Безопасная эксплуатация систем звукоусиления


Как возникают повреждения?


Раньше определить перегрузку системы было очень просто. Для этого существовало множество подсказок: искажения звука, была заметна работа лимитеров, Clip индикаторы усилителей загорались синхронно с музыкой, а индикаторы подавления уровня сигнала горели, как новогодняя ёлка.

Сейчас же, определить возникновение проблем стало гораздо сложнее и, одновременно с этим, гораздо проще упустить из внимания те факторы, которые могут привести к повреждениям. Почему же так происходит?

Первой и самой очевидной причиной являются усилители. Современные модели стали меньше по габаритам, а их выходная мощность увеличилась. Усилители с мощностью 800 или 1000 Вт при нагрузке 8 Ом стали обычным явлением.

Более того, конструкторы увеличили способность усилителей выдерживать мгновенные пиковые напряжения соответствующие динамике современной музыки. Мгновенные пиковые напряжения 140 В являются обычным явлением.

Такие усилители, как Electro‑Voice TG7, способны выдерживать пики до 180 В. Это сигнал мощностью 4000 Вт, поданный на 8‑омную колонку.

Какие преимущества такой пиковой мощности? Это позволяет воспроизводить крупномасштабными системами значительный динамический диапазон, но только при условии, что громкоговорители способны выдерживать такие пиковые нагрузки.
Из-за таких высоких мощностей возникла необходимость решить две задачи.

  • Во-первых, громкоговорители должны выдерживать высокие пиковые напряжения без механических повреждений. Колонка может быть повреждена мгновенно, в течение одного переходного процесса, или в результате «усталости», накопленной в результате длительного воздействия повторяющихся возвратно-поступательных движений.

  • Во-вторых, звук должен быть хорошим, даже при воспроизведении пиковых сигналов.

Инженеры Electro‑Voice постоянно работают над увеличением способности громкоговорителей EV выдерживать большие мощности.

Для изучения работы громкоговорителей используются самое современное программное обеспечение и измерительные системы. Также большое количество времени тратиться на прослушивание. Испытания проводятся в течение длительного времени, чтобы убедиться, что громкоговорители имеют наименьшие возможные искажения при высоких пиковых нагрузках.

Много времени тратится специалистами на умышленное повреждение громкоговорителей с помощью собственных тестовых сигналов, специально разработанных для того, чтобы оценить механические и температурные пределы колонок.

Затем динамики переделывают таким образом, чтобы они были способны выдерживать еще бóльшие нагрузки.

Однако если оператор превышает допустимый уровень, возникают повреждения, каким бы крепким не был громкоговоритель.
По этой причине в системах усиления стали использоваться лимитеры.

Лимитер, настроенный должным образом, способен защитить громкоговоритель от высоких уровней сигнала, ведущих к выходу динамика из строя.

Никто не знает возможности громкоговорителей лучше, чем те, кто их создавал. Поэтому инженерами Electro‑Voice были разработаны алгоритмы работы пиковых лимитеров, отдельно для каждой модели акустических систем. Если их использовать в хорошо откалиброванной цепи усиления, они защитят каждый громкоговоритель системы от пиковых напряжений, способных повредить колонку.

Цифровые лимитеры были выбраны по той причине, что они способны на большее, чем аналоговые устройства. Они могут заранее оценить сигнал, понять, что будет дальше, ещё до того, как сигнал попадет в усилитель, а время реагирования на пик сигнала равно 20.8 микросекунд (на частоте дискретизации 48 кГц).

В результате был получен собственный лимитер с возможностью предсказывания пиков. Данный тип лимитеров подавляют пики только тогда, когда это необходимо, минимально понижая уровень сигнала, а затем отключаются. Это минимизирует воздействие на программный материал.

В итоге, работу лимитеров совсем не слышно. Для большей части программного материала артефакты, возникающие при подавлении пиков, не будут заметными до тех пор, пока подавление сигнала не достигнет 10 дБ.

Так откуда же возникают проблемы?

На протяжении многих лет, звуковые инженеры привыкли к прослушиванию и просматриванию определенных индикаторов, сигнализирующих о том, что система подвергается тяжелым нагрузкам. Это:

  • Искаженный звук перегруженных громкоговорителей.

  • Искаженный звук от клипирования усилителей.

  • Индикаторы лимитеров.

  • Индикаторы Clip.

С развитием технологий Electro‑Voice и новых защитных алгоритмов цифровых лимитеров, эти сигналы стали менее информативными вследствие следующих причин:

  • Громкоговорители разрабатываются так, чтобы соответствовать современным мощным усилителям, и при этом иметь минимальные искажения,возникающие при мгновенных пиках.

  • Цифровые пиковые лимитеры разработаны таким образом, чтобы подавление уровня сигнала системой защиты было незаметно при «типовых перегрузках», и становилось заметным на слух только при значительных перегрузках системы.

  • Цифровые пиковые лимитеры настолько быстры, что минимизируют клипирование усилителей, что, в свою очередь, минимизирует слышимые искажения.

  • Цифровые пиковые лимитеры настолько быстры, что индикаторы клипирования на усилителях загораются очень редко.

  • Подавление уровня сигнала лимитерами происходит настолько быстро, что дисплеи загораются лишь на мгновение, что требует от оператора системы максимального внимания.

С одной стороны все эти изменения, бесспорно, являются техническими улучшениями, с другой стороны, они позволяют перегрузить звуковую систему, не осознавая этого.

Пиковые лимитеры будут контролировать потенциально вредные мгновенные пики и клипирование усилителей без присущих слышимых и визуальных признаков, хотя при перегрузе системы средний уровень мощности сигнала будет увеличиваться.

Если система подвергается жестким перегрузкам длительный период времени, средний уровень мощности может увеличиться до значения, приводящего к тепловому повреждению излучателей.

Вот в этом и состоит суть проблемы.


Когда же следует уменьшать уровень сигнала?


Ключевым правилом, предотвращающим перегрузки, является внимательное наблюдение за индикаторами пиковых лимитеров в системе. Если пиковые лимитеры неоднократно активируются, то внимательные пользователи понизят уровень сигнала. Подобное ручное воздействие предотвратит увеличение длительной средней мощности до уровня, приводящего к перегреву.

Для большинства программного материала, ВЧ и НЧ лимитеры обычно активируются первыми. СЧ лимитеры не активируются до тех пор, пока уровень усиления значительно не увеличиться. Если на любой из данных частотных полос видны признаки повторяющихся срабатываний лимитера, уровень сигнала необходимо понизить. (Обратите внимание, если используются сабвуферы, то это будет четвёртая полоса).

В случае с рэковыми цифровыми процессорами Electro‑Voice, которые оснащены дисплеями на лицевой панели, работу пиковых лимитеров можно отслеживать с помощью индикаторов, расположенных на ней.

Каждый выходной канал оснащен индикатором, отображающим срабатывание пикового лимитера. Хотя система подавления уровня сигнала в программируемых процессорах работает настолько быстро, насколько быстро работают процессоры, дисплей лимитера в программном интерфейсе для ПК не настолько быстро отображает информацию, как светодиоды на лицевой панели, т. к. частота обновления информации на экране компьютера может быть замедлена из-за наличия больших объемов сетевого трафика.

Таким образом, индикаторы в ПО менее чувствительны к перегрузкам. По этой причине, уровень сигнала необходимо понижать, если хотя бы один из программных индикаторов мигает, хотя бы иногда.


За чем ещё нужно следить?


Что еще можно сделать, чтобы уменьшить вероятность повреждения?

Обновляйте программное обеспечение усилителей и процессоров, программное обеспечение, используемое на ПК, и пресеты.

Как уже говорилось, инженеры Electro‑Voice постоянно улучшают цифровые алгоритмы обработки для обеспечения пользователя наилучшими рабочими характеристиками при максимальной надёжности. Например, улучшенные алгоритмы лимитеров для защиты акустических систем есть только в самых последних версия ПО контроллеров, и соответствующем ПО для ПК, а также в файлах настроек акустических систем.

Улучшенный индикатор уровня и пользовательский интерфейс доступны только в последних версиях ПО для процессоров, усилителей и ПК. Обновления файлов настроек АС могут содержать исправленные пороговые значения для систем защиты, улучшенные настройки эквализации, улучшенную структуру уровней сигнала и настройки, оптимизированные под определенные усилители.

Для наилучшей работы и высочайшей надёжности, убедитесь, что установлены последние версии ПО для процессоров, усилителей и ПК, а также, что используются новейшие пресеты.


Используйте корректные пороговые значения лимитеров под конкретные модели используемых усилителей.

Для разных моделей усилителей требуются разные пороги срабатывания лимитеров. Потому что не все усилители имеют одинаковый коэффициент передачи и не все лимитеры клипируют на одном и том же входном напряжении.

Чтобы защитить громкоговорители, пороговые значения лимитеров в пресетах Electro‑Voice установлены таким образом, чтобы подавить уровень сигнала, если мгновенное напряжение на контактах громкоговорителей будет достаточно высоким, чтобы повредить громкоговоритель. Хотя напряжение на выходе усилителя будет зависеть от коэффициента передачи усилителя.

Это означает, что пороговые значения лимитера должны быть разными для усилителей с разным коэффициентом передачи. Рассмотрим пример, когда порог срабатывания лимитера установлен для усилителя с коэффициентом передачи 32 дБ. Если его заменить усилителем с коэффициентом передачи 38 дБ без изменения порога срабатывания лимитера, второй усилитель будет подавать пиковое напряжение на 6 дБ выше, чем громкоговоритель способен выдержать (в четыре раза мощнее – ух!).

Кроме того, пороги срабатывания пиковых лимитеров в настройках Electro‑Voice установлены таким образом, чтобы предотвратить клипирование усилителя. Хотя, уровень, на котором усилитель начинает клипировать определяется входной чувствительностью. Рассмотрим пример когда порог срабатывания лимитера установлен для усилителя, имеющего максимальную отдачу при уровне входного сигнала 0 дБu.

Если его заменить усилителем, который генерирует полную мощность при уровне входного сигнала 6 дБu, то лимитер будет срабатывать на ¼ его возможной выходной мощности.

Использование неверных пороговых значений лимитера может привести к повреждению громкоговорителя, клиппированию усилителя, или снижению выходной мощности.

Свяжитесь со службой технической поддержки Electro‑Voice чтобы убедиться, что вы используете верные пороговые значения лимитеров в цифровых процессорах, соответствующие используемым усилителям.

Не трогайте аналоговые регуляторы уровня выходного сигнала процессора или входного сигнала усилителя

Прикручивание регуляторов уровня выходного сигнала процессора или входного сигнала усилителя значительно уменьшает коэффициент передачи усилителя. Это означает, что рекомендуемые пороговые значения лимитера больше не соответствуют усилителю, что приводит к возникновению проблем, описанных в предыдущей секции.

Следует помнить, что всё же, в некоторых особых случаях, допускается прикрутить регуляторы уровня выходного сигнала процессора или входного сигнала усилителя.

Например, для получения более равномерного уровня звукового давления в передних рядах, бывает необходимо убавить уровень входного сигнала усилителей, работающих с громкоговорителями, покрывающими эту зону. Это допускается, даже если настройки лимитеров не будут соответствовать этим усилителям, т. к. данные усилители будут иметь уменьшенный уровень выходного сигнала. Но никогда не стоит делать это для целого массива.


Не клипируйте вход цифрового процессора

Как говорилось ранее, если выходные лимитеры в процессорах демонстрируют повышенную активность, уровень сигнала необходимо уменьшить. Также, если уровень сигнала консоли увеличивается, вход цифрового процессора тоже может быть перегружен.

Кроме искажения звука по всему диапазону, это может создать опасные высоковольтные меандры, которые усилители будут подавать на громкоговорители. Если оператор продолжает повышать уровень сигнала с целью повышения уровня звукового давления, то длительная мощность, подаваемая на громкоговорители, может быть увеличена до настолько высокого уровня, чтобы вызвать перегрев и повреждение.

Запомните, что понижение уровня входного сигнала не уменьшает клипирование. Клипирование возникает в начале цепи сигнала процессора, т. е. там, где аналоговый сигнал конвертируется в цифровой. Т. е. сигнал клипирован еще до того, как попал на вход.

Клипирование входного сигнала наиболее точно отслеживается на индикаторах уровня входного сигнала, расположенных на лицевой панели цифровых контроллеров.

При использовании компьютерного ПО, клипирование на экране монитора может отображаться не так достоверно, как на лицевой панели (из-за сетевого трафика, как описывалось ранее для лимитера).

Если обнаружено клипирование входного сигнала, необходимо уменьшить его уровень.


Не используйте компрессоры выходного сигнала в системном процессоре

Компрессоры часто используются для уменьшения динамики программного сигнала в художественных целях. Такую компрессию лучше применять к отдельным входным каналам, а не ко всей звуковой системе.

Компрессирование выходного сигнала процессора понижает звуковое давление. Что подталкивает оператора системы к увеличению уровня сигнала, чтобы достичь нужного SPL. Т. к. динамический диапазон компрессируется, средняя мощность увеличивается. Длительная чрезмерная средняя мощность приведет к перегреву и повреждению громкоговорителей.


Используйте ПО Electro‑Voice LAPS и правильно направляйте громкоговорители

Одним из преимуществ линейных массивов является то, что можно приспособить их диаграмму направленности таким образом, чтобы равномерно покрыть всю аудиторию.

Большая высота линейного массива позволяет пользователю достичь очень узкого вертикального угла раскрытия, что в помещении может минимизировать звуковую энергию, направленную на потолок, а на улице может использоваться для достижения высокого звукового давления на больших расстояниях от массива.

Эти преимущества можно получить, если нужным образом направить кабинеты акустических систем. Иначе результаты могут быть плачевными.

Например, правильно направленный линейный массив будет отличным инструментом для воспроизведения звука на уличном фестивале, в котором слушатели находится на длинной плоской поверхности.

Однако в подобных ситуациях мы наблюдаем одну и ту же ошибку, пользователи некорректно направляют кабинеты. В результате получаем очень узкую вертикальную диаграмму направленности, которая направлена прямо над головами слушателей (как показано на рис. 1).


Рис. 1. Массив направлен слишком высоко.


Не осознавая того, что большая часть звука направляется над аудиторией, пользователь может увеличить уровень сигнала до тех пор, пока система не будет перегружена в бесполезной попытке получить нужный SPL в зоне слушателей (что приводит к повреждению громкоговорителей). Если бы только он осознавал, что на 6 метров выше звук на 20 дБ громче!

С другой стороны, если массив наклонен слишком низко, SPL может быть недостаточным для слушателей находящихся сзади, и слишком сильным в первых рядах (рис. 2).


Рис. 2. Массив направлен слишком низко.


Electro‑Voice создал ПО LAPS для расчета линейных массивов по двум причинам.

Первая позволяет пользователям с помощью системы громкоговорителей получить наиболее равномерное покрытие в наиболее последовательном частотном диапазоне по всему месту проведения мероприятия.

Вторая причина – это, чтобы избежать потенциальных проблем, описанных выше. Трата некоторого времени на проектирование массива с помощью ПО под конкретное мероприятие, и корректное направление громкоговорителей является стоящей инвестицией во время, позволяющей максимизировать производительность и минимизировать повреждения громкоговорителей.


Не используйте эквалайзер с целью компенсировать ВЧ потери на улице

Одной из особенностей воздуха является то, что он поглощает ВЧ энергию. Чем выше частота, тем больше поглощение. Чем дальше от источника звука, тем больше затухание. Более того, при более высокой температуре и меньшей относительной влажности поглощение больше.

Этот феномен не так заметен в помещении, т. к. расстояние не очень большое. На улице, затухание становится очень заметным. Например, громкость на частоте 10 кГц будет понижена приблизительно на 14 дБ на расстоянии 90 метров (см. рис. 3).



Рис. 3. Поглощение звука воздухом на расстоянии 300 футов (91.4 м).


Не стоит использовать эквализацию, чтобы компенсировать ВЧ потери, т. к. такое воздействие приведет к перегрузке системы. Вместо этого используйте дополнительные кластеры задержки (расположенные обычно за точкой сведения).


Воспользуйтесь SPL измерителем – возможно система играет громче, чем вы думаете

В самом начале данного документа мы говорили о том, что при современном развитии технологии, перегрузка системы менее заметна на слух.

Те же факторы, которые влияют на наше восприятие того, насколько сильно нагружена система, также влияют на наше восприятие и того, насколько высокий уровень звукового давления.

Наши уши воспринимают искаженный сигнал как более громкий, чем неискаженный при одинаковом уровне громкости. Т. к. современные звуковые системы генерируют меньше искажений, чем системы предыдущих поколений, то они часто будут казаться не настолько громкими, какими есть на самом деле.
Всегда нужно следить за уровнем SPL, не только для защиты слуха, но и для защиты звуковой системы.

Любой SPL измеритель справится с этой задачей (включая повсеместно используемую модель RS). Установите шкалу в значение Flat, или C‑Weighted и время отклика в Fast.

Мы знаем о случае в одном концертном туре, когда было принято решение использовать микрофоны для усиления звука пиротехнических взрывов т.к. они были недостаточно громкими, по сравнению с музыкой. К счастью, FOH‑инженеры воспользовались SPL‑измерителем и увидели, что система работала громче, чем они думали. И поэтому было принято решение об уменьшении уровня громкости системы, вместо того, чтобы усиливать звуки взрывов. Иначе, в данном случае, система могла бы просто сгореть.


Берите достаточное количество громкоговорителей и усилителей на мероприятие

Это кажется очевидным, но на практике, часто принимаются решения ограничивающие размеры используемой системы звукоусиления на каком-либо мероприятии (ограничения бюджета, ограничения по весу, месту, количеству грузовых автомобилей и т. д.).

Когда используется система недостаточных размеров, вероятность перегрузки системы значительно повышается. Будьте очень аккуратными в таких случаях.


FIR‑фильтры по сравнению с IIR‑фильтрами

В прошлом преобладающими фильтрами в цифровых процессорах были IIR‑фильтры. Однако со снижением стоимости цифровой обработки на рынке стали преобладать FIR‑фильтры. Данные фильтры имеют некоторые преимущества по сравнению с IIR‑фильтрами. Во-первых, при использовании FIR‑фильтров амплитуду и фазу эквализации можно более точно контролировать. Во-вторых, можно получить большую крутизну среза кроссовера.

Не все FIR‑фильтры работают одинаково. Инженерами Electro‑Voice были разработаны собственные средства создания FIR‑фильтров, которые обладают большей точностью. Мы верим, что это обеспечивает преимущество в производительности. Это означает, что FIR‑фильтры для громкоговорителей Electro‑Voice доступны только в цифровых процессорах Electro‑Voice.

Есть ли разница в использовании IIR и FIR‑фильтров при перегрузке звуковой системы? Технически разницы никакой нет. Т. к. фаза обычно более точно управляется FIR‑фильтрами, может быть некоторая разница в мгновенных пиках, но длительная мощность, поставляемая на громкоговорители, будет такой же.

Однако, некоторые слышимые признаки, на которые привыкли ориентироваться операторы системы, будут менее заметными, при использовании FIR‑фильтров, чем при использовании IIR‑фильтров. Как описывалось в предыдущей секции, это означает, что оператор может не осознавать, насколько тяжело работает система, что увеличивает возможность ее перегрузки. Все советы из предыдущих секций одинаково применимы как к IIR, так и к FIR‑фильтрам.


Позвольте нам помочь настроить систему

Позвольте нам помочь вам получить максимальную отдачу от вашей системы при максимальной надежности.

Мы проверим, чтобы у вас были лучшие настройки, программное обеспечение для процессоров, усилителей и ПК, а также обеспечим наиболее современной литературой и ПО.

Свяжитесь со службой технической поддержки Electro‑Voice в Украине по адресу office@soundhouse.com.ua.

Усилители | Акустические системы | Микрофоны | Контроллеры | Программное обеспечение
49094, г. Днипро, ул. Набережная Победы, 10и, 2-й этаж, тел./ф.: 067 560 31 51, e-mail: office@soundhouse.com.ua
Copyright© 2017 SoundHousePro.com All rights reserved
Использование материалов soundhousepro.com разрешается при условии ссылки (для интернет-изданий - гиперссылки) на soundhousepro.com.