Расширение зоны стереоэффекта. Требования к элементам стереофонических звуковоспроизводящих устройств. О динамиках в потолке

В театре или в концертном зале легко выделить звуки рояля, скрипок, определить местоположение и интенсивность звучания музыкальных инструментов. Впечатление пространственного звукового поля создается потому, что слушающий, не очень сознавая это, все время определяет разницу в ощущениях одного и того же звука правым и левым ухом.

Совсем иные ощущения возникают при слушании обычного монофонического (т. е. одно-звукового) радиоприемника или магнитофона. Звуки отдельных инструментов при этом сливаются, и кажется, что они исходят из одной точки - места, где установлена динамическая головка громкоговорителя. Не помогает здесь и увеличение числа микрофонов на сцене и громкоговорителей перед слушателем: звуки, возникающие в разных частях сцены, передаются все вместе по одному каналу (через один и тот же канал усилителя), поэтому в месте приема уже невозможно определить, как размещены музыкальные инструменты.

Сохранить пространственное ощущение при передаче записи и воспроизведении звука позволяет стереофоническая система (греческое слово stereos означает "пространственный"), В простейшей стереофонической системе 2 микрофона, 2 независимых канала передачи и соответственно 2 громкоговорителя. Звук, принятый левым микрофоном, воспроизводится динамической головкой левого громкоговорителя, т. е. приходит к слушателю слева, а звук, "услышанный" правым микрофоном, попадает к слушателю от головки правого громкоговорителя. Помимо трансляции стереофонических сигналов через усилители возможна их передача по радио, запись на грампластинки (см. Электрофон) и на магнитную ленту. Стереофонический магнитофон отличается от монофонического тем, что в нем все удвоено (исключая лентопротяжный механизм): число магнитных головок, усилителей и выносных громкоговорителей. Так как нужно записывать одновременно 2 звуковых сигнала, то на одной магнитной ленте должно быть 2 дорожки. В дальнейшем звук, воспроизведенный с каждой дорожки, поступает на динамическую головку соответствующего громкоговорителя, благодаря чему и создается стереоэффект.

Признаками качества, характеризующими стереофоническое звучание, являются:

• -пространственное впечатление, т.е. разнесенность компонентов стереофонической панорамы как по фронту вдоль линии, соединяющей громкоговорители, так и в глубину от нее, причем местоположения источников звука в этой области пространства могут быть четко локализованы;
• -прозрачность звучания, благодаря чему легко выделяются и раздельно воспринимаются инструменты или их группы на фоне звучащего ансамбля;
• -правильность передачи тембров инструментов и голосов, высокая естественность тембра инструмента как в момент удара молоточком по струнам (нестационарный процесс), так и во время звучания струн;
• -передача "басовых" звуков оркестра без излишней "гулкости", свойственной монофоническому звучанию;
• -лучшее, чем при монофонической передаче, восприятие "акустической атмосферы" первичного помещения.

Весьма важной особенностью, свойственной стереовоспроизведению, является появляющаяся возможность воздействия на слушателя направленностью прихода звуков, что позволяет подчеркнуть конфликтность различных тем, их объединение, сопоставление, противопоставление и т.д..

Всю площадь прослушивания, где наблюдается предпочтительность стереовоспроизведения, можно разделить на две части, назвав их соответственно зонами полного и частичного стереоэффекта. Зоной полного стереоэффекта называется площадь, в пределах которой предпочтительность превышает 85%, а искажения локализации звуковых образов стереопанорамы не превышают 0,1 В. В пределах зоны полного стереоэффекта возможны качественно правильная локализация звуковых образов стереопанорамы, их уверенное пространственное разделение. Размер этой зоны невелик, центром ее является точка оптимального слушания Зоной частичного стереоэффекта называется площадь, в пределах которой предпочтительность стереовоспроизведения составляет 60 ... 85%, а число раздельно воспринимаемых направлений не менее трех. Границы этой зоны принято определять максимально допустимой ошибкой локализации центра базы при равных уровнях канальных сигналов. Расстояние между громкоговорителями (размер базы) оказывает значительное влияние на величину зоны стереоэффекта. При уменьшении базы с 3 до 0,8 м площадь зоны стереоэффекта возрастает с 0,4 до 1,2 . Уменьшение размера базы приводит к более громкому звучанию центральных источников, что ухудшает «прозрачность» звучания боковых источников. «Прозрачность» звучания для боковых и центральных источников стереопанорамы увеличивается при увеличении базы. С учетом этого размер базы при воспроизведении выбирается в соответствии с размером базы контрольных акустических систем и равен 2—3 м. С увеличением размера базы (более3 м) из-за интерференционных явлений локализация центральных источников становится менее четкой. При проектировании стереофонических воспроизводящих систем предполагалось, что идеальная стереофоническая система воспроизведения должна состоять из двух идеальных монофонических. Однако идеальный монофонический громкоговоритель должен быть ненаправленным во всем диапазоне частот. Стереофоническая система, состоящая из ненаправленных громкоговорителей, обладает очень малой зоной стереоэффекта. Взаимозаменяемость влияния разности уровней и сдвига во времени на слуховые восприятия позволяет расширить зону стереоэффекта. Смещение слушателя в сторону от оси симметрии приводит к появлению временного сдвига, обусловленного изменением расстояния до обоих громкоговорителей. Это изменение, как правило, сопровождается повышением уровня опережающего сигнала от ближайшего громкоговорителя и снижением уровня запаздывающего сигнала. При этом кажущийся источник звука смещается из центра базы в том же направлении, что и слушатель. Правильную локализацию центра можно восстановить, если при смещении слушателя в сторону громкоговорителя Диаграмма направленности будет оптимальной, когда расположение отдельных звуковых образов на линии базы практически не будет зависеть от расположения слушателя относительно громкоговорителей системы воспроизведения. Для удовлетворительной компенсации эффекта бокового смещения слушателя, достаточно обеспечить требуемые диаграммы направленности лишь в области средних частот. Рассмотрим два способа изменения уровней при боковом смещении. При первом используют двухполосные акустические системы, в каждой из которых звено, воспроизводящее средние и высокие частоты, заменено двумя параллельно включенными группами излучателей, одна из них совмещена с низкочастотным звеном, другая находится вблизи от центра базы. Оси двух центральных групп развернуты в сторону от средней линии. Зона допустимых смещений при стереобазе, равной 5 м, имеет ширину 2,4 м на расстоянии 1 м от базы и расширяется до 5 м при удалении на 5 м и более.

При втором способе используют акустические линзы, поворачивающие диаграмму направленности среднечастотных звеньев трехполосных громкоговорителей в сторону оси симметрии системы Для получения сдвига во времени применяют пластинчатые акустические линзы, которые устанавливают перед группой громкоговорителей. Если направление излучения звука совпадает с направлением пластин, они не оказывают никакого воздействия на формирование суммарного сигнала в удаленной точке звукового поля. Для прочих направлений сигналы, поступающие из разных каналов, образованных соседними пластинами линзы, имеют сдвиг во времени

Большим недостатком современных динамических громкоговорителей является острая характеристика направленности в области высоких частот, что создает определенные неудобства при прослушивании монофонических программ и сужает зону стереоэффекта при использовании обычных акустических систем в стереофонии.

В различной отечественной и зарубежной литературе неоднократно приводился рисунок (рис. 1), иллюстрирующий влияние расположения громкоговорителей на зону стереоэффекта.

Рис. 1. Зона заметного стереоэффекта: а - при размещении одиночных громкоговорителей в углах помещения, б - при размещении системы из трех громкоговорителей в каждом канале вдоль узкой стороны комнаты.

Для расширения зоны стереоэффекта многие любители стереофонического звуковоспроизведения применяют один - два громкоговорителя закрытого типа в каждом канале, располагая их в углах комнаты, как показанной на рис. 2.

Рис. 2. Размещение громкоговорителей по углам комнаты.

Выпускаемые рядом иностранных фирм высокочастотные акустические агрегаты выполнены в форме куба, на внутренней стороне каждой грани которого размещен громкоговоритель (всего 6 штук).

Применение всенаправленных излучателей не только расширяет зону стереоэффекта, но и позволяет значительно снизить необходимую площадь помещения с 18-20 до 12-15 кв.м. В материалах рекламной иностранной печати имеются сообщения, что использование всенаправленных излучателей позволяет получить удовлетворительный стереоэффект даже в салоне легкового автомобиля.

В конструкции применены отечественные громкоговорители 1ГД-3 РР3 со следующими основными параметрами: среденее стандартное звуковое давление 0,3 н/м2, собственная частота механического резонанса 4,5±1 кГц, модуль полного электрического сопротивления на чатсоте 630 Гц — 12,5 Ом, номинальная мощность 1 Вт, рабочий диапазон частот 5-18 кГц.

Общий вид акустики показан на рис. 3. Сферический фронт звуковой волны от громкоговорителя 1 (на рисунке дан разрез диффузора громкоговорителя) попадает на рассеивающую линзу 2. Отраженные от линзы звуковые колебания имеют круговую характеристику направленности в горизонтальной плоскости. Образующая линза рассчитана таким образом, что и в вертикальной плоскости появляется характеристика направленности громкоговорителя. Для увеличения звукового давления и расширения характеристики направленности в агрегате используются два громкоговорителя.

Рис. 3. Общий вид акустического агрегата: 1 — громкоговоритель, 2 — исскуственная линза, 3 — корпус, 4 — дюралиевая линза, 5 — кольцо, 6 — капроновая стека, 7 — стойки, 8 — основание, 9 — муфты.

При сборке агрегата громкоговоритель с капроновой сеткой, защищающий его от пыли, приклеивают его к пластине 4 и запрессованному в нем кольцу 5. Затем весь узел с помощью стоек 7 крепят к корпусу 3. Стойки 7 держат также основание 8 с приклеенными к нему линзами 2.

Эскизы деталей агрегата показана на рис. 4. Корпус 3 и основание фанерованы, можно использовать пластик с рисунком, иммитируюший ценные породы дерева. Остальные детали изготовлены из дюралюминия Д16. Наружные поверхности этих деталей отполированы.

Рис. 4. Эскизы деталей агрегата.

Электрическое включение громкоговорителей агрегата определяется параметрами усилителя и низкочастотных громкоговорителей. Для однополосных усилителей с номинальной выходной мощностью 5-10 Вт можно рекомендовать вариант включения агрегата, поаказанный на рис. 5, а.

Рис. 5. Электрические схемы включения громкоговорителей акустического агрегата.

Для стереофонических усилителей с одним низкочастотным громкоговорителем схема упрощается. На рис. 5, б, например, показана схема подключения агрегата к звуковой колонке магнитофона «Яуза-10».Дроссели намотаны на пластмассовых каркасах диаметром 25 мм. Ширина намотки 30 мм. Дроссель Др1 (рис. 5,а) содержат 150, а Др1 (рис. 5,б) - 100 витокв провода ПЭВ-2 1,04.

И в заключение хочется предупредить радиолюбителей, что использование описанного акустического агрегата целесообразно только в том случае, если полоса рабочих частот усилителя превышает 8-10 кГц. При меньшей полосе пропускания его применение становится неоправданным и малоэффективным.

Радио стр. 39-40, № 4, 1973 г.

С кажу честно: чего не было, того не было. Ни разу в жизни не попадало ко мне это изделие на рабочий стол. Редкая в наших краях машина, да-с... Давно меня подмывает разузнать, как же воспринимается на слух раздвинутая таким неожиданным образом зона стереоэффекта. Ведь что оне, инженеры эти, исделали (см. рисунок 5). К основным левому и правому каналам добавили они ещё по одному каналу, сдвинув для каждого из них фазу на 90°. Подозреваю, что платой за такое решение стало ухудшение локализации источников звука, да и просто - "размазалась" стереопанорама. Впрочем, устройства этого я так ни разу в жизни и не прослушал, да-с...

Вообще же, машинка эта выглядит очень даже интересно. Да, вот ещё что: не нашёл я, как ни старался, западного аналога этого мастодонта (а вот это уже действительно интересно). В первую очередь полез я искать его среди изделий фирмы AKAI, исходя из того, что лабиринтные АС 6АСЛ-1 ростовчане "сняли" именно с акаевских АС Jet Stream (об этом ниже). Так вот: среди акаевских конструкций того времени водились квадрофонические системы, но вот такой неожиданной штуки я у них, как ни старался, так и не отыскал. Прошёлся я и по каталогам прочих героев того времени, впрочем, с тем же результатом... Хотя, конечно и не факт, что её не увели у какого-нибудь менее именитого производителя, или я невнимательно изучал тогдашние каталоги, или не попался мне нужный каталог, - всё же каталогов этих до нашего времени дожило довольно мало... В общем, боясь ошибиться, откладывал я публикацию этого поста с самой весны, а теперь вот наконец решил: прошляпил так прошляпил, - и хрен с ним!

Да-с... Так вот: как я уже писал выше, конструкцию акустических систем этого аппарата ростовчане скопировали у японцев, с модных на тот момент лабиринтных АС Jet Stream (реактивный поток) фирмы AKAI. Сделали они это без зазрения какой либо совести, то есть, - с точностью до миллиметра. Единственное, что пришлось изменить ростовским инженерам, так это добавить в АС твиттер 3ГД31, ну и фильтр для твиттера установить пришлось тоже. Не нашлось у нас тогда широкополосной головки требуемых габаритов и мощности и потому наши инженера́ без второго слова перевернули японскую систему кверху колёсами (дабы центр тяжести ея оказался внизу, а твиттер, как ему и положено, вверху) и всобачили тудой этот самый разнесчастный твиттер, да-с... Решение, как по мне, более чем здравое.

Напоследок приведу я ностальгическую японскую рекламную фотку тех лет (на ней как раз и изображена квадрофоническая система фирмы AKAI, укомплектованная акустическими системами Jet Stream).

"РОСТОВ-ДОН-101-СТЕРЕО"

В. Кияшко, Н. Сидневец, Ю. Савкин

"Радио" №3, 1978 год

С истема объемного звучания «Ростов-Дон-101-стерео» состоит из усилительно-коммутационного устройства и четырех двухполосных громкоговорителей 6АСЛ-1 лабиринтного типа. Она обеспечивает прослушивание монофонических программ с эффектом объемного звучания и стереофонических программ с расширенной зоной стереоэффекта. Источниками сигнала могут быть магнитофон, электропроигрыватель или радиоприемник (тьюнер).

Технические характеристики УКУ:

Номинальный диапазон усиливаемых частот , Гц 40... 18 000
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики каналов в номинальном диапазоне частот, дБ, не более 2
Выходная мощность каждого канала на нагрузке 4 Ом, Вт:
номинальная 10
максимальная 15
Коэффициент гармоник по электрическому напряжению при номинальной выходной мощности в номинальном диапазоне частот, %, не более 1
Относительный уровень помех , дБ, не более, с входа:
керамического звукосниматели («Зв. к.» и магнитофона («Магн.») — 60
магнитного звукоснимателя («Зв. м.*) — 50
тьюнера («Приемн.»). . . — 50
Чувствительность , мВ, с входа:
«Зв. к.» и «Магн.». . . . 200. . .250
«Зв. м.» 3 ... 5
«Приемн.» 20 ... 25
Пределы регулировки тембра на частотах 63 Гц и 16 кГц, дБ, не менее. . ±10
Пределы плавной регулировки громкости , дБ. не менее 60
Ступенчатое ослабление громкости , дБ, не менее —15
Рассогласование фаз выходных напряжений между стереоканалами в диапазоне частот 1 . ..6 кГц, градус... 90 ±15
Коэффициент демпфирования , не менее 8

Потребляемая мощность , В А 150
Габариты , мм 530 x 355 x 136
Масса , кг 16,5

Технические характеристики громкоговорителя 6АСЛ-1:

Номинальная мощность , Вт 6
Эффективно воспроизводимый диапазон частот (при неравномерности частотной характеристики 15 дБ), Гц 63. .. 18 000
Номинальное входное сопротивление , Ом 4
Среднее стандартное звуковое давление , Па 0,1
Суммарный коэффициент гармоник по звуковому давлению при номинальной мощности на частоте 1 кГц, %, не более 3
Габариты , мм 1 70x 285x 430
Масса , кг 7

Структурная схема усилительно-коммутационного устройства «Ростов-Дон-101-стерео» показана на рис. 3. Источники входных сигналов подключают к разъемам X1 - Х4, громкоговорители - к разъемам Х6 - Х9, стереотелефоны - к разъему Х5. Выбранный источник сигнала подключают к входу усилителя А1 нажатием соответствующей кнопки переключателя S1. Усиленный сигнал через переключатели S1.5 («Тихо» - ступенчатый регулятор громкости) и S1.6 («Стерео») поступает на сдвоенный переменный резистор R7, являющийся регулятором громкости. Нажатием на кнопку S17 («Тонкомпенсация») к нему можно подключить цепи тонкомпенсацни C2C4R5 и C3C5R6, улучшающие качество звуковоспроизведения при малой громкости. Положение кнопки S1.6, показанное на схеме, соответствует подаче на вход УКУ монофонического сигнала. Выходы усилителя А1 и регуляторы громкости в этом случае соединены параллельно.

Чувствительность и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) двухканального входного усилителя А1 изменяются в зависимости от выбора источника сигнала. Необходимые переключения производит электромагнитное реле (на рис. 3 оно не показано), размещенное в усилителе и управляемое кнопкой S1.3.

При работе от магнитного звукоснимателя (нажата кнопка S1.4) срабатывает реле К2, подключая к входу усилителя разъем ХЗ. Реле же, находящееся в усилителе А1, не срабатывает, так как цепь питания его обмотки разомкнута (кнопка S1.3 в положении, показанном на схеме). При этом АЧХ усилителя соответствует стандартной, а его чувствительность составляет 3...5 мВ.

Нажатие на кнопку S1.3 приводит к тому, что реле К2 отпускает (вход усилителя соединяется с разъемом Х4), а реле, находящееся в усилителе, срабатывает. В результате АЧХ усилителя становится линейной и чувствительность уменьшается до 20...25 мВ.

Во входном усилителе имеется еще один двухканальный тракт, который используется при работе от керамического звукоснимателя и магнитофона. Они подключаются к усилителю контактами реле К1 (цепь его питания коммутируется контактами кнопки S 1.1). Выходы же усилителей этого тракта соединяются с выходом усилителя А1 контактами еще одного реле (на схеме также не показано). При этом выходы усилителей сигналов магнитного звукоснимателя и радиоприемника отключаются.

С движков переменного резистора R7 сигналы поступают на входы эмиттерных повторителей А2 и а с них - на регуляторы тембра по высшим и низшим частотам, предварительные усилители А4 и А5 и фазовращатели U1 и U2.

Выходные сигналы фазовращателей, сдвинутые по фазе на 90° друг относительно друга (в каждом канале), подаются на бестрансформаторные усилители мощности А6.1, А6.2 и А7.1, А7.2. Питаются эти усилители от двуполярного источника, расположенного в блоке питания G1.

Для контроля уровнен выходных напряжении служат стрелочные индикаторы P1 и Р2. подключенные к выходам усилителей мощности через выпрямители U3 и U4.

Все функциональные узлы УКУ, кроме фазовращателей, выполнены по известным схемам и каких-либо принципиальных особенностей не имеют.

Принципиальная схема фазовращателя одного из каналов показана на рис. 4.

Его входное устройство представляет собой каскад на транзисторе V1 с разделенной нагрузкой. Собственно фазовращающая цепь, состоящая из резисторов и конденсаторов создает на входе составных эмиттерных повторителей V2, V4 и V3, V5 два сигнала с требуемым (90°) фазовым сдвигом в указанном выше диапазоне звуковых частот. Эти сигналы усиливаются каскадами на транзисторах V6 и V7 и поступают на усилители мощности. Одинаковые уровни сигналов на выходе фазовращателя устанавливают подстроечными резисторами R26 и R27.

Для получения объемного звучания громкоговорители устанавливают в один ряд (рис. 5) на расстоянии 100...150 мм от стены. Расстояние l между громкоговорителями левого и правого каналов выбирают в зависимости от размера помещения.

звуковых колонок в достаточно большом помещении, стереоэффект будет ощущаться только у противоположной стены. Слушатели, находящиеся в середине (по оси симметрии), почувствуют звуковой провал, то есть будут слышать как бы «разорванную» звуковую картину.

Для устранения этого недостатка между основными громкоговорителями устанавливают дополнительный, третий, который подключают к правому и левому каналам так, как показано на рисунке 2. При таком включении звуковая картина для слушателей в середине

помещения восстанавливается, но эффект локализации отдельных источников получается размытым из-за монофонического воспроизведения звука средним громкоговорителем.

Если в помещении клуба будет много предметов, сильно поглощающих ззук, ширина зоны хорошей слышимости стереоэффектов будет не больше 0,2 ширины базы. В этом случае при ширине базы 1,5-3 м разместить группу слушателей в зоне наилучшего стереоэффекта будет затруднительно. Расширению зоны восприятия стереоэффекта способствует отражение звука от стен и потолка. На рисунке 3 показано такое размещение громкоговорителей, при котором наилучшим образом используется эффект отражения звука от стен.

Большое влияние на качество воспроизведения оказывает уровень громкости. Чем ближе он к уровню звучания музыкальных инструментов и голоса певца, тем стереоэффект ощущается полнее. Для помещения площадью до 30 м 2 уровень воспроизведения

музыки должен быть не ниже 60-70 дБ (что соответствует громкой речи). Необходимо также следить, чтобы между слушателями и громкоговорителями не находились какие-либо предметы, могущие вызывать заметное ослабление высших звуковых частот и вследствие этого сузить эффективную зону стереофонического воспроизведен и я.

ВРАЩАЮЩИЕСЯ ПРИЗМЫ

Предлагаем конструкцию универсального стенда, который может стать визитной карточкой вашего клуба. Стенд этот не совсем обычный. Вместо привычных витрин он представляет собой четыре вращающиеся трехгранные

призмы. Таким образом полезная площадь стенда увеличивается в три раза.

А теперь расскажем о его конструкции. Посмотрите на рисунок. Каркас стенда монтируется из старых водопроводных труб -0 25-40 мм и устанавливается на бетонных тумбах. Призмы крепятся между двух Направляющих на упорных подшипниках. Изготовить призмы проще всего так: на треугольное основание (заготовки выре

заются из ДСП) с помощью реек с пазами устанавливаются листы оргалита или фанеры Так как эти материалы сильно коробятся от сырости, советуем дополнительно укрепить их ребра рейками или проволочными скобками. Для защиты от дождя и"снега над стендом нужно смонтировать одно- или двухскатную крышу, установив на ней люминесцентные или обычные электрические лампы.