تحقیق در مورد سیستم های صوتی

بخشی از مقاله

سيستم های صوتي

وظايف اصلي سيستمهاي صوتي پخش مورد قبول موزيك و انتقال پيام به طور واضح جهت اعلام يا احضار است.
اجزاء اصلي سيستمهاي صوتي عبارتند از: الف ـ Speakerها ب ـ آمپلي‌ فايرها ج ـ ميكروفن يا منبع توليد سيگنال باند پايه د ـ كابل‌هاي شيله‌دار

پارامترهاي مهم در مشخصات صوت

1) تراز صدا (فشار صوتي): كه با استفاده از روابط زير يافت مي‌شود:

در اين روابط Io شدت صوت مبنا يا آستانه شنوايي براي بسامد 1000 هرتز است كه برابر با 12-10 وات بر مترمربع است و Po فشار مؤثر صداي مبنا است و برابر با 5-10×2 پاسكال است.

همچنين I و P به ترتيب شدت صداي مورد نظر و فشار مؤثر صداي مورد نظر است.
2) RSP: فشار صوتي لازم در فاصله مورد نظر (برحسب دسي‌بل).
3) NL: نويز لول كه طبق جدول 1 داده شده است و پارامترهايي كه اختلاف بين سطح نويز و صداي بلندگو را مشخص مي‌كنند عبارتند از زاويه حركت نويز و نوع نويز. همچنين به طور كلي تغييرات نويز بستگي زيادي به منبع انرژي بوجود آوردندة آن انتشار، وضعيت جغرافيايي و ساختمانهاي حوالي محل انتشار نويز دارد. همچنين نويز لول نيز برحسب دسي‌بل است.

4) spd: اختلاف فشار صوتي كه معمولاً عددي بين 6 و 10 دسي‌بل است. و ميزان وضوح صدا را بيان مي‌كند. براي ساختمانهاي اداري اين مقدار برابر 6 دسي‌بل است.
5) PF: كه به آن پيك فكتور مي‌گويند و عبارتست از اختلاف بين فشار صوتي متوسط و ماكزيمم فشار صوتي از يك منبع، همچنين براي سخنراني و موزيك متن 10 دسي‌بل و براي موزيك 20 دسي‌بل است.

6) OSP: فشار صوتي خروجي بلندگو در فاصله يك متر، اين مقدار از اعمال يك وات به ورودي بلندگو و دسي‌بل خروجي آن در يك متر دورتر اندازه‌گيري مي‌شود، OSP با توجه به وات اعمالي به بلندگو طبق جدول 2 تغيير مي‌كند، همچنين براي بلندگوهاي مختلف در جدول 3 آمده است و همچنين براي تعداد بيشتر از يك عدد بلندگوي مشابه در جدول 4 تغيير مي‌كند.

7) At: تضعيف براثر فاصله بيش از يك متر، توجه كنيم كه شدت صوت با مجذور فاصله از چشمه صوتي نسبت عكس دارد يعني پس در نتيجه دسي‌بل خروجي نيز تغيير مي‌كند، تضعيف بر اثر فاصله دورتر از يك متر طبق جدول 5 آمده است. همچنين كاهش صدا در فضاهاي آزاد بيشتر از فضاهاي داخلي است و همچنين كاهش صدا با فركانس نيز تغيير مي‌كند يعني صدا با فركانس بالا بيش از صدا با فركانس پائين كاهش مي‌يابد. توجه كنيم جدول 5 براي محيط‌هاي باز معتبر است اما در فضاهاي بسته نيز جهت اطمينان بيشتر از همين جدول استفاده مي‌شود.
تمام پارامترهاي گفته شده با استفاده از دو فرمول زير به هم مربوط مي‌شوند.

براي طراحي اصولي صوتي به نكات زير بايد توجه كرد:
الف) اختشاش (نويز): به هرگونه صداي ناخواسته نويز مي‌گويند، كه مي‌تواند به صورت اختشاش‌هاي داخل ساختمان يا اختشاش‌هاي خارج ساختمان باشد.
ب) انعكاس صوت: كه در فركانس‌هاي كم بسيار زيان‌آور و باعث پائين‌آمدن كيفيت صداي اصلي مي‌شود.
ج) تشديد (اكو): انعكاسي از صدا كه بعد از صداي ديگر شنيده مي‌شود و بعد از انعكاس به طور مستقيم سير مي‌كند را اكو گوئيم و ممكن است تا مدت زمان 50 ميلي ثانيه نيز نسبت به صداي اصلي تأخير داشته باشد.

براي كم كردن اين اثر بايد موقعيت بلندگوها در مكان‌هاي بلند (براي فضاهاي باز) باشد يا اينكه بايد بلندگوهاي با قدرت پايين را در چند نقطه قرار داد.
د) باند فركانسي مورد نظر براي كاربردهاي گوناگون كه به صورت زير طبقه‌بندي مي‌شوند:
1ـ د) مخاطبهاي عمومي: 200 هرتز تا 6000 هرتز، زيرا باند فركانسي صداي انسان 250 تا 400 هرتز است.
2ـ د) موزيك متن (موزيك زمينه): 100 هرتز تا 8000 هرتز
3ـ د) موزيك: 40 هرتز تا 15000 هرتز

بلندگوها
بلندگوها در واقع مبدل سيگنال الكتريكي به صوتي مي‌باشند، مشخصات يك بلندگو شامل توان ورودي الكتريكي، امپدانس و فشار صوتي خروجي است.

انواع بلندگوها
الف) داخلي (indoor)، ب) خارجي (outdoor) كه در جدول 6 انواع اين بلندگوها تشريح شده‌اند،
همچنين اين دو نوع بلندگو خود چند نوع مختلف دارند كه عبارتند از:
1) بلندگوهاي سقفي (ceiling) 2) بلندگوهاي ستوني (column)3) بلندگوهاي شيپوري (Horn يا clear Horn)

ترتيب چيدن بلندگوها
در جاييكه بلندگوها به صورت داخلي نصب مي‌شوند مشخصاتي كه بايد مد نظر باشند عبارتند از انعكاس، تشديد و خفگي صدا به دليل افت صدا در ديوار.
در جاييكه بلندگوها به صورت خارجي نصب مي‌شوند مشخصاتي كه بايد مدنظر باشند عبارتند از مقاومت هوا و باد و باران
ترتيب چيدن بلندگوها با قدرت اعمال شده به بلندگو و راندمان متناسب خواهد بود.

طرز چيدن بلندگوها
الف) متمركز (متقارن): در مكانهايي كه سخنراني و كنسرت مدنظر است و صدا بايد به طور مستقيم فرستاده شود (تا جهت ديد با جهت صدا يكي باشد) مورد استفاده قرار مي‌گيرد، همچنين هزينه اين روش كم است.

به طور كلي مي‌توان گفت اين روش براي توليد فشار صوتي مورد نظر استفاده مي‌شود.
ب) پراكنده: در مكانهايي كه موزيك متن مد نظر است يا ادارات، انبارها و فروشگاهها كه نويز بالاست مورد استفاده قرار مي‌گيرد زيرا اگر بخواهيم از سيستم متمركز در اين مكانها استفاده كنيم به قدرت زيادي در بلندگوها نياز است كه باعث ناصافي صدا مي‌شود. به طور كلي اين روش براي يكنواختي صدا به كار مي‌رود و بايد توجه نمود كه صداي اين بلندگوها با هم تداخل ننمايد زيرا از كيفيت صدا كاسته خواهد شد.

ج) تركيبي: كه مخلوطي از دو روش بالاست، بلندگوهاي متمركز براي توليد فشار صوتي و بلندگوهاي كمكي براي ايجاد يكنواختي در نقاطي كه صدا كاهش مي‌يابد استفاده مي‌شود. اين روش در تالارهاي سخنراني و ورزشگاهها به كار مي‌رود.

تعداد بلندگوها
تعداد بلندگوها از رابطة بدست مي‌آيد كه L طول فضاي تحت پوشش برحسب متر، W عرض فضاي تحت پوشش برحسب متر، AS، فضاي پوشش داده يك بلندگو است كه از جداول 7، 8، 9 و 10 يا از روي كاتالوگ تشخيص داده مي‌شود.
اتصال الكتريكي بلندگوها
حداكثر ولتاژ مؤثري كه مي‌توان به يك بلندگو وصل كرد بدون آنكه بلندگو آسيب ببيند از رابطة زير بدست مي‌آيد:

كه در اين فرمول R امپدانس بلندگو و Pin قدرت نامي بلندگوست.
جهت افزايش فشار صوتي بايد از اتصالات موازي يا سري بلندگوها استفاده كرد. در اتصال سري بايد قدرت بلندگوها حتماً يكسان باشد زيرا در غيراينصورت بلندگوهاي پرقدرت، قدرت صوتي كمتري جذب خواهند كرد. برخلاف اتصال موازي كه لازم نيست قدرت بلندگوها يكسان باشد. در هر دو حالت امپدانس معادل را در رابطة بالا قرار داده و حداكثر ولتاژ مؤثر را مي‌يابيم.

ترتيب چيدن بلندگوهاي داخلي
الف) رستورانها، دفترها و فروشگاهها: بدليل پايين بودن سقف در اين مكانها از بلندگوهاي 1 تا 3 وات و بدليل بوجود آوردن يكنواختي بصورت زيگزاگ استفاده مي‌شود و با رعايت فاصله و سطح در برگيرنده با توجه به جدول 7 و فاصله بلندگوها از ديوار با توجه به جدول 8 طراحي كامل مي‌شود، معمولاً در اين مكانها از بلندگوهاي سقفي استفاده مي‌شود، همچنين براي كاهش نيافتن وضوح صدا بعلت تداخل بايد بلندگوهاي ديواري روبروي هم نباشند.
ب) اتاقهاي ملاقات و اتاقهاي كنفرانس و ورزشگاهها: در اين مكانها از بلندگوهاي 15 تا 30 وات در دو ستون و در حدود 4 متر جلوتر از جايگاه، استفاده مي‌شود.
د) اطاقهاي پر سر و صدا: در اين مكانها از بلندگوهاي شيپوري استفاده مي‌شود و احتياج به حجم صدايي در حدود 96 تا 100 دسي‌بل است.

آمپلي فايرها
آمپلي‌فايرها جهت تقويت سيگنال صوتي براي چند عدد بلندگو به كار مي‌روند و داراي خروجي‌هاي با ولتاژهاي مختلفي هستند. امپدانس خروجي يك آمپلي فاير از رابطة يافت مي‌شود (كه براي خروجي‌هاي با ولتاژهاي مختلف متفاوت خواهد بود). همچنين براي يافتن قدرت خروجي آمپلي فاير بايد از رابطة زير استفاده كنيم:

((ضريب مربوط به افت توان در سيم‌ها)×(ضريب همزماني)×(جمع توان خروجي كل بلندگوها با احتساب نسبت تبديل ترانس تطبيق)= P)
همچنين دستگاههاي مركز تقويت و پخش سيستم صوتي بايد از نوع با ولتاژ زياد (140, 100- 70- 50 ولت) يا امپدانس زياد باشد. هر مدار خروجي نيز بايد مجهز به وسيله حفاظت مخصوص به خود باشد تا خرابي در يك مدار سبب از كار افتادگي كل سيستم نشود.

كابل‌ها
سيم‌هاي رابط براي ميكروفن‌ها و آمپلي‌فايرها و بلندگوها بايد هريك به طور جداگانه در لوله‌هاي جداگانه‌اي و با كابل‌هاي شيلددار باشند، همچنين هاديهاي مدارهاي ميكروفن بايد مخصوص اين كار (زره‌دار يا پرده‌دار) باشد و همراه با هيچ مدار ديگري، مانند مدار بلندگو، در داخل يك لوله قرار نگيرد، همچنين هاديهاي مدار بلندگو بايد مستقل از سيستمهاي ديگر، در داخل لوله‌هاي فولادي هدايت شوند، مگر آنكه هاديها خود داراي پرده فلزي زمين شده باشند كه در اينصورت از لوله پلاستيكي استفاده مي‌شود.
اگر امپدانس خروجي آمپلي‌فاير كه از رابطة بدست مي‌آيد را بيابيم حداكثر مقاومت سيم براي كابل‌كشي بلندگوها %15 امپدانس خروجي آمپلي‌فاير خواهد بود.

ترانس تطبيق
اين ترانس‌ها جهت تطبيق امپدانس (Matching) خروجي‌هاي آمپلي‌فاير و بلندگوها به كار مي‌رود. كليه اتصالات اين ترانس‌ها بايد با لحيم‌كاري يا با استفاده از لحيم‌كاري و اتصالهاي مخصوص اجراء شود. استفاده از اتصالات پيچي، جز در مواردي كه اجزاي سيستم مجهز به اينگونه اتصاليها باشند، ممنوع است.

جدول 1
(NL) Noise Level محل و موقعيت
120 dB نزديك هواپيماي جت
100 dB زير ريل راه آهن
80 dB محل تقاطع جاده‌ها
60 dB ادارات شلوغ
40 dB حومه محل‌هاي شهري
20 Db خش‌خش برگ درختان در نسيم
0 dB مينيم صداي شنيدني

جدول 2
مقداري كه به osp اضافه مي‌شود. وات ورودي به بلندگو مقداري كه به osp اضافه مي‌شود. وات ورودي به بلندگو
12 dB 16 w 0 dB 1 w
13 dB 20 w 3 dB 2 w
14 dB 25 w 5 dB 3 w
14/8 dB 30 w 6 dB 4 w
15 dB 32 w 7 dB 5 w
16 dB 40 w 8 dB 6 w
17 dB 50 w 8/5 dB 7 w
17/8 dB 60 w 9 dB 8 w
18/5 dB 70 w 9/5 dB 9 w
19 dB 80 w 10 dB 10 w
19/5 dB 90 w 11 dB 13 w
20 dB 100 w 11/8 dB 15 w

جدول 3
Osp نوع بلندگو
85 to 93 dB Ceiling/ Wall Mount Speaker
90 to 106 dB Column Speaker
95 to 110 dB Horn Speaker

جدول 4
مقداري كه به osp اضافه مي‌شود تعداد بلندگوهاي مشابه
0 dB 1
+ 3 dB 2
+ 5 dB 3
+ 6 dB 4
+ 7 dB 5
+ 8 dB 6

جدول 5: به مقدار نامي‌ توان بلندگو نيز بايد توجه شود
At فاصله At فاصله At فاصله
33 dB 45 m 22 dB 13 m 0 dB 1 m
34 dB 50 m 23 dB 14 m 6 dB 2 m
35 dB 56 m 23/5 dB 15 m 9/5 dB 3 m
35/5 dB 60 m 25 dB 18 m 12 dB 4 m
36 dB 64 m 26 dB 20 m 14 dB 5 m
37 dB 70 m 27 dB 22 m 15/5 dB 6 m
38 dB 80 m 28 dB 25 m 17 dB 7 m
39 dB 90 m 29 dB 28 m 18 dB 8 m
40 dB 100 m 29 dB 30 m 19 dB 9 m
46 dB 200 m 30 dB 32 m 20 dB 10 m
52 dB 400 m 32 dB 40 m 21 dB 11 m

جدول 6
كاربرد نوع بلندگو
موزيك موزيك متن استفاده عمومي Ceiling mount داخلي
- - 
-   Wall mount
 -  Column
- -  Horn
 -  Clear Horn
-   Horn خارجي
   Column
   Clear Horn

جدول 7: با فرض NL = 60 dB و Pf = 10 dB و spd = 6 dB براي بلندگوهاي سقفي
قدرت ورودي به بلندگو فضاي پوشش داده شده توسط يك بلندگو فاصله بين بلندگوها ارتفاع سقف
w 1 تقريباً 9 مترمربع m 3 m 5/2
w 1 تقريباً 16 مترمربع m 4 m 3
w 1 تقريباً 25 مترمربع m 5 m 5/3
w 3 تقريباً 36 مترمربع m 6 m 4
w 3 تقريباً 64 مترمربع m 8 m 5

جدول 8: با فرض NL = 60 dB و Pf = 10 dB و spd = 6 dB براي بلندگوهاي سقفي
قدرت ورودي فضاي پوشش داده يك بلندگو فاصله بين بلندگوها فاصله از ديوار
w 1 تقريباً 16 مترمربع 4 مت تا 4 متر
w 3 تقريباً 50 مترمربع 7 متر تا 7 متر
w 5 تقريباً 100 مترمربع 8 تا 16 متر تا 9 متر

جدول 9: فاصله نصب بلندگوهاي (Column) كه A براي موسيقي و B براي سخنراني و پخش خبر است.
B -A تعداد تعداد بلندگوهاي ستوني دوراهه
تقريباً 18 متر تقريباً 10 متر 2 WS- 3200 N(15W)
تقريباً 25 متر تقريباً 14 متر 4
تقريباً 32 متر تقريباً 18 متر 2 WS- 3250 N(30W)
تقريباً 45 متر تقريباً 25 متر 4

جدول 10: فاصله نصب بلندگوهاي (Horn) براي نصب در محوطه باز مثل پاركينگ و خيابان
فاصله بلندگو
32 متر WT-707 N (7W)
64 متر WT-715 N(15W)
80 متر WT-202 AN(10W)
100 متر WT-200 AN (15W)