ΗΛΕΚΤΡΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ 9. ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΚΑΛΥΨΗ ΓΙΑΝΝΗΣ ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΑΚΟΥΣΤΙΚΗ 9. ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΚΑΛΥΨΗ ΓΙΑΝΝΗΣ ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ & ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ www.wcl.ece.upatras.gr/audiogroup/

ένα ηχητικό σύστημα Ακουστικά υποσυστήματα Ηλεκτρικά υποσυστήματα Ακουστικά υποσυστήματα Ακουστική ανάδραση + Ακουστική πηγή Ακουστικός Χώρος Μικρόφωνο Προενισχυτής Ενισχυτής Ισχύος Μεγάφωνο Ακουστικός Χώρος Δέκτης ή ακροατής Ηλεκτρική πηγή Βοηθητικά συστήματα Προαιρετικά - βοηθητικά υποσυστήματα

τυπικά ηχητικά συστήματα

ελάχιστες απαιτήσεις από ηχητικό σύστημα ο ήχος πρέπει να φτάνει στον δέκτη με στάθμη 25 db πάνω από τη στάθμη του θορύβου η καταληπτότητα της ομιλίας πρέπει να διασφαλίζεται σε χώρους με αντήχηση το φάσμα του σήματος στον δέκτη πρέπει να προσεγγίζει αυτό της πηγής

απόσταση πηγής δέκτη (m) πότε το ηχητικό σύστημα είναι αναγκαίο φυσικός ήχος ήχος με ηλεκτρική ύποβοήθηση 2,4 1,4 ομιλία μέσης έντασης δυνατή ομιλία όρια επικοινωνίας 0,3 50 60 70 80 90 100 110 120 στάθμη θορύβου (db(a) + 25 db)

σχέσεις ακουστικού κέρδους

απαιτούμενο ακουστικό κέρδος d n καταληπτή φυσική επικοινωνία d s καταληπτή επικοινωνία, κέρδος Ν ag d m d d d Nag 20log 20log 20log d d d m n m s s n

απαιτούμενο ακουστικό κέρδος d n N fb d m N mic dm N 20log 10log( N ) N d ag mic fb n

παραγόμενο ακουστικό κέρδος d n d s d f d l d m πρέπει: P ag N ag N ag = L pn(r) + L pd(r,θ) db 20log ds 20log dl 20log dn 20log d f 10log( N mic ) N fb

σχέσεις καθυστέρησης

χρονική καθυστέρηση καθυστέρηση t 3 καθυστέρηση t 2 καθυστέρηση t 1 πρόβλημα καταληπτότητας της ομιλίας πρόβλημα ποιότητας του ήχου πρόβλημα μετατόπισης ακουστικού ειδώλου

διαφορά ηχοστάθμης αρχικού και καθυστερημένου (db) χρονική καθυστέρηση αποδεκτός ήχος μη -αποδεκτός ήχος 10 0-10 -20-30 -40-50 -60 20 100 200 300 καθυστέρηση (ms)

χρονική καθυστέρηση καθυστέρηση t 1 πηγή ακροατήριο καθυστέρηση t 3 καθυστέρηση t 2

χρονική καθυστέρηση Δt 2 Δt 1 πηγή ακροατήριο t d m c d l 20ms

τοποθέτηση και κάλυψη ηχείων

απαιτήσεις κάλυψης ηχοστάθμη L p 2dB ηχοστάθμη L p 2dB ηχοστάθμη L p ηχοστάθμη L p 2dB ηχοστάθμη L p ηχοστάθμη L p 2dB

επιλογές συστημάτων τρόποι τοποθέτησης ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΛΗΡΗΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ΗΧΕΙΩΝ ΙΣΟΚΑΤΑΝΟΜΗ ΚΑΛΥΨΗΣ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΚΑΙ ΗΧΕΙΑ FILLS ΗΧΕΙΑ ή ΣΥΣΤΟΙΧΙΑ ΟΡΟΦΗΣ έλεγχος για ζώνες με καθυστέρηση

τρόποι τοποθέτησης συστημάτων κεντρικό σύστημα

τρόποι τοποθέτησης συστημάτων κεντρικό σύστημα L / R +sub

τρόποι τοποθέτησης συστημάτων κατανεμημένο σύστημα με 2 κύρια L/R ηχεία + fills

τρόποι τοποθέτησης συστημάτων κατανεμημένο σύστημα με ηχεία οροφής

σχέσεις κατευθυντικότητας

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών πηγή d n δέκτης L L 20log d pd p n n πηγή d n δέκτης L L 20log d 3 pd p n n ελεύθερο πεδίο μία επιφάνεια d n L L 20 log d 6 pd p n n d n L L 20 log d 9 pd p n n δύο επιφάνειες τρεις επιφάνειες

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών πολικά διαγράμματα 500 1000 2000 4000 8000 16000 συχνότητα (Hz)

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών γωνία κάλυψης θ πηγή ακροατήριο

ακουστικό κέρδος κατευθυντικότητα - απόσταση L s d n db (r=1m) L pn(r) = L s - 20logd n db d l d m π.χ. υλοποιούμε κέρδος: P ag = L pd(r,θ) - L pn(r) db L pd(r,θ) = SW+10logW ΗΛ - 20logd l DI(θ) db

ακουστικό κέρδος κατευθυντικότητα - απόσταση L pd(r,θ) = SW+10logW ΗΛ - 20logr + DI(θ) db LF : 250 Hz SW = 104 db/1w/1m MF : 1 KHz 60 0 30 0 μακρινότερη θέση HF : 8 KHz d a = 7,5(m) d b = 15(m) d c = 30(m) πολικά διαγράμματα (a) (b) (c) L p(a) = 104-20log7,5-12 = 76 db για W ΗΛ = 1 Watt L p(b) = 104-20log15-6 = 76 db L p(c) = 104-20log30 = 76 db

ακουστικό κέρδος κατευθυντικότητα - απόσταση LF : 250 Hz πρόβλημα κάλυψης HF ηχείο fill MF : 1 KHz HF : 8 KHz πολικά διαγράμματα (a) (b) (c)

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών ηχείο στον τοίχο ύψος l h μήκος 3l h πλάτος 2l h

τρόποι τοποθέτησης συστημάτων κατανεμημένο ηχοσύστημα με ηχεία οροφής ύψος οροφής l οροφή, επιφάνεια S (m 2 ) ύψος ακρόασης θ 0 N 0, 27S 2 ( 0, 3l 1, 21)tan 2 2

τρόποι τοποθέτησης συστημάτων κατανομή ηχείων οροφής

έλεγχος κατευθυντικότητας

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών ελέγχοντας την κατευθυντικότητα -κόρνες πηγή d n δέκτης γωνία κάλυψης θ καθ L L 20log d ελεύθερο πεδίο pd p n n γωνία κάλυψης θ ορ d n L L 20log d DI pd p n n κόρνα Q DI arcsin sin 10 log Q 0 180 op sin 2 2

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών πρακτικά επαγγελματικά συστήματα ηχείων με κόρνες μεσαίες συχνότητες ψηλές συχνότητες χαμηλές συχνότητες

Q γωνία κάλυψης -6 db ( 0 ) DI (db) κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών 200 κάθετη γωνία κάλυψης 45 0 οριζόντια γωνία κάλυψης 110 0 150 100 50 200 500 1000 2000 5000 10000 συχνότητα (Hz) 100 20 10 10 200 500 1000 2000 5000 10000 συχνότητα (Hz)

γωνία κάλυψης -6 db ( 0 ) γωνία κάλυψης -6 db ( 0 ) κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών 200 κάθετη γωνία κάλυψης οριζόντια γωνία κάλυψης 150 100 50 200 500 1000 2000 5000 10000 200 συχνότητα (Hz) 90 0 150 100 50 κάθετη γωνία κάλυψης οριζόντια γωνία κάλυψης 200 500 1000 2000 5000 10000 συχνότητα (Hz)

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών πρακτικά επαγγελματικά συστήματα ηχείων αύξηση της οριζόντιας γωνία κάλυψης αύξηση της οριζόντιας και κάθετης γωνία κάλυψης

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών ελέγχοντας την κατευθυντικότητα -συστοιχίες 0 0 γραμμική συστοιχία ακροατήριο

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών ελέγχοντας την κατευθυντικότητα -συστοιχίες 60 0 J-shaped συστοιχία ακροατήριο

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών οριζόντια κάλυψη με συστοιχίες ηχείων συνεδριακή κάλυψη συναυλιακή κάλυψη κάλυψη για πλατιά σκηνή

κατευθυντικότητα ηχείων - πηγών αναρτημένες συστοιχίες J- shaped

συστοιχίες ηχείων

κατευθυντικότητα ηχείων συστοιχίες πηγών σφαιρική πηγή r p ( r,t ) s A e r j( t kr ) k 2 c διπολική r d 2A kd p d( r,t, ) j sin( sin )e r 2 j( t kr ) r S / συνάρτηση κατευθυντικότητας H(θ)

κατευθυντικότητα ηχείων συστοιχίες πηγών κατευθυντική πηγή r συνάρτηση κατευθυντικότητας H(θ) A p ( r,t, ) H( ) e r j( t kr ) πολλές κατευθυντικές πηγές N A p ( r,t, ) H k( ) e r k 1 k j( t kr ) k συστοιχία

κατευθυντικότητα ηχείων - συστοιχίες σφαιρική πηγή d(m) δέκτης ηχοστάθμη μειώνεται 6 db για διπλασιασμό d L L 20log d pd n p 1m d(m) ηχοστάθμη μειώνεται 3 db για διπλασιασμό d l A (m) Lpd Lp 1m 10log d n γραμμική συστοιχία d d A d A 2 ( l A ) f 2c

κατευθυντικότητα ηχείων - συστοιχίες γραμμική συστοιχία ήχος από 3+4 ήχος από 2+3+4 ήχος από 1+2+3+4 1 2 3 4

κατευθυντικότητα ηχείων - συστοιχίες

κατευθυντικότητα ηχείων - εργαλεία η κατευθυντικότητα και στάθμη ευαισθησίας των ηχείων δίνεται και από τα αρχεία clf ελεύθερο λογισμικό: http://www.clfgroup.org/clfdocuments.htm

κατευθυντικότητα ηχείων - εργαλεία η κατευθυντικότητα και στάθμη ευαισθησίας των ηχείων δίνεται και από τα αρχεία clf http://www.clfgroup.org/clfdocuments.htm

κατευθυντικότητα ηχείων - εργαλεία ελεύθερο λογισμικό: d&b audiotechnik http://www.dbaudio.com/en/systems/details/arraycalc.html

κατευθυντικότητα ηχείων - εργαλεία ελεύθερο λογισμικό: Yamaha Y-S3 http://www.yamahaproaudio.com/global/en/products/peripherals/applications/ys3 /

κάλυψη χώρων με αντήχηση

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους L pd ( r, ) SW Q( ) 10logW 10log( 2 4 r 4 ) R Q( 10log( 4 ) 4 ) R N d log d max ag 20 d d max n n Q min 200d RT 15V 2 2 max L L 10log p W Q 4 r 2 4 R QR LP D / R 10log( ) 16 d 2 max

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους QR LP D / R 10log( ) 16 d 2 max d n dmax κρίσιμη απόσταση d c QR LP D / R 10log( ) 0( db ) 16 d 2 c

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους L ptot ( r, ) L W Q( ) 4 10log( ) 2 4 r R όπου: στάθμη εκπεμπόμενης ακουστικής ισχύος L w (db) εκπεμπόμενη ακουστική ισχύς W ΑΚ (watt) δείκτης κατευθυντικότητας Q(θ) σταθερά δωματίου R ή L ptot ( r, ) WAK Q( ) 10 log 10 log( 2 W 4 r ref σταθερά δωματίου A R 1 4 ) R db ειδικά όταν η πηγή είναι ηχείο L ptot ( r, ) SW Q( ) 10logW 10log( 2 4 r 4 ) R Q( 10log( 4 ) 4 ) R db όπου: στάθμη ευαισθησίας ηχείου SW (db/w/m) ηλεκτρική ισχύς τροφοδοσίας W ΗΛ (watt) κρίσιμη απόσταση d c d n dmax

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους αποδεκτός ήχος 1 2 %AL CONS 10 15-30 0,6 1,0 1,6 2,5 4 RT (sec) 6,3 +4 +2 0-2 -4-6 -8-10 -12 μη -αποδεκτός ήχος L p (D/R) (db)

RT (sec) ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους μη -αποδεκτός ήχος %AL CONS οριακός ήχος 10 15 10 5 6 4 καλός ήχος 2 1 πολύ καλός ήχος -15-10 -5 0 5 L p (D/R) (db) αποδεκτός ήχος

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους λογικό διάγραμμα σχεδιασμού αρχή ΜΕΙΩΣΗ Q min ΧΡΗΣΗ FILL τέλος ΜΕΤΡΗΣΗ ή ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ RT, R, A, d c, Q min ΓΙΑ ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΚΑΛΥΨΗΣ d max ΕΛΕΓΧΟΣ ΚΑΛΥΨΗΣ ΣΕ ΑΛΛΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΕΛΕΓΧΟΣ P ag N ag ΕΛΕΓΧΟΣ L P ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ και ΡΥΘΜΙΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΜΕΙΩΣΗ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ ΚΑΛΥΨΗΣ d max ΑΥΞΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ή / και ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑΣ ΑΥΞΗΣΗ ΑΡΙΘΜΟΥ ΗΧΕΙΩΝ d max ΖΩΝΕΣ ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗΣ ΑΥΞΗΣΗ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ Α τέλος

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους μετρήσεις

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους μετρήσεις

ηχοσυστήματα σε κλειστούς χώρους υπολογισμοί

ισοστάθμιση ηχοσυστημάτων

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος εξομαλυνμένη απόκριση απόκριση χώρου - ηχοσυστήματος αντίστροφη εξομαλυνμένη απόκριση ισοσταθμισμένη εξομαλυνμένη απόκριση

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος κρουστική απόκριση h(t) κρουστική απόκριση h i (t) s in (t) χώρος Room φίλτρο s out (t) αντίστροφο φίλτρο

ισοστάθμιση απόκρισης χώρου - ηχοσυστήματος κονσόλα monitor κονσόλα FOH

Audio Group, Wire Communications Laboratory Electrical & Computer Engineering Department University of Patras http://www.wcl.ee.upatras.gr/audiogroup/