Сравнительный анализ полей распределения звукового давления обычными акустическими системами и системами аурофоничного типа.
Все акустические системы (АС) прямого излучения традиционной конструкции обладают определенной направленностью излучения звуковой энергии. Рассмотрим трехполосную АС, она состоит из низкочатотного громкоговорителя, он обычно работает от 20 до 400 Гц, среднечастотного от 200Гц до 5 000 Гц и высокочастотного громкоговорителя с частотным диапазоном воспроизведения от 4000 до20 000 Гц. Размеры излучателя на низких частотах существенно меньше длины звуковой волны, более 3-х раз, поэтому динамика на этих частотах способен возбудить только шаровую волну, направленность которой в горизонтальном сечении представляет собой круг. С повышением частоты излучения длина звуковой волны уменьшается и становится близкой по величине к размерам диффузора динамика и диафрагмы высокочастотной головки.
Направленность излучения в этом случае обостряется, а зона охвата высокочастотными волнами сужается до луча на самой крайней частоте диапазона. Таким образом, при работе акустической системы изготовленной по традиционной схеме, когда динамики располагаются на передней панели друг под другом происходит мгновенное изменение зон охвата от кругового на низких частотах до лучевого на самых верхних частотах. Слушатель, располагающийся вне зоны распространения средних и высоких частот, будет воспринимать неполный спектр сигнала, попросту - будет слышать только низкие и средние частоты.
Суммарная характеристика направленности традиционной АС выглядит как на рисунке ниже,
следующим образом.
Нч- это распределение низкочастотного звука в пространстве (20- 400 Гц)
Сч- это распределение среднечастотного звука в пространстве (400- 5000 Гц)
Вч- это распределение высокочастотного звука в пространстве (5000- 20000 Гц)
В акустических системах, построенных по принципам аурофонии, звук от излучателей попадает на отражающую поверхность, потом от этих поверхностей переизлучается в окружающее пространство становясь диффузно направленным. Пример такой акустической системы приведен ниже.
Чтобы понять, как устроен и работает излучающий блок рассмотрим рисунок ниже
Деформация воздуха создаваемая громкоговорителем попадает в отражатель и устремляется во все стороны в соответствии с формой отражателя. Часть звуковой энергии, которая не требуется для создания звукового поля в заданном направлении, может быть рассеяна поглотителем. Таким образом, если изобразить характеристики направленности излучателя на разных частотахв горизонтальной плоскости, то они будут представлять собой совокупность округлых фигур на высоких частотах и окружностей на низких частотах, как показано на рисунке внизу
При сравнении с аналогичными характеристиками обычной акустической системы, становится понятно, что данное техническое решение построения акустической системы обеспечивает равномерное распределение звукового сигнала в пространстве независимо от частоты. Кроме того интенсивность звуковой волны в разных направлениях может управляться звукопоглотителями.
Звукопоглотители могут исполняться из разных материалов разной плотности и распределения в пространстве, т. е аурофоничная конструкция звукового излучателя позволяет формировать характеристику направленности в широких пределах. На иллюстрации ниже показано снижение интенсивности излучения после прохождения через поглотитель, более тонкие стрелки.
Важной особенностью аурофоничных систем является сама структура звуковых колебаний. Если сравнить излучение динамика в комнате со светом прожектора, то излучение аурофоничной системы будет соответствовать освещению прожектором потолка, а обычные системы соответствуют направлению света прожектора в глаза. Восприятие человеком окружающей среды происходит в отраженных лучах, как световых, так и звуковых, поэтому акустические системы построенные на принципах аурофонии более комфортны для восприятия.
В помещении обычные системы создают поле определяемое их характеристиками направленности, показанными на рис. ниже и в соответствии с каналами записи левым и правым. При сложении звуковых полей левой и правой акустических систем, во время прослушивания обнаруживается зона так называемого стереозвучания. Она показана вокруг слушателя. За пределами этого пространства стереоэффект распадается. Получается, что область комфортного восприятия ограничена зоной стереозвучания. Панорама виртуальной картины восприятия между акустическими системами выстраивается в нашем сознании в соответствии с фонограммами, записанными в левый и правый каналы.
Объемное звучание формируется в малой зоне, здесь обычно и надо расположить кресла слушателей. Перемешение в пространстве приведет к непредсказуемым изменениям образов звучания. Разумеется за пределами данного пространства, допустим открытая дверь в соседнюю комнату, о целостности звуковой картины можно и не рассуждать.
При использовании аурофоничных систем, когда амплитуды и фазы сигналов рассеяны и перемешиваются на отражателях объемное восприятие образуется во всем объеме помещения, т.к. не существует областей прямых сигналов. Интересным является эффект объемного восприятия звуковой картины даже при использовании одной аурофоничной акустической системы.
Это связано с тем, что человеческое ухо воспринимает рассеянный звук не только от источника, но и от стен помещения и других отражающих поверхностей, выстраивая некий звуковой объем.
Находясь в звуковом объеме диффузного звучания аурофоничных систем сознание слушателя формирует звуковой образ в пространстве, и место расположения слушателя для пространственного восприятия значения не имеет. Интересным является тот факт, что звуковое поле формируемое аурофоничными звуковыми системами не распадается на отдельные частотные компоненты и в других помещениях, в которые может проникнуть звук. Целостность восприятия сохраняется во всем доступном акустическом пространстве.
При использовании обычных акустических систем для озвучивания открытых пространств аллей и парков, а также самих домов, направленные свойства многих излучателей проявляют себя глухими зонами и взаимодействием друг с другом в виде сигналов с задержкой от более дальних источников.Это создает некоторый сумбур в звуке, когда ноты смешиваются друг с другом и гласные в словах набегают на согласные. Пример схемы озвучивания пространств с помощью обычных колонок приведен ниже. Зоны интенсивного звучания показаны в виде сиреневыхэлипсоидов. В зоне пересечения элипсоидов будут слышны наложения звуков от разных систем. Картина звукового поля, если мысленно заменить колонки прожекторами будет представляться в виде отдельных ярких зон восприятия.
В случае применения систем аурофонии картина озвучивания будет выглядеть иначе.Для открытых пространств использование поглотителя не требуется, т.к. зона озвучивания должна быть наиболее широкой.В этом случае, без поглотителей, характеристики направленности аурофоничных систем, будут представлять собой окружности.
Поскольку звук аурофоничных систем диффузно направленный, то смешивание фаз колебаний и амплитуд в таком поле человеческое ухо не замечает. В зоне пересечения характеристик направленности, звук приходит со всех направлений и продолжает восприниматься в объеме. Звуковая картина создаваемая аурофоничными источниками воспринимается, как цельное звучащее пространство. При перемещении вдоль аллеи будет совершенно не заметен переход от одной системы к другой. С расстоянием звук от аурофоничных систем не распадается на частотные составляющие и воспринимается разборчиво во всем пространстве с естественным затуханием.