Улучшение качества звучания громкоговорителей

Электродинамические громкоговорители воспроизво­дят полосу частот примерно от 50...60 Гц до 8... 10 кГц с большой неравномерностью частотной характеристики (до 12...18 дБ). Для расширения рабочего диапазо­на частот и уменьшения неравномерности частотной

характеристики применяются различные конст­руктивные усложнения, улучшающие качество рабо­ты громкоговорителя. Остановимся на некоторых из них.

Для устранения дифракции волн от передней и зад­ней стенок диффузора головки динамические устанав­ливают в ящик. Дифракция звуковых волн зависит от размеров ящика: с их увеличением влияние звуко­вой волны от задней стенки уменьшается.

Широко распространены ящики с открытой и зак­рытой задней стенкой. В ящиках с закрытой задней стенкой устанавливают динамические головки несколь­ко большей массы по сравнению с головками, приме­няемыми в ящиках с открытой задней стенкой. Это необходимо для компенсации уменьшения гибкости подвижной системы головки, что привело бы к увели­чению частоты основного резонанса, а следовательно, к сужению рабочего диапазона частот. Громкоговори­тели, расположенные в ящике с закрытой задней стен­кой, обеспечивают меньшую неравномерность частот­ной характеристики, однако имеют низкий КПД.

Улучшить воспроизведение сигналов низких частот можно, используя фазоинверсную систему: ящик, в передней стенке которого имеются два отверстия (рис. 3.12). В первом отверстии размещается головка динамическая, другое предназначено для излучения звуковой энергии от задней стенки диффузора головки. Отверстие и объем воздуха внутри ящика представляют собой дополнительные механические колебательные силы, имеющие собственные частоты резонанса. Если считать резонансные частоты подвижной системы громкоговорителя и фазоинвертора одинаковыми, то частотах выше основной частоты резонанса фаза выходных колебаний в отверстии фазоинвертора отличается от фазы колебаний задней стенки диффузора, на частоте основного резонанса этот сдвиг составляет 0⁰, а с увеличением частоты стремится к 180°. На частотах, где фазовый сдвиг достигает 180°, волна из отверстия излучается в фазе с волной от передней стенки диффузора головки, усиливая друг друга. Как было отмечено, для улучшения воспроизведения сигналов низких частот масса и гибкость подвижной системы головки должна быть как можно больше; сигналы высоких частот, наоборот, хорошо излучаются, если масса под­вижной системы мала. Эти требования к головкам динамическим оказываются противоречивыми, что не позволяет обеспечить высо­кокачественную работу громкоговорителя в широ­ком диапазоне частот с по­мощью одной головки. Что­бы расширить рабочий ди­апазон, можно использо­вать двухдиффузорную го­ловку динамическую, кон­струкция которой показа­на на рис. 3.13. Диффузор 1 служит для воспроизве­дения сигналов низких частот. На высоких частотах двухдиффузорной головки этот диффузор перестает

работать из-за возникновения стоячих волн, в работу включается малый диффузор 2, достаточно жесткий и легкий.

Более эффективно расширить рабочий диапазон частот громкоговорителя можно с помощью двухполосных и трехполосных громкоговорителей (акустических систем). В акустических системах используется несколько головок динамических, причем каждая п.; них предназначена для воспроизведения сигналов только части рабочего диапазона частот. Головки подключаются через разделительные фильтры. Варианты схем фильтров показаны на рис. 3.14. а,б. В двухполосных акустических системах частоты разделения выбирают от 400 до 500 или от 3000 до 5000 Гц. В трехполосных акустических системах среднечастотные головки воспроизводят диапазон частот примерно от 500 до 5000 Гц. Они могут быть выполнены с куполообразной диафрагмой вместо диффузора. Использование куполообразной диафрагмы из пленки алюминия (тита­на) с нанесенной смесью эпоксидной смолы и волокон оксида алюминия позволяет существенно улучшить воспроизведение сигналов высоких частот. Высокоча­стотные головки могут быть также ленточными. По конструкции они похожи на ленточные микрофоны, но имеют большую поверхность излучения. Акусти­ческие системы категории Hi — Fi воспроизводят ди­апазон частот 50... 12500Гц с неравномернос­тью частотной характеристики до 7 дБ.

В закрытых акустических системах и фазоинверторах внутри ящика могут возникнуть резонансные явления, которые приводят к увеличению неравномерности частотной характеристики. Для устранения этих явлений внутреннюю поверхность ящиков обычно дополняют звукопоглощающим материалом. Равномерную частотную характеристику можно по­чить путем применения звуковых колонок. Звуковая колонка является групповым излучателем, в ее составе несколько однотипных динамических головок, включенных синфазно. Синфазность работы головок обеспечивается фазировкой: при подключении к звуковым катушкам электрического сигнала определенной полярности диффузоры должны прогибаться в одну

сторону. Головки, входящие в состав звуковой колонки, имеют различные частотные характеристики. При их совместном действии частотные характеристики усредняются, их неравномерности сглаживаются. Особенно это относится к области частот выше 1000 Гц.

Использование звуковых колонок, кроме того, повышает направленность излучения и КПД. 3вуковые колонки выпускаются мощностью до100 Вт, рабочий диапазон 63... 16 000 Гц при неравномерности частотной характеристики не более 12 дБ.

Улучшить качество звучания можно с помощью электростатических (конденсаторных) громкоговорителей

2. Задание на СРС (Л1 стр.81-86) 2.1 Что такое громкоговоритель? 2.2 Из чего состоит громкоговоритель? 2.3 Перечислите отличия высокочастотных головок от низкочастотных 2.4 Почему на высоких и на низких частотах АЧХ громкоговорителя неравномерна? 2.5 Перечислите основные технические характеристики громкоговорителей. 2.6 В чем причина нелинейных искажений громкоговорителей?

3. Задание на СРСП 3.1 Причина акустического короткого замыкания в громкоговорителях? 3.2 Акустическая система, работа. 3.3 Акустическая колонка, работа 3.4 Принцип работы конденсаторного громкоговорителя?

4. Контрольные вопросы

4.1 Классификация микрофонов по принципу преобразования электромагнитной энергии. 4.3 Что такое фазоинвертор? 4.4 Почему диффузор имеет криволинейную образующую? 4.5 Какое сопротивление имеют динамические головки?

Глоссарий

5.1 Диффузородержатель 5.2 Параметрические колебания 5.3 Частотные искажения 5.4 Звуковая колонка 5.5 Фильтр 5.6 Фазоинвертор

Parametrical fluctuations Frequency distortions Stereo speaker The filter

Литература

Основная 6.1 М.Т. Кохно стр. 81-97 6.2 А.В. Выходец стр. 83-88

Дополнительная

Лекция 9

Тракт формирования программ звукового вещания. Структурная схема тракта формирования программ. Аппаратно-студийный комплекс (АСК) радиовещания. Студийная и центральная аппарат­ные, состав аппаратуры, структурные схемы.

Аппаратно-студийный комплекс (АСК) является основной частью радиодома — центра студий и ряд

аппаратных, оборудование которых предназначено для подготовки, формирова­ния и выпуска собственных программ, а также обме­на программами с другими радиодомами. Количество студий и аппаратных АСК зависит от класса радиодо­ма, который, в свою очередь, определяется объемом собственного вещания. Внеклассные радиодома обес­печивают объем собственного вещания более четырех часов в сутки. Радиодома первого класса имеют объем собственного вещания до четырех часов в сутки, а вто­рого класса — до двух часов в сутки.

Оборудование АСК относится к тракту формирова­ния программ (ТФП) электрического канала звуково­го вещания. Структурная схема типового ТФП приве­дена на рис. 2.3. Начальным звеном тракта является оборудование студии: микрофоны и пульт диктора, который устанавливают, как правило, в речевых сту­диях.

Студийная аппаратная (СА) представляет собой по­мещение с акустическими характеристиками речевой студии. В студийной аппаратной (рис. 2.4) устанавливаются пульт звукорежиссера, студийные магнитофо­ны и контрольные громкоговорители. Пульт звукоре­жиссера рассчитан на подключение различных источ­ников сигналов: микрофонов, расположенных в сту­дии, магнитофонов, соединительных линий, ревербе­раторови др.

Для усиления сигналов от микрофонов в пульте имеются усилители (МУ). Уровень сигнала от других источников значительно выше, чем от микрофонов, что позволяет подключить их через согласующие устройства (СУ) непосредственно к смесительному уст­ройству (См). В цепь каждого источника сигналов включены индивидуальные регуляторы уровня (ИР), с помощью которых звукорежиссер поддерживает оп­тимальные соотношения громкости отдельных источ­ников звука и регулирует динамический диапазон. Смешивание сигналов осуществляется в смеситель­ном устройстве. В нем возникают потери мощности, так как мощность с выходов одного из индивидуаль­ных регуляторов поступает не только на общий регу­лятор (ОР), но и на выходы остальных индивидуаль­ных регуляторов, не работающих в это время. Опера­тивное регулирование уровня смешанных сигналов производится общим регулятором уровня. Для ком­пенсации затухания, вносимого регулятором и сме­сительным устройством, в пульт включены усилите­ли. Линейный усилитель (ЛУ) является усилителем-ограничителем, что позволяет предотвратить возмож­ные перегрузки тракта. С выхода линейного усилите­ля по соединительным линиям сигналы звукового ве­щания поступают в другие аппаратные.

Между микрофонными усилителями и общим ре­гулятором могут подключаться устройства спецэф­фектов и коррекции: компрессор, сложный частотный корректор, шумоподавитель и др. Корректор обеспе­чивает ограничение сигналов верхних и нижних час­тот (с разными частотами среза), плавный подъем и спад сигналов верхних и нижних частот, а также «всплески» и «провалы» частотной характеристики на разных частотах (фильтры «присутствия»). С их помощью звукорежиссер может уменьшить амплитуд­но-частотные искажения, вносимые отдельными зве­ньями тракта, ослабить влияние помех, создать раз­личные спецэффекты, устранить недостатки голосов исполнителей.

Уровни сигналов звукового вещания звукорежис­сер контролирует на слух с помощью как высокока­чественных громкоговорителей, так и измерителей уровня (ИУ). На выходе пульта может быть установ­лен панорамный регулятор базы, плавно перераспре­деляющий сигналы между двумя стереофоническими каналами.

Для связи звукорежиссера во время репетиций с исполнителями служит микрофон с усилителем, со единенный с громкоговорителем

Рис. 2.5. Структурная схема ЦА АСК

студии, который может использоваться для прослушивания сигналов от магнитофонов при комбинированных записях. В связи с тем, что подавляющая часть вещательных пе­редач идет в воспроизведении заранее заготовленных магнитофонных записей, магнитофон применяют и как источник программ.

Вещательные передачи могут вестись не только из студий радиодомов, но и из театров, киноконцертных залов, стадионов, где оборудуются трансляци­онные пункты. Трансляционные пункты подразделя­ют на стационарные и передвижные.Стационарные трансляционные пункты создаются в местах, откуда систематически ведутся вещательные передачи. Помещение для трансляционного пункта выбира­ется так, чтобы звукорежиссер хорошо видел через контрольное окно место передачи. Аппаратура стаци­онарных трансляционных пунктов аналогична аппа­ратуре студийной аппаратной. Передвижные трансля­ционные пункты организуют в тех случаях, когда ве­щание ведется эпизодически. В этих случаях устанав­ливается переносная аппаратура, которая по соедини­тельным линиям кабелей городской телефонной сети соединяется с АСК радиодома. В отсутствие соедини­тельных линий передвижные трансляционные пунк­ты организуют передачу программ вещания по УКВ радиоканалам. От трансляционных пунктов сигналы звукового ве­щания поступают в трансляционную аппаратную (ТА) радиодома (см. рис. 2.3), где их обрабатывают и рас­пределяют по другим аппаратным. Вещательную (ВА) или программную (ПА) аппа­ратные организуют во внеклассных радиодомах при большом числе формируемых программ звукового ве­щания. При их отсутствии сигналы звукового веща­ния с выхода студийной и трансляционной аппарат­ных поступают в центральную аппаратную.

Центральная аппаратная (АЦ) является координи­рующим центром АСК. Оборудование аппаратной обес­печивает коммутацию сигналов внутренних и внешних источников программ, их контроль и распределение потребителями.

Структурная схема центральной ап­паратной приведена на рис. 2.5.

В основное оборудование центральной аппаратной входят: коммутатор источников программ, пульты, коммутатор потребителей программ. К коммутатору источников программ подключаются соединительные линии от студийных и трансляционной аппаратных, датчиков сигналов точного времени (СТВ), устройств подачи позывных сигналов (ПС) и других источников. Внутренние источники программ радиодома подклю­чаются через входные трансформаторы (Т), внешние — через корректирующие контуры (КК), установоч­ные регуляторы уровня (РУ), усилители (А).

С помощью коммутатора пульта центральной ап­паратной формируются программы вещания, которые после усиления линейными усилителями (ЛУ) пода­ются к потребителю. Если число потребителей про­грамм превышает число сформированных программ, то их распределение происходит с помощью вспомога­тельного коммутатора потребителей программ. Уров­ни сигналов контролируются с помощью измерителей уровня (ИУ) и контрольных громкоговорителей. Мак­симальный уровень сигнала на выходе АЦ не должен превышать + 15 дБ.

По исходящим соединительным линиям, подклю­ченным к коммутатору потребителей программ, сиг­налы звукового вещания поступают на центральную станцию проводного вещания (ЦСПВ) города, радио­вещательные станции (РВС), междугородную веща­тельную аппаратную (МВА), радиорелейную станцию (РРС) и т.д.

Оборудование АСК рассчитано на формирование стереофонических сигналов, удовлетворяющих требо­ваниям высшего класса качества. Ряд технологичес­ких процессов в них обеспечивается с использованием компьютеров. Получают распространение цифровые пульты звукорежиссеров, представляющие собой спе­циализированные ЭВМ. Обработка сигналов в пульте происходит по программам, которые определяют, в ча­стности, регулировку уровней и изменений спектра сигналов в целом и в каждом отдельном канале, ком­мутацию каналов и др.

В цифровых пультах предус­мотрена возможность запоминания положения всех ор­ганов управления, что позволяет полностью восстано­вить режим обработки сигнала в случае перерыва в работе звукорежиссера.

2. Задание на СРС (Л1. стр. 55-61) 2.1 Назначение аппаратных радиодомов 2.2 Отчего зависит количество аппаратных в радиодоме? 2.3 Из каких соображений выбирается оборудование студийных аппаратных? Какое оно? 2.4 Почему в смесительном устройстве пульта звукорежиссера теряется мощность 2.5 Функции общего регулятора в пульте звукорежиссера 2.6 Функции корректора в пульте звукорежиссера

3. Задание на СРСП. 3.1 Поясните назначение отдельных узлов типового тракта распределения программ. 3.2 Каким образом звукорежиссер проверяет качество записываемой программы? 3.3 Функции фильтров «присутствия» в пульте звукорежиссера? 3.4 Классификация трансляционных пунктов?

4. Контрольные вопросы

4.1 Назначение индивидуальных регуляторов в пульте звукорежиссера? 4.3 Назначение вещательной или программной аппаратной 4.4 Какой величины должен быть сигнал на выходе центральной аппаратной? 4.5 Функции центральной аппаратной (ЦА)?

Глоссарий

5.1 Аппаратная 5.2 Индивидуальный регулятор 5.3 Смесительное устройства 5.4 Корректор 5.5 Измеритель уровня

Equipment room Individual regulator   Mixing devices The proof-reader Measuring instrument of a level

Литература

Основная 6.1 М.Т. Кохно стр.56-60 6.2 А.В. Выходец стр. 78-85

Дополнительная

Лекция 10

Преобразование и обработки сигналов звукового вещания. Регулирование уровней сигнала. Способы регулирования уровней сигна­лов. Ручные регуляторы уровня: требования, схемы, применение. Регуляторы амплитудно-частотных характеристик.

Обработка сигналов — это преднамеренные преобразования сигналов, которые производят для создания спецэффектов, коррекции искажений, снижения шумов, сжатия динамического диапазона сигналом. Различают обработку сигналов по спектру (частотная обработка), по уровню (динамическая обработки) и шумоподавление. Динамическую обработку осуществляют ручными и автоматическими регуляторами уровней. Частотная обработка выполняется набором фильтров (корректоров), изменяющих спектры сигналов во всем или в отдельных частях частотного диапазоне. Шумоподавление обеспечивают статические и динамические (адаптивные) шумоподавители.

Устройства обработки сигналов могут использоваться для создания спецэффектов.

Для создания спецэффектов в трактах звукового вещания применяются устройства искусственной реверберации (линии задержки), эквалайзеры и др. Ревербераторы создают сигналы, имитирующие звук в помещениях разного объема. Для создания искусственной реверберации используют эхо-камеры, магнитные, листовые и цифровые ревербераторы.

Эхо-камеры — помещения неправильной формы объемом не менее 120 м³ с большим временем реверберации. Сигнал в эхо-камере подается на громкоговоритель, устанавливаемый так, что прямой звук не попадает на микрофон. Микрофон преимущественно принимает сигналы после многократных отражений от непараллельных стен из бетона. Время реверберации эхо-камеры постоянно, в небольших пределах его можно регулировать изменением уровней основного и подмешиваемого сигналов.

Магнитный ревербератор содержит блок магнитных головок: стирающую, записывающую и воспроизводящую, расположенных около петли магнитной ленты. Каждая из воспроизводящих головок производит записанный сигнал, запаздывающий по отношению к основному. Время запаздывания сигнала зависит от расстояния между воспроизводящими головками и скорости движения магнитной ленты, магнитный ревербератор дает возможность изменять время реверберации от 0,5 до 5 с.

Листовые ревербераторы используют изгибные колебания тонкого (0,4...0,5 мм) стального листа. В одной точке листа закреплен возбудитель, в другой — приемник звуковых колебаний. Время реверберации регулируют изменением расстояния между листом и демпфирующим материалом.

Большинство устройств обработки сигналов находится в пультах звукорежиссеров. Кроме того, такие устройства обработки, как частотные корректоры, автоматические регуляторы уровней и др., устанавливаются в других устройствах каналов вещания.

Обработка сигналов приводит к изменению их па­раметров. Наибольшие изменения происходят при ди­намической обработке сигналов, вследствие которой увеличивается относительная средняя мощность сиг­нала, что эквивалентно увеличению мощности пере­датчика. На выходе приемника увеличивается средняя громкость и разборчивость звучания. Выбором параметров устройств обработки можно улучшить ка­чество принимаемых сигналов.