Проектирование систем профессионального звука в программе EASE

• Сложности проектирования систем профессионального звука
• Создание макета помещения в EASE
• Основные параметры оценки акустических свойств помещения
• Результаты акустического моделирования в EASE
• Пример акустического моделирования спортивного бассейна

Сложности проектирования систем профессионального звука

Обеспечение качественной и равномерной акустической картины при установке профессиональной системы звукоусиления зачастую становится чрезвычайно сложной задачей. Особенно это касается концертных залов и стадионов, где отчётливость и ясность воспроизводимых звуков является важнейшим условием успешного проведения музыкальных мероприятий.

Акустическая картина зала зависит от множества различных факторов: формы и размеров помещения, системы звукоусиления, материалов, использованных при строительстве зала, характера звучащей музыки или речи, заполненности зала слушателями. Для помещений различного назначения необходимо обеспечивать индивидуальные акустические условия, при этом принимая во внимание архитектурные особенности зданий, ограниченность в выборе места установки акустических систем, специфические особенности каждого помещения. Учёт всех этих факторов без специального компьютерного моделирования — задача практически невыполнимая. Тем более, без использования специализированных программ невозможно вычислить с достаточной точностью необходимые параметры.

Для моделирования акустической картины помещения разработано множество программных пакетов. Одним из самых удачных продуктов в этой сфере является программа EASE.

Создание макета помещения в EASE

Сначала в программе EASE создается архитектурная модель помещения, для каждой поверхности указывается отделочный материал. При этом выбору правильных материалов нужно уделить особое внимание, так как отражающие свойства каждой поверхности по своему влияют на реверберационную картину помещения, формируя ранние и поздние отражения.

На следующем этапе выбирается акустическая система для озвучивания помещения, находится её оптимальное расположение путём предварительных компьютерных расчётов. Главной задачей акустической системы является создание в зрительской зоне максимально равномерного звукового поля с достаточной громкостью.

При подготовке в программе EASE макета озвучивания, например, концертного зала наглядно отображается профессиональная акустика в соответствии с выбранным местом её расположения. На подвесе над сценой размещены 4 акустические системы CSQ-15K — по две колонки с каждой стороны. Ещё две CSQ-12K расположены непосредственно на сцене — для подзвучивания центра зрительской зоны с двух сторон.

После того, как макет полностью готов, проводится результирующее вычисление акустических свойств помещения. Это является главным результатом всего компьютерного моделирования в программе расчёта звука - EASE. Оно даёт исчерпывающее представление о звуковой картине зала, и, как следствие, о том, правильно ли подобрана акустическая система, правильно ли она расположена, необходима ли дополнительная акустическая обработка поверхностей зала.

Основные параметры оценки акустических свойств помещения

Основными параметрами, определяющими акустические свойства помещения, являются: время реверберации, уровень акустического давления прямого звука, уровень акустического давления общего звука, коэффициент разборчивости речи Rasti, коэффициент потери согласных Alcons, коэффициент музыкальной ясности С80 и коэффициент речевой ясности C50.

Время реверберации — параметр, определяющий скорость затухания основных и отражённых акустических колебаний в помещении. Фактически, это время, за которое отражённый звук ослабевает до определённого уровня относительно уровня прямого звука. Оптимальное время реверберации зависит от характера музыки или речи, звучащей в помещении, и определяется, в первую очередь, его назначением. Например, для отчётливого звучания речи необходимо, чтобы время реверберации имело достаточно малое значение. Вместе с тем, слишком короткое время реверберации может негативно отразиться на тембровой окраске и громкости звуков, и в случае громкой динамичной музыки — должно быть значительно больше. Время реверберации зависит, главным образом, от формы и размеров помещения, а также от поглощающих свойств его поверхностей. Также на него влияет заполненность зала слушателями и любые объекты, находящиеся в зале.

Уровень прямого звука — громкость источника звука без учёта реверберационной составляющей. Значение уровня прямого звука определяется только системой звукоусиления, которая должна обеспечить равномерное покрытие прямым звуком всей зрительской зоны. Покрытие прямым звуком считается приемлемым, если неравномерность его уровня не превышает 10 дБ в зрительской зоне.

Уровень общего звука — громкость источника звука с учётом реверберации помещения. Общий звук должен покрывать всю зрительскую зону без провалов. Громкость общего звука определяется, в первую очередь, прямым звуком, который усиливается реверберационной составляющей. При этом требования к неравномерности общего звука выше, чем к неравномерности прямого, и она не должна превышать 6 дБ.

Коэффициент разборчивости речи Rasti — быстрый индекс передачи речи. Является упрощённым вариантом индекса передачи речи (STI). Индекс вычисляется на основе семейства кривых частотно-контрастных характеристик и содержит информацию о характере искажения сигнала помещением. Разборчивость считается достаточной, если коэффициент превышает 0,6.

Коэффициент потери согласных Alcons — оценка потерь артикуляции согласных. Согласные сильнее влияют на разборчивость речи, чем гласные. Поэтому, если согласные звучат чётко, то и речь в целом понимается намного лучше. Коэффициент Alcons не должен превышать 10 % для приемлемой разборчивости речи.

Коэффициенты музыкальной (C80) и речевой ясности (C50) — определяют разборчивость отдельных звуков в общем музыкальном потоке. Эти параметры зависят не только от акустических характеристик помещения, так как отдельные воспроизводимые звуки могут быть подчеркнуты аппаратно, за счёт возможностей профессиональной системы звукоусиления. Тем не менее, оценка музыкальной и речевой ясности важна, так как не все музыкальные мероприятия проводятся с использованием специальных эффектов. Ярким примером этого служат камерные концерты.

Результаты акустического моделирования в EASE

На основе вычисленных акустических свойств помещения программа EASE позволяет сформировать графики времени реверберации как с учётом акустической обработки помещения, так и без неё.

Как видно из графиков, использование специальных акустических материалов способно значительно уменьшить время реверберации и нивелировать неравномерность его значений. Таким образом, помещение лишается излишней гулкости на низких частотах, повышается разборчивость речи и музыки. Вместе с тем, слишком малое значение времени реверберации негативно сказывается на объёмности звуков и пространственных характеристиках помещения. Поэтому важно понимать, какое звучание должно быть у каждого конкретного помещения, чтобы можно было найти необходимые компромиссы при его акустической обработке.

Основные результаты акустического расчёта концертного зала в программе EASE представляются в графическом виде.

Как видно из графиков, акустические параметры концертного зала, полученные в результате моделирования, удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Неравномерность уровней сигнала Direct SPL и Total SPL не превышают 9 и 5 дБ соответственно, коэффициент разборчивости речи Rasti имеет значения от 0,69 до 0,75, коэффициент потери согласных Alcons составляет 4—5 %, значения коэффициентов музыкальной (C80) и речевой ясности (С50) находятся в пределах 9...12 и 6...11 дБ соответственно. Для данных акустических параметров это отличные показатели.

Отличных результатов удалось добиться за счёт моделирования акустической обработки помещения, направленной на уменьшение нежелательных отражений. Однако важно помнить, что это, в свою очередь, влечёт за собой ухудшение неравномерности уровня звукового сигнала в помещении, негативно влияет на ощущение объёма, зачастую мешает адекватному восприятию пространственной картины зала. В связи с этим, акустическое оформление помещения — это всегда поиск компромисса, который осуществляется, в первую очередь, исходя из требований к акустике конкретного помещения.

Пример акустического моделирования спортивного бассейна

Одними из наиболее сложных объектов для профессионального озвучивания являются спортивные бассейны. Отражение звука от водной глади бассейна и от облицовочного кафеля сильно ухудшают акустические условия помещения. Вместе с тем, для проведения спортивных мероприятий требуется как исключительное качество звучащей музыки, так и высокая разборчивость и ясность речевых объявлений. Поэтому необходимо обратить особое внимание на акустическое оформление поверхностей, не покрытых кафелем, а так же на правильное размещение систем профессионального звукоусиления.

Пример демонстрирует расчёт озвучивания спортивного бассейна, в котором планируется проводить соревнования по синхронному плаванию.

Озвучивание водной глади бассейна обеспечивается 12-ю акустическими системами SQ-15K, подвешенными с обеих сторон от ванны бассейна. Озвучивание трибун также осуществляется моделями SQ-15K, подвешенными группами по три акустические системы над каждой из трибун.

Добиться приемлемой звуковой картины и уменьшить количество нежелательных поздних отражений удалось благодаря использованию звукопоглощающих потолочных материалов. Это позволило нивелировать отрицательное влияние отражений от водной глади и облицовочного кафеля на акустические условия в здании бассейна и в разы уменьшить излишне большое время реверберации помещения.

На представленных ниже графиках показаны результаты акустического моделирования спортивного бассейна в программе EASE.

Неравномерность уровней сигнала Direct SPL и Total SPL не превышает 10 и 5 дБ соответственно, коэффициент разборчивости речи Rasti имеет значения от 0,6 до 0,68, коэффициент потери согласных Alcons составляет 5—7 %, значения коэффициентов музыкальной (C80) и речевой ясности (С50) находятся в пределах 3...8 и -1...6 дБ соответственно. Как видно из графиков, акустические параметры спортивного бассейна, полученные в результате моделирования, удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям.

Таким образом, несмотря на достаточно высокую сложность, проектирование качественных систем профессионального звукоусиления для спортивных бассейнов является вполне выполнимой задачей при должном внимании к акустическим условиям помещения и грамотном расположении акустических систем.