Основы электроакустики

Звук и электроакустика

Звук – это волны механических колебаний, которые распространяются в твердых телах, жидкой или газообразной (воздух) вреде. С технической точки зрения эти колебания представляют собой периодические изменения давления, вызванные источником звука (например, говорящим человеком). Если мы говорим о звуковых колебаниях в диапазоне частот, слышимых для человека, то речь идет об акустике. Если мы говорим о преобразовании звука в электросигналы или наоборот, усилении, сохранении, передаче звука, то речь идет об электроакустике.

Звуковое давление

Звуковое давление является результатом изменения давления в воздухе при прохождении через него звуковых волн. Единица измерения – паскаль. На практике более удобно говорить об уровне звукового давления, который измеряется в децибелах, а опорной точкой шкалы является слуховой порог 20 мкПа (микропаскаль). Поэтому значения в децибелах (dB SPL) однозначны и сопоставимы.

Акустика помещений

Акустика помещений изучает влияние интерьера помещений на акустику. Она в значительной мере определяет восприятие помещения человеком. Поэтому электроакустические установки играют столь значимую роль.

Распространение звука

Звук распространяется от источника звука в виде расходящихся акустических лучей. Часть звуковых волн достигает слушателя, распространяясь прямолинейно, часть из них отражается от стен потолка и пола, а часть поглощается предметами интерьера.

Прямой и отраженный звук, шум

Благодаря прямому звуку ухо человека может определить расположение источника звука, так как человек слышит его первым (закон первого фронта волны). На основании отраженного звука, который также называют эхом, человеческий слух оценивает размер помещения и его характеристики. Отраженный или диффузный звук в общем распределяется в помещении равномерно. Под шумом понимают всю совокупность звуков, которые мешают пониманию.

Время реверберации и разборчивость речи

Прямой звук отличается тем, что он исчезает сразу после выключения источника звука, в то время как отраженный звук сохраняется в помещении еще некоторое время. Время реверберации определяется как время, в течение которого уровень звукового давления снижается на 60 дБ.

Время реверберации тесно взаимосвязано с разборчивостью речи. Если отраженный звук преобладает над прямым и отличается незначительным временем реверберации, музыкальное сопровождение кажется приятным. Но при трансляции речи реверберация ведет к ухудшению разборчивости. Общее правило гласит, что увеличение времени реверберации снижает разборчивость речи. Поэтому при значительном времени реверберации решающим фактором повышения качества является максимализация направленного на слушателей потока прямого звука из громкоговорителей и минимизация реверберации.

Например, согласно нормам, объявление системы речевого оповещения должно превышать уровень шума не менее чем на 10 дБ. Если уровень шума близок к 70 дБ, то мощность громкоговорителя в зоне озвучивания должна составлять не менее 80 дБ.

Для характеристики разборчивости речи чаще всего используют индекс передачи речи (Speech Transmission Index/STI) со шкалой от 0 до 1. Согласно действующим в Германии стандартам применения VDE 0833-4 и VDE 0828 (см. также стр. 336 нормативного документа) минимальный показатель STI для электроакустических систем оповещения в чрезвычайных ситуациях должен быть равен 0,5

Индекс передачи речи STI
0,00 – 0,30 плохое качество
0,30 – 0,45 низкое качество
0,45 – 0,60 среднее качество
0,60 – 0,75 хорошее качество
0,75 – 1,00 отличное качество