Формирование и распределение программ звукового вещания. Студии звукового вещания.
Классификация студий. Студией называют акустически обработанное помещение, предназначенное для исполнения различных вещательных передач. Студии звукового вещания делятся на большие, средние и малые концертные (музыкальные), речевые и литературно-драматические. Литературно-драматические обычно состоят из блоков студий: основной, заглушённой и гулкой. Формы больших студий звукового вещания разнообразны, выбираются из архитектурно-строительных соображений и удобства размещения исполнителей. Эти студии имеют места для слушателей и зрителей: cтудии средних и малых размеров чаще всего имеют форму параллелепипеда, стороны которого — длина l, ширина b и высота h — находятся в соотношении так называемого«золотого сечения»:
l/ b = b/h при l = b + h
Объем студии выбирается в зависимости от максимального числа исполнителей. Объем, приходящийся на одного исполнителя, должен быть не менее 10...18 м3, а на одного слушателя — не менее 10 м3. Площадь пола студии, приходящаяся на одного исполнителя, должна быть не менее
1,8...3 м2. Большие концертные студии имеют оптимальный объем 12 000 м3 с площадью пола 1000 м2, речевые студии соответственно — 100 м3 и 25...35 м2. Высота студии независимо от типа должна быть не менее 3 м.
Воздух, заполняющий помещение студии, имеет определенные упругость и массу, оказывает сопротивление распространяющейся в нем звуковой волне. В воздушном объеме студии кроме колебаний, излучаемых источником звука, возбуждаются собственные колебания, являющиеся откликом помещения на возбуждение. Это приводит к усложнению структуры звукового поля. Поле в каждой точке студии можно рассматривать как результат интерференции прямой звуковой волны, поступающей от источника звука по кратчайшему пути, и значительного числа отраженных звуковых волн, претерпевших разное число отражений от поверхностей студии и предметов, расположенных в студии. Структура звукового поля в большой степени определяеткачество звучания в студии.
Акустические характеристики студий. Качество звучания в студии определяется ее акустическими характеристиками: плотностью распределения звуковой энергии, временем реверберации, акустическим отношением и звуковым фоном.
Звуковое поле в студии должно быть диффузным. В диффузном звуковом поле плотность распределения звуковой энергии е примерно одинакова во всех точках помещения, за исключением небольшого пространства, в котором преобладают прямые звуковые колебания от источника звука. Диффузности звукового поля в студии добиваются применением различных выпуклых звукорассеивающих конструкций, покрывая внутренние поверхности студии звукопоглощающими материалами.
Реверберацией (послезвучанием) называют процесс уменьшения интенсивности звука в помещении после выключения его источника. Причиной реверберации является наличие отраженных звуковых волн, наблюдаемых в помещении после выключения источника звука. Время, в течение которого плотность звуковой энергии после выключения источника звука уменьшается в 106 раз (60 дБ), называют временем стандартной реверберации t или временем реверберации. График реверберационного процесса в помещении приведен на рис. 2.1. На оси ординат отложен логарифм относительного изменения плотности звуковой энергии как величины, более точно отражающей реакцию слуха на звуковое воздействие, а по оси абсцисс — текущее время t.
При включении источника звука в момент времени tx плотность звуковой энергии быстро начинает увеличиваться, этот процесс не воспринимается на слух. В момент времени t2 в помещении устанавливается режим, при котором мощность, поглощаемая поверхностями помещения, равна мощности, излучаемой источником звука. Моменту времени t3 соответствует выключение источника звука, tp = t4 — t3 — время реверберации.
Время реверберации зависит от коэффициентов звукопоглощения материалов, имеющихся в помещении. Коэффициент звукопоглощения а есть отношение плотности энергии поглощенной звуковой волны е к плотности энергии падающей звуковой волны: α = ε погл /εпад
Звукопоглощающие материалы по строению делят на сплошные и пористые. Сплошные материалы (кирпич, дерево, бетон и т.п.) имеют большее, чем воздух, акустическое сопротивление, их коэффициенты звукопоглощения очень малы. Пористые материалы (штукатурка, облицовочные плиты с перфорацией и без нее, ковры и т.п.) хорошо поглощают звуковые волны, так как акустическое сопротивление таких материалов примерно равно сопротивлению воздуха. Разработан целый ряд поглощающих материалов с коэффициентом звукопоглощения, близким к единице. Для удобства расчетов введены эквивалентные коэффициенты звукопоглощения для людей и предметов на их единицу. Время реверберации в помещении может быть рассчитано по формуле Эйринга:
tp=-0,07V/Slg(l-αcp),
где V — объем помещения; S — суммарная площадь всех ограничивающих объем помещения поверхностей, м2.
Средний коэффициент звукопоглощения αcp рассчитывают по формуле
αcp = A/S, где А = α1S1 + α2S2 + α3S3+ ••• — общее звукопоглощение помещения; α1, α2, α3 — коэффициенты звукопоглощения материалов, имеющихся в помещении. Общее звукопоглощение измеряется в сэбинах (Сб), или квадратных метрах (м2). Одному сэбину соответствует поглощение 1 м2 открытого окна без учета дифракции.
Как видно из формулы время реверберации прямо пропорционально объему студии и обратно пропорционально площади ограничивающих поверхностей и коэффициенту звукопоглощения. Изменяя V, S, a , можно получить оптимальное время реверберации.
Оптимальным временем реверберации называют время реверберации, при котором звучание передачи наиболее естественное. Экспериментально установлено, что это время зависит от рода передач, объема помещения и частоты. Например, для одного и того же помещения исполнение классической музыки требует оптимального времени реверберации 1,54 с, симфонической музыки романтического стиля — 2,07 с. Оптимальное время реверберации в студиях обеспечивается подбором звукопоглощающих материалов, установкой специальных акустических конструкций и других предметов. В литературе приводятся самые разнообразные рекомендации по выбору оптимального времени реверберации. 0,2...0,3 с. Для имитации сцен в гулких помещениях время реверберации гулкой студии должно быть не менее З...3,5 с.
Частотные характеристики оптимального времени реверберации должны быть по возможности равномерными в звуковом диапазоне частот. Для концертных студий допустимо повышение времени реверберации относительно частоты 500 Гц в сторону низких частот на 50...60 % и в сторону высоких частот — на 40 %. Подъем частотной характеристики времени реверберации речевых и телевизионных студий на низких частотах недопустим, так как при этом снижается разборчивость. Допустимо уменьшение времени реверберации в речевых студиях на низких и высоких частотах приблизительно на 30 %.
Каждая студия имеет определенное время реверберации,которое в отдельных случаях необходимо регулировать.
Акустическое отношение R есть отношение плотности звуковой энергии диффузного εотр звука к плотности звуковой энергии прямого εпр : R=εотр /εотр,
Изменение плотности звуковой энергии воспринимается слушателем как изменение времени реверберации.
Звуковой фон студии определяется уровнем шумов в студии. Уровень шума в студии не должен превышать 20...30 дБ, что значительно меньше, чем в жилых помещениях. Посторонние шумы проникают в студию снаружи из-за звукопроводности пола, потолка и стен. Снижению уровня шумов в студиях способствует правильная планировка аппаратно-студийных комплексов радиодомов. Для обеспечения малой звукопроводности стены, кровля и междуэтажные перекрытия выполняются из материалов, обладающих хорошей звукоизоляцией. Малая звукопроводность дверей в студии обеспечивается использованием тамбура и двойных дверей с уплотнителем. По этой же причине в студиях отсутствуют окна, кроме смотровых окон в рядом расположенные аппаратные.
Окна в аппаратные должны выполняться из двух-трех рам с непараллельными стеклами различной толщины. Стены студий желательно выполнять двойными, без жесткой связи между ними и с расположением поглощающих материалов между стенами. Пол в студиях покрывают мягкими коврами, одновременно выполняющими роль звукопоглощающих материалов.
Воздух в студиях очищают с помощью приточно-вытяжной вентиляции или кондиционеров. Для уменьшения шумов, создаваемых системами вентиляции, используют акустические фильтры, облицовывают внутренние поверхности вентиляционных каналов звукопоглощающими материалами.
В системах освещения часто используют лампы дневного света, которые могут служить источником шума. Уменьшению шумов от системы освещения способствует вынос из студии дросселей.
2. Задание на СРС (Л.2 стр. 49-55) 2.1 Что такое «золотое правило акустики»? 2.2 Какие бывают формы студий? 2.3 Из каких соображений выбирается объем студий? 2.4 Дайте понятие звуковому полю в студии 2.5 Перечислите основные технические характеристики студий 2.6 Дайте формулировку времени реверберации | 3.Задание на СРСП. 3.1 Поясните, что такое акустическое сопротивление. 3.2 Поясните, что такое оптимальное время реверберации 3.3 Для чего уменьшают динамический диапазон канала? 3.4 Что такое звуковой фон? |
4. Контрольные вопросы
4.1 Нужны ли окна в студии? 4.3 Дайте понятие заглушенной студии, чему равно tрев? 4.4 Каким образом уменьшают уровень шумов в студии? 4.5 Как в студиях очищают воздух? |
Глоссарий
5.1 Студия 5.2 Плотность звуковой энергии 5.3 Звуковой фон 5.4 Акустическое сопротивление 5.5 Коэффициент звукопоглощения | Studio Density of sound energy Sound background Acoustic resistance Factor of a sound absorption |
Литература
Основная 6.1 М.Т. Кохно стр.49-55 6.2 А.В. Выходец стр. 68-71 | Дополнительная |
Лекция 6
Электроакустическая аппаратура студий. Микрофоны и их классификация по принципу электромеханических преобразований, акустическим характеристикам.
Микрофоном называют преобразователь акустических колебаний в электрические. Микрофоны классифицируют по принципам электромеханического преобразования, приема звука и др.
По принципу электромеханического преобразования микрофоны бывают электродинамические, электростатические, электромагнитные и релейные. Электродинамические микрофоны по конструкции подвижной системы делятся на катушечные и ленточные, электростатические - на конденсаторные, в том числе на электретные, и пьезоэлектрические.
По принципу приема звука микрофоны подразделяются на приемники звукового давления, приемники градиента звукового давления (далее в тексте - приемники давления и градиента давления) и комбинированные приемники. В приемниках давления звуковоспринимающий элемент (например, диафрагма) открыт для воздействия звуковых волн только с одной стороны (рис. 3.1, а). В области низких частот, когда длина звуковых волн больше размеров микрофона, микрофон не искажает звукового поля, не
Для этого случая действующая на диафрагму результирующая сила:
F = pS, (3.1)
где р — звуковое давление в точке расположения микрофона до его внесения; S -площадь поверхности диафрагмы.
С увеличением частоты размеры микрофона становятся больше длины звуковой волны. Микрофон становится преградой, от которой звуковые волны частично отражаются, а частично огибают его. Это приводит к изменению звукового давления, а следовательно, и действующей силы F. Изменение силы учитывают введением в выражение (3.1) коэффициента дифракции k:
F = kpS . (3.2)
Коэффициент k зависит от соотношения между размерами микрофона и длиной звуковой волны. При приеме звуковых волн в области высоких частот с направления рабочей оси (Θ= 0) k = 1. При приеме звуковых волн с задней стороны микрофона из-за явления дифракции и отражения результирующая сила, действующая на диафрагму, будет уменьшаться.
Звуковоспринимающий элемент в приемниках градиента давления (рис. 3.1, б) открыт для воздействия звуковых волн с двух сторон. Для таких микрофонов сила F, вызывающая колебания диафрагмы площадью S, равна разности сил, действующих с фронтальной Fф и тыльной Fт сторон диафрагмы.
При расположении микрофона в поле плоской звуковой волны (источник звука находится на расстоянии более 1 м от микрофона) амплитуды звуковых давлений Рф и Рт можно считать одинаковыми.
При расположении микрофона в поле сферической звуковой волны Рф не равно Рт, так как в сферической волне звуковое давление обратно пропорционально расстоянию от источника звука. Это приводит к увеличению разностной силы, действующей на микрофон, особенно в области низких частот.
Комбинированные приемники звука представляют собой сочетание двух микрофонов, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Существуют электрически и акустически комбинированные приемники. Электрически комбинированные приемники состоят из двух самостоятельных микрофонов, расположенных близко друг от друга и соединенных между собой электрически. Акустически комбинированные приемники выполняются таким образом, чтобы звуковоспринимающий элемент микрофона был открыт для воздействия звуковых волн полностью с одной стороны и частично — с другой (рис. 3.1, в). Такой приемник является сочетанием микрофонов давления и градиента давления. Сила, вызывающая колебания диафрагмы, состоит из двух составляющих: одна из них не зависит от угла приема (приемник давления), вторая изменяется пропорционально cos Θ (приемник градиента давления). В комбинированных приемниках так же, как и в приемниках градиента давления, в поле сферической волны увеличивается результирующая сила в области низких частот.
Рассмотрим основные характеристики микрофонов.
Чувствительность - отношение напряжения U на выходе микрофона к звуковому давлению Р, действующему на микрофон. Ее определяют по напряжению холостого хода или по напряжению на нагрузке с номинальным сопротивлением. За номинальное сопротивление принимают модуль внутреннего сопротивления микрофона на частоте 1000 Гц. Чувствительность микрофонов пропорциональна результирующей силе, действующей на звуковоспринимающий элемент.
Стандартный уровень чувствительности — выраженное в логарифмических единицах отношение напряжения U, развиваемого на номинальном сопротивлении R при звуковом давлении 1 Па, к напряжению, соответствующему мощности 1 мВт:
Частотная характеристика - зависимость стандартного уровня чувствительности от частоты. Ее неравномерность определяется в номинальном диапазоне частот. Номинальный диапазон частот рассчитывается по допустимым спадам чувствительности микрофона в области верхних и нижних частот.
Уровень собственного шума представляет собой выраженное в логарифмических единицах отношение напряжения шума, развиваемого микрофоном в отсутствие звука, к напряжению при звуковом давлении, равном 0,1 Па.
Характеристика направленности - это зависимость чувствительности микрофона в свободном поле от угла Θ между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука. Рабочей осью микрофонаназывают направление, с которого чувствительность максимальная. Графическим изображением характеристики направленности является диаграмма направленности. Ее часто строят в полярной системе координат. Обычно нормирование диаграммы направленности приводят в виде зависимости чувствительности, измеренной под углом Θ, к чувствительности, измеренной на рабочей оси. Форма характеристики направленности зависит от конструкции микрофона и частоты. Микрофоны приемника давления в области низких частот, где размеры микрофона меньше длины звуковой волны, являются ненаправленными. Их чувствительность не зависит от направления прихода звуковых волн. Диаграмма направленности имеет форму круга (рис. 3.2, а). С увеличением частоты, когда размеры микрофона становятся больше длины звуковой волны, чувствительность начинает зависеть от направления прихода звуковых волн и диаграмма направленности начинает отличаться от
окружности.
Микрофоны - приемники градиента давления из-за зависимости чувствительности от направления прихода звуковых волн являются направленными (рис. 3.2, б). Для таких микрофонов диаграмма направленности представляет собой косинусоиду в полярных координатах (восьмерка). Акустически комбинированные микрофоны имеют одностороннюю направленность, диаграмма направленности зависит от чувствительности составляющих ее частей: приемников давления и градиента давления.
Диаграмма направленности (кардиоида) показана на рис. 3.2, в. При других соотношениях чувствительностей можно получить диаграммы с односторонней направленностью, описываемые уравнениями гипер- и суперкардиоиды (рис. 3.2, г).
2. Задание на СРС (Л.1 стр. 69-73) 2.1 Что такое микрофон? 2.2 Какую диаграмму направленности имеет приемник градиента давления? 2.3 Какую диаграмму направленности имеет приемник давления? 2.4 Какую диаграмму направленности имеет комбинированный приемник? 2.5 Перечислите основные технические характеристики микрофонов 2.6 Дайте формулировку чувствительности микрофона | 3.Задание на СРСП. 3.1 К какому типу микрофонов относятся катушечные и ленточные микрофоны? 3.2 Какие микрофоны являются направленными? 3.3 Какой из микрофонов ненаправленный? 3.4 Отчего зависит форма характеристики направленности? |
4. Контрольные вопросы
4.1 Классификация микрофонов по принципу преобразования электромагнитной энергии. 4.3 Классификация микрофонов по принципу приема звука. 4.4 Что такое рабочая ось микрофона? 4.5 Какие комбинированные микрофоны вы знаете? |
Глоссарий
5.1 Микрофон 5.2 Чувствительность микрофона 5.3 Звуковое давление 5.4 Диаграмма направленности микрофона 5.5 Согласование | Microphone Sensitivity of a microphone Sound pressure The diagram of an orientation of a microphone The coordination |
Литература
Основная 6.1 М.Т. Кохно стр. 69-73 6.2 А.В. Выходец стр. 40-43 | Дополнительная |
Лекция 7