Коэффициенты поглощения ряда материалов

Материал	а
Бетон, гладкая или оштукатуренная стена, стекло витринное Оштукатуренная кирпичная стена Деревянная стена массивная Известь на деревянной обрешетке Пол паркетный на деревянных балках Ковер Войлок толщиной 2,5 см на расстоянии 8 см от стен	0,015 0,025 0,03 0,034 0,15 0,2 0,78

бетона обусловливает гулкость помещения, а при а, равном примерно 0,2,— заглушенность.

Представим себе, что в помещении излучается короткий звуковой сигнал. В этом случае в любую точку объема зала сначала придет звуковая энергия непосредственно от источника, называемая прямой. Затем последовательно начнет приходить энергия после отражения от поверхностей. Так как при каждом отражении часть энергии будет теряться на поглощение, а путь, проходимый отраженной волной, будет увеличиваться, то в какой-то точке объема будет происходить процесс постепенного затухания звука.

Процесс постепенного затухания энергии в помещении за счет отражений и поглощений звука называется реверберацией, а время, в течение которого этот процесс продолжается, называется временем реверберации. Время реверберации в основном зависит от звукопоглощающих свойств поверхностей, с которыми встречается энергия. Чем больше поглощается энергии при каждой встрече, т. е. чем больше коэффициент поглощения данной поверхности, тем меньше энергии будет возвращаться после отражения и, следовательно, тем короче будет время реверберации.

Эффект реверберирующего помещения хорошо известен на практике. Например, в помещениях, поверхности которых отделаны мрамором или камнем, ощущается большая гулкость, т. е. звук не сразу исчезает, а еще продолжает существовать достаточно длительное время, плавно уменьшаясь. В таких помещениях обычно звучит неразборчиво речь, но зато в некоторых из них, например в соборах, приятно звучит органная музыка, которая обогащается гулкостью помещения. В жилых же помещениях, комнатах с мягкой мебелью время реверберации обычно короткое, так как энергия быстро затухает.

Таким образом, если источник звука, например говорящий или поющий актер, инструмент или несколько инструментов, излучает в помещении звуковую энергию, то слушатели воспринимают звучание не так, как в открытом пространстве, а в виде сложных процессов постепенного нарастания и затухания звуковой энергии от каждого приходящего звука. Сначала к слушателю приходит прямая звуковая энергия, т. е. непосредственно от источника звука, затем первые отражения от поверхности, вторые, третьи и т. д. в зависимости от длительности излучаемого звука. В паузах между двумя звуками происходит затухающий реверберационный процесс, длительность которого зависит от поглощающих свойств ограждающих поверхностей.

Время реверберации в течение многих лет служило единственным критерием, оценивающим качество акустических условий в помещении. Так как средний коэффициент поглощения звука в помещении зависит от коэффициентов поглощения материалов и конструкций ограждающих поверхностей, а коэффициент поглощения любого материала или конструкции зависит от частоты, то очевидно, что время реверберации в помещении является функцией частоты и его частотная характеристика явилась дополнительным критерием оценки качества акустических условий.

Поискам оптимального значения времени реверберации и его частотной характеристики были посвящены многочисленные исследования, в результате которых составлялись рекомендации для практического применения. В литературе по архитектурной акустике встречается большоеколичество таких рекомендаций, найденных на основе теоретических и экспериментальных работ: зависимость оптимальной реверберации от объема помещения, от частоты,от назначения помещения (музыка, речь, воспроизведениезвука) и даже характера исполняемого музыкального произведения.

Акустические свойства зрительных залов значительно различаются. Это вызвано разными требованиями к оценке качества звучания речи и музыки, музыки разных жанров, речи актера и лектора и т. д.

Однако зрительные залы КПУ чаще всего являются универсальными, т. е. здесь встречаются все виды звучаний: и выступление лектора, и постановка спектакля, и концерт, и кинофильм. Таким образом, первой отличительной особенностью акустических условий в зрительном зале КПУ является универсальность его назначения.

Выход из этого положения, особенно для условий постройки залов из современных бетонных материалов, найден в оснащении залов качественной аппаратурой озвучивания с соответствующим расположением акустических агрегатов по залу.

В этих условиях, на первый взгляд, кажется, что при воспроизведении фонограмм оптимальные акустические условия полностью обусловливаются акустикой помещения, где звук записывался. А отсюда был сделан вывод, что вторичное помещение должно быть сильно заглушено, чтобы акустические процессы в нем дополнительно не влияли на качество звуковоспроизведения. Такое решение казалось настолько убедительным, что в течение многих лет на поверхностях зрительного зала располагалось максимальное количество поглотителей звука.

Но этот вывод в значительной мере был ошибочным. Когда мы слушаем исполнителя непосредственно в зале, то воспринимаем звуки в виде прямой энергии и ревербе-рационного процесса, состоящего из двух участков. Качество звучания в большой степени зависит от его начального участка, где ранние отражения приходят к слушателю по разным направлениям. Кроме того, завершающая часть, создающая соответствующую гулкость помещения, характеризуется приходом множества отражений по равновероятным разным направлениям. Все это создает объемность звучания.

В зрительном же зале КПУ мы слушаем весь акустический процесс, происходящий в первичном помещении (и прямую энергию, и ранние отражения, и завершающий участок реверберации) из одного направления, т. е. излучаемый громкоговорителями, расположенными в определенных местах зала.

Проведенные опыты показали, что при излучении прямого звука ранних отражений и остальной части реверберационного процесса из одного направления пространственность звучания нарушается, звук воспринимается "плоско", исчезает ощущение объемного звука, характерного для "живых" залов. Следовательно, любые акустические процессы, записанные в фонограмме, не могут оправдать излишнее заглушение зрительного зала кинотеатра. Зал КПУ должен иметь свои акустические условия, при которых звучание речи и музыки окрашено приятным тембром и отличается пространственностью, как в больших концертных залах.

Хорошие результаты дает использование в универсальных залах многоцелевого назначения так называемых "гибких" систем звукоусиления, позволяющих изменять время реверберации в зависимости от вида проводимого мероприятия (лекция, спектакль, общественно-политическое мероприятие, концерт и т. д.). Применение электронных ревербераторов позволяет оперативно настроиться по заданной программе на тот или иной жанр мероприятия, т. е. максимально использовать все возможности электроакустики для исправления акустики зала. Так, например, если в зале выступает эстрадный оркестр, то время реверберации должно быть минимальным и определяться архитектурной акустикой, так как электроакустическими методами его уменьшить нельзя. Если в зале звучит речь, то время реверберации должно быть несколько большим, чем для эстрадного концерта. Если же в зале звучит музыка, то время реверберации должно быть еще большим, чем в первом и втором случаях. Электронный ревербератор, включенный в систему звукоусиления, перестраивается на большее время затухания звука в зале.

Теперь рассмотрим причины ухудшения качества воспроизведения из-за несовершенной электроакустической аппаратуры.

1. Ограничение частотного диапазона. Для качест^г|ён ного воспроизведения звука частотный диапазон устройств для реализации должен находиться в пределах 20— 15 000 Гц. На практике две крайние области оказываются очень труднодостижимыми. Так, например, для получения достаточного слухового ощущения на частоте 30 Гц необходимы зал длиной 12 м и специальная дорогостоящая аппаратура. Восприятие высоких частот в области выше 8—10 кГц очень сложное, а на более высоких частотах музыкальное восприятие вообще исчезает и заменяется неким неопределенным звуковым ощущением, зависящим от индивидуальности слушателя. Количество звуковой информации на частотах выше 15 кГц ничтожно мало. А для качественного воспроизведения этих частот требуются очень сложные акустические системы.

2. Резонансные явления. Паразитные резонансы возникают из-за механических резонансов механических устройств аппаратуры звуковоспроизведения (узла тонарма, механизма протяжки ленты в магнитофоне и т. д.) и акустических резонансов динамиков акустических систем. На резонансных частотах, например, звукоусиление может возрасти в несколько раз, что приводит к очень заметным искажениям звука.

3. Искажения. Электронные тракты вносят в основном так называемые нелинейные искажения, приводящие к появлению новых гармонических частот, отсутствующих в оригинале. Эти частоты видоизменяют тембр звучания и, таким образом, влияют на верность воспроизведения. Низшие гармоники образуют созвучные аккорды с основной частотой, а гармоники шестого порядка и выше создают очень неприятные ощущения для слуха.

4. Шумы. Все описанные выше дефекты воздействуют на сигнал, ограничивая или деформируя его; шумы же прибавляют звуки, которые не фигурируют в первоначальной музыкальной картине и ощущаются даже тогда, когда сигнал отсутствует, а усиление большое. Это очень неприятное для слушателя и назойливое явление весьма мешает звуковому восприятию. С этим явлением должны постоянно бороться звукооператор, звукорежиссер и организатор мероприятия. Рекомендуется до начала мероприятия в клубе прослушать, каков же уровень шумов аппаратуры озвучивания в зале, и потребовать от радиоспециалистов их уменьшения. Шумы в зависимости от характера и происхождения делятся на несколько групп:

— электронные шумы, вызываемые электронными схемами; они обычно прослушиваются при исправной схеме только на предельном усилении и не имеют ярко выраженных частотных свойств ("белый" шум);

— шумы носителей звукозаписи — грампластинок, магнитных лент. С этими шумами надо постоянно вести борьбу, следить, чтобы для записи фонограмм ответственных мероприятий использовалась качественная магнитная лента. Непосредственно перед записью она должна быть размагничена с помощью специального дросселя. Пластинки для озвучивания мероприятий должны иметь минимальное число проигрываний (10—15). Шумы носителей могут быть отфильтрованы с помощью фильтров системы озвучивания путем среза высоких частот. Однако надо помнить, что одновременно сужается и частотный диапазон воспроизводимого полезного сигнала;

— шумы от механических нарушений, которые чаще всего происходят в тракте звукоусиления из-за загрязнения ползунковых регуляторов уровня. Шумы в этом случае проявляются в виде тресков, щелчков. Примерно такой же характер шумов связан с пылью или царапинами на грампластинке, с дефектами на поверхности магнитной ленты. Из-за случайного характера этих шумов их нельзя никак устранить. Необходимо содержать аппаратуру в хорошем состоянии и использовать только качественные магнитные ленты;

— паразитные шумы чаще всего возникают из-за проникновения сигналов с частотой сети питания 50 Гц или ее гармоник, телевизионных сигналов, особенно на частоте кадровой развертки, сигналов от трансляционной сети или от работающих электромоторов, сварки и т. д. Проявляются эти шумы или как постоянный фон, или как сигналы радиопередачи или трансляции, или как сильный треск. Паразитные шумы мешают при озвучивании мероприятий. Борьба с ними заключается в требовании тщательного заземления аппаратуры и в ее хорошем содержании. В ряде случаев необходимо обратиться в местные службы радиоконтроля.

5. Паразитные модуляции. Паразитные модуляции звуковых частот чаще всего появляются при неравномерной скорости протяжки магнитной ленты или движении грампластинки. Они вызывают изменения высоты тонов, к которым ухо особенно чувствительно. В магнитной записи это явление носит название "детонация" и проявляется в виде завывания или плавания звука, а также хрипения, сиплости чистых тонов.

Надо отметить, что несовершенство акустики заАа и аппаратуры воспроизведения приводит к так называемой потере акустической перспективы. В месте, где записывается информация для какого-либо мероприятия (хора, оркестра, отдельных исполнителей), возникает первичный акустический сигнал, первичное акустическое поле, которое преобразуется с помощью электроакустических устройств в электрический сигнал и записывается на магнитную ленту. В зрительном зале с помощью аппаратуры звуковоспроизведения и усиления этот сигнал превращается в акустический (вторичное акустическое поле). Но слуховое восприятие зрителя в первичном звуковом поле связано с бинауральным эффектом, обусловленным особенностью слуха человека определять направление, по которому к нему приходят звуки. Это объясняется тем, что в процессе слушания принимают участие оба уха. Левое и правое ухо слушателя только в среднем положении источника звука, находящегося прямо перед лицом слушателя, одновременно воспринимают звуковые волны с одинаковой фазой и интенсивностью. Если же источник звука находится слева или справа от осевой линии, звуковые волны достигают обоих ушей с разностью по времени (по фазе) и с различной интенсивностью. Разностью интенсивностей и объясняется способность определения расположения источников в пространстве. Вызванные бинауральным эффектом психофизиологические ощущения позволяют выделять отдельные источники звука из общего звучания ансамбля, сосредоточивать внимание на определенном направлении, отделять отраженные звуки от прямых. В этом случае создается как бы звуковая перспектива.

При передаче же воспроизводимого сигнала в одноканальной системе озвучивания зала ощущения, вызываемые бинауральным эффектом, теряются даже при наличии нескольких разнесенных громкоговорителей. Происходит нарушение звуковой перспективы.

В какой-то мере звуковая перспектива может быть восстановлена с помощью многоканальных систем озвучивания, в частности двухканальных. Здесь у слушателя, находящегося во вторичном звуковом поле, возникает искусственное впечатление присутствия в первичном поле.

Это явление получило название стереоэффекта. Стереоэффект в стереофонических системах во многом обусловлен разностью интенсивностей или задержкой во времени воспринимаемых слушателем сигналов от громкоговорителей.

-В зрительных залах К.ПУ стереофония, к сожалению, не дает определенного эффекта, так как два (или более) громковорителя, разнесенные на небольшие расстояния (2—5 м), обеспечивают стереофонический прием звука лишь на узкой площади. Слушатели же в зале размещаются на значительной площади. При увеличении расстояния, на котором устанавливаются громкоговорители, возникают различные неблагоприятные явления. Так, если звук начнет перемещаться, то становятся заметными скачки звука из левого громкоговорителя в правый и обратно. В центре сцены появилась бы звуковая дыра. Перспективной для залов является многоканальная стереофония (трехканальная и более).

Как же производится оценка качества воспроизведения звука в зале?

Выше мы разобрали основные причины, вызывающие ухудшение качества звука, которое определяется тем, насколько звук, воспроизводимый системой озвучивания, является сходным с натуральным звуком. Для оценки проводятся так называемые субъективно-статистические экспертизы. Экспертов, проводящих экспертизу, делят на две группы, отличающиеся по "способности" замечать искажения. В первую группу входят высококвалифицированные специалисты, имеющие профессиональные навыки в обнаружении на слух искажений (например, звукорежиссеры, музыканты), в другую — слушатели с нормальным слухом.

Для характеристики качества звучания в зависимости от слышимости искажений принята следующая формулировка заметности искажения (ГОСТ 11515—65):

— совершенно незаметно — означает, что данный вид искажений или помехи заметны менее чем в 15% случаев; наличие менее 15% экспертопоказаний на заметность искажения соответствует погрешности (случайной ошибке) в показаниях экспертов любой группы;

— практически незаметно — соответствует заметности менее чем в 30% случаев; при этом очевидно, что большинство экспертов данной группы не замечают искажения или помехи;

— неуверенно заметно — означает заметность в 50% случаев; другими словами, вероятность того, что искажение будет заметно, равно вероятности того, что оно замечено не будет;

— уверенно заметно — означает заметность в большинстве случаев; условно принимается заметность, соответствующая 75% экспертопоказаний.

В соответствии со степенью заметности искажений различают следующие четыре класса качества звучания:

— высший класс соответствует звучанию, при котором искажения передачи (или помехи в передаче) совершенно незаметны для обычных слушателей и практически незаметны для высококвалифицированных экспертов-специалистов;

— первый класс соответствует звучанию, при котором искажения практически незаметны для обычных слушателей и неуверенно заметны для высококвалифицированных экспертов;

— второй класс соответствует неуверенной заметности искажений передачи для обычных слушателей и уверенной заметности для высококвалифицированных экспертов;

— третий класс соответствует наличию в передаче искажений, которые уверенно заметны обычными радиослушателями.

Знание классов качества звучания очень важно для культурно-просветительного работника при выборе аппаратуры для озвучивания какого-либо мероприятия. Основными правилами здесь должны быть:

1. Качество звучания зависит от элементов всего тракта (помещения, магнитофона, усилителя и т. д.).

2. Вся аппаратура тракта должна соответствовать друг другу по классу качества. Например, необходимо озвучить выездное мероприятие — выступление агитбригады в сельском клубе. Для этого следует изучить программу выступления, имеющийся в распоряжении агитбригады информационный фонд и его качество, узнать, в каком помещении будет проводиться выступление, каковы его акустические свойства. Если акустика помещения плохая, зал гулкий, то даже с помощью аппаратуры высшего класса качество нельзя улучшить. Большое время реверберации помещения внесет искажения в звучание такой аппаратуры. В этом случае нет смысла везти ни аппаратуру высшего класса, ни даже первого (например, магнитофон первого класса типа "Ростов-101 стерео"). Достаточно взять магнитофон второго класса (например, типа "Маяк-209"), усилитель и акустические системы того же класса. Надо помнить, что если к магнитофону высшего класса звучания подключить акустическую систему второго класса качества, то весь тракт будет соответствовать лишь второму классу качества..

Рекомендуемая литература

К а ч е р о в и ч А. Н. Акустическое оборудование киностудий и театров.— М., 1980.

Павловская В. И., Качерович А. Н., Л у к ь я -нов А. П. Акустика и электроакустическая аппаратура.— М., 1977.

Рачев Д. Вопросы любительского высококачественного звуковоспроизвдения: Пер. с болг.— Л., 1982.

Соколов В. Н. Вариабельная электроакустическая система зала многоцелевого назначения//Сценическая техника и технология.— М., 1984.— Вып. 4.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные причины ухудшения качества воспроизведения звука в зале по сравнению с оригиналом?

2. Как ведет себя акустическая волна, встретившаяся с препятствием?

3. Что такое коэффициент поглощения материала?

4. Каковы акустические свойства помещения с бетонными стенами?

5. Что такое реверберация и время реверберации?

6. Определите оптимальное время реверберации в помещении объемом 2000 м³ при исполнении музыки.

7. Чем отличается акустика зрительных залов КПУ от зрительных залов в театрах, кинотеатрах, учебных аудиториях?

8. Расскажите о шумах, возникающих при воспроизведении звука в залах КПУ.

9. Что такое акустическая перспектива?

10. Что такое стереоэффект?

11. Каким методом определяют качество звучания?

12. Какие существуют качества звучания аппаратуры и чем они различаются?

13. Назовите основное правило выбора по классу качества аппаратуры для озвучивания какого-либо мероприятия.