
240 LET A-A1+A2: PRINT "A-";A
260 LET I-O ff
270 FOP K-1 TO 3
280 LET 1-1*173*2* (K-l >«CMC(K)/C>
290 NEXT К
300 LET I»I+2OO0»C~(CF)/C>
310 LET L«INT A00»LN I/LN O.5)/C
320 PRINT "L-"jL;"dB"
400 STOP
программу расчета общего уровня речи. Ис-
Исходными данными являются формулы, при-
приведенные в § 10.8. Применительно к введен-
введенным обозначениям формулу расчета "общего
уровня речи записывают так:
5
2
2000
где спектральные уровни .речи на выходе
тракта Врс заменены на С (k)* а ширина поло-
полосы А/Окт на 175.2<*-*) для первых пяти полос,
а для шестой полосы она оставлена без пре-
преобразования. Этот расчет дает максимальный
средний уровень, пиковый уровень будет вы-
выше на 12 дБ.
Для рассмотренных примеров расчета по-
получаем: для помещения L = 67,6 дБ; для лек-
лектория на открытом воздухе ? = 68,8дБ.
Замечания к программам
Программы составлен^ без учета вывода
данных и самой программы на печать. Для вы-
вывода их на печать следует добавить в начало
программы две строки: название программы и
указание для печати, указание на номер фай-
файла после каждого оператора PRINT и OPEN
в начале программ и CLOSE в ее конце, как
и в случае расчета уровней звукового поля
(см. § 12.1).
В целях компактности программ для пе-
печати в книге длина строк программ взята не
более чем на 45 знаков. Поэтому пришлось ряд
строк с данными и размерностью разделить на
несколько строк (вместо 3'строк получилось
13). Кроме того, длинные формулы были раз-
разделены с заменой их частей вспомогательны-
вспомогательными величинами. В остальном выражения в
программах соответствуют приведенным выше
формулам.
Для коэффициента разборчивости и для
( общего уровня речи сделано округление для
W с точностью 0,01, а для уровня L 0,1 дБ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОБЩАЯ
1. Иофе В. К-, Ямпольский А. А. Расчет-
Расчетные графики и таблицы по электроакустике. —
М.-Л.: Госэнергоиздат, 1954. —452 с.
2. Сапожков М. А. Электроакустика. Учеб-
Учебник для вузов. — М.: Связь, 1978. — 272 с.
3. Дрейзен И. Г. Электроакустика и зву-
звуковое вещание. — М.: Связьиздат, 1961. —
542 с.
4. Римский-Корсаков А. В. Электроакусти-
Электроакустика. — М.: Связь, 1973. — 272 с.
, 5. Иофе В. К. Электроакустика. — М.:
Связь, 1973. — 272 с.
6. Вахитов Я. Ш. Теоретические основы
электроакустики и электроакустической аппа-
аппаратуры. — М.: Искусство, 1982. —416 с.
7. Taschenbuch der Technischen Acustik. —
Berlin: Heckl/Muller, Springer Verlag, 1975. —
536 S. ней,
8. Taschenbuch-Akustik, 2 B. Red. W. Fa-
sold, W. Schrimer. — Berlin: VEB Verlag,
1984. — 1723 S.
9. Tremaine H. M. Audio Cyclopedia. —
N. Y.: H. W. Sams & Co, 1982. — 1758 p.
10. Davis D. and C. Sound System Engi-
Engineering. — N. Y.: H. W. Sams & Co. 1979. —
296 p.
333
ПО РАЗДЕЛАМ
1.1 Скучик Е. Основы акустики. В 2 то-
томах: Пер. с англ./Под ред. Л. М. Лямшева. —
М.: Мир, 1976. — 1042 с.
1.2. Стретт В. (лорд Релей). Теория звука:
Пер. с англ./Под ред. С. М. Рытова. Изд
2-е. — М.: Гостехиздат, 1955 — 980 с.
1.3. Фурдуев В. В. Акустические основы
вещания. — М.: Связьиздат, 1960. — 320 с.
1.4. Иофе В. К. Некоторые вопросы прие-
приема и воспроизведения звука. Доклад по опуб-
опубликованным работам на соискание ученой
степени доктора технических наук. — МЭИС,
1970. 42 с.
2.1. Ржевкин С. Н. Слух и речь в свете со-
современных исследований. — М.—Л.: ОНТИ
НКПТ СССР, 1936. —312 с.
2 2. Цвиккер В., Фельдкеллер Р. Ухо как
приемник информации: Пер. с нем./Под ред.
В. Г. Белкина. — М.: Связь, 1971. —216 с.
2.3. Fletcher H. Speech and Hearing in
Communication — N. Y.: D van Nostrand Co,
1953. — 840 p.
3.1. Харкевич А. А. Спектры и анализ. —
M.: ГИТТЛ, 1953, — 216 с.
3.2. Сапожков М. А. Речевой сигнал в ки-
кибернетике и связи. — М.: Связьиздат,
1963. — 452 с.
З.З.Фланаган Дж. Л. Анализ, синтез и вос-
восприятие речи: Пер. с англ./Под ред. А. А. Пи-
рогова. — М.: Связь, 1968. — 394 с.
3.4. Шитов Л. В., Белкин Б. Г. Статистиче-
Статистические характеристики сигналов, представляю-
представляющие натуральные звучания, и их применение
при исследовании электроакустических сис-
систем. — Труды НИКФИ, вып. 56. — М.: 1970.
3.5. Фаит Г. Акустическая теория рече-
образования: Пер. с англ./Под ред. В. С. Гри-
Григорьева. — М.: Наука, 1964. — 284 с.
4.1. Харкевич А. А. Теория электроакус-
электроакустических аппаратов. — М.: Связьиздат,
1940. — 364 с.
4.2. Харкевич А. А. Теория преобразова-
преобразователей. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1 1948. —
192 с.
4.3. Фурдуев В. В. Теоремы взаимности в
механических, акустических и электромехани-
электромеханических четырехполюсниках. — М.: Гостех-
издат, 1948. — 146 с.
5.1. ГОСТ 6495—84. Микрофоны, общие
технические условия.
5.2. Иофе В. К., Корольков В. Г., Сапож-
Сапожков М. А. Справочник по акустике. — М.:
Связь, 1979. — 312 с.
5.3. Каталог: изделия с маркой «Октава». —
Тула: Коммунар, 1985. — 12 с.
5.4. Ковалгин Ю. А., Борисенко А. В.,
Геизель Г. С. Акустические основы стерео-
фбнии. — М.: Связь, 1978. — 336 с.
5.5. Никонов А. В. Звукотехническое обо-
оборудование радиодомов и телецентров. — М.:
Радио и связь, 1986. — 148 с.
5.6. Catalog: microhones, AKG acoustics,
1985. — 48 p.
5.7. Catalog 110: condenser microphones,
Georg—Neumann GMBH, 1985. — 72 p.
5.8. Revue 12: microphones, Sennheiser
electronic KG, 1986. — 160 с
6.1. Алдошина И. А., Войшвилло А. Г.
Высококачественные акустические системы и
излучатели. — М.: Радио и связь, 1985. —
168 с.
6.2. Болотников И. М. Громкоговорители: —
М.: Искусство, 1971.—262с.
6.3. Виноградова Э. Л. Конструирование
громкоговорителей со сглаженными частот-
частотными характеристиками. — М.: Энергия,
1978. — 49 с.
6.4. ГОСТ 13491—68. Телефоны электро-
электромагнитные для телефонных аппаратов общего
применения.
6.5. ОСТ 4.383.001.85. Головки громкогово-
громкоговорителей прямого излучения. Общие техничес-
технические условия.
6.6. ГОСТ 16122—84. Громкоговорители.
Методы электроакустических измерений.
6.7. ГОСТ 23262—83. Системы акустичес-
акустические. Общие технические требования.
6.8. ГОСТ 12089—66. Громкоговорители
рупорные общего назначения. Общие техничес-
ческие условия.
6.9. ГОСТ 5961—76. Громкоговорители
абонентские. Общие технические условия.
6.10. ГОСТ 18286—82. Приемники тех-
программные проводного вещания. Общие
технические требования.
6.11. Иофе В. Км Лизунков М. В. Бытовые
акустические системы. — М.: Радио и связь,
1984. — 96 с.
6.12. Кононович Л. М., Ковал гин Ю. А.
Стереофоническое воспроизведение звука. —
М.: Радио и связь, 1981. — 185 с.
6.13. Рачев Д. Вопросы любительского
высококачественного звуковоспроизведения/
Пер. с болг. — Л.: Энергоиздат, 1981. —184 с.
6.14. Техника высококачественного зву-
звуковоспроизведения/ под ред. Н. Е. Сухова. —
Киев: Техника, 1985. — 159 с.
6.15. Урбанский Б. Электроакустика в
вопросах и ответах/Пер, с польск. — М.:
Радио и связь, 1981. — 248 с.
6.16. Харкевнч А. А. Электроакустичес-
Электроакустическая аппаратура. — Л.—М.: Госэнергоиздат,
1933. — 256 с.
6.17. Хоег В., Штайнке Г. Основы стерео-
стереофонии/ Пер. с нем. — М.: Связь, 1975. —
88 с.
6.18. Шифман Д. X. Громкоговорители. —
М.: Искусство, 1975. — 248 с.
7.1. Ведомственные нормы технологичес-
технологического проектирования объектов телевидения,
радиовещания и телекинопроизводства
ВНТП—01—81. — М.: РИО Гостелерадио,
1982. — 160 с.
8.1. Папернов Л. 3. Озвучение открытых
пространств. —М.: Связьиздат, 1963. — 102 с.
8.2. Сапожков М. А. Звукофикация по-
помещений. — М.: Связь, 1979. — 144 с.
8.3. Сапожков М. А. Звукофикация откры-
открытых пространств. — М.: Радио и связь,
1$85. — 304 с.
8.4. Папернов Л. 3., Молодая Н. Т., Ме-
тер Ч. М. Проектирование и расчет звукоуси-
334
ления и озвучения закрытых помещений. —
М.: Связь, 1970. — 112 с.
8.5. Кибакин В. М. Автономные звуко-
вещательные установки. — М.: Радио и связь.
1983. — 144 с.
8.6. Анерт В., Ранхардт В. Основы техники
звукоусиления: Пер. с нем./Под ред.
Б. Г. Белкина. — М.: Радио и связь, 1984. —
320 с
9.1. Аполлонова Л. П., Шумова Н. Д.
Грамзапись и ее воспроизведение. — М.:
Энергия, 1973. — 73 с
9.2. Бургов В. А. Теория фонограмм.—
Л.: Иускусство, 1984. — 302 с.
9.3. Физические основы магнитной звуко-
звукозаписи/А. А. Вроблевский, В. Г. Корольков,
Я. А. Мазо и др. — М.: Энергия, 1970.
9.4. Гитлиц М. В. Магнитная запись сигна-
сигналов. — М.: Радио и связь, 1981. — 161 с.
9.5. Дегрелл Л. Проигрыватели и грам-
грампластинки. — М.: Радио и связь, 1982. —
176 с.
9.6. Ефимов А. П. Запись звука и изобра-
изображения. — М.: Связь, 1966. — 112 с.
9.7. Закс А. С, Клименко Г. К* Измерения
в практике звукозаписи. — М.: Искусство,
1980. — 384 с.
9.8. Милзарайс Я- Я., Мижуев А. Д. Уни-
Унифицированные электропроигрывающие уст-
устройства II класса. — М.: Радио и связь,
1981. — 281 с.
9.9. Справочник по радиовещанию/Под
ред. В. А. Выходца. — Киев.: Техника,
1981. — 264 с.
9.10. Щербина В. И. Цифровые магнито-
магнитофоны. — М.: Радио и связь, 1986. — 55 с.
9.11. Бургов В. А. Теория фонограмм. —
М.: Искусство, 1984.
10.1. Покровский Н. Б. Расчет и измере-
измерение разборчивости речи. — М.: Связьиздат,
1962. — 392 с.
10.2. Сапожков М. А. Защита трактов ра-
радио- и проводной связи от помех и шумов. —
М.: Связьиздат, 1959. — 254 с.
10.3. Вокодерная телефония. Под ред.
А. А. Пирогова. — М,: Связь, 1974. — 536 с.
10.4. Сапожков М. А., Михайлов В. Г.
Вокодерная связь. — М.: Радио и связь,
1983. — 248 с.
10.5. Вемян Г. В. Передача речи на сетях
электросвязи. — М.: Радио и связь, 1985. —
272 с.
10.6. Richards D. L. Telecommunication
by Speech. — London: Butterworths, 1973. —
596 p.
10.7. Горон И. Е., Римский-Корсаков А. В.
Исследование заметности искажений и помех
в радиовещательном тракте. Доклад на VI Все-
Всесоюзной1 акустической конференции. — М.:
1968.
10.8. ГОСТ 16600—72. Передача речи по
трактам радиотелефонной связи. Требования
к разборчивости речи и методы артикуляци-
артикуляционных испытаний.
10.9. ГОСТ 7153—68. Аппараты телефон-
телефонные общего применения. Методы испытаний.
10.10. ГОСТ 8031—76. Аппараты телефон-
телефонные. Тональный метод измерения разбор-
разборчивости речи.
11.1. Беранек Л. Акустические измере-
измерения. — М.: ИИЛ, 1952. — 626 с.
11.2. ГОСТ 12090—66. Частоты для акус-
акустических измерений.
11.3. ГОСТ 15116—69. Звукоизоляция.
Методы электроакустических испытаний.
11.4. ГОСТ 20446—75. Методы измерений
шумов на рабочих местах.
11.5. ГОСТ 6496—74. Ларингофоны. Ме-
Методы электроакустических испытаний.
12.1. Инструкция. ДВК «Электроника
НМС 01100.1». Базовое программное обеспе-
обеспечение ДДК «Электроника НЦ 80.20/1». Язык
Бейсик.
12.2. Рабииер Л., Гоулд Б. Теория и при-
применение цифровой обработки сигналов: Пер
с англ./Под ред. Ю. Н. Александрова.— М.:
Мир, 1978. — 848 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .
Список обозначений
Введение .
РАЗДЕЛ I. ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ
И ВОЛНЫ
1.1. Определения . ...... 6
1.2. Линейные характеристики звуко-
звукового поля 8
1.3. Энергетические характеристики
звукового поля . . . . . 8
1.4. Уровни 9
1.5. Плоская волна И
1.6. Сферическая волна . . . .11
1.7. Цилиндрическая волна . . .13
1.8. Интерференция волн . . . .13
1.9. Отражение звука 14
1.10. Преломление звука . . . .15
1.11. Дифракция волн . .... 16.
1.12. Затухание волн 16
1.13. Распространение звука в трубах 17
РАЗДЕЛ 2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
СЛУХА
2.1. Введение 19
2.2. Восприятие по частоте ... 19
2.3. Восприятие по амплитуде . . 23
2.4. Временные характеристики слуха 32
2.5. Восприятие импульсов . . . 33
2.6. Нелинейные свойства слуха . . 34
2.7. Бинауральный эффект .... 34
Р А 3 Д Е Л 3. ПЕРВИЧНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ
СИГНАЛЫ И ИХ ИСТОЧНИКИ
3.1. Введение 35
3.2. Динамический диапазон и уровни 36
3.3. Частотный диапазон и спектры 39
335
3.4. Временные характеристики аку-
акустического сигнала . ... 43
3.5. Пространственное распределение
интенсивности речи вокруг головы 44
3.6. Первичный речевой сигнал . . 45
3.7. Гортань как источник колебаний 47
РАЗДЕЛ 4. ЭЛЕКТРОМЕХАНОАКУСТИ-
ЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СИСТЕМЫ
4.1. Введение 47
4.2. Электромеханические аналоги 48
4.3. Электроакустические аналогии 52
4.4. Электромеханические преобразо-
преобразователи . . . | 58
4.5. Методы составления аналоговых
схем 60
РАЗДЕЛ 5. МИКРОФОНЫ И ЛАРИНГО-
ЛАРИНГОФОНЫ
5.1. Классификация и основные пара-
параметры 61
5.2. Устройство и принцип действия
микрофонов 65
5.3. Направленные свойства микро-
микрофонов 72
5.4. Электродинамические микрофоны 76
5.5. Конденсаторные микрофоны . . 84
5.6. Некоторые другие типы микро-
микрофонов 94
5.7. Техническая эксплуатация мик-
микрофонов . . . ¦ . . . .99
РАЗДЕЛ 6. ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ И
ТЕЛЕФОНЫ
6.1. Определения, классификация, ос-
основные параметры 109
6.2. Основные характеристики телефо-
телефонов и громкоговорителей . . .113
6.3. Требования к громкоговорителям
и телефонам 121
6.4. Описание некоторых типов теле-
телефонов, громкоговорителей и аку-
акустических систем . '. . . .129
6.5. Конструкции акустических оформ-
оформлений 146
6.6. Включение головок громкоговори-
громкоговорителей в акустические системы . .153
6.7. Размещение акустических систем 157
РАЗДЕЛ 7. АКУСТИКА СТУДИЙ И
ДРУГИХ ПОМЕЩЕНИЙ
7.1. Акустические характеристики по-
помещений 159
7.2. Классификация радиовещатель-
радиовещательных и телевизионных студий . .165
7.3. Оптимальная реверберация в сту-
студиях и приемных помещениях 167
7.4. Звукопоглощающие материалы и
конструкции 169
7.5. Звукоизоляция студий . . .177
7.6. Электроакустическое оборудова-
оборудование студий и Аппаратных . . . 182
РАЗДЕЛ 8. ОЗВУЧИВАНИЕ И ЗВУКО-
ЗВУКОУСИЛЕНИЕ
8.1. Основные показатели систем
озвучения 191
8.2 Особенности озвучения открытых
пространств 194
8.3. Сосредоточенные системы озву- ¦
чения 195
8.4. Зональные системы озвучения 204
8.5. Особенности озвучения помещений 210 '
8.6. Сосредоточенные системы озвуче-
озвучения помещений 211
8.7. Распределенные системы озву-
озвучения 211 j
8.8. Звукоусиление 215
8.9. Громкоговорящая связь . . . 218 .,
РАЗДЕЛ 9. ЗАПИСЬ И ВОСПРОИЗВЕДЕ-
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЗВУКА
9.1. Общие сведения о системах запи-
записи звука . . ..... 220 '
9.2. Механическая звукозапись . . 223
9.3. Фотографическая звукозапись 242
9.4. Магнитная звукозапись . . . 246
9.5. Магнитные головки .... 252
9.6. Магнитные носители записи . . 255
9.7. Магнитофоны 261 ;
9.8. Лазерная звукозапись на ком- • ;
пакт-диск 268
РАЗДЕЛ 10. ПЕРЕДАЧА АКУСТИЧЕСКИХ
СИГНАЛОВ
10.1. Определения 270
10.2. Искажения сигналов . . . .271
10.3. Шумы и помехи в трактах и ка- >
налах связи и вещания . . . 274 :
10.4. Допустимые искажения вещатель- !
ных сигналов 274 j
10.5. Понятность и разборчивость речи 275
10.6 Индексы тракта . 278
10.7. Расчет разборчивости речи . . 280
10.8. Расчет общего уровня звукового
поля при передаче речи и выбор |
аппаратуры звукоусиления . .281 [
10.9. Примеры расчета индексов трак- j
та, разборчивости речи и общего |
уровня передачи 282 !
10.10. Определение разборчивости речи
для трактов радиотелефонной
связи 285
10.11. Методы повышения разборчиво-
разборчивости речи 286
10.12. Вокодерная связь .... 287
РАЗДЕЛ 11. АКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕ-
ИЗМЕРЕНИЯ
11.1. Измерительная аппаратура и обо-
оборудование . ¦ 288
11.2. Методы измерений основных ха-
характеристик электроакустической
аппаратуры и помещений . , . 290
11.3. Экспертиза Эдфнкальных передач 299
РАЗДЕЛ 12. ПРОГРАММЫ ДЛЯ МИКРО-
МИКРОКАЛЬКУЛЯТОРОВ И ЭВМ ТИПА ДВК
12.1. Комплекс- программ по расчету
звукового поля и эха при звуко-
фикации 303 ;
12.2. Программы расчета для вокодер-
ных фильтров 325' ;
42.3. Программы для расчета разбор-
разборчивости речи и общего уровня пе-
передачи речи 331
Список литературы 333
336