Τεχνικά χαρακτηριστικά ηχείων

DECIBEL

Το decibel ίσως να αποτελεί το πιο χρήσιμο εργαλείο για τους μηχανικούς ήχου. Μας επιτρέπει να συσχετίσουμε τις αλλαγές στις παραμέτρους ενός ηχητικού συστήματος, όπως για παράδειγμα είναι η ισχύς, η τάση και η απόσταση– οι οποίες μπορούν να γίνουν αντιληπτές ακουστικά από έναν ακροατή. Εν συντομία, το decibel είναι ένας τρόπος για να εκφράσουμε το «πόσο πολύ» σε ένα μέγεθος που να μπορεί να είναι αντιληπτό από τον άνθρωπο. Οι αλλαγές που σημειώνονται στην ένταση και στη συχνότητα του ήχου συνήθως συσχετίζονται με κλασματικές αλλαγές που έχουν ως σημείο αναφοράς κάποιες αρχικές standard τιμές. Για το λόγο αυτό η στάθμη του ήχου εκφράζεται και προσδιορίζεται μέσω λογαρίθμων.

Decibel meter

 

Το decibel, που χρησιμοποιείται για να εκφραστεί η στάθμη ήχου, έχει πάρει την ονομασία του από τον Γράχαμ Μπέλ, τον Σκωτσέζο εφευρέτη, που μεταξύ άλλων έμεινε γνωστός στην ιστορία για την εφεύρεση του τηλεφώνου. Το decibel, που συνήθως χρησιμοποιείται με τη συντομογραφία του dB, είναι μια μονάδα η οποία προκύπτει από μια αλγοριθμική κλίμακα και εκφράζει τη διαφορά στάθμης μιας φυσικής ποσότητας. Στην περίπτωση του ήχου, το decibel εκφράζει λόγο εντάσεων.

Sound Pressure Level

Sound Pressure ή ακουστική πίεση ονομάζεται η μεταβολή της πίεσης του ήχου από την περιβάλλουσα ατμοσφαιρική πίεση και η οποία προκαλείται από ένα ηχητικό κύμα. Στον αέρα η ακουστική πίεση μπορεί να μετρηθεί με τη βοήθεια ενός μικροφώνου

Sound pressure level ή αλλιώς SPL, ονομάζουμε την λογαριθμική μέτρηση που προκύπτει από την επίδραση της πίεσης ήχου σε ένα σημείο αναφοράς. Μονάδα μέτρησης του sound pressure level είναι το decibel. Η minimum τιμή, όπου δεν σημειώνονται βλάβες στο ανθρώπινο αυτί θεωρείται η τιμή των 0dB SPL, ενώ η τιμή του sound pressure level όπου ξεκινούν και οι βλάβες στα αυτιά θεωρείται αυτή των 120 dB SPL.

Επιτρεπτά όρια decibels ώστε να μην προκαλούνται βλάβες στα αυτιά

 

Ισχύς, ένταση και Decibels

Δεδομένου ότι το decibel χρησιμοποιείται για να εκφράσουμε τις αλλαγές που γίνονται στα επίπεδα, θα μπορούσαμε να το χρησιμοποιήσουμε προκειμένου να περιγράψουμε τα επίπεδα της έντασης του ήχου, που σχετίζονται τόσο με ακουστικούς, όσο και σε ηλεκτρικούς τομείς. Τα 80 dB SPL αναφέρονται σε ένα επίπεδο ακουστικής έντασης, το οποίο προσδιορίζεται πάντα έχοντας ως σημείο αναφοράς το standard επίπεδο των 0 dB. Επίσης, ο ήχος, οι αλλαγές στην ισχύ καθώς και στην τάση ενός συστήματος μπορούν να μετρηθούν με decibels. Παρακάτω ακολουθούν κάποιοι κανόνες του θορύβου, οι οποίοι θα μπορούσαν να σας βοηθήσουν προκειμένου να χρησιμοποιήσετε σωστά τα decibel σε ένα σύστημα επαγγελματικών ηχείων:

• Μια μεταβολή των 2 dB SPL στην καθολική ένταση του συστήματος ηχείων είναι και η μικρότερη αλλαγή, η οποία μπορεί να γίνει αντιληπτή από τον μέσο ακροατή.
• Η αύξηση της έντασης κατά 3 dB, απαιτεί και τον διπλασιασμό της ισχύς του ενισχυτή ήχου.
• Πολλαπλασιάζοντας την ισχύ του ενισχυτή με έναν συντελεστή 10, η SPL αυξάνεται κατά 10 dB
• Αυξάνοντας το επίπεδο κατά 10 dB SPL, δημιουργείται σε έναν συνηθισμένο ακροατή η αίσθηση ότι έχει διπλασιαστεί η ένταση του ήχου
• Η τάση δεν «συμπεριφέρεται» όμοια με την ισχύ. Διπλασιάζοντας την τάση, αυξάνεται η ένταση κατά 6 dB, ενώ πολλαπλασιάζοντας την τάση (10 φορές επιπλέον), η ένταση αυξάνεται κατά 20 dB.

Sensitivity Ratings and the Decibel

Η ευαισθησία ενός επαγγελματικού ηχείου ή αλλιώς ακουστική ένταση– εντοπίζεται στον άξονα έντασης (dB SPL), σε συγκεκριμένη απόσταση και έχοντας τροφοδοτηθεί με συγκεκριμένη ηλεκτρική ισχύ. Πιο συγκεκριμένα, ευαισθησία ενός ηχείου είναι η ακουστική ένταση (dB), που παράγει ένα ηχείο σε απόσταση 1m, όταν αυτό έχει τροφοδοτηθεί με ηλεκτρική ισχύ 1W. Επομένως, η ευαισθησία ενός ηχείου μπορεί εύκολα να υπολογιστεί σε διαφορετικές αποστάσεις και λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικές τιμές της ηλεκτρικής ισχύς. Για παράδειγμα, έστω ότι έχουμε ένα ηχείο με ευαισθησία στα 96 dB SPL, η οποία έχει υπολογιστεί σε απόσταση 1m από το ηχείο και το οποίο έχει τροφοδοτηθεί με ηλεκτρική ισχύ 1W. Διπλασιάζοντας την ηλεκτρική ισχύ στα 2W αυξάνεται η ευαισθησία κατά 3 dB στο 1m. Διπλασιάζοντας πάλι την ηλεκτρική ισχύ στα 4W, η ευαισθησία του ηχείου θα φτάσει στα 102 dB SPL, αυξάνοντας πάλι την ευαισθησία κατά 3 dB. Σα συμπέρασμα μπορούμε να καταλήξουμε πως κάθε φορά που πολλαπλασιάζουμε την ηλεκτρική ισχύ που τροφοδοτούμε το ηχείο, αυξάνεται η ευαισθησία του ηχείου κατά 3 dB σε απόσταση 1m.

Attenuation over Distance: Inverse Square Law / Σχέση απόστασης –εξασθένησης: νόμος αντιστρόφου τετραγώνου

Σχέση απόστασης –εξασθένησης: νόμος αντιστρόφου τετραγώνου

 

Ο νόμος αντιστρόφου τετραγώνου περιγράφει την εξασθένιση του ήχου, καθώς η απόσταση αυξάνεται. Δείχνει πως η ένταση (SPL) μειώνεται κατά 6 dB κάθε φορά που διπλασιάζεται η απόσταση από την πηγή του ήχου. Αυτό οφείλεται στη διάχυση του ήχου, ο οποίος εξαπλώνεται από την πηγή περιμετρικά σε μια σφαιρική περιοχή.

Όσο η ακτίνα της σφαιρικής αυτής επιφάνειας διπλασιάζεται, το εμβαδόν της τετραπλασιάζεται, ενώ η ακουστική ισχύς υποτετραπλασιάζεται.

Καθαρός- κατανοητός λόγος –ακουστική και ηχοακουστική

Με τον όρο «κατανοητός λόγος», αναφερόμαστε στην καλή ποιότητα και καθαρότητα του ήχου, που γίνονται αντιληπτές από έναν ακροατή, ο οποίος μπορεί να κατανοεί τις λέξεις που ακούγονται σε κάποιον συγκεκριμένο χώρο. Είναι πολύ σημαντικό να υπάρχει διαύγεια στο άκουσμα των λέξεων και να ξεχωρίζουν τα σύμφωνα. Οι δυο κύριες παράμετροι που συμβάλουν στον κατανοητό λόγο είναι α) η ομαλότητα που μεταπίπτει η συχνότητα του συστήματος στο κατάλληλο εύρος συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται για τον λόγο (350 Hz – 5 kHz) και β) στο signal-to-noise-ratio του συστήματος.

Η καλή απόκριση συχνότητας εξαρτάται από την υψηλή ποιότητα των συσκευών που αποτελούν το ηχητικό σύστημα, την σωστή τους διάταξη και την σωστή τους λειτουργία.

Masking, Upward Masking, and the Haas Effect

Με τον όρο Masking- υπερκάλυψη, αναφερόμαστε σε έναν ήχο ο οποίος καλύπτεται από έναν άλλον, έτσι ώστε να μην μπορεί να γίνει αντιληπτός και να ξεχωρίσει από τον πρώτο ήχο. Υπό φυσιολογικές συνθήκες τα ηχητικά συστήματα περιλαμβάνουν αρκετά εφέ υπερκάλυψης.

Η background μουσική, ή αλλιώς μουσική χαμηλής έντασης αποτελεί το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγμα: όπου το ηχητικό σύστημα υπό φυσιολογικές συνθήκες λειτουργίας θα πρέπει να φτάνει το minimum 15-25 dB πάνω από το επίπεδο θορύβου.

Τα επίπεδα υψηλής παραμόρφωσης στους ενισχυτές, στα ηχεία ή σε άλλες συσκευές του ηχητικού συστήματος, μπορεί να αποτελέσουν την αιτία του φαινομένου masking. Η υπερβολική παραμόρφωση μπορεί εύκολα να αποφευχθεί χρησιμοποιώντας υψηλής ποιότητας μηχανήματα ηχητικού εξοπλισμού και ακολουθώντας πιστά τις οδηγίες για τη σωστή ρύθμιση των gain σε όλα τα στάδια.

Καθυστερημένες αντανακλάσεις ήχου, ή καθυστερημένες αφίξεις του ήχου από απόμακρα ηχεία μπορεί να δημιουργήσουν ιδιαίτερα προβλήματα και να καταστρέψουν τόσο την ποιότητα της μουσικής, όσο και την διαύγεια και καθαρότητα του λόγου. Η σωστή διάταξη των ηχείων αποτρέπει τον αντίλαλο που δημιουργείται από τα απομακρυσμένα ηχεία. Είναι επιπλέον πολύ σημαντική η σωστή τοποθέτηση και η σωστή επιλογή των ηχείων, που επίσης θα μας βοηθήσει να αποφύγουμε τον αντίλαλο, που δημιουργείται από τους τοίχους ή άλλες επιφάνειες.

Το haas effect, γίνεται αντιληπτό χάρη σε ένα χαρακτηριστικό της ανθρώπινης ακοής, χάρη στο οποίο οι πρώτες αντανακλάσεις του ήχου (αντανακλάσεις εξαιτίας επιφανειών κοντά στην πηγή του ήχου, ή κοντά στον ακροατή) εκλαμβάνονται από τον ακροατή ως τμήμα του κύριου ήχου, ενώ οι μεταγενέστερες αντανακλάσεις, οι οποίες προκαλούνται από πιο μακρινούς τοίχους, εκλαμβάνονται από τον ακροατή ως διακριτικός αντίλαλος.Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό του ηχητικού συστήματος, έτσι ώστε είτε να δώσει πλεονεκτήματα σε ένα χώρο, είτε να μας βοηθήσει προκειμένου να αποφύγουμε συνθήκες και διατάξεις που δεν θα αποφέρουν το αποτέλεσμα που επιθυμούμε.

Σαν γενικό κανόνα αποφύγουμε τις έντονες αντανακλάσεις του ήχου, που δημιουργούνται από επιφάνειες, οι οποίες απέχουν περισσότερα από 15 μέτρα από την πηγή του ήχου, ή από τον ακροατή. Η εμπειρία έχει δείξει ότι κατά κύριο λόγο οι αντανακλάσεις του ήχου που προέρχονται από επιφάνειες που απέχουν 7-10 μέτρα από την πηγή του ήχου ή του ακροατή μπορούν να αναμειχθούν πιο ήπια –πιο ομαλά με τον απευθείας ήχος. Σε αντανακλάσεις που δημιουργούνται σε πολύ στενούς χώρους, περίπου στα 4 μέτρα από την πηγή του ήχου ή του ακροατή, δημιουργούνται μεγάλα κενά στη συχνότητα απόκρισης – frequency response- μεγάλες διακοπές στη ήχο, τα οποία οφείλονται στην ακύρωση φάσεων (phase cancellation), λόγω των ανακλάσεων. Για να αποτρέψουμε το παραπάνω φαινόμενο, συνιστάται η χρήση απορροφητικών υλικών στο χώρο, όπως για παράδειγμα ειδικές ταπετσαρίες, μοκέτες, κουρτίνες και ειδικά υλικά ακουστικής.

Επιπλέον υπερκάλυψη

Επιπλέον υπερκάλυψη (upward masking) σχετίζεται με τη δυνατότητα ενός ήχου να καλύπτει όχι μόνο άλλους ήχους, οι οποίοι είναι στο ίδιο εύρος συχνοτήτων, αλλά να καλύπτει και ήχους, οι οποίοι είναι υψηλότεροι κατά πολλές οκτάβες. Επειδή αυτό συνήθως δεν γίνεται αντιληπτό από την ανθρώπινη ακοή, αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να σημειώνονται προβλήματα διαυγείας του λόγου, όταν οι χαμηλότερες συχνότητες ήχου κυριαρχούν σε ένα ηχητικό σύστημα και ιδιαίτερα όταν έχουμε ηχεία με μικρότερο εύρος διασποράς με αυξανόμενες συχνότητες. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί ένα ηχείο οροφής 8”, το οποίο είναι παντοκατευθυντικό (omnidirectional) κάτω από τα 400Hz, αλλά έχει μικρότερη από 60°κάλυψη πάνω από τα 2KHz, με αποτέλεσμα να σημειώνεται υπερβολική αντανάκλαση και παρεκτροπή από τον κεντρικό άξονα του ήχου στις χαμηλές συχνότητες.

Αντήχηση

Η αντήχηση ήχου συνεπάγεται την απώλεια της καθαρότητας στο τελικό ηχητικό αποτέλεσμα.

 

Η αντήχηση αποτελεί μια επιπλέον πηγή υπερκάλυψης, η οποία σχετίζεται με την απώλεια της καθαρότητας στον λόγο. Αξιοσημείωτη αντήχηση παρατηρείται συνήθως σε μεγάλους χώρους, όπως για παράδειγμα είναι οι εκκλησιές, τα γυμναστήρια, μεγάλες αίθουσες διδασκαλίας, όπου οι επαναλαμβανόμενες αντανακλάσεις βυθίζονται σε έναν φαινομενικά συνεχόμενο ήχο με έναν συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό φθοράς. Πολλά ηχητικά συστήματα εγκαθίστανται και χρησιμοποιούνται σε χώρους όπου η αντήχηση είναι είτε αμελητέα, είτε δεν υπάρχει καθόλου. Σε περίπτωση που θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε ένα ηχητικό σύστημα για ομιλία σε έναν χώρο, ο οποίος είναι μεγάλος και παρατηρείται το φαινόμενο της αντήχησης, συνιστάται η συμβουλή και η μελέτη από έναν εξειδικευμένο μηχανικό ήχου.

Διαμόρφωση –equalization

Το equalization συμβάλει στην βελτίωση της ποιότητας και της καθαρότητας του ήχου

 

Η διαμόρφωση ή αλλιώς EQ ονομάζεται η διαδικασία κατά την οποία καθορίζεται και ρυθμίζεται το πλάτος κύματος του διακριτού εύρους συχνοτήτων. Στα συστήματα ήχου PA, το EQ χρησιμοποιείται συνήθως για να εξισορροπήσει τα χαρακτηριστικά των ηχείων και του χώρου, ενώ μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για να ακουστική βελτίωση του ήχου. Για το εάν χρησιμοποιήσουμε και πόσο το eq, εξαρτάται από τα performance standard και την απόδοση του ηχητικού συστήματος στο συγκεκριμένο χώρο. Πολλές είναι και οι εφαρμογές, που δεν απαιτούν τη χρήση eq. Κάποια από τα θετικά αποτελέσματα που επιφέρει η διαμόρφωση είναι η βελτίωση της καθαρότητας του λόγου, η βελτίωση της ποιότητας του ήχου- η οποία οφείλεται στην καλύτερη ισορροπία του φάσματος των συχνοτήτων- και η αύξηση του gain χωρίς να σημειώνεται το φαινόμενο feedback. Αξίζει να σημειώσουμε ότι η κακή χρήση από άτομα που δεν γνωρίζουν και η λάθος εγκατάσταση του eq μπορεί να επιφέρει σοβαρά προβλήματα, ενώ προβλήματα μπορούν να προκληθούν ακόμα και από ένα άτομο που θα καθαρίσει το μηχάνημα και μπορεί να μετακινήσει κατά λάθος τα ποτενσιόμετρα και να αλλάξει τις ρυθμίσεις. Τα καλύμματα ασφαλείας των περιφερειακών συσκευών ήχου και η τήρηση των προεπιλεγμένων ρυθμίσεων –που συνήθως φέρουν τα ψηφιακά eq, αποτελούν τρόπους για την αποφυγή των προβλημάτων αυτών.