Радиосвязь радиовещание телевидение

Если источник звука излучает сферические  волны, то плотность звуковой энергии  прямого звука в точке помещения, удаленной от него на расстояние r,

eпр = Iпр зв/C зв = Pa / 4p r2C зв

(2.45)

Плотность звуковой энергии e_отр диффузной составляющей определим как часть установившейся плотности звуковой энергии e₀ (2.30), которая остается в помещении после выключения источника звука через интервал времени t_cp       (т.е. после первого отражения от поверхностей помещения):

(2.46)

Величину, характеризующую соотношение  плотности звуковой энергии прямого (2.45) и диффузного (2.46) звуков, называют акустическим отношением:

(2.47)

Величина R зависит от частоты, так как коэффициент a  частотнозависим.

 

 

Рис. 2.11. Зависимость акустического отношения R от объема, например,      кинозала, для первого (3), среднего (2) и последнего (1) ряда зрителей

 

Если учесть, что aS = 0,164V/Т_р, то выражение (2.47) можно представить также следующим образом:

(2.48)

Величина акустического отношения  растет при увеличении расстояния между  источником звука и слушателем, увеличении времени реверберации, использовании  менее направленных источников звука  с малым значением коэффициента осевой концентрации, уменьшении среднего коэффициента звукопоглощения поверхностей помещения и объема последнего. Последнее заключение подтверждают экспериментальные кривые зависимости R = t(V), представленные на рис. 2.11. При увеличении расстояния до источника звука акустическое отношение растет, что очевидно. При уменьшении объема помещения акустическое отношение также возрастает. Это значит, что при уменьшении объема помещения доля диффузной энергии возрастает значительно быстрее, чем доля прямого звука.

Изменение акустического отношения  воспринимается при слуховой оценке как изменение времени реверберации. Для музыкальных программ акустическое отношение доходит до 6... 8, в отдельных случаях до 10.. .12 (органная музыка). При R < 2 музыкальное звучание кажется неестественно сухим. Для речевых программ обычно R < 1. Расстояние до источника звука, при котором R = 1, называется радиусом гулкости помещения. При больших расстояниях e_отр>> e_пр и в звучании появляется гулкость. Для одиночного источника звука радиус гулкости

(2.49)

 

Как видно из рис. 2.10,б (кривая 1), звуковая энергия в помещении при наличии в точке расположения микрофона прямого и отраженного звуков в момент времени t₁ изменяется скачком, что обусловлено исчезновением поля прямого звука e_пр при выключении источника звука. Размер этого скачка D определяется акустическим отношением. В идеально диффузном поле  R = ¥        ( e_пр = 0) упомянутый скачок отсутствует (кривая 3 на рис. 2.10,б).

Два процесса спадания звуковой энергии  в помещении - реальный со скачком  уровня в момент t₁ (кривая 1 на рис. 2.10,б) и без скачка (кривая 2) - оцениваются на слух как эквивалентные по гулкости, если точка их пересечения А отстоит от момента t₁ на интервал Dt » 0,2 с. Время, в течение которого плотность звуковой энергии этого эквивалентного процесса (кривая 2) уменьшается на 60 дБ (или в 10⁶ раз) и определяет эквивалентное время (ощущаемой на слух) реверберации Т_эр.

Очевидно, что, изменяя Т_эр, можно менять субъективное ощущение воспринимаемой реверберации. Как правило, Т_эр < Т_р и только при R ®¥ Т_эр » Тр. Для расчета значения Т_эр пользуются формулой

(2.50)

 
где     W_м = Е²_м1/ Е²_м2  - коэффициент направленности микрофона;

Е_м1 и E_м2 - чувствительность микрофона к прямому и диффузному звукам соответственно.

Эквивалентная реверберации Т_эр существенно зависит от расстояния между источником звука и точкой расположения микрофона, а также от характеристик направленности последних. При малом значении r она заметно меньше Т_р ввиду большого уровня прямого звука. Воспринимаемая реверберация в этом случае ослабляется. При R > 3 имеем Т_эр » Тр. Время Т_эр может быть малым при использовании остронаправленных микрофонов, ориентированных на источник звука.

 

2.8. Оптимальное время реверберации

 

Оптимальным временем реверберации называют такое стандартное время реверберации, при котором звучание данной музыкальной передачи в данном помещении будет наилучшим или при котором разборчивость речи будет наибольшей. Оно зависит от жанра программы , объема помещения и частоты. Для двух основных видов вещательных программ – речевых и музыкальных – оптимальное значение Т_{р опт.} существенно различно. В большинстве случаев оно регламентируется для частотного диапазона 125 …4000 Гц.

Чем меньше  время реверберации, тем выше разборчивость речи. Однако слишком малое время реверберации делает звучание слишком сухим, обедняет его в тембральном отношении. Увеличение Т_р  обогащает звучание, улучшает четкость и прозрачность звучания, придает ему пространственность, объемность, гулкость, но ухудшает условия восприятия смысловой информации при речевой передаче.

Речевые студии.

 

 Основным требованием, предъявляемым к речевым студиям, является высокая разборчивость речи при сохранении тембральных особенностей голоса исполнителя. Исследования показывают, что высокая разборчивость речи может быть получена при уровне звукового давления 50 … 80 дБ и времени реверберации, меньшем 1 с.Учитывая, что количество исполнителей при тех видах передач, для которых используются речевые студии, обычно не превышает десяти человек, объем этих помещений выбирается сравнительно малым. Это позволяет сравнительно легко получить время реверберации на средних частотах 0,4 ... 0,8 с.

 Более точное значение оптимального  времени реверберации для речевой  студии можно определить, исходя  из ее объема, по кривой, приведенной на рисунке 2.12 (для средней частоты 500 или 1000 Гц).

Опытные данные показывают, что высокая разборчивость речи и неискаженная тембральная окраска голоса возможна только при линейной частотной характеристике времени реверберации или даже при некотором спаде ее (на 10…20%) на низких частотах (рисунок 2.13).

Рис. 2.12. Зависимость времени реверберации от объема речевой студии

 

Рис. 2.13. Частотная характеристика оптимального времени реверберации для речевой студии

 

Таким образом, для создания оптимальных  акустических условий речевая студия должна иметь: малое  время реверберации  (0,4 ... 0,8  с); 
частотную характеристику времени реверберации линейную вплоть до высоких частот (возможен спад ее на 10 … 20% на нижних частотах).

Музыкальные студии.

 

 Учитывая, что характер музыкальных  произведений, количественный и  качественный состав ансамблей,  участвующих в передачах, чрезвычайно разнообразен, для создания оптимальных акустических условий при записи и передаче музыки используют несколько специальных студий. Вопрос об акустических условиях в большой студии, следует решать, исходя из предположения, что оптимальное время реверберации не зависит от объема, если последний превышает 2000 м³ и определяется для подобных студий характером исполняемого  произведения. 
Оптимальное время реверберации на частоте 1000 Гц :

• для современной музыки  -1,48 с.,

• для классической музыки -1,54 с.,

• для романтической            - 2,07 с.

Оптимальное время реверберации для  музыкальных студий меньшего объема может быть найдено по графику, приведенному на рис. 2.14.

Рис. 2.14. Рекомендуемая зависимость оптимального времени реверберации от объема музыкальных студий

 

Частотная характеристика оптимального времени реверберации музыкальных  студий имеет, как правило, подъем в  области нижних частот (рисунок 2.15).

Подъем в области низких частот следует отнести за счет эстетических вкусов и традиций слушателей, предпочитающих в музыкальных передачах некоторое  подчеркивание низких частот.

На основании вышесказанных  соображений акустические требования к времени реверберации музыкальных студий можно сформулировать таким образом:  
1. Оптимальное время реверберации для студий малых и средних объемов (до 2000 м) изменяется в сравнительно небольших пределах (1 … 1,6 с.) и может быть выбрано  в  зависимости от  объема  по  рис.  2.14.  
2. Оптимальное время реверберации для больших студий в малой степени зависит от объема помещения и определяется характером исполняемых произведений. Для студий многоцелевого назначения рекомендуется время реверберации 1,7 … 1,8с. 
3. Частотная характеристика оптимального времени реверберации может иметь подъем в области низших частот на 20 … 40% по сравнению с реверберацией на средних частотах (рис.2.15).

 

Рис.2.15. Частотная характеристика оптимального времени реверберации для музыкальных студий

 

 

Телевизионные студии для драматических передач.

 

 

 Студии, предназначенные для передачи достаточно сложных телевизионных постановок должны обеспечивать возможность одновременного размещения в них ряда объемных декораций, создающих сценическую обстановку отдельных частей передачи. Это обстоятельство, а также необходимость размещения в студии передвигающихся передающих камер и микрофонов, осветительной аппаратуры и др., требуют больших площадей (до несколько сот квадратных метров) и высот (до 10 ... 12 м).

Для таких студий нельзя говорить о каком-либо оптимуме реверберации по следующим причинам:

1. От постановки к постановке  меняется количество и характер объемных декораций, что ведет к изменению общего фонда поглощения. 
2. При изменении плана кадра должны изменяться и те характеристики звучания, которые зависят от расстояния между источником звука и слушателем (например, акустическое отношение и эквивалентная реверберация). 
Поэтому реверберационные характеристики телевизионных студий изменяют с помощью систем искусственной реверберации.

Естественно, что системы искусственной  реверберации способны создавать только эффект увеличения времени реверберации. Для обеспечения достаточного диапазона регулировки необходимо, чтобы время реверберации самой студии было невелико - 0,7 ... 0,8 с. Высокая степень заглушения телевизионных студий желательна еще и с точки зрения увеличения соотношения сигнал/шум. Дело в том, что в целях исключения попадания в кадр микрофонов их устанавливают сравнительно далеко от источника звука (1,5 … 4 м), что приводит к уменьшению уровня полезного сигнала на выходе микрофонов. Уровень же шума, связанный с нахождением в студии технического персонала, с передвижением передающих камер, осветительных приборов, работой мощной системы вентиляции и др. достаточно велик. Заглушение студии ведет к существенному снижению уровня шума, что улучшает соотношение сигнал/шум. По этой же причине к звукоизоляции телевизионных студий предъявляются очень высокие требования.

Для акустической обработки внутренних поверхностей таких студий приходится применять поглощающие материалы  с большим коэффициентом поглощения в широком диапазоне частот. Если учесть, что значительная часть (до 30....40%) внутренней поверхности студии занята электротехническим, осветительным и вентиляционным оборудованием и не может быть обработана, то получить указанное выше время реверберации довольно трудно. Поэтому, для телевизионных студий часто ограничиваются практически достижимым минимальным временем реверберации равным 0,8 … 1,0 с.

При проектировании телевизионных  студий следует учитывать поглощение, которое вносят декорации. Измерения  показывают, что это поглощение Aд  достаточно однозначно определяется площадью пола S_д, занятого декорацией.

Зависимость среднего коэффициента звукопоглощения a_д = А_д / S_д  от частоты (рис.2.16) показывает, что влияние больших декораций на общее поглощение студий может быть заметным.

Рис.2.16. Частотная характеристика среднего коэффициента звукопоглощения декораций

 

Учитывая, что драматические постановки имеют музыкальное сопровождение, следует стремиться к частотной независимости времени реверберации. 
Таким образом, для создания хороших акустических условий в телевизионных студиях, предназначенных для драматических постановок, необходимо добиваться выполнения следующих требований: 
1. Время реверберации должно быть малым и вне зависимости от объема не превышающим  0,8 … 1,0  с. 
2. Заглушение помещений должно осуществляться с помощью эффективных звукопоглощающих материалов со средним коэффициентом поглощения 0,7 …0,8 при возможно полном использовании стен и потолка.