Мониторные колонки
Мониторные колонки позволяют исполнителям слышать себя и других членов коллектива. Мониторные колонки располагаются в непосредственной близости от музыкантов, поэтому не требуют применения больших мощностей, однако необходимо принимать в расчет возможность самовозбуждения. Последняя новинка в этой области – ушные мониторы. Они имеют уровень громкости, достаточный для исполнителя, не требуют много места, сводят на нет возможность самовозбуждения и уменьшают какофонию звуков, царящих на сцене. Так как цены на подобные мониторы падают, скоро мы все получим возможность пользоваться ими. Однако, нельзя забывать, что ушные мониторы обладают мощностью достаточно для того, чтобы серьезно повредить слух.

Технические новинки
Технология звукоусиления становится все более и более сложной, что приводит к появлению на свет много новых приборов, облегчающих жизнь оператору. Среди них – приборы, анализирующие состояние усилителя и идентифицирующие наличие искажений на выходе; приборы автоматического определения и коррекции самовозбуждения и многое другое.

Дистанционное управление
В последнее время все чаще применяются дистанционное управление усилителями, которое позволяет сократить длину кабеля, соединяющего усилитель и колонки, что немаловажно по причине высоких уровней проходящих по этим проводам сигналов.

Раньше усилители, расположенные в удаленном месте, были недоступны для точной отстройки под конкретное помещение и часто – даже для проверки их работоспособности. Дистанционное управление решает кошмарную задачу размещения усилителей. Справедливости ради надо отметить, что быстрая перекоммутация усилителей остается неразрешимой задачей и для систем с дистанционным управлением, однако эти системы обычно базируются на мультиусилителях, так что потеря одного из них не будет очень заметна. Кроме того, можно использовать устройства удаленной коммутации, заранее планировать и устанавливать специальный резерв или просто подойти к усилительной стойке через зрительный зал и устранить неисправность.

Анализатор спектра
Анализатор спектра – это устройство графического контроля, позволяющее визуально отображать многие параметры звука. Вследствие относительно низкой цены эти приборы получили достаточно широкое распространение. Хотя анализаторы спектра довольно удобны,  полностью полагаться на них не стоит. Приборы могут помочь в определении акустических параметров помещения, регулировке эквалайзера для ликвидации самовозбуждения, но вместе с тем, они могут сделать звук ужасным и звенящим. Помните: самый надежный инструмент в большинстве областей аудио – ваши уши.

Автоматизация
Автоматизация в «живом» творчестве имеет особый смысл – попытаться повторно воссоздать некоторые события перед большой аудиторией, ведь жизнь течет по своим законам и уникальные явления, как правило, не повторяются. Системы автоматизации берут на себя работу с рутинными процессами, выполняя их с завидным постоянством и тем самым предоставляя оператору большой простор для творчества. Автоматизация может применяться во многих ситуациях. Например, вам необходимо создать квадрофонический эффект в каком-либо месте композиции. И можно управлять вручную, в то время как управление панорамой будет осуществляться с помощью записанных ранее пресетов.

Уровень, установки эквалайзера, управление сменой эффектов – все это можно заранее запрограммировать, чтобы впоследствие не допустить досадную ошибку. Другими словами, система автоматизации – это дополнительная память и руки оператора. Звукоинженер контролирует процесс регулировки и смены пресетов, но однажды запрограммировав сценарий, он может надеяться на постоянные удовлетворительные результаты.

Системы звукоусиления и области их применения

Введение
В разных условиях необходимо использовать системы, обладающие различными техническими характеристиками. Ниже будут рассмотрены типичные системы и сферы их применения, включая озвучивание небольших групп, стационарные и мобильные инсталляции, а также такие аспекты, как возможность расширения систем звукоусиления, их мощность и эффективность.

Выбор системы звукоусиления следует начинать с определения задачи, для решения которой предназначена та или иная система. Если необходимо озвучивать деловые презентации с большим скоплением людей, то главная цель – донести звук одинаковой громкости (приблизительно 85 dB) до каждого из присутствующих независимо от того, в какой точке зала он находится. В этом случае абсолютно недопустим слишком громкий звук, оглушающий аудиторию.

Ресторанная музыка
При озвучивании такого рода помещений необходимо принимать во внимание тот факт, что люди приходят в эти заведения не только послушать музыку, но и пообщаться друг с другом. Рекомендуемый уровень громкости – примерно 95 dB.

Небольшие коллективы
Для озвучивания небольших акустических ансамблей и певцов подойдет звукоусиливающая аппаратура, обеспечивающая уровень громкости около 110 dB и позволяющая добиться более выразительного звучания.

Музыка в стиле рок
Роковым музыкантам для достижения высоких значений уровня сигнала необходима большая мощность звукоусиливающих систем, порой приближающаяся к болевому порогу* (приблизительно 130 dB). В обычных условиях не рекомендуется превышать уровень громкости 95 dB.
_______________________________________________________________________________________________________________________________

Классическая музыка
Для классической музыки огромное значение имеет динамический диапазон, дабы различать звуки в широком динамическом диапазоне – от скрипичного соло, до мощного крещендо с литаврами. Звукоусиливающая система должна выдерживать 120 dB пиковой нагрузки, иметь естественное звучание и низкий уровень посторонних шумов.

Танцевальная музыка
По требованиям, предъявляемым к звукоусиливающим системам, танцевальная музыка близка к роковой. Она требует, быть может, меньшей громкости, но должна быть более локализована и иметь акцентированный, хорошо читаемый бас. Нельзя оставлять без внимания и тот факт, что люди находятся в дансинг-клубах длительное время (да еще под воздействием различного рода расслабляющих средств). Время от времени у них появляется желание поговорить друг с другом или, по крайней мере, окликнуть кого-нибудь. Рекомендуется поддерживать уровень громкости 95 dB, хотя на практике он имеет тенденцию повышаться до 118 dB.

Естественно, все вышесказанное носит рекомендательный характер и определяется вкусом и чувством меры. Еще одно, о чем нельзя забывать, – уровень звука достаточно относителен. Когда вы приходите в дансинг-клуб, может показаться, что музыка звучит довольно громко, но через какое-то время уши привыкают и дискомфорт пропадает. Только оказавшись снова на улице, вы поймете, что в течение нескольких часов подвергались интенсивной обработке децибелами.

Таким образом, наиболее существенным является контраст, а не абсолютная величина уровня громкости. Этой особенностью человеческого восприятия пользуются исполнители, работающие без микрофона и существенно понижающие уровень громкости перед кульминацией для создания иллюзии громкого пения. Это, пожалуй, самый главный и наиболее трудно понимаемый аспект «живого» звука (попробуйте поговорить о динамике со среднестатистическим гитаристом или барабанщиком, и он подумает, что речь зашла об автомобилях).

Динамика исполнения помогает вдохнуть в произведение жизнь, придавая ему выразительность, в противном случае приходится прибегать к банальному повышению уровня громкости.
В качестве эксперимента немного уменьшите общую громкость на выходе. С вероятностью 99% можно утверждать, что этого никто не заметит. Единственное, с чем вы не в состоянии совладать, так это с барабанщиками и гитаристами, работающими через свой усилитель.
Впрочем последние модели гитарных усилителей оборудуются MIDI-контроллерами, позволяющими осуществлять дистанционное управление. Это могучее подспорье для звукоинженеров в перманентной борьбе с «громкими» гитаристами.

Проблемы звукоусиливающих систем

Существуют общие критерии оценки систем звукоусиления, независимо от их комплектации.

Тест для системы звукоусиления

Любая система должна:
1. Воспроизводить без искажений звук достаточной громкости.
2. Иметь приемлемый уровень посторонних шумов и достаточно широкий динамический диапазон.
3. Охватывать всю аудиторию четким неразмытым звуком (реверберационные процессы).
4. Обеспечивать достаточный уровень громкости микрофонов без самовозбуждения.

С технической точки зрения эти критерии зависят от параметров мощности, эффективности, дисперсии и разделения системы.

Мощность, эффективность, дисперсия и разделение

Выбор подходящей системы звукоусиления – это искусство нахождения компромисса между качеством, удобством, функциональностью и надежностью. Например, для достижения плотного мощного баса необходимы большие динамики, а чем больше динамик, тем больше его магнит, тем больше размер и вес всей колонки. Большинство же людей по вполне понятным причинам предпочитают более легкие и менее крупногабаритные системы.

Не вызывает недоумения и тяга к простоте коммутации, присущей системам со встроенными в пульты усилителями, хотя раздельные системы обеспечивают более полное, гибкое и качественное управление. Необходимо выяснить – может ли комбинированная система расширяться за счет более качественных эффектов, предусмотрены ли в ней разрывы для подключения внешних процессоров, есть ли возможность работать в режиме двухполосного усиления и осуществлять перекрестную перекоммутацию усилителей в экстренных ситуациях. Если какая-либо возможность отсутствует, то следует понять, насколько данная функция действительно необходима. Все это и есть искусство нахождения приемлемого компромисса.

Мощность
При расчете мощности системы необходимо руководствоваться следующим правилом – на каждого из присутствующих в зале должен приходиться 1 W **. Но это идеальный вариант, когда не надо бороться с гитарными «комбиками» и барабанщиком, молотящим по своей ударной установке так, будто от этого зависит его жизнь. Если это безобразие происходит в небольшом зале, то у вас очень мало шансов добиться слышимого вокала.

_______________________________________________________________________________________________________________________________

Лучший способ преодолеть подобный кризис – попросить барабанщика умерить свой пыл и играть чуть-чуть тише. Это все же приятнее, чем бороться с ним, увеличивая мощность звукоусиливающей системы. Очень эффективный метод снижения шума на сцене – мониторная подзвучка музыкантов. Барабанщики зачастую играют громко потому, что в противном случае они себя попросту не слышат. Озвучивание микрофонами ударной установки и подача микса на мониторы поможет барабанщику играть тише.

Эффективность
Одним из ключевых факторов при определении необходимой мощности звукоусиливающей системы является эффективность***. Для более глубокого понимания этой проблемы необходимо ознакомиться с концепцией децибела, обсуждаемой в следующем разделе.

_______________________________________________________________________________________________________________________________

Практически же дело обстоит следующим образом. Допустим, нам необходимо сделать выбор между двумя колонками одинаковой стоимости и различной мощности (400 W и 200 W). Вероятно, ваша рука непроизвольно потянется к более мощной 400-ваттной, но не надо торопиться. Перед окончательным решением неплохо бы повнимательнее изучить технические характеристики обеих колонок.

Информация об эффективности громкоговорителей зашифрована в следующих строках:
200 W: 106 dB на 1 V на расстоянии 1 m (на частоте 1 kHz)
400 W: 96 dB на 1 V на расстоянии 1 m (на частоте 1 kHz)

Эти характеристики говорят о том, что для достижения эквивалентного уровня громкости на 400-ваттной колонке придется приложить дополнительные 10 dB мощности усилителя. Для увеличения мощности на 10 dB необходимо увеличить мощность выхода усилителя в перерасчете на ватты в 10 раз. Таким образом, 10-ваттный усилитель с первой колонкой и 100-ваттный со второй будут воспроизводить одинаковый уровень громкости. Видимо, теперь ваш выбор не будет столь однозначным.

Существуют, конечно, и другие критерии оценки, влияющие на выбор той или иной системы. Это может быть частотный диапазон, эффективность работы на различных частотах и многое другое. В общем, настоятельно рекомендуется послушать все возможные варианты, прежде чем остановиться на одном из них.

Увеличение громкости на 3 dB потребует двукратного увеличения мощности усилителя в Ваттах. Таким образом, если существует возможность получить «лишних» 3 dB, то это совсем не так уж и мало, поскольку эквивалентный результат за счет усилителя потребует увеличение его мощности в два раза. Этот фактор учитывается при использовании микрофонов, колонок и электронного оборудования, что позволяет увеличивать громкость без превышения порога, за которым начинаются искажения.

Децибел (dB)
Децибел определяется через логарифм отношения измеряемой величины к величине, принятой за точку отсчета. Преимущество применения этой единицы измерения состоит в том, что децибелы можно складывать и вычитать вместо того, чтобы производить достаточно сложные математические расчеты.

Напряжение в децибелах (dB)****
За нулевой уровень принимается напряжение равное 0.775 V (dBu). В некоторых приборах японского производства за нулевой уровень принимается напряжение 1 V (dBV), но это скорее исключение, чем правило.

Напряжение в децибелах вычисляется по формуле:
dB = 20 lg (v/Vref)

Это означает, что: если уровень выходного сигнала консоли 0,775 V, то уровень сигнала равен 0 dB;
если уровень выходного сигнала консоли 1,55 V, то уровень сигнала составляет +6 dB;
уровень выходного сигнала консоли 7,75 V (например, при пиковых значениях сигнала) эквивалентен +20 dB.

_______________________________________________________________________________________________________________________________

****Строго говоря, в dB измеряется не напряжение или мощность, а уровень напряжения
или мощности – то есть dB является безразмерной единицей. – Примеч. ред.

Для обратного перерасчета используется формула:
если dB = 20 lg (v/Vref), то
dB/20 = lg (v/Vref)
10 dB/20 = v/Vref
и наконец:
v = 10 dB/20 x Vref.
Таким образом:
+ 4 dB = 1.23 V
профессиональный линейный уровень
+ 3 dB = 1.095 V
+ 6 dB = 1.55V
удвоенное напряжение нулевого уровня
+ 20 dB = 7.75V
десятикратное напряжение нулевого уровня
– 10 dB = 245 mV
– 7.8 dB = 316 mV
полупрофессиональный линейный уровень
– 20 dB = 77.5 mV гитарный уровень
– 50 dB = 2.45 mV микрофонный уровень

Заметим, что по японской шкале –10 dBV эквивалентны 316 mV или –7.8 dB.

Подобная формула используется и для измерения звукового давления (SPL), где за нулевой уровень принимается давление 0.0002 dyne/cm2 (или 20 цРа).
По этой формуле можно вычислить падение звукового давления (SPL) по мере удаления от источника звука, например, при звуковом давлении 96 dB на 1 W на расстоянии 1 m падение SPL на 10 m от источника составит 20 lg (10/1) = 20 dB. Таким образом, на расстоянии 10 m от источника SPL = 96 dB – 20dB = 76 dB.

Мощность в децибелах (dB)
Мощность в децибелах вычисляется по формуле:
dB = 10 lg (W/Wref), где Wref – 1 mW на 600 Ohms.
Таким образом
10 dB = 10 Ig 10
6 dB = 10 lg 4 (приблизительно)
3 dB = 10 lg 2 (приблизительно)
–3 dB – 10 lg 1/2
–6dB – 10 lg 1/4
–30 dB = 10 lg 1/1000

Звуковая мощность вычисляется по этой же формуле
с Wref = 10 -12 W.

Дисперсия
Основными параметрами при определении необходимого количества и типа колонок являются дисперсия***** и объем помещения. Дисперсия определяет способность системы охватывать звуком определенную область на заданном расстоянии.

*****В отечественной теории и практике звукоусиления эта характеристика
до недавнего времени называлась «направленностью». – Примеч. ред.

Динамики с большой дисперсией позволяют охватить звуком большую область, но в этом случае появляются проблемы, связанные с неравномерностью распространения звука на различных частотах и его размытостью (звук
отражается от множества поверхностей, вызывая реверберационные процессы). Динамики с малой дисперсией в меньшей степени подвержены этим недостаткам, но для того, чтобы озвучить аналогичное по объему помещение, необходимо их большее количество, что ведет к усилению интерференции между динамиками и возникновению множества различного рода проблем, связанных с частотной отдачей.

Вооружившись концепцией дисперсии и прикинув необходимую мощность с учетом эффективности, можно приступить к выбору типа корпуса колонки.

Существует несколько типов корпусов. Все конструкции имеют свои преимущества и недостатки. В большинстве случаев приходится полагаться на опыт разработчиков, надеясь, что они максимально эффективно используют преимущества тех или иных конструкций, нивелируя их недостатки, но все же полезно иметь общее представление о свойствах различных типов корпусов колонок.

Диполь
Это самая простая конструкция с динамиком в корпусе с открытой задней стенкой. Этот тип корпусов часто используется для гитарных «комбиков» и автомобильных колонок. Диполь очень прост в производстве. Основная проблема – интерференция между передней и задней частями конструкции, которая приводит к потере низкочастотной составляющей сигнала. Эффективность преобразования электрического сигнала в звук очень мала и составляет всего 5-10%.

Закрытый корпус
Следующий логический шаг в улучшении конструкции – полностью закрытый корпус, подавляющий интерференционные процессы. Мы получаем прекрасный низ, но это крайне неэффективная конструкция, поскольку приходится постоянно преодолевать сопротивление воздуха, находящегося в закрытой части корпуса колонки.

Фазоинвертор (басовый отражатель)
В колонках с фазоинвертором имеется специальное отверстие, позволяющее воздуху беспрепятственно перемещаться внутри колонки, не вызывая, тем не менее, интерференционных процессов. Результаты, полученные за счет применения фазоинверторных конструкций, произвели своеобразную революцию в технологии изготовления корпусов колонок. Научное обоснование фазоинверторных процессов в семидесятых годах провели Nevile (AN) Thiele и Richard Small. Их теоретические изыскания будут подробнее рассмотрены ниже. Сейчас же необходимо отметить лишь то, что конструкция корпуса и фазоинверторного отверстия сильно влияют на работу динамиков.
Применяя в драйвере взвешенный диффузор (так называемый пассивный излучатель) можно получить разновидность фазоинверторной конструкции корпуса колонки.

Рупоры
Еще со времен изобретения фонографа и мегафона люди осознали роль рупора в придании звуку направленности. Фокусируя звуковую энергию, рупор позволяет добиться очевидного усиления.
Рупорная конструкция применяется для всех видов динамиков. Есть басовые рупоры, ставятся рупоры и на среднечастотные динамики, а для высокочастотных они стали практически стандартом. В басовых кабинетах рупоры должны иметь внушительные размеры (вследствие большой длины волны), поэтому применяются свернутые рупоры, позволяющие существенно уменьшить размеры корпуса. Увеличение эффективности системы за счет применения рупора составляет 1.5-30%.
Принцип действия рупора основан на концентрации энергии в заданном направлении. Таким образом, она не рассеивается во все стороны, и звук фокусируется в направлении, определяемым рупором.

Комбинация рупорной середины и фазоинверторного баса
Как и следовало ожидать, конструкторская мысль не остановилась на разработке колонок строго одного вида – появились системы, сочетающие в себе несколько технологий. Один из таких гибридов – колонки с басовым фазоинвертором и рупорной серединой. Конструкция идеально подходит для обычного применения и воспроизведения вокала – то есть, везде, где требуется хорошая перспектива звука. Эта довольно сложная система имеет тенденцию усиления отдачи на частоте разделения между рупорной и фазоинверторной частями.

Комбинация рупорного баса и закрытой середины
Использование корпусов с рупорным басом и закрытой серединой позволяет добиться мощных выразительных низов. Конструкция идеальна для озвучивания басовых инструментов, барабанов и органов. Колонки имеют достаточно сложное устройство и менее эффективны по сравнению со среднечастотными рупорными кабинетами, но зато идеально воспроизводят низы.
Приведенная ниже таблица резюмирует достоинства и недостатки каждой из конструкций.
Теперь, рассмотрим, как же использовать различные типы корпусов.

Таблица характеристик корпусов различных типов

Раздельно расположенные порталы
В большинстве случаев колонки располагают в виде двух отдельных порталов (слева и справа от сцены). Басовые бины монтируются внизу, так как имеют достаточно широкую направленность, на них устанавливаются среднечастотные колонки и рупоры (приблизительно на уровне головы слушателя вследствие их сравнительно узкой направленности).

Такая расстановка создает очевидную проблему – как добиться высокого уровня громкости в конце зала, не оглушив людей, сидящих перед сценой. Уровень громкости сигнала падает на 3 dB с очередным увеличением расстояния в два раза. Поэтому, если уровень сигнала на расстоянии 1 m равен 100 dB, то на расстоянии 32 m он упадет до 85 dB. Чтобы сопоставить эти величины, приведем жизненный пример. 100 dB – это уровень громко звучащей классической музыки или гитарного усилителя, находящегося в одном метре от вас, в то время как 85 dB – уровень акустической гитары.

Другая проблема – баланс между прямым (исходящим из динамика) и реверберационным (отраженным от различного рода поверхностей) сигналами. Реверберационный сигнал, образующийся из множества отраженных сигналов с различными временными задержками и частотной окраской, накладывается на прямой сигнал, размывает звук, делает его нечетким, а порой и неприятным. Единственный способ решить подобную проблему – повысить прямую составляющую суммарного сигнала. Этого можно достичь за счет расположения множества колонок вблизи каждой из частей зала, а в больших помещениях – установить их вдоль стен. За 1 ms звук проходит расстояние в 30 ст. Этот факт необходимо учитывать при коррекции временных задержек сигнала, позволяющих уменьшить эффект эха между локальными и удаленными колонками. В противном случае резко ухудшится качество звука.

Расстояние в 12 m приводит к задержке в 40 ms, что воспринимается как эффект хоруса или искусственного дублирования треков. На 33 m задержка увеличится до 100 ms и будет восприниматься на слух уже как достаточно отчетливое эхо. Для того чтобы сохранить направленную перспективу звука, локальные колонки должны иметь задержку чуть больше 1 ms на каждые 30 ст.

В качестве альтернативного варианта можно воспользоваться множеством широкополосных колонок с узкой дисперсией, монтируемых в задней части зала. Такая конструкция позволяет избежать отражений сигнала от поверхностей. Основной недостаток этого метода состоит в том, что для перекрытия всего пространства требуется большое число колонок и, если не уделить этой проблеме пристального внимания, возможно возникновение интерференционных явлений между ними.

Еще одно размещение – подвесные стеки колонок, каждая из которых озвучивает свою область зала. При такой инсталляции громкоговорители сосредотачиваются в ограниченном пространстве, что позволяет оптимизировать интерференционное взаимодействие различных частей системы. Для облегчения конструкции субвуферы можно расположить на уровне пола (низкочастотный звук обладает широкой дисперсией).

Так как звук распространяется с ограниченной скоростью,

Начало книги Питера Бьюика
«Живой звук. РА для концертирующих музыкантов»
читайте в N 1 (100) 2020 года.
Продолжение – в следующих номерах журнала «Шоумастер».