Механизм восприятия света и звуков

Микрофоны

При использовании в системах звукоусиления микрофонов необходимо учитывать ряд условий в дополнение к обычным условиям записи. Чтобы избежать положительной акустической обратной связи (завывания), располагать микрофон следует ближе к источнику звука, и поэтому часто приходится задействовать гораздо больше микрофонов, чем при обычной многоканальной записи. Кроме того, условия «живой» передачи требуют очень прочных микрофонов.

Для выполнения этих требований нужно знать точные характеристики различных типов микрофонов и способы их подключения.

Параметры.

Требования к микрофонам заложены в европейские и международные стандарты. Мы рассмотрим только те данные, которые важны для техники звукоусиления и необходимы для последующих расчетов. Выходное напряжение микрофона, представляемое как функция воздействующего звукового давления, называется чувствительностью микрофона.

Опорное значение чувствительности Г обычно берут равным 1 В/Па.

В зависимости от условий испытаний различают следующие виды чувствительности:

чувствительность по давлению Т_Е . Является отношением эффективного выходного напряжения холостого хода на определенной частоте к эффективному звуковому давлению, действующему на диафрагму микрофона;

чувствительность по свободному полю Т_ЕГ Характеризует при определенных условиях увеличение давления на диафрагму на высоких частотах, определяемое размерами поперечного сечения микрофона;

чувствительность по диффузному полю Т_Ег. Отражает главным образом воздействие на микрофон диффузного звука.

Оптимальная нагрузка микрофона -- это нормированный импеданс нагрузки, указываемый производителем. У студийных микрофонов, обычно используемых с промышленными системами звукоусиления, он составляет 1кОм.

Нормированный импеданс Z xapaктеризует выходной импеданс. У студийных микрофонов он обычно около 200 Ом.

В стандартах для обозначения чувствительности микрофона обычно используют буквы В или S. В целях единообразия здесь используется символ Т (как и для громкоговорителей).

Номинальный диапазон частот -- диапазон частот, в котором определяют параметры микрофона.

Кроме уровня чувствительности, определяемого в свободном поле под углом 0° к рабочей оси микрофона, часто принимают во внимание уровень прямого поля для других направлений. Значения, измеряемые в диффузном поле, используют значительно реже.

Предельное звуковое давление -- наивысшее звуковое давление, при котором микрофон работает с допустимыми искажениями. Для студийных микрофонов, обычно используемых с промышленными системами звукоусиления, в настоящее время допустимыми считаются гармонические искажения 0,5% (реже 1%) на частоте 1 кГц. Конденсаторные микрофоны в этих условиях способны выдерживать уровни звукового давления 120... 140 дБ.

Эффективное значение напряжения, создаваемое микрофоном без воздействия звукового поля или другого мешающего поля, называют напряжением внутреннего шума.

Псофометрическое напряжение -- это напряжение, создаваемое при тех же условиях и определенное с помощью «весовой характеристики уха как фильтра» {псофометрическое взвешивание), заложенной в Рекомендации МККР 468-4 [4.31] или Рекомендации OIRT 71 [4.32] (с индикацией квазипиковых значений). Это обеспечивает определенную аппроксимацию субъективного восприятия.

Разность между напряжением, указанным для предельного звукового давления, и напряжением внутреннего шума определяет динамический диапазон микрофона.

Зависимость напряжения на выходе микрофона от направления воздействия возбуждающего звука называют эффектом направленности.

Для идеального ненаправленного микрофона коэффициент осевой концентрации равен единице, а для идеального кардиоидного микрофона он равен трем. Это означает, что кардиоидный микрофон воспринимает в помещении только одну треть звуковой мощности, воспринимаемой ненаправленным микрофоном на том же расстоянии от источника. Отсюда следует, например, что при идентичных пропорциях звуковой мощности в помещении расстояние от говорящего до микрофона в случае кардиоидного микрофона может быть в три раза больше, чем в случае ненаправленного микрофона.

ПРИНЦИПЫ ПРИЕМА

Принцип приема с помощью микрофона оказывает значительное влияние на характеристики передачи и особенно на эффект направленности. Основные принципы приема, используемые в технике звукоусиления, рассмотрены ниже.

МИКРОФОНЫ ДАВЛЕНИЯ

Если на выходе микрофона возникает напряжение, пропорциональное давлению, то характеристика направленности такого микрофона оказывается сферической, так как давление -- это скалярный количественный параметр.

На высоких частотах, когда длина волны звука сравнима с размерами диафрагмы, приходится учитывать эффект возрастания давления. Отражения звука от диафрагмы увеличивают перед ней звуковое давление по сравнению с давлением в соседних областях. Поэтому чувствительность микрофона при нормальном падении звуковых волн выше, чем в случае бокового или диффузного падения. Характеристика направленности соответствующим образом изменяется, поэтому при нормальном падении звуковых волн в свободном поле возникает подчеркивание высоких частот. По этой причине такие микрофоны часто оснащают средствами выравнивания давления, которые компенсируют подчеркивание высоких частот с помощью электронной цепи. Однако у микрофонов с цепью коррекции происходит спад высоких частот в диффузном поле и при боковом падении звуковых полн.

Микрофоны давления обычно применяют для регистрации звука, приходящего из большого помещения, без существенной тембральной окраски. Они позволяют делать «прозрачные» записи и чисто воспроизводить низкие частоты.

Поскольку такие микрофоны из-за сферической направленности не могут подавить звук, приходящий от громкоговорителей, они не часто используются для звукоусиления.

Если для воздействия на диафрагму используется градиент давления или скорость между двумя точками, то получится микрофон-приемник градиента давления. Доступ к диафрагме для падающих звуковых волн должен быть с обеих сторон, возможно, даже через акустическую цепь. Некоторые микрофоны-приемники градиента давления имеют в своей конструкции две каскадно установленные диафрагмы.

Недостаток всех микрофонов-приемников градиента давления - их высокая чувствительность к воздушным потокам. На малом расстоянии возникает подчеркивание низких частот (эффект близости). Этот эффект иногда используют намеренно: например, вокалисты с его помощью придают своему голосу «теплоту». Однако он всегда уменьшает разборчивость речи. Рис. 4.31 показывает, как влияет эффект близости на частотную характеристику микрофона. Эффект уменьшается с увеличением расстояния, на расстоянии более 1 м он совершенно пропадает. Чтобы подавить подчеркивание низких частот, микрофоны-приемники градиента давления часто снабжают подключаемыми или постоянно включенными электронными схемами коррекции. Чтобы избежать всплесков шума за счет воздушных потоков, отверстие для доступа к диафрагме прикрывают колпачками из пористого пластика специальной формы. Такие устройства ветрозащиты демпфируют воздушные потоки, оказывая сопротивление потоку, и при соответствующем размере частично нейтрализуют завихрения.

Если необходим больший эффект направленности, чем тот, который достигается с помощью микрофонов-приемников градиента давления, следует применять интерференционные микрофоны. Сегодня наиболее часто для этого используют остронаправленные микрофоны -- направленные трубочные микрофоны Такой микрофон состоит из капсюля-приемника градиента давления, установленного на одном конце трубки, имеющей прорези или перфорацию. Отверстия этой трубки оказывают сопротивление потоку, возрастающее в сторону микрофонного капсюля. Благодаря данной конструкции звуковые волны спереди приходят на диафрагму в фазе, а падающие сбоку по отношению к трубке гасятся (по крайней мере, частично) Достигаемый таким образом эффект направленности зависит от длины трубки. Направленные трубочные микрофоны используют, например, как микрофоны для слежения и записи звука с большого расстояния.

Техническое оборудование для систем управления звуком

Важная задача современной техники звукоусиления -- акустическое покрытие площади больших культурных центров (например, драматических и оперных театров, концертных и спортивных залов). Для каждого из этих центров требуется определенный комплект собственного оборудования, который зависит от размера и статуса зала.

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ВХОДНЫХ СИГНАЛОВ.

Распределитель входных сигналов (коммутационная панель) требуется для работы с большим числом линий от источников сигналов больших систем, поскольку постоянное подключение к входам микшерного пульта не оправдано экономически и затрудняет мониторинг и управление. Источники подключаются к входам микшерного пульта (или пультов) через распределительную панель заранее, до начала любого события (в ряде случаев и во время события). В больших системах часто должна предусматриваться возможность работы более чем со 100 микрофонными линиями. Только небольшое число линий должно иметь прямое соединение с микшерными пультами.

В состав стойки, содержащей входную распределительную панель, часто входят блоки питания конденсаторных микрофонов.

Если микрофоны предполагается использовать для радио- и телевизионных трансляций или если поступающие с микрофонов сигналы предназначены для озвучивания других частей здания, применяют усилители-распределители. В большинстве случаев они распределяют сигнал низкого уровня максимум для четырех пользователей. Число микрофонных усилителей-распределителей, а иногда и распределительных трансформаторов, зависит от числа микрофонов, используемых во время представлений. Обычно их бывает от 20 до 30, но порой может быть и до 60.

Выходы всех передающих линий и звукозаписывающих устройств (кроме микрофонных линий) подводятся к входной распределительной панели. В определенных случаях (для микшеров с переключаемыми входами) некоторые студийные магнитофоны, а также часто используемые микрофоны подключаются к микшерным пультам непосредственно. Входная распределительная (коммутационная) панель нередко дополняется произвольно подключаемыми микрофонными фильтрами или частотными корректорами для устранения искажений тембра или положительной обратной связи в цепях некоторых микрофонов перед подачей их сигналов на микшерный пульт, поэтому если сигналы во время представления перераспределяются, не потребуется изменять подключение фильтров.

В связи с большим числом источников звука входные распределительные панели часто выполняются в виде шнуровых коммутационных панелей.

В настоящее время используются многокаскадные цепи коммутации и распределения цифровых сигналов с компьютерным управлением. Для коммутации часто используемых источников (например, в театрах) применяют все чаще шинные группы и параллельные или матричные коммутаторы.

МИКШЕРНЫЕ ПУЛЬТЫ.

В соответствии со схемой звукоусиления после входной распределительной панели располагается один или несколько микшерных пультов. Один из таких пультов находится в центральной аппаратной {аппаратной звукового мониторинга). Если имеется несколько микшерных пультов, то помимо прочего они используются для предварительного микширования или для работы со звукозаписывающими устройствами, в том числе для согласования уровней записываемых сигналов и записи программы. Второй микшерный пульт часто размещают в зале, в наиболее акустически репрезентативном месте. Здесь окончательно контролируется баланс выходного сигнала, поскольку оценить

акустическое состояние и общее качество звука возможно только в самом зале. (Эксперименты с управлением выходным сигналом с помощью одной или нескольких «искусственных голов» не дали желаемого эффекта.)

Микшерный пульт в зале особенно необходим, если представлению предшествует лишь небольшая репетиция и при этом используются большое число микрофонов и сложная система размещения громкоговорителей. Такие условия характерны для залов универсального назначения. В небольших залах, которые обслуживает несколько человек, управлять всем представлением можно с помощью находящегося в зале микшерного пульта.

Недавно на репетициях драматических спектаклей или во время музыкальных представлений начали пользоваться мобильными звуковыми микшерами, размещаемыми в зале. Подобные устройства могут потребоваться и в концертных залах -- в особых случаях (например, при исполнении электронной музыки) пульт должен устанавливаться без прокладки дополнительных кабелей

На очень больших представлениях специальный пульт для мониторинга размещают непосредственно на сцене. Оркестрам и вокально-инструментальным группам часто требуется микшерный пульт вблизи сцены для установления баланса между исполнителями.

Звуковые микшерные пульты, которые используют в малых и средних залах универсального назначения и устанавливают в аппаратной, а управляют звуком в зале, обычно имеют от 24 до 32 входов. Эти входы в ряде случаев можно переключать для согласования с высоко- и низкоомными источниками. Входные цепи имеют предусилители, контроллеры уровня и часто фильтры для согласования сигналов.

Увеличение числа каскадно соединенных усилителей, возможное, например, при последовательном соединении нескольких многоступенчатых микшерных пультов, угрожает недопустимым падением отношения сигнал-шум на выходе системы.

Этот недостаток исключен в современных автоматизированных микшерных пультах, в которых общая регулировка уровня звука осуществляется

только во входной ступени пульта, хотя уровни в отдельных ступенях регулируются индивидуальными регуляторами. Для этого во входной ступени устанавливают усилитель, управляемый напряжением, цифровой контроллер уровня или резисторный блок с оптоэлектронным управлением. Эти микшерные пульты должны быть оборудованы специальными цепями для групповых выходов.

Такие микшерные пульты (многие из них полностью цифровые) обеспечивают программируемое управление, что позволяет, например, предварительно устанавливать величину затухания и, если применяются соответствующие распределительные устройства и управляемые фильтры, назначать пути прохождения сигнала и частотные характеристики.

ФИЛЬТРЫ.

Фильтры, влияющие на амплитудно-частотную характеристику передаваемых звуковых сигналов, относятся к классическим средствам обработки звука. Две основные области применения фильтров:

оптимизация тембра в рассматриваемом месте приема;

подавление частот положительной акустической обратной связи.

Оптимизация тембра осуществляется в зависимости от конкретной области применения системы. Например, сбалансированная частотная характеристика во всем частотном спектре может быть желательной для высококачественных систем, предназначенных для передачи музыки. Но для улучшения разборчивости в системах, предназначенных только для передачи речи, целесообразно снижение уровня в области низких частот и подчеркивание определенных формантов в области примерно 2 кГц. Совсем другие требования предъявляются к оптимизации тембра для сценического мониторинга. В больших системах звукоусиления фильтры устанавливают в различных точках. Для управления частотной характеристикой микрофонов и подавления основных частот положительной обратной связи их обычно устанавливают во входном канале микшерного пульта. Однако основная регулировка электроакустической частотной характеристики, которая требуется для компенсации линейных искажений, определяемых местом установки громкоговорителей и акустикой помещения, выполняется с использованием так называемых фильтров адаптации к помещению, которые включаются перед усилителями мощности.

Фильтры почти всегда уменьшают максимально возможный уровень звука. Поэтому при разработке системы необходимо вводить соответствующие резервы мощности.

Существуют два основных типа фильтров: пассивные и активные. Пассивные фильтры работают без дополнительного электропитания, поэтому они не дают возможности усилить уровень и не уменьшают отношение сигнал-шум.

Активные фильтры, которые более широко распространены, имеют меньшие размеры, они дешевле, в настоящее время такие фильтры используются преимущественно в студийном оборудовании.

Еще одна отличительная особенность фильтров -- влияние демпфирования на их частотную характеристику. Различают фильтры с постоянной величиной q и фильтры с неизменной полосой частот .

Используются различные конструкции фильтров, выбор определяется их стоимостью, уже имеющимся оборудованием и тем, насколько они просты или сложны в применении.

Недавно появились микропроцессорные устройства, получившие название контроллеры обратной связи, которые вводят частотно-зависимое затухание в характеристику при таких проявлениях положительной обратной связи, как изменения тембра, эффекты реверберации и флуктуации уровня звука. Автоматические фильтры включают в отдельные микрофонные каналы, они позволяют увеличить запас устойчивости к возникновению положительной обратной связи до 15 дБ .

Уровень звука и динамический диапазон излученного сигнала

На начальном этапе для расчета и определения спецификации систем звукоусиления требуется следующая информация:

уровень шума или воздействие на слушателя;

ожидаемый уровень звука;

требуемое отношение сигнал-шум;

мощность источников, работающих в составе системы;

звуковая мощность, необходимая для получения требуемого уровня звука в месте нахождения слушателя.

ТРЕБУЕМЫЙ УРОВЕНЬ ЗВУКА.

Если не учитывать уровень постороннего звука, то необходимый для системы уровень звука зависит от ожиданий слушателя. Для речи этот уровень составляет 70...75 дБ, и он легко достигается на малом расстоянии от говорящего. Для музыки это значение существенно выше вследствие более широкого динамического диапазона. В реверберационном звуковом поле зала даже для больших симфонических оркестров, играющих фортиссимо, уровень звука редко превышает 95 дБ, но на концертах поп-музыки, даже на большом расстоянии от сцены, регистрировались значения 105... 110 дБ.

ПОЛЕЗНЫЙ УРОВЕНЬ. УРОВЕНЬ ШУМА.

Определение параметров системы звукоусиления следует начинать с уровня шума, который должен быть превзойден. На открытом пространстве (то есть без окружающего звука, создаваемого реверберацией) средний уровень звука в месте нахождения слушателя должен быть по крайней мере на 10 дБ выше уровня шума, это обеспечит достаточную разборчивость. (Строго говоря, это условие должно выполняться для каждой критической полосы.)

Установлено, что, в зависимости от времени реверберации Г, разборчивость может быть улучшена за счет увеличения отношения сигнал-шум до 35 дБ.

В помещениях тоже необходимо учитывать мешающий эффект отраженного звука, который доходит до места расположения слушателя более чем через 50 мс (для речи) или 80 мс (для музыки) после прямого звука. Если задержанный звук производится самой системой, возможный мешающий эффект нельзя устранить, просто увеличив уровень звука: этому поможет лучший выбор громкоговорителей и мест их размещения . Это приобретает особое значение, если используются большие помещения с реверберацией. В таких случаях необходимо следить за тем, чтобы уровень прямого звука в условиях свободного поля не оказывался в зоне восприятия звука ниже 6...9 дБ относительно уровня реверберационного звука. Это означает, что расстояние до слушателя по возможности не должно превышать удвоенного критического расстояния.

При расчете мощности кроме уровня звука, определяемого отношением сигнал-шум и динамическим диапазоном, следует учитывать необходимый резерв по перегрузке, чтобы исключить искажения при передаче возможных пиков сигнала. Это резерв, естественно, не должен добавляться, например, при температурном расчете системы.

ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН.

Для передачи любого сигнала необходимый диапазон уровней должен находиться между максимальным и минимальным уровнями сигнала. Этот диапазон в звуковой технике и акустике называется динамическим диапазоном (термин взят из теории музыки). Динамический диапазон в этом смысле понимается как субъективная концепция для громкости и объективная концепция для таких физических количественных величин, как интенсивность звука или его уровень. Необходимо различать:

исходный динамический диапазон --характеристика исходного сигнала источника;

диапазон программы --динамический диапазон звукового сигнала в канале передачи;

диапазон воспроизведения --динамический диапазон и условия воспроизведения в месте нахождения слушателя.

Рис. 7. Динамический диапазон сигналов речи и оркестра как функция частоты

На рис. 5.6 представлены динамические диапазоны сигналов речи и оркестра. Из рисунка следует, что исходный динамический диапазон может лежать в пределах от 30 до 100 дБ.

Структура усиления в передающем оборудовании характеризует диапазон программы, показывающий, что диапазон программы -- это разность между отношением сигнал-шум и запасом на перегрузку (верхний допуск), а также защитным допуском на шум (нижний допуск). Это означает, что, с одной стороны, необходимо учитывать нижний допуск между уровнем сигнала и уровнем шума в системе (эквивалентный уровень шума хорошего микрофона составляет около 20 дБ), а с другой, что необходим запас на перегрузку для неискаженного воспроизведения отдельных пиков программы, которые могут превышать эффективную величину полезного сигнала на 20 дБ (особенно, если используются цифровые методы хранения и передачи). В системах звукоусиления обычно стремятся, чтобы нижний и верхний допуски равнялись 10 дБ. Чтобы при таких условиях попытаться передать без каких-либо ограничений сигнал с исходным динамическим диапазоном 80 дБ, внутреннее отношение сигнал-шум в системе должно составлять 100 дБ. Такого значения не удается достичь даже в самых лучших цифровых системах. Правда, как показывает качество радиопередач, этого никогда и не требуется.

Диапазон воспроизведения электроакустических систем может колебаться от 40 дБ для обычного вещания до максимум 60 дБ для цифровой звукозаписи. Таким образом, максимальный исходный динамический диапазон обычно шире, чем диапазон воспроизведения.

Поскольку помимо диапазона программы необходимо учитывать фоновый шум в помещении, где осуществляется воспроизведение, при определенных обстоятельствах отношение сигнал-шум может снижаться (рис. 5.7), что, в свою очередь, приводит к уменьшению диапазона передачи. Опыт показывает, что системы звукоусиления часто звучат довольно громко на фортиссимо, но тихие компоненты (пианиссимо) тонут в шумах системы. Ограничение сигнала (в результате перемодуляции) может приводить к недопустимым искажениям на верхнем пределе модуляции. С этим можно бороться, если намеренно изменять диапазон программы. Для этого сегодня часто используют лимитеры, которые одновременно служат в качестве устройств защиты высококачественных громкоговорителей. При передаче классической музыки следует учитывать, что использование лимитеров и усилителей с АРУ может привести к значительным искажениям оптимального уровня сигнала.

В табл. 1 указаны отношения сигнал-шум (диапазон программы, в том числе нижний допуск) электроакустических систем и устройств. Используя системы шумоподавления компандерного типа, можно достичь отношения сигнал/шум выше 70дБ.

Отношения сигнал-шум электроакустических устройств и носителей

Устройство Отношение сигнал/шум, дБ

Аналоговый студийный магнитофон 48-55

Аналоговый студийный магнитофон с компандером 60-70 (Dolby SR, Tel-Com C4)

Кассетный магнитофон 35-45

Кассетный магнитофон с компандером 40-50 (Dolby В, High-Corn)

Запись на грампластинку 40-50

Запись на грампластинку с компандером (СХ, UC) 50-60

Микрофон 70-75

Компакт-диск 80-90

Цифровой кассетный магнитофон (R-DAT) 70-90

Адаптация к исходным источникам

Если система звукоусиления должна работать вместе с оркестром или другими исходными источниками (например, при воспроизведении записи музыки вместе с «живым» певцом или солистом), система должна обеспечивать, по крайней мере, такую же акустическую мощность, что и исходный источник, для которого требуется аккомпанемент.

ПЕРЕДАЧА РОК-И ПОП-МУЗЫКИ. Современную танцевальную и рок-музыку невозможно представить без усилительного оборудования и устройств обработки звука, а также систем громкоговорителей для его излучения. Наряду с классическими инструментами для создания звуков и шумов все шире используются синтезаторы и сэмплеры. В этих инструментах установлены механические или электроакустические звукосниматели; звук может регистрироваться и непосредственно (например, голос человека). Полученные электрические сигналы усиливаются и излучаются через громкоговорители, специально назначаемые определенным инструментам. Поэтому громкоговоритель в данном случае можно рассматривать как составную часть инструмента (с его помощью можно, например, создавать очень резкий специфический тембр, обрабатывать, микшировать, усиливать и излучать звук). Вследствие особого тембра создается некое подобие звучания группы инструментов. Поэтому такие системы невозможно полностью заменить установленными в помещении стационарными системами звукоусиления с «нейтральным» звуком. При создании опорных источников на сцене их сигналы должны перетранслироваться в звуковую систему зала с помощью выходных сигналов мобильной системы сцены, которая должна соответствовать студийным требованиям.

Выходные сигналы поступают к слушателям различными путями. В залах широко используют установку больших групп громкоговорителей слева и справа от сцены, при этом громкоговорители размещают в конструкции в форме башни. Часто применяют звуковые стены и передвижные траверсы на авансцене с мощными громкоговорителями. На открытом пространстве оба варианта комбинируют. Все более широкое применение находят современные линейки громкоговорителей .

Несколько характеристик, которые свойственны всем установкам такого рода:

мощное воспроизведение басов;

очень высокие уровни звука;

большая опасность возникновения эффектов типа гребенчатого фильтра;

малое расстояние между микрофонами;

мощный мониторинг.

В зоне партера мощное воспроизведение басов и высокие уровни звука обеспечиваются с помощью башенных и стенных групп громкоговорителей. Но при этом первые два ряда зала и площадь действия, где располагаются музыканты, подвергаются воздействию исключительно высоких уровней звука, что может нанести вред слуху).

Однако для балкона этих групп громкоговорителей часто бывает недостаточно. Утверждение, что левая и правая башенные группы важны для создания стереоэффекта, очень распространено, но верно только в определенных случаях. Такой эффект вряд ли можно обнаружить, если база более 10...12 м; в боковом направлении ближняя группа громкоговорителей часто маскирует сигнал удаленных громкоговорителей. В этом случае, безусловно, лучше работать с многоканальными системами (например, с системой дельта-стереофонии), обеспечивающими «нейтральное» покрытие звуком зала, то есть звучание, свободное от собственных тембровых окрасок. Тогда на сцене образуется желаемая тембровая окраска, которая направляется в основную систему звукоусиления; музыканты создают при этом для системы дельта-стереофонии сигнал источника.

Это отличается от мобильных систем звукоусиления, применяемых на открытых площадках во время гастролей. Здесь система должна озвучивать большие открытые пространства, на которых иногда собирается до 200 000 зрителей. Указанные выше требования невозможно выполнить без больших групп громкоговорителей. В настоящее время наиболее часто используют группу громкоговорителей в виде системы звукоусиления с центральной поддержкой. Такая система состоит из основной группы громкоговорителей, устанавливаемых сверху (в настоящее время очень часто используют линейные группы громкоговорителей), и дополнительных групп в форме башен громкоговорителей для задержанных сигналов.

Здесь также желательна многоканальная передача. Для улучшения ясности звучания отдельные голоса распределяют на две или три группы громкоговорителей, часто установленные друг на друга, в виде башни. Если необходимо выделить солиста, его голос излучается отдельно, через мощную центральную группу громкоговорителей, в то время как аккомпанемент воспроизводится боковыми группами. Наиболее удобно вводить в конструкцию центральную группу, которая сама может обеспечить полное усиление звука.

Задача звукоусиления -- создание достаточного уровня звука для озвучивания всех требуемых площадей. Башни с громкоговорителями, установленные на высоте 5 м и выше, имеют то преимущество, что звуковое давление, воздействующее на слушателя, можно поддерживать в определенных пределах.

Важно, чтобы каждая башенная система была способна озвучить часть аудитории и при этом обеспечить соответствующую ясность и четкость звука, несмотря даже на сильный ветер и плохие погодные условия. Задержки обеспечивают устранение эха, а уровень усиления определяется опорным уровнем звука для основной или боковой сцены.

Специальные технологии схемотехники, базирующиеся на концепции DSS, применялись в ряде решений формирования звуковых изображений (так называемых «звуковых облаков»). Группы громкоговорителей распределялись в форме решетки и работали с задержкой относительно друг друга, чтобы на расстоянии слышимости не возникало эхо. На открытых пространствах площадью 1000x1000 м и более результирующее впечатление от звука не обеспечивало точной локализации, но изображения и лазерные эффекты отслеживались.

При использовании башен с мощными громкоговорителями существует опасность того, что одинаковые излучатели будут создавать взаимные помехи, которые отразятся на характеристике направленности всей системы (возможно образование лишнего лепестка). Чтобы избежать этого, стали использовать громкоговорители, работающие по принципу Бесселя и усилители с процессорным управлением. Современные линейки громкоговорителей действуют именно таким образом. Проблемы возникают, когда для крупных событий (с числом участников более 20 000) используются большие проекционные системы. На расстоянии 100 м от сцены оптическая информация приходит мгновенно, тогда как акустическая поступает с задержкой на 300 мс. Поэтому создается такое же впечатление, как при просмотре плохо синхронизированного фильма. Эту проблему нельзя решить с помощью акустических средств (подача незадержанного звука в часть зала вызывает эхо, поскольку слышен и основной сигнал, излучаемый вблизи проекционного экрана). Единственным решением является соответствующая «задержка» видеопроекции, для чего необходимо несколько проекционных устройств, размещенных со сдвигом по глубине.

Измерение звукового давления

Рассматриваемые ниже процедуры измерений служат для определения скалярной количественной величины -- звукового давления. В качестве преобразователя используют микрофон давления, имеющий практически ненаправленную характеристику (см. раздел 4.2.2). Эта независимость от направления и достигаемая, таким образом, пропорциональность между звуковым давлением и формируемым напряжением не сохраняются, если длина волны принимаемого сигнала становится сравнимой с величиной диафрагмы. Если используется 1-дюймовый микрофон, расхождение начинает обнаруживаться примерно на 2 кГц, а на 6 кГц разность между величиной прямой звуковой волны, приходящей спереди, и уровнем диффузного звукового поля при одинаковом эффективном звуковом давлении может составлять 3 дБ. Поэтому для измерений обычно используют V₂- или '/,-дюймовые микрофоны, но при применении этих микрофонов наблюдается ухудшение пропорциональности давления на частотах выше 10 кГц. Измерительные микрофоны обычно скорректированы для свободного поля: на высоких частотах, где характеристика перестает быть ненаправленной, регистрируются заниженные значения звуковой энергии диффузного поля и приходящего сбоку звука.

Анализаторы, способные обеспечить сравнимые измерения, осуществляют индикацию в эффективных значениях, аналогично измерителям уровня звука по стандарту МЭК. Для временного взвешивания используются различные режимы (значения времени интеграции): S (медленный), F (быстрый) и / (импульсный). Значения времени интеграции также определены МЭК, что обеспечивает сопоставимую индикацию, которая в основном согласуется с субъективным впечатлением. Простые устройства для грубой индикации могут иметь и другие постоянные времени, но эти устройства нельзя называть измерительными приборами.

Анализ напряжения, пропорционального давлению, обычно производят посредством треть-октавных фильтров, реже с помощью октавных или полуоктавных фильтров]. Средние частоты частотных полос и критические частоты этих фильтров определены ISO. В настоящее время для измерений систем звукоусиления все шире используются анализаторы реального времени. Эти устройства содержат группы фильтров, которые постоянно находятся в рабочем состоянии и охватывают весь диапазон звуковых частот (от 20 Гц до 20 кГц). Все фильтры имеют индикаторы уровня на базе кинескопов, светодиодных или ЖК-дисплеев. Светодиодные индикаторы обеспечивают только дискретную индикацию, обычно их разрешающая способность, устанавливаемая с помощью переключателей, составляет 1, 3 и 6 дБ. Отображаемый динамический диапазон изменяется в зависимости от выбранной разрешающей способности.

Розовый шум используют как измерительный сигнал в системах, характеризующихся большой частотной неравномерностью и установленных в помещениях или на открытых пространствах, имеющих отражающие границы. Точность считывания показаний измерительного прибора зависит от анализируемой полосы частот: чем выше частотное разрешение тем ниже временное разрешение.

Современные анализаторы реального времени могут сохранять в памяти несколько спектров, обеспечивают возможность их вызова и сравнения. Часто в них предусмотрено сопряжение с компьютером и имеется выход принтера для распечатки данных измерений.

Зрительное восприятие кино- и телевизионных изображений

Восприятие кажущегося движения. Зрительное восприятие движения кино- или телевизионных изображений на экране, под которым понимается восприятие зрительного изменения состояния снятых объектов в виде механического перемещения их в пространстве или физического изменения их яркости или цвета, происходит в форме кажущегося непрерывного перехода отдельных изображений из одного зрительного состояния в другое, с утратой одних зрительных свойств и приобретением других.

Любое движение как изменение состояния объекта не может быть непосредственно зафиксировано без разложения его на неподвижные элементы. Этот процесс совершает кинооператор при съемке, превращая реальное, живое движение объектов в серию их последовательных и "омертвленных" изображений, дискретно передающих мгновенные базовые состояния движения объектов. Эти кинокадры, будучи последовательно спроецированы на киноэкран, создают в процессе их восприятия целостно-предметную картину с кажущимся естественным движением снятых объектов в виде непрерывного перехода изображений из одного фазового состояния в другое. То же происходит при восприятии телевизионных изображений. Данный эффект, лежащий в основе кинематографии и телевидения, был известен задолго до возникновения последних, проявляясь в демонстрации так называемого стробоскопического эффекта, сущность которого заключается в следующем. Если в одной и той же области поля зрения глаз человека испытывает раздражение в форме светового воздействия ряда быстро сменяемых изображений, которые представляют движение изображенного объекта, "остановленных' в последовательных мгновенных фазах, и при отдельном изолированном восприятии воспринимаются как неподвижные, то возникает эффект кажущегося движения.

Он выражается в том, что человек видит как бы реальное движение объектов, направление которого диктуется характером изменения фазодвижущегося объекта в отдельных изображениях в их последовательном чередовании во времени. В общем случае необходимое фазовое различие движения в соседних изображениях и необходимый временной интервал между ними зависят от состояния органа зрения, от интенсивности и вида изображений. Кинематография и телевидение явились лишь новыми специфическими техническими средствами (съемочная аппаратура, кинопленка, показ изображений на экране), удобными для массовой демонстрации движущихся изображений.

Эффект кажущегося движения в своеобразной форме наблюдал еще в 1826 г. астроном Гершель. Вращая картонный кружок, на одной стороне которого нарисована собачья конура, а на другой -наполовину отсеченное изображение животного (рис. I), Гершель рассчитывал на то, что при вращении кружка, на основании инерции (памяти) зрения, часть туловища с головой собаки наложится на конуру и получится статическое изображение конуры с выглядывающей из нее собакой. Но тут неожиданно для самого ученого произошло "чудо". При определенной скорости вращения кружка в восприятии зрителя нарисованная собака, как живая, стала совершать движение, попеременно выглядывая из конуры и пряча голову назад.

Вот когда, по существу, родился кинематограф.

Эффект кажущегося движения как перехода из одного зрительного состояния в другое хорошо продемонстрировал психолог Линке в I918 г. При проецировании в одно и то же место экрана сначала изображения в виде черной полосы на белом фоне, а затем после устранения его и спустя какое-то время другого изображения в виде такой же по размерам и положению белой полосы на черном фоне, зритель воспринимал динамический процесс последовательного превращения черной полосы белую, а не как однородную серую полосу, какая должна была бы быть при слиянии обоих изображений вследствие инерции зрения.

Исследованию кажущегося движения был посвящен опыт, проведенный Вертгеймером. Два одинаковых источника света, расположенные друг от друга на некотором расстоянии, поочередно включались и выключались, так что выключение одного из них автоматически вызывало включение другого и наоборот. При соблюдении определенного расстояния между ними и необходимого временного интервала между включением одного и другого (например, порядка 50 м/с) можно было видеть, как единый источник света непрерывно движется от места первого источника света к месту второго (рис. 2) и наоборот.

Рис. 2. Поочередные вспышки двух ламп, создавшие иллюзию движения: а) при очень коротком интервале времени между вспышками кажется, что обе лампы горят непрерывно; б) при более длинном -плавное, непрерывное движение источника света.

Корте, варьируя основные факторы, определяющие эффект кажущегося движения, установил следующее:

Чем больше расстояние между двумя стимулами, тем больше должна быть иx интенсивность (если временной интервал постоянен) или тем больше должен быть временной интервал (если интенсивность постоянная).

Чем больше интенсивность, тем больше должно быть расстояние между стимулами или тем меньше должен быть временной интервал.

Чем длиннее временной интервал, тем больше должно быть расстояние между стимулами или тем меньше должна быть интенсивность.

Указанные опыты подтверждают, что эффект кажущегося движения может иметь место и тогда, когда временной интервал между двумя раздражениями превышает время сохранения вызванных ими последовательных образов. В настоящее время не существует точного объяснения психофизиологического механизма стробоскопического эффекта и основанного на нем эффекта кажущегося движения. Несомненно, что восполнение промежутков между отдельными фазовыми изображениями (раздражениями) и возникновение самого эффекта кажущегося движения связаны с наличием структурной и временной связей как связи между целым и частным, где участвуют опыт и память человека. Зритель воспринимает отдельное кино- или телевизионное изображение или в каждый данный момент зрительно изменяющийся объект, в связи с предшествующим ему восприятием данных изображений или видимых состояний движущегося объекта, перешедших уже в память, иначе уяснение конкретного движения или зрительное восприятие собственно движения кино- или телевизионных изображений или самих объектов было бы невозможно.

Можно предположить, что в акте восприятия кажущегося движения данных изображений участвует как кратковременная память, сохраняющая зрительные образы при восприятии непосредственно после выхода из поля зрения кино- или телевизионных изображений, так и "оживленная" долговременная память, проявляющая себя в виде представлений, сложившихся в результате жизненного опыта человека и некоторого предвидения последнего, на основе образования временных, условно-рефлекторных связей. Сопоставление "памятных" и непосредственно воздействующих в данный момент на зрительный анализатор пространственно смещенных или зрительно измененных кино- или телевизионных изображений и переживается зрителем в форме кажущегося, непрерывного естественного движения изображенных объектов. Этот эффект при имеющихся световых условиях наступает при определенной частоте смен отдельных изображений на экране, обеспечивающей необходимое фазовое различие и временной интервал между последними.

В кинематографии при съемке и проекции используются 24 кадра в секунду (такое количество необходимо по соображениям, связанным с качеством звукопередачи), а в телевидении - 25 телевизионных кадров в секунду.

В виду конечного значения времени экспозиции при киносъемке получаемые кинокадры и соответствующие изображения на экране несут в себе несколько смазанные, размытые изображения движущихся объектов 32

Эта размытость, допускаемая в кинематографии несколько большей, чем в фотографии, психологически не только не ощущается зрителями в процессе синтеза движения, но даже способствует лучшему восприятию движения изображенных объектов. Чем быстрее движение, тем больше должна быть размытость. Вероятно, стимулы, действующие на сетчатку и мозг зрителя при прерывистом видении быстро сменяемых кино- или телевизионных изображений, в известной мере подобны тем, которые приходят в мозг при непрерывном восприятии реального движения объектов (что как раз и допускает наличие прерывистых раздражений сетчатки сменяемыми изображениями), но в целом нервные механизмы восприятия реального к кажущегося движения все же различны.

Восприятие кажущейся пространственности

Кино- и телевизионные изображения на экране (если нет специальной стереоскопической передачи) сами по себе лишены глубинных различий, в их зрительное восприятие полностью не включаются те двигательные (мышечные) ощущения глаз, порождаемые аккомодацией, конвергенцией и поворотом глаз и головы, какие имеют место при бинокулярном зрительном восприятия объектов внешнего мира. Тем не менее, когда сильно ограничиваются связи сетчаточных изображений с проприорецепторами мышц глаза, благодаря жизненному опыту сохраняется способность человека воспринимать некоторую кажущуюся пространственность изображенных объектов. Это происходит вследствие выработанных в результате жизненного опыта (пространственного зрения) косвенных зрительных признаков пространственности, видимой величины знакомого изображенного объекта (позволяющей оценить его удаленность) линейной и воздушной перспективы, загораживания одних изображенных объектов другими, распределения света и тени по поверхности изображенного объекта и др.

При зрительном восприятии изображений, как и при восприятии самих объектов, восприятие удаленности, известного по величине изображенного объекта, происходит на основе сравнения видимой величины последнего с объективной собственной его величиной, а восприятие удаленности неизвестного по величине изображенного объекта - по отношению к поблизости расположенным известным по величине изображенным объектам.

Восприятие глубины изображенного пространства по такому косвенному зрительному признаку, как линейная перспектива, основано на том, что в жизни равные по величине объекты при их удалении воспринимаются тем меньшими по величине, чем больше они удалены от наблюдателя. При этом воспринимаемый эффект глубины становится тем сильнее, чем ближе расположены объекты к наблюдателю. В линейной перспективе схождение контуров видимого изображения объекта воспринимается не как форма последнего, а как результат его размещения по глубине. Линейная перспектива позволяет также судить о расстоянии до объекта по видимому перспективному смещению всех точек изображения последнего, поскольку, чем ближе объект, тем больше это смещение и наоборот.

Действие воздушной перспективы на восприятие глубины (удаленности) изображенных объектов проявляется, например, в том, что отдаленные в своем изображении горы должны быть для естественности передачи голубыми во всякую погоду, а менее отдаленные городские постройки - серыми в дымном городе. Голубизна далеких объектов вызывается влиянием голубоватого оттенка слоев воздуха, через которые они видны, а серость зданий - наличием в воздухе большого количества воды и пыли. Воздушная перспектива начинает играть важную роль в оценке глубины тогда, когда другие зрительные признаки пространственности теряют свою силу.

Когда изображение ближайшего объекта частично заслоняет (перекрывает) изображение дальнего объекта, зритель все же, несмотря на неполноту, незавершенность видимой формы последнего, на фоне которого изображен объект с законченным контуром, способен прогнозировать форму первого в целом по его части и воспринимать, что неперекрытое изображение предмета относится к ближайшему объекту, а пере крытое - к более отдаленному, находящемуся позади первого объекту, т.е. до некоторой степени получать впечатление относительного расположения их в пространстве, без указания на то, насколько далеко расположены данные объекты друг от друга.

Распределение света и теней в изображениях может подчеркивать впечатление их рельефности и удаленности. Тень, отбрасываемая одним объектом на другой, показывает, какой из них находится дальше, обнаруживая при этом положение источника или направления света. Большую роль играет тень при оценке глубины изображенных мелких глубинных элементов и предметов округленных форм при отсутствии резко очерченных деталей. Вообще говоря, воспринимаемый пространственный эффект зависит от распределения и соотношения яркостей в данных изображениях.

Будучи правильно переданными указанные зрительные признаки помогают воспринимать в известной мере пространственность изображенных объектов. Характер их передачи зависит от условий и техники съемки, от характера искусственного освещения снимаемых сцен, от применяемой оптики и т.д.

Существующее различие между восприятием изображения, полученного при съемке, и восприятием соответствующего объекта, относится и к восприятию их пространственности.

Так, уже в 20-х годах 20столетия теоретик кино Р. Гармс писан: "Пространственные моменты, а особенности те из них, которые связаны с ощущением глубины, производит на пленке совсем другое впечатление, чем при непосредственном зрительном восприятии. 0бъектив кинематографического аппарата просто не может в каждом отдельном случае, приспособиться к восприятию определенного предмета, как это делает глаз, сообщая хрусталику большую или меньшую видимость с помощью глазного мускула. Вследствие этого относительная: величина предметов при съемке значительно скорее убывает на заднем плане и возрастает на переднем". Например, при применении в процессе съемки близлежащих предметов короткофокусной оптики может иметь место перспективное искажение этих изображенных предметов. Известны получающиеся в этом случае преувеличенные размеры ступеней ног, ладоней, рук, носа человеке, а также чрезмерно круто поднимающиеся контуры зданий или круто сходящиеся стены последних.

Зрительное восприятие предметов внешнего мира тем и отличается от оптического изображения их объективом на кинопленке (или от оптического изображения на сетчатке глаза), что первое, благодаря утвердившимся условно-рефлекторным связям анализаторов и мышлению, видоизменяет и дополняет воспринимаемые предметы познавательным опытом человека, превращая их в образные представления, в то время, как объектив (или оптика глаза) лишь относительно правильно, чисто формально передает проекционную форму и поверхностное распределение освещенности изображаемого объекта.

Восприятие пространственности изображений становится более впечатляющим, когда указанные зрительные признаки включаются на большую часть зрительного поля изображения, а не только на небольшую часть последнего. Так, наиболее полно они могут быть включены в восприятие в широкоформатном киноизображении, получаемом при увеличении съемочного угла и формата кинопленки (например, до. 100-120° при 70 мм кинопленке).

При широкоформатном кинопоказе возрастает количество точек воспринимаемых изображений объектов как за счет увеличения площади кинокадров и зрительного охвата их изображений на экране, так и за счет больших возможностей перевода взора зрителей от одной части изображения на другую, что вызывает более широкое взаимодействие по сравнению с восприятием обычного фильма и тем самым способствует лучшему восприятию пространства в киноизображениях.

Восприятие яркости и цвета

Образуемые техническими устройствами и воспринимаемые на соответствующих экранах кино- и телевизионные изображения имеют, при существующих световых условиях их рассматривания, отличающиеся от объективных субъективные ощущения яркости или видимые яркости, что, однако, не приводит к нарушению "правдивости" светового отображения объектов в этих изображениях.

Видимая яркость того или иного участка изображения (как и самого объекта) зависит не только от интенсивности света, падающего от данного участка на сетчатку глаза, но и от интенсивности света, раздражающего соседний участок последней. В силу этого человек воспринимает черное, серое и белое в зависимости от того, какова относительная интенсивность освещения или относительная освещенность соседних ' участков сетчатки.

В результате взаимодействия рецепторов данных участков сетчатки светлая часть зрительного поля производит затемняющий эффект (тормозящее действие) на соседнюю менее светлую ее часть, а темная часть - высветляющий эффект, создавая тем самым при обоюдном их восприятии тот или иной видимый контраст между ними.

...