Разработка телевизионной студии с изготовлением видеопрограмм

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. История развития акустики помещений. Основные положения

2. Объем и линейные размеры студии

2.1 Выбор размеров студии

2.2 Расчет собственных резонансных частот

3. Составление плана аппаратно-студийного блока

3.1 Назначение АСБ

3.2 Планировка АСБ

4. Время реверберации

4.1 Выбор оптимального времени реверберации

4.2 Расчеты общего фонда звукопоглощения и времени реверберации, подбор звукопоглощающих материалов

4.3 Размещение звукопоглощающих материалов

5. Выбор электроакустического и звукотехнического оборудования студии

5.1 Описание оборудования АСБ

5.2 Подбор оборудования

6. Охрана труда

6.1 Звукоизоляция

6.2 Освещение студии

6.3 Вентиляция студии

6.4 Требования к пожарной и электрической безопасности

Литература



ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является получения навыков при расчете и разработке телевизионной студии с изготовлением видеопрограмм на кассетах, умения применять знания, полученные при изучении курса «Системы звукового цифрового вещания» и навыки работы с технической литературой.

Помещение, предназначенные для прослушивания и записи музыкальных и речевых программ обладают высокими акустическими качествами лишь в том случае если, при их проектировании был произведен соответствующий расчет, а в ходе строительства приняты специальные меры для улучшения качества звука.

Эти меры, как правило, экономически оправданы, так как благодаря их осуществлению удается добиться того, чтобы помещение наилучшим образом соответствовало своему предназначению и избежать последующих дорогостоящих переделок.

При устройстве студии необходимо учесть множество факторов: даже самые с первого взгляда незначительные вещи и детали могут в итоге играть ключевую роль и стать причиной снижения качества или, наоборот, улучшить конечный продукт.

На сегодняшний день проектирование телевизионных студий остается актуальным вопросом. За последнее десятилетие произошли значительные достижения в технологиях передачи звука и видеоизображения в пространстве. Искусство построения студий развивается в соответствии с этими достижениями. Требования, предъявляемые к современным студиям записи, записывающим комплексам и телецентрам, неуклонно растут; совершенствуются аппаратный и микрофонный парки, меняются структурные и технологические схемы коммутации, разрабатываются новые акустические материалы для звукоизоляции и коррекции внутренней акустики. Универсальные телестудии постепенно вытесняют студии узконаправленной специализации.



1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АКУСТИКИ ПОМЕЩЕНИЙ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Истоки архитектурной (строительной) акустики восходят к глубокой древности. Акустические задачи в те времена ставились и решались в связи со строительством гигантских сначала культовых, а позже и других общественных сооружений - залов для собраний и зрелищ.

Зодчие Ассирии, Вавилона, Древнего Египта в V-II тысячелетиях до н. э. строили храмы, обладавшие выразительной архитектурой и впечатляющим художественным убранством. И мощные строительные конструкции, и скульптура, и живопись - все было направлено на то, чтобы поразить и подавить психику молящихся, создать у них ощущение своего ничтожества, мистического страха перед божественными силами. Зодчим, по-видимому, уже были известны законы распространения и отражения звуковых волн. Пользуясь ими, они достигали акустических эффектов, поражавших воображение молящихся.

Иные, хотя и столь же сильные чувства возбуждало искусство Древней Греции (VII-IV вв. до н. э.) - одной из вершин мировой цивилизации. В отличие от искусства Древнего Египта в основе древнегреческого лежало представление о силе и красоте человека, его неразрывной связи с окружающей природой и общественной средой. Искусство Древней Греции отличалось гармоничностью и светлыми чувствами. Древним греческим храмам и другим общественным сооружениям свойственна соразмерность частей, она определила их высокие акустические свойства. Рациональность принятых древними греками акустических решений была впоследствии подтверждена наукой нашего времени.

Наряду с храмовыми зданиями уделялось большое внимание сооружениям общественного назначения. Зрелищные сооружения Древней Греции разделялись на два вида: одейоны и театры. Первые представляли собой сравнительно небольшие крытые здания для репетиций и представлений с малым количеством исполнителей (без хора) и зрителей, вторые являлись зрелищными сооружениями открытого типа и большой вместимости (тысячи и десятки тысяч человек). Каменные скамьи зрительских мест располагались на склонах возвышенностей.

Традиции греческих архитекторов были продолжены их римскими последователя в VII-I вв. до нашей эры. Римские театры на открытом воздухе были сходны с греческими, хотя в отличие от них строились не только на естественных склонах, но и на горизонтальных участках. Типичным примером такого театра служит амфитеатр Флавия - Колизей на 56 тыс. зрителей, построенный в 80-90 гг. н. э.

В наше время требуется установка систем звукоусиления даже в залах вместимостью 200-300 человек. Поэтому кажутся фантастическими свидетельства историков о вместимости древних греческих и римских театров, обслуживающихся естественной звучностью голосов актеров. Так, театр Помпея вмещал 17800 человек, театр Марцелла в Риме - 20 тыс. человек. Если даже эти данные сильно преувеличены (по современным оценкам, названные театры вмещали соответственно 5 и 7 тыс. человек), то кажется чудом, что в этих гигантских театрах достигали удовлетворительной звучности на слушательских местах. Остается предположить: либо уши тогдашних посетителей зрелищ были в несколько раз чувствительнее современных, либо древние строители знали неведомые нам секреты, позволявшие получить достаточную громкость и разборчивость на слушательских местах. Известно, что в маски актеров, изображающие различные эмоции действующих лиц, были встроены рупоры, направлявшие звук в сторону зрителей.

Античные знания об акустике помещений нашли практическое применение при сооружении культовых зданий раннего и позднего средневековья. В католических храмах создавалось впечатление музыки, льющейся с небес. Это не случайная находка строителей, а сознательное использование особых архитектурных форм и продуманное расположение духового органа и хора. Своеобразными акустическими эффектами отличались и православные храмы. Голоса священника и певчих отражались от купольной части сооружения вниз, к молящимся, и у них возникало ощущение общения с небом. Для создания желаемой акустической среды строители закладывали в стены и своды храмов глиняные кувшины разных размеров, так называемые "голосники". Это были своеобразные акустические резонаторы. акустика телевизионный студия резонансный оборудование

В 18 и начале 19 в. внимание стали уделять сооружению концертных и театральных залов. Развивалось синтетическое музыкальное искусство - опера. Разумным выбором геометрической формы, размеров, продуманным размещением звукопоглощающих материалов в этих залах создавали хорошие условия для слушателей и исполнителей - певцов, музыкантов.

В 19 в. из не вполне четких представлений античного мира стали выкристаллизовываться точные знания. Эйлер, Лагранж, Фурье, Стокс, Юнг, Гельмгольц, Дж. Стретт (последний более известен под именем лорда Рэлея, точнее Рейли) создали акустику как науку. В конце 19 и начале 20 в. У. Сэбин (Walles Sabine) выполнил эксперименты, положившие начало теории архитектурной акустики, выявил количественные связи между геометрическими параметрами помещений и их акустическими характеристиками. Его работы были продолжены другими.

Эйринг, Хант, Беранек, Ма Да-ю, Кнудсен, Майер, Ватсон создали солидный теоретический фундамент современной акустики помещений. Заметный вклад в архитектурную акустику внесли отечественные ученые: И.И. Андреев, И.Г. Дрейзен, А.Н. Качерович, С.Я. Лифшищ, А.В. Рабинович, С.Н. Ржевкин, М.А. Сапожков, В.В. Фурдуев и другие.

Сэбин рассматривал акустические процессы в помещении после выключения источника звука как запаздывание многократно отраженных волн и их постепенное ослабление в результате поглощения энергии волн преградами. Исходной причиной этого процесса является энергия, сообщенная помещению источником звука.

Теория У. Сэбина, несмотря на большие практические успехи, вызвала серьезную критику. В 1929 г. Шустер (K. Schuster) и Ветцман (E. Waetzmann) признали трактовку статистической теории неудовлетворительной. После прекращения действия источника звука процесс затухания происходит не под воздействием вынужденных колебаний, а как результат затухания собственных (резонансных) колебаний, возбужденных источником звука, и с частотами, определяемыми формой и размерами помещения. Такая теория, названная волновой, была фундаментально развита Болтом, Морзом, Дрейзеном, Фурдуевым и другими. Следует отметить, что уже Дж. Стретт (лорд Рэлей), ссылаясь на математическое решение, данное Дюамелем, считал возможным анализировать акустику помещений с позиций волновой теории.

До начала 20 в., т. е. до работ У. Сэбина, главное внимание в акустике помещений уделяли анализу направлений путей распространения потоков звуковой энергии в помещении - прямого и отраженного от преград, т. е. рассмотрению геометрической (лучевой) картины. Геометрическая теория - самая древняя. Она успешно применяется и в наше время, особенно при проектировании залов большой вместимости. Геометрическая теория получила развитие в работах И.Г. Дрейзена, А.Н. Качеровича, Л. Контюри. С.Я. Лифшица. Е. Скучика и других. [ 1 ]

Существует 3 теории акустических процессов - статистическая, волновая и геометрическая.

В статистической теории акустические процессы в помещении рассматриваются как постепенный спад энергии многократно отраженных преградами помещения волн. Этот спад происходит после прекращения действия источника звука. Идеализируя, считают этот процесс в первом приближении непрерывным. Тогда его можно изобразить в линейном масштабе экспонентой (рис.1,а), а в полулогарифмическом масштабе - прямой (рис 1,б). Предпосылкой к такому рассмотрению является выполнение двух условий: все направления движения волн равновероятны, а плотность звуковой энергии e = Е / V в каждой точке пространства помещения одинакова.

Рис. 1а. Процесс спада звуковой энергии

Рис. 1б. Процесс спада звуковой энергии в полулогарифмическом масштабе

В архитектурной акустике большее внимание уделяется не стационарному процессу (процессу установившихся колебаний), а переходному (нестационарному). Последний начинается после прекращения действия источника звука, заключается в постепенном спаде звучания вследствие потерь звуковой энергии и называется отзвуком, или реверберацией.

Реверберация существенно влияет на качество и речевого, и музыкального звучания. Чрезмерная длительность реверберации приводит к тому, что новые слоги речи звучат на фоне предыдущих затухающих слогов. Разборчивость речи при этом ухудшается. При коротком отзвуке разборчивость речи вполне удовлетворительна, но своеобразная "безжизненность", "стерильность" такого звучания воспринимается так же, как недостаток, особенно при художественном чтении. Еще большее значение имеет процесс отзвука при слушании музыки. Каждая музыкальная фраза представляет собой последовательность звуковых импульсов. Затянутый отзвук нарушает эстетичность восприятия музыки тем сильнее, чем быстрее темп исполнения, так как звуки "набегают" друг на друга. Наоборот, при очень коротком отзвуке или его отсутствии (при исполнении на открытом воздухе) музыка звучит сухо. Утрачивается слитность звучания. Лишь при некотором, вполне определенном для каждого стиля исполнения времени отзвука образуется необходимая связность звучания, создающая наилучший эстетический результат.

Метод, предложенный У. Сэбином, основан на модели идеального помещения, в котором звуковое поле после прекращения действия звукового сигнала может быть рассчитано на основе статистического рассмотрения процесса затухания звука. При этом предполагается, что амплитуды и фазы отраженных звуковых волн распределены хаотически, т. е. в волновом движении нет преобладающих направлений потоков и симметрии в распределении амплитуд. Принятое допущение позволяет считать, что средние значения звуковой энергии по различным направлениям одинаковы, т. е. звуковое поле изотропно, и средняя по времени плотность звуковой энергии в любой точке помещения тоже одинакова. Такое звуковое поле называют диффузным. Его рассмотрение дало возможность пренебречь явлениями интерференции и применить при расчетах энергетическое суммирование. Этот подход подобен используемому в кинетической теории газов и основан на математической теории вероятностей. Л. Бреховских показал, что для помещений, линейные размеры которых велики по сравнению с длиной волны, получаются достаточно удовлетворительные результаты.

При выводе формулы Сэбина и Эйринга приняты некоторые допущения, которые редко оговариваются в литературе по акустике. Формула Сэбина получена в предположении, что волны падают на преграды под любыми углами, а при выводе формулы Эйринга принято, что волны падают на преграды под углами, близкими к нормали. Поэтому, строго говоря, в формулу Сэбина следовало бы подставлять значения коэффициента поглощения, определенные в диффузном поле, в реверберационной камере, а в формулу Эйринга - значения коэффициента поглощения, измеренные в плоском поле, при нормальном падении, т. е. в трубе.

При очень неравномерном распределении общего поглощения результат, вычисленный по формуле Эйринга, может оказаться далеким от измеренного. Миллингтон (Millington) объяснил причину этого расхождения. Эйринг полагал, что число отражений от разных поверхностей с площадями S₁, S₂,... одинаково. В действительности вероятность числа отражений от данной поверхности тем больше, чем больше сама поверхность. На основании этих соображений Миллингтон вывел иную формулу для расчета времени реверберации:

где S_i - площадь материалов с коэффициентами поглощения a_i.

Недостаток формулы Миллингтона заключается в следующем: вычисленное значение времени реверберации получается равным нулю, если хотя бы один элемент преграды, как бы он ни был мал, имеет a_ср = 1. По-видимому, при выводе формулы было принято какое-то сомнительное допущение. Впрочем, парадоксального результата легко избежать, приняв, что ни один коэффициент поглощения не равен единице.

Практика показала, что для помещений с небольшим a_ср(театральные и концертные залы, учебные аудитории и т. п.) все три формулы дают одинаково удовлетворительный результат. Для помещений со средними коэффициентами затухания (например, студии) более близки к измеренным значения времени реверберации, рассчитанные по формуле Эйринга. Если материалы имеют сильно различающиеся a_i, а сами материалы распределены по поверхностям неравномерно, более близкими к измеренным получаются значения Т, рассчитанные по формуле Миллингтона. Используя названные формулы, необходимо принять те a, которые были рассчитаны с помощью этих же формул при обработке экспериментального материала, полученного в звукомерной камере. [ 1 ]

Рассмотрим волновую теорию акустических процессов. В статистической теории отзвук рассматривается как затухание последовательного ряда отраженных звуковых импульсов, излученных источником звука. Подразумевается, что форма импульсов, следовательно, и их спектр, заданные источником звука, при отражениях остаются неизменными. Такое представление вызвало сомнения принципиального характера: ведь замкнутый воздушный объем помещения, если его размеры соизмеримы с длиной волны или больше ее, следует рассматривать как колебательную систему с распределенными параметрами, которая обладает спектром собственных (резонансных) частот. После прекращения действия источника звука, поддерживающего вынужденные колебания воздуха в помещении, в системе совершаются только собственные колебания, они затухают по мере поглощения энергии. В явлении реверберации нет места остаточному колебательному процессу, навязанному ранее действием вынуждающей внешней силы; отзвук есть собственное затухающее колебание воздушного объема с частотами, зависящими от размеров и формы помещения.

Следовательно, сутью реверберации являются не многократные отражения, а постепенно затухающие собственные колебания объемного резонатора, не зависящие от внешних влияний.

Такой взгляд положен в основу волновой теории акустических процессов в помещении.

Акустику помещений с позиции волновых, колебательных процессов анализировали Дж. В. Стретт, Бейль, Курант, Шустер и Ветцман, Кнудсен, Морз и Болт и другие. Среди разработчиков волновой теории на территории бывшего СССР следует в первую очередь назвать И.Г. Дрейзена и В.В. Фурдуева.

Большинство инженеров полагают, что волновая теория основана на анализе действия объемных электромагнитных резонаторов. Действительно, в обеих теориях есть много общего, включая расчетные соотношения. Но волновую теорию реверберации начали разрабатывать еще в середине прошлого века, значительно раньше статистической. Просто в ее разработке продвинулись меньше, чем в статистической.

Идеи, положенные в основу волновой теории, были впервые высказаны Дж. В. Стреттом (лордом Релеем). В “Основах акустики”, изданных впервые в 1877 г., приводится необходимый математический аппарат, причем со ссылкой на решение волнового уравнения для трехмерного пространства, данного Дюамелем (Duhamel) в математическом журнале “Liouville Journal Math.”, том XIY, 1849. Дюамель вывел выражение для собственного периода 1/fo объемного резонатора в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором длина волны равна:

Отсюда

В приведенных выражениях l, b, h - линейные размеры, р, q, n - любые целые числа. В зависимости от значений коэффициентов р, q, n принята следующая классификация типов образующихся стоячих волн:

· осевые, когда два из трех коэффициентов равны нулю,

· касательные, когда один из коэффициентов равен нулю,

· косые, когда ни один из коэффициентов не равен нулю.

Осевые волны отражаются только от одной пары противоположных параллельных преград (стен), касательные - от двух пар (т.е. устанавливаются в плоскости, параллельной третьей паре преград), косые - от всех пар преград. Для многих материалов коэффициенты поглощения зависят от угла падения волны на преграду. В связи с этим волны разных типов затухают с разной скоростью. Затухание получается наибольшим для косых волн и наименьшим для осевых. Поэтому, когда источник звука возбуждает колебания разных типов, то различные собственные колебания, даже с близкими частотами, будут затухать с неодинаковой скоростью. В результате кривая спада интенсивности звука не будет иметь регулярного вида, который предписывается статистической теорией. Крутизна спада уровня на разных стадиях отзвука будет различной, и тогда теряется определенный смысл самого понятия времени реверберации. Процесс спада будет складываться из разных частных процессов и значит не будет изображаться экспоненциальной кривой, а будет следовать ей лишь в среднем. На него будут накладываться небольшие флуктуации. Практика показывает, что наличие малых флуктуаций благоприятно сказывается на оценке качества звучания. Поэтому значение статистической теории не только не снижается, а, наоборот, приобретает новую опору в выводах волновой теории. Итак, в статистической теории ход спада интенсивности рассчитывается методами теории вероятности, “в среднем”, а флуктуации фактического спада относительно усредненной формы определяются методами волновой теории.

Из волновой теории вытекает, что помещения простой правильной геометрической формы менее удовлетворяют условию диффузности поля, чем помещения сложной геометрической формы с непараллельными стенами, косо поставленными плоскостями или выпуклыми поверхностями, углублениями в виде кессонов. Разумеется, линейные размеры этих поверхностей должны быть соизмеримы с длиной волны или быть больше ее.

Особенно выражены резонансы в помещениях с совпадающими линейными размерами. В этом случае совпадают резонансные частоты, обусловленные стоячими волнами в разных плоскостях. Наихудшим в акустическом отношении является помещение кубической формы, наилучшим - помещение, пропорции которого приближаются к "золотому сечению". Заключение, сделанное акустиками древности, нашло подтверждение в выводах волновой теории.

При всей разнице в подходах к объяснению акустических процессов в помещениях статистическая и волновая теории дополняют друг друга и потому в известной мере работают на практику совместно.

Принципиальное различие подходов к объяснению акустических процессов заключается в том, что в одном случае процесс отзвука рассматривается с помощью теории вероятностей усредненно, а в другом с волновых позиций определяются отклонения фактического хода процесса от "среднего".

Из оптики известно, что при уменьшении длины волны волновые законы приближаются к законам геометрической оптики. Точно так же в помещениях, размеры которых весьма велики по сравнению с длиной волны, можно пользоваться законами геометрической оптики, строить пути звуковых лучей, находить точки фокусов, определять запаздывание начальных отражений, т.е. использовать весь арсенал геометрической теории.[ 2 ]

Геометрическая (лучевая) теория акустических процессов в помещениях основана на законах геометрической оптики. Движение звуковых волн рассматривают подобно движению световых лучей. В соответствии с законами геометрической оптики при отражении от зеркальных поверхностей угол отражения b равен углу падения Ь, и падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости. Это справедливо, если размеры отражающих поверхностей много больше длины волны, а размеры неровностей поверхностей много меньше длины волны.

Характер отражения зависит от формы отражающей поверхности. При отражении от плоской поверхности (рис.2, а) возникает мнимый источник И', место которого ощущается на слух подобно тому, как глаз видит мнимый источник света в зеркале. Отражение от вогнутой поверхности (рис.2, б) приводит к фокусировке лучей в точке И'. Выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук (рис.2, в).

Рисунок 2 (а, б, в) Формы отражающей поверхности

Геометрическая теория более приложима к анализу акустических процессов в помещениях больших размеров - концертных и театральных залах, крупных студиях. Оптимальные размеры зала (студии) определяют на основе анализа начальных отражений. При проектировании больших помещений расчет времени реверберации может дать результат, значительно отличающийся от реального, и главное - эта величина не позволяет полностью оценить акустическое качество помещения. В такой оценке главную роль играют начальные отражения. Правильное временное соотношение начальных отражений обеспечивает высокое качество звучания даже тогда, когда время реверберации отличается от оптимального.

Три рассмотренные теории с разных сторон объясняют акустические процессы, происходящие в помещениях. Из них только одна - статистическая - позволяет определить численно важную величину, характеризующую акустические свойства помещения - время реверберации. Следует лишь сознательно, критически относиться к получаемой числовой оценке, понимать, что в большинстве случаев, особенно при рассмотрении крупных помещений, она носит ориентировочный характер.

По современным воззрениям принято разделять процесс отзвука, реверберации на две части: начальные, сравнительно редкие запаздывающие импульсы, и более уплотняющаяся во времени последовательность импульсов. Первую часть отзвука оценивают с позиций геометрической (лучевой) теории, вторую - с позиций статистической теории.

Статистическая и волновая теории особенно применимы к помещениям сравнительно малых размеров, например к студиям звукового вещания и аудиториям различного назначения. Результаты этих теорий как бы дополняют друг друга. Первая дает возможность оценить время реверберации, вторая - рассчитать спектр собственных (резонансных) частот, скорректировать размеры помещения так, чтобы спектр собственных частот в области нижних частот был более равномерным. [ 3 ]



2. ОБЪЕМ И ЛИНЕЙНЫЕ РАЗМЕРЫ СТУДИИ

2.1 Выбор размеров студии

Если мы хотим спроектировать телевизионную студию, то в первую очередь нужно ответить на вопрос: какой размер выбрать? Этот выбор зависит от задач, поставленных перед студией. Если мы хотим снять хор, танцевальную программу, развлекательное шоу или видеоклип, то размеры студии будут большими. Если стоит задача снимать публицистику, новости, рекламу - тогда размер может быть небольшой.

Площадь студии определяется также задачами и количеством участвующих в съемке людей. При трансляции ток-шоу, например, в принципе нужна небольшая площадка для участников, но необходимо много места для зрителей. В случае когда фактическая площадь студии недостаточна, опытные операторы и постановщики используют приемы, которые дают ощущение большого пространства. Они производят съемку под определенными ракурсами, используют широкоугольную оптику, рассаживают зрителей только с одной стороны, и в результате создается ощущение, что зрителей много и они везде.

В реальной жизни чаще всего используется уже имеющееся помещение, причем зачастую оно вообще не приспособлено под студию. [ 5 ]

В настоящем проекте будет проектироваться студия для записи новостей, ток-шоу и других передач, не требующих зрителей в студии, поэтому размер ее будет небольшим. Объем студии выбирается в зависимости от максимального числа исполнителей. Объем, приходящийся на одного исполнителя, должен быть не менее 10-18 м³, а на одного слушателя - не менее 10 м³, Площадь пола студии, приходящаяся на одного исполнителя, должна быть не менее 1,8 ... 3 м² Большая телевизионная студия имеет, как правило, объем 7500 м³ и площадь пола 600 м², малая телевизионная соответственно -- 900 м³ и 150 м², Высота студии независимо от типа должна быть не менее 3 м. [ 5 ]

Исходя из этих данных выберем оптимальный размер для малой телевизионной студии(МТС):

Студии средних и малых размеров чаще всего имеют форму параллелепипеда.

Соотношение линейных размеров студии l, b и h рекомендуется брать близкими к золотому сечению:

, причем l = b + h

Возьмем l,b= 10,0 6 м, а высоту h = 4 м, площадь пола(S) 200 м².

Отсюда, общая площадь внутренних поверхностей:

=120+48+80=248 м²

^Объем:

^{V=S*h= 200*4=800} м³

2.2 Расчет собственных резонансных частот

Резонаторы - усилители колебаний. Явление акустического резонанса заключается в том, что акустическая система приводится в колебание, когда невдалеке от нее звучит другая акустическая система с частотой колебаний, совпадающей с собственной частотой первой.

Возбуждаемый громкоговорителями воздух в комнате будет резонировать на определенных частотах, зависящих от расстояния между стенами. Эти резонансы, называемые собственными частотами помещения, могут существенно окрасить басы, создавая большие пики и провалы в частотной характеристике. Собственные частоты помещения придают звучанию своеобразный характер. [ 4 ]

Собственные резонансные частоты помещения в форме прямоугольного параллелепипеда связаны с его линейными размерами l, b, h соотношением:

=,

в котором С0 - скорость звука в воздухе; т, п, р - любые целые числа. Если выполнено условие золотого сечения, собственные частоты расположены достаточно равномерно по диапазону частот. Тогда любая частотная составляющая исходного спектра будет возбуждать собственные колебания воздушного объёма с частотами, очень мало отличающимися от частот исходного спектра. В помещениях достаточного объема ( > l ) спектр отзвука будет практически повторять спектр исходного сигнала (разумеется, по частотному составу, а не по амплитудам, которые будут существенно отличаться ввиду различия поглощения звука на разных частотах). Если же размеры студии сравнительно малы, то спектр собственных частот студии будет отличаться от спектра исходного сигнала, что вызовет недопустимое искажение тембра. Поэтому студии небольшого объема нужно эффективно заглушать, чтобы приблизить режим студии к апериодическому.

Длина нашей студии 10 м, ширина 6 м, высота 4 м. Если мы подсчитаем и запишем собственные частоты для каждого габаритного размера (длины, ширины, высоты), то получим следующую таблицу:

Таблица 1 Расчет собственных резонансных частот помещения

Частота	Длина 10 м	Ширина 6 м	Высота 4 м
F1	34	56	84
F2	67	112	168
F3	101	168	251
F4	134	223	335
F5	168	279	419
F6	201	335	503

Как мы видим из таблицы, собственные резонансные частоты в студии распределены достаточно равномерно. Хотя определенные частоты и совпадают ( например, вторая собственная частота по высоте (F2=168 Гц) совпадает с третьей частотой по ширине (F3) и с пятой частотой по длине (F5). Все три частоты накладываются друг на друга и вызывают значительный подъем в частотной характеристике на частоте 168 Гц ) , но т.к. их немного, влияние их не столь значительно.



3. СОСТАВЛЕНИЕ ПЛАНА АППАРАТНО-СТУДИЙНОГО БЛОКА

3.1 Назначение АСБ

Аппаратно-студийный блок - комплекс помещений и оборудования для производства ТВ передач или их фрагментов с использованием сигналов, главным образом, от собственных источников передающих камер, а также от внешних источников. Продукцией АСБ являются видеозаписи, а в отдельных случаях прямые передачи в эфир. В состав АСБ входит студия, аппаратные видео- и звукорежиссеров (или общая режиссерская аппаратная) и техническая аппаратная, а также могут входить комната шеф-осветителя и камерный парк (помещение для хранения камер и их принадлежностей). В аппаратной видеорежиссера размещен стеллаж с мониторами, пульт управления видеотрактом АСБ, позволяющий также предварительно набирать сигналы из других аппаратных и управлять телекинопроекторами, и ВМ, работающими на данную АСБ. В аппаратной звукорежиссера имеется пульт, магнитофоны, контрольные агрегаты. В технической аппаратной располагается остальное оборудование АСБ, в том числе пульт и стеллаж видеорежиссера. Студия оборудована системой спецосвещения, аппаратурой озвучивания, в ней установлены камеры, микрофоны, выносные мониторы, может быть размещен дикторский пульт. Шеф-осветитель имеет свой пульт управления позволяющий регулировать высоту подвеса, повороты и яркость каждого из светильников студии. Помимо указанного числа студийных камер в студиях могут использоваться носимые репортажные камеры, сигналы которых вводят в видеотракт АСБ через входы внешних программ. [ 6 ]

Оборудование АСБ выполняет следующие функции:

- формирование сигналов электрически создаваемых изображений

- обработка видеосигналов от собственных передающих камер средствами электронной проекции с выделением изображений переднего плана и силуэтных сигналов, определяющих контуры актера;

- коммутация и распределение видеосигналов с целью их предварительного набора на микшер, набора на выходы АСБ и на контроль со всех основных точек структурной схемы АСБ;

- формирование программы, т. е. управляемое режиссером формирование готового комбинированного изображения из изображений от источников е применением разнообразных художественных эффектов и средств перехода от одного изображения к другому;

- контроль изображения и сигналов, в том числе автоматизированный; автоматическая подстройка отдельных параметров оборудования.

Кроме функций, относящихся к формированию, преобразованию и контролю изображений, в АСБ осуществляется телеуправление работой оборудования, (в том числе автоматическое) формирование и контроль звуковой программы, служебная связь между абонентами внутри АСБ и с абонентами других аппаратных, совместно с которыми работает данный АСБ.

При построении видеотракта АСБ возникает проблема, связанная с тем, что композитные сигналы СЕКАМ непригодны для формирования сигнала комбинированного изображения. Ввиду наличия в них ЧМ поднесущей они не поддаются плавному микшированию, а их быстрое переключение, требуемое для введения титров, спецэффектов (шторок) или ЭРП, привело бы к скачкам фазы поднесущей на границах врезаемой фигуры, т. е. к сильным искажениям типа "дифференциальная фаза" и "факелы". По этим причинам для микширования и формирования комбинированных изображений используют компонентные видеосигналы. Таким образом, возможны четыре варианта построения АСБ системы СЕКАМ: композитный, компонентный, смешанный компонентный и композитный [ 6 ].



3.2 Планировка АСБ

Планировку АСБ подчиняют требованиям удобства технологии, хорошей защиты от внешних акустических помех и техники безопасности. Творческий и технический персонал, находящийся в аппаратной, должен иметь возможность наблюдать за действиями исполнителей, находящихся в студии, и легко общаться с ними. Для этого аппаратную со студией связывают двухсторонней громкоговорящей связью, оптическими сигналами ("Приготовиться", "Микрофон включён" и другими). Между студией и аппаратной устраивают звукоизолированное окно.

Уровень акустических помех в студии не должен превышать 30 дБ над порогом слышимости. Необходимая защита студии от проникновения помех извне обеспечивается, как правило, двойными стенами, двойным потолком, звукопоглощающими фильтрами в системе вентиляции и кондиционирования воздуха. Выходы из студии снабжают тамбуром с двойными дверями. Для улучшения звукоизоляции стены и потолок тамбуров отделывают эффективными звукопоглощающими материалами. Площадь пола тамбуров - примерно 2. Мероприятия по звукоизоляции студий сложны и дороги. Для уменьшения этих затрат прибегают к рациональной планировке АСБ; студию по возможности окружают помещениями с небольшим уровнем акустических помех. [ 5,6 ]



Рисунок 3 Планировка АСБ телевизионного вещания

Основным звеном любого телецентра является центральная аппаратная (ЦА), где производится вся внутренняя коммутация сигналов необходимая для подготовки программ и внешняя коммутация программ для передачи в эфир или для междугороднего обмена по кабельным, радиорелейным и спутниковым линиям связи.

На первом этаже к студии примыкают декорационная с воротами и помещения для хранения музыкальных инструментов, реквизита и телевизионных камер. Двери тамбуров выходят в тихие коридоры , окружающие студию.

Ввиду более сложной технологии телевизионного вещания операции формирования телевизионных программ разделяют между несколькими аппаратными, размещаемыми обычно на уровне второго этажа. В число аппаратных входят режиссёрская аппаратная, звукорежиссерская аппаратная , технические аппаратные звука и изображения.

Для лучшего обзора студии звукоизолированные окна имеют существенно большие размеры, чем в АСБ звукового вещания. [ 7 ]



4. ОБОСНОВАНИЕ ВРЕМЕНИ РЕВЕРБЕРАЦИИ

4.1 Выбор оптимального времени реверберации

Акустическое качество студии или зала в значительной степени определяется процессом уменьшения уровня звуковой энергии после прекращения действия источника звука - реверберацией (от фр. слова reverberation, что в переводе на русский язык означает "отражение"). Для каждого вида звучания (информационная речь, художественное чтение, музыка разных стилей и разного характера исполнения) существует определенное, наиболее выгодное время реверберации, называемое оптимальным. Этот важный параметр численно задают в области средних частот (обычно на 500 Гц). На других частотах его указывают в виде частотной характеристики относительной величины Т/Т500 или в процентах от Т500. [ 8 ]

Время реверберации в помещении в области частот до 2000 Гц может быть рассчитано по формуле Эйринга:

Т =

Где общая площадь внутренних поверхностей,

Аппроксимация Т=0,423 показывает, что оптимальное время реверберации медленно (в степени 1/6) нарастает с увеличением объема студии.

Экспериментально полученные зависимости оптимального времени реверберации для частоты 500 Гц от объёма показаны на рис.4: график 1 для речи, 2 - для малых музыкальных форм (камерная музыка, хоровое исполнение) и оперных спектаклей, 3 - для больших музыкальных форм (симфонической музыки), 4 - для органной музыки.

Рисунок 4 Зависимости оптимального времени реверберации для частоты 500 Гц от объёма

Из графиков рис. 4 следует, что для передачи информационной речи время оптимальной реверберации на частоте 500 Гц не превышает 1 с, т. е. почти не превышает времени субъективной реверберации. В концертных залах она находится в пределах 1--1,7 с.

В соответствии с рекомендациями, приведенными в приложении 2 [ 9 ] задаем оптимальное время реверберации на частоте 500 Гц: Т=1,1 с

В оценке частотного оптимума времени реверберации единства до сих пор не существует. Большинство исследователей, начиная с В. Кнудсена, У. Макнейра, С.Я. Лифшица и И.Г.Дрейзена, считает, что частотная характеристика Топт должна иметь подъемы к крайним частотам диапазона звуковых частот: до 50...60% на частоте 100 Гц по отношению к Топт на частоте 500 Гц и на 30...40% на частотах 4...6 кГц (график 1 на рис. 4).

Наиболее логичным объяснением этому является необходимость компенсации уменьшения чувствительности слуха к крайним частотам. Увеличение времени реверберации к крайним частотам приведет к тому, что все частотные составляющие исходного звука будут достигать порога слышимости примерно в одно и то же время.

Необходимо отметить, что реализовать подъем частотной характеристики времени реверберации на частотах выше 6...8 кГц невозможно, особенно в студиях с объемом более 2000 ввиду возрастания поглощения звука в воздухе. Поэтому в области частот 8 - 10 кГц время реверберации даже в больших студиях не превышает 1 с. [6 ]

Для речи допустимо уменьшение времени реверберации на 20...30% на частоте 100 Гц и примерно на 20% на частоте 6 кГц по сравнению с областью частот 500...4000 Гц. Необходимость уменьшения Топт на нижних частотах в речевых студиях обосновывают двумя причинами:

1. Низкочастотные составляющие спектра речевого сигнала сравнительно малоинформативны, но имеют большую энергию. Средне- и высокочастотные составляющие спектра речевого сигнала имеют меньшую энергию. Длительный процесс затухания низкочастотных сигналов будет маскировать более информативные средне- и высокочастотные составляющие и потому нежелателен. Полезно уменьшить длительность этого процесса, уменьшив время реверберации на нижних частотах.

2. Собственные резонансные частоты речевых студий в области нижних частот расположены сравнительно редко и потому заметно искажают тембр речи. Чтобы уменьшить это вредное влияние, полезно уменьшить опасность возбуждения собственных колебаний на нижних частотах, увеличив затухание и, соответственно, уменьшив время реверберации. [ 7 ]

Следовательно, Частотную характеристику оптимального времени реверберации выбираем горизонтальной в области низких средних частот.



Рисунок 5 Частотная характеристика оптимального времени реверберации

4.2 Расчет общего фонда звукопоглощения и времени реверберации, подбор звукопоглощающих материалов

Определим по вспомогательному графику на рис. 6 средний коэффициент поглощения бср. [ 9 ]

Рис.6 Рис.7

Время реверберации рассчитываем по формуле:

T=

Коэффициент м - показатель затухания звука в воздухе, имеющий размерность , определяют по графику рис. 7. Для частот ниже 1000 гц принимается равным нулю.

Для всех расчетных частот определяют общий фонд поглощения определяют по формуле:

А=

Частота,Гц	125	250	500	1000	2000	4000
Т,сек	1,1	1,1	1,1	1,1	1,1	1,1
-In(1-)	0,33	0,33	0,33	0,33	0,3	0,24
	0,281	0,281	0,281	0,281	0,259	0,213
А	391	391	391	391	361	297

Таблица 2 Результаты расчета требуемого общего поглощения на всех расчетных частотах

Часто в студии имеются поглотители звука - люди, предметы обстановки, музыкальные инструменты, в отношении которых невозможно пользоваться понятием коэффициента поглощения, поскольку трудно определить занимаемую ими площадь. Для таких поглотителей указывают, каким количеством единиц звукопоглощения бj они обладают. При вычислении общего звукопоглощения добавляют второе слагаемое в виде суммы произведений соответствующих единиц звукопоглощения a1, a2, a3, … на количество поглотителей K1, K2, K3, …

+?

Средний коэффициент поглощения определяется как:

= =

Добавочное звукопоглощение вычисляют как разность требуемого и основного звукопоглощения:

Адоб=А - Аосн.

Оно формируется специальными звукопоглощающими материалами и конструкциями, как правило, промышленного изготовления.

Подсчитываем основной и дополнительный фонды поглощения А₀ обусловленные исполнителями, коврами, поверхностью не подвергающейся обработке (свободный пол, окна, двери, вентиляционные решетки и т.д.) и акустическими материалами, применяемый для отделки поверхностей в студии.

S или N	Звукопоглощение - основной фонд
125 Гц	250 Гц	500 Гц	1000 Гц	2000 Гц	4000 Гц
A S,,кол-во	А	a	А	a	А	a	А	a	А	a	А
1	5	0,28	0,56	0,4	0,8	0,45	0,9	0,49	0,98	0,47	0,94	0,45 0,9
2	20,5	0,12	2,46	0,14	2,87	0,23	4,715	0,32	6,56	0,38	7,79	0,42 8,61
3	25	0,02	0,08	0,03	0,1	0,03	0,12	0,035	0,14	0,04	0,16	0,04 0,16
4	86	0,01	0,47	0,01	0,47	0,02	0,94	0,02	0,94	0,03	1,41	0,03 1,41
5	3	0,35	1,05	0,25	0,75	0,18	0,54	0,12	0,36	0,07	0,21	0,04 0,12
6	3	0,3	0,9	0,3	0,9	0,3	0,9	0,4	1,2	0,4	1,2	0,4 1,2
7	0,5	0,3	0,15	0,42	0,21	0,5	0,25	0,5	0,25	0,5	0,25	0,51 0,255
8	А0	110,892	136,06	176,1	212,47	237,96	225,4
9	Атр	391	391	391	391	361	297
10	Ад	280,108	254,94	214,9	178,53	123,04	44,6
Звукопоглощение - дополнительный фонд
11	16	0,42	6,72	0,28	4,48	0,18	2,88	0,09	1,44	0,12	1,92	0,25	4
12	12	0,62	7,44	0,97	11,64	0,98	11,76	0,97	11,64	0,94	11,28	0,81	9,72
13	50	0,39	1,95	0,87	4,35	0,58	2,9	0,33	1,65	0,15	0,75	0,1	0,5
14	35	0,8	4	0,58	2,9	0,27	1,35	0,14	0,7	0,12	0,6	0,1	0,5
15	256,48	269,2	199,7	162,21	143,68	117,93
16	367,372	405,26	375,81	374,68	381,64	370,34
Адоб +Аосн бср -ln(1- бср) -S.ln(1- бср) Поглощение звука воздухе 4mv		0,2637 426,46 0	0,2909 478,9 0	0,2697 437,97 0	0,2689 436,43 0	0,2739 455,97 0,012	0,2658 430,49 0,04
Трасч Отклонение	-Sln(*)	1,925 1,1 0,825	1,062 1,1 -0,038	1,161 1,1 0,061	1,165 1,1 0,065	1,14 1,1 0,04	1,181 1,1 0,081
Отклонение, %	Tрасч	75	-3,4	-5,5	5,4	3,6	7,3

Таблица 3 Основной и дополнительный фонд звукопоглощения

В табл.3 номерами в первом столбце обозначены соответственно: 1 - люди, 2 - ковёр, 3 - свободный пол, 4 - свободные стены и потолок, 5 - окно в аппаратную, 6 - двери, 7 - вентиляционные решетки, 8 - итого, 9 - требуемое общее поглощение, 10 - требуемый дополнительный фонд поглощения, 11 - панель из фанеры толщиной 4 - 5 мм с относом 100 мм, 12 - плиты ПП-80 толщиной 100 мм с относом 100 мм, 13 - конструкция из перфорированной фанеры толщиной 4 мм с относом 160 мм, заполнитель ПП-80 100 мм, заполнитель ПП-80 100 мм, 14 - конструкция из перфорированной фанеры толщиной 4 мм с относом 200 мм, заполнитель ПП-80 100 мм, 15 - общее звукопоглощение дополнительного фонда, 16 - общее поглощение.

Рисунок 8 Частотная характеристика времени реверберации

В оценке частотного оптимума времени реверберации единства до сих пор не существует. Большинство исследователей, начиная с В. Кнудсена, У. Макнейра, С.Я. Лифшица и И.Г.Дрейзена, считает, что частотная характеристика Топт должна иметь подъемы к крайним частотам диапазона звуковых частот: до 50...60% на частоте 125 Гц по отношению к Топт на частоте 500 Гц и на 30...40% на частотах 4...6 кГц.

Наиболее логичным объяснением этому является необходимость компенсации уменьшения чувствительности слуха к крайним частотам. Увеличение времени реверберации к крайним частотам приведет к тому, что все частотные составляющие исходного звука будут достигать порога слышимости примерно в одно и то же время. [ 6 ]

4.3 Размещение звукопоглощающих материалов

Обработка поверхностей студии звукопоглощающими конструкциями необходима для получения оптимальных акустических характеристик, среди которых особую роль играет время стандартной реверберации. Для достижения требуемой частотной характеристики звукопоглощения обычно комбинируют конструкции, поглощающие энергию преимущественно на низких, средних и высоких частотах звукового диапазона. Подбор типа и площади различных поглотителей производится методом последовательных приближений до тех пор, пока комбинация выбранных поглотителей не обеспечит требуемый результат с точностью порядка ±10%.

Большая точность не требуется, т.к. из опыта известно, что отклонение времени реверберации от оптимальной величины на 10% почти не сказывается на восприятии слушателями. Отклонение времени реверберации лучше допускать в сторону снижения, чем увеличения.

При размещении звукопоглощающих материалов по поверхности студии необходимо считаться как с акустическими, так и с архитектурно-декоративными требованиями.

Т.к. расчетное количество звукопоглотителей по площади может быть значительно меньше поверхностей стен и потолка, то следует правильно их разместить. Рекомендуется примерно 50% поглотителей разместить равномерно на потолке.

Нижние части стен на высоте 1ч1,5 м рекомендуется отделывать жесткой деревянной панелью. Остальную часть стен покрыть звукопоглотителями, равномерно чередуя в горизонтальном или вертикальном направлении покрытые и непокрытые звукопоглотителями участки стен. Против полос покрытых поглотителями, целесообразно оставлять полосы свободной стены.

При применении различных поглотителей их также желательно чередовать в вертикальном или горизонтальном направлении; при чем, против полосы с звукопоглотителем одного типа должна находиться полоса звукопоглотителя другого типа. Вторая рекомендация: разделить студию на несколько зон (чаще всего две), обладающих различными акустическими свойствами. В одной зоне, менее заглушенной, располагают ансамбль исполнителей, во второй, более заглушенной, - микрофоны. Перемещая ансамбль в зоны с различными акустическими условиями, можно в некоторой степени изменить характер звучания. Однако при втором способе требуется затрачивать больше труда и времени, чтобы тщательно определить расположение исполнителей и микрофонов, чтобы не нарушить баланса звучания различных инструментов. Чрезмерная разница в акустических свойствах различных зон студии вредна. Следует избегать такого размещения звукопоглощающих материалов, при котором заглушенной части студии более, чем вдвое превосходит менее заглушенной зоны (без учёта поглощения, создаваемого самими исполнителями, их инструментами, стульями, нотными пюпитрами).

Низ стен рекомендуется покрывать поглотителями, отличающимися прочностью, долговечностью и хорошими декоративными свойствами. Выше располагают перфорированные конструкции и акустические плиты, стремясь создать эффективный в декоративном отношении рельеф. Потолок закрывают перфорированными и звукорассеивающими конструкциями, например, полицилиндрами. Свободные части стен и потолка оштукатуривают.

При несоблюдении этих рекомендаций возможно возникновении «порхающего эха» или «флаттер-эффекта» - резкий отрывистый звук, например хлопок в ладоши, будет услышан как последовательная серия импульсов, приходящих в ту же точку. [7, 9 ]



5. ВЫБОР ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО И ЗВУКОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СТУДИИ

5.1 Описание оборудования АСБ

Оборудование студии состоит из микрофонов, громкоговорящих систем в аппаратной и устройств регулировки времени реверберации, магнитофонов, пультов диктора, звукорежиссерских микшерных пультов записи и монтажа, вещательных микшерных пультов, мониторов, камер, громкоговорителей, акустические контрольные агрегаты, частотные корректоры, ручные и автоматические регуляторы уровня, ревербераторы и линии задержки, измерители и индикаторы уровня и т.д.

Регулирование времени реверберации осуществляют изменением количества поглощающих материалов, а также величиной их коэффициентов поглощения. На практике это достигается сменой поглощающих материалов, применением различных поворотных устройств, закрыванием отражающих стен щитами из поглощающих материалов и т. п. Но эти методы очень громоздки, требуют сложной механизации и много времени для их регулировки. Теперь широко применяют устройства искусственной реверберации. К ним относятся: эхо-комнаты, магнитные и листовые ревербераторы и амбиофонические устройства.

Микшерный пульт представляет собой устройство, состоящее из конструктивно объединенных блоков и предназначенное для обработки звуковых сигналов, подготовки, формирования и выпуска программы звукового вещания.

Современные пульты являются наиболее сложными устройствами в трактах формирования и обладают большими функциональными возможностями. В их состав входит большое число различных блоков, а число органов управления в некоторых микшерных пультах превышает 2000.

Основные операции, которые осуществляют с помощью микшерных пультов: регулировка уровней звуковых сигналов от отдельных источников и их смешивание в определенных соотношениях; регулировка уровней от источников, сгруппированных определенным образом, общая регулировка уровней звукового сигнала; изменение частотного спектра звуковых сигналов; усиление сигналов; дополнительная автоматическая регулировка уровней и динамического диапазона с помощью авторегулятора уровня; изменение акустической окраски звучания с помощью устройств искусственной реверберации, подключаемых к пульту; формирование вещательных передач из отдельных фрагментов; визуальный и слуховой контроль звуковых сигналов с помощью различных измерительных приборов и устройств прослушивания.

По назначению микшерные пульты условно можно разделить на три группы: звукорежиссерские микшерные пульты записи; микшерные пульты перезаписи и монтажа; вещательные микшерные пульты.

Звукорежиссерские микшерные пульты записи в зависимости от числа индивидуальных микрофонных каналов разделяют на малые, средние и большие. Малые звукорежиссерские пульты имеют 6--12 микрофонных каналов, средние -- 16--20, большие -- 24--40 и более.

По числу последовательно включенных каналов пульты записи подразделяются на двухзвенные и трехзвенные Трехзвенные пульты содержат индивидуальные (микрофонные), групповые и общие каналы. Двухзвенные пульты групповых каналов не имеют.

Микшерные пульты перезаписи и монтажа обычно бывают самыми простыми по устройству, чаще всего содержат четыре -- шесть входных и два выходных канала.

...