Проблемы создания и акустичного расчета современных домашних кинотеатров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальный технический университет «Киевский политехнический институт им. Игоря Сикорского»

кафедра Акустики и акустоэлектроники

ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ И АКУСТИЧНОГО РАСЧЕТА СОВРЕМЕННЫХ ДОМАШНИХ КИНОТЕАТРОВ

Богданова Наталия Владимировна Кандидат технических наук, доцент

Фурсенко Владислав Витальевич студент

Пономаренко Владислав Александрович студент

Гайдаенко Владислав Геннадьевич студент

Annotation

OF A PROBLEMS OF CREATION AND ACOUSTIC CALCULATION OF MODERN DOMESTIC CINEMAS

Bogdanova.N. V. Philosophiae doctor, Departament of Acoustics&Acoustoelectronics, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

Fursenko. V. V Student, Departament of Acoustics&Acoustoelectronics, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

Ponomarenko. V.A. Student, Departament of Acoustics&Acoustoelectronics, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

Haidaienko. V. G. Student, Departament of Acoustics&Acoustoelectronics, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”

Object of research are sound fields which are created by the complete set of the equipment of a domestic cinema with the proved choice, accommodation of system in separately taken premises.

This article proposes a theory of room sounding, and also presents on its basis a program operating in MatLab environment for calculating the acoustic field in a home cinema room with equipment placed according to the reference scheme of placement of home theater equipment and sound field characteristics in the listening area.

Key words: acoustics systems, acoustics of rooms, the domestic cinema, the sound field, systems of scoring.

Аннотация

Объектом исследования является звуковые поля, создаваемые комплектом аппаратуры домашнего кинотеатра и выполнения обоснованного выбора размещения и обустройства системы в отдельно взятом жилом помещении. кинотеатр аппаратура звуковой акустический

В данной статье предлагается теория озвучивания помещений, а также представлена на ее основе программа, работающая в среде MatLab, для расчета акустического поля в помещении домашнего кинозала с аппаратурой расставленой по рефренсной схеме размещения аппаратуры систем домашних кинотеатров, и характеристик звукового поля в зоне прослушивания.

Ключевые слова: акустические системы, акустика помещения, домашний кинотеатр, звуковое поле, система озвучивания.

Актуальность темы исследования

В последние несколько лет возникла тенденция к установке систем домашних кинотеатров в жилых помещениях квартир многоэтажных домов на базе секций [1-3]. В связи с чем производители аудіо и видео техники предлагают множество различных моделей систем домашних кинотеатров в широком ценовом диапазоне. Но при этом не учитывается, что домашний кинотеатр - это сложная система воспроизведения видеоизображения и высококачественного звука, которые вместе создают полномасштабный «эффект присутствия» при просмотре кинофильмов. И для ее правильной работы требуется, как минимум, специально акустически подготовленное помещение с правильно подобранной для него и корректно расставленной аппаратурой домашнего кинотеатра. Актуальным при этом становиться ряд проблем, а именно выбора, размещения оборудования домашнего кинотеатра и акустического расчета помещения домашнего кинозала.

Цель работы

Исследовать зависимость образования звукового поля в домашнем кинотеатре в зависимости от выбранного комплекта аппаратуры и размещение его элементов в благоустроенном

Материал и метод исследования

Домашний кинотеатр - это система многоканального звука с полноэкранным видеоизображением, которые создают полномасштабный «эффект присутствия» при просмотре кинофильмов. Эффект домашнего кинотеатра основан на психологическом восприятии человеком звуковой и видео информации. Домашний кинотеатр представляет собой совокупность цифрового или аналогового источника высококачественного видеосигнала, устройства.

формирования видеоизображения, звукового тракта и помещения для просмотра [4,5].

Модель расстановки системы для работы комплекса по схеме 5.1 звука (пяти каналов, один сабвуфер) представлена на рис. 1 [6].

Рис. 1 Рефренсная схема размещения акустической системы (АС) в домашнем кинотеатре, работающим с 5.1 звуком

Центр и фронтальная пара расположены на линии виртуальной окружности, радиусом которой является расстояние от слушателя до центральной АС, а центром окружности - голова слушателя. Расстояние от слушателя до каждой из фронтальных АС и центральной АС равны. Тыловые каналы расположены на таком же удалении от слушателя (на виртуальной окружности) под углом примерно 110 к оси «слушатель-экран». Схема расположения комплекса громкоговорителей домашнего кинотеатра представлена на рис. 2, что соответствует рефренсной схеме расстановки системы громкоговорителей (рис. 1).

Рис. 2 Схема размещения АС в домашнем кинотеатре, работающего с 5.1 звуком

Размещение громкоговорителей оказывает существенного влияние на качество звучания, которое можно получить. Бывает, что самые высокие показатели качества АС сводятся на нет, при установке в реальное помещение.

Через громкоговоритель центрального канала идет основная часть фонограммы фильма - почти все диалоги, большинство звуковых эффектов и частично музыка. Центральная АС обычно устанавливается горизонтально поверх видеомонитора. Ее можно также устанавливать под монитором или вмонтировать в стену под монитором, а если используется фронтальная проекционная система - расположить позади «акустически прозрачного» экрана. При взаимном расположении АС центрального и фронтального каналов (рис. 3-4), нужно учитывать, что центральная колонка должна быть либо на одной линии, либо немного позади левой и праянии компенсируют, выставляя в процессоре завой АС, но не выступать вперед. Разницу в расстодержку на более удаленный от слушателя канал (за держка на 1 мс соответствует 30 см).

Рис. 3 Схема расположения центральной и фронтальных АС

Рис. 4 Вариант расположения АС фронтального канала

Наличие центральной АС в домашнем кинотеатре позволяет избежать разрушения всего фронтального звукового поля и стягивания его к ближайшему от слушателя громкоговорителю, тем самым обеспечивая явственное восприятие источника звука; снижает нагрузку на правый и левый фронтальные громкоговорители; при наличии трех фронтальных громкоговорителей можно добиться более чистого звучания системы [5-6].

Если динамики фронтальных АС излучают звук только вперед, то у дипольных тыловых громкоговорителей имеется два комплекта головок, смонтированных и на фронтальной, и на тыловых панелях. Благодаря этому и формируется необходимая диаграмма направленности излучаемого звука (рис. 5-6).

Рис. 5 Схема расположения АС фронтального и тылового каналов

Рис. 6 Вариант расположения АС тыловых каналов окружения

Иногда можно встретить другой тип громкоговорителей канала окружения - биполярные. Оба типа громкоговорителей - дипольные и биполярные - создают ощущение обволакивающего звука у слушателя, но при этом дипольные предпочтительнее, так как они способны создать большее «нулевое» пространство или пониженный уровень громкости звука с той стороны громкоговорителя, которая обращена к слушателю.

Построение математической модели озвучивания помещения домашнего кинотеатра. Расчет акустического поля является важным инструментом для анализа систем звукоусилителей и озвучивания на этапе проектирования. При этом обычно рассчитывается неравномерность распределения уровней звукового давления по площади зрительских мест.

Неравномерность распределения звукового давления по площади зрительских мест - разность между максимальной (L_max) и минимальной (L_min) величинами уровня поля в пределах озвучиваемой поверхности:

L ~ ^Lmax ^Lmin

При озвучивании помещений необходимо учитывать, что в них обязательно присутствуют реверберационные помехи и помехи от диффузного звука, имеющего уровень выше уровня прямого звука, а также ряд особенностей, а именно: наличие отражений от ограничивающих поверхностей с небольшим запаздыванием по отношению к прямому звуку, что повышает эффективность систем озвучивания; ограничение высоты подвеса из-за потолка и, как правило, меньшие размеры озвучиваемых площадей в сравнении с открытым пространством.

Для построения полей заданных колонок в заданном помещении выбирают соответствующие

Расчет ведется по прямому звуку и не учитывает изменений уровня звука за счет сложения прямой и отраженной волны. Считается, что колонка не влияет друг на друга и акустическое поле в каждой точке помещения вычисляется путем учета вкладов полей, создаваемых каждой колонкой от- системы координат. Возьмем декардовую систему координат [X, y, Z ], выбранную в соответствии с геометрической формой помещения. Ось Oz следует направлять вертикально вверх, а оси OX и Oy - желательно, параллельно стенам помещения. Каждая колонка может быть произвольно расположена в пределах заданного помещения, создавая собственную систему координат [V,и W1

Рис. 7 Расположение осей координат по методу координат для звуковой колонки

Выбирается система координат так, чтобы ее центр находился в центре эллипсоида направленности данной колонки, ось U была направлена по акустической оси колонки, ось W - по продольной оси колонки, а ось V - по ее поперечной оси (рис. 7). Расположение колонки (и соответствующей системы координат) задается 5-ю координатами: Xj, Уі, Zj - координаты громкоговорителя в системе координат помещения; a - угол наклона колонки, считая положительным наклон колонки

В задачу расчета входит построение примерного графика уровней громкости звука в горизонтальной плоскости прослушивания на заданной высоте над уровнем пола. Рассматриваемая плоскость ограничивается прямоугольником, в который вписывается данное помещение. Прямоугольник разбивается на множество элементарных ячеек - прямоугольников малого размера.

Результаты и исследование. Данная программа разработана в системе MatLab и позволяет рассчитать распределение уровня звукового давления по полю на расстоянии 1,1...1,4 м от пола.

Для анализа акустического поля помещения используем рекомендации, приведенные в работе Й. Блауэрт «Пространственный слух». Площадь помещения, где размещается домашний кинозал, S_H0M = 40 м² с высотой потолков h < 3 м. Аппаратура системы домашнего кинотеатра размещаются в помещении согласно рефренсной схеме (рис. 1).

Входными параметрами для расчета являются следующие данные:

- размеры помещения;

- расположение сателлитов и сабвуфера системы домашнего кинотеатра в помещений;

- направление акустических систем, а именно

- диапазоны частот сателлитов и сабвуфера, а именно максимальное и минимальное значение частоты воспроизводимыми громкоговорителями;

- расстояние от пола до ушей слушателей;

- уровень громкости громкоговорителей системы;

- шкала усреднения (А, В, С или без усреднения);

- расстояние от центральной колонки до центра зоны прослушивания;

- размеры зоны прослушивания, которые задаются диаметрами по оси Ox и Oy, так как предполагается, что зона прослушивания в помещении домашнего кинотеатра имеет форму эллипса.

Рис. 8 Интерфейс программы расчета акустического поля домашнего кинотеатра

Рис. 9 Окно характеристик звукового поля в зоне прослушивания, рассчитанных с помощью программы

Выходные данные программы выводятся на экран в виде трех графиков трехмерных поверхностей (рис. 10) и окна характеристик звукового поля в зоне прослушивания (рис. 9), в котором указывается рассчитанные по вышеуказанным формулам средний уровень звука и неравномерность звукового поля.

Рис. 10 Звуковые поля помещения домашнего кинотеатра, рассчитанные с помощью программы

На первом графике (рис.10) показано распределение уровня звукового давления по полю на уровне голов слушателей для сателлитов. На втором графике (рис.10) - акустическое поле в помещении домашнего кинотеатра для сабвуферов, и последний график (рис. 10) - это суммарное (скорректированное) акустическое поле в помещении, рассчитанного с помощью программы.

Выводы

Создание домашнего кинотеатра нельзя описать одной общей методикой. Необходимо учитывать параметры и особенности помещения, обоснованно выбрать аппаратуру домашнего кинотеатра и разместить ее в помещении кинозала. Таким образом, для каждого отдельно взятого проекта домашнего кинозала необходим индивидуальный акустический проект, расчет звукового поля для нескольких вариантов комплектов аппаратуры систем домашних кинозалов, с последующей их оптимизацией, как и было изложено в данной статье. Все это в целом поможет создать акустический комфорт как в помещении домашнего кинотеатра, так и за его пределами.

Литература

1. Инсталляция домашнего кинотеатра. [Электронный ресурс]. Режим доступа к материалу: https://www.spb-hifi.ru/stati/installyatsiya- domashne go -kinoteatra.

2. Установка домашнего кинотеатра. [Электронный ресурс]. Режим доступа к материалу: http://inter-systems.com.ua/news/13165/.

3. Системы домашних кинотеатров и их инста- ляции. [Электронный ресурс]. Режим доступа к материалу: http://www.allacoustics.ru/adv top.htm.

4. Саввов В. Домашний театр. Большие и маленькие хитрости [Электронный ресурс]. Режим доступа к материалу: http://www.component.ru/library/view.php3?id=38.

5. Харли Р. Домашний кинотеатр для каждого // Р. Харли. Пер. С англ. М.: Арт Аудио Пресс, 2001. 200 с., ил.

6. Домашний кинотеатр на практике. Часть 1. [Электронный ресурс]. Режим доступа к материалу: https://www.ixbt.com/dvd/ht-room.shtml.

Размещено на Allbest.ru