EL Akustyka
Transkrypt
EL Akustyka
Akustyka Akustyka Wiedza o dźwięku W niniejszym rozdziale uzyskają Państwo podstawową wiedzę o elektroakustyce. Rozdział opisuje również sposób rozplanowania prostego systemu dźwiękowego. Ponadto, niektóre przedstawione informacje pomogą Państwu zrozumieć niektóre aspekty istniejących systemów dźwiękowych oraz elementy planowania systemu dźwiękowego. System zapisu w decybelach Pojęcie „decybel“ stosowane jest często w systemach komunikacyjnych. Zapis decybelowy powstał z myślą o dopasowaniu poziom sygnału audio do logarytmicznej percepcji ludzkiego ucha oraz do zmniejszenia szerokiego zakresu wartości fizycznych (ludzkie ucho posiada zakres dynamiczny wynoszący 1:3 milionów). Wartość decybelowa (dB) jest logarytmem współczynnika pomiędzy dwoma wartościami fizycznymi. Decybel to dziesiąta część Bela, nazwanego tak na cześć Aleksandra Grahama Bella. W przypadku obliczania poziomu ciśnienia akustycznego, napięć i prądu, wzór wygląda następująco: dB = 20 x logarytm10 (wartość 1/wartość 2) Dźwięk i częstotliwość Na dźwięk składają się fale rzadkie i gęste (wibracje) przekazywane za pomocą powietrza. Fale powietrza sprężającego i rozrzedzającego stymulują nasz zmysł akustyczny, co odczuwane jest jako dźwięk. fala dźwiękowa (dynamiczne ciśnienie atmosferyczne) p (ciśnienie atmosferyczne) t (czas) pojedynczy okres Rysunek nr 1: Wahania fal dźwiękowych (1) W dalszej części, „logarytm10” zastąpiony został samym skrótem „log”. Przykład: współczynnik napięcia obliczany jest jako: dB = 20 x log (U1/U2). Dla obliczania mocy, wzór wygląda następująco: dB = 10 x log (P1/P2) Garść wiadomości o akustyce (2) Wzory przedstawione w dalszej części rozdziału nie zawierają wartości 2. Oznacza to, że wartość 2 jest równa wartości 1 a jednostki miary dla obu wartości są identyczne. Wartość 2 może stanowić stały punkt odniesienia. Wówczas do skrótu „dB” dodawana jest określona litera, która wskazuje wartość referencyjną: Wartość referencyjna 1 µV 1 mV 0,775 Vt Decybel dBµV dBmV dBu (dBm) dBV 1V Częstotliwość to ilość okresów fal na sekundę. Jednostką okresów jest herc, w skrócie Hz. 1000 Hz przedstawiane jest również jako 1 kHz (kiloherc). W elektroakustyce słyszalny zakres częstotliwości wynosi od 16 Hz do 20 kHz. Poziom ciśnienia akustycznego (SPL) Poziom ciśnienia akustycznego to natężenie lub głośność fal dźwiękowych. Jego jednostką fizyczną jest Paskal [Pa]. W elektroakustyce przedstawiane jest to jako dB SPL, co odnosi się do progu słyszalności. Więcej informacji poświęconych SPL znajduje się w rozdziale poświęconym głośnikom. 20 µPa * dB SPL * 20 µPa (mikropaskale = 0,00002 Pa) to najniższy poziom ciśnienia akustycznego słyszalnego dla ludzkiego ucha przy 1 kHz. Poziom ten nazywany jest progiem słyszalności. Tabela nr 1: Wartości referencyjne decybeli Przetworniki dźwięku Przetworniki dźwięku to urządzenia, które przetwarzają fale dźwiękowe na sygnały elektryczne i odwrotnie. Mikrofony Obliczenia z użyciem decybeli Poniższa tabela pokazuje niektóre z powiązań pomiędzy obliczeniami a znaczeniem wartości fizycznych i decybeli: Fizyczne Mnożenie Dzielenie Decybel Dodawanie Odejmowanie <1 1 >1 ujemne ujemne 0 dodatnie niemożliwe Przetworniki mają kilka typów i zasad działania. Najczęściej spotykanymi typami są mikrofony dynamiczne i elektretowe (pojemnościowe). Mikrofony dynamiczne są wytrzymałe i mogą przetwarzać wysoki poziom ciśnienia akustycznego. Mikrofony elektretowe mają lepszą wydajność przy wysokich częstotliwościach, są tańsze od mikrofonów dynamicznych i wymagają zasilania fantomowego bądz z wbudowanej baterii. Mikrofony mają zróżnicowane charakterystyki zbiorcze. Główne z nich to wielokierunkowe (odbierają dźwięk z każdego kierunku) oraz jednokierunkowe (odbierają dźwięk przede wszystkim z przodu). Tabela nr 2: Zasady obliczeń z użyciem decybeli Mikrofony dla systemów PA Przykład 1: Wzmacniacz podbija sygnał wejściowy 1 mV (miliwolt) do sygnału wyjściowego 1000 mV. Wzmocnienie jest wówczas 1000-krotne (1000: 1) lub: 20 x log(1000) = +60 dB. Przykład 2: Tłumik redukuje napięcie do 1/10 wartości. Stosunek mocy wejściowej do wyjściowej wynosi: Wyjście/Wejście = 0,1 : 1 = 0,1. W decybelach wygląda to tak: 20 x log (0,1/1) = -20 dB. Przykład 3: Tłumik (przykład 2) podłączony został do wzmacniacza (przykład 1). Całkowite wzmocnienie wynosi: 1000 x 0,1 = 100, a w decybelach będzie to: 60 dB + (-20 dB) = 60 dB - 20 dB = 40 dB. Mikrofon przywoławczy Mikrofon przywoławczy to mikrofon połączony z przyciskiem do transmitowania mowy. Przycisk ten działa zwykle w tzw. trybie PTT (Press-To-Talk - Naciśnij, aby mówić). Po jego naciśnięciu można zacząć mówić. Po zwolnieniu przycisku przekaz mowy zostaje wstrzymany. Mikrofon przywoławczy mocowany jest zwykle na statywie łamanym lub innym mechanicznie przedłużanym statywie (biurkowym). Mikrofon zdalny Konstrukcja mikrofonu zdalnego jest podobna do budowy mikrofonu przywoławczego. Posiada on jednak kilka dodatkowych przycisków, które zdalnie sterują funkcjami systemu PA. W większości przypadków służą one do wyboru obszaru. AKUSTYKA Głośniki Głośniki przetwarzają elektryczne sygnały audio na fale dźwiękowe. Projektowane są do różnych zastosowań i dlatego charakteryzują się różną wydajnością. Niektóre cechy szczególne wyjaśnione zostały w kolejnym rozdziale. Typy głośników Głośniki pełnopasmowe Pełnopasmowy głośnik może odtworzyć szeroki zakres częstotliwości a przynajmniej główne pasmo z pełnego zakresu słyszalności. Głośnikiem pełnopasmowym nazywamy głośnik o charakterystyce częstotliwości od 250 do 8000 Hz, bądź wyższej. Głośniki wielodrożne W celu uzyskania dźwięku wysokiej jakości obejmującego szeroki zakres częstotliwości łączy się ze sobą dwa lub więcej zestawów głośnikowych, z których każdy odpowiada za określony zakres częstotliwości. Zależnie od ilości połączonych zakresów częstotliwości głośnik taki określa się jako dwudrożny, trójdrożny itd. Typy obudowy Zamknięty głośnik skrzynkowy jest łatwy w użyciu. Membrana płyty montażowej chroniona jest przed gwałtownymi ruchami dzięki przeciwciśnieniu powierza znajdującego się w obudowie. Głośniki typu Bass-Reflex mogą odtwarzać niskie częstotliwości lepiej niż zamknięte głośniki skrzynkowe. Zaleca się jednak użycie filtra górnoprze- pustowego (lub filtra low-cut) ustawionego na niższe częstotliwości w charakterystyce częstotliwości głośnika. Zapobiega to gwałtownym ruchom membrany głośnika przy bardzo niskich częstotliwościach, które mogłyby uszkodzić woofer. Niektóre głośniki, na przykład głośniki sufitowe, nie posiadają obudowy. Płyta montażowa głośnika ma za zadanie ograniczać ruchy membrany, co zapobiegnie uszkodzeniu głośników. Głośniki tubowe Głośnik tubowy składa się z drivera, który przetwarza sygnał audio na fale akustyczne oraz tuby, która wzmacnia i łączy fale dźwiękowe w wiązki. Głośniki tubowe charakteryzują się dużą wydajnością i mogą osiągać bardzo wysoki SPL. Systemy w układzie liniowym Systemy w układzie liniowym działają jako tzw. źródło liniowe. Spadek SPL następujący wraz z odległością jest mniejszy niż w przypadku głośników konwencjonalnych, dzięki czemu głośniki w układzie liniowym nadają się idealnie do objęcia szerokiego audytorium. Zapewniają one szeroki zasięg poziomy oraz bardzo niewielki zasięg pionowy. Można je skierować bezpośrednio na audytorium, przez co od ścian i sufitu odbije się jedynie niewielka ilość fal dźwiękowych. Sprawia to, że głośniki w układzie liniowym świetnie nadają się do przestrzeni z pogłosem. Kolejną zaletą głośników w układzie liniowym jest to, że nie wywołują one zakłóceń po połączeniu w kolumnę; innymi słowy jakość dźwięku nie ulega pogorszeniu. Wysokość położenia uszu Rysunek nr 2: Poziom zasięg grupy głośników w układzie liniowym Typy i zastosowania głośników Istnieje wiele różnych konstrukcji głośników, które powstały z myślą o różnych zastosowaniach. Przykłady zastosowań pokazano w poniższej tabeli: Typ głośników Zastosowanie Głośnik ścienny PA Ogólne, muzyka w tle, mowa Głośnik sufitowy PA Ogólne, muzyka w tle, mowa Projektor dźwiękowy PA Kierunkowe rozprzestrzenianie dźwięku, muzyka w tle i na pierwszym planie, mowa Głośnik wiszący PA Ogólne, projektowanie wnętrz, muzyka w tle, mowa Głośniki-lampy PA Niezakłócony dźwięk, muzyka w tle, mowa Głośniki o nowoczesnym wyglądzie Głośniki o atrakcyjnym wyglądzie, muzyka na pierwszym planie, mowa Głośnik tubowy (odbijający) Duże powierzchnie, środowiska o dużym hałasie, na zewnątrz, mowa Kolumna głośnikowa Szerokie poziome i wąskie pionowe rozprzestrzenianie dźwięku, przestrzenie z pogłosem, mowa Profesjonalne głośniki Wzmocnienie dźwięku wysokiej jakości, muzyka na pierwszym planie, mowa Profjesonalne głośniki wysokiej mocy Wzmocnienie dźwięku wysokiej jakości dla dużych obszarów, muzyka na pierwszym planie, mowa Głośniki w układzie liniowym Wzmocnienie dźwięku wysokiej jakości w przestrzeniach z pogłosem i dużych halach, grupy głośników nie powodujące zakłóceń, muzyka na pierwszym planie, mowa Subwoofer Wzmocnienie bardzo niskich częstotliwości (dyskoteki, teatry, kina, koncerty pop) Tabela 3 AKUSTYKA Specyfikacje techniczne? Nie pozwalamy Wam zostać w tyle! Specyfikacje głośników Impedancja Impedancja to rezystancja prądu zmiennego. Istnieją dwa typy systemów impedancji głośnikowej: głośniki o wysokiej i niskiej impedancji. Głośniki o niskiej impedancji posiadają impedancję wynoszącą 4, 8 lub 16 Ω. Wysoka impedancja głośników zależy od mocy wejściowej i może znajdować się w zakresie od 10 Ω do kilku tysięcy Ω. Głośniki o małym kącie pokrycia sprawdzają się w przestrzeniach z pogłosem Jeśli kąt pokrycia obejmuje jedynie audytorium a nie odbicia od ścian czy sufitu, wówczas odbicia i pogłos są niewielkie, co wpływa na lepszą czytelność dźwięku. Typowym głośnikiem dla przestrzeni z pogłosem jest głośnik kolumnowy. Zapewnia on szeroki zasięg poziom oraz bardzo niewielki zasięg pionowy. Widok z góry Charakterystyka częstotliwościowa audytorium Charakterystyka częstotliwościowa to zakres częstotliwości, który głośnik może odtworzyć. Można ją przedstawić za pomocą symbolu (np. 50 Hz - 20 kHz) lub na wykresie: Widok z boku audytorium Rysunek nr 5: Zasięg głośnika kolumnowego średnia Czułość głośnika Różne głośniki oferują różne poziomy ciśnienia akustycznego, zależnie od odlegości i mocy. Jest to właściwość konkretnego głośnika i nazywa się ją czułością (pn), wyrażaną w postaci ÅgSPL (1W, 1m) Åh. Mierzy się ją na osi głośnika (z przodu głośnika) w odległości 1m i przy mocy 1 wata. Jeśli nie zostało ustalone inaczej, średnią (a nie maksymalną) wartość SPL określa firma TOA (osiąganą tylko dla jednej częstotliwości). Jednostka zostanie zapisana jako: dB SPL (1W, 1m) lub dB/Wm Zakres częstotliwości Częstotliwość Podstawowa Rysunek nr 3: Charakterystyka częstotliwościowa głośnika Na wykresie widać, że SPL jest różny dla poszczególnych częstotliwości a zatem zapis charakterystyki częstotliwościowej pokaże zakres, w którym różnica wartości SPL nie przekracza 10 dB w stosunku do wartości średniej. Dla powyższego przykładu, zapis charakterystyki częstotliwości będzie wyglądał tak: 100 Hz - 20 kHz. Kierunkowość dźwięku i kąt pokrycia Głośniki o słabej kierunkowości rozpraszają dźwięk na dużej przestrzeni a głośniki o silnej kierunkowości ograniczają dźwięk do małego obszaru. Kierunkowość wskazuje poziom na jakim głośnik zdolny jest ograniczyć dźwięk. Kąt pokrycia, zwany także szerokością wiązki, rozumiany jest jako kąt pomiędzy punktami, gdzie SPL znajduje się 6 dB poniżej SPL osi głośnika. Różne głośniki oferują różne kąty pokrycia na płaszczyźnie pionowej i poziomej, dzięki czemu określony zostaje kąt pokrycia pionowego i poziomego. Większość głośników sufitowych i kilka innych rodzajów gwarantują symetryczny kąt pokrycia. Wówczas określony zostaje tylko jeden kąt pokrycia. Kąt pokrycia uzależniony jest od częstotliwości a informacje szczegółowe na ten temat przedstawia wykres. Jeśli określany jest jedynie kąt pokrycia, powinno określić się również częstotliwość (np. 100°, 4 kHz). Szerokość wiązki w funkcji częstotliwości Obliczenia z użyciem głośników SPL dla określonej mocy SPL głośnika (w odległości 1m) dla danej mocy w watach obliczana jest jako: (3) p = pn + 10 x log(P) [dB] p : poziom ciśnienia akustycznego [dB] pn : czułość głośnika [dB] P : moc (podawana do głośnika) [W] Tabela nr 4 poniżej pokazuje niektóre wartości „dB“ dla różnego poziomu mocy, które należy dodać do czułości głośnika. Jeśli w tabeli nie wykazano danego poziomu mocy, wówczas można ją uzyskać poprzez mnożenie/ dzielenie wartości mocy (patrz przykłady). Moc w watach [W] 1 2 5 6 10 15 20 30 50 100 Wzrost SPL [dB] 0 3 7 8 10 12 13 15 17 20 Tabela nr 4: Wzrost poziomu ciśnienia akustycznego dla różnych poziom podawanej mocy Przykład: Do głośnika o czułości 90 dB/Wm podawane jest zasilanie 60 W; -> SPL = 90 dB + 8 dB (6 watów*) + 10 dB (10 watów*) = 108 dB. [st.] * z tabeli nr 4 Szerokość wiązki 200 100 50 Poziomy kąt pokrycia 10 20 50 100 500 1k Częstotliwość 5k 10k Poz. Pion. 20k [Hz] Rysunek nr 4: (L): Płaszczyzna pozioma i pionowa; (r): Kąt pokrycia a częstotliwość AKUSTYKA Konstrukcja systemu dźwiękowego SPL dla określonej odległości Scentralizowany system dźwiękowy Poziom ciśnienia akustycznego dla głośników konwencjonalnych maleje wraz ze wzrostem odległości, ponieważ: W systemie scentralizowanym głośniki instalowane są w tym samym miejscu. Gdy dźwięk łączony jest ze zdarzeniem optycznym, wówczas dźwięk powinien dochodzić z kierunku zdarzenia. Dźwięk idący z innego kierunku niż zdarzenie wywołałby u odbiorcy irytację. Zdarzenie ma często miejsce z przodu pomieszczenia, gdzie niejednokrotnie znajduje się scena. W wielu wypadkach głośniki ustawiane są po prawej i lewej stronie miejsca, w którym odbywa się dane wydarzenie. Głośniki powinny być montowane na wysokości, aby w ich sąsiedztwie uzyskać niezbyt wysoki SPL. W przypadku pomieszczeń z głębią, głośniki można zamocować na ścianach lub suficie, w kierunku propagacji dźwięku. Dobrym rozwiązaniem jest wysłanie sygnału audio do głośników znajdujących się z tyłu, dzięki czemu wydarzenie będzie nadal słyszalne z miejsca jego odbywania. p = p0 - 20 x log (d) [dB SPL] (4) p : poziom ciśnienia akustycznego dla danej odległości p0 : SPL przy odległości 1 m d : odległość [m] Mówiąc inaczej: podwojenie odległości (x 2) powoduje, że poziom ciśnienia akustycznego zmniejsza się do jednej czwartej (1/4) lub o 6 dB. Związek pomiędzy niektórymi odległościami a zmniejszaniem się poziomu ciśnienia akustycznego jest następujący: Odległość [m] 1 2 3 4 5 10 20 50 100 Redukcja poziomu ciśnienia akustycznego [dB] 0 6 9.5 12 14 20 26 34 40 Obliczanie czasu opóźnienia: T = d/340 + 0,01s [s] (6) Tabela nr 5: Redukcja SPL wraz z odległością; odległość referencyjna: 1 m Przykład: Głośnik wytwarza SPL wynoszący 105 dB na odległość 1 m. Ile wyniesie SPL w odległości 5m? ‡ SPL = 105 dB - 14 dB (z tabeli nr 3) = 91 dB. T: czas opóźnienia [s] d: odległość między przednim głośnikiem a głośnikiem z opóźnieniem [m] SPL dla danej mocy i odległości 12 m Dla danego projektu, SPL musi zostać obliczone w oparciu o daną moc i odległość do głośnika(-ów). Połączone zostaną wówczas wzory SPL dla określonej mocy i SPL dla określonej odległości. SPL dla danej mocy i odległości można obliczyć jako: p = pn + 10 x log(P) - 20 x log (d) [dB SPL] Głośniki główne (5) p : poziom ciśnienia akustycznego [dB] pn : czułość głośnika [dB] d: odległość od głośnika P : moc (podawana do głośnika) [W] Przykład: Głośnik będzie stał w pokoju. Najdalsza odlegość do audytorium wyniesie 8 metrów. Czułość głośnika wyniesie 90 dB/Wm, a moc wejściowa 30 watów. Ile wyniesie SPL w najdalszym punkcie od głośnika? Czas opóźnienia T = 12/340 + 0,01 = 0,045s Głośniki pomocnicze (opóźniające) Rysunek nr 7: Przedni system dźwiękowy ze wspomagającymi (opóźniającymi) głośnikami System dźwiękowy zdecentralizowany 8m 8m Jeśli z dźwiękiem nie jest połączone żadne zdarzenie optyczne lub mamy do czynienia z niskimi sufitami np. w supermarkecie, wówczas przedni system dźwiękowy nie jest potrzebny. Lepszym rozwiązaniem jest system dźwięku zdecentralizowanego (rozproszonego), w którym głośniki umieszczane są W tam, gdzie będą przydatne. Sufitowe systemy emisji dźwięku Głośniki sufitowe powinny być rozmieszczone równo na danym obszarze tzn w tej samej odlegości od siebie. Dla skonstruowania takiego systemu ważna jest wymagana czytelność dźwięku. Zależy ona od: Rysunek nr 6: Przykładowa odległość głośnika Obliczenia: SPL = 90 dB SPL+ 10 x log(30) - 20 x log (8) = 90 dB + 15 dB - 18 dB = 87 dB SPL Zastosowanie tabeli 2 i 3: SPL = 90 dB SPL + 15 dB (tabela 2) - 12 dB (tabela 3) - 6 dB (tabela 3) = 87 dB SPL - wysokości sufitu - kąta pokrycia głośnika - celu użycia (jakości dźwięku) Im wyżej znajdzie się głośnik, tym większy obszar odsłuchu może pokryć (wysokość położenia uszu) - wynosi on w przybliżeniu 1,5 m nad podłożem. Aby uzyskać dobrą czytelność dźwięku, częstotliwość 6 kHz powinna być dobrze klarowna w każdym miejscu. Na poziomie 4 kHz uzyskuje się wystarczającą czytelność, ale pogorszeniu może ulec BGM (muzyka tła). AKUSTYKA Kąt pokrycia dobra czytelność wystarczająca czytelność Muzyka tła Standardowe głośniki sufitowe 60° 90° 120° Standardowe głośniki sufitowe TOA (seria PC600/PC-1800) 75° 100° 140° a kąt pokrycia h kąt pokrycia wysokość położenia uszu Głośniki sufitowe TOA o 150° dużej dyspersji (seria F) 180° 180° Rysunek nr 8: Graficzny opis instalacji głośników dla określonych kątów pokrycia Tabela nr 6: kąt pokrycia Odległość i minimalny SPL pomiędzy standardowym głośnikiem sufitowym TOA przy różnej czytelności i mocy wynoszącej 6 watów: Wysokość sufitu h [m] 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Dobra czytelność a [m] 2,30 3,10 3,80 4,60 5,40 6,10 6,90 min. SPL [dB] 92 90 88 86 85 84 83 Wystarczająca czytelność a [m] 3,60 4,80 6,00 7,20 8,30 9,50 10,70 min. SPL [dB] 90 88 86 84 83 82 81 Muzyka tła a [m] 8,20 11,00 13,70 16,50 19,20 22,00 24,70 79 78 Parking 76 min. SPL [dB] 85 W 82 81 75 Tabela nr 7: Odległość dla standardowych głośników sufitowych TOA dla różnego poziomu czytelności w systemie głośników sufitowych Systemy do przekazywania komunikatów Systemy PA zawsze działają w trybie mono. Stosuje się je do emisji jednego lub więcej sygnałów dźwiękowych w różnych strefach (obszarach transmisyjnych). Sygnały audio mogą pochodzić z muzyki tła (BGM), ręcznych lub automatycznych komunikatów (przywoływanie) lub prostych sygnałów (gong, sygnały alarmowe). Sygnały audio nie są zazwyczaj mieszane a do danej strefy lub stref wysyłany jest tylko jeden sygnał. W celu uniknięcia konfliktów stosuje się system sterowania priorytetami, gdy dwa lub więcej sygnałów audio będzie emitowanych do tych samych stref. Większość systemów PA działa w oparciu o linie głośników o wysokiej impedancji. System priorytetów Niektóre z emitowanych sygnałów są ważniejsze od innych. Sterowanie priorytetami pozwala na przypisywanie różnych poziom ważności do określonych źródeł audio. Przykład: Ostrzeżenie > wywoływanie > muzyka tła Jeśli kilka źródeł audio ma ten sam poziom priorytetu uaktywnia się kolejny rodzaj priorytetowości: – FIFO (pierwszy na wejściu, pierwszy na wyjściu) (obsługa priorytetów): Priorytet otrzyma pierwsze aktywowane źródło. – LIFO (ostatni na wejściu, pierwszy na wyjściu) (obsługa priorytetów): Priorytet otrzyma ostatnie aktywowane źródło. System priorytetów ma także znaczenie dla prawidłowej obsługi systemu PA. Działa on automatycznie i eliminuje konflikty poprzez nakładanie komunikatów na siebie. Głośniki w układzie liniowym o wysokiej impedancji (systemy 100-woltowe) Systemy o wysokiej impedancji doprowadzają do głośnika sygnał liniowy o napięciu 100 V (przy pełnej mocy sygnału audio), czasem 70 lub 50 V. System ten ma kilka zalet w porównaniu do systemów o niskiej impedancji i sprawia, że są one idealne dla typowych zastosowań PA. Cechy i zalety: -> z uwagi na niskie wartości płynącego prądu można stosować długie przewody m -> -> -> -> małe straty na linii wszystkie głośniki można łączyć równolegle Strefa sprzedaży prosta instalacja można włączać i wyłączać pojedyncze głośniki a kontrolki głośności można używać bezm wpływania na inne połączone linie głośnikowe -> różne typy głośników o różnej mocy w watach mogą być podłączane do tej samej linii głośników -> łatwe obliczanie wymaganego zasilania dla wzmacniacza mocy: m dodać do siebie moce głośników; łączna (nominalna) moc wystarczy głośników nie może przekraczać łącznej (nominalnej) mocy wyjściom m wej wzmacniacza mocy 6W 3W 0~6W 60W Rysunek nr 9: Na jednej linii o mocy 100 woltów mogą znajdować się różne obciążenia, przełączniki i kontrolki głośności Powyższy rysunek ilustruje opisywane powyżej zalety. Wymagana moc jest sumą wszystkich mocy w watach dla poszczególnych głośników: 6W + 3W + 6W + 60W = 75W Obliczanie mocy i impedancji Po rozplanowaniu i zainstalowaniu głośników w linii(-ach), należy je sprawdzić pod kątem przeciążeń na wzmacniaczu oraz przerw i zwarć. Można tego dokonać poprzez zmierzenie impedancji linii za pomocą miernika impedancji (np. TOA ZM-104). Poniższy wzór pokazuje związek między napięciem liniowym głośnika, mocą w watach a impedancją. Z = U2/P = 10,000/P (7) Z : impedancja [ohm] U : napięcie [wolty] P : moc [waty] Przykład: Głośniki o łącznej mocy 75 watów podłączone są do linii głośników. Jaką impedancję ma linia głośników? Z = 10000/75 = 133 Ω AKUSTYKA Rozplanowanie systemu Obliczanie efektywnego obszaru kabla Rozplanowanie systemu PA Linia głośników w systemach PA zaprojektowana jest tak, aby strata nie przekraczała 10%. Wymagany efektywny obszar przekroju poprzecznego kabla dla linii głośników znajduje się w poniższej tabeli: Sposób rozplanowania systemu PA zostanie opisany na poniższym przykładzie. Przykład: Supermarket Supermarket posiada następującą specyfikację: Minimaly efektywny obszar przekroju poprzecznego kabla w mm2 przy stracie 10% długości kabla Sufit Obszar Wymiary Typ Wysokość Szum Hałasy otoczenia wywołujące irytację zasilanie 50 m 100 m 200 m 300 m 500 m 750 m 1000 m 30 W 0,05 0,09 0,19 0,28 0,47 0,71 0,95 60 W 0,09 0,19 0,38 0,57 0,95 1,42 1,89 Dział sprzedaży 1120 m2 podwieszany 4m 55 dB SPL 80 dB SPL 120 W 0,19 0,38 0,76 1,13 1,89 2,84 3,78 Magazyn 260 m2 właściwy 5m 65 dB SPL 75 dB SPL 240 W 0,38 0,76 1,51 2,27 3,78 5,67 7,56 360 W 0,57 1,13 2,27 3,40 5,67 8,51 11,34 420 W 0,66 1,32 2,65 3,97 6,62 9,92 13,23 pomieszczenia pracownicze, biurowe 80 m2 podwieszany 4m 50 dB SPL 75 dB SPL Pokój techniczny 20 m2 właściwy 5m 85 dB SPL 85 dB SPL Parking 800 m2 - - 60 dB SPL 80 dB SPL Tabela nr 8: Efektywny obszar przekroju poprzecznego w odniesieniu do długości kabla i mocy Dla linii głośników stosowane są zazwyczaj kable z izolacją papierową (nieplecione). Izolacja powinna wytrzymać 500... 600 VDC. Tabela nr 9: Specyfikacje dla supermarketu Funkcje wymagane dla systemu PA: – Muzyka tła dla wybranych stref – każdy z obszarów stanowi strefę -> 5 stref – 1 mikrofon zdalny w biurze dyrektora – 3 mikrofony wywoławcze dla kasjerów – Funkcje awaryjne: alarm głosowy automatyczny i ręczny mikrofon awaryjny w pomieszczeniu socjalnym Wymiary supermarketu: Parking 10 m 40 m Magazyn 15 m Strefa sprzedaży 24 m 10 m 5m 6,4 m 4m pomieszcz. techniczne Biuro, pom. osobiste Pomieszczenie z elektryką System wykrywania pożaru System PA AKUSTYKA Bez dźwięku nie ma systemu Wybór głośników W wypadku sytuacji wyjątkowej system dźwiękowy musi zapewnić poziom ciśnienia akustycznego na min. poziomie 6dB powyżej poziomu paniki. Jego minimalna czytelność powinna być odpowiednia. Obliczenia dla poszczególnych stref Strefa/wybór głośnika Strefa sprzedaży Standardowe głośniki sufitowe TOA Magazyn Wymagane/ uzyskane dB SPL 80 + 6 = 86 / 86 75 + 6 = 81 2 głośniki tubowe SC-610M / 86 Biuro Standardowe głośniki sufitowe TOA 75 + 6 = 81 / 83 83 Pokój techniczny 1 głośnik tubowy SC-610M Strefa parkingowa 3 głośniki tubowe SC-610M 81 85 + 6 = 91 / 94 dB 80 + 6 = 86 / 89 dB Obliczenia Wymagana moc głośnika Wykorzystując tabelę nr 4, przy przyzwoitej czytelności, wysokości sufitu 4 m i minimalnym SPL = 86 dB -> odległość między głośnikami: 6 m (kolor szary w tabeli) 32 x 6 watów = 192 waty Przy równomiernym rozłożeniu głośników 1120 m2 / 36 m2 = 31,1 -> 32 wymagane głośniki sufitowe Instalacja: na wysokości 5 m od środka długiej ściany zewnętrznej, każdy głośnik zwrócony 2 x 1 wat = w przeciwległy róg 2 waty -> maksymalna odległość: sqrt (122+102+3,52) = 16 m. Wzór (5) dla 16 m i 10 wat: 110 dB + 10 x log(10) - 20 x log(16) = (110 + 10 – 24) dB = 96 dB. 96 dB to znacznie więcej niż 81 dB -> głośniki należy ustawić na 1 wat, -> tabela nr 2: (96 – 10) dB SPL = 86 dB SPL Jeden głośnik sufitowy na jedno pomieszczenie. Duże pomieszczenia: wymiary najdłuższego pomieszczenia wynoszą około 6 m i podobnie jak dla rozmieszczenia głośników w strefie sprzedaży wysokość jest ta sama. Wymagany SPL: 5 dB mniej niż dla strefy sprzedaży, tzn. że można zmniejszyć moc głośników. Podczepianie kolejnego głośnika: 3 waty (1/2 mocy := -3 dB, patrz tabela nr 2) -> (86 – 3) dB = 83 dB 3 x 3 waty Małe pomieszczenia: połowa długości dużych pomieszczeń, tabela nr 3 -> SPL zwiększony = 9 watów o 6 dB, można wyrównać go o -6 dB, tabela nr 2: ćwierć mocy dla dużych pomieszczeń -> 3 waty/4 = 0,75 wata -> podczepianie głośnika: 0,8 wata Podłoga: Mniej niż podwójna długość dużego pomieszczenia, tabela nr 3 -> mniej niż 6 dB SPL (4-5 dB), można wyrównać go o 3 dB mocy (SPL już jest o 2 dB wyższe od wymaganego), tabela 2: podwójna moc dla dużych pomieszczeń -> 2 x 3 waty = 6 watów 1x 0,8 wata 1x 6 watów Instalacja w pobliżu sufitu pomieszczenia -> maksymalna odległość do wysokości poziomu uszu wynosi około 6m (szacunkowo). Obliczenia podobne jak te dla magazynu, wzór (5) z 20m i 10 watami: 110 dB + 10 x log(10) - 20 x log(6) = (110 + 10 – 16) dB = 104 dB to znacznie więcej niż 91 dB -> ustawienia głośników na 1 wat -> tabela nr 2: (104 – 10) dB SPL = 94 dB SPL 1x 1 wat 2 głośniki zainstalowane na długiej ścianie i 1 na mniejszej ścianie na wysokości 5m. Najdłuższa odległość po prawej stronie: d = sqrt(152 + 122 + 52) około 20m. Wzór 5 dla 20m i 10 wat: 110 dB + 10 x log(10) - 20 x log(20) = 110 dB + 10 dB - 26 dB = 94 dB. Daje to 8 dB więcej niż wymagane -> niższy pobór: 3 waty, redukcja SPL o 5 dB (wzór nr 3: 10x log(10/3)). 3x 3 waty = 9 watów Łączna wymagana moc głośnika: 219,8 wata Wybór systemu wzmacniaczy Wymagane funkcje można osiągnąć dzięki systemowi VM-2000. System zarządzania VM-2240 (240 watów) zapewnia głośnikom wystarczającą moc (219,8 wata). AKUSTYKA Mikrofony i wzmacniacze Mikrofony Okablowanie mikrofonów przewód ekranowany do łączenia wyjścia niesymetrycznego. Wyjście mikrofonu jest dość słabe. Ważne jest zatem, aby stosować przewód ekranowany, i wyeliminować szumy liniowe. Ekranowane przewody o niskiej impedancji dla mikrofonów są powszechnie dostępne. Kabel ekranowany jest stosowany do przekazywania sygnałów audio z mikrofonów (-70 dB/0,3 mV) lub sprzętu źródłowego (0 dB/ 1V). (a) Łącze symetryczne Mikrofon Sygnał (GORĄCY) Przewód ekranowany MIN lub (rdzeń pojedynczy) uziemienie Niesymetryczna wtyczka mikrofonowa ZIMNY ZIMNY Wzmacniacz (b) Łącze niesymetryczne Mikrofon (UZIEM.) Przewód mikrofonowy (jednożyłowy, ekranowany) GORĄCY GORĄCY ZIMNY (UZIEM.) ZIMNY (UZIEM.) Wzmacniacz Niesymetryczne wejście na wzmacniacz (ZIMNY) Przewód ekranowany MIN lub (rdzeń podwójny) uziemienie GORĄCY (UZIEM.) Połączenie z korpusem mikrofonu Typ symetryczny i niesymetryczny (GORĄCY) Przewód mikrofonowy (dwużyłowy, ekranowany) GORĄCY Sygnał (ZIMNY) Sygnał (GORĄCY) (GORĄCY) Symetryczne wejście na wzmacniacz Symetryczna wtyczka mikrofonowea Typ symetryczny i niesymetryczny Istnieją dwa rodzaje wyjść mikrofonowych: symetryczny i niesymetryczny. Na wyjściu symetrycznym sygnał audio pojawia się między sygnałem gorącym (stały sygnał audio) a zimnym (powracający sygnał audio), które są uziemione oddzielnie. Na wyjściu niesymetrycznym sygnał audio pojawia się między sygnałem gorącym a uziemieniem (podłączonym do sygnału zimnego). Połączenie między symetrycznym wyjściem i wejściem (po stronie wzmacniacza) nie podlega wpływowi zewnętrznych szumów liniowych i wykorzystywane jest do instalacji okablowania między dużymi odległościami. Dwużyłowy przewód ekranowany stosowany jest do łączenia wyjścia symetrycznego,a jednożyłowy Długość przedłużenia dla przewodów mikrofonowych Poniższa tabela przedstawia maksymalne długości przedłużenia przewodów mikrofonowych. Jeśli długości przekroczą podane wartości, wówczas nadmierne szumy sprawią, że mikrofon stanie się nieprzydatny i konieczne będzie użycie przedwzmacniacza mikrofonowego do wzmocnienia poziomu sygnału i zminimalizowania efektu szumów. Wyjście mikrofonowe Wejście wzmacniacza Niesymetryczne Symetryczne Symetryczne Niesymetryczne Niesymetryczne Symetryczne Długość przedłużenia przewodu mikrofonu 20 m 20 m 100 m Wzmacniacze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