|
Доклад на тему:
"Некоторые соображения относительно проектирования систем звукового обеспечения для спортивных объектов".
1. Актуальность задачи.
a. Современные спортивные соревнования - массовые зрелища, требующие соответствующего технического оформления (в том числе - звукового).
b. Громкое оповещение, особенно на крупных аренах, единственный способ информационного воздействия на толпы зрителей.
c. Современные стадионы и арены - комплексы с помещениями различного функционального назначения, многие из которых требуют озвучивания. 2. Основные требования к системам звукоусиления на спортивных сооружениях:
a. Разборчивость речи
i. Факторы, влияющие на разборчивость - высокий уровень фоновогошума, гулкость (RT60), поздние отражения (эхо)
b. Ширина частотного диапазона
i. Музыкальный материал требует более широкий диапазон, чемречь.
ii. Равномерность АЧХ по площади зрительских мест.
c. Надежная работа в сложных условиях эксплуатации
d. Удобный интерфейс управления
3. Основные типы спортивных сооружений в нашей стране:
a. Открытые стадионы и арены с трибунами.
b. Крытые арены и манежи с трибунами.
c. Плавательные бассейны.
d. Крытые спортивные комплексы (залы).
4. RT60
RT60
1. Задачи систем звукообеспечения на спортивных объектах.
2. Особенности озвучивания различных видов спортивных объектов: ледовые дворцы, открытые площадки, крытые арены, бассейны и пр.
3. Примеры вариантов решения задач звукообеспечения на спортивных объектах за рубежом.
Современные спортивные соревнования - массовые зрелища, требующие соответствующего технического оформления (в том числе - звукового). Громкое оповещение, особенно на крупных аренах, единственный способ информационного воздействия на толпы зрителей. Современные стадионы и арены - комплексы с помещениями различного функционального назначения, многие из которых требуют озвучивания.
В наше время спортивным сооружениям приходится вести нелегкую конкурентную борьбу за зрителя. Теперь, когда человек имеет возможность, не выходя из дома наблюдать массу самых интересных соревнований во всем мире, получать самые свежие новости из Интернета, хозяевам крупных спортивных сооружений приходится ломать голову над тем, как выманить зрителей из домашнего комфорта на трибуну стадиона, манежа или спорткомплекса. Одним из наиболее верных средств является создание первоклассного зрелища, надолго откладывающегося в памяти людей и вызывающее у них желание повторного посещения стадиона. Зрелища, масштабы которого таковы, что оно не может быть втиснуто в тесные рамки даже самой просторной квартиры. Разумеется, современное зрелище невозможно без адекватного звукового оформления. При этом оформление должно быть таким, чтобы обеспечивать качественный звук на каждом зрительском месте, а не только в ложе VIP, как это у нас часто бывает принято. Успех спортивных сооружений в Соединенных Штатах объясняется не только близким к патологическому интересу к спорту среди американцев, но и чисто зрелищной стороной каждого состязания, в которой звук играет одну из важнейших ролей. Помимо всего прочего на современных спортивных аренах проводятся самые разнообразные мероприятия, от концерта до ярмарки или праздника всенародно любимой газеты. Возможность адекватного звукового сопровождения подобных событий также является важным достоинством хорошо спроектированной системы звукоусиления.
Еще более важную роль система звукового обеспечения играет в вопросах оповещения, в том числе экстренного. На больших аренах, где значительное количество мест расположено вдали от электронных табло, а также там, где таких табло просто нет, система звукоусиления является единственным, реальным средством информационного воздействия на зрителей. Это касается как передачи информационных сообщений, так и обращений к людям в случае возникновения беспорядков или пожара. Во многих случаях своевременное обращение к болельщикам способно предотвратить их столкновения с милицией.
Следует также не забывать, что современное спортивное сооружение, как правило, не ограничивается пределами зала, площадки, корта или поля. "Театр начинается с вешалки", это изречение справедливо и для сегодняшнего спортивного комплекса. Фойе, вестибюли, подтрибунные помещения и коридоры, рестораны и бары, магазины, раздевалки команд и судей, пресс-центр, конференц-залы и пр. Разумеется, не всегда во всех этих помещениях требуется музыкальное качество звука. Однако, памятуя о вопросах безопасности, система звукоусиления должна обеспечивать как минимум хорошую разборчивость речи и достаточный для этого уровень звукового давления.
Основные требования к системам звукоусиления на спортивных сооружениях. Критерии оценки качественного уровня этих систем.
Разборчивость речи. Факторы, влияющие на разборчивость. Ширина частотного диапазона. Равномерность АЧХ по площади зрительских мест. Надежная работа в сложных условиях эксплуатации. Удобный интерфейс управления.
Подробный перечень требований, которые могут быть предъявлены к системе звукового обеспечения на спортивном объекте, весьма обширен. И, совершенно очевидно, что всякий раз этот список будет выглядеть несколько иначе, применительно к характерным задачам, связанным с озвучиванием того или иного сооружения. Тем не менее, о каком бы объекте не шла речь, можно выделить 4 ключевых требования, которые можно, таким образом, считать базовыми параметрами качественной оценки системы звукоусиления:
разборчивость речи; неравномерность амплитудно-частотной характеристики; степень удобства в организации управления и контроля системы; надежность оборудования в достаточно жестких условиях эксплуатации.
Разборчивость речи является одним из наиболее важных показателей работы системы звукоусиления. Существуют различные шкалы оценки разборчивости. В настоящее время наиболее популярной в мире является показатель RASTI. Данная шкала исключительно хороша для оценки разборчивости в уже существующем помещении. В случае проектирования новой системы, тем более в новом сооружении, она менее удобна. Это связано с тем, что компьютерные методики расчета RASTI основаны на полученном теоретическим путем импульсном отклике помещения. Между тем, как полагают многие специалисты в области акустики и электроакустики, в настоящее время не существует методики гарантирующей точное предсказание формы импульсного отклика. Поэтому во время проектирования, особенно на предварительных стадиях, оценку разборчивости следует выполнять по уравнению В.М.А. Пьюца. Это уравнение базируется на величине %ALCONS - проценте артикуляционных потерь согласных при передаче речевой информации. Данный показатель также может служить для объективной оценки разборчивости, но при этом методика его расчета, во-первых, достаточно проста и логична, и, во-вторых, позволяет проектировщику самостоятельно проверить все этапы расчета и, таким образом, исключить возможность ошибки. Многолетняя практика инженерных расчетов на базе уравнения Пьюца как в США, так и в других странах, подтверждает его практическую ценность для проектирования систем звукоусиления. В соответствии с утверждением Пьюца, разборчивость может считаться очень хорошей, если показатель %ALCONS не превышает 10 %. Если он составляет от 10 до 15 %, то разборчивость является хорошей, за исключением тех случаев, когда сообщение содержит трудные для восприятия звукосочетания, а оратор и/или слушатель отличаются не слишком хорошей артикуляцией/слухом, соответственно. Наконец, если %ALCONS, больше 15 %, то разборчивость считается достаточной только для людей с хорошим слухом, что соответствует оценке неудовлетворительно по шкале RASTI. Выражение для определения %ALCONS включает в себя все ключевые с точки зрения разборчивости параметры системы и объекта. Данная формула верна только при соотношении сигнал/фоновый шум не ниже 25 дБ. Для залов, в которых время реверберации RT60 ниже или равно 1,6 сек. это соотношение может быть меньшим. Формула не учитывает влияние на разборчивость искажения сигнала (связанные, например, с перегрузкой звукоусилительного тракта - весьма частое явление), поздних отражений сигнала (явление эхо), интерференционных провалов (в связи с несогласованностью во времени громкоговорителей). Формула Пьюца:
%Al
cons
= 200D
2
RT
60
2
(N)/VQM
где
D - расстояние от источника звука (громкоговорителя) до самого удаленного слушателя, м;
RT60 - стандартное время реверберации, сек.;
V - объем помещения, м3;
Q - фактор направленности для расчетной точки;
N - коэффициент, учитывающий использование в системе нескольких источников (в том случае, если все громкоговорители одинаковы, то N определяется как отношение общего количества акустических систем к числу систем, обеспечивающих прямой звук в расчетной точке);
М - поправочный коэффициент, учитывающий влияние различных акустических и электроакустических эффектов (как правило, принимается равным 1). При внимательном рассмотрении приведенной формулы, становится очевидной взаимосвязь основных акустических и электроакустических параметров. Так, например, видно, что разборч8?вость обратно пропорциональна квадратам расстояния и времени реверберации. Это вполне соответствует здравому смыслу, поскольку очевидно, что чем более гулкое помещение (большое RT60) и чем дальше находится источник от слушателя, тем ниже показатель разборчивости. Кроме того, формула также показывает, что в общем случае, увеличение числа источников пиводит к ухудшению разборчивости (при прочих равных обстоятельствах). Очевидно, что увеличение числа источников приводит к возрастанию уровня реверберационного сигнала, при этом уровень прямого звука может оставаться тем же самым. С другой стороны, разборчивость прямо пропорциональна объему помещения и, что очень важно, фактору направленности громкоговорителей. Поскольку фактор направленности представляет собой меру контроля излучения акустической энергии, то данную зависимость следует понимать так, что увеличение доли энергии, направляемой на зрительские места, приводит к улучшению разборчивости. Следует также особо отметить, что повышение уровня давления, создаваемого громкоговорителями, приводит к улучшению разборчивости, до тех пор, пока уровень сигнала не достигает значения +25 дБ по отношению к уровню фонового шума. Дальнейшее повышение уровня давления (излучаемой акустической мощности) вопреки обычным представлениям не сказывается на степени разборчивости, так как это приводит к росту уровня как прямого, так и диффузного звука.
Данный параметр характеризует не только собственно ширину рабочего диапазона частот системы (ее "музыкальность"), но и изменения самой характеристике по площади озвучивания. Какой диапазон следует считать приемлемым для системы звукоусиления на спортивном сооружении? Здесь мы должны уточнить, идет ли речь о речевой или музыкально-речевой системе. В настоящее время во всем наблюдается устойчивая тенденция к музыкально-речевых систем, по причинам, указанным в начале данного сообщения. Тем не менее, нередко заказчик объекта выдвигает требования наличия независимой речевой системы экстренного оповещения (в качестве резервной). Итак, речевая система звукоусиления должна обеспечивать воспроизведение в диапазоне частот 200 Гц - 4 кГц; музыкально-речевая в диапазоне 63 Гц - 15 кГц . Диапазон речевой системы содержит примерно 4,3 октавы. Данный диапазон в принципе может воспроизводиться однополосным громкоговорителем даже рупорного типа (например, Community PM-1500 c драйвером М-4). Для воспроизведения музыкального диапазона (в указанных пределах, т.е. в диапазоне почти 8 октав) могут применяться только 2-х или 3х полосные системы. В ситуациях требующих применения акустических систем с высокой чувствительностью (130 дБ, 1 Вт / 1 м), для поддержания более ровной АЧХ следует отдать предпочтения 3-полосным системам, с выделенным каналом НЧ. Более или менее равномерное распределение звуковой энергии в области выше 17 кГц на больших аренах в настоящее время не представляется возможной при реальных уровнях звукового давления. Неравномерность АЧХ должна быть задана в Техническом Задании на проектирование конкретного объекта. Поскольку ТЗ очень часто разрабатывается при участии проектировщиков системы, то наша задача состоит в том, чтобы в этом документе были приведены реалистические цифры. С одной стороны занижение этих параметров может привести к инсталляции системы, не удовлетворяющей возложенным на нее задачам. С другой стороны попытка реализации чересчур высоких требований (из разряда 40 - 18000 Гц, ±2 дБ) способно вылиться в радикальное удорожание проекта . Это связано, прежде всего, с двумя факторами. Во-первых, чрезвычайно сложно обеспечить равномерное распределение звуковой энергии по всей площади озвучивания в очень широком диапазоне частот; во-вторых, большинство НЧ излучателей имеют чувствительность более низкую, нежели ВЧ системы. Различие может достигать и даже превышать 5-6 дБ, причем по мере снижения нижней границы рабочей полосы эта разница возрастает. Естественно, такое различие требует существенной компенсации в виде большого количества усилителей мощности . Таким образом, снижение нижней границы с 90 до 60 Гц может привести к 2-3 кратному удорожанию стоимости оконечного оборудования (усилителей и акустических систем).
Правильная постановка задачи.
Истина, состоящая в том, что правильно сформулированный вопрос содержит в себе половину ответа, тривиальна. Между тем она, как нельзя лучше характеризует предварительный этап проектирования ("нулевой цикл"), в ходе которого заказчик совместно с аудио консультантом или проектировщиком должен как можно детальней изложить задачи, которые призвана решать система звукоусиления. Ниже приведен ряд вопросов, ответы на которые необходимо знать еще до того, как начинается проектирование системы.
Является ли система музыкально-речевой или только речевой?
Нужна ли отдельная (независимая) система экстренного оповещения?
Должна ли система поддерживать концертный режим ?
Должна ли система обеспечивать звукоусиление от микрофонов, установленных на поле, в гостевой ложе и пр.?
Должна ли система обеспечивать озвучивание игровой площадки, поля и т.д. или только трибун?
Каковы задачи озвучивания на объекте помимо основной арены?
Каковы общие требования к управлению системой? Разумеется, это лишь часть вопросов, однако даже ответы на них (своевременно полученные и зафиксированные!) могут существенно облегчить жизнь проектировщику.
Предварительный акустический анализ.
Прежде чем приступить к собственно разработке системы проектировщику необходимо выполнить акустический анализ объекта. Анализ может выполняться путем измерений, в том случае если объект существует, и не будет подвергаться значительной реконструкции. Если объект строится или реконструируется, то анализ выполняется с помощью расчета на базе информации, полученной от архитекторов и дизайнеров проекта. Целью акустического анализа является получение основных акустических параметров объекта, а также выявление потенциальных источников негативных акустических явлений, способных проявить себя после инсталляции системы звукоусиления. Разумеется, к таким явлениям, прежде всего, относятся поздние отражения, приводящие к существенным потерям разборчивости и прозрачности звука. Для открытых пространств основной задачей акустического анализа является правильная оценка фонового уровня шума, наличие вблизи от спортивного сооружения объектов, способных вызывать сильные отражения, ограничения по уровню звукового давления за пределами стадиона. В закрытых сооружениях нас в первую очередь интересуют время реверберации, коэффициенты поглощения, наличие хорошо отражающих звук поверхностей вблизи зон озвучивания, а также уровень фонового шума. Вообще, правильная оценка уровня фонового шума исключительно важна для успешного проектирования системы. В том случае, если прямые измерения этого уровня невозможны (иначе говоря, если объект еще не существует или должен претерпеть значительные изменения в ходе реконструкции), то оценка фонового уровня может осуществляться путем сравнения с аналогичными сооружениями. Завышенная оценка может привести к значительному удорожанию системы (напомним, что +3 дБ = 2-х кратной мощности). Заниженная оценка, как правило, приводит к ухудшению - иногда кардинальному - разборчивости. Мы не будем в данном докладе рассматривать различные методики проведения анализа, ограничившись лишь некоторыми общими соображениями. В тех случаях, когда измерения могут быть проведены - они должны быть проведены. Это, кстати говоря, необходимо не только для правильного проектирования системы звукоусиления, но и для выдачи рекомендаций в части применения звукопоглотительных материалов. Измерения должны проводиться по методике, исключающей вероятность ошибки, для чего следует проводить серии измерений для различных точек объекта с последующим статистическим анализом и отбраковкой ошибочных результатов. Для проектируемых объектов существует ряд способов оценки их акустических параметров. Некоторые из них основаны на всевозможных компьютерных программах. Следует отметить, что, несмотря на прогрессивность данного подхода к данному виду анализа следует относиться достаточно сдержанно, поскольку, как показывают достаточно многочисленные примеры, даже стопроцентно корректный ввод исходных параметров для расчета в компьютер не всегда приводит к правильным результатам. Поэтому любые компьютерные акустические модели залов следует в обязательном порядке проверять измерениями после того, как строительство сооружения будет завершено.
Исходные данные на проектирование.
По результатам полученного Технического Задания, проведенного акустического анализа, а также изучения строительной документации, проектировщик собирает исходные данные на проектирование. Эти данные должны включать в себя:
измеренный или расчетный уровень фонового шума (средневзвешенный по шкале А); измеренное или расчетное время реверберации*; внутренний объем сооружения*; геометрия озвучиваемых площадей; оценка возможности размещения акустических систем в различных точках (в том числе, с точки зрения несущих возможностей строительных конструкций); максимальное расстояние от акустических систем до слушателей; углы между предполагаемыми местами установки акустических систем и зрительскими местами; наличие в зонах озвучивания поверхностей, хорошо отражающих звук; наличие "теневых зон"; требуемая неравномерность амплитудно-частотной характеристики; допустимый уровень давления за пределами объекта**;
максимальный предполагаемый уровень давления на озвучиваемых площадях.
* Только для закрытых помещений.
** Только для открытых сооружений.
Проектировать систем для открытых площадок в общем случае значительно проще, чем для крытых арен. Причина этого проста. На открытых площадках царит т.н. "закон обратных квадратов" . Таким образом, расчет поля уровней, при наличии достоверной информации о характеристиках направленности громкоговорителей, не представляет большой сложности. Отсутствие диффузной составляющей с одной стороны приводит к потере ранних отражений, способствующих повышению уровня сигнала, а с другой - к потерям разборчивости, связанных с гулкостью. Это позволяет использовать меньшее соотношение сигнал/шум по сравнению с крытыми аренами. (См. выше). При этом, однако, уровни шума на многих открытых спортивных сооружениях, могут быть весьма значительными. Так, например, на треках для мотогонок иногда фиксируются уровни шума моторов около 140 дБА на расстоянии до 10 футов Звуковое поле, создаваемое акустической системой на открытых пространствах описывается простым уравнением:
L=Lw+10Log(QMe/4nD
2
)+K
где
L - уровень звукового давления на расстоянии D от источника, дБ;
n - число пи
Lw - излучаемая мощность источника (отнесенная к 10-12 Вт), дБ;
Q - фактор направленности источника;
D - расстояние от источника до слушателя, м;
К - константа (К=0,2 в системе СИ).
Из приведенного выше уравнения легко заключить, что уровень звукового давления в интересующей нас точке зависит от акустической мощности громкоговорителей, их фактора направленности и расстояния. Легко также заметить, что удвоение расстояния приводит к потере 6 дБ в уровне давления. Это может быть компенсировано за 4-кратного увеличения фактора направленности. Или увеличения излучаемой мощности громкоговорителей на 6 дБ. Таким образом, видно, что в данном случае контроль над диаграммой направленности акустических систем помогает нам сократить требуемую мощность.
С учетом всего выше сказанного общий порядок проектирования систем звукоусиления для открытых спортивных площадок и сооружений можно представить таким образом. 1. Из анализа геометрии объекта делается первоначальный выбор в пользу сосредоточенной, распределенной или сосредоточенно - распределенной системы звукоусиления. При этом самым тщательным образом изучается возможность размещения громкоговорителей в необходимой зоне. 2. Определяется необходимое количество громкоговорителей с номинальными углами излучения подобранными таким образом, чтобы обеспечивать равномерное (± 3 дБ) звуковое давление на всей площади озвучиваемой территории. Данный анализ проще всего выполнить на компьютере с помощью AutoCAD или специализированной программы типа EASE . 3. Определяется максимальное удаление слушателей от громкоговорителей в зонах озвучивания. 4. Исходя из данных по фоновому шуму, определяется необходимый уровень давления, развиваемый акустическими системами на максимальном удалении слушателей. Соотношение сигнал/шум теоретически должно определяться Техническим Заданием. Практически это часто оставляется на усмотрение проектировщика. По нашему мнению нежелательно чтобы разница между сигналом и шумом была менее 8-10 дБА. 5. На основании полученных данных производится подбор громкоговорителей с такой комбинацией Lw и Q, которая бы удовлетворяла этим данным. При этом следует помнить, что мощность акустических систем должна обеспечивать не менее 10 дБ запаса по перегрузкам. 6. Расчет производится для стандартных центральных частот октавных полос в заданном частотном диапазоне. Для речевой системы этими частотами являются 500, 1000 и 2000 кГц. 7. После этого осуществляется подбор усилителей мощности и прочего оборудования, проектирование коммутационных линий, разрабатываются узлы крепления акустических систем и т.д. При проектировании такой системы следует принимать во внимание следующие факторы, способные существенно повлиять на конечный результат:
Потери сигнала в протяженных линиях. Не следует забывать, что потери сигнала в линиях неравномерны в частотном диапазоне. ВЧ составляющая страдает значительно больше от потерь, нежели НЧ. Предотвратить потери можно, разместив усилители мощности в непосредственной близости от акустических систем. При этом, однако, необходимо, чтобы усилители имели функцию дистанционного включения и мониторинга. Влияние температуры. Изменение температуры может приводить к изменению направления движения звуковых волн. При увеличении температуры звуковые волны "поднимаются", а при снижении - "опускаются" к поверхности земли. Поздние отражения. Звуковая волна, направленная на козырек трибуны, заднюю стену, расположенное неподалеку здание, пустой сектор, может вернуться в виде позднего отражения в ту или иную зону озвучивания. Данное явление может самым негативным образом сказываться на разборчивости речи и прозрачности воспроизведения музыки. Интерференция волн, излучаемых различными источниками. Данное явление может наблюдаться при несогласованной работе акустических систем в кластере. В условиях отсутствия полезных отражений (реверберации) данное явление может резко ухудшить звуковую картину на значительной части, озвучиваемой площади. Наличие заметной интерференции следует считать серьезной ошибкой. Для согласования акустических систем как внутри кластера, так и разнесенных в пространстве следует применять цифровые линии задержки или универсальные процессоры, в состав которых входят и эти устройства. При подборе оборудования следует не забывать о воздействии погодных условий на акустические системы, установленные под открытым небом. В настоящее время многие фирмы, производящие громкоговорители и акустические системы, выпускают изделия, подготовленные для работы под открытым небом в течение ряда лет. Естественно, что в данном аспекте акустические системы и рупора, изготовленные из пластика, углеволокна и т.д. имеют преимущество. Однако в силу других обстоятельств они не всегда могут быть применены на конкретном объекте. В этом случае необходимо предусматривать защиту деревянных корпусов от влияния осадков.
Проектирование систем звукоусиления для крытых спортивных сооружений особенно крупного размера представляет собой достаточно сложную инженерную задачу. Сложность, в первую очередь, связана с влиянием помещения на работу системы звукоусиления. Как правило, спортивные сооружения имеют значительный внутренний объем и большое количество хорошо отражающих звук поверхностей. Все это приводит к тому, что стандартное время реверберации в таких помещениях составляет 4-5 с, а иногда и гораздо больше. Вот почему вопрос разборчивости речи становится первоочередным для подобных сооружений. Поэтому порядок проектирования систем для крытых сооружений отличается от приведенного выше. 1. На основании имеющихся данных о времени реверберации, а также геометрии объекта по формуле Пьюца определяется минимальное допустимое значение фактора направленности для одного источника. При этом источник можно считать расположенным в центре арены.
|
