-_rcf_28.11.17___23.11_12.00

1.

Живой звук – основные принципы
Lucio Boiardi Serri
Инженер компании RCF

2.

Темы семинара
Свойства звука
Измерения с использованием
Smaart Live
Принцип линейного массива
Моделирование настроек сабвуферов
Конфигурации сабвуферов
Моделирование выравнивания
по времени
Системный дизайн
Системная демонстрация

3.

Состояние звука
НОСИТЕЛЬ
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ
• Физический
Воздух
Звукоизоляция
• Аналоговый
Кабель
Аналоговые устройства
• Цифровой
Цифровой кабель
УПРАВЛЕНИЕ
Цифровая
звуковая станция

4.

Свойства звуковых волн
Амплитуда (дБ) – это
разница между
максимальным и
минимальным давлением:
определяет громкость
Частота (Гц) – это скорость, с
Длина волны (м) – это физическая дистанция между двумя
максимумами (или минимумами) звуковой волны: зависит от
скорости звука в среде и от частоты
которой происходят изменения
давления: определяет высоту
тона и тембр звука

5.

Скорость (м/с) – скорость
движения звуковой волны. Она
меняется в разных средах и также
зависит от температуры
В других материалах скорость
звука может весьма существенно
различаться
Температура (C)
Скорость в
воздушной среде
(м/с)
0
331.4
5
334.5
10
337.5
15
340.4
20
343.4
25
346.3
30
349.2
35
352.1
40
354.9

6.

Формулы

7.

Вычисления
ВЫЧИСЛЕНИЯ
Входящие данные
Wave Length
Время
Частота
10
50
Входящие данные
END-FIRE
Длина волны Расстояние между субами
4
Выходные данные
1,72
Выходные данные
END-FIRE
Время (мс)
10,00
20,00
11,63
5,00
Частота (Гц)
100
50
86
50
Длина волны (м)
3,44
6,88
4,00
1/2 длины волны (м)
1,72
3,44
2,00
1/4 длины волны (м)
0,86
1,72
1,00

8. Фаза

Полный оборот звуковой волны непрерывен,
не имеет обозначенного начала или конца и может начаться в
любом месте цикла.
Необходимо найти среднее значение для выражения нашего
местоположения на окружности.
Фаза обозначает конкретную точку в цикле волны, измеренную
как угол в градусах.

9. Критерии суммирования

Длина волны и фаза – важнейшие параметры
в акустическом суммировании
Волна 1
Волна 2
Сумма

10.

1 ms
ƒ = 250 Hz
²ø = 90°
Фазовый сдвиг в
зависимости от
частоты:
групповая задержка
= 1 мс
O ms
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
ƒ = 333 Hz
²ø = 120°
O ms
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
ƒ = 500 Hz
²ø = 180°
O ms
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
ƒ = 666 Hz
²ø = 240°
O ms
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
ƒ = 1000 Hz
²ø = 360°
O ms
1 ms
2 ms
3 ms
4 ms
ƒ = 2000 Hz
²ø = 720°

11.

Фаза
Низкий уровень отклонений в градусах в диапазоне передачи
Минимум отклонений
Отклонения в амплитуде
Максимальное качество
Отклонения в фазовой
характеристике
Фильтры: EQ – Shelf – Low and High Pass

12.

Пример противофазы

13.

Необходимость звукоусиления
Системы звукоусиления производят звукоусиление живых источников в
реальном времени
(прокат, живая музыка, церкви, театры, конференции, спортивные
мероприятия…)

14.

Целью систем звукоусиления является усиление звука источников и обеспечение
ожидаемого уровня прослушивания
Звукопередача оценивается тем, насколько
достоверным является приходящий из систем
звукоусиления звук по сравнению с исходным
источником
Система звукоусиления обязана обеспечить
одинаковое качество воспроизведения для всех
слушателей

15. Пример противофазы

ЦЕЛИ
Равномерное звучание
Равномерное звуковое давление
Равномерная частотная
характеристика

16.

Наиболее уязвимое звено в цепи звукоусиления –
передача звука от громкоговорителя к слушателю
Главные враги – копии оригинального сигнала
(отражения; звуковые волны от других громкоговорителей)
«Стоячие волны» в закрытых помещениях

17.

Распространение звука в свободном пространстве
ПРИМЕЧАНИЕ:
Усиление на 1 дБ еле слышимо
Усиление на 3 дБ различимо в
большинстве случаев
10 дБ определяется в 2 раза
громче
Если слушатель отдаляется от источника, воспринимаемый
уровень звука уменьшается
• Это следует из закона обратных квадратов для
точечных источников: постоянное количество
энергии, производимой динамиком,
распространяется на увеличивающуюся площадь,
пока мы отдаляемся от источника излучения, поэтому
интенсивность звука, который мы слышим
(энергия/поверхность), снижается
• На практике выражается в снижении относительной
интенсивности звука на 6 дБ при каждом удвоении
расстояния
• Справедливо для всех частот
20

18. ЦЕЛИ

Дополнительная аттенюация в соответствии
с влиянием окружающей среды
При относительной влажности 50%
Кривые поглощения частот
на дистанции 30 м снижение
звукового давления будет:
• 0,5 дБ на 2 кГц
• 1 дБ на 4 кГц
• 2 дБ на 6 кГц
• 3 дБ на 8 кГц
• 4 дБ на 10 кГц
• 10 дБ на 16 кГц
ЭТУ АТТЕНЮАЦИЮ СЛЕДУЕТ
ДОБАВИТЬ К ЗАКОНУ ОБРАТНЫХ
КВАДРАТОВ

19.

Суммирование источников
Этот общий принцип гласит,
что для достижения когерентной связи
преобразователи должны иметь
возможность воспроизводить только те
длины волн, которые являются бОльшими
по сравнению с расстоянием между
динамиками

20.

Суммирование источников
По оси обе звуковые волны будут прибывать одновременно в положение
прослушивания, они будут сложены по фазе, что обеспечит увеличение SPL на 3
дБ (по сравнению с SPL от одного источника)

21. Кривые поглощения частот

Суммирование источников
На 15º от оси возникает разница в расстояниях. В нашем примере, когда расстояние между динамиками =
27 см, разница в расстояниях составит δ = 6,98 см
Эта разница в расстояниях станет результатом фазового сдвига на 46,6º на примере частоты 630 Гц.
Полученное SPL будет на 2,3 дБ выше, чем из одного источника

22.

Суммирование источников
Пример с волнами в точной противофазе или,
другими словами, сдвиг фаз между ними
составляет 180º
Это, как видно, приведет к полному вычитанию, по
причине разности фаз в 180º и поскольку уровни
обоих источников на этой позиции одинаковы

23.

Суммирование/вычитание звука
Откуда берётся рассечение
диаграммы направленности
(лепестки)?
Сложение и фаза
1+1=2….
ТОЛЬКО
НЕ
С ВОЛНАМИ
• Свойства суммирования/вычитания звука
являются одним из самых важных предметов
изучения для разработчика звуковых систем.
• Этот механизм определяет результат в каждом
месте, где звук складывается: каждое
электросуммирующее соединение, каждое
акустическое взаимодействие между
элементами громкоговорителя и каждое
взаимодействие с отражениями в помещении

24.

Вывод
Чтобы
избежать вторичных лепестков в диаграмме направленности, приводящих к
неравномерности SPL, применяется ограничение полосы частот, воспроизводимых
каждым преобразователем до величины, при которой расстояние между акустическими
системами d равно или меньше половины длины волны.

25.

Выбор и размещение громкоговорителей
Точечные источники, 2 или 3-полосные, – всегда хорошее решение в озвучивании
небольшого закрытого помещения (15 – 20 м максимум)
Причины:
- «закон обратных квадратов»;
- различная аттенюация частот из-за влияния температуры и влажности;
- направленность.
Если необходимо покрыть площади, гораздо большие по дальности, следует рассмотреть
другой подход

26. Откуда берётся рассечение диаграммы направленности (лепестки)? Сложение и фаза

Использование линейного массива
для преодоления проблем
• Покрытие
• Направленность
• АЧХ

27.

Принципы линейных массивов
Линейный массив представляет собой
группу громкоговорителей, выстроенных
в прямую линию, близко расположенных
и действующих в фазе и
с одинаковой амплитудой
Громкоговорители воспроизводят только те частоты, на которых диаграмма
направленности каждого отдельного компонента громкоговорителя является
всенаправленной

28.

Принципы линейных массивов
Группа точечных источников,
расположенных один над другим:
неоптимизированное положение, рупор
и волновод будут производить
некогерентное суммирование
источников
Элементы линейного массива предназначены
для работы один над другим:
оптимизированное положение, рупор и
волновод будут обеспечивать когерентный
фронт волны источников в пределах зоны
покрытия

29.

Суммирование элементов линейного массива
Этот общий принцип гласит,
что для достижения когерентной связи
преобразователи должны иметь
возможность воспроизводить только те
длины волн, которые являются
большими по сравнению с
расстоянием между динамиками

30.

Распространение звука в свободном пространстве
При отдалении от источника звука,
воспринимаемый уровень звука
уменьшается
Это известно как стандартный закон обратных квадратов для точечных
источников.
На практике выражается в снижении относительной интенсивности звука
на 6 дБ при каждом удвоении расстояния.

31.

Звуковое давление, мощность и расстояние
При удвоении расстояния SPL падает на 6 дБ,
при удвоении мощности в 2 раза – увеличивается только на 3 дБ

32.

Падение звукового давления
в зависимости от расстояния
С увеличением расстояния звуковое
давление в линейном массиве падает
медленнее,
что приводит к более равномерному
покрытию.
Ближнее поле
Дальнее поле
Интенсивность ~ 1/r
(падение SPL на 3 дБ при
удвоении расстояния)
Интенсивность ~ 1/r^2
(падение SPL на 6 дБ при
удвоении расстояния)
40

33.

Длина массива
Частота (Гц)
Дальняя точка в линейном массиве
41

34.

Широкая направленность на низких частотах
Рассмотрим,
что происходит
на НЧ и ВЧ
в линейном массиве
Узкая направленность на высоких частотах
С повышением частоты
возрастает
её направленность

35.

Широкая направленность на низких частотах
Низкие частоты покрывают широкую зону
Только верхний
динамик
Только
средний
динамик
Только нижний
динамик
Массив из 8 элементов на 100 Гц

36.

АЧХ vs. количество громкоговорителей
•Высокие частоты не показывают увеличение относительного уровня
•Низкие частоты показывают увеличение относительного уровня
Разница в АЧХ при использовании 1-2-4-8 модулей в линейном массиве

37.

НЧ-коррекция

38.

Узкая направленность на высоких частотах
Высокие частоты покрывают широкую зону
Только верхний
динамик
Только
средний
динамик
Только нижний
динамик
Массив из 8 элементов на 10 кГц

39.

Влияние условий окружающей среды
8 модулей линейного массива на 16 кГц. Без учёта влияния окружающей среды

40.

Влияние условий окружающей среды
8 модулей линейного массива на 16 кГц. Температура 20°
, отн. влажность 50%

41.

Влияние условий окружающей среды
8 модулей линейного массива на 1 кГц. Без учёта влияния окружающей среды

42.

Влияние условий окружающей среды
8 модулей линейного массива на 1 кГц. Температура 20°
, отн. влажность 50%

43.

На больших дистанциях – сильнее затухание на высоких частотах
Красная кривая – на 16 м:
Температура 20°
, отн. влажность 50%
Красная кривая – на 34 м:
Температура 20°
, отн. влажность 50%
Красная кривая – на 61 м:
Температура 20°
, отн. влажность 50%

44. АЧХ vs. количество громкоговорителей

Оптимизация массива
Чтобы оптимизировать и эквализировать массив, используются
разные стратегии для высоких частот («дальнее поле» и «ближнее
поле»)
Стратегии ВЧ-эквализации
Для дальнего поля абсорбция воздуха играет решающую роль.
Чем больше расстояние, тем сильнее затухание на ВЧ. В этой зоне
высокие частоты, как правило, требуют коррекции, чтобы
компенсировать потерянную с расстоянием энергию.
Необходимая
коррекция
обычно
пропорциональна
расстоянию и высокочастотному поглощению воздуха. В ближнем
и среднем поле абсорбция воздуха не так критична; в этой зоне
высокие частоты требуют малой корректировки или не требуют её
вовсе.

45. НЧ-коррекция

ВЧ-коррекция

46.

ВЧ и НЧ-коррекция
Компенсация падения ВЧ в зависимости от температуры и влажности
Пресеты для RCF HDL 30 и RCF HDL 50

47. Влияние условий окружающей среды

Типы линейных массивов с механической точки зрения
“J”-массив
J-массив состоит из прямого и криволинейного сегментов.
Как правило, прямой сегмент находится выше криволинейного и
предназначен для обеспечения покрытия дальних зон.
Криволинейный сегмент предназначен для обеспечения покрытия ближней
зоны под и перед массивом.
Вместе эти сегменты обеспечивают ассиметричное покрытие в
вертикальной плоскости.
55

48. Влияние условий окружающей среды

Типы линейных массивов с механической точки зрения
SPIRAL-массив
Как и J-образный массив, spiral-массив обеспечивает ассиметричное
покрытие в вертикальной плоскости
Однако, в отличие от J-массива, он представляет из себя непрерывную
кривую, а не два отдельных сегмента
Кривизна увеличивается с расстоянием вдоль кривой. Верхняя часть
получается почти прямой, а нижняя – изогнутой
Существует много видов spiral array, обеспечивающих разную степень
кривизны
56

49. Влияние условий окружающей среды

Установка и настройка системы
Оптимизация системы начинается
с её правильного моделирования
Угловое разделение (углы наклона)
Перемещение – поиск лучшей точки
Знание программы (стиля музыки)
Требования продюссеров
Ограничения

50. Влияние условий окружающей среды

Количество модулей
РАСЧЁТ СИСТЕМЫ
ЛИНЕЙНОГО МАССИВА
RCF
Расстояние
Количество модулей –
от 4 до 16
Введите глубину площади, которую
необходимо покрыть (от 20 до 100 м)

51. На больших дистанциях – сильнее затухание на высоких частотах

Некорректная установка линейного массива
НАИБОЛЕЕ ЧАСТЫЕ
ОШИБКИ:
Один и тот же угол
для всех кабинетов
Использование
максимального
угла наклона

52.

Улучшенная схема установки линейного массива
Правила,
которые необходимо учитывать:
4 ВЧ-излучателя на этой площади
4 ВЧ-излучателя на этой площади
Большее расстояние
покрывается минимальным
углом наклона
Больший угол наклона –
меньшее расстояние покрытия
Постепенное увеличение угла
между кабинетами
Недопустимо уменьшать угол
наклона

53. ВЧ-коррекция

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС
Регулировка и настройка
Выбор типа
динамиков
Создание модели
Проверка и точная настройка
Акустическое моделирование – НЧ секция

54.

RCF Shape Designer –
ПО для моделирования линейного массива

55.

EASE FOCUS 3 – ПРОГРАММА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

56.

ТИПЫ ПОДСИСТЕМ
Sidefill –
Горизонтальное радиальное расширение основной системы.
Infill –
Горизонтальное радиальное расширение основной системы
по направлению к центру. На ограниченных участках
Downfill – Вертикальное радиальное расширение основной системы
На ограниченных участках
Frontfill – Вертикальное радиальное расширение основной системы –
для мест, расположенных очень близко к сцене
Delay –
Линии задержки основной системы для дальнего поля

57.

FrontFill
Там, где это возможно, системы FrontFill
должны быть физически расположены рядом с
сабвуферами, чтобы обеспечить передним
рядам аудитории среднюю / высокую точность
передачи информации.

58.

Delay
Системы задержки должны
быть сфокусированы,
обеспечивая перекрытие на
10-20 метров зоны охвата
основной системы, чтобы
оптимизировать переход
между основной системой и
задержкой.

59.

Регулировка подсистем по задержкам

60.

Измерения и оценка
Зачем измерять?
• для количественной оценки того,
что может быть услышано
• чтобы получить объективные данные
• Чтобы проверить работоспособность системы
• Чтобы выявить способы улучшения покрытия с минимальным изменением .
• Узнать больше о физике звука

61.

F F T (Быстрое преобразование Фурье)
Сложные сигналы (такие как речь или
музыка) могут быть воссозданы или
разбиты
на
синусоидальные
составляющие, различные по амплитуде,
частоте и фазе.

62.

Временная область
Анализ синусоидальных
составляющих
Частотная область

63.

Виды измерений: одноканальное
До сих пор мы описывали скорее “пассивные” измерения, что означает, что мы
не использовали другие “известные” сигналы, кроме генерируемых системой
Компьютер +
ПО
Цифро-аналоговый
преобразователь
Усилитель
Динамик
Мы можем послать в систему ряд известных сигналов (например, розовый шум)
с целью получения материала для изучения звука
Одноканальное измерение полезно только для оценки интенсивностей.
Звуковая
волна

64.

Виды измерений: двухканальное
ДВУХКАНАЛЬНОЕ: теперь посмотрим на
измерения с использованием двух каналов.
Один канал будет каналом сигнала, второй
канал будет называться опорным
Настройка с внешним опорным сигналом
С внешним опорным сигналом используется
второй физический вход для получения
опорного сигнала. Это может быть
электрический сигнал, например, от консоли
(FOH)

65.

66.

Передаточная функция
System
Input Signal
Output Signal
Measurement
Channel
Transfer
Function
Reference
Channel

67.

Передаточная функция - 2
System
Input Signal
Output Signal
Measurement
Channel
Transfer
Function
Reference
Channel

68.

Передаточная функция - 3
Гребенка является симптомом проблемы.
Причина вычитаний четко идентифицируется в представлении временной области
отклика системы, как очевидное наличие в импульсном отклике вторичного сигнала,
вызванного заметным отражением.
Отражения – это копии прямого звука, которые поступают позднее во времени,
после отражения от некоторой поверхности.
Смешивание двух копий одного и того же сигнала со смещением по времени между
ними приводит к результату, схожему с применением гребенчатого фильтра, который
мы можем видеть в частотной области.

69. F F T (Быстрое преобразование Фурье)

2-канальная коммутация
Захват исходного сигнала
Петля ОС
Захват результирующего
сигнала
Работа с передаточной
функцией

70.

Инструменты для акустических измерений
Измерительные
микрофоны
всенаправленные
–
ПО – REW – SIA SMAART – EASE SYSTUNE
конденсаторные

71. Виды измерений: одноканальное

Инструменты для акустических измерений – 2

72. Виды измерений: двухканальное

Варианты конфигураций сабвуферов
- Левый & Правый
- Массив
- «Арка»
- «EndFire»
- «Gradient» (BeBo)

73.

Левый и правый
Единственная область, которая остается свободной от явлений выпадения на всех
частотах, находится в середине (центре) сцены. Вдоль этой линии басы четкие и
точные и с постоянной частотной характеристикой.
Но это не дает инженеру на позиции FOH правильное представление о том, что
слышит остальная аудитория.

74. Передаточная функция

Лево & Право 50 Гц – 1/3 окт.

75. Передаточная функция - 2

Лево & Право 80 Гц – 1/3 окт.

76. Передаточная функция - 3

Широкополосный массив
Сабвуферы установлены в линию и ДОЛЖНЫ находиться на одинаковом
расстоянии друг от друга. Это типичная структура, наиболее
распространенная в применении.
Меньше источников – Направленность шире
Больше источников – Направленность уже

77. 2-канальная коммутация

Широкополосный массив
- подвес
Широкополосный массив –
расположение на земле

78. Инструменты для акустических измерений

НЧ – массив «арка» - формирование направленности
Формирование направленности является методом, посредством которого
звуковая волна, излучаемая массивом сабвуферов, может быть направлена, а
также отредактирована ее форма.
Громкоговорители управляются отдельно (или небольшими группами), и
каждый сигнал имеет независимую задержку.

79. Инструменты для акустических измерений – 2

Линейное расположение НЧ-секции

80.

Диаграмма направленности в режиме «Арка»

81.

Увеличение давления по фронту: «END-FIRE»
Целью этой
конфигурации
является
достижение
максимального
сложения у
фронтальной
части
89

82.

Рассмотрим возможность оптимизации системы для
работы в диапазоне 30 - 90 Гц, чтобы иметь
максимальные результаты (вычитания) на 50 Гц
Частоте 50 Гц соответствует длина волны
6,88 м, таким образом,
¼ длины волны = 1,72 м, что
выражается во временной величине 5 мс
(при скорости звука, принятой за 344 м/с)

83.

«End-Fire» 30 Гц 1/3 окт.

84.

«End-Fire» 40 Гц 1/3 окт.

85.

«End-Fire» 50 Гц 1/3 окт.

86.

«End-Fire» 63 Гц 1/3 окт.

87.

Уменьшение давления сзади: градиент / кардиоида
Целью этой конфигурации
является достижение
максимального подавления
в зоне за сабвуферами в
широком диапазоне
рабочих частот.
95

88.

Уменьшение давления сзади: градиент / кардиоида
Как вычитание, так и сложение,
происходит во всем рабочем
диапазоне, при потере 1,5 дБ SPL
96

89.

«End-Fire» 30 Гц 1/3 окт.

90.

«End-Fire» 40 Гц 1/3 окт.

91.

«End-Fire» 50 Гц 1/3 окт.

92.

«End-Fire» 63 Гц 1/3 окт.

93.

«End-Fire» vs. «Gradient»
Gradie
nt
EndFire
30 Гц
40 Гц
50 Гц
63 Гц

94.

«End-Fire». Массив 9+9 субов 9006-AS

95.

Реализация «Арки» в технике «End Fire»
9+9 субов 9006-AS

96.

Моделирование градиентного массива –
9+9 субов 9006-AS

97.

Моделирование градиентного массива «Арка» - 9+9
Саб. 9006-AS

98.

Конфигурирование кардиоидного кластера
Фронтальные сабвуферы работают без какихлибо дополнительных фильтров и задержки.
На кабинете, излучающем назад, работающем от отдельного
канала усиления, должна быть установлена задержка 5 мс и
инвертирована полярность.
Все остальные параметры каналов усилителя должны быть
настроены одинаково, в том числе “crossover add” (если
используется).
Если НЧ-массив установлен непосредственно на поверхности
(«ground stack»), которая отражает низкие частоты, симметрия
достигается путем разворота нижнего кабинета в стеке, как
показано на картинке.

99.

Конфигурирование кардиоидного
кластера
Измерение фазового отклика 2
микрофонами дают практически
одинаковый результат в рабочем
диапазоне субсекции.
Измерения в тыловой части
Измерения во фронтальной части

100.

Конфигурирование кардиоидного кластера
Кардиоидная
конфигурация в 1 ряд
(работает также с 2
сабвуферами)

101.

Регулирование временных характеристик НЧ секции.
Требуется правильное выравнивание по времени граундстека сабвуферов с основным массивом.
Полученный в позиции FOH сигнал следует использовать в качестве эталона для коррекции временных
характеристик
ΔΔΔΔ
Δt=Δх/Vsound

102.

103.

104.

105.

106.

107.

SUBS
•Кардиоида
•Прямой НЧ-массив
•End Firing

108.

SUBS
•Кардиоида
•Прямой массив
•End Fire

109.

Спасибо
за внимание!
Лючио Боярди Серри
Инженер компании RCF