Проектирование для акустического усиления

Многолетний опыт работы с уравнениями акустического усиления продемонстрировал свою полезность и точность определения максимального акустического уровня, возможного в системе усиления звука. Было установлено, что прямые уровни звука для самого дальнего слушателя имеют большее значение, чем общий уровень звука.

Чтобы в позиции слушателя происходила понимаемая коммуникация, должен присутствовать ряд факторов:

1. Звук должен быть достаточно громким и должен быть не менее чем на 25 дБ выше уровня окружающего шума при средних частотах (2000 Гц) в комнатах с RT₆₀ ≥ 1,6 с).

2. Звук должен разумно приближаться к той же форме спектра, что и звук "говорящего" или другого источника.

3. Звук должен разумно приближать отношение прямого звука к реверберирующему звуку в правилах для приемлемой потери артикуляции. Временная рассогласованность массивов с результирующими изменениями полярного отклика (lobing, образование лепестков) является наиболее распространенной причиной неожиданно плохого отношения прямого звука к реверберирующему звуку (D/R).

14.1. Максимальное Физическое Расстояние.

Используя образец акустической среды, где:

V = 500 000 фут³,

S = 42,500 фут²,

ā = 0,206,

RT₆₀ = 2,5 с,

и тестируя ее на максимальную физическую дистанцию, говорящий и слушатель могут стоять в стороне и легко слышать и понимать друг друга без звуковой системы, мы находим, что мы действительно выполнили три упомянутых выше критерия. Это физическое расстояние обычно составляет 6-10 футов для этого образца окружающей среды.

Например, если слабый "говорящий" произвел 65 дБА на 2 футах в очень тихой комнате, а окружающий шум составил 28 дБА, тогда:

где, L_N - уровень шума, SNR - отношение сигнал/шум, L_req - необходимый уровень.

28 + 25 = 53 dB

65 dBA «говорящего» - 53 дБА требуемых = 12 дБ

Этот пример показывает, что расстояние в 8 футов от говорящего - это максимальное физическое расстояние, на котором слушатель может стоять, и быть уверенным в том, что он услышит говорящего, если звуковая система отсутствует. Если мы используем нормальный мужской уровень голоса 71 дБ на 2 футах, то максимальное физическое расстояние будет:

71 dBA – 53 dBA = 18 dBA

На рисунке 14-1 можно сделать эти вычисления «на глаз». Например, наш нормальный голос 71 дБА на 2 футах становится 83 дБА на 0,5 футах. Восходящая нормальная голосовая линия до 53 дБ приводит к EAD ≈ 16 футов. «Слабый голос» и «обычный голос», относительно понятны. Ожидаемый уровень голоса - это очень реальный эффект, на который можно положиться в условиях ограниченной связи, или чего следует избегать, например, в случае систем конфиденциальности речи.

Если говорящий и слушатель находились бы на расстоянии 10 футов друг от друга, и мы бы подняли уровень шума с помощью системы защиты речи до LP приблизительно 58 дБ в целом, то говорящий невольно начал бы повышать свой голос, чтобы преодолеть шум. Если бы мы сохраняли шум на уровне 55 дБА, то маскирование было бы эффективным на расстоянии 12-15 футов от «говорящего», который продолжал бы разговаривать с нормальным уровнем голоса. Говорящий может слегка поднять коэффициент Q, приставив ладони ко рту, способ мегафона; слушатель же может поднять коэффициент Q, приставив ладони за ушами.

Предел, показанный для усиленной речи, обусловлен не неспособностью к усилению, а потому, что эти уровни представляют опасные условия L_P для ушей слушателя. Рисунок 14-1 очерчивает параметры возможных и невозможных звуковых системных решений и достаточно прост для понимания неспециалистами во время презентаций. Получив максимальное физическое расстояние между говорящим и слушателем без присутствия звуковой системы, теперь мы принимаем это расстояние в качестве нашей цели для создания успешной звуковой системы. Мы хотим, чтобы эквивалентное акустическое расстояние (EAD) устанавливалось у самого дальнего слушателя (D2), даже если этот слушатель может находиться на расстоянии более 100 футов.

Рисунок 14-1. Номограф для поиска EAD. (Предоставлено Джон Вебстер.)

14.2. Установление приемлемого отношения сигнал/шум (SNR).

Установление приемлемого отношения сигнал/шум, SNR, является основным фактором в достижении разборчивости. Обычно мы хотим, по меньшей мере, 25 дБ SNR в октавной полосе 2000 Гц. Установление такого отношения само по себе может быть проблемой. Рассмотрим, например, один сегмент большой аудитории, на который влияет шумный обработчик воздуха, так, что его EAD отличается от остальной части комнаты. Если уровень окружающего шума относительно постоянный по всей области прослушивания, мы можем использовать эквивалентное акустическое расстояние (EAD) повсюду.

14.3. Установление EAD.

EAD требует, чтобы мы имели следующие критерии:

1. Установите в ушах слушателя (например, на 125 футах) тот же уровень LP, через звуковую систему, который был бы услышан на максимальном физическом расстоянии (в случае с образцом, тот же самый LP, который был бы услышан - 8 футов от «говорящего»).

2. Установите в ушах слушателя через звуковую систему ту же форму спектра, которая была бы услышана на максимальном физическом расстоянии.

3. Установите в ушах слушателя через звуковую систему отношение прямого звука к отраженному звуку, которое не ухудшает артикуляционную потерю согласных (% ALCONS) более чем на 15%.

Другими словами, эквивалентное акустическое расстояние устанавливает набор условий, которые совпадают с максимальным физическим расстоянием без звуковой системы, но на некотором гораздо большем расстоянии от источника и с помощью звуковой системы.

14.4. Необходимый прирост акустического усиления (Needed Acoustic Gain, NAG).

Используя стандартную звуковую систему, мы можем посмотреть на рис. 14-2 и увидеть, что у нас есть реальный слушатель на некотором расстоянии от «говорящего» (D₀). «Говорящий» стоит от микрофона на расстоянии (D_s). Чтобы найти необходимый акустический коэффициент усиления (NAG), найдите затухание (ослабление) на расстоянии D₀ минус затухание (ослабление) на расстоянии EAD. Например, мы находимся на открытом воздухе, и применяется изменение уровня по закону обратного квадрата. Известны следующие расстояния:

DS = 2 ft,

EAD = 8 ft,

D0 = 128 ft.

Затем мы можем записать:

или проще:

в нашем примере:

где, EAD - эквивалентное акустическое расстояние, D₀ - расстояние от говорящего до самого дальнего слушателя, D_s - расстояние от «говорящего» до микрофона.

Рисунок 14-2. Расстояния, задействованные в определении NAG.

Мы также можем рассчитать NAG более длинным путем. Если говорящий производит 70 дБА у микрофона на расстоянии 2 футов, то говорящий произведет 64 дБА на 4 футах и 58 дБА на 8 футах (потеря 6 дБ с удвоением расстояния). Продолжая, на 16 футах, уровень понизится до 52 дБА, на 32 футах это будет 46 дБА, на 64 футах это будет 40 дБА, а на 128 футах это будет 34 дБА. Нам нужен LP, который на 8 футах или 58 дБА. Затем:

Таким образом, мы нуждаемся в 24 дБ акустического усиления, чтобы на 128 футах иметь EAD 8 футов.

14.5. Количество открытых микрофонов.

Если мы поднимем два микрофона на один уровень в системе подкрепления, то нам придется уменьшить общий коэффициент усиления на 3 дБ, чтобы система не попала в обратную связь (помните, как объединяются децибелы). Поскольку каждый микрофон производит выборку звукового поля, то каждый раз, когда вы удваиваете количество открытых микрофонов (NOM), нам необходимо снизить коэффициент усиления на 3 дБ, рис. 14-3. Поэтому потеря выигрыша усиления, вызванная более чем одним открытым микрофоном, такая:

Рисунок 14-3. Диаграмма, касающаяся NOM и NOM в децибелах.

Если мы решили использовать звуковую систему с более чем одним открытым микрофоном, мы должны добавить децибелы, которые мы потеряем, за счет того, что эти дополнительные микрофоны активны для усиления, поэтому NAG теперь становится:

14.6. Маржа (запас) стабильности обратной связи.

В статье, которая оказалась замечательно опережающей свое время, Уильям Б. Сноу в журнале AES за апрель 1955 года описал пагубные последствия работы звуковой системы, расположенной слишком близко к точке акустической обратной связи. В статье «Частотные характеристики системы звукоусиления» содержится ряд превосходных иллюстраций, сделанных Сноу на его рекордере. Эти иллюстрации используются здесь, чтобы указать основные черты этой пионерской статьи.

На рисунке 14-4 показано влияние на отклик системы при ее приближении к единичному усилению. Маркировка 10, 20, 30 и 40 - это произвольные настройки усиления усилителя. Например, кривая 20 была на 15 дБ ниже обратной связи. Обратите внимание, что даже при 25 дБ ниже обратной связи (30 на диаграмме) заметны значительные нарушения. Отметим также, что большие корректировки не нужны и что «удары», скорректированные менее чем на 1 дБ при -25 дБ ниже обратной связи, не будут расти в "ударах", когда усиление снова повышается. Если звуковая система не выровнена, требуется не менее 12 дБ маржи (запаса) стабильности обратной связи (feedback stability margin, FSM). При тщательном выравнивании 6 дБ FSM является достаточным для обеспечения стабильной системы, свободной от ложных регенеративных звуков.

Рисунок 14-4. Отклик звуковой системы, как он работает с усилением. Певческая частота составляет 5 дБ. Следовательно, "30" на 25 дБ ниже обратной связи.

Устройства подъема (Boost) требуют чрезмерного FSM, чтобы быть безопасными в использовании. На рисунке 14-5 показано нелинейное поведение таких малых аберраций в отклике, когда басовое усиление (подъем, boost) используется слишком близко к регенерации. На рисунке 14-6 показан тот же эффект на противоположном конце спектра, когда используется усиление (подъем, boost) высоких частот.

Рисунок 14-5. Нелинейный отклик системы с использованием усиления (подъема) баса (bass boost).

Рисунок 14-6. Нелинейный отклик системы с использованием подъема высоких частот.

На рисунке 14-7 объясняются такие разные явления. По мере приближения звуковой системы к обратной связи, не только амплитудный отклик начинает вести себя нелинейно, но также начинает себя вести и переходный отклик. Естественное время реверберации комнаты усиливается звуковой системой. В демонстрационной комнате Сноу, RT₆₀ = 0,65 с. Когда звуковая система была чуть ниже обратной связи, RT₆₀ составляло 2,7 секунды, коэффициент умножения в 4,2 раза:

где, x - скорость затухания (спада) в дБ/сек.

На рисунке 14-8 показан пример амплитудной нелинейности, как видно на 1/3 октавном анализаторе.

Многие ранние эксперименты в области выравнивания неправильно понимали регенеративные амплитуды для истинной амплитуды и использовали фильтры, которые были установлены слишком глубоко. Хотя любая небольшая нерегулярность в отклике может быть увеличена, как показано здесь, некоторые из них не будут использоваться для заданного положения микрофона и громкоговорителя из-за общего фазового отклика комнатной системы. Следовательно, становится очевидным, что для работы звукоусиления отклик свободного поля желаемых преобразователей должен демонстрировать относительно плавные изменения в отклике, без пиков или провалов, которые имеют большую скорость изменения наклона.

Рисунок 14-7. Нелинейное поведение амплитудного и переходного отклика.

Рисунок 14-8. Регенеративное набухание нормального отклика 15 дБ, 5 дБ и 2 дБ ниже обратной связи.

Сноу (1955), Дэвис (1967), Манковский (1971) и Ямамото (1971) нашли необходимый FSM 6 дБ. Поэтому нам необходимо добавить в наш NAG этот 6dB FSM. Теперь мы можем написать общую формулу для нахождения необходимого акустического усиления системы звукоусиления:

14.7. Расчет потенциального акустического усиления (PAG).

Предполагая, что изменение уровня по закону обратного квадрата будет служить в ситуации на открытом воздухе и в помещении для LD, мы можем построить набор параметров звуковой системы, показанных на рисунке 14-9. В сочетании с этими расчетами мы можем использовать номограмму на рис. 14-10.

Рисунок 14-9. Основные параметры системы с одним источником.

Если требуемый коэффициент усиления (ΔD0 - ΔEAD) равен 24 дБ + 6 дБ FSM и открыт один микрофон, то, подставляя в уравнение, получаем:

NAG = 24 dB + 0 dB + 6 dB = 30 dB

Рисунок 14-10. Расчет относительных изменений уровня с расстоянием (закон обратного квадрата).

Если мы присваиваем параметрам на рис. 14-9 следующие значения, мы можем найти их дБ-эквиваленты, используя рис. 14-10:

D₀ = 128 ft,

ΔD₀ = 42 dB,

D_S = 2 ft,

ΔD_s = 6 dB,

D₁ = 45 ft,

ΔD₁ = 33 dB,

D₂ = 90 ft,

ΔD₂ = 39 dB.

Мы можем написать следующее уравнение для потенциального акустического усиления (PAG):

где, D₀ - расстояние от говорящего до самого дальнего слушателя,

D₁ - расстояние от микрофона до громкоговорителя,

D_s - расстояние от «говорящего» до микрофона,

D₂ - расстояние от громкоговорителя до самого дальнего слушателя.

В нашем примере:

PAG = 42 dB + 33 dB – 6 dB – 39 dB = 30 dB

Поскольку PAG = NAG, то мы имеем достаточный акустический коэффициент усиления. Мы можем написать это другим способом:

Если мы фактически напишем уравнения таким образом, то мы обнаружим:

или

ΔD₀ отменяются, и мы получаем наиболее полезную общую формулу:

Нашим первоначальным требованием была NAG 30 дБ с EAD 8 футов и D_s 2 фута. Мы могли бы написать общее уравнение следующим образом, чтобы найти ΔD₂:

Поскольку задержка сигнала стала фактором, если бы мы сделали D₁ больше 45 футов, мы выбрали 45 футов в качестве предела для D₁:

Мы можем записать:

или

Рассматривая дБ часть шкалы на рисунке 14-10, мы обнаруживаем, что 39 дБ эквивалентно 90 футам. Теперь, когда мы увидели, как наши значения найдены, мы можем упростить процесс, удалив оператор Δ и используя следующие отношения уравнений:

Все параметры теперь находятся в футах или метрах, кроме NOM, количество открытых микрофонов.

14.7.1. Параметры акустического усиления.

Используя рис. 14-9 и 14-10, мы уже определили, что максимальный возможный D₂ составляет 90 футов. Почему это максимальное расстояние? Давайте рассмотрим, что происходит, когда мы меняем каждый из этих основных параметров, по одному за раз.

Если D₁ увеличивается, что происходит с акустическим усилением? Поскольку громкоговоритель и микрофон находятся отдельно друг от друга, то усиление может быть увеличено до того момента, как звук из громкоговорителя достигнет микрофона на том же уровне, что и голос говорящего (единичное усиление). Фактически, давайте посмотрим на серию изменений уровня, которые делают звуковую систему необходимой и позволяют ей вообще работать.

Если, как и в нашем примере для расчета NAG, мы снова предполагаем, что говорящий генерирует 70 дБА на микрофоне на расстоянии 2 футов, то мы также можем предположить, что громкоговоритель может доставлять 70 дБА на микрофон, в момент начала обратной связи. Если мы будем работать в обратном направлении с изменением уровня по закону обратного квадрата, то мы обнаружим, что на 4 футах громкоговоритель обеспечивает:

Поэтому увеличение D₁ увеличивает акустическое усиление до тех пор, пока D_c не будет действовать как предел.

Удаляясь от громкоговорителя в направлении слушателя (D₂), мы видим, что на 8 футах мы имеем 85 дБА, на 16 футах - 79 дБА, на 32 футах - 73 дБА, на 64 футах - 67 дБА, а на 90 футах у нас будет 64 дБА. Обратите внимание, что 64 дБА составляет всего на 6 дБ больше 58 дБА. Теперь, если D₂ будет увеличен, то уровень выше 90 футов также уменьшится; поэтому увеличение D₂ снижает кажущийся акустический коэффициент усиления.

Если увеличивается Ds, то результат будет очевиден. Каждый раз, когда мы двигаемся дальше от микрофона, мы теряем кажущееся усиление звука.

Наконец, что происходит, если увеличивается D₀? Изменение уровня между говорящим и слушателем увеличивается. Поскольку звук, поступающий из громкоговорителя, остался прежним (помните, что мы меняем только один параметр за раз), то кажущееся усиление увеличится.

Уравнение 14-7, PAG = ΔD₀ + ΔD₁ - ΔD_s - ΔD₂, показывает с помощью знаков (+ или -), которые будут увеличивать кажущееся усиление, если они увеличены (это делают все знаки плюс), и какие параметры уменьшат кажущееся усиление, если они увеличиваются (это делают все знаки минус).

Обратите внимание, что абсолютное акустическое усиление системы определяется истинным акустическим разделением между микрофоном и громкоговорителем (D₁). Все остальные параметры изменяют кажущееся акустическое усиление (как наблюдал бы слушатель).

14.7.2. Влияние направленных устройств на акустическое усиление.

Чтобы найти влияние направленных устройств на акустический коэффициент усиления, выполните следующие действия:

1. Найдите PAG для всенаправленного источника (PAG_omni).

2. Возьмите разницу в дБ между уровнем на полярном графике микрофона. Угол в направлении «​​говорящего», и угол в направлении ​​громкоговорителя, MS∠.

3. Возьмите разницу в дБ между уровнем на полярном графике громкоговорителя. Угол в направлении ​​слушателя и угол в направлении ​​микрофона, SM∠.

4.

5. PAG_omni + (MS∠ + SM∠) = Общий коэффициент усиления (свободное поле), рис. 14-11.

Рисунок 14-11. Звуковые диаграммы направленности.

14.8. Получение значений ΔD_x.

При получении значений ΔD_x (расстояния, преобразованные в относительные уровни) для использования в уравнениях акустического усиления, основными являются следующие методы:

1. Используйте изменение уровня по закону обратного квадрата для условий свободного поля:

Это автоматически делает ссылку на единичное расстояние и так как это безразмерно, то могут быть использованы либо длины США или длины SI.

2. Используйте уравнение Хопкинса-Страйкера как генератор относительного уровня для реверберирующих пространств, особенно когда известны конкретные дБ на удвоение расстояния за пределами D_c.

14.9. Измерение акустического усиления.

Одно дело рассчитать выигрыш (усиление) на чертежной доске строительного проекта. Настоящие острые ощущения возникают, когда после написания вашего расчета в спецификации, многие месяцы спустя, вы фактически измеряете акустический коэффициент усиления звуковой системы, после ее установки. Ваши предсказания знают архитекторы, инженеры, владельцы и другие заинтересованные стороны. Когда ваши фактические измерения попадают в пределы ± 2 дБ от вашего расчета, что случается буквально в сотнях работ, то у этих профессионалов нет другого выбора, кроме как рассматривать вас как коллегу-профессионала.

Измерение акустического усиления законченной звуковой системы описано ниже, и показано на рисунке 14-12:

1. Когда звуковая система выключена, и комната сделана как можно тише (кондиционер или отопление выключены), отрегулируйте тестовый усилитель (используйте вход с розовым шумом), чтобы дать показание 75-80 дБА от тестового громкоговорителя в микрофон звуковой системы (временно замените измеритель уровня звука на микрофон). Микрофон должен располагаться в проектной позиции.

2. Проведите измеритель уровня звука в самое дальнее положение D₂ и измерьте уровень от тестового громкоговорителя. Соблюдайте осторожность, чтобы сигнал, поступающий от тестового динамика, был как минимум на 6 дБ больше, чем показания окружающего шума. Запишите это показание в dBA.

3. Включите звуковую систему (используйте тот же самый тестовый громкоговоритель, подающий сигнал 75-80 дБА в микрофон) и настройте ниже самоподдерживающуюся обратную связь (система будет звонить, но после отключения сигнала обратная связь не должна продолжаться).

4. Снова прочитайте измеритель уровня звука в самом дальнем положении D2 и запишите в dBA.

5. Считывание звуковой системы за минусом показаний, отснятых при выключенной звуковой системе, равно общему акустическому усилению. Общее акустическое усиление должно быть в пределах ± 2 дБ от рассчитанного PAG.

Рисунок 14-12. Метод измерения акустического усиления.

14.10. Достижение потенциального акустического усиления.

Показатели потенциального усиления, проиллюстрированные в этой главе, зависят от производительности выравнивания звуковой системы (глава 24 «Выравнивание звуковой системы, эквализация»), чтобы обеспечить единичное усиление на всех интересующих частотах.

Не менее важным для достижения потенциального усиления звука является свобода от несогласованных громкоговорителей и сосредоточенной энергии, возвращающейся обратно в микрофон. Любая из этих двух проблем серьезно ухудшит разборчивость и выигрыш (усиление, gain).

Кусочек звукопоглощающего материала, перемещаемый около микрофона, громкоговорителя и слушателя в зоне ожидания аудитории, позволит вам определить, где возникла проблема. Как только проблема изолирована, решение часто бывает легким.

Не забудьте измерить, какой звук излучается сзади и снизу громкоговорителя, также как и спереди. Помните, что бас является всенаправленным, рис. 14-13. Кривая частоты A - это то, что услышала бы аудитория, если бы микрофон не услышал кривую B от задней и нижней части громкоговорителя. Огромное выравнивание потребовалось бы в диапазоне от 200 Гц до 500 Гц, полностью разрушая разборчивость мужской речи.

14.11. Предельные параметры в дизайне системы звукоусиления.

Определенный выбор параметров ограничивает выбор подхода к проектированию системы. Например, если мы хотим использовать систему с одним источником (и все остальные параметры комнаты позволяют это) из-за ее более экономичного подхода и способности акустически сочетаться с живым говорящим, тогда у нас не может быть EAD меньше, чем удвоенное расстояние D_s. Например, если мы должны иметь Ds 2 фута, то EAD не может быть меньше 4 футов:

Естественно, что другой предел EAD заключается в том, что он не должен превышать D_c:

Рисунок 14-13. Звук измеряется спереди и сзади динамика - 40-12 000 Гц.

Это ограничение (EAD ≥ 2Ds) для звуковой системы с одним источником связано с FSM. На рисунке 14-14 показан предельный случай. Когда EAD должен равняться Ds, то становится обязательной распределенная звуковая система. Когда Ds = EAD, то D₁ должен быть ≥ 2D, см. Рисунок 14-15. На рисунке 14-16 показано, как обрабатываются D₁ и D₂ при вычислении акустического коэффициента усиления распределенной системы.

Рисунок 14-14. Влияние FSM на акустический коэффициент усиления.

Рисунок 14-15. Требование, если Ds равно EAD.

Рис. 14-16. Основные параметры распределенной системы.

14.12. Сколько требуется электрической мощности?

В то время как расчет акустического усиления зависит только от систем звукоусиления, тот же метод может быть применен для определения того, как достичь желаемого уровня в некоторой точке расстояния от источника звука. Рок-группы, в особенности, предъявляют высокие требования к мощным средствам звукового оборудования. Полезно иметь возможность точно предсказать то, что они получат для своих инвестиций в разных локациях. Когда у вас есть определенная цель акустического звукового давления (LP) на определенном расстоянии от громкоговорителя (D2), то вам нужно знать две важные детали:

1. Оценка чувствительности EIA громкоговорителя, измеренная на 30 футах вдоль оси, когда на громкоговоритель подается входной сигнал в 0,001 электрической ватт, на рисунке 14-17.

2. Изменение акустического уровня и ослабление между громкоговорителем, измеренным на его контрольном расстоянии для чувствительности и самым дальним положением слушателя.

Когда желаемый акустический уровень у самого дальнего слушателя определяется фактическими измерениями, опытом или вычислением, то желаемый акустический уровень плюс изменение акустического уровня на расстоянии D2 равен 30-футовой номинальной мощности, которая потребуется от громкоговорителя. EIA рейтинг + 30 футовый рейтинг ДБ = мощность, требуемая в dBm.

Оценки чувствительности, используемые в настоящее время.

1. N дБ на 4 фут от входа 1,0 Вт.

2. N дБ на 30 фт от входа 0,001 Вт.

3. N дБ на 1,0 м от входа 1,0 Вт.

4. N W необходимо получить 1,0 Па на 1,0 м.

Европейский рейтинг чувствительности.

В то время как в Европе (март 1982 года) нам сказали, что они оценивают чувствительность громкоговорителя как: Ватты, необходимые для звукового давления 1 Па на 1 м (Вт / Па / м)

Пример. Если громкоговоритель рассчитан на 99 дБ на 4 футах для входной электрической мощности 1 Вт, то:

Это 3.280839895 фут / м. То есть мощность 0,21 Вт будет давать звуковое давление 1,0 Па на расстоянии 1 м. (1 Па - уровень звукового давления 94 дБ).

Рисунок 14-17. Оценки чувствительности.

14.13. Поиск требуемой электрической мощности (Required Electrical Power, REP).

Каждый дБ усиления, достигаемый путем тщательного проектирования и выравнивания, требует мощности для поддержки этого усиления на выходе звуковой системы. Появление акустических коэффициентов усиления и их оптимизация посредством выравнивания означали начало более мощных звуковых систем, чем это было раньше.

Электрическая мощность, необходимая для создания уровня давления LP на расстоянии D2, определяется:

Например, для создания LP = 90 дБ на расстоянии 128 футов:

В нашем примере мы выбрали громкоговоритель средней мощности мощностью 50 Вт. Это оставляет нам два выбора:

1. Выбрать более эффективный громкоговоритель.

2. Примириться с низким уровнем слушателя.

Если мы выберем первый вариант, больший размер и более высокую стоимость, мы сможем найти новый уровень мощности:

Если мы возьмем выбор два (2), мы сможем найти максимальный уровень слушателя L_{P (MAX)}:

Первый громкоговоритель был громкоговорителем со средней отдачей (КПД). Второй - очень эффективная профессиональная звуковая рупорная система. Представьте себе это же требование, используя «домашнюю» низкоэффективную систему с L_EIA 41,5 дБ.

Все три из этих примеров действительно существуют на рынке и иллюстрируют необходимость мониторинга, как значений чувствительности, так и значений эффективности.

14.13.1. Эффективность громкоговорителя.

Вы часто слышите сокровенный аргумент: «Ватты дешевы, поэтому не беспокойтесь об эффективности громкоговорителей». Это может быть отчасти верно в очень маленьких квартирах, но это не так в профессиональной звуковой работе. Чтобы найти % эффективности, когда L_EIA и Q известны, используйте:

Для Q = 7:

Для Q = 20:

Для Q = 3:

Чтобы найти чувствительность EIA от любой чувствительности, используйте:

14.13.2. Преобразования.

• 4 ft = 1.219 m.

• 30 ft = 9.144 m.

• 3.281 ft = 1.0 m.

Для всенаправленного сферического излучателя 0,282 м (площадь поверхности = 1,0 м²) 1,0 Вт производит L_W, L_I и L_P, численно равные 120 дБ.

Рейтинги.

• % Effici для чувствительности 1,0 м, 1,0 Вт.

• % Effici для чувствительности 4,0 фут, 1,0 Вт.

• % Effici для чувствительности 30 футов, 1,0 Вт.

• % Effici для чувствительности W/ Pa/m.

Расчеты:

Для 1.0 W, 1.0 метр:

Для 1.0 W, 4 фута:

Для 0.001W, 30 футов:

Для W/Pa/m:

Производные.

Для 1.0 W, 1.0 метр:

Для 1.0 W, 4 футов:

Для 0.001 W, 30 футов:

Для W/Pa/m:

14.13.3. Значения эффективности 100%.

100% Effici = 109 dB at 1.0 W, 1.0 m, Q = 1.

100% Effici = 107.29 dB at 1.0 W, 4 ft, Q = 1.

100% Effici = 59.78 dB at 0.001 W, 30 ft, Q = 1.

100% Effici = 0.031 W for 1 Pa at 1.0 m, Q = 1.

14.14. Резюме.

Увеличение коэффициента усиления требует мощности. Сложная комбинация акустического усиления, чувствительности громкоговорителя, эффективности и требуемой электрической мощности (проявляется как напряжение на громкоговорителе, поддерживаемое достаточным источником тока) - это гобелен, который, если он правильно сплетен, дает динамический мощный звук.

Bibliography

H. S. Antman. “Extension to the Theory of Howlback in Reverberant Rooms,” J. Acoust. Soc. Am., Vol. 39 (Feb. 1966).

W. K. Connor. “Experimental Investigation of Sound-System-Room Feedback,” J. Audio Eng. Soc., Vol. 21 (Jan. 1973).

D. Davis. “Equivalent Acoustic Distance,” J. Audio Eng. Soc., Vol. 21 (Oct. 1973), pp. 646-649.

V. V. Furduev. “Limiting Amplification of Sound in Closed Rooms,” Soviet Phys.-Acoust., Vol. 11 (Jan.-Mar. 1966).

William B. Snow. “Frequency Characteristics of a Sound Reinforcing System,” J. Acoust. Soc. Am., (April 1955).

W. Symmes. “Simplified Method of Calculating PAG/NAG Formulas Without Use of Logs,” Syn-Aud-Con Newsletter, Vol. 1., No. 2 (1973).

R. V. Waterhouse. “Theory of Howlback in Reverberant Rooms,” J. Acoust. Soc. Am., Vol. 37 (May 1965).