22.9.2013. SUSTAVI OZVUČENJA 1 Uvod u elektroakustiku 2 Fiziološka i psihološka akustika 3 Buka i karte buke 4 Akustika prostorija 5 Mikrofoni 6 Elektrodinamički zvučnici 7 Zvučnici u kutiji i filtri 8 Pojačala snage 9 Digitalna elektroakustika 10 Analogno i digitalno snimanje zvuka 11 Projektiranje sustava ozvučenja 12 Mjerenja u elektroakustici U PDF inačici nisu vidljive animacije Ozren Bilan 2011 Projektni alati i kriteriji razglasnog sustava Projektiranje razglasnog sustava je proces pri kojem projektant koristi četiri alata. U prvom redu to je  znanje. Međutim, samo znanje nije dovoljno nego je potrebno i  iskustvo, što je drugi alat. Trede je najvažnije; to je  donošenje pravilnih prosudbi jer projektant razglasnog sustava mora donositi odluke koje su izvan tehničke strane projekta. Projektant razglasnog sustava treba poznavati ljude i s njima uspostaviti dobru komunikaciju, kao i međusobno povjerenje i razumijevanje. Projekt može biti tehnički savršen, ali u praksi može se pokazati kao promašaj, zbog loših odluka vezanih za loše prosudbe izvođenja ili instaliranja. Četvrti alat projektanta razglasnog sustava su  računalske tehnike projektiranja i modeliranja koje mogu znatno ubrzati fazu projekta i izrade tehničke dokumentacije. Važno je znati da računalo ne može napraviti projekt, to može samo projektant 22.9.2013. Ozren Bilan 2 1 22.9.2013. Kriteriji uspjeha Uspjeh projekta nakon instaliranja procjenjuje se s tri kriterija:  je li sustav dovoljno glasan?  je li sustav razumljiv?  nastaje li mikrofonija pri radu? Ako razglasni sustav nije dovoljno glasan, nije mogude zadovoljiti ni uvjet razumljivosti. Razglasni sustav koji nije razumljiv pri pojačanju govora nede ostaviti utisak na korisnike i posjetitelje, isto tako kao i onaj sustav kod kojeg se javlja mikrofonija. Nabrojene pojave su greške pri projektiranju, a ne greške ugrađenih komponenata i uređaja. 22.9.2013. Ozren Bilan 3 Postupak projektiranja Projektiranje razglasnog sustava je racionalni postupak koji se može podijeliti u korake. Sinteze sustava sumira sve korake. Nakon što se dobiju točni zahtjevi klijenta i projektant se upozna s objektom u stvarnosti (ako objekt ved postoji) ili uvidom u arhitektonsko građevinsku dokumentaciju (ako se planira izgradnja), projektant sustava krede po zacrtanom dijagramu toka: 22.9.2013. Ozren Bilan 4 2 22.9.2013. Dijagram toka projektiranja Prvo se odreĎuje mjesto najavljivača Zatim, izabire mikrofon, pretpojačalo i ekvalizator postoje li mjesta drugih komentatora na drugim lokacijama? izabrati mikrofon, pretpojačalo i ekvalizator odrediti tip i frekvencije bežičnih mikrofonskih sustava koji tip signala (govor/glazba) će se reproducirati? odrediti prikladni ulaz na pretpojačalu tko će i na kojoj lokaciji upravljati sustavom? izabrati pretpojačala ili tonska miješala izabrati sustav obrade signala (ekvalizator, kompresor, limiter...) koje će se potrebe ukazati u budućnosti? odrediti tehničke mogućnosti za zadovoljenje budućih potreba definirati sve kabele i presjeke mikrofonskih i linijskih signala definirati i odrediti mjesta antena prijemnika bežičnih mikrofona odrediti geometriju partera i balkona objekta odrediti geometriju pomoćnih sjedišta odrediti vrijeme odjeka prostorije analitički ili mjerenjem predvidjeti ili izmjeriti razine buke u prostoriji 22.9.2013. definirati način grijanja prostorije i odrediti termičke gradijente odrediti koncept tipa zvučnika, položaja i usmjerenja analitički provjeriti da li će predviĎeno rješenje zadovoljiti potrebe glasnoće i razumljivosti? odrediti u kojim uvjetima može doći do mikrofonije? realizirati rješenje sigurnog načina montaže ili ovjesa zvučnika odrediti mjesto frekvencijskog dijeljenja višepojasnih zvučnika odlučiti o načinu prijenosa snage do zvučnika definirati sve zvučničke kablove i njihove presjeke odabrati tip i položaj pojačala snage definirati ekvalizaciju temeljem primijenjenih zvučnika, tipa signala i akustike prostora odrediti razine limitiranja signala u cilju zaštite elemenata sustava izabrati ureĎaje za kašnjenje signala ako se koriste dodatni zvučnici odrediti sve pomoćne položaje slušatelja i omogućiti njihovo ozvučenje detaljno dokumentirati sve faze projekta, korištenjem prikladnih programa Ozren Bilan 5 Elementi sustava ozvučenja Osnovni elementi sustava ozvučenja su  mikrofoni  mikrofonske linije  izvori linijskih signala (FM, CD, DAT, DVD, MD, MP3...)  pretpojačala  regulatori jačine  frekvencijski korektori  uređaji za obradu i kašnjenje signala (DSP...)  linijska pojačala i kontrolni uređaji  izlazne linije  pojačala snage  linije ozvučenja Pozitivna povratna reakcija  zvučnici 22.9.2013. Ozren Bilan 6 3 22.9.2013. Mikrofonska pretpojačala Osnovna namjena mikrofonskog pretpojačala je pojačanje signala mikrofona na razinu u čitavom korisnom frekvencijskom opsegu, uz zadržavanja dobrog omjera signal/ šum. Najvažnija karakteristika mikrofonskog pretpojačala je razina šuma. Ako mikrofon daje izlazni signal od -60 dBu, pri razini zvučnog tlaka od 94 dB, tada je dovoljno 60 dB pojačanja da bi izlazni napon doveli do razine 0 dBu. Pri 30 dB višoj razini zvučnog tlaka, tj. tlaku od 124 dB, izlazni signal trebao bi biti +30 dBu. Međutim, maksimalni izlazni naponi mikrofonskih pretpojačala, danas su aktivnom elektronikom i naponom napajanja, ograničeni na vrijednosti od +20 do +24 dBu. Naponske izlaze od +30dBu pa i više, nekod su imala cijevna pretpojačala. U odnosu na cijevna pretpojačala (s napajanjima od 225 V) današnja pretpojačala (s napajanjima od oko +/-15V) imaju gubitak rezerve dinamičkog područja oko 10 dB. To je jedan od razloga zašto neki preferiraju starija cijevna mikrofonska pretpojačala. Mnoge kombinacije mikrofona i pretpojačala generiraju vrlo ugodne zvučne rezultate. Pokazalo se kako se to ne događa uslijed nekih prednosti primijenjene konfiguracije elektroničkih sklopova, nego zbog prilagođenja impedancije mikrofona na ulaz pretpojačala. Prilagođenje impedancija djeluje na frekvencijski odziv sustava, izlaznu razinu i izobličenja. 22.9.2013. Ozren Bilan 7 Tipično mic pretpojačalo Tipično mikrofonsko pretpojačalo spregnuto pomodu transformatora koji omogudava relativno veliko naponsko pojačanje. 150 Ω primar u ovisnosti o teretu na sekundaru realizira oko 20 dB pojačanja. Za najvišu kakvodu zvuka u profesionalnoj primijeni koriste se posebna mikrofonska pretpojačala izuzetnih karakteristika. Spajaju se s mikrofonom kratkim kablovima, a montiraju se na mikrofonskom stalku. Dužina mikrofonskog kabela onda je od 10 cm do maksimalno 60 cm. Po uzoru na cijevna pretpojačala, posebna izvedba omogudava rezervu od oko 26 dB, a maksimalni izlaz 27 dBu. 22.9.2013. Ozren Bilan 8 4 22.9.2013. Šum mic pretpojačala Šum mikrofonskog pretpojačala definira EIN (ekvivalentni šum ulaza), koji je jednak razini izlaznog šuma minus pojačanje sklopa u dB. Pri specificiranju potrebno je obratiti pozornost na referencijalne vrijednosti; tj. da li je EIN izmjeren pri dBu ili dBV referencijalnom naponu. Ako je još rezultat i filtriran, npr. A filtrom, razlike pri specificiranju iste vrijednosti bit de različite od 2.5 do 27 dB. Za mjerenje se često uzima vrijednost impedancije izvora od 150 oma. Termički šum je: E = (4k TBR) 1/2 gdje je: k T B R Boltzmanova konstanta koja iznosi 1.38·10-23 Ws/K, temperatura vodiča u Kelvinima (sobna temperatura je 290 K) širina frekvencijskog pojasa šuma mjernog sustava u Hz. impedanciju izvora Sami otpor od 150 oma generira razinu šuma od -130.97 dBu. Mikrofonsko pretpojačalo može ovu vrijednost samo pogoršati, a nikako poboljšati. Najbolje pretpojačalo pogoršat de ovu vrijednost za minimalno 2 - 3 dB. Npr. ako samo povedamo impedanciju izvora s 150 na 600 oma, napon šuma de se povisiti 3.16 puta tj. 10 dB pa de EIN biti -121 dBu. Danas mikrofonska pretpojačala koriste integrirane sklopove s napajanjem od +/- 15 do 18 V. Ulazne razine su oko 60 dB, a pojačanja do 72 dB. 22.9.2013. Ozren Bilan 9 Režijski stolovi za miješanje - mikseri Ulazne opcije miksera Ulazni signali miksera obrađuju se u smislu pojačanja, ekvalizacije, filtriranja, vanjske obrade signala, gušenja. Nakon toga, signali se prosljeđuju u sekciju miksera koja kombinira obrađene signale u željeni izlazni oblik. 22.9.2013. Ozren Bilan 10 5 22.9.2013. Blok shema stola za miješanje ulazne opcije Ulazni signal miksera može biti na razini mikrofonskog signala ili linije (npr. elektronički glazbeni instrument ili reproduktor). Između te dvije razine razlika je oko 40 do 50 dB i uobičajeno postoji prekidač za izbor linije ili mikrofona - A. Posebnim potenciometrom preciznije se podešava razina - B. Linearnim potenciometrom C podešava se razina ulaznog kanala. Uobičajeno je da na mikrofonskim ulazima postoji i fantomsko napajanje kondenzatorskih mikrofona, redovito 48V istosmjerno. 22.9.2013. Ozren Bilan 11 Blok shema stola za miješanje ekvaliziranje i filtriranje Ekvaliziranje i filtriranje ulaznih signala obavlja se filterima i ekvalizatorom na ulaznom modulu D i E. Ako je linijska razina modula prevelika, pokazuje je indikator preopteredenja F, što se može podesiti ulaznim trimerima B. Uređaji za obradu signala, analogni ili digitalni signal procesori, mogu se insertirati pri linijskim razinama signala na insert točke ulaznog modula G. Npr. ako glazbenik izuzetno mijenja razine pri sviranju može se insertirati limiter ili kompresor. Ako je signal na sabirnici potreban samo u određenim periodima, u vremenu kad nije potreban mogude ga je isključiti funkcijom mute - H. 22.9.2013. Ozren Bilan 12 6 22.9.2013. Blok shema stola za miješanje izlazno monitoriranje VU Izlazni dio miksera s 4 izlaza - izlaz se prosljeđuje na izlazno pojačanje I, potenciometar J, instrument za mjerenje K. Odavde je mogude izlazni signal preusmjeriti na uređaj za snimanje ili glavna pojačala snage razglasnog sustava. Korištenjem sabirnica četiri glavna izlaza mogu se sabirnicama proslijediti na lijevi i desni izlaz miksera L. Mikseri za sustave ozvučenja postavljaju u istom prostoru gdje se odigrava izvedba koja se ozvučava ili u posebnoj kabini. U nekim situacija ton majstor mora monitorirati neke druga izlaze miksera kao što su napajanja monitor sustava. Za tu namjenu koristi monitor zvučnike. 22.9.2013. Ozren Bilan 13 Specifikacije miksera Najvažniji tehnički podaci miksera su. Ekvivalentni ulazni šum Maksimalna ulazna razina Maksimalna izlazna razina Izobličenja i preslušavanje među kanalima Najjednostavniji mikseri zadovoljavaju osnovne potrebe korisnika pri upravljanju ulaznim signalima i njihovim preusmjeravanjima, a složeniji mikseri određuju se prema posebnim zahtjevima ozvučenja. Danas se mikseri izrađuju s A/D pretvaračima i obrada signala i miješanje vrši se u digitalnom obliku. Takvi mikseri najčešde imaju ugrađene DSP za obradu signala, a izgledom se bitno ne razlikuju od analognih miksera ili su u računalu. 22.9.2013. Ozren Bilan 14 7 22.9.2013. Računalni mikser sa 16 ulaza 22.9.2013. Ozren Bilan 15 Primjer manjeg teatra Pogled kroz prozor kabine ton majstora: Lijevo i desno su mali monitori Genelec. Dolje VU metri miksera i Upravljanje DTD Ormar (rack) s uređajima za pohranu i obradu signala Režijski stol za miješanje Lijevo – ulazni moduli Sredina – izlazni moduli Desno - matrica 22.9.2013. Ozren Bilan 16 8 22.9.2013. IZBOR I POSTAVLJANJE ZVUČNIKA IZBOR ZVUCNIKA CENTRALNA SKUPINA SASTAVLJENA SKUPINA CENTRALNA RASPODIJELJENA SKUPINA POSEBNO PROJEKTIRANA RASPODIJELJENA SKUPINA JEDNOLIKO RASPODJELJENA OVJESENA NA POVRSINI CENTRALNA S ISPUNOM S KASNJENJEM BEZ KASNJENJA Pri projektiranju razglasnog sustava projektantu na raspolaganju stoji veliki broj različitih zvučnika i veliki broj mjesta na kojima se oni mogu postaviti. Bez obzira o tipu objekta koji se ozvučava, mogude je sve tipove zvučnika prikazati u logičnom postupku izbora najpovoljnijeg zvučnika ili kombinacije zvučnika. 22.9.2013. Ozren Bilan 17 CENTRALNO ILI DISTRIBUIRANO Prvi izbor koji se logično postavlja pred projektanta sustava je odluka o načinu postavljanja zvučnika ili skupine. Da li de zvučnik biti postavljen na jednoj centralnoj lokaciji ili de zvučnici, ako je više njih, biti jednoliko postavljeni po čitavom prostoru koji se ozvučava. Izbor lokacije odredit de tip i karakteristike zvučnika. Zvučnik se ne može odrediti bez poznavanja udaljenosti između zvučnika i slušatelja, a potrebno je poznavati i površinu auditorija koje de izabrani zvučnik ozvučavati. 22.9.2013. Ozren Bilan 18 9 22.9.2013. CENTRALNO ILI DISTRIBUIRANO Centralna skupina zvučnika, predstavlja jedan zvučnik ili postavu koja je smještena na jednom mjestu i ozvučava čitav auditorij. Takvi zvučnički sustavi i razglasni sustavi se mnogo brže projektiraju, instaliraju nego sustavi s raspodijeljenim zvučnicima. Ako su sredstva za razglasni sustav ograničena, također je logičan izbor centralnog sustava jer je najekonomičniji. U velikim dvoranama, primjena distribuiranih sustava može biti skuplja od centralnog sustava. Distribuirani sustav je postava velikog broja zvučnika uokolo i iznad auditorija, od kojih svaki element ozvučava određeni segment. U takvim sustavima udaljenost slušatelja do zvučnika uvijek je mnogostruko manja od udaljenosti između slušatelja i centralne zvučničke skupine. Zbog manje udaljenosti u raspodijeljenim skupinama mogu se s uspjehom koristiti i zvučnici manjih snaga od onih u centralnim skupinama. Distribuirani ili raspodijeljeni sustavi koriste se i u situacijama kada svi slušatelji nemaju direktnu vidljivost do mjesta centralne postave 22.9.2013. Ozren Bilan 19 CENTRALNA SKUPINA podudaranje optičke i zvučne osi Centralna skupina zvučnika može biti izrađena na dva načina. Prvi tip: koji je u današnje vrijeme popularan sastoji se od velikog broja zvučnika, koji su ved tvornički predviđeni za centralnu postavu. Takvi zvučnici najčešde su dvopojasni ili tropojasni s pasivnim ili aktivnim frekvencijskim filtrima. Redovito su velike snage za realizaciju razglasnih sustava pri velikim udaljenostima do slušatelja. Elementi takve centralne skupine moraju biti izrađeni na način da se nadopunjuju u skupinama, a da se štetni efekti interferencija maksimalno minimiziraju. Takvi zvučnici najčešde imaju trapezoidalni presjek kako bi se mogli uklopiti u jedinstvenu cjelinu. Svi kabineti takvih kutija redovito su opremljeni priborom za ovjes, a predodređeno je i težište čitave skupine kako bi se lako objesila na predviđenu lokaciju. Drugi način projektiranja i konstrukcije centralne skupine je kombinacija individualnih elemenata u optimalnu postavu koja jednoliko ozvučava predviđeni auditorij. U takvim kombinacijama redovito se koriste lijevci konstantne usmjerenosti i vrlo visokih Q faktora za udaljeniji dio auditorija, a lijevci s nižim Q faktorom za prednji dio auditorija. 22.9.2013. Ozren Bilan 20 10 22.9.2013. Primjer Ljevak visoke usmjerenosti usmjeren je na posljednji red auditorija na udaljenost d. Na udaljenosti 2d/3 slabljenje de biti 20 log [d/ (2d/3)] = 20 log 3/2 = +3.5 dB Zvučnik ima i gubitak uslijed karakteristike usmjerenosti pri ovom kutu. Ako namjestimo da je gubitak uslijed usmjerenosti -3.5 dB realizirat de se ista razina na 2/3 udaljenosti od skupina, kao i na najvedoj udaljenosti pa de razine u auditoriju biti potpuno jednake. Isti postupak možemo primijeniti i za prednji dio auditorija. Ako su pri tome faktori usmjerenosti lijevaka Q=10 za prednji dio auditorija i Q=40 za stražnji dio auditorija, razliku u razini zvučnog tlaka u osi možemo odrediti relacijom: 10 log (Qprednji/Qstražnji) = 10 log (10/40) = -6 dB 22.9.2013. Ozren Bilan 21 Primjer a) vertikalna krivulja lijevka 90˚x40˚ usmjerenog na vrh balkona b) vertikalna krivulja lijevka 40˚x20˚ usmjerenog na vrh balkona c) vertikalna krivulje lijevka 40˚x20˚ usmjerenog na stražnji dio partera d) vertikalna krivulje usmjerenosti lijevka 60˚x40˚ usmjerenog na stražnji dio partera i lijevka 90˚x40˚ usmjerenog na prednji dio partera e) horizontalne krivulje dva lijevka 40˚x20˚ usmjerenih na balkon f) horizontalna krivulja lijevka 90˚x40˚ usmjerenog na parter g) nacrt izabrane skupine za optimalno pokrivanje auditorija u sastavu 2 lijevka 40˚x20˚ + 2 lijevka 60˚x40˚ + 1x lijevak 90˚x40˚ h) bokocrt centralne skupine sa slike g) 22.9.2013. Ozren Bilan 22 11 22.9.2013. Primjer Možemo uočiti pozornicu i portal, parter i potkovu balkona. Na vrhu balkona nalaze se prostorije za kino projekciju i ton kabinu režije, a na parteru su kabine za simultano prevođenje. Subbasovi su postavljeni na konstrukciju na podu, a portalni zvučnici su postavljeni na visini 2m. Gornji rub portalnih zvučnika je u visini balkona. Maksimalna razina zvučnog tlaka svakog portalnog zvučnika je veda od 134 dB pri maksimalnoj snazi u biamplifikaciji. Polarna karakteristika za konfiguraciju s dva zvučnika 90x40 pri frekvenciji 2500Hz, na udaljenosti 30m 22.9.2013. Ozren Bilan 23 Primjer J izvora Sistem zvučnika Wavefront Sculpture Technology usmjerenost jedne kutije sa titan pobuđivačem 1200x100 22.9.2013. Ozren Bilan 24 12 22.9.2013. J izvor – J source LINIJSKI IZVOR + LUČNI IZVOR = J IZVOR 22.9.2013. Kombinacija linijskog izvora duljine L i lučnog izvora polumjera zakrivljenosti R i Ozren Bilan lučnog kuta θ 25 Phased Point Source Technology (PPST) Niz je sastavljen od modularnih vertikala, a svaka emitira određeni pojas frekvencija u određenu zonu Svaki modul je oblikovan kao trapezna kutija s kutem od 30° Niz se akustički ponaša kao jedna cjelina Svaki modul ima konstantni kut pokrivanja od 30° u širokom frekvencijskom području Nakon mjerenja na licu mjesta ugađaju se amplitude i faze pojedinih modula pomodu DSP-a 22.9.2013. Ozren Bilan Olimpijski stadion Atena 2004 26 13 22.9.2013. Češljasto filtriranje Slični pobuđivači, pri sličnim razinama pobude, de na svim udaljenostima u auditoriju dati istu razinu zvučnog tlaka u osi. Uslijed preklapanja područja pokrivanja lijevka za stražnji dio auditorija i onoga za prednji dio u središnjem dijelu auditorija dodi de do interferencije što nede uzrokovati kolebanje zvučnog tlaka vede od 1 dB. Najvedi problemi nastaju uslijed češljastog filtriranja, a ne uslijed različitih zvučnih razina. Distribuirani zvučnički sustavi sastoje se od elemenata od kojih svaki ozvučava lokalni segment auditorija. Dakle, najbolje je primijeniti takav sustav na objektima koji su relativno niski, a auditorij je smješten u uskom pojasu, kao na primjer oko sportskih igrališta u otvorenom prostoru i niskim dvoranama. 22.9.2013. Ozren Bilan 27 KOMBINACIJA CENTRALNOG I DISTRIBUIRANOG SUSTAVA Uslijed mnogih razloga, u nekim situacijama može dodi i do kombiniranja centralnog sustava i distribuiranog sustava. U takvim situacijama nužno je primijeniti sustave za kašnjenje. Najčešde je teren ozvučen centralnim razglasnim sustavom velike snage. Međutim, brojni poslovni objekti i kancelarije po objektu ozvučeni su raspodijeljenim zvučničkim sustavom. Izolacija između njih najčešde nije visoka. Emitira li se u svim prostorima isti signal, onaj iz distribuiranog sustava dodi de do slušatelja trenutno, a onaj i centralnog sustava nakon nezanemarivog kašnjenja. Vrijeme koje je potrebno da zvuk prijeđe udaljenost d, je d/c, gdje je c brzina zvuka. Ako je udaljenost dva zvučnika d, kašnjenje koje treba podesiti je kašnjenje *s+ = (d/c) + 0.02 gdje je 0.02 vrijeme potrebno za direkcionalnu percepciju. 22.9.2013. Ozren Bilan 28 14 22.9.2013. Kašnjenje distribuiranog sustava U nekim teatrima ili multimedijalnim dvoranama dolazi do situacije da se prostor ispod balkona ne može ozvučiti centralnom skupinom, nego je u dijelu auditorija ispod balkona potrebno primijeniti raspodijeljeni zvučnički sustav. Pretpostavimo da je udaljenost do centralne skupine 34m, a brzina zvuka 334 m/s. Pojačala koja napajaju raspodijeljeni zvučnički sustav trebaju primiti signal s kašnjenjem kašnjenje *s+ = (d/c) + 0.02 kašnjenje *s+ = (34/340) + 0.02 = 120 ms Ovo vrijeme kašnjenja omogudit de primjena digitalnog uređaja za vremensko kašnjenje Digitalni signalni procesor. 22.9.2013. Ozren Bilan 29 ORMARI S UREĐAJIMA Bududi da snopovi kabela mogu induktivno djelovati jedni na druge, uobičajeno je unutar ormara s uređajima rasporediti različite grupe kablova prema slici. Snop mikrofonskih kabela grupira se bliže stražnjoj strani ormara, što dalje od kudišta uređaja u ormaru. Kabeli s linijskim razinama signala grupiraju se što bliže kudištima uređaja. Na suprotnoj strani ormara postavljaju se snopovi kabela sa zvučničkim linijama, eventualni upravljački signali i mrežno napajanje. Preporučljivo je da je minimalna udaljenost između snopova kabela 15 cm. 22.9.2013. Ozren Bilan 30 15 22.9.2013. Izgled rackova s uređajima nacrtano programom ShutlleCAD i StarDraw 22.9.2013. Ozren Bilan 31 PROJEKTIRANJE SUSTAVA OZVUČENJA Karakteristike usmjerenosti zvučnika Jedan od osnovnih zahtjeva razglasnog sustava je točna pokrivenost auditorija. Osim karakteristike usmjerenosti zvučnika, projektant treba poznavati i način na koji de komponente zvučničkog sustava djelovati međusobno. Faktor usmjerenosti, indeks usmjerenosti i širina zračenja na različite načina opisuju karakteristiku usmjerenosti. Pretpostavimo neusmjereni izvor u otvorenom prostoru i mikrofon na nekoj udaljenosti. Pri konstantnoj snazi emitiranja izvora izmjerimo razinu zvučnog tlaka. Postavimo li sad iza izvora reflektirajudu površinu, primijetit demo povedanje razine zvučnog tlaka za 3 dB. Zvučna snaga koja se u prvom slučaju emitirala u cijeli prostor, u drugom slučaju emitira se samo u polovinu prostora. U tredem primjeru izvor emitira u četvrtinu prostora i povedanje razine je 6 dB. 22.9.2013. Ozren Bilan 32 16 22.9.2013. Indeks i faktor usmjerenosti cijeli prostor 360x360 Ako izvor emitira u osminu prostora pojačanje je 9 dB. Možemo definirati indeks usmjerenosti DI kao razliku intenziteta u zadanoj osi usmjerenog i neusmjerenog izvora na istoj udaljenosti pri istoj snazi. Faktor usmjerenosti Q je odnos ovih intenziteta: DI = 10 log Q Q = 10 DI/10 ¼ prostora 180x90 1/8 prostora 90x90 Indeks, DI i faktor usmjerenosti, Q, opisuju kutno pokrivanje zvučnog izvora kojemu su specificirani kutovi vodoravnog i okomitog zračenja. 22.9.2013. poluprostor 360x180 Ozren Bilan 1/16 prostora 90x45 33 Molloyeva jednadžba Idealni izvor ne postoji, ali izračunate vrijednosti se podudaraju sa stvarnim zvučnicima velikom točnošdu. Relacija koja opisuje karakteristiku usmjerenosti izvora je tzv. Molloyeva jednadžba: DI = 10 log [180 / arcsin ( sin /2 sin  /2)] Ako je zadan lijevak s usmjerenošdu 90x40, Molloyevom jednadžbom dobiju se vrijednosti DI=11 i pripadajudi Q faktor 12.8. Izmjerene vrijednosti su DI=10.8 i Q=12.8. Ovako dobro slaganje dobije se samo u uvjetima pri kojima je frekvencijski odziv strmo odrezan ispod točaka s vrijednostima -6dB. Ako zvučnik radi na frekvenciji čija je valna dužina mnogo veda od njegovih fizičkih dimenzija, jednadžba ne vrijedi. 22.9.2013. Ozren Bilan 34 17 22.9.2013. Zvučnici s ljevkom (horn) i tlačnim pobuđivačem Najvišu tehnološku razinu zvučnika predstavljaju tlačni pobuđivači. Razlikuje od ostalih jer membrana ne emitira direktno u zrak. Membrana je smještena u blizini strukture koja se naziva fazni poklopac s nizom prstenastih otvora. Omjer površine svih otvora i površine membrane je 1:10. Spaja se s grlom ljevka. Najvažnije karakteristike lijevaka su polarne karakteristike, frekvencijski odziv, razine izobličenja i snaga sa zadanim tlačnim pobuđivačima. Korisnost do 40%. 22.9.2013. Ozren Bilan 35 SUSTAV NA OTVORENOM Osnovni sustav ozvučenja sastoji se od     govornika, mikrofona, zvučnika slušatelja. Pojednostavljenje je da je sustav u prostoru bez refleksija te da postoje uvjeti slobodnog polja. 22.9.2013. Ozren Bilan 36 18 22.9.2013. Pojačanje se može natjerati do točke u kojoj de sustav udi u mikrofoniju. Malo prije nastanka mikrofonije sustav ima jedinično pojačanje pri nultom faznom kutu. Međutim, pri radu na razinama malo ispod pojave mikrofonije, sustav de nastojati udi u mikrofoniju. Zbog toga de dodi do nepravilnosti frekvencijskog odziva te se uvijek koristi amplitudna pričuva od 6-10 dB prije pojave mikrofonije. Tako sustav ozvučenja zvuči prirodno pobuđen svim tipovima programskih signala. Udaljavanjem od točkastog zvučnog izvora u otvorenom prostoru ili slobodnom polju razina zvučnog tlaka smanjuje se točno za 6 dB svakim podvostručenjem udaljenosti. 22.9.2013. Ozren Bilan 37 Proračun u slobodnom polju Primjer 1: Zadan je zvučnik osjetljivosti 113 dB pri pobudi s 1W/1 metar udaljenosti. Pitamo se, kolika de biti razina s 1W na 30 metara? Slabljenje na 30m bit de 20 log (1/30)= -29.5 dB. 113 – 29.5 = 83.5 dB Primjer 2: Nazivna snaga zvučnika je 100W. Koju de maksimalnu razinu realizirati na udaljenosti 120 m, ako mu je osjetljivost u lijevku 118 dB/1W/1m ? Prvo određujemo atenuaciju s obzirom na udaljenost: 20 log 120 = 41.58 dB Zatim određujemo razinu snage 10 log 100 = 20 dB Konačno, dodajemo osjetljivost pri 1W/1m: 118 - 42 + 20 = 96 dB Pri čemu nije uzeta u obzir ekscesna atenuacija niti gubici u kablovima. 22.9.2013. Ozren Bilan 38 19 22.9.2013. Što je akustično pojačanje? Akustično pojačanje definirano je kao: porast razine koju prima određeni slušatelj u auditoriju, pri uključenju sustava ozvučenja, u usporedbi s razinom kojom slušatelj čuje govornika bez sustava ozvučenja. 22.9.2013. 70dB/1m Ozren Bilan 39 6m 4m 7m Na mjestu slušatelja zbog slabljenju zvuka s obzirom na udaljenost razina: 70 dB - 20 log (7/1) = 70 - 17 = 53 dB bez zvučnika Sada uključimo sustav ozvučenja i pojačajmo glasnodu, sve dok se sustav ne nađe na granici mikrofonije. To de se pojaviti onda kada zvučnik uzduž D1 osi na mikrofonu realizira zvučni tlak govornika od 70 dB. Ako zvučnik realizira razinu od 70 dB na mikrofonu na mjestu slušatelja bit de: 70 - 20 log (6/4) = 70 - 3.5 = 66.5 dB s zvučnikom Bez pričuve maksimalno pojačanje ovog sustava ozvučenja je: 66.5 - 53 = 13.5 dB 22.9.2013. Ozren Bilan 40 20 22.9.2013. Maksimalno pojačanje = Δ Napišimo jednadžbu u drugom obliku: Δ =70-20 log (D2/D1)-70-20 log (D0/Ds) Pojednostavljeno: Δ =20 log D0-20 log Ds+20 log D1-20 log D2 Dodamo li 6 dB faktora sigurnosti zbog mikrofonije: Δ =20 log D0-20 log Ds+20 log D1-20 log D2 - 6 22.9.2013. Ozren Bilan 41 Δ =20 log D0-20 log Ds+20 log D1-20 log D2 - 6 Napisana u ovom obliku jednadžba za akustično pojačanje kazuje nam nekoliko važnih postavki: Pojačanje je neovisno o razini glasa govornika Smanjimo li Ds raste akustično pojačanje Povedamo li D1 raste akustično pojačanje 22.9.2013. Ozren Bilan 42 21 22.9.2013. Utjecaj usmjerenosti mikrofona i zvučnika na maksimalno pojačanje sustava Zvučniku usmjerenom 6dB bit de zvuk uzduž smjera D1 prigušen 6 dB u odnosu na neusmjereni zvučnik. Tih 6 dB direktno pridonosi dodatnom potencijalu pojačanja sustava. Isto se odnosi i na usmjereni mikrofon. U oba slučaja realizirat de se 6dB povedanja maksimalnog pojačanja u odnosu na slučaj s neusmjerenim zvučnikom i mikrofonom. Mogude je upotrebiti i usmjereni i mikrofon i zvučnik za realizaciju još vedeg povedanja maksimalnog pojačanja. U praksi, nije preporučljivo koristiti usmjerene pretvarače za realizaciju dodatnog pojačanja, a vedina projektanata je zadovoljna ako realiziraju od 4 do 6 dB dodatnog pojačanja primjenom usmjerenih elemenata sustava. Tome je razlog što karakteristike usmjerenosti mikrofona i zvučnika nisu frekvencijski konstantne nego na nižim frekvencijama postaju neusmjerene. Ako je potrebno povedati akustičko pojačanje najbolje je smanjiti Ds ili povedati D1 . 22.9.2013. Ozren Bilan 43 POTREBNO POJAČANJE Karakteristike razglasnog sustava mogu biti takve da uvijek raspolažemo vedim pojačanjem nego što je potrebno. U takvoj situaciji jednostavno smanjimo pojačanje na ugodnu razinu i sve je u redu. Međutim, u praksi mogu nastati i nepovoljne situacije. Da bi izbjegli neugodnosti, potrebno je unaprijed poznavati koliko je maksimalno pojačanje potrebno. Jedan od načina specificiranja pojačanja je i tzv. ekvivalentna akustička udaljenost EAD. Sustav ozvučenja možemo zamisliti i kao sustav koji pomiče govornika bliže slušatelju. U vrlo tihoj okolini dovoljno je govornika približiti slušatelju na 2-3 metra. To znači da de sustav ozvučenja realizirati na mjestu slušatelja na udaljenosti Do, glasnodu koju ima govornik na udaljenosti npr. 3m. Pojačanje sustava potrebno da se ovaj uvjet realizira, može se izračunati slabljenjem zvuka na udaljenosti Do i EAD. 22.9.2013. Ozren Bilan 44 22 22.9.2013. SUSTAV PRIBLIŽAVA GOVORNIKA Koncept ekvivalentne akustične udaljenosti (EAD) Potrebno pojačanje = 20 log Do - 20 log EAD Imali smo, Do=7 m. Postavimo li EAD=3m, bit de: Potrebno pojačanje = 20 log (7) - 20 log (3) = 17 - 9.5 = 7.5 dB Ako su zvučnik i mikrofon neusmjereni, možemo očekivati maksimalno pojačanje: Δ = 20log7-20log 1+20log4-20log6 -6 = 17 - 0 + 12 - 15.5 - 6 = 7.5 dB Potrebno i maksimalno pojačanje su 7.5 dB pa de sustav pouzdano raditi. Ako je nova EAD, 1.5 m, potrebno je 6 dB dodatnog akustičnog pojačanja. To je najlakše realizirati uporabom usmjerenih elektroakustičkih pretvarača. Jednostavnije i bolje rješenje je smanjenje Ds na 0.5 m kako bi dobili dodatnih 6 dB pojačanja. 22.9.2013. Ozren Bilan 45 RAZUMLJIVOST SUSTAVA Pri sustavima ozvučenja na otvorenom prostoru zadovoljavajudu razumljivost možemo realizirati osiguranjem uvjeta da se vršne vrijednosti govora pojačaju 25 dB iznad A-filtrirane vrijednosti razine ambijentalne buke. Tipični razgovor ima razinu oko 60 dB do 65 dB na udaljenosti od 1 metra. Dakle, pri ambijentalnoj razini buke od 50 dB, potrebno je pojačati vrhove govora na vrijednost od 75 do 80 dB za ugodno slušanje. Taj zahtjev možemo izraziti kao EAD od 0.25m. Govorna razina 1 m = 65 dB Govorna razina 0.5 m = 71 dB Govorna razina 0.25 m = 77 dB 22.9.2013. Ozren Bilan 46 23 22.9.2013. Proračun potrebnog Ds Ved smo izračunali da sustav ima samo 7.5 dB maksimalnog pojačanja uz 6 dB sigurnosnog faktora. Izaberemo li usmjereni mikrofon i zvučnik, tu vrijednost možemo povedati otprilike za 6 dB, na maksimalnu vrijednost akustičnog pojačanja na 13.5 dB. Rješenje je očito. Za realizaciju potrebnog akustičkog pojačanja potrebno je koristiti ručni mikrofon u neposrednoj blizini usta govornika. Za 16 dB dodatnog pojačanja, Ds treba smanjiti na slijedede vrijednosti: 16 = 20 log (1/x) 16/20 = log (1/x) 10 0.8 = 1/x x = 1/10 0.8 = 0.16 m 22.9.2013. Ozren Bilan 47 SUSTAV OZVUČENJA U PROSTORIJI Direktni zvuk neovisan od prostorije u kojoj se generira. Najvažnije osobine akustike prostorija su reverberacija, rezonancije i rane refleksije. Razlika između ranih refleksija i kasnijeg odjeka određena je između 20 i 30 ms nakon dolaska direktnog zvuka. Vedina ljudi s normalnim sluhom može čuti kako su rane refleksije kombinirane s direktnim zvukom, dok se refleksije nakon ranih identificiraju kao svojstvo akustike prostorije. U prikazanom primjeru na slijededoj slici sve refleksije dolaze do slušatelja unutar 30 ms nakon direktnog zvuka. Dakle, sve su tzv. rane refleksije. Rane refleksije ljudski sustav sluha koristi kao dio procesa dekodiranja. Kasnije refleksije i odjek omogudavaju opde prihvadenu estetsku komponentu glazbe, ali maskiraju rani zvuk i štetno djeluju na razumljivost govora. 22.9.2013. Ozren Bilan 48 24 22.9.2013. Zvučna zraka: kašnjenje *ms+: Direktno R1 R2 R3 R4 R5 0 4.4 9.1 13.1 14.1 18.1 Na nekoj udaljenosti od zvučnog izvora nalazi se područje u kojem je jednaka gustoća direktne komponente i ječne komponente zvučnog polja. U prostoriji nastaje složeno zvučno polje direktnog zvuka i ječnog zvuka. Promatramo li direktni zvuk, koji do slušatelja dolazi direktno bez refleksija, važe isti zakoni kao i u otvorenom prostoru. Međutim, u prostoriji direktni zvuk se nalazi u smjesi slučajnih refleksija iz svih mogudih smjerova. Statistički model kojim ovo ponašanje opisujemo pretpostavlja jednolik ječni zvuk unutar čitave prostorije 22.9.2013. Ozren Bilan 49 KRITIČNI POLUMJER Dc UTJECAJ USMJERENOSTI ZVUČNIKA Udaljenost od osi do područja u kojem su jednake komponente direktnog i ječnog polja naziva se kritični polumjer ili udaljenost. Ona se može promijeniti pod utjecajem zvučnog izvora. Primijenimo li usmjereniji zvučnik, dodi de do preraspodjele direktnog i ječnog polja. Direktni zvuk koncentriran je uzduž osi zvučnika i zadržava razinu višu od ječnog zvuka na mnogo vedoj udaljenosti nego u prethodnom primjeru. Međutim, izvan osi direktni zvuk slabi mnogo brži i zadržava se najviše uz os. 22.9.2013. Ozren Bilan 50 25 22.9.2013. KRITIČNI POLUMJER Dc UTJECAJ AKUSTIKE PROSTORIJE Na kritičnu udaljenost djeluje i koeficijent apsorpcije u prostoriji. U ječnoj prostoriji zvučna energija disipira se daleko sporije, pa je ječno polje jako. Kao posljedicu imamo pojavu da se direktno polje koncentrira oko zvučnog izvora. U drugom primjeru zvučna energija se apsorbira mnogo brže, pa ječno polje nije jako kao u prethodnom primjeru. Zbog toga je granica direktnog polja dosta dalja od izvora zvuka. Iako direktno polje i ječno polje generira isti zvučni izvor, komponente zvuka su tako izmiješane višestrukim refleksijama da su komponente nekoherentne. 22.9.2013. Ozren Bilan 51 UKUPNA RAZINA NA Dc Udaljenost od osi do područja u kojem su jednake komponente direktnog i ječnog polja naziva se kritični polumjer ili udaljenost. Iako direktno polje i ječno polje generira isti zvučni izvor, komponente zvuka su tako izmiješane višestrukim refleksijama da su komponente nekoherentne (FAZA JE SLUČAJNA). Zbog toga de ukupna efektivna razina zvučnog polja izmjerena na kritičnoj udaljenosti biti 3 dB veda od samog direktnog ili ječnog polja. 22.9.2013. Ozren Bilan 52 26 22.9.2013. Konstanta prostorije R U svojoj biti R je modificirana vrijednost ukupne apsorpcije u prostoriji prema relaciji: R = S/(1 - ) [m2] Mala vrijednost R ukazuje na ječni prostor, a velika vrijednost R ukazuje na vrlo prigušene prostorije. Ako u prostoriju s konstantnom R=200m2, postavimo točkasti neusmjereni izvor zvuka i izmjerimo zvučnu razinu na udaljenosti 0.25m od akustičkog centra izvora i udaljavamo se pravocrtno od izvora, razina de se u početku smanjivati s kvadratom udaljenosti od izvora. Na udaljenosti od 1m od izvora zakonitost više ne vrijedi. Zašto? 22.9.2013. Ozren Bilan 53 Detektirana promjena zvučnog tlaka u prostoriji prati promjenu s kvadratom udaljenosti – to je DIREKTNO POLJE Detektirana promjena zvučnog tlaka u prostoriji se ne mijenja – UKUPNA RAZINA to je JEČNO POLJE X+3 dB X dB MJERENJE NA Dc MJERENJE U JEČNOM POLJU Na Dc (kritičnoj udaljenosti) UKUPNA RAZINA (=JEČNO+DIREKTNO) zvučnog polja je 3 dB viša nego razina u ječnom polju 22.9.2013. Ozren Bilan 54 27 22.9.2013. Odnos direktnog i ječnog polja lako se može izračunati ili odrediti iz dijagrama Prijelazno područje iz ječnog polja u direktno polje uspostavlja se unutar polovine kritične udaljenosti do dvostruke kritične udaljenosti. Na polovini kritične udaljenosti razina ukupnog zvučnog polja je 1 dB veda od razine direktnog polja. Na dvostrukoj kritičnoj udaljenosti, razina ukupnog zvučnog polja je 1dB veda od razine samog ječnog polja. 22.9.2013. Ozren Bilan 55 Proračun kritične udaljenosti Ako su konstanta prostorije i faktor usmjerenosti poznati, kritična udaljenost može se izračunati prema: Dc = 0.14 (QR)1/2 Potrebno je zapamtiti da Q faktor govornika na frekvenciji 1kHz iznosi oko 2-3dB. Pri proračunima uvijek se uzima Q govornika oko 2. Ove dvije činjenice mogu se koristiti za vrlo točne proračune prostorija bez upotrebe bilo kojih uređaja. 22.9.2013. Ozren Bilan Usmjerenost govornika 56 28 22.9.2013. Sustav ozvučenja u prostoriji  sustava predstavlja razliku razina na mjestu mikrofona s isključenim sustavom ozvučenja i na mjestu slušatelja s uključenim ozvučenjem. Sustavski  neovisan je o Ds. Pojačanje sustava na mjestu slušatelja je razlika razina s uključenim i isključenim sustavom ozvučenja. Ovisi o Ds. 22.9.2013. Ozren Bilan 57 Proračun srednje prostorije Pogledajmo situaciju u kojoj je primijenjen sustav ozvučenja u prostoriji, a koristi se usmjereni mikrofon. Slika prikazuje prostoriju zapremnine 918m3, površine 630m2 i prosječnog koeficijenta apsorpcije =0.15. Prvi korak je proračunavanje konstante prostorije i analiza raspodjele apsorpcijskog materijala u prostoriji. Pretpostavimo da je konstanta prostorije oko 110 m2. Bududi da zvučnik nema jednoliku krivulju usmjerenosti, potrebno je proračunati njegovu kritičnu udaljenost za kut zračenja koji nas interesira. 22.9.2013. Ozren Bilan 58 29 22.9.2013. Proračun akustičkog pojačanja U frekvencijskom području relevantnom za razumijevanje govora, zvučnik ima indeks usmjerenosti 9dB i korespondentu kritičnu udaljenost 4.2 m. Indeks usmjerenosti zvučnika pri kutu od 60 stupnjeva je -3 dB, a odgovarajuda kritična udaljenost je 1m. Govornik ima indeks usmjerenosti oko 3 dB i njegova kritična udaljenost je oko 2m. Slušatelj je 12m udaljen od govornika koji je od mikrofona udaljen 0.6m. Kritična udaljenost govornika je veda od trostruke udaljenosti govornika do mikrofona. Slušatelj je također više od 3 puta udaljen od kritične udaljenosti govornika. NAJVAŽNIJI ZAKLJUČAK: mikrofon je u direktnom polju govornika, a slušatelj u ječnom polju govornika. Ako je razina govornika 70dB za udaljenost od 0.6m, može se izračunati da direktno polje na Dc mora biti 60 dB, a bududi da de ječno polje također biti 60 dB, razina na mjestu slušatelja u ječnom polju govornika, također de biti 60 dB. Tredi korak je isti račun napraviti za zvučnik. Slušatelj se nalazi u osi zvučnika na udaljenosti 4.2 m, što je više od trostruke kritične udaljenosti zvučnika. Mikrofon se nalazi pod kutom od 60 stupnjeva od osi zvučnika, i također je udaljen više od trostruke kritične udaljenosti (na ovom kutu) koja je 1m. Dakle, slušatelj i mikrofon su u ječnom polju zvučnika. 22.9.2013. Ozren Bilan 59 Distribuirani zvučnički sustav Na plafonu je postavljeno 40 zvučnika na međusobnoj udaljenosti od 1.5m (vrlo gusto) kako bi se postigla ravnomjerno preklapanje u frekvencijskom pojasu na 4 kHz. Na razini uha slušatelja tako se realizira vrlo ujednačeno zvučno polje koje nigdje ne varira više od 2dB u čitavoj prostoriji. Prikazana je sala za sastanke ili predavaonica zapremnine 485 m3, ukupne površine 440 m2 i prosječnog koeficijenta apsorpcije 0.2 u praznoj prostoriji. U praznoj prostoriji R=110 m2. Ako je prostorija ispunjena prosječni koeficijent apsorpcije poraste na 0.4, a konstanta prostorije na 293 m2. Kritična udaljenost govornika s indeksom usmjerenosti oko 3dB je 2m u praznoj prostoriji, a 3.4m u punoj. 22.9.2013. Ozren Bilan 60 30 22.9.2013. Uobičajene definicije kritične udaljenosti i odnosa direktnog i ječnog polja u ovoj prostoriji se ne mogu izraziti. Međutim, interesira nas samo potencijalno akustičko pojačanje. Ved smo naveli da distribuirana postava zvučnika tvori vrlo ujednačeno zvučno polje. Relativne karakteristike usmjerenosti zvučnog polja ne uzimamo u obzir pri proračunu pojačanja. Neusmjereni mikrofon postavljen je na 0.6 m od govornika, manje od 1/3 Dc. Bez obzira na broj slušatelja, mikrofon je uvijek u direktnom polju govornika. Najudaljeniji slušatelj je 9m od govornika, što je više od trostruke Dc kada je prostorija prazna, a oko 3Dc kada je puna. Govornik realizira 70 dB razine na mikrofonu s isključenim sustavom ozvučenja. Ako pojačana razina zvuka, s uključenim ozvučenjem, nije veda od 70 dB na mjestu mikrofona, tada je u čitavom prostoru razina 70 dB. Iz proračuna kritičnih udaljenosti, vidljivo je da de govornik proizvesti razinu na mjestu slušatelja od 59dB u praznoj prostoriji i 55dB u potpuno ispunjenoj prostoriji. Za normalni rad sustava ozvučenja s Δ = -5 dB, izračunato akustičko pojačanje na mjestu slušatelja je 5dB u praznoj prostoriji i 9 dB u punoj. Zvučnici su postavljeni gusto kako bi se na razini uha slušatelja postiglo vrlo ujednačeno zvučno polje. Za posljedicu imamo da je doprinos svakog zvučnika postave vrlo mali. U navedenom primjeru, svaki zvučnik ima indeks usmjerenosti u području govornih frekvencija od +6 dB na 0, +3dB na 45 i 0 dB na 60 stupnjeva. 22.9.2013. Ozren Bilan 61 Pokušamo li odrediti točno pojačanje sustava ozvučenja pred nama de se ukazati izuzetno složeni zadatak. U posebnom slučaju, pri kojemu je mikrofon u direktnom polju govornika, a mikrofon i slušatelj su u ječnom polju zvučnika, jednadžba za pojačanje sustava može se znatno pojednostavniti. Analizirajmo takav sustav prema slici. Ako govornik realizira razinu L na mikrofonu, tada de razina na mjestu slušatelja biti: Razina na mjestu slušatelja = L - 20 log (Dct /Ds ), Dct je kritična udaljenost govornika. Pretpostavka je da je razina na mjestu slušatelja u potpunosti ječno polje govornika i da de razina biti jednaka komponenti direktnog polja na udaljenosti Dct. Uključimo sustav i pojačajmo glasnodu sve dok zvučnik na mjestu mikrofona ne realizira razinu L. Istovremeno, zvučnik de realizirati i istu razinu L na mjestu slušatelja jer su mikrofon i slušatelj u ječnom polju zvučnika. Oduzmemo li razine na mjestu slušatelja s i bez sustava ozvučenja bit de: Razlika = L - [L - 20 log (Dct /Ds )] Pojačanje = 20 log Dct - log Ds Konačno, dodajemo 6dB pričuve: Pojačanje = 20 log Dct - 20 log Ds - 6 U ovoj jednadžbi postoji samo jedna varijabla, Ds. Dct je uglavnom određeno usmjerenošdu govornika i akustičkim svojstvima prostorije. Ako u prostoriji ne važe temeljne postavke pri kojoj je napravljena ova analiza, potreban je drugačiji pristup. 22.9.2013. Ozren Bilan 62 31 22.9.2013. Mjerenje pojačanja sustava ozvučenja Mjerenje pojačanja ozvučenja najčešde se vrši unutar oktavnog pojasa s centralnom frekvencijom 1 kHz. Druga tehnika koristi ružičasti šum mjeren A-filtrom. Mikrofon se postavi na isto mjesto kao i pri radu razglasa. Mali zvučnik, frekvencijski linearan u području 250 - 4000 Hz, postavi se na stalak 0.6m od mikrofona. Pri isključenom sustavu ozvučenja ispitni zvučnik pobudi se ružičastim šumom na razinu oko 80 dB(A) na mikrofonu sustava. Pribilježi se razina na mjestu mikrofona. Nakon toga, uključi se sustav ozvučenja s pojačanjem do točke pojave mikrofonije. Zvučna razina sustava izmjeri se istim zvukomjerom u sredini auditorija. Delta zvučnog sustava odredi se oduzimanjem izmjerene razine u auditoriju i na mikrofonu bez uključenog sustava. 22.9.2013. Ozren Bilan 63 Opdi zahtjevi razumljivosti govora Zahtjevi za razumljivost govora isti su bez i sa sustavom ozvučenja. Najvažniji faktori su:  Govorna razina i razina ambijentalne buke  Razinu buke uvijek treba smanjiti na najmanju mogudu mjeru. Razina treba biti minimalno 25 dB ispod najniže očekivane razine govora. Pri vrlo visokim razinama govora, u otvorenom prostoru, može se dopustiti i razina 10 do 15 dB ispod razine govora.  Vrijeme odjeka  Utjecaj vremena odjeka od 1.5 s ili kradeg, može se zanemariti na jasnodu govora.  Odnos direktnog i ječnog polja  Za vrijeme odjeka duže od 1.5 s jasnoda govora je funkcija vremena odjeka i odnosa direktnog i ječnog zvuka. Zaključci istraživanja razumljivosti mogu se sumirati u slijededem obliku:  U praksi se artikulacijski gubitak samoglasnika može koristiti kao jedinstveni indikator razumljivosti.  Istraživanja su pokazala veliku varijaciju govornika i slušatelja. Međutim, određeno je da je 15% maksimalno dozvoljen ALkons za dobru razumljivost. To znači da gubitak od više od 15% označava neprihvatljivu razumljivost za sve slušatelje.  ALkons se može izračunati za tipične prostorije u funkciji vremena odjeka i odnosa direktnog i ječnog zvuka.  Udaljavanjem slušatelja od govornika slabi se odnos direktnog i ječnog zvuka i ALkons se povedava, ali samo do granice odnosa direktnog i ječnog zvuka od -10dB. Nakon te granice ALkons više ne slabi. 22.9.2013. Ozren Bilan 64 32 22.9.2013. Buka i razumljivost Za dobre slušne uvjete, razina ambijentalne buke, mjerena A-filtriranjem, treba biti najmanje 10 dB ispod željenog signala. Optimalna razina za reprodukciju govora bez jake buke 65-70dB(A). To znači da buka ne smije biti veda od 55 dB(A). U auditorijima i koncertnim salama akustički projektanti reduciraju razinu buke ispod 25 dB(A). U ostalim prostorima, maksimalno dozvoljena vrijednost buke ne smije prijedi 40 dB(A). Sustav ozvučenja ne može se pojačati do krajnjih granica. U mnogim situacijama vrlo je teško realizirati maksimalno akustičko pojačanje od 60 ili 65dB(A) bez mikrofonije. U takvim situacijama potrebno je koristiti DSP za sprječavanje mikrofonije. Isto tako prevelika razina buke može dobar sustav napraviti potpuno nezadovoljavajudim. 22.9.2013. Ozren Bilan 65 Postupak projektiranja ozvučenja u prostoriji Racionalni pristup projektiranju sustava ozvučenja u prostoriji može se podijeliti u slijedede korake: 1. Definirajte zahtjeve za pokrivanjem auditorija. Pri tome se uobičajeno započinje definiranjem centralne postave. Nakon toga, određujemo pobudne zahtjeve svakog elementa postave. 2. Izračunajte razine direktnog i ječnog polja, u različitim točkama auditorija i odredite njihove odnose u kombinaciji s vremenom odjeka prostorije. Taj postupak odredit de adekvatnu razumljivost. Proračun je najvažniji na frekvenciji od 1 kHz, ali potrebno ga je izvesti od 125 Hz do 4 kHz. Određuje se zahtjev za adekvatnim pojačanjem, uočavajudi Ds potrebnu za normalni rad. 3. Ako su zadovoljeni zahtjevi za dovoljnom razumljivosti sustav se može realizirati. Ako je razumljivost nedovoljna, analizirajte da li se povedanjem apsorpcije može povedati konstantna prostorije R kako bi se povedao odnos direktnog i ječnog zvuka. U postojedim prostorijama to nije mogude napraviti, ali u prostorijama koje su u fazi projektiranja mogude je unijeti dodatnu apsorpciju. 4. Ako ponovni proračun pokaže da centralna skupina ima zadovoljavajude parametre, projekt se može dovršiti. Ako se ne može postidi zadovoljavajuda razumljivost, potrebno je primijeniti distribuirani sustav. 22.9.2013. Ozren Bilan 66 33 22.9.2013. Tipični dijagram Pretpostavimo da su zadani slijededi zahtjevi  Na različitim lokacijama potrebno je 10 mikrofona  Primarna uporaba sustava je pojačanje govora  Sustav mora reproducirati vršne razine do 85 dB u svim dijelovima auditorija, uključujudi slabe govornike.  Razina buke u prostoriji je 25 dB(A). Interpretacija zahtjeva ogleda se u slijededem - miješalo do 10 ulaza bit de dovoljno za sve potrebne ulazne konfiguracije, kao i za sva preusmjeravanje signala. Za najprirodniju reprodukciju govora poželjna je centralna postava zvučnika. Postava se može specificirati kao jedna zvučna kombinacija ili više elemenata u biamplifikaciji. Poželjna je biamplifikacija i ekvaliziranje sustava ozvučenja, što nas upuduje na primjenu digitalnog signal procesora za frekvencijsko dijeljenje, vremensko usklađivanje i ekvalizaciju sustava. Promjena pojačanja sustava može se izvršiti u velikom broju točaka što omogudava velike mogudnosti priključivanja i konfiguriranja sustava. Primjer predviđa samo jedan mikrofon i samo jedan zvučnik. Specificiranje mikrofona podrazumijeva neopteredeni izlazni napon, kada se mikrofon nalazi u zvučnom polju razine 94 dB. Normalna razina govora na udaljenosti od 0.5m je oko 72 dB. Ako mikrofon ima osjetljivosti 10mV/Pa, mikrofonski nazivni izlazni napon u zvučnom polju razine 72 dB bit de: E = 10 72/20 x 10 mV = 0.8 mV efektivno 22.9.2013. Ozren Bilan Postavimo referencijalni ulaz napona 0.8 mV efektivno pri frekvenciji 1000 Hz na jedan mikrofonski ulaz miješala. 67 S ulaznim i izlaznim potenciometrima u njihovim nazivnim nultim položajima, podesimo mikrofonski trim potenciometar tako da je izlaz miješala 0.4V efektivno. Ovo trim podešavanje definira nazivnu radnu točku sustava i postoje velike mogućnosti pojačanja i slabljenja signala ovisno o glasnom i tihom govorniku. Frekvencijsko dijeljenje i ekvalizacija sustava vrši DSP. Primijenjeni zvučnik je dvopojasna kombinacija s posebnim ulazima za bas i visokotonski zvučnik s lijevkom. Preporučljivo pojačalo je dvokanalno. 22.9.2013. Ozren Bilan Električni prag šuma prikazan ekvivalentnom razinom šuma od -2 dB(A) na udaljenosti od 20 metara, bit će 25 dB ispod razine akustičke buke u prostoru. 68 34 22.9.2013. Nazivna radna razina S ovakvim podešavanjem maksimalna izlazna razina sustava ograničena je dinamičkim područjem i nazivnom radnom točkom određenom digitalnim signal procesorom. Nakon toga, određujemo nazivnu radnu razinu sustava za najudaljenijeg slušatelja na udaljenosti od 20m. Vrijeme odjeka u prostoriji nije duže od 1.5 s u području od 250Hz do 2 kHz, a prosječna razina buke je oko 25 dB(A). Pri toj buci EAD za tihi govor bit de oko 2m ili govorna razina od 60 dB na udaljenosti od 20m. Pri simuliranom ulazu mikrofona od 72 dB, podešavamo HF i LF izlaz digitalnog signal procesora na nazivnu razinu od 0.4 V efektivno. Potom potenciometrom na pojačalu podesi snagu pri kojoj LF zvučnik realizira 60dB na 20 metara udaljenosti. Konačno, podešavamo visokofrekvencijski zvučnik opisanim postupkom na istu razinu. Ovakva postava omogudit de dovoljnu rezervu stolu za miješanje, DSP i pojačalu snage za obradu i pojačanje nazivnih razina signala, kao i rezervu za vrhove do +25 dB, ako se za tim ukaže potreba. 22.9.2013. Ozren Bilan 69 Razglasni sustav velike dvorane Pravni fakultet Split     Duže vrijeme odjeka Bočni zvučni stupovi Bežični mikrofoni DSP Digitalni Signalni Procesor za eliminiranje mikrofonije 22.9.2013. Ozren Bilan 70 35 22.9.2013. Presjek zvučničkih instalacija Niskoomske linije U suvremenim razglasnim sustavima najčešda je praksa po kojoj se pojačala snage smještaju u neposrednu blizinu zvučnika koje napajaju. Na taj način gubici u zvučničkim kablovima svode se na najmanju mogudu mjeru. U nekim situacijama to nije mogude, pa projektant sustava mora uzeti u obzir gubitke u zvučničkim linijama i izabrati takve presjeke koji de sve gubitke svesti na prihvatljivu vrijednost. 22.9.2013. Ozren Bilan 71 Potrebno je uočiti kako postoje dva izvora gubitaka. Prvi su omski gubici u samim kabelima, a drugi su gubici uslijed neprilagođenja, kojeg mogu unijeti vrlo dugi kabeli. Pretpostavimo ulazni signal od 8 V, na kabelu bez gubitaka pri teretu od 8 oma. Disipirana snaga na teretu onda je 8W. Ako je kabel dug 80 m, a promjer vodiča je 2.5mm tj. presjek je 5.2 mm2, otpor vodiča de biti: R = 80/300 = 0.26 Ω, Ukupni otpor u obje grane bit de dvostruk. Napon na teretu od 8 Ω je: E = 8/[8 + (2 x 0.26)] x 8 = 7.5 V, Disipirana snaga bit de: P = (7.5)2 /8 = 7 W Gubitak u kabelu je: Gubitak (dB) = 10 log (7/8) = 0.58 dB Opda jednadžba za izračunavanje gubitaka je: Gubitak dB = 20 log [RL/(RL+2Rk ] gdje je Rk otpor svake grane kabela, a RL otpor tereta. Gubici nastaju uslijed gubitaka na kabelu i gubitaka zbog neprilagođenja impedancije. Uobičajena praksa pri projektiranju uvjetuje da gubici na teretu (zvučniku) budu manji od 0.5 dB. 22.9.2013. Ozren Bilan 72 36 22.9.2013. Opdi razglasi distribuiranih sustava sa 100V linijama Distribuirani zvučnički sustavi redovito koriste 100V sustave. To su sustavi kojima je pri maksimalnoj pobudi, izlazna snaga pojačala na linijskom naponu od 100V. Taj napon dobije se transformatorom. Presjek vodiča bira se uvjetom prema kojem, gubitak ne smije biti vedi od 10%. Osnovna ideja sustava ozvučenja s raspodijeljenim (pasivnim) zvučnicima ili distribuiranih sustava je P = UxI = konst Ista snaga može se prenijeti uz manju struju ali vedi napon. Uz viši napon manji su gubici. 22.9.2013. Niskoomski sustavi Rzv = 8Ω, Pizl = 100 W => Uizl = (PxR)½ = 28,3 V Rzv = 8Ω, Pizl = 200 W => Uizl = (PxR)½ = 40 V Napon na izlazu pojačala ovisi o nazivnoj snazi i impedanciji tereta. Manji napon -> veća struja. 22.9.2013. Ozren Bilan 73 Visokoomski sustavi Pizl = 100 W => Uizl = 100 V (ili 70 V, 25 V) Rzv = U2/Pizl = 100 Ω Pizl = 200 W => Uizl = 100 V (ili 70 V, 25 V) Rzv = U2/Pizl = 50 Ω Minimalni otpor tereta ovisi o raspoloživoj snazi pojačala. Napon na izlazu pojačala je uvijek jednak nazivnom naponu sustava! Ozren Bilan 74 37 22.9.2013. Niskoomski sustavi Visokoomski sustavi (T-T) 100 V PRI PUNOJ SNAZI 22.9.2013. IZVODI SNAGE 1, 2, 4... W Ozren Bilan 75 Gubici u sustavu i proračun Zbog promjene napona i otpora vodiča dolazi do gubitaka u sustavu. Gubici transformatora Linijski gubici Gubici transformatora Gubici u transformatoru se mogu izmjeriti i točno odrediti. Proizvođači ove podatke rijetko navode. Gubici u prijenosu ovise o duljini i presjeku vodiča te o broju i prijelaznom otporu spojnih mjesta. Iskustvo pokazuje da je dobro ukupnu snagu instaliranih zvučnika pomnožiti 1,2 do 1,5 puta i tako odrediti potrebnu snagu pojačala. 22.9.2013. Ozren Bilan 76 38 22.9.2013. Primjer Pretpostavimo kako proračun pokazuje da je za ozvučenje nekog predvorja, učionice ili restorana potrebno: Zvučnik 10 W 32 kom – 320W Zvučnik 5 W 8 kom - 40W Zvučnik 3 W 4 kom - 12W Ukupna snaga zvučnika: Pzv = 372 W => potrebna snaga pojačala Ppoj = 372 x 1,5 = 558 W 20 kΩ 10 kΩ 5 kΩ Struja kroz vodiče za Unaz = 100 V: 2 kΩ Ipoj = Ppoj / Unaz = 5,58 A ! 22.9.2013. Prema pojačalu Prema zvučniku Ozren Bilan 77 Transformator pojačala Na raspolaganju je pojačalo deklarirano sa: Rzv = 8Ω, Pizl = 100 W => Uizl = (PxR)½ = 28,3 V Omjer prijenosa transformatora: N = Unaz/ Uizl = 3,5. Odabiremo transformator čiji je omjer prijenosa unutar 20% odstupanja od proračunate vrijednosti. Na raspolaganju je transformator deklariran ULAZ 300 W/ 4Ω i IZLAZ 100 V i izvodima na primaru označenim sa 25 V, 35 V, 45 V, 70,7 V i 100 V. Iz Uizl = (PxR)½ dobivamo Uizl = 34,6 V Omjer prijenosa transformatora: N = Unaz/ Uizl = 2,88. Omjer prijenosa transformatora se dobiva kao odnos napona odjeljaka primara prema naponu sekundara. U ovom slučaju odabrat ćemo izvod transformatora označen s 35 V. 22.9.2013. Ozren Bilan 78 39 22.9.2013. Problem Izbor presjeka vodiča Zbog prepobude transformatora jezgra ulazi u zasićenje. U tom području se transformator ponaša kao zavojnica bez jezgre, tj. predstavlja kratki spoj za izlaz pojačala! Distribuirani zvučnički sustavi najčešće koriste 100V sustave. To su sustavi kojima je pri maksimalnoj pobudi, izlazna snaga pojačala na linijskom naponu od 100V. Taj napon dobije se transformatorom. bez tereta s teretom 22.9.2013. Ozren Bilan Presjek vodiča bira se uvjetom prema kojem, gubitak ne smije biti veći od 10%. 79 Izbor presjeka vodiča Presjek instalacija se bira uz uvjet da su dopušteni gubici maksimalno 10%. Na grafu je dužina dvostruke linije na kojoj gubici prema udaljenosti postižu navedenu vrijednost. Za snagu od 100W, linija presjeka 1.5mm2 može biti duga 400 m, a 200W do 300 m. 22.9.2013. Ozren Bilan 80 40 22.9.2013. Zaključak 100V linije omogućavaju:  lagano mijenjanje konfiguracije, bez utjecaja na ostale zvučnike  jednostavno podešavanje razine pojedinog zvučnika  galvansko odvajanje Pri tome : izobličenja i frekvencijsku karakteristiku određuje kvaliteta primijenjenih transformatora 22.9.2013. Ozren Bilan 81 100V sustav Pravnog fakulteta u Splitu Sustav ozvučenja objekta sastoji se od više povezanih razglasnih sustava:  Opće ozvučenje objekta (atrij, hol, stepeništa, knjižnica, hodnici)  Ozvučenje vijećnice  Ozvučenje male sale  Ozvučenje velike sale Svi sustavi meĎusobno su povezani tako da se važna govorna obavijest (alarm, traženje osoba) može proslijediti prisilnim uklopom sa mjesta razglasa općeg ozvučenja objekta u sve prostore. Audio signal pri zasjedanju u vijećnici moguće je proslijediti na opći razglas. Svi sustavi realizirani su 100V linijama zbog velikih udaljenosti izmeĎu razglasa i pripadajućih zvučnika, te velikog broja primijenjenih zvučnika. Na slici je razglas velike sale: 22.9.2013. Ozren Bilan 82 41