Sound System Reference Manual คูมือการออกแบบระบบเสียง
คํานํา
หนังสือเลมนี้มีการเขียนที่กะทัดรัดสามารถทําความเขาใจในเร่ืองระบบเสียง ครอบคลุมเกือบทุกเนื้อหาทที่ท านผูอานสามารถนํามาเปนหนังสือคูมืออางอิงได ขอขอบคุณบริษัทฟิลลิปสอิเล็กทรอนิกส(ประเทศไทย)จํากัดท่ีใหไดมีโอกาสแปล และเรียบเรียงหนังสือ Sound System Reference Manual ของ Mr.Fran van der Meulen เปน ภาษาไทย เพื่อความสะดวกของทานผูอานท่ีจะสามารถทําความเขาใจในเร่ืองระบบเสียงไดงายและ รวดเร็วย่ิงข้ึน ไดพยายามแปลคําศัพททางเทคนิคโดยอาศัยคําแปลจาก "หนังสือศัพทเทคนิควิศวกรรมไฟฟาส่ือสารและศัพทเทคนิควิศวกรรมไฟฟาอิเล็กทรอนิกส”ของวิศวกรรมสถานแหง ประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภเปนมาตรฐานแตมคำแปลบางคําที่กระผมเขียนทับศัพทจาก ภาษาอังกฤษ เพราะอาจจะทาํ ใหทานผูอานเขาใจไดงายกวา หากทานผูอานมีขอแนะนําประการใด ขอไดโปรดแจงใหทราบดวย เพ่ือการแกไขในโอกาส ตอไป ขอขอบคุณผูเก่ียวของทุกทานที่ให้กำลังใจและชวยเหลือจนหนังสือเล่มนี้สําเร็จได ดวยดี
สารบัญ
คูมือการออกแบบระบบเสียง
........................................................................................................................0.0
บทนํา............................................................................................................................................................................1
ระบบเสียง – ทฤษฎี
1.0 ทฤษฎีทั่วไป............................................................................................................................3
2.1 เสียงพูด (Speech) ..................................................................................................................................................7
1.1.1 ไดนามิกเรนจ (Dynamic range)............................................................................................................................8
เสียงเพลงหรอื เสียงดนตรี(Music)...............................................................................................................................9
. 1.2.1 ไดนามิกเรนจ (Dynamic range)...................................................................................................................9
. 1.2.2 ความถี่ของเสียงเพลง .................................................................................................................................11
เสียง (Sound)...............................................................................................................................................................12
. 1.3.1 คุณสมบัติการไดยินของหู...........................................................................................................................12
. 1.3.2 ตัวถวงน้ําหนกั (Weighting) ......................................................................................................................14
. 1.3.3 ระดับความดนั เสียง (Sound Pressure level)..............................................................................................14
การแพรกระจายของเสียงในอากาศ (Sound propagation in air)..............................................................................15
. 1.4.1 ความเร็วของเสียง (Velocity of sound) .....................................................................................................15
. 1.4.2 การดูดซึมของอากาศ (Air Absorption)....................................................................................................16
. 1.4.3 ความชื้น (Humidity) ...............................................................................................................................16
. 1.4.4 ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time)...................................................................................16
เครื่องหมายเดซิเบล (Decibel Notation)...................................................................................................................18
คาํ นิยาม.....................................................................................................................................................................18
. 2.1.1 คุณสมบัติลอการิทึม (Logarithmic characteristic) ของหูของคน..............................................................18
. 2.1.2 อัตราสวนกําลงั (Power Ratio)..................................................................................................................19
. 2.1.3 อัตราสวนแรงดัน (Voltage Ratio) ............................................................................................................20
. 2.1.4 คาอางอิงของ dB .......................................................................................................................................21
2.2 การคํานวณ............................................................................................................................................................23
2.2.1 การบวกและการลบ dB......................................................................................................................................23
3.0 คําถามเบ้ืองตน เก่ียวกับการออกแบบระบบเสียง..................................................................................................26
5.0 อุปกรณที่ใชในการออกแบบระบบเสียง ................................................................................................................28
ไมโครโฟน (Microphone)
ไมโครโฟน (Microphone) ...............................................................................................28
การเลือกใชไมโครโฟน (Microphone).........................................................................................................................28
ชนิดของไมโครโฟน ....................................................................................................................................................29
. 5.2.1 แบบอิเล็กทรอไดนามิก (Electrodynamic) .................................................................................................29
. 5.2.2 แบบคอนเดนเซอร (Condenser).................................................................................................................29
. 5.2.3 แบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต (Back plate electret)..........................................................................................30
. 5.2.4 แบบอิเล็กเทรต (Electret)............................................................................................................................31
รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟน(Pick-upresponsepatterns)..........................................................32
. 5.3.1 แบบรอบทิศทาง (Omnidirectional).............................................................................................................34
. 5.3.2 แบบคารดิออยด (Cardioid).........................................................................................................................34
5.3.3ไฮเพอรคารดอิอยด(Hyper-cardioid).....................................................................................................................35
ไมโครโฟนพิเศษแบบอ่ืนๆ............................................................................................................................................37
. 5.4.1 ไมโครโฟนแบบหอยคอหรอื แบบหนีบเสอื้ (Lavalier หรือ Lapel microphone).........................................37
. 5.4.2 ไมโครโฟนแบบตัดเสียงรบกวน (Noise canceling microphone).................................................................37
. 5.4.3 ไมโครโฟนแบบไรสาย (Radio หรือ Wireless microphone) .......................................................................38
คุณสมบัติทางเทคนิคของไมโครโฟน...........................................................................................................................39
. 5.5.1 สภาพทิศทาง (Directivity) .........................................................................................................................39
. 5.5.2 ความไว (Sensitivity) .................................................................................................................................40
. 5.5.3 ขอแนะนําในการติดต้ัง...............................................................................................................................40
เทคนิคการใชไมโครโฟน .............................................................................................................................................41
6.0ลําโพง (Loudspeaker)
ลําโพง (Loudspeaker) ......................................................................................................43
ชนิดของลําโพง ...........................................................................................................................................................43
. 6.1.1 ตูลําโพงมาตรฐาน (Standard loudspeaker cabinet) ....................................................................................43
. 6.1.2 ลําโพงติดเพดาน (Ceiling loudspeaker)......................................................................................................44
. 6.1.3 ลําโพงซาวดคอลัมน (Sound columns) ......................................................................................................47
. 6.1.4 ลําโพงฮอรน (Horn loudspeaker)...............................................................................................................49
. 6.1.5 ลําโพงกําลังสูงแบบฟูลเรนจ (Full range high power loudspeaker)...........................................................49
การตอพวงและการแมตช (Match) ลําโพงเขากับเครื่องขยายเสียง............................................................................51
. 6.2.1 การตอพวงโดยตรงกับขาออก (Output) ของเครื่องขยายเสียงที่มี
อิมพีแดนซ (Impedance) ตํ่า.................51
. 6.2.2 การตอโดยระบบ 100 โวลตไลน (Volt line)..............................................................................................51
ตารางการตอลําโพงและเครอื่งขยายเสียง..................................................................................................................55
ความยาวของสายลําโพงและการตอสายลำ โพง........................................................................................................56
คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพงพื้นฐาน .................................................................................................................58
คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพงคาอื่นๆ....................................................................................................................61
. 6.6.1 ความถี่แรโซแนนซ (Resonance frequency) ............................................................................................61
. 6.6.2 ความไว (Sensitivity) ...............................................................................................................................61
. 6.6.3 ประสิทธิภาพ (Efficiency) ......................................................................................................................62
. 6.6.4 สภาพทิศทาง (Directivity) หรือคา Q......................................................................................................62
เครื่องขยายเสียงและอุปกรณประกอบสําหรับการประมวลสัญญาณ (Amplifier and Signal processing equipment)
เคร่ืองผสมเสียง (Mixingconsoles)...........................................................................................................................66
เคร่ืองขยายเสียง (Amplifier)....................................................................................................................................69
8.1 เคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier)...............................................................................69
. 8.1.1 สัญญาณขาเขา (Inputs) ...........................................................................................................................69
. 8.1.2 ตัวปรับควบคมุ เสียงทุมแหลม (Tone control)........................................................................................70
8.2 เครื่องขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier)..............................................................71
เคร่ืองอีควอไลเซอร (Equaliser)..............................................................................................................................73
9.1 ชนิดของเคร่ืองอีควอไลเซอร (Equaliser types) ..............................................................................................73
. 9.1.1 แบบตัวควบคมุ เสียงทุมแหลมธรรมดา (Basic tone control).................................................................73
. 9.1.2 แบบตัวกรองผานแถบหรือแบนดพาสฟลเตอร (Band-pass filter).........................................................74
. 9.1.3 เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริก (Parametric equaliser) ...............................................................75
. 9.1.4 เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริกทริปเปล Q ฟลเตอร
(Parametric triple Q-filter).........................75
. 9.1.5 เครื่องอีควอไลเซอรแบบกราฟฟก (Graphic equaliser) .......................................................................76
การปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน (Equalisation)....................................................................................................77
. 9.2.1 บทนํา .................................................................................................................................................77
. 9.2.2 วงรอบการปอนกลับของเสียง (The acoustic feedback loop) ............................................................77
. 9.2.3 การปอนกลับของเสียงที่เรโซแนนซ (Resonant acoustic feedback)...................................................78
. 9.2.4 หลักการการปรับเทาหรอื อีควอไลเซชัน (Principles of equalisation)................................................79
. 9.2.5 วงรอบการปรับเทาหรือลูปอีควอไลเซชัน (Loop equalisation) ..........................................................81
. 9.2.6 การปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของลําโพง (Loudspeaker equalisation)..............................................82
9.2.7 การปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของลําโพงและวงรอบการปรับเทาหรือ ลูปอีควอไลเซชัน (Loudspeaker
equalisation and Loop equalisation) ....................................................................................................................83
10.0 เครื่องไทมดีเลย(Timedelay)........................................................................................................................84
11.0 เครื่องบีบอัดและเคร่ืองจํากัดขนาด(Compressor&Limiter).......................................................................86
11.1 เคร่ืองบีบอัด (Compressor)..........................................................................................................................86
11.2 เครื่องจํากัดขนาด (Limiter)..........................................................................................................................87
12.0 เครื่องควบคุมระดับความดงัอัตโนมัติ(Automaticvolumecontrol)..............................................................88
13.0 คุณสมบัติทางเทคนิคของเคร่ืองขยายเสียงและอุปกรณประกอบ..................................................................90
13.1 คุณสมบัติทางเทคนิค(Specification)............................................................................................................90
. 13.1.1 ผลตอบสนองความถี่ (Frequency response) .....................................................................................90
. 13.1.2 แบนดวิดทของกําลัง (Power bandwidth)...........................................................................................91
. 13.1.3 ความเพี้ยนเชิงเสน (Linear distortion) ..............................................................................................91
. 13.1.4 ความเพี้ยนไมเชิงเสน (Non linear distortion) หรือ การขริบ (clipping) หรือ ความเพี้ยน
เชิงฮารมอนิกทั้งหมด (Total harmonic distortion) หรือ THD..............................................................................91
. 13.1.5 กําลังขาออกที่ระบุ (Rated output power)..........................................................................................92
. 13.1.6 กําลังขาออกที่ถูกอุณหภูมิจํากัด (Temperature Limited output power, TLOP).................................93
13.2 การปรับระดับสัญญาณในระบบ(Adjustingsignallevelsinasystem)...........................................................94
13.2.1 ไมโครโฟน(Microphone)...........................................................................................................................94
13.2.2 อุปกรณประกอบสําหรับการประมวลสัญญาณ (Signal processing equipment).......................................94
13.2.3 เคร่ืองขยายเสียง (Amplifier)......................................................................................................................94
13.2.4 ลําโพง (Loudspeaker)................................................................................................................................95
13.2.5 เคร่ืองควบคุมความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control)....................................................................95
วิธีติดตั้งอุปกรณฮารดแวร (Hardware installation)
14.0 ระบบสายดินหรือกราวดและระบบสกรีน(Groundingandscreening).......................................................97
14.1 ระบบความปลอดภัยและระบบสายดนิ หรือกราวด(Safetyandsystem’searth).........................................97
14.1.1 ระบบสายดินหรือกราวด (Earthing or Grounding)..................................................................................97
14.1.2 กราวดลูป (Ground loop) ........................................................................................................................98
14.1.3 กราวดลูปของไมโครโฟน(Microphonegroundloop)................................................................................100
14.2 การแทรกสอดของสัญญาณจากคล่ืนวิทยุหรือแรงดันไฟฟาเมน (Radio and main born interference)...102
14.2.1การปองกันสัญญาณแทรกสอด(Preventionofinterference)......................................................................103
. 14.2.2 สัญญาณแทรกสอดท่ีเกิดจากสาย(Interferenceintroducedviacables)..............................................104
. 14.2.3 สัญญาณแทรกสอดท่ีเกิดภายในตแู ร็ก (Rack)
(Interference introduced inside rack unit)...............105
. 14.2.4 สัญญาณแทรกสอดที่เกิดการเหนี่ยวนําจากสายลําโพงแบบ 100 โวลตไลน ....................................105
14.3 ตูแร็ก(Rack)ขนาดมาตรฐาน19นิ้ว(Standard19inchesrackunit)............................................................105
การคํานวณทางอะคูสตกิ (Acoustical calculation)
15.0 การคํานวณทางอะคูสติก(Acousticalcalculation)....................................................................................107
16.0 การคํานวณระบบเสียงสําหรบั สภาพแวดลอ มภายนอกอาคาร(Outdoorenvironment).........................108
16.1 คุณสมบัติทางเทคนิค................................................................................................................................108
16.1.1 กําลัง (Power).........................................................................................................................................108
16.1.2 สภาพทิศทาง(Directivity)......................................................................................................................109
16.1.3 การลดทอนระดับความดังเนื่องจากระยะทาง (Attenuationduetodistance)............................................111
16.1.4 การเปลี่ยนแปลงทั้งระยะทางและกําลัง (Variations of both distance and power) ................................112
16.1.5 การหักเห (Refraction) ..........................................................................................................................113
16.1.6 การสะทอน (Reflection)........................................................................................................................113
16.1.7 เสียงรบกวนจากสภาพแวดลอ มโดยรอบ (Ambient noise) ..................................................................114
17.0 การคํานวณระบบเสียงสําหรับสภาพแวดล้อมภายในอาคาร (Indoorenvironment)...............................115
17.1 คุณสมบัติทางเทคนิค...............................................................................................................................115
. 17.1.1 การสะทอนและการดูดซึม(Reflectionandabsorption).................................................................116
. 17.1.2 ความกองสะท้อน (Reverberation)...............................................................................................117
. 17.1.3 ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 ...................................................117
. 17.1.4 การคํานวณสนามเสียงทางตรงและสนามเสียงของการสะทอน
(Direct and Reflected sound field).................................................................................................................................................121
. 17.1.5 การคํานวณสนามเสียงกองสะทอน (Reverberation sound field).................................................123
. 17.1.6 การคํานวณอตั ราสวนเสียงท่ีถึงกอนตอเสียงที่ถึงทีหลัง (Early/late ratio) ..................................124
. 17.1.7 ดัชนีการสงผานของเสียงพูด(Speech transmission index) หรือ STI และ
ดัชนีการสงผาน
ของเสียงพูดแบบเร็ว (Rapid speech transmission index)
หรือ RASTI ...........................................................127
. 17.1.8 ความหมายของ % ALcons และ RASTI ......................................................................................133
. 17.1.9 การแปลง RASTI เปน % ALcons................................................................................................134
18.0 การออกแบบระบบเสียง............................................................................................................................135
18.1 การจัดวางตําแหนงและการครอบคลุมพื้นที่ของลําโพง (Loudspeaker placement and coverage)........135
18.2 สรุปวิธีการออกแบบลําโพง.......................................................................................................................137
18.3 ความชัดเจนของการไดยินเสียงพูดในโบสถและหองอเนกประสงค.........................................................139
. 18.3.1 โบสถขนาดเล็กที่มีเสียงกองสะทอนต่ํา
(Small reverberant traditional church building)...............140
. 18.3.2 โบสถขนาดใหญที่มีเสียงก้องสะทอนสูง
(Large reverberant monumental cathedral) ..................140
. 18.3.3 หองออดิทอเรี่ยมขนาดเล็กที่มีเพดานต่ํา (Small low ceiling auditorium) ......................................141
18.3.4หองออดิทอเรี่ยมขนาดใหญท่ีมีเพดานสูง (Largehighceilingauditorium)................................................141
18.3.5หองออดิทอเรี่ยมขนาดกวางที่มีเพดานต่ํา(Widelowceilingauditorium)...................................................142
18.3.6 ระบบเสียงท้ังหมดสําหรับโบสถ (The total sound system chain for church)..........................................142
18.3.7 การทํานายและคํานวณคุณสมบัติของระบบเสียงในโบสถ (Predicting&calculatingthe
performanceofthechurchsystem..........................................................................................................................143
18.4 การคํานวณระบบ........................................................................................................................................144
18.4.1 การคํานวณระบบเสียงในหองท่ีมีเพดานสูง เชนหองแสดงนิทรรศการขนาดใหญ (Large exhibition hall) ......144
18.4.2 การคํานวณระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต (Sound reinforcement system calculation) และ EASE
(Electro Acoustic Simulator for Engineer) ..........................................................................................................146
19.0 ภาคผนวก(Appendix)...................................................................................................................................150
19.1 นิยาม(Definitions).........................................................................................................................................150
19.2 สัญลักษณและหนวย(Symbols&units).........................................................................................................152
19.3 สูตร(Formulas)............................................................................................................................................155
19.4 ขอมูลและกราฟที่เปนประโยชน....................................................................................................................157
20.0 ตารางสัมประสิทธการดูดซึมของวัสดตุ างๆ.................................................................................................160
21.0 ตัวอยางการประยุกตใช (Application Note).................................................................................................163
1.0 ชุดแปลภาษา1ภาษา..........................................................................................................................................163
สารบัญรูปภาพ
รูปท่ี1รูปแบบของตนกําเนดิ เสียง.............................................................................................................................4
รูปที่2การแพรกระจายของคลื่นจากแหลงกําเนิดเปนจดุ (Pointsource)....................................................................4
รูปที่ 3 ระดับความดังของเสียงเทียบกับความถ่ี .......................................................................................................7
รูปท่ี4ไดนามกิ เรนจ(Dynamicrange)ของเสียงพูด....................................................................................................8
รูปท่ี5ไดนามกิ เรนจ(Dynamicrange)ของเสียงเพลง................................................................................................10
รูปที่ 6 ความถ่ีของเสียงเพลง ..................................................................................................................................11
รูปท่ี 7 เสนแสดงรูปรางของระดับเสียงที่เทากัน (Equal Loudness Contours) .......................................................13
รูปท่ี 8 เสนโคงตัวกรองแบบตัวถวงนํ้าหนัก A(A-Weighting)................................................................................14
รูปที่ 9 แสดงระดับเสียงจากต้นกำเนิดเสียงต่างๆ เมื่อเทียบกับ db(SPL)................................................................ 1 4
รูปท่ี 10 วิธีการตรวจคุณสมบัติลอการิทึมของหู.....................................................................................................18
รูปท่ี 11 ตารางเปรียบเทียบอัตราสวนกําลงั กับ dB ................................................................................................19
รูปท่ี 12 ตารางเปรียบเทียบอัตราสวนแรงดันกับ dB .............................................................................................20
รูปท่ี 13 การบวกและการลบระดับสัญญาณเปน dB..............................................................................................25
รูปท่ี 14 ไมโครโฟนแบบไดนามิก (Dynamic microphone)...................................................................................29
รูปท่ี 15 ไมโครโฟนท่ีมีความไวตอการรับเสียงรอบทิศทาง..................................................................................32
รูปท่ี 16 รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟน...............................................................................33
รูปท่ี17รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟนแบบคารด ิออยด(Cardioid).....................................34
รูปที่ 18 รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟนแบบ ไฮเพอรคารดอิ อยด (Hyper-cardioid microphone).....36
รูปที่ 19 วิธีวางไมโครโฟนทางดานหนาของผูพูด..............................................................................................41
รูปท่ี 20 กลองหรือตูลําโพง ..............................................................................................................................43
รูปท่ี 21 ลําโพงติดเพดาน .................................................................................................................................44
รูปที่ 22 การเปลี่ยนแปลงระดับ (Level variation) ท่ีคาตางๆ...........................................................................46
รูปที่ 23 ลําโพงซาวดคอลัมน (Sound column)................................................................................................47
รูปที่24คุณสมบัติทางเทคนคิ ของลําโพงซาวดคอลัมนประเภทคารดิออยด (Cardioid sound column) ..........48
รูปท่ี 25 ลําโพงฮอรน (Horn)...........................................................................................................................49
รูปท่ี 26 ลําโพงกําลังสูงแบบฟูลเรนจ (Full range high power loudspeaker)..................................................50
รูปท่ี 27 ลําโพงฮอรนรวมกบั ลําโพงกรวย......................................................................................................50
รูปที่28การตอพวงลําโพงเขากับเคร่ืองขยายเสยี งแบบอิมพีแดนซ(Impedance)ต่ํา.........................................51
รูปที่ 29 การตอพวงลําโพงในระบบ 100/70/50 โวลตไลน (Volt line) ...........................................................52
รูปที่ 30 การตอพวงลําโพงกับเครื่องขยายเสียงโดยใช้แมตชิงทรานสฟอรเมอรแบบตางๆ.............................53
รูปที่ 31 ความยาวสายลําโพงสูงสุดตามขนาดสาย.........................................................................................56
รูปที่ 32 ลําโพงจํานวน2ตัวอยูใกลกนั ระดับความดนั เสียงเพ่ิมขึ้น6dB.........................................................58
รูปที่ 33 ลําโพงจํานวน2ตัวอยูหางจากกันระดับความดนั เสียงเพ่ิมข้ึน3dB...................................................59
รูปที่34การลดทอนของระดับความดนั เสียงเม่ือระยะทางเพิ่มข้ึน................................................................59
รูปที่ 35 แผนภาพโพลาร (Polar diagram) ของลําโพงที่แสดงระดับความดันเสียง ในหนวยของ dB (SPL) ที่ความถ่ีตางๆ กัน ......60
รูปที่36ตัวประกอบสภาพทศิ ทาง(Directivityfactor)ที่ความถ่ีตางๆ............................................................62
รูปที่ 37 รูปแบบมาตรฐานของคุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพง..................................................................63
รูปที่ 38 ขอบเขตความถี่ท่ีมีผล (Effective frequency range) ......................................................................64
รูปที่ 39 เสียงรบกวนแบบพเิ ศษที่ใชทดสอบลําโพงตามมาตรฐาน IEC268-3............................................65
รูปท่ี 40 เคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier)............................................................66
รูปท่ี 41 เครื่องผสมเสียง (Mixing consoles)...............................................................................................67
รูปที่ 42 ระบบเสียงรีอินฟอรซ เมนต (Sound reinforcement system) ในหองออดิทอเรียม (Auditorium) ....68
รูปที่ 43 การควบคุมเสียงทุมแหลม (Tone control) .......................................................................................70
รูปที่ 44 เครื่องขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier) แบบตางๆ ............................72
รูปที่ 45 การควบคุมเสียงทุมแหลม (Tone control) .......................................................................................74
รูปท่ี 46 การควบคุมแบบแบนดพาสฟลเตอร (Band-pass filter) ...................................................................74
รูปที่ 47 การควบคุมแบบพาราเมตริก (Parametric equaliser) .......................................................................75
รูปที่ 48 การควบคุมแบบพาราเมตริกทริปเปล Q ฟลเตอร (Parametric triple Q-filter)........................... ......75
รูปท่ี 49 การควบคุมแบบกราฟฟก (Graphic equalisation).................................................................. .........76
รูปท่ี 50 วงรอบการปอนกลบั ของเสียง(Theacousticfeedbackloop)....................................................... .....78
รูปที่ 51 ผลตอบสนองความถี่ของระบบ ........................................................................................................79
รูปที่ 52 ผลตอบสนองความถี่ของอีควอไลเซชัน ...........................................................................................80
รูปท่ี 53 ผลตอบสนองความถี่ของระบบหลังอีควอไลเซชัน...........................................................................80
รูปท่ี 54 วงจรการทดสอบวงรอบการปรับเทาหรือลูปอีควอไลเซชัน (Loop equalisation) ............................81
รูปที่ 55 วงจรการทดสอบการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของลําโพง (Loudspeaker equalisation)................82
รูปที่ 56 เสียงที่ออกจากลําโพงโดยไมใ ชเคร่ืองไทมดีเลยประวิง เวลา ............................................................85
รูปท่ี 57 เสียงท่ีออกจากลําโพงโดยใชเ ครื่องไทมดีเลยประวิงเวลา.........,,,,,,,,,,,,,,,,.........................................85
รูปที่ 58 กราฟของเครื่องบีบอัด (Compressor) ..............................................................................................86
รูปที่ 59 กราฟของเครื่องจํากัดขนาด (Limiter)..............................................................................................87
รูปท่ี 60 ผลตอบสนองความถ่ีที่ราบ (Flat frequency response) ...................................................................90
รูปท่ี 61 ระดับสัญญาณขาเขาท่ีสูงเกินไปของเคร่ืองขยายเสียง .....................................................................91
รูปท่ี 62 กราฟของคายอดสูงสุดเทียบกับคาเฉล่ีย..........................................................................................92
รูปที่ 63 การตอระบบสายดินหรือกราวด์ทั้ง 3 แบบ.....................................................................................98
รูปท่ี 64 วิธีการตอระบบสายดินหรือกราวดของแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage).....................................99
รูปที่ 65 การตอไมโครโฟนชนิดแกนเดียว....................................................................................................100
รูปท่ี 66 การตอไมโครโฟนชนิดสองแกน.....................................................................................................100
รูปที่ 67 การตอไมโครโฟนชนิดสองแกนและเคเบิลทรานสฟอรเมอร .........................................................101
รูปท่ี 68 การตอลงกราวดเมอื่ ตอพวงอุปกรณอิเล็กทรอนิกสตางๆเขาดวยกัน..............................................101
รูปที่ 69 การสกรีนหรือหอหุ้ม (Screening) ตูแร็ก (Rack) ขนาดมาตรฐาน19นิ้ว..........................................104
รูปที่ 70 วิธีการเดินสายแบบตางๆ เพื่อปองกันสัญญาณแทรกสอดที่เกิดจากสาย ........................................104
รูปท่ี 71 ตูแร็ก (Rack) ขนาดมาตรฐาน 19 น้ิว (Standard 19 inches rack unit).............................................106
รูปที่ 72 ตารางเปรียบเทียบกําลังกับระดับความดัง dB ................................................................................108
รูปท่ี 73 กราฟของการเปรียบเทียบอัตราสวนกําลังกับ dB ..........................................................................109
รูปที่ 74 ตัวอย่างการติดต้ังไมโครโฟนและลําโพงโดยไมเกิด การปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback)
หรือเสียงหอน (Howl) ................................................................................................................................110
รูปท่ี 75 ตารางเปรียบเทียบระยะทางกับ dB ...............................................................................................111
รูปท่ี 76 กราฟของการเปรียบเทียบระยะทางกับ dB ...................................................................................112
รูปที่ 77 การหักเห (Refraction) หรือการหักโคง (Bending) ของเสียง.........................................................113
รูปที่ 78 กราฟของระดับเสียงในสนามเสียงทางตรง (Direct field) และ สนามเสียงของความกองสะทอน
(Reverberant field) ....................................................................................................................................115
รูปที่ 79 ผลของความกองสะทอน (Reverberation)...................................................................................117
รูปที่ 80 คาระยะเวลาความกอ งสะทอนของหองแบบตางๆ โดยข้ึนอยกู ับปริมาตรทั้งหมดของหอง........119
รูปท่ี 81 สนามเสียงทางตรงและสนามเสียงของการสะทอน (Direct and reflected sound field)................121
รูปท่ี 82 เสียงที่มีประโยชนแ ละเสียงที่นําพาการรบกวน...........................................................................121
รูปที่ 83 กราฟของความชัดเจนของการไดย ินเสียงพูด (Speech intelligibility) ดัชนีการสงผานของเสียงพูด(Speechtransmissionindex)หรือSTI.....................................................................................................126
รูปท่ี 84 ความหมายของ %ALcons และ RASTI.......................................................................................133
รูปท่ี 85 การแปลง RASTI เปน % ALcons ..............................................................................................134
รูปท่ี 86 การติดต้ังลําโพงสําหรับระบบเสียงในหองที่มีเพดานสูง.............................................................144
รูปที่ 87 รูปรางของหองและการติดตั้งลําโพง ..........................................................................................146
รูปที่ 88 ลํา (Beam) ของเสียง (3 & 6 dB) จากลําโพง...............................................................................147
รูปที่ 89 กราฟของความชัดเจนของการไดย ินเสียงพูด (Speech intelligibility) ดัชนีการสงผานของเสียงพดู (Speechtransmissionindex,STI)
และดัชนกี ารสงผานของเสียงพูดแบบเร็ว(Rapidspeechtransmissionindex,RASTI).............................148
รูปที่ 90 ผลจากการใชซอฟตแวรประยุกต EASE แสดงผลความชัดเจนของการไดยินเสียงพูด
(Speech intelligibility) ดวยคา STI ท่ีความถ่ี 1,000 Hz..........................................................................149
คูมือการออกแบบระบบเสียง
หนังสือคูมือการออกแบบระบบเสียงเลมนี้จะกลาวถึงวิธกี ารออกแบบระบบเสียงโดยนําอุปกรณ ตางๆที่ใชในระบบเสียงเช่นไมโครโฟน (Microphone) อุปกรณประกอบสําหรับการประมวล- สัญญาณ (Signal processing equipment) เครื่องขยายเสียง (Amplifier) และ ลําโพง (Loudspeaker) มาประกอบรวมกันเปนระบบ เพื่อขยายเสียงพูด เสียงเพลงหรือเสียงดนตรี โดยอาศัยวิธีการทาง สวนศาสตรไฟฟา (Electro-acoustic means) หรือ อิเล็กทรออะคูสติก (Electro-acoustic) ทําใหผูฟง สามารถรับรูขอมูลขาวสารท่ีถูกตองจากการฟงเสียงที่มคี วามดัง(Loudness)และความชัดเจนของ การไดยินเสียง(Intelligibility) เราสามารถแบงวิธีการใชงานของระบบเสียงไดดังนี้
1. ระบบเสียงสาธารณะ(Publicaddresssystem)
ออกแบบมาเพื่อใชงานกระจายเสียงพูด
ขอมูลเสียงที่มีการบันทึกไวก อนสัญญาณเสียงพิเศษเชนเสียงเตือนกอนประกาศหรือ เสียงเตือนภัย และเสียงเพลงพื้นหลัง หรือเสียงเพลงแบ็กกราวด (Background music) จากแหลงกําเนิดเสียงหลายๆ แหลง ไปยังพื้นที่ตางๆ ที่ไดเลือกจัดสรรไว สวนใหญ แลวจะมีระยะทางหางจากแหลงกาํ เนิดเสียง ตัวอยางการใชงาน เชน โรงแรม ภัตตาคาร สถานีรถไฟ สนามบิน โรงงาน แทนเจาะนา้ํ มัน อาคารสํานักงาน โรงเรยี น หางสรรพสินคาเรือหองนทิ รรศการเปนตน
2. ระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต(Soundreinforcementsystem)ออกแบบมาเพื่อใชงาน ในการถายทอดเสียงพูดหรือเสียงเพลงหรือเสียงดนตรี สําหรับผูฟงจํานวนมาก โดยปกตแิ ลว ผูฟงจะอยใู นหองหรือพ้ืนทเี่ ดียวกบั แหลงกําเนิดเสยี ง ตวั อยางการใชงาน เชน โบสถ หองเรียน หองประชุมตางๆ เปนตน
0.0 บทนํา
1 อุปกรณตางๆที่ใชงานในระบบเสียงมีหลกั การทํางานคราวๆดังนี้
1. ไมโครโฟน(Microphone)เปนอุปกรณทเี่ปลี่ยนแปลงเสยีงที่เกิดจากการสั่นสะเทือน ของอากาศมาเปนสัญญาณไฟฟา
2. อุปกรณประกอบสําหรับการประมวลสัญญาณ(Signalprocessingequipment)เปน อุปกรณประมวลสัญญาณที่ตกแตงและชดเชยสัญญาณจากแหลงกําเนดิ เสียงหรือ สภาพแวดลอมที่มีปญหา
3. เครื่องขยายเสียง(Amplifier)เปนอุปกรณท ่ีขยายระดับสัญญาณใหเพียงพอกับ จํานวนลําโพง ที่เปนโหลด (Load) ของเคร่ืองขยายเสียง และ
4. ลําโพง (Loudspeaker) เปนอุปกรณที่เปลยี่ นแปลงสัญญาณไฟฟามาเปน เสียง ลําโพง เปนอุปกรณทมี่ ีผลตอการออกแบบระบบเสียงมากสามารถบงบอกถึงคุณภาพของการ ออกแบบได
หนังสือคูมือการออกแบบระบบเสียงเลมนี้ จะชวยเหลือผูออกแบบใหเขา ใจวิธีออกแบบ ขอมูล และ คุณสมบัติทางเทคนิคของอุปกรณตางๆ ที่ใชในระบบเสียง ตามหลักวิชาวิศวกรรมระบบเสียง (Audio engineering) ไดเปนอยางดี
2 ระบบเสียง – ทฤษฎี
การออกแบบระบบเสียงที่ดี มีประสิทธิภาพ ประสิทธิผล และประโยชนสูงสุด ผูออกแบบตอง เขาใจรายละเอยี ดตางๆ ที่เกยี่ วของกับระบบเสียง เชน การทํางานของอุปกรณตางๆ ทใี่ ชในระบบ เสียงแตละชนดิ การเดินทางและความดังของเสียงความชัดเจนของการไดยินเสยีงและ สภาพแวดลอมเพื่อใหผูพดู สามารถสงขาวสารและขอมลู ถึงผูฟงไดอยางถูกตอง
เสียงท่ีหูคนฟงไดยินนั้นมีความถี่20-20,000เฮิรตซหรือHz(ตัวอยางเชนเสียงที่เกดิ จาก การสีไวโอลิน เสียงที่เกิดจากการทุบของคอนบนสายเปย โน เสียงท่ีเกดิ จากการสั่นสะเทือนของ กรวยลําโพง เปนตน) เสยี งเปนคลื่นตามยาวเกดิ จากการส่ันสะเทือนของวัตถุที่มีลักษณะยืดหยนุ เชนน้ําอากาศและของแขง็ เสียงมีคุณสมบัติการสะท้อนการหักเหการแทรกสอดและ การเลี้ยวเบน
การสั่นสะเทือนของวัตถุทําใหอนุภาคตัว กลางมีการเคลื่อนไหว เกิดห่วงโซของการสงตอพลังงาน แกอนุภาคขางเคียง โดยเกิดเปนสวนอัดและสวนขยาย ตัวอยางเช่นเสียงที่เกิดจากแหลงกําเนิดเสียง ตางๆ สามารถเดินทางและสงผานพลังงานในตัวกลางอากาศ ที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวของอากาศ
จากรูปที่ 1 เราสามารถกําหนดรูปแบบของแหลงกําเนิดเสียงได 3 ลักษณะ ดังนี้
1. คลื่นทรงกลม (Spherical wave) ที่กําเนดิ จากแหลงกําเนิดเปนจุด (Point source) มีการ แพรกระจายของคลื่นรอบทิศทางการลดทอนของระดบั สัญญาณแปรผันตาม
ระยะทางยกกาํ ลังสอง (r2)
2. คล่ืนทรงกระบอก (Cylindrical wave) ที่กําเนิดจากแหลงกําเนิดเปนเชิงเสน
(Line source) การลดทอนของระดับสัญญาณแปรผันตามระยะทาง (r1)
3. คลื่นระนาบ (Plane wave) ที่กําเนิดจากแหลงกําเนิดเปน ระนาบ (Plane source)
การลดทอนของระดับสัญญาณไมแปรผันตามระยะทาง (r0)
1.0 ทฤษฎีทั่วไป
3
รูปที่1รูปแบบของตนกําเนดิ เสียง
รูปที่2การแพรกระจายของคลื่นจากแหลงกําเนิดเปนจดุ (Pointsource)
4
เพื่อความสะดวกในการคํานวณสําหรับกรณีที่ระยะทางที่ใชคํานวณมคี ามากกวาขนาดของ แหลงกําเนิดและความยาวคลื่นมากๆ (r >> source dimensions >> wavelength) เราจะคํานวณ คาการลดทอนของระดับสัญญาณแบบคลื่นทรงกลม (Spherical wave) ที่แปรผันตามระยะทาง- ยกกําลังสอง(r2)เปนการลดทอนของระดบั สัญญาณแบบคลื่นระนาบ(Planewave)ที่ไมแปรผัน ตามระยะทาง(r0)เราสามารถสังเกตไดจากรูปที่2ที่แสดงการแพรก ระจายของคลื่นจาก แหลงกําเนิดเปนจุด (Point source) เมื่อเราพิจารณาคาระยะทางที่หางจากแหลงกําเนิด เชนที่ ระยะทาง 1 เมตร คากําลังของเสียง (W) จะมีคาเทากันหมด แตคาความดันของเสียง (N/m2) หรือ คาความเขมของเสียง (W/m2) จะมีคาลดลงเปนสัดสวนกับระยะทางยกกําลังสอง (r2)
เสียง (Sound) ที่อางอิงถึงในหนังสือคูมือการออกแบบระบบเสียงเลมนี้ โดยรวมแลวประกอบดว ย เสียงพูด (Speech) เสียงเพลงหรือเสียงดนตรี (Music) สัญญาณเตือนภัย (Alarm signals) หรือ สัญญาณเตือนกอนประกาศ (Attention tones)
เม่ือเราเปลี่ยนเสียงเปนสัญญาณไฟฟา เราจะตองกําหนดขีดจํากัดของไดนามิกเรนจ (Dynamic range) ผลตอบสนองความถ่ี (Frequency response) ความชัดเจนของการไดยินเสียง (Intelligibility)และคณุ ภาพที่เหมือนจริง(Naturalquality)ของเสียงดวยสําหรับขีดจํากัดของ ไดนามิกเรนจ(Dynamicrange)เราจะตองใหความสําคญั เปนพิเศษ
ไดนามิกเรนจ(Dynamicrange)มีความหมายที่แตกตางกนั ขึ้นอยูกับขอ กําหนดตางๆดังน้ี
1. ในสวนของเสยี งอะคูสติก (Acoustic) หมายถึงระดับเสยี งที่คอยที่สุดถึง
ระดับเสียงที่ดงั ที่สุด
2. ในสวนของเสยี งเพลงหรือเสยี งดนตรี (Music) หมายถึงความแตกตางระหวาง
การใหเลนเสียงเบานุมนวล(Pianissimo)กบั การใหเลนเสียงดังเต็มท่ี(Fortissimo)
3. ในสวนของวศิ วกรรมระบบเสียง (Sound engineering) หมายถึงความแตกตางระหวา ง คายอดที่ข้ึนสงู สุดอยางบังเอญิ (Maximum incidental peak value) กับคาตํ่าสุดของ
สัญญาณไฟฟา ท่ีเปล่ียนแปลง (Minimum value of converted electrical signal)
5
เราสามารถใชเครื่องมือวัดชนิดตางๆ เชน เครื่องออสซิลโลสโคป (Oscilloscope) เครื่องวัดระดับ คายอด (Peak level meter) วียูมิเตอร (VU-meter) วิเคราะหระดับเสยี งตา งๆ ท่ีมีเวลารวม (Integrationtime)แตกตางกนั ดังน้ี
|
ประกาย (Sparks)
|
|
เวลารวม (Integration time) 0ms
|
เครื่องออสซิลโลสโคป ที่มีจอแบบมี หนวยความจํา (Oscilloscope with memory screen)
|
|
คายอด (Peak)
|
|
เวลารวม (Integration time) <4ms
|
เครื่องวัดระดบั คายอด (Peak level meter) บน เครื่องผสมเสียง (Mixing desk)
|
|
เร็ว (Fast)
|
คาเฉลี่ยเวลาสั้น (Short time average)
|
เวลารวม (Integration time) 125 ms
|
เครื่องวัดระดบั เสียง (Sound level meter) หรือ SLM
|
|
วียู (VU)
|
|
เวลารวม (Integration time) 270 ms
|
วียูมิเตอร (VU- meter)บนเครื่องขยาย เสียง(Amplifier)
|
|
ชา (Slow)
|
|
เวลารวม (Integration time) 4ms
|
เครื่องวัดระดบั เสียง (Sound level meter) หรือ SLM
|
|
แอลทีเอ (LTA)
|
คาเฉลี่ยเวลายาว (Long time average)
|
เวลารวม (Integration time) 30 ms
|
ใชสําหรับออกแบบการ ระบายความรอ นของ เครื่องขยายเสยี ง (Amplifier)
|
6
1.1 เสียงพูด (Speech)
เสียงพูด (Speech) เกิดจากถอยคําตางๆ ที่ประกอบดว ยเสยี งสระ และเสยี งพยัญชนะ เสียงพูดมี การเปลี่ยนแปลงคาของความดัง (Loudness) และความถี่ (Frequency) ความแรงของเสยี ง (Voice strength) เปลี่ยนแปลงสเปกตรัมของความถี่ (Frequency spectrum) ในที่นี้สเปกตรัมของความถี่ เสียงจะเปลี่ยนแปลงจากเสียงทุมที่มีความถี่ต่ําจนถึงเสียงแหลมที่มีความถี่สูงตามรูปที่ 3 โดยที่ เสนกราฟตามรูปแสดงระดบั ความดังเฉลยี่ เทียบกับความถี่ท่ีปรากฏอยูในรูปของ 1/3 ออกเทฟ (Octave) หรือ 1/3 ของคูแปด
เสียงสระมีสเปกตรัมของความถี่ (Frequency spectrum) ต่ํากวา 1,000 Hz และคุณสมบัติของ ความดัง(Loudness)เนื่องจากเสียงสระเกดิ จากการออกเสียงของปากที่มีมุมกวางจึงทําใหเกดิ เสียงกองสะทอ น(Reverberation)ตัวอยางสภาพแวดลอมภายในอาคารเสียงจะสะทอ นจากผิวแข็ง เชนผนัง เพดานไดงาย สวนเสียงพยัญชนะมีสเปกตรัมของความถี่ (Frequency spectrum) สูงกวา 1,000 Hz และคุณสมบัติของความฟงชัด (Articulation) หรือ ความชัดเจนในการไดย นิ เสียง (Intelligibility) เนื่องจากเสียงพยัญชนะเกิดจากการออกเสียงของปากท่มี ีมุมแคบ จึงทาํ ใหเกดิ ทิศทาง (Direction)
รูปที่ 3 ระดับความดังของเสียงเทียบกับความถ่ี 7
หลักการเบื้องตนของการออกแบบระบบเสียงที่จะกลาวตอไปในหนังสือคูมือการออกแบบ ระบบเสียงเลม นี้คือการใชเทคนิคที่เหมาะสมเพื่อชดเชยและแกปญหาในการถายทอดเสียงในยาน ความถี่เสียงพดู (Speech frequency spectrum) ใหถึงผูฟงโดยไมผิดเพยี้ นและเกดิ ความชัดเจนของ การไดยนิ เสียง(Intelligibility)เน่ืองจากธรรมชาติของเสียงอุปกรณแ ละสภาพแวดลอมสามารถ สรางปญหาตางๆ ในการถายทอดเสียง ทําใหผูฟงไมสามารถฟงและเขาใจถึงขาวสารขอมูลที่ผูพูด ตองการถายทอดได
1.1.1 ไดนามิกเรนจ(Dynamicrange)
รูปที่4ไดนามกิ เรนจ(Dynamicrange)ของเสียงพูด
รูปที่ 4 แสดงกราฟของรูปแบบของเสียงพูดเทียบกับเวลา โดยผูพูดพดู หา งจากไมโครโฟนเปน ระยะทางคงที่และวดั โดยใชเครื่องมือวัดทแ่ี ตกตางกนั กราฟมีความหมายดังนี้
เสนโคง 1
เสนโคง 2 เสนโคง 3
แสดงคายอด (Peak value)
ชวงเวลาขึ้น (Rise time) 1 มิลลิวินาที
เวลาลดถอย (Decay time) 2.7 วินาที แสดงคาอารเอ็มเอส (RMS value)
เวลารวม (Integration time) 270 มิลลิวินาที แสดงคาอารเอ็มเอส (RMS value)
เวลารวม (Integration time) 30 วินาที แอลทีเอ (LTA)
8
1.2 เสียงเพลงหรอื เสียงดนตรี (Music)
สําหรับการกระจายเสียงเพลงหรือเสียงดนตรี สิ่งสําคัญ 2 สิ่งที่ควรคํานึงคือ ไดนามิกเรนจ (Dynamic range) และผลตอบสนองความถี่ (Frequency response)
ถาเราจํากัดไดนามิกเรนจ(Dynamicrange)เสียงเพลงหรอื เสียงดนตรีจะคอนขางราบเรียบ ขาดความตื่นเตนเราใจแตห ากเราจํากัดผลตอบสนองความถี่(Frequencyresponse)เชนเราจํากดั เสียงความถี่ต่ําเสียงเพลงหรอื เสียงดนตรีจะขาดเสียงทุมและถาเราจํากดั เสียงความถส่ี ูงเสียงเพลง หรือเสียงดนตรีจะขาดเสียงแหลมหรือขาดฮารมอนิกของเสียง สําหรับเสียงแหลมนี้เปน ปจจยั สําคัญ ในการจําแนกอุปกรณดนตรี เราจะสังเกตไดจาก 2 กรณีนว้ี า เสียงเพลงหรือเสียงดนตรีจะขาด รสชาติมากๆ
1.2.1 ไดนามิกเรนจ(Dynamicrange)
รูปที่ 5 แสดงกราฟที่เปรียบเทียบไดนามิกเรนจ ของเสียงพูดและเสียงเพลงเทียบกับเวลา โดยแสดง
1. ระดับมาตรคายอด (Peak meter level)
2. ระดับมาตรวยี ู (VU meter level)
3. ระดับแอลทีเอ (LTA level)
เราสังเกตไดว า ความแตกตางระหวางระดบั คายอด (Peak level) กับระดับวียู (VU level) มีคาเฉลี่ย ประมาณ 14 dB จากประสบการณทําใหเราทราบวา หูของคนมักจะไมตอบสนองตอคาความเพี้ยน (Distortion) ของคายอดชวงสั้นๆ ดังนั้นการขริบ (Clip) คายอด 6 dB ก็ยังเปนที่พอจะอนุโลมได และการต้ังคา 0 ของมาตรวียู (VU meter) ควรต้ังคา 3 dB ตํ่ากวาคาจํากดั ของความเพย้ี นของ อุปกรณน้ันๆ
9
เสนโคง 1
เสนโคง 2 เสนโคง 3
รูปที่5ไดนามกิ เรนจ(Dynamicrange)ของเสียงเพลง
แสดงคายอด (Peak value)
ชวงเวลาข้ึน (Rise time) 1 มิลลิวินาที
เวลาลดถอย (Decay time) 2.7 วินาที แสดงคาอารเอ็มเอส (RMS value)
เวลารวม (Integration time) 270 มิลลิวินาที แสดงคาอารเอ็มเอส (RMS value)
เวลารวม (Integration time) 30 วินาที แอลทีเอ (LTA)
10
1.2.2 ความถ่ีของเสียงเพลง
รูปที่ 6 ความถ่ีของเสียงเพลง
11
1.3 เสียง (Sound)
เสียงสงผานพลังงานโดยอาศัยความดนั (Pressure)ที่ทําใหเกิดการขยายตัวและหดตวัของอากาศ ดังน้ันเราจึงวดั คาระดับความดังของเสียงจากการเปล่ียนแปลงของความดัน(Pressure)ของอากาศ เรากําหนดมาตรฐานท่ีใชวดั ระดับความดังของเสียง ที่ตอไปจะเรยี กวาระดับความดันเสียง ดังนี้
มาตรฐานท่ีใชว ัดระดับความดันเสียง จะวัดท่ีความถี่ 1 kHz ท่ีเปนความถกี่ ลางมาตรฐาน โดยที่ Pa = Pascal
= N/m2 หนวยระดับความดันเสยี งคอื dB (SPL)
SPL=ระดับความดนั เสียง(Soundpressurelevel) ระดับของเสียงท่ีคอยท่ีสุดที่คนเริ่มไดยนิ เสียง (Threshold of hearing) เทียบกับระดับความดันเสยี ง คือ
20 μN/m2 = 20 μPa = 2x10-5 Pa
ดังนั้น เรากําหนดวา 20 μPa = 0 dB (SPL) ระดับของเสียงท่ีดังท่ีสุดที่คนไดยนิ เสียงและเริ่มมีอาการเจ็บหู(Thresholdofpain)เทียบกับ ระดับความดนั เสียงคือ
20 Pa = 20 log (20/2x10-5) = 120 dB (SPL)
1.3.1 คุณสมบัติการไดยินของหู ท่ีความถี่1kHzเรากําหนดมาตรฐาน0dB(SPL)เปนระดับของเสียงทค่ี อยท่ีสุดที่คนเริ่มไดยนิ เสียง (Threshold of hearing) และมาตรฐาน 120 dB (SPL) เปนระดับของเสยี งท่ีดังท่ีสุดทคี่ นไดยนิ เสียง และเร่ิมมีอาการเจ็บหู(Thresholdofpain)ระดับของเสียงที่คอยท่ีสุดท่ีคนเร่ิมไดยนิ เสียง (Thresholdofhearing)จะเปน ขีดจํากดั ลางสุดของเสนแสดงรูปรางของระดับของเสียงท่ีเทากัน (Equal Loudness Contours)
หากเราพจิ ารณาเสนกราฟของระดับของเสียงท่ีคอยที่สุดที่คนเร่ิมไดย นิ เสียง (Threshold of hearing) จากรูปท่ี 7 เราสังเกตไดว าระดับความดนั เสียง (Sound pressure level) จะเปล่ียนแปลงไปตาม ความถี่เชนระดับความดนั เสียงที่ความถี่30Hzเราตองเพ่ิมความดังอีก60dB(SPL)เราจึงจะได ความรูสึกที่ดังเทากับระดับความดันเสยี ง 0 dB (SPL) ท่ีความถี่ 1 kHz
12
จากการศึกษา เราจะพบจุดสงั เกตท่ีสําคัญ 2 จุด ดังน้ี
1. ในระดับความดังท่ีเทากัน เสียงความถ่ีต่ําเชน เสียงทุม (Bass) ตองการพลังงานมากกวา
เสียงความถ่ีสูงเชนเสียงแหลม (Treble)
2. คุณสมบัติการไดยินของหูจะตอบสนองตอเสียงตามภาพกระจกเงาของเสนแสดง
รูปรางของระดับของเสียงทเี่ทากัน(EqualLoudnessContours)หรือกลาวอีกนยั หนงึ่ เราจะไดยินระดับของเสียงทแี่ ตกตางกนั ขนึ้ อยูกับความถ่ีตัวอยางเชนถามีการสง เสียงรบกวน (Noise) ระดับ 20 dB (SPL) ที่มีสเปกตรัมของความถี่ตลอดยาน (Broad frequencyspectrum)ความรูสึกของผูฟงจะไดยินเสียงเปน ไปตามภาพกระจกเงาของ เสนแสดงรูปรางของระดับของเสียงท่ีเทากนั (Equal Loudness Contours) ที่ระดับ 20dB(SPL)และเมื่อเราเพมิ่ ระดับเสียงรบกวน(Noise)มากข้ึนความรูสึกของผูฟงจะ แตกตางจากความรูสึกท่ีฟงเสียงรบกวน (Noise) เดิม
รูปท่ี 7 เสนแสดงรูปรางของระดับเสียงที่เทากัน (Equal Loudness Contours)
13
1.3.2 ตัวถวงนํ้าหนกั (Weighting)
ในการจําลองคุณสมบัติการไดยินของหูของคนเคร่ืองวดั ระดับเสียง(Soundlevelmeter)มักจะมี เสนโคงตัวกรอง (Filter curves) หลายๆ แบบ เพ่ือใหสอดคลองกับการไดยินของหูของคน มาตรฐานตัวถว งนํ้าหนักของเสนโคงไดถูกแบงดังน้ี
เสนโคง A (A-Curve)
เสนโคง B (B-Curve) เสนโคง C (C-Curve)
เปนตัวถว งนํ้าหนักทใี่ ชวดั ระดับเสียงท่ีมีคา ต่ํากวา 40 dB (SPL) เครื่องวัดระดบั เสียง(Soundlevelmeter)แบบธรรมดาจะมีแต ตัวถวงนํ้าหนกั เสนโคง A (A-Curve) เพียงอยางเดยี ว การวัดเสียงหรือ อะคูสติก (Acoustic) ในปจจุบันก็จะใชเ ฉพาะแบบตวั ถว งน้ําหนัก A (A-Weighting) เราเรียกหนว ยวัดเสียงนวี้ า dBA (SPL)
เปนตัวถว งน้ําหนักทใี่ ชวดั ระดับเสียงท่ีมีคา ระหวาง 40 กบั 70 dB (SPL) เปนตัวถว งนํ้าหนักทใี่ ชวดั ระดับเสียงที่มีคา สูงกวา 70 dB (SPL)
รูปท่ี8เสนโคงตัวกรองแบบตัวถวงนํ้าหนกั A(A-Weighting) 1.3.3 ระดับความดนั เสียง(SoundPressurelevel)
รูปที่9แสดงระดับเสียงจากตนกําเนดิ เสียงตางๆเม่ือเทียบกับdB(SPL) 14
1.4 การแพรกระจายของเสียงในอากาศ (Sound propagation in air)
เสียงท่ีเราไดย นิ จากตน กําเนดิ เสียงที่เกดิ จากการส่ันสะเทอื นของวัตถุ เชนกลองเสียง ลําโพง เปนตนเกิดจากการสงผานพลังงานโดยอาศัยความดนั (Pressure)ท่ีทําใหเกิดการขยายตัวและหดตวั ของอากาศ
พารามิเตอร (Parameter) ท่ีสําคัญและเก่ียวของกับการแพรกระจายของเสียงในอากาศ (Sound propagation in air) มีหนวยวัดในระบบสากล (SI) ดังนี้
f=ความถ่ี(Frequency)มีหนวยเปนเฮิรตซ(Hertz)หรอื Hz
v = ความเร็ว (Velocity) มีหนวยเปน เมตรตอวินาที หรือ m/s
λ= ความยาวคล่ืน (Wavelength) มีหนวยเปน เมตร หรือ m
p = ความดัน (Pressure) มีหนวยเปน ปาสคาล (Pascal) หรือ Pa T=อุณหภูมิ(Temperature)มีหนวยเปน เคลวิน(Kelvin)หรือK
1.4.1 ความเร็วของเสียง(Velocityofsound)
ความเร็วของเสียงข้ึนอยูกับอุณหภูมิ
ในภาวะปกติ เราสามารถคํานวณความเรว็ ของเสียงในอากาศไดจากสูตร
__ v=20√T
โดยท่ีTคืออุณหภูมิในหนวยองศาเคลวนิ (Kelvin)และ0°C=273K ดังน้ันที่อณุ หภูมิหอง20°C
____ v=20√293=342.3≈340m/s
ความสัมพันธระหวางความถ่ีความเร็วกบั ความยาวคล่ืนคือ λ =v/f
ตัวอยาง
ที่ความถี่1kHzและอุณหภมู ิหอง20°Cเสียงมีความยาวคลื่นคือ λ =340/1,000=0.340m
ถาอุณหภูมหิ องเพ่ิมขึ้นเปน 30 °C ความเร็วของเสียงจะเพมิ่ ข้ึนเปน 348 m/s ที่ทําให ความถี่มีคาสูงขึ้น ดังน้ี
f = 348/0.340 = 1.02 kHz ดังน้ันความถ่ีจะเล่ือนขึ้นอกี 20Hz
15
1.4.2 การดูดซึมของอากาศ(AirAbsorption)
เม่ือเราฟงเสียงหางจากแหลงกําเนิดเสยี ง การดูดซึมของอากาศ (Air Absorption) จะทําใหเราไดย ิน เสียงแตละความถี่ท่ีมีการลดทอน(Attenuation)แตกตางกันเราจะพบวา เม่ือความถ่ีมีคาสูงขึ้น ระดับของเสียงก็จะมกี ารลดทอน(Attenuation)สูงข้ึนดวย
ตัวอยางเชน
ท่ีความถ่ี 500 Hz จะมีการลดทอน (Attenuation) 0.3 dB ตอ 100 m
ความถ่ี 2,000 Hz จะมีการลดทอน (Attenuation) 1 dB ตอ 100 m
ความถ่ี 8,000 Hz จะมีการลดทอน (Attenuation) 7 dB ตอ 100 m โดยท่ี คาความชื้นสัมพัทธ (Relative humidity) หรือ RH = 70%
1.4.3 ความชื้น(Humidity) เนื่องจากความช้ืนสัมพัทธ(RelativeHumidity)หรือRHเกี่ยวของกบั จํานวนโมเลกุล(Molecule) ของนํ้าในอากาศความชื้นสมั พัทธ(RelativeHumidity)จะทําใหระดับของเสียงมีการลดทอน (Attenuation) แตกตางกนั
ตัวอยางเชน
ความช้ืนสัมพทั ธ20%เสียงจะลดทอน0.09dB/mท่ีความถี่4kHz ความช้ืนสัมพทั ธ80%เสียงจะลดทอน0.02dB/mท่ีความถ่ี4kHz
เราไมสามารถละเลยคาความช้ืนสัมพัทธ(RelativeHumidity)ไดเนื่องจากความชน้ื สัมพัทธ (Relative Humidity) เปนปจ จัยที่มีความสําคัญพอสมควรเกี่ยวกับการลดทอน (Attenuation)
1.4.4 ระยะเวลาความกองสะทอน(Reverberationtime)
ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 หมายถึงระยะเวลาที่ทําใหระดับของ เสียงกองสะทอ นท่ีเกิดข้ึนทคี่ วามถ่ีหนึ่งลดลง60dB
ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 มีหนวยเปนวินาที
16
ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 ของหอง จะแปรผันตามพารามิเตอร (Parameter) ของหอง ดังน้ี
1. ปริมาตร (Volume) หรือ V
2. พื้นที่ผิว (Surface) หรือ S
3. สัมประสิทธิ์การดูดซึมเฉล่ีย (Average Absorption Coefficient) หรือ α
4. การดูดซึมของบรรยากาศ(Atmosphere Absorption) หรือ m ท่ีมีคาการลดทอนคงท่ี
(Attenuation Constant)
เราคํานวณระยะเวลาความกอ งสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 ของหอง จากสูตรตาม ระบบสากล (SI) ดังน้ี
RT60 = 0.161V/(α S + 4mV)
ตัวอยางการคํานวณ
หองขนาด : 100x100x10 m3 α = 0.1
ดังนั้น
V=100,000m3และS=24,000m2
ความชื้นสัมพทั ธ (Relative humidity) หรือ RH = 60% อุณหภูมิ (Temperature) = 20°C
|
ความถี่ (Freq) (Hz)
|
m [1-2] (10-3 m-1)
|
4mV (m2)
|
RT60 (s)
|
m [3] RH=60%
|
m [3] RH=20%
|
RT60 RH=20%
|
|
125
|
0.12
|
48
|
6.62
|
0.07
|
0.10
|
6.60
|
|
250
|
0.28
|
112
|
6.41
|
0.15
|
0.23
|
6.46
|
|
500
|
0.51
|
204
|
6.18
|
0.37
|
0.56
|
6.14
|
|
1,000
|
0.78
|
312
|
5.94
|
0.91
|
1.39
|
5.45
|
|
2,000
|
1.49
|
596
|
5.37
|
2.25
|
4.28
|
3.92
|
|
4,000
|
4.34
|
1,736
|
3.89
|
5.6
|
14.5
|
1.96
|
|
8,000
|
16.0
|
6,400
|
1.83
|
16.2
|
47.1
|
0.76
|
ที่มา :
[1] Room Acoustics (1991), Kuttruff.
[2] Handbook of Chemistry and Physics (1973).
[3] Absorption of Sound in Air versus RH and T (1967), Cyril Harris.
17
2.0 เครื่องหมายเดซิเบล(DecibelNotation)
2.2 คํานิยาม
หนวย dB (deciBel) เปนหนว ยทใี่ ชกันมากในวิชาวิศวกรรมไฟฟาสื่อสาร (Communication engineering) และวิศวกรรมระบบเสียง (Audio engineering) เราใชหนวย dB (decibel) ชวยคํานวณ ปริมาณขนาดใหญๆ โดยคํานวณในรูปแบบที่งายข้ึนเชนการคํานวณแบบการบวกลบแทน การคูณหารหรือยกกําลัง ทําใหเวลาในการคํานวณลดลง สําหรับความรูสึกของคน เชน การสัมผัส การไดยนิ การมองเห็น การรบั รูน้ําหนัก สว นใหญมักจะอยูในรูปแบบฟง ชันลอการิทึม (Logarithm function) และการเปรียบเทยี บกับคามาตรฐานคาหน่ึงเสมอ
2.1.1 คุณสมบัติลอการิทึม(Logarithmiccharacteristic)ของหูของคน
วิธีตรวจคณุ สมบัติลอการิทึม(Logarithmiccharacteristic)ของหูของคนในเรื่องของความไวตอ ระดับการเปลยี่ นแปลง สามารถกระทําไดโ ดยนําเคร่ืองกําเนิดสัญญาณรูปไซน (Sine) มาปอนสัญญาณรูปไซน (Sine) ผานสวิตชกอ นเขาเคร่ืองขยายเสยี ง (Amplifier) และลําโพง (Loudspeaker) ท่ีเหมือนกัน 2 ชุด ตามรูปท่ี 10
รูปที่ 10 วิธีการตรวจคุณสมบัติลอการิทึมของหู
ในข้ันแรก เราจะปอนกําลังใหแกลําโพงท้ัง 2 ขางเทากัน (เชนประมาณ 100 mW โดยข้ึนอยูกับชนดิ ของลําโพง)ผลท่ีไดคือลําโพงท้ัง2ขางจะใหระดับความดังที่เทากันจากนั้นเราก็คอ ยๆเพิ่มกําลัง ใหแกลําโพงขางหน่ึงประมาณ 26% (ในตวั อยางน้ีคือ 126 mW) เราจะพบวาลําโพงขางนั้นจะให ระดับเสียงท่ีดงั กวาอีกขางหนึ่ง เม่ือเราเพิ่มกําลัง 26% ใหแ กลําโพงขางที่มีระดับเสียงต่ํากวา เราจะ พบวาลําโพงทงั้ สองขางใหระดับเสียงดังเทา กันอีกคร้ังหน่ึง
18
ตอไปเราก็กระทําเหมือนเดมิ คือเพิ่มกําลังใหแกลําโพงขางหนึ่งอีกประมาณ26%(ในตัวอยางนี้คือ 26% ของ 126 mW = 32 mW ผลรวมของกําลังคือ 126+32 = 158 mW) เราจะสังเกตไดวาถาเราเพ่ิม กําลังใหแกลําโพงประมาณ 26% (หรืออัตราสวนลอการิทึม (Logarithm)) หูของคนจะไดย ินเสียงดัง เพ่ิมขึ้นคงท่ี (หรืออัตราสวนคงที่) การทดลองน้ีเราพบวาการปอนกําลังใหแกลําโพงเพ่ิมข้ึนเปน อัตราสวนลอการิทึม(Logarithm)ระดับความดังของลําโพงจะเพ่ิมขนึ้ เปนอัตราสวนคงท่ีหรือ เชิงเสน (Linear)
2.1.2 อัตราสวนกําลงั (PowerRatio)
เรากําหนดนิยามของ Bel คืออัตราสวนกําลังในลอการิทึม และกําหนด decibel (dB) คือ 1ใน 10 ของ Bel deci แปลวา 1/10
Ratio (in Bel) = log P2/P1 Ratio(indB) =10logP2/P1
รูปท่ี 11 ตารางเปรียบเทียบอัตราสวนกําลงั กับ dB
จากรูปท่ี 11 เราจะพบวาการขยายของอัตราสวนกําลัง 2 เทา เทากับอัตราขยาย 3 dB เมื่อมีการขยาย ของอัตราสวนกําลัง100เทาอัตราขยายเพมิ่ ขึ้น20dB
ขอสังเกต
เนื่องจาก dB เปนหนว ยของอัตราสวน ดังน้ันหูของคนจะไดย ินความแตกตางของระดับของเสียง จากกําลัง 1 W และ 2 W เหมือนกับความแตกตางของระดับของเสียงจากกําลัง 100 W และ 200 W ในท่ีน้ี คือ ระดับความดังเพมิ่ ข้ึน 3 dB เหมือนกันท้ัง 2 กรณี (แตอยาลืมวาระดับความดังจากกําลัง 1W จะนอยกวา ระดับความดงั จากกําลัง 100W ของลําโพงแบบเดยี วกัน)
19
2.1.3 อัตราสวนแรงดัน(VoltageRatio)
สมมติวาเราไดตอตัวความตา นทาน 10 Ω เขากับแรงดันไฟฟา (Voltage) 10 V
เราจะคํานวณไดวา I=V/R=10/10=1A
P=IV=10x1 =10W
(P = Power dissipated หรือ กําลังสูญเสีย) เม่ือเราเพ่ิมแรงดันไฟฟา (Voltage) 2 เทาเปน 20 V
เราจะคํานวณไดวา I=V/R=20/10=2A
P=IV=20x2=40Wเราจะพบวากําลังสญู เสียเพิ่มขึ้น4เทา จากตัวอยางการคํานวณขางตน น้ีแสดงวาการเพิ่มแรงดัน(Voltage)2เทาจะมีผลเทากบั การเพ่ิมกําลัง 4 เทา เราคํานวณอัตราสวนแรงดัน (Voltage ratio) ในรูปของ dB ดังน้ี
Ratio (in dB) = 10 log P2/P1
= 10 log (V22/R)/ (V12/R)
= 10 log V22/V12
=20logV2/V1 นั่นคือ10logของอัตราสวนกําลังจะเทากบั 20logของอัตราสวนแรงดัน
ตัวอยาง
__ อัตราขยาย3dBหมายถึง2เทาของอัตราขยายกําลังหรือ√2เทาของอัตราขยายแรงดนั และ
อัตราขยาย 6 dB หมายถึง 4 เทาของอัตราขยายกําลัง หรือ 2 เทาของอัตราขยายแรงดนั
รูปท่ี 12 ตารางเปรียบเทียบอัตราสวนแรงดันกับ dB 20
ขอสังเกต
เราตองพิจารณาถึงคุณสมบัติทางเทคนิคของเคร่ืองขยายเสียง (Amplifier) หรือเครื่องลดทอน (Attenuator) ในเร่ืองของอัตราขยายหรืออตั ราลดทอน (ท่ีแสดงไวรูป dB) ใหดวี าเปน อัตราขยาย หรืออัตราลดทอนของกําลังหรือแรงดัน
2.1.4 คาอางอิงของdB
ถึงแมวาdBจะเปนคาของอตั ราสวนแตกส็ ามารถแสดงคาสัมบูรณ(Absolutevalue)ไดถาเรามี คาอางอิงมาตรฐาน ตัวอยางเชน ถาเรากําหนดคาอางอิงมาตรฐานเปน 1W แลว อัตราขยาย 3 dB หมายถึงกําลังขยาย 2 W และอัตราขยาย 6 dB หมายถึงกาํ ลังขยาย 4 W
dBm-dBu
เราไดใชคาอางอิงมาตรฐาน dBm-dBu นี้ในงานวิศวกรรมโทรคมนาคมมานานแลว โดยเรา กําหนดคามาตรฐานคือ คา 0 dBm = คากําลัง 1 mW (milliwatt) บนคาความตานทาน 600 Ω เราสามารถคํานวณแรงดนั ของ1mWบนความตานทาน600Ωไดเทากับ0.775V=775mV ในทางปฏิบัติ การใชคา dBm เราจะละคาความตานทานไว แตถาเราอางอิงเฉพาะคาแรงดัน 775 mV เพียงอยางเดยี ว ก็จะทําใหคาอางอิงมาตรฐานผิดไป
แตมีการกําหนดคาอางอิงมาตรฐานในงานสตูดิโอ (Studio engineering) เปน dBu จะอา งอิงกับคา แรงดัน 775 mV เทาน้ัน โดยไมคํานึงถึงคาความตานทาน
dBV
คาอางอิงมาตรฐานน้ีเปนทนี่ยิมและใชกันแพรหลายในงานวิศวกรรมไฟฟาเราใชอางอิงกับ คา แรงดัน 1 V โดยไมคํานึงถึงคาความตานทาน เชน 20 dBV = 10V
dB (SPL)
คาอางอิงมาตรฐานน้ีเปนทนี่ยิมและใชกันแพรหลายในการวัดระดับความดันเสียง(Soundpressure level) เราจะวดั การเปลี่ยนแปลงระดับความดัน (Pressure) ของอากาศ เนื่องจากเสยี งเกิดจาก ความดัน (Pressure) ท่ีทําใหเกิดการขยายตวั และหดตวั ของอากาศ เรากาํ หนดมาตรฐานท่ีใชวดั ระดับความดนั เสียง(Soundpressurelevel)ดังน้ี
21
ที่ความถ่ีกลาง 1 kHz และจุดที่หูของคนเร่ิมไดยินเสียง (Threshold of hearing) เรากําหนดคามาตรฐานท่ีใชว ัดระดับความดันเสียง (Sound pressure level) ท่ีจุดน้ีคือ
0dB(SPL) =20μN/m2 =20μPa
=2x10-5Pa (Pa=Pascal=N/m2)
เ ม ่ ื อ เ ร า เ พ ิ ่ ม ร ะ ด ั บ ค ว า ม ด นั เ ส ี ย ง ( S o u n d p r e s s u r e l e v e l ) จ น ถ ึ ง ร ะ ด ั บ ห น งึ ่ ท ่ ี ห ู ข อ ง ค น ไ ด ย ิ น แ ล ะ เร่ิมมีอาการเจบ็ หู(ThresholdofPain)เราไดคาระดับความดันเสียง(Soundpressurelevel) ที่จุดน้ีคือ
120dB(SPL) =20Pa
= 20 log 20/ (2x10-5)
คาระดับความดันเสียงอ่ืนๆ ท่ีควรจําไว 74dB(SPL) =0.1Pa 94dB(SPL) =1.0Pa
22
2.2.1 การบวกและการลบdB 1. การบวก
2.2 การคํานวณ
การบวกระดับสัญญาณ เชนความดังเสียง (ในรูปของ dB) จากแหลงกําเนิด 2 แหลงท่ีไมเก่ียวของ กัน เราสามารถคํานวณไดจากสูตร
Ls = 10 log [10 L1/10 + 10 L2/10]
ตัวอยางเชน ตอ งการบวกสญั ญาณรบกวน(Noise)2แหลงขนาด90dB(SPL)เราจะได
Ls =10log[109 +109]=93dB(SPL)
2. การลบ
การลบระดับสัญญาณ เชนความดังเสียง (ในรูปของ dB) จากแหลงกําเนิด 2 แหลงท่ีไมเก่ียวของ กัน เราสามารถคํานวณไดจากสูตร
Ls = 10 log [10 L1/10 - 10 L2/10]
3. การใชกราฟในการบวกและการลบระดับสัญญาณ 3.1 การบวก
วิธีบวกระดับสัญญาณจากแหลงกําเนิดสญั ญาณ2แหลงที่ไมเกี่ยวของกันในรูปของdBสามารถทํา ไดโดยนําคาผลตางของสัญญาณทั้งสองมาเขากราฟโคงทางดานขวา (Numerical difference between two levels being added-decibels) จากคาที่ไดใ หเ ล่ือนเสนกราฟไปทางซาย จะปรากฏคา ของกราฟในแนวต้ัง (Numerical difference between total and large levels-decibels) นําคาที่ไดมา บวกกับคาระดบั สัญญาณที่สูงกวา
ตัวอยาง ตองการบวกสัญญาณขนาด 75 dB และ 80 dB
เรานําผลตางของ 75 dB และ 80 dB คือ 5 dB มาเขากราฟโคงทางดานขวา (Numerical difference between two levels being added-decibels) จากคาท่ีไดใ หเ ลื่อนเสนกราฟไปทางซาย จะปรากฏคา ของกราฟในแนวตั้ง (Numerical difference between total and large levels-decibels) คือ 1.2 dB นําคาที่ไดมาบวกกับคาระดับสัญญาณท่ีสูงกวาคือ 80dB จะไดผลลัพธ 80dB+1.2dB=81.2dB
23
3.2 การลบ วิธีลบระดับสัญญาณสามารถทําได 2 แบบ คือ
ถาผลตางระหวางระดับสัญญาณรวมกับระดับสัญญาณที่ตองการลบมีคาระหวาง3ถึง14dBใหน ํา คาผลตางของสัญญาณรวมและระดับสัญญาณท่ีตองการลบมาเขากราฟทางแนวนอน (Numerical difference between total and smaller levels-decibels) แลวเล่ือนเสนกราฟมาชนกับกราฟโคง ทางดานขวา (Numerical difference between two levels being added-decibels) จากคาที่ไดใหเ ล่ือน เสนกราฟไปทางซาย จะปรากฏคาของกราฟในแนวต้ัง (Numerical difference between total and large levels-decibels) นําคาที่ไดมาลบออกจากกับคาระดับสัญญาณรวม
ตัวอยาง ตองการลบสัญญาณขนาด 81 dB ออกจากสัญญาณรวมขนาด 90dB
เรานําผลตางของ 81 dB และ 90 dB คอื 9 dB มาเขากราฟทางแนวนอน (Numerical difference betweentotalandsmallerlevels-decibels)แลวเล่ือนเสนกราฟมาชนกบั กราฟโคงทางดานขวา (Numerical difference between two levels being added-decibels) จากคาท่ีไดใหเ ล่ือนเสนกราฟไป ทางซาย จะปรากฏคาของกราฟในแนวต้ัง (Numerical difference between total and large levels- decibels)คือ0.6dBนําคาที่ไดมาลบออกจากกับคาระดับสัญญาณรวมคือ90dBจะไดผ ลลัพธ 90dB–0.6dB=89.4dB
แตถาผลตางของระดับสัญญาณรวมและระดับสัญญาณท่ีตองการลบมีคานอยกวา 3 dB ใหนํา คาผลตางของสัญญาณรวมและระดับสัญญาณที่ตองการลบมาเขากราฟทางแนวตั้ง (Numerical difference between total and large levels-decibels) แลวเลื่อนเสนกราฟมาชนกับกราฟโคงทาง ดานขวา (Numerical difference between two levels being added-decibels) จากคาทไี่ ดใหเ ล่อื น เสนกราฟลง จะปรากฏคาของกราฟทางแนวนอน (Numerical difference between total and smaller levels-decibels)นําคาท่ีไดมาลบออกจากกบั คาระดับสัญญาณรวม
24
ตัวอยาง ในทางกลับกัน ตองการลบสัญญาณขนาด 89.4 dB ออกจากสัญญาณรวมขนาด 90dB เรานําผลตางของ 89.4 dB และ 90 dB คือ 0.6 dB มาเขากราฟทางแนวตั้ง (Numerical difference between total and large levels-decibels) แลวเล่ือนเสนกราฟมาชนกับกราฟโคงทางดานขวา (Numerical difference between two levels being added-decibels) จากคาท่ีไดใหเ ล่ือนเสนกราฟลง จะปรากฏคากราฟทางแนวนอน (Numerical difference between total and smaller levels-decibels) คือ 9 dB นําคาที่ไดมาลบออกจากกับคาระดับสัญญาณรวมคือ 90dB จะไดผลลัพธ 90dB–9dB=81dB
รูปท่ี 13 การบวกและการลบระดับสัญญาณเปน dB
รูปท่ี 13 เปนกราฟท่ีใชในการบวกและการลบระดับสัญญาณจากแหลง กําเนิดสัญญาณ 2 แหลง ท่ีไมเกี่ยวของกัน ในรูปของ dB
25
3.0 คําถามเบื้องตน เกี่ยวกับการออกแบบระบบเสียง
ในการประเมนิ ความตองการของการใชงานระบบเสียงผูออกแบบจําเปนตองเก็บตรวจสอบและ วิเคระหขอมูลตางๆ เชนความตองการของผูใชงาน สภาพอะคูสติก (Acoustic) ของหอง คุณสมบัติ ทางเทคนิคของอุปกรณท่ีจะใชเพราะขอมลู ตางๆเหลาน้ีเปนตัวบงช้ีถึงความสามารถใน การออกแบบต้ังแตการคํานวณสภาพอะคสู ติก(Acoustic)ของหองจนกระท่ังวิธีการเลือกอุปกรณ ที่จะใชงานโดยอาศัยขอมูลเก่ียวกับคุณสมบัติทางเทคนิคของอุปกรณตา งๆ เหลาน้ัน
ตัวอยางการประเมินความตอ งการของการใชงานระบบเสียงเชนระบบเสียงท่ีใชงานในโบสถ ขนาดเล็ก ความตองการของผูใชงานคือ ตองการขยายเสยี งเฉพาะเสียงพูด สภาพอะคสู ติก (Acoustic) ของโบสถมีระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) คอนขางยาวนาน อุปกรณ จําเปนท่ีใชงานเบื้องตนไดแ กไมโครโฟนจํานวนประมาณ2ถึง3ตัวลําโพงจํานวนประมาณ2ถึง 4ตัวลําโพงท่ีเลือกควรจะเปน ลําโพงซาวดค อลัมนท่ีเหมาะสมกับสภาพอะคูสติก(Acoustic) ในโบสถ เครื่องขยายเสียงควรมีการคํานวณขนาดใหเหมาะสมกับกําลังที่ใชของลําโพง เราควร ปรับแตงระดบั สัญญาณของไมโครโฟนแตละตัวและเสยี งทุมแหลมของลําโพงเพื่อใหเหมาะสมกบั การใชงาน และเมื่อเราปรับแตงระบบเรียบรอยแลว ผูใชงานก็ไมควรจะปรับแตงอะไรเพ่ิมเติมอีก สําหรับการเปดใชงานเคร่ืองขยายเสียงแตละครั้ง
ตัวอยางการประเมินความตอ งการของการใชงานระบบเสียงที่มีความยุงยากซับซอนกวาเชน ระบบเสียงท่ีใชงานในสนามบิน ความตองการของผูใชงานคือ การถายทอดเสียงพูดสาํ หรับ การประกาศและเสียงเพลงไปยังจุดตางๆ หลายจุดที่ตองการ เชนหองพักผูโดยสาร หองนํ้า เปนตน ดังนั้นการเลือกอุปกรณระบบเสียงท่ีใชงานจึงมีความยุงยากซับซอนมากกวาอุปกรณระบบเสียง สําหรับการใชง านปกติ อุปกรณระบบเสียงที่เพ่ิมเติมจากระบบเสียงปกติ ไดแกอุปกรณ การจัดเสนทางและสวิตซของวงจรเสียง (Routing and switching system) อุปกรณสําหรับการ สํารองฉุกเฉินในกรณีระบบเสียงที่ใชงานมปี ญหา(Backupsystem)รวมถึงอุปกรณสําหรับ การประกาศยอ ยสําหรับพื้นท่ีเฉพาะและอุปกรณที่อนญุ าตใหระบบเสียงสวนกลางมีสิทธิพิเศษ (Priority) ในการยกเลิกการทาํ งานของอุปกรณสําหรับระบบประกาศยอ ยสําหรับการประกาศจาก สวนกลางได
26
เราสังเกตไดว า ถึงแมคุณภาพของระบบเสียงที่ออกแบบเบ้ืองตนจะอยูในเกณฑท่ีพอรบั ได แตย ังมี ปญหาของความซับซอนจากสภาพแวดลอ มของสถานท่ีท่ีตองการใชง าน เชน สภาพอะคูสติก (Acoustic) ของหอง ผูออกแบบจึงควรเลือกใช ติดตั้ง และคํานวณจํานวนอุปกรณตางๆ ให เหมาะสม นอกเหนือจากการออกแบบระบบเสียงปกติ
ตัวอยางคําถามเบ้ืองตนท่ีผูออกแบบควรนํามาปรึกษากบั ผูใชงานเพ่ือเปนขอมูลสําหรบั การออกแบบระบบเสียงตอไป
1. ผูใชงานตองการระบบเสียงที่ใชสําหรับเสียงพูดอยางเดยี ว เสียงเพลงอยางเดยี ว หรือ เสียงพูดและเสียงเพลงผสมกัน
2. ผูใชงานตองการระบบเสียงสําหรับการประกาศทวั่ ไป และ/หรือ การประกาศฉุกเฉิน
3. จํานวนโซน (Zone) หรือจุดท่ีตองการประกาศ
4. ผูใชงานตองการประกาศพรอ มกัน หรือเลอื กประกาศเฉพาะโซน (Zone)
5. จํานวนโปรแกรมเสียงเพลงท่ีตองการ
6. ระดับความดังที่สูงสุดและต่ําสุดของเสียงรบกวนโดยรอบ (Ambient noise)
7. ระดับความดังของเสียงที่ตองการ
8. ระดับความชดั เจนของการไดยิน (Intelligibility) ท่ีตองการ
9. อุปกรณและ/หรือวิธีการเพมิ่ เติมท่ีผูใชงานตองการ หากระบบเสียงทใี่ ชงานมี
ระดับความดังของเสียงท่ีเกนิ พอดีและสรางความรําคาญแกผูฟง
10. ผลตอบสนองความถ่ี (Frequency response) ของระบบเสียงท่ีตองการ
11. การกําหนดตําแหนงการติดต้ังของอุปกรณตางๆ ท่ีใชในระบบ
27
4.0 อุปกรณที่ใชในการออกแบบ
ผูออกแบบระบบเสียงท่ีดีจะตองเขาใจรายละเอียดตางๆ ท่ีเกี่ยวของกับระบบเสียง รายละเอียดท่ี สําคัญประการแรกๆ คืออุปกรณหลักท่ีใชใ นระบบเสียง ไดแก ไมโครโฟน (Microphone) ลําโพง (Loudspeaker) เคร่ืองขยายเสียง (Amplifier) และอุปกรณการประมวลสัญญาณ (Signal processing equipment)
เราจะกลาวถึงรายละเอียดของอุปกรณหลักตางๆ ตามลําดับ ดังตอไปนี้
ไมโครโฟน (Microphone)
5.1 การเลือกใชไมโครโฟน (Microphone)
ไมโครโฟน(Microphone)เปนอุปกรณห ลักสวนแรกทใี่ชในระบบเสียงไมโครโฟน(Microphone) เปนอุปกรณทเี่ ปล่ียนแปลงเสยี งมาเปนสัญญาณไฟฟา โดยท่ัวไปชนิดของไมโครโฟนที่ใชในระบบ เสียงแบบโปรเฟสชันแนล (Professional audio system) มีอยู 3 แบบ ดงั ตอไปน้ี
1. แบบอิเล็กทรอไดนามิก (Electrodynamic)
2. แบบคอนเดนเซอร (Condenser)
3. แบบอิเล็กเทรต (Electret)
ไมโครโฟนแตละชนิดจะใหผลตอบสนองการรับสัญญาณท่ีแตกตางกันตามแตว ิธปี ระกอบและ ชนิดของแคปซูล(Capsule)ในตัวไมโครโฟนเราควรใหค วามสําคญั กับการเลือกชนดิ ของ ไมโครโฟนเปนพิเศษโดยคํานึงถึงลักษณะการใชงานและราคาที่เหมาะสม
เราอาจจะมีงบประมาณจํากัดในการเลือกซอ้ื อุปกรณสําหรับระบบเสียงแตเราก็ไมควรประหยดั งบประมาณในการเลือกไมโครโฟนท่ีมีคุณสมบัติทางเทคนิคท่ีดี เราควรจะประหยดั งบประมาณใน การเลือกอุปกรณอื่นๆ ท่ีเกยี่ วของแทน
5.0 ไมโครโฟน(Microphone)
28
5.2 ชนิดของไมโครโฟน
5.2.1 แบบอิเล็กทรอไดนามิก (Electrodynamic) หลักการทํางานเบ้ืองตนของไมโครโฟนแบบไดนามิก (Dynamic microphone) ที่เปลี่ยนแปลงเสียง มาเปนสัญญาณไฟฟาคือการเคล่ือนไหวของขดลวดที่ตดิ กับแผนไดอะเฟรมตัดผานสนามแมเหล็ก เม่ือแผนไดอะเฟรมเคลื่อนไหวเปน จังหวะตามแรงส่ันสะเทือนของอากาศท่ีเกิดจากเสยี ง ขดลวดที่ ติดอยูกจ็ ะเคลอื่ นไหวในชองวางผานสนามแมเหล็กจากแมเหล็กถาวรที่อยูรอบขดลวด ทําใหเกดิ แรงดันไฟฟาท่ีขดลวดตามกฎของฟาราเดย
ความถ่ี (Frequency) และแอมพลิจูด (Amplitude) ของแรงดันไฟฟานี้จะแปรผันตามระดับความทุม แหลม (Pitch) และความเขม (Intensity) ของแหลงกําเนิดเสียงตามลําดับ เรายงั สรุปไดอ ีกวา ความถ่ี ที่สูงขึ้นจะทําใหขดลวดเคล่ือนท่ีเร็วขึ้น และระดับความดงั ที่มากข้ึนจะทําใหขดลวดเคลื่อนที่ลึกขึ้น
ไมโครโฟนแบบไดนามิก (Dynamic microphone) เปนไมโครโฟนท่ีใชกันท่ัวไปคอนขางแพรหลาย เน่ืองจากมีความทนทานและราคาคอนขางประหยดั ไมจาํ เปนตองใชแฟนทอมเพาเวอรซัปพลาย (Phantom power supply) คุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงเสียงเปนสัญญาณไฟฟาดีพอสมควร แตมี ความไว (Sensitivity) คอนขางต่ํา
รูปท่ี 14 ไมโครโฟนแบบไดนามิก (Dynamic microphone)
5.2.2 แบบคอนเดนเซอร(Condenser)
หลักการทํางานเบ้ืองตนของไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) ท่ี เปล่ียนแปลงเสียงมาเปนสัญญาณไฟฟา คือการเคลื่อนไหวของแผนไดอะเฟรมท่ีทําหนาที่เปนเพลต (Plate) ของตัวเก็บประจุ (Capacitor หรือ Condenser) แผนไดอะเฟรมขา งหน่ึงในตัวไมโครโฟนจะ เปนแผนโลหะบางๆ และทาํ หนาท่ีเปนเพลต (Plate) ขางหนึ่งของตัวเก็บประจุ (Capacitor หรือ
29
Condenser)ในขณะที่อกี ขางหนึ่งจะเปนโลหะแข็งและทําหนาที่เปนเพลต(Plate)อีกขางหนึ่งของ ตัวเก็บประจุ (Capacitor หรือ Condenser) เม่ือมีการประจุไฟฟากระแสตรง (DC) ผานแผนไดอะ เฟรมและเพลต แรงสั่นสะเทือนของอากาศที่เกิดจากเสียงจะทําใหความกวางของชองวางระหวาง แผนไดอะเฟรมกับเพลตแปรผันตาม การเคล่ือนไหวของแผนไดอะเฟรมจะทําใหแรงดันไฟฟา เปลี่ยนแปลง ยังผลใหกระแสไฟฟาเปล่ียนแปลงไปดวย
เราสามารถสงแรงดันไฟฟากระแสตรง (DC) จากเครื่องมิกซิงพรีแอมพลิไฟเออร (Mixing preamplifier console) ผานสายสัญญาณไมโครโฟนแบบ 2 แกนพรอมสายชีลด (Shield) เพ่ือสราง ประจุไฟฟาใหแ กแผนไดอะเฟรมและเพลต และสงกําลังไฟฟาใหก ับตวั ขยายสัญญาณแบบ FET สําหรับไมโครโฟน (Microphone’s FET amplifier) อีกดวย
การสงแรงดันไฟฟากระแสตรง (DC) น้ี เราเรียกวา แฟนทอมเพาเวอรซัปพลาย (Phantom power supply)เพราะแรงดันไฟฟาน้ีจะปรากฏขนึ้ เมื่อตองการใชกับไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) เทาน้ัน สําหรับไมโครโฟนแบบไดนามิก (Dynamic microphone) แรงดันไฟฟาดังกลาวจะเสมือนไมปรากฏข้ึน
เราเลือกใชไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) ในหองบันทึกเสยี งและ หองสตูดิโอของสถานีสงวิทยุและโทรทศั นเนื่องจากคุณสมบัติในการเปลี่ยนเสียงเปน สัญญาณไฟฟา ที่ดี และความไว (Sensitivity) สูง แตไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) มีราคาคอนขางแพง บอบบาง และตองการแฟนทอมเพาเวอรซัปพลาย (Phantom power supply) ดังน้ัน การใชไ มโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) ในงาน ระบบเสียงสาธารณะ (Public address) จึงไมคอยเปนที่นยิ มแพรห ลาย
5.2.3 แบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต(Backplateelectret) การทํางานของไมโครโฟนแบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต (Back plate electret microphone) หรือ BPE จะคลายกับการทํางานของไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) แตมีการ ออกแบบเปนพิเศษโดยเปนการทํางานรวมกันของแผนไดอะเฟรมที่ไมมีการประจุไฟฟา (Uncharged)และมีคุณสมบตั ิไมข้ึนกับอณุ หภูมิกับแผนอิเล็กโทรดแบบแบ็กเพลตทมี่ ีการประจุ ไฟฟาอยางถาวร(Permanentlychargedbackplateelectrode)แผนอิเลก็ โทรดแบบแบ็กเพลตทําจาก การผนึกวัสดอุ ิเล็กเทรต(Electretmaterial)กับแผนโลหะแบ็กเพลต(Backplatemetal)
30
ไมโครโฟนแบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต (Back plate electret microphone) ตองการแฟนทอมเพาเวอร- ซัปพลาย (Phantom power supply) เชนเดียวกับไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone)แตไมตองการการประจุไฟฟาแบบแยกข้ัว(Polarizingcharge)ทําใหไมโครโฟนแบบ แบ็กเพลตอิเลก็เทรต(Backplateelectretmicrophone)ตองการจํานวนกระแสไฟฟานอยกวา ไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร(Condensermicrophone)ตัวอยางเชน แฟนทอมเพาเวอรซัปพลาย (Phantom power supply) ตามมาตรฐาน IEC268-15A (DIN4559-6) จํานวน 1 ชองสามารถตอพวง ไมโครโฟนแบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต (Back plate electret microphone) ไดถึง 4 ตัว ไมโครโฟน แบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต (Back plate electret microphone) มีคุณสมบัติในการเปลยี่ นเสียงเปน สัญญาณไฟฟา ท่ีดี ความทนทาน และความไว (Sensitivity) ตํ่าตอสัญญาณรบกวน การส่ันสะเทือน และสัญญาณฮมั (Hum)
5.2.4 แบบอิเล็กเทรต(Electret)
การทํางานของไมโครโฟนแบบอิเล็กเทรต (Electret microphone) จะคลา ยกับการทํางานของ ไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร(Condensermicrophone)เชนกันโดยทแี่ ผนไดอะเฟรมของ ไมโครโฟนแบบอิเล็กเทรต (Electret microphone) จะประกอบดว ยฟลมพลาสติกแบบโพลิเมอร (Polymer plastic film) พรอมกับการประจไุ ฟฟาสถิตอยางถาวร (Permanent electrostatic charge)
ไมโครโฟนแบบอิเล็กเทรต (Electret microphone) มีตัวขยายสัญญาณแบบ FET ที่ตองการ กระแสไฟฟาจาํ นวนนอย จึงสามารถใชแรงดันไฟฟาไดท ้ังจากแบตเตอรี่ในแบบใชงานธรรมดา ท่ัวไป(Consumermodel)หรือจากแฟนทอมเพาเวอรซปั พลาย(Phantompowersupply)ในแบบ ใชงานโปรเฟสชันแนล (Professional model) ไมโครโฟนแบบอิเล็กเทรต (Electret microphone) มีคุณสมบัติในการเปล่ียนแปลงเสียงเปนสัญญาณไฟฟา ที่ดีพอสมควร แตยังไมด ีเทากับไมโครโฟน แบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต (Back plate electret microphone)
เนื่องจากไมโครโฟนแบบอเิล็กเทรต(Electretmicrophone)มีราคาที่ประหยดั กวาไมโครโฟนแบบ แบ็กเพลตอิเลก็ เทรต (Back plate electret microphone) และไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร (Condenser microphone) เราสามารถนําไมโครโฟนแบบอิเล็กเทรต (Electret microphone) มาใช ทดแทนไมโครโฟนแบบไดนามิก (Dynamic microphone) ได
31
5.3 รูปแบบการตอบสนองการรบั เสียงของไมโครโฟน (Pick-up response patterns)
รูปที่ 15 ไมโครโฟนท่ีมีความไวตอการรับเสียงรอบทิศทาง
ไมโครโฟนท่ีแสดงในรูปที่15มีความไวตอ การรับเสียงรอบทิศทางและมีผลตอบสนองตอเสียง ท่ีมาจากดานหนาเทากับเสียงท่ีมาจากดานหลังหรือดานผูฟง ดังน้ันแรงกระทําที่มีตอ แผนไดอะเฟรมจะเปลี่ยนแปลงไปตามความดัน (Pressure) ทั้งทางดานหนาและดานหลังของพ้ืนผิว ของแผนไดอะเฟรม
การปดผนึกดานหลังของไมโครโฟนทําใหแผนไดอะเฟรมมีการเคล่ือนไหวตามการเปล่ียนแปลง ของความดันของอากาศท่ีเกดิ จากเสยี งโดยไมคํานึงถึงทิศทางในการหนั ไมโครโฟน เราเรียก รูปแบบการตอบสนองการรับเสยี งของไมโครโฟนแบบน้ีวา แบบรอบทิศทาง (Omnidirectional response pattern)
ถาเราเปดผนึกดานหลังของไมโครโฟน แผนไดอะเฟรมจะไดรับผลจากการเปล่ียนแปลงตาม ความดัน (Pressure) ของอากาศท่ีเกิดจากเสียงจากทางดา นหลังของไมโครโฟน เชนเดียวกับ ทางดานหนาของไมโครโฟน รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟนจึงออกมาเปนแบบ รูป “เลขแปด” ดังรูปที่ 16
32
รูปที่ 16 รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟน
เสียงท่ีรับเขามาทางดานหนาของไมโครโฟนจะมีความดนั (Pressure)สูงกวาและตางเฟสกัน
(Out of phase) เม่ือเทียบกับความดัน (Pressure) ที่เกิดจากเสียงท่ีเขามาทางดานหลังของไมโครโฟน ผลตางน้ีจะสรางระดับการรบั เสียงสูงสุดทางดานหนาของไมโครโฟนสวนเสียงท่ีเขามาทาง ดานขางของไมโครโฟนก็จะหักลางกันเอง
ถาเราปรับสวนเปดทางดานหลังของไมโครโฟนท้ังขนาดพรอมเพ่ิมเตมิ วัสดุบางชนดิ เชน ตัวกรองอะคูสติก (Acoustic filter) รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงแบบโพลาร (Polar response) จะเปล่ียนแปลงตามแบบรอบทิศทาง (Omnidirectional) ผสมกับแบบรูป “เลขแปด” ผลลัพธท่ีไดจะ เปนแบบคารดอิ อยด (Cardioid) หรือ แบบรูปหัวใจ
การรับเสียงอีกรูปแบบหน่ึง คือแบบไฮเพอรคารดิออยด (Hyper-cardioid) จะใหผลตอบสนองที่ดี ทางแนวแกนดานหนา มากกวาดานขางและดานหลังของไมโครโฟน เนื่องจากการรับเสียงทาง ดานขางและดา นหลังของไมโครโฟนจะมผี ลนอยกวาการรับเสียงทางดานหนา ของไมโครโฟนมาก
33
เราสามารถสรุปรูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟนแบบตางๆ ไดดงั น้ี
5.3.1 แบบรอบทิศทาง(Omnidirectional)
วิธีการประกอบของไมโครโฟนชนิดนี้ ทําใหไมโครโฟนแบบรอบทิศทาง (Omnidirectional microphone) เปนไมโครโฟนท่ีมีความไวตอการรับเสียงทั้งหมด ผลตอบสนองจากเสียงที่เขา ทางดานหนาและดานหลังของไมโครโฟนหรือดานผูฟงจะมีผลเหมือนกัน เนื่องจากไมโครโฟน แบบรอบทิศทาง (Omnidirectional microphone) มีผลตอบสนองความถ่ีแบบราบ (Flat frequency response) และไมเก่ียวของกบั ระยะทางทหี่ า งจากแหลงกาํ เนิดเสียง เราจึงใชไมโครโฟนแบบน้ี ในการวัดและการบันทึกเสียง นอกจากนี้ยงั เหมาะสําหรบั ใชงานแบบท่ีไมโครโฟนอยูแยกโดด (Isolated)จากลําโพงหรือใชงานแบบท่ีไมโครโฟนอยูใกลชิดกับแหลงกําเนดิ เสียงมากจนระดับ สัญญาณจากแหลงกําเนิดเสียงมีคาสูงกวาเมอื่ เปรียบเทียบกับระดับสัญญาณอ่ืนๆท่ีไมโครโฟน ไดรับ
5.3.2 แบบคารดิออยด(Cardioid)
รูปที่17รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของไมโครโฟนแบบคารด ิออยด(Cardioid)
34
ไมโครโฟนแบบทิศทางเดียว (Unidirectional microphone) เปนไมโครโฟนท่ีมีการรับเสียงดานใด ดานหนงึ่ เพยี งดานเดยี ว เราใชไมโครโฟนแบบทิศทางเดยี ว (Unidirectional microphone) ท่ีมี รูปแบบการรับเสียงแบบคารดิออยด (Cardioid) หรือแบบรูปหัวใจในงานระบบเสียงสาธารณะ (Publis Address) เนื่องจากการวางไมโครโฟนแบบคารดอิ อยดท่ีเหมาะสมจะทําใหเ ราสามารถวาง ลําโพงไดคอนขางอิสระโดยไมมีผลตอการปรับระดับสัญญาณ
ตัวประกอบสภาพทิศทาง (Directivity factor) คืออัตราสวนกําลังของเสียงที่มีการเปล่ียนแปลง รูปแบบการรับเสียงจากทางดานหนา เทียบกับไมโครโฟนแบบรอบทศิ ทาง(Omnidirectional microphone) ที่มีความไวเทา กันสําหรับเสยี งแพรซึม (Diffused sound)
สําหรับไมโครโฟนแบบคารด ิออยดมีตวั ประกอบสภาพทิศทาง (Directivity factor) สูงสุด เทากับ 3 หรือ อัตราสวนความไวฟรอนตทูแรนดอม (The front to random sensitivity ratio) มีคา 10log3=4.8dB
เราควรวางไมโครโฟนแบบคารดิออยดใหร ับเสียงจากทางดานหนาของไมโครโฟนท่ีมีพ้ืนท่ีรับ เสียงคอนขางกวางและรับสัญญาณรบกวนที่ไมพ ึงประสงคจากดานหลังและดานขางของ ไมโครโฟนใหมีระดับสัญญาณนอยท่ีสุด
5.3.3 ไฮเพอรคารดอิอยด(Hyper-cardioid) ไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยด(Hyper-cardioidmicrophone)มีวธิ ีการทํางานเหมือน กับไมโครโฟนแบบคารดิออยด แตมีคาตวั ประกอบสภาพทิศทาง (Directivity factor) ที่สูงกวา ไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยดมีคาตวั ประกอบสภาพทิศทาง (Directivity factor) สูงสุด เทากับ 4 หรือ อัตราสวนความไวฟรอนตทแู รนดอม (The front to random sensitivity ratio) มีคา 10log4=6.0dB
เนื่องจากไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยด มีสภาพทศิ ทาง (Directivity) สูง ผูพูดควรจะพดู อยู ตรงหนาไมโครโฟนและไมค วรใชไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยดหอยคอหรือหนีบเสื้อ (Lavalier หรือ Lapel) เพราะความไวของไมโครโฟนจะสรางสัญญาณรบกวนจากการสัมผัสกับ เสื้อผาของผูพูดได เพราะไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดอิ อยดและไมโครโฟนแบบคารดิออยดมี ความไวตอเสียงท่ีมีความถี่ตา่ํ (เสียงทุม)เราจึงควรใหผูพดู พูดหางจากไมโครโฟนพอสมควร มิฉะนั้นการพดู ท่ีใกลไมโครโฟนเกินไปจะทําใหเกดิ เสียงท่ีมีความถ่ีตํ่า(เสียงทุม)ที่ไมพึงประสงค จนเกดิ เปนเสยี งอูอ้ี (Muffled) ทําใหความชดั เจนของเสียงไมดีเทาท่ีควร
35
รูปท่ี 18 รูปแบบการตอบสนองการรับเสียงของ ไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยด (Hyper-cardioid microphone)
36
5.4 ไมโครโฟนพิเศษแบบอื่นๆ
นอกจากไมโครโฟนท่ีไดกลาวถึงขางตนยงัมีไมโครโฟนพิเศษแบบอนื่ๆที่มีการใชงานต้ังแต การใชงานดานการกระจายเสียงและภาพ (Broadcasting) จนกระท่ังถึงการใชงานเฉพาะสําหรับ เคร่ืองดนตรีชนิดตางๆ
ไมโครโฟนพิเศษแบบอื่นๆที่ใชงานสําหรบังานระบบเสยีงสาธารณะ(Publicaddress)มีอยูหลาย แบบดังน้ี
5.4.1 ไมโครโฟนแบบหอยคอหรอื แบบหนีบเสอื้ (LavalierหรือLapelmicrophone) ไมโครโฟนแบบหอยคอหรอื แบบหนีบเสอื้ (LavalierหรือLapelmicrophone)มีขนาดที่เล็กและ เบาจึงสะดวกที่จะหอยไวทคี่ อ(Lavalier)หรือเหน็บไวท ่ีคอเสื้อกระเปาหรือเนคไท(Lapel)
เราออกแบบไมโครโฟนแบบหอยคอหรือแบบหนีบเส้ือใหมีความไวตอ เสียงที่มีความถ่ีสูง(เสียง แหลม) สําหรับชดเชยการสูญเสียเนื่องจากการดูดซับเสยี งจากเส้ือผาของผูพูด และไมมีความไวตอ เสียงที่มีความถ่ีตํ่า (เสียงทุม) ท่ีเกิดจากการสัมผัสกับเสื้อผาของผูพูด แคปซูล (Capsule) ของ ไมโครโฟนมีการยึดไวอยางดีเพ่ือปองกันการกระแทกและลดสัญญาณรบกวนทเี่ กิดจากการสัมผัส กับเส้ือผาของผูพูด
ไมโครโฟนแบบหอยคอหรอื แบบหนีบเสอื้ น้ีเปนแบบหน่ึงของไมโครโฟนแบบรอบทิศทาง (Omnidirectional microphone) จึงเหมาะทจี่ ะนําไปใชงานอ่ืนๆ เชนการใชงานในการดูแล ตรวจสอบ (Monitor) ระบบเสียงในหองกวา ง ตัวอยางไดแ ก การบันทกึ เสียงในหองประชุม
5.4.2 ไมโครโฟนแบบตัดเสียงรบกวน(Noisecancelingmicrophone) ไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยดมีคุณสมบัติพื้นฐานในการรับเสียงที่ดี เราจึงใชงานเปน ไมโครโฟนแบบตัดเสียงรบกวน (Noise cancelling microphone) ในสภาพแวดลอมท่ีมีสัญญาณ รบกวนดังมาก เชนรถโดยสาร โรงงาน หางสรรพสินคา เปนตน เราตองใหผูพูดพูดใกลกับ ไมโครโฟนแบบตัดเสียงรบกวน (Noise cancelling microphone) แบบน้ี เพ่ือใหตัวกรองที่ติดตั้งใน ไมโครโฟนสามารถกรองเสียงจนมีผลตอบสนองความถ่ีที่ราบ (Flat frequency response) และ ลดทอนสัญญาณรบกวนที่ความถี่ตํ่าจนมีคา นอยท่ีสุด
37
5.4.3 ไมโครโฟนแบบไรสาย(RadioหรือWirelessmicrophone) เรานําไมโครโฟนแบบไรสายที่มีเคร่ืองสงและเครื่องรับ (Transmitter and Receiver) โดยใชคล่ืน ความถ่ี FM มาใชงานใหมีความสะดวกในกรณีที่ผูพูดตองการการเคล่ือนท่ีอยางอิสระโดยไมตอง พะวงถึงเร่ืองสายไมโครโฟนสําหรับไมโครโฟนที่ใชสวนใหญจะเปน แบบมือถือ(Handheld)ที่มี เครื่องสงในตัวหรือแบบหอยคอหรือแบบหนีบเสื้อ (Lavalier or Lapel) ที่มีเครื่องสงในเปน แบบพกกระเปา
เราตองเลือกใชไมโครโฟนแบบไรสายทมี่ ีคล่ืนความถี่ที่ไมเหมือนกนั ในกรณีที่มกี ารใช ไมโครโฟนแบบไรสายมากกวา 2 เคร่ืองในสถานที่แหงเดยี วกัน ท้ังน้ีเพ่ือการปองกนั ปญหาการ ซอนทับของคล่ืนความถ่ีท่ีเหมือนกัน
38
5.5 คุณสมบัติทางเทคนิคของไมโครโฟน
5.5.1 สภาพทิศทาง(Directivity)
ในการเลือกใชไมโครโฟนในสภาพแวดลอ มท่ีมีปญหาเกี่ยวกับสภาพอะคูสติก(Acoustic)น้ัน เราจะตองลดโอกาสการเกิดการปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)เราจึงควรเขาใจคุณสมบตั ิ ทางเทคนิคของไมโครโฟนที่มักสรางความสับสนอยูเสมอ คืออัตราสวนฟรอนตทเู รีย (Front- to- rearratio)และดัชนีฟรอนตท ูแรนดอม(Front-to-randomindex)
ผลตอบสนองของไมโครโฟนแบบคารดิออยดที่ความถ่ี 500 Hz ตามรูปที่ 17 แสดงผลตอบสนอง ทางดานหลังของไมโครโฟนหรือท่ีเสน 180 องศา จะมีคา ประมาณ 23 dB นอยกวาผลตอบสนอง ทางดานหนาของไมโครโฟน การวัดผลตอบสนองของไมโครโฟนแบบคารดิออยดแบบนี้ เราเรียกวา อัตราสว นฟรอนตทูเรีย (Front- to-rear ratio)
ผลตอบสนองของไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยด แสดงตามรูปที่ 18 แมวาคาอัตราสวน ฟรอนตทูเรีย (Front- to-rear ratio) จะมีคา 14 dB แตก็เหมาะสมกับสภาพท่ีมีเสียงรบกวนมาก เนื่องจากไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยดสามารถลดทอนเสียงรบกวนทเี่ ขามายงั ดานหลังของไมโครโฟน และลดทอนเสียงรบกวนจากเสยี งกองสะทอนหรือสนามเสียงแพรซึม (Diffuse field) ที่เขามายังดานขางของไมโครโฟนไดดี
ดัชนีฟรอนตทแูรนดอม(Front-to-randomindex)เปนคุณสมบัติทางเทคนิคอีกขอหน่ึงท่ีควร คํานึงถึงและมีสตู รในการคํานวณดังน้ี
Fr =20logSf/Sd dB
โดยท่ี Sf = ความไวของสนามเสียงอิสระ (Free field sensitivity) ที่ 0°
Sd = ความไวเฉล่ียของสนามเสียงแพรซึม (Average diffuse field sensitivity)
โดยท่ัวไปไมโครโฟนแบบคารดิออยดมีคาดัชนีฟรอนตท ูแรนดอม(Front-to-randomindex) ประมาณ 4.8 dB สวนไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยดมีคาดัชนีฟรอนตทูแรนดอม (Front- to-random index) ประมาณ 5.8 dB
39
5.5.2 ความไว(Sensitivity) ความไวของไมโครโฟนคือคาแรงดันไฟฟาขาออกท่ีไมโครโฟนสรางจากการเปล่ียนแปลง ระดับความดนั เสียง (Sound pressure level) ที่มากระทบ ท่ีความถี่ 1 kHz และมีหนว ยเปน V/Pa
ตัวอยางของความไวของไมโครโฟนชนิดตางๆ มีดังน้ี
ไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอรที่ใชในหองสตูดิโอ 10.0mV/Pa(-40dBเทียบกบั 1V/Pa) ไมโครโฟนแบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรต 3.0 mV/Pa (-50 dB เทียบกับ 1V/Pa) ไมโครโฟนแบบอิเล็กเทรต 1.6 mV/Pa (-56 dB เทียบกับ 1V/Pa) ไมโครโฟนแบบไดนามิก 1.0 ถึง 2.5 mV/Pa (-60 dB ถึง –52 dBเทียบกับ 1V/Pa)
5.5.3 ขอแนะนําในการติดต้ัง ปญหาและมูลเหตุของปญหาท่ีมีโอกาสเกิดข้ึน มีดังนี้
ปญหา ฮัม (Hum)
การออสซิลเลต (Oscillation) ครอสทอลก (Crosstalk)
มูลเหตุของปญหา สายเมนไฟฟา (Main power cable) สาย 100 โวลต สายไมโครโฟนอื่นๆ
วิธีแกไขปญหา
1. พยายามใชสายนําสัญญาณชนิดสองแกนพรอมสายหุมหรือสายชีลด (Twin core
screened)สําหรับไมโครโฟนและสายตอ พวง
2. ใหวางไมโครโฟนหางจากสายเมนไฟฟา (Main power) ลําโพง และสายไมโครโฟน
อ่ืนๆแมวาสายไมโครโฟนจะไมสรางปญหามากนกั แตห ากจําเปน ตองวางสาย ไมโครโฟนใกลกันก็ใหพยายามวางสายไมโครโฟนไขวก ันโดยทํามุม90°และ อยาวางสายไมโครโฟนใหขนานกัน
3. หากตองเดนิ สายไมโครโฟนเปนระยะไกลๆ ก็ควรใชเคเบิลทรานสฟอรเมอร (Cable transformer) หรือไลนแอมพลิไฟเออร (Line amplifier) เปนอุปกรณชวย
4. อยาวางไมโครโฟนตรงกับสนามเสียงทางตรง (Direct field) ของลําโพง จะทําใหมี โอกาสเกิดการปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) หรือเสียงหอน (Howl) เราจะกลาวถึงรายละเอียดเพมิ่ เติมในหัวขอ9.2
40
5.6 เทคนิคการใชไมโครโฟน
ผูผลิตบางรายเชนฟลิปส/บอช(Philips/Bosch)ไดผลิตไมโครโฟนใหมคี ุณสมบัติท่ีเหมาะสมกับ เสียงพูดโดยมคี ุณสมบัติดานความไวและการถายทอด(Reproduce)เสียงพูดไดอยางชดั เจนและ มีประสิทธิภาพ สวนใหญแลวผูผลิตดังกลาวจะผลิตไมโครโฟนแบบไฮเพอรคารดิออยด (Hyper-cardioidmicrophone)สําหรับเสียงพูดและเปนไมโครโฟนท่ีมีความไวและรปู แบบ การตอบสนองการรับเสียงทิศทางเดียว โดยเฉพาะทางดานหนา และในแนวแกน คณุ สมบตั ิของ อัตราสวนความไวฟรอนตทแู รนดอม (The front to random sensitivity ratio) ทําใหการตอบสนอง การรับเสียงทางดานขางหรือดานหลังมีผลคอนขางตํ่า นอกจากนไี้ มโครโฟนแบบไฮเพอร- คารดิออยดเปน ไมโครโฟนท่ีมีสภาพทิศทาง(Directivity)สูงเราจึงสามารถใชงานไดดีใน สภาพแวดลอมท่ีมีเสียงรบกวนสูง (High noise enviroment)
ในการใชไ มโครโฟนชนิดตา งๆ เพ่ือใหเกดิ ประสิทธิภาพและมีความชัดเจนของการถายทอดเสียง อยางสูงสุด เราควรใชงาน ดงั น้ี
1. ผูพูดควรพูดใหตรงกับแนวแกน แตใหวางไมโครไฟนตา่ํ ลงเล็กนอ ย ดงั รูปท่ี 19 เพ่ือให ไมโครโฟนสามารถรับเสียงไดตลอดสเปกตรัม (Spectrum) โดยรวมถึงความถ่ีสูง นอกจากน้ียังสามารถปองกันเสียงปอม (Plops) ที่เกิดจากลมหายใจของผูพูดท่ีอาจจะ เปาถูกแผนไดอะแฟรมของไมโครโฟน
รูปที่ 19 วิธีวางไมโครโฟนทางดานหนาของผูพูด
41
2. ระยะหางระหวางปากของผพู ูดกับไมโครโฟนควรจะอยรู ะหวาง 15 ถึง 40 ซม. เพื่อให ไมโครโฟนรับสัญญาณไดดีและผูพูดควรพูดดวยระดบัเสียงดังท่ีคงท่ีไมดังไปหรอื คอยไป
3. ถาระยะหางระหวางปากของผูพูดกับไมโครโฟนอยูหางใกลกวา ระยะที่แนะนํา ก็อาจจะเกดิ ปญ หาการเกิดเสียงท่ีมีความถี่ต่ํา (เสียงทุม) ที่ไมตองการ เปนเสียงอูอี้ (Muffled) ทําใหความชัดเจนของเสียงไมดเี ทาท่ีควร ปรากฏการณนี้เรยี กวา ปรากฏการณค วามใกลชิด(Proximityeffect)
4. ถาระยะหางระหวางปากของผูพูดกับไมโครโฟนอยูหางไกลกวาระยะที่แนะนํา จะทาํ ใหเกดิ ปญหาจากการท่ีไมโครโฟนสามารถรับสัญญาณอ่ืนๆนอกเหนือจากเสียงของ ผูพูดได ทําใหเ ราตองปรับตัวปรับควบคุมความดังหรือวอลุมคอนโทรล (Volume control) ของเครื่องขยายเสียงชวย ถาไมโครโฟนอยูในหอ งเดียวกับลําโพง ไมโครโฟน ก็จะรับเสยี งทไี่ ดจากการขยายสัญญาณจากลําโพงแลวขยายสัญญาณอีก อยางน้ีเรื่อยไป จนทําใหเกดิ ปรากฏการณการการปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)หรือทําให เกิดเสียงหอน (Howl) ได
5. ผูพูดไมควรใชม ือปองปดไมโครโฟน ถาเกิดการปอนกลบั ของเสียง (Acoustic feedback)หรือเสียงหอน(Howl)เพราะการกระทําดังกลาวจะทําใหก ารปอนกลับ ของเสียงหรือเสียงหอนดังมากขึ้นอีก วิธีการที่ควรกระทาํ คือผูพูดควรถอยหางจาก ไมโครโฟน หรือผูควบคุมเสียงที่มีประสบการณจะปรับลดระดับตัวปรับควบคุม ความดังหรือวอลุมคอนโทรลลง
6. การแกไขปญหาการปอนกลบั ของเสียง (Acoustic feedback) หรือเสียงหอน(Howl) อีกวิธีหน่ึงคือการใชตัวปรับควบคุมเสียงทมุ แหลม(Tonecontrol)หรือ เครื่องอีควอไลเซอร(Equaliser)ปรับลดระดับเสียงบางความถ่ีท่ีเปนตน เหตุของปญหา การปอนกลับของเสียงหรือเสียงหอน และขณะเดียวกัน ก็สามารถเพ่ิมระดับเสียง บางความถ่ีเพอื่ ใหผลตอบสนองรวมดีข้ึนโปรดดูรายละเอียดเพ่ิมเติมทหี่ ัวขอ9.2.4
42
ลําโพง (Loudspeaker)
ลําโพง(Loudspeaker)เปนอปุ กรณท่ีใชเปลี่ยนสัญญาณไฟฟามาเปนเสียงและเปนอุปกรณท่ีสําคัญ อีกอุปกรณห นงึ่ ในการออกแบบระบบเสียง ลําโพงเปนอุปกรณท่ีแสดงบงบอกถึงคุณภาพและ วิธีการออกแบบระบบเสียงทดี่ ี เราจึงควรศกึ ษาชนดิ และรูปแบบการใชง านของลําโพง แตละแบบลําโพงท่ีดีควรมขี อมูลของคุณสมบัติทางเทคนิคท่ีพรอมสําหรับการคํานวณ
6.1 ชนิดของลําโพง
ลําโพงกรวย (Cone loudspeaker) เปนลําโพงที่ใชกันอยทู ่วั ไป และมักจะประกอบอยูในกลองหรือตู ผลตอบสนองความถี่ของลําโพงจึงขึ้นอยกู บั ขนาดและวสั ดุที่ใชทํากลอ งหรือตูลําโพงกรวยท่ีมี ขนาดใหญจ ะใหผลตอบสนองความถี่ตํ่าไดดี แตประสิทธิภาพ (Efficiency) ต่ํา ไมสามารถใหระดับ ความดันเสยี งเปน dB (SPL) มาก จึงจําเปน ตองใชกําลังขับสูง สวนลําโพงฮอรน (Horn) หรือ ไดอะแฟรม(Diaphragm)จะใหผลตอบสนองความถี่สูงไดดีประสิทธภิ าพ(Efficiency)สูง สามารถใหระดับความดนั เสียงเปน dB(SPL)มากจึงใชกาํลังขับท่ีตํ่ากวา ทําใหลําโพงฮอรนเหมาะ กับการใชงานในสถานท่ีท่ีมีเสียงรบกวน (Noise) สูง และการติดต้ังลําโพงที่อยูหางจากผูฟงไดเปน ระยะทางไกลๆ
6.1.1 ตูลําโพงมาตรฐาน(Standardloudspeakercabinet)
รูปท่ี 20 กลองหรือตูลําโพง 43
6.0 ลําโพง(Loudspeaker)
ตูลําโพงมาตรฐานมีการออกแบบตูใหบรรจุลําโพงกรวย 1 ตัว รูปแบบการกระจายตามความถี่ (Dispersion pattern) คอนขางกวาง การออกแบบของรูปรางตูมีความเหมาะสมกับการติดต้ังบน กําแพง เสา หรือเพดาน ทําใหกระจายเสยี งไดดี
ผลตอบสนองความถ่ีของเสียงทุมจะขนึ้ อยกู ับปริมาตรของตูโดยปกตทิ ั่วไปตูลําโพงที่มีขนาดใหญ จะใหเสียงทุมท่ีดีกวาตูลําโพงท่ีมีขนาดเล็ก ในการติดต้ังระบบเสียงประเภทเสียงเพลงไฮไฟ (HiFi) ตูลําโพงมักจะมีการปรับ(Tuned)ใหตรงกบั ความถี่เรโซแนนซ(Resonance)ของลาํโพงเสียงทุม และใหเสียงทมุ ออกจากชองที่ไดเจาะไว
การออกแบบกลองลําโพงประเภทคารดิออยด (Cardioid sound projector) โดยผูผลิตบางราย เชน ฟลิปส/บอช(Philips/Bosch)ทําใหก ลองลําโพงสามารถควบคุมของลําของเสียงในความถ่ีทั้งตํ่า และสูงไดเปน อยางดี
6.1.2 ลําโพงติดเพดาน(Ceilingloudspeaker)
รูปท่ี 21 ลําโพงติดเพดาน
44
ลําโพงติดเพดานเปนลําโพงกรวย (Cone loudspeaker) ที่ประกอบบนตะแกรงลําโพงและติดตั้งกับ ฝาเพดานเราใชปริมาตรระหวางเพดานกับฝาเพดานเปนตูลําโพงขนาดใหญเราควรตดิ ตั้ง ลําโพงติดเพดานในสถานทที่ ี่เพดานสูงประมาณ3ถึง5เมตรหากเพดานสูงเกิน5เมตรความดัง ของเสียงจะต่ํามากเกินไปเพราะผลของการลดทอนระดบั ความดังของเสียงเน่ืองจากระยะทาง นอกจากนี้ เราไมควรติดต้ังลาํ โพงติดเพดานในหองท่ีมีระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) เกินกวา 2 นาทีขึ้นไป (โปรดดูหัวขอ 17.0 การคํานวณระบบเสียงสําหรับสภาพแวดลอม ภายในอาคาร)
การติดตั้งลําโพงติดเพดานควรใหมกี ารครอบคลุมพื้นท่ีที่พอเหมาะและควรคํานวณมุมเปด (Opening angle) ท่ีความถ่ี 4 kHz จากรูปท่ี 21 เราสามารถคํานวณระยะหางระหวางลาํ โพงติดเพดาน แตละตัว ตามสูตรตอไปน้ี
D=2Htan(α/2)
โดยท่ี D คือ ระยะหางระหวางลําโพงติดเพดานแตละตัว
H คือ ระยะหางระหวางความสูงของเพดานกับหูของผูฟง ที่วัดหางจากพ้ืน (โดยปกติแลว ระยะเฉล่ียของหูของผูฟงหางจากพ้ืนคือ 1.5 เมตร)
α คือ มุมเปด (Opening angle) ของลําโพง ท่ีความถี่ 4 kHz เราสามารถคํานวณจํานวนของลําโพงติดเพดานทั้งหมดในพ้ืนที่ท่ีครอบคลุม ตามสูตรตอไปน้ี
n=Area/D2
โดยท่ี n คือ จํานวนของลําโพงติดเพดาน
D คือ ระยะหางระหวางลําโพงติดเพดานแตละตัว Area คือ พ้ืนที่ท่ีครอบคลุม
การเปล่ียนแปลงระดับ (Level variation) สําหรับมุมเปดท่ีกวาง (Wide opening angle) จะมี คาการลดทอนสัญญาณเนื่องจากระยะทางที่เพ่ิมขึ้นมากกวามุมเปด ที่เล็ก(Smallopeningangle)
ผูผลิตลําโพงติดเพดานบางราย เชนฟลิปส/ บอช (Philips/Bosch) ไดออกแบบซอฟตแวรพิเศษ เชน CSP คํานวณระดับความดังภายใตลําโพงและระหวางลําโพง และสามารถต้งั คาการเปลี่ยนแปลงได ท่ี 6-5-4-3-2-1 dB เราจะไดจ าํ นวนของลําโพงติดเพดาน และระยะหางระหวางลําโพงติดเพดานจาก ผลการคํานวณ
45
มุมเปด (Opening angle) ท่ีความถี่ 4 kHz = 60° การเปล่ียนแปลงระดับ = 4.5 dB
มุมเปด (Opening angle) ท่ีความถี่ 4 kHz = 90° การเปล่ียนแปลงระดับ = 5 dB
มุมเปด(Openingangle)ท่ีความถ่ี4kHz=120°การเปลี่ยนแปลงระดบั =7dB
|
ความสูงของเพดาน
|
m
|
3
|
3.5
|
4
|
4.5
|
5
|
5.5
|
6
|
|
ระยะหางระหวางลําโพง
|
m
|
1.7
|
2.3
|
2.9
|
3.5
|
4
|
4.6
|
5.2
|
|
พื้นที่ท่ีครอบคลุม
|
m2
|
3
|
5.3
|
8.3
|
12
|
16
|
21
|
27
|
|
ความสูงของเพดาน
|
m
|
3
|
3.5
|
4
|
4.5
|
5
|
5.5
|
6
|
|
ระยะหางระหวางลําโพง
|
m
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
พื้นที่ท่ีครอบคลุม
|
m2
|
9
|
16
|
25
|
36
|
49
|
64
|
81
|
|
ความสูงของเพดาน
|
m
|
3
|
3.5
|
4
|
4.5
|
5
|
5.5
|
6
|
|
ระยะหางระหวางลําโพง
|
m
|
5.5
|
7
|
9
|
10.5
|
12
|
14
|
16
|
|
พื้นที่ท่ีครอบคลุม
|
m2
|
30
|
49
|
81
|
110
|
144
|
196
|
256
|
รูปที่ 22 การเปล่ียนแปลงระดับ (Level variation) ที่คาตางๆ
46
6.1.3 ลําโพงซาวดคอลัมน(Soundcolumn)
รูปท่ี 23 ลําโพงซาวดคอลัมน (Sound column)
ลําโพงซาวดคอลัมนเปนตูลําโพงยาวในแนวต้ังที่ประกอบดวยกลุมลําโพงประมาณ 4 ถึง10 ตัว ลักษณะดังกลา วทําใหลํา (Beam) ของเสียงในแนวนอน (Horizontal) มีมุมเปด (Opening angle) กวางเหมือนกบั ลําโพง1ตัวแตลํา(Beam)ของเสียงในแนวต้ัง(Vertical)มีมุมเปดทแี่ คบกวามาก (ประมาณ 10°-15°) จนเกิดเปนทิศทางของลําของเสียง (Direction) โดยเฉพาะอยางยงิ่ ท่ีความถ่ีสูง ลําโพงซาวดคอลัมนจึงเหมาะท่ีจะนําไปใชง านในสถานท่ีท่ีเราตองการควบคุมการกระจายเสียงใน แนวต้ังและเลง็ มุมตรงแนวกบั ผูฟง ทําใหการสะทอนกลับของเสียงจากผนังหรือเพดานมีโอกาส นอย เชน โบสถ เปนตน
เน่ืองจากเสยี งความถ่ีต่ํา (เสียงทุม) ใหทิศทางท่ีนอยกวาเสียงความถี่สูง (เสียงแหลม) แตใหมุมเปด ของลําโพงท่ีกวางกวาดังนนั้ สําหรับหองที่มีระยะเวลาความกองสะทอน(Reverberationtime) ยาวนาน การกระจายของเสียงความถี่ต่ําท่ีกวางกวาจะกอใหเกิดสนามเสียงกองสะทอน (Reverberant field) ที่ปกติจะสรางปญหาของความชัดเจนของการไดย นิ เสียง (Intelligibility)
47
ในกรณีที่ไมโครโฟนอยูในหองเดียวกันกบั ลําโพงปญหาการปอนกลับของเสียง(Acoustic feedback)หรือเสียงหอน(Howl)ก็อาจจะเกิดขน้ึ เราสามารถแกปญหาดังกลาวโดยใช เคร่ืองอีควอไลเซอร(Equaliser)ลดระดับสัญญาณของความถี่ตํ่าลงวิธีการแกปญหาดังกลาวเปน ท่ี ยอมรับไดในกรณีเสียงพูด แตสําหรับในกรณีของเสียงเพลง การลดระดับความถี่ตํ่าของเสียงเพลง อาจจะทําใหเสียงเพลงขาดอรรถรส
การออกแบบลําโพงซาวดคอลัมนประเภทคารดิออยด (Cardioid sound column) โดยผูผลิตบางราย เชน ฟลิปส/ บอช (Philips/Bosch) ทําใหลําโพงซาวดคอลัมนประเภทคารดิออยด (Cardioid sound column) สามารถควบคุมของลําของเสียงที่ความถี่ตํ่าไดดี และมีคุณสมบัติเหมือนลําของเสียงที่ ความถี่สูง ลําโพงซาวดคอลัมนประเภทคารดิออยด (Cardioid sound column) จึงเหมาะที่จะ นําไปใชงานในหองที่มีระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) ยาวนาน และเอื้ออํานวย ใหผูออกแบบสามารถคํานวณความชัดเจนของการไดยนิ เสียง(Intelligibility)ไดสะดวกย่ิงข้ึน
รูปท่ี24คุณสมบัติทางเทคนคิ ของลําโพงซาวดคอลัมนประเภทคารดิออยด (Cardioid sound column)
48
6.1.4 ลําโพงฮอรน(Hornloudspeaker)
รูปที่ 25 ลําโพงฮอรน (Horn)
การทํางานของลําโพงฮอรน (Horn) หรือ ไดอะแฟรม (Diaphragm) จะแตกตางจากลําโพงกรวย เนื่องจากไดอะแฟรม(Diaphragm)ท่ีเปนแผนโลหะเล็กและบางมากจะเปนตน กําเนดิ เสียงสวน รูปรางและขนาดของชองท่ีพับในฮอรน (Folded horn) จะทําหนาที่ขยายเสียง จนลําของเสียงมีกําลัง และระดับความดันเสียงสูงเสียงจึงสามารถเดินทางไดเปน ระยะทางไกลๆ
เราสามารถนําลําโพงฮอรนไปใชงานนอกสถานที่ (Outdoor) ไดดี เนื่องจากการประกอบของ ไดอะแฟรมของลําโพงฮอรนในโมลดพลาสติก (Plastic mould) หรือโมลดโลหะ (Metal mould) และมีการปดผนกึ (Sealed)อยางดีนอกจากนี้การติดต้ังในแนวลําดับ(Array)คลายกับลําโพง ซาวดคอลัมนทําใหลําโพงฮอรนเกิดลําของเสียงในแนวต้ังได
สําหรับงานกระจายเสียงสาธารณะ(Publicaddress)ลําโพงฮอรนที่ใชม ักมีผลตอบสนองความถี่ คอนขางจํากัดโดยเฉพาะความถี่ต่ําดังน้ันเราไมควรนําลําโพงฮอรนอยางเดียวใชงานประเภท เสียงเพลง แตเราสามารถแกปญหาไดโดยนําลําโพงกรวยที่ใหเ สียงความถี่ต่ําชวย
17.1.5 ลําโพงกําลังสูงแบบฟูลเรนจ(Fullrangehighpowerloudspeaker) เราเลือกใชลําโพงตูขนาดใหญที่ประกอบดวยลําโพงฮอรน ลําโพงกรวยและตวัตัดขาม(Crossover unit)ท่ีทําหนาท่ีแบงความถ่ีเสียงใหเปน ความถี่สูง(เสียงแหลม)สําหรบั ลําโพงฮอรนและความถ่ีต่ํา (เสียงทุม) สําหรับลําโพงกรวย ในงานที่ตอ งการขับกําลังสูงๆ ใหแกลาํ โพง และระดบั เสียงดังๆ เชน การแสดงดนตรีขนาดใหญ เปนตน
49
รูปท่ี 26 ลําโพงกําลังสูงแบบฟูลเรนจ (Full range high power loudspeaker)
รูปที่ 26 แสดงการใชลําโพงฮอรนรวมกับลําโพงกรวยทใี่ ชเปนเปน ลําโพงเสียงทุม (Woofer loudspeaker) เราสามารถวางลําโพงกรวยแบบวางซอน (Stack) หรือแบบแถวลําดับ (Array) ได
รูปท่ี27ลําโพงฮอรนรวมกบั ลําโพงกรวย
50
6.2 การตอพวงและการแมตช (Match) ลําโพงเขากับเครื่องขยายเสียง
เราสามารถตอพวงลําโพงเขากับเครื่องขยายเสียงได 2 วิธี ดังนี้
6.2.1 การตอพวงโดยตรงกับขาออก(Output)ของเคร่ืองขยายเสียงที่มีอิมพีแดนซ(Impedance)ตํ่า เราตอพวงลําโพงเแบบตอตรงกับเคร่ืองขยายเสียงท่ีมีอิมพแี ดนซต่ําในกรณีท่ีโหลด(Load)มีคา คอนขางคงท่ี ไมมีการเปล่ียนแปลงจํานวนลําโพง และระยะทางระหวางลําโพงกับเครื่องขยายเสียง หางกันไมมากหรือสายลําโพงมีความยาวไมมากเชนกนั เราสามารถตอพวงลําโพงแบบขนาน (Parallel) และ/หรือ อนุกรม (Series) จนกระท่ังลําโพงมีอิมพีแดนซท่ีเทา กันหรือแมตช (Match) กับ อิมพีแดนซขาออก (Output Impedance) ของเคร่ืองขยายเสียง
รูปท่ี 28 การตอพวงลําโพงเขากับเครื่องขยายเสยี งแบบอิมพีแดนซ (Impedance) ต่ํา
6.2.2 การตอโดยระบบ 100 โวลตไลน (Volt line) เราตอพวงลําโพงเขากับเคร่ืองขยายเสียงแบบระบบ 100 โวลตไลน (Volt line) โดยผานหมอแปลง ที่เรียกวาแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ในกรณีท่ีโหลด (Load) มีคา เปล่ียนแปลง หรือจํานวนลําโพงเปล่ียนแปลงตามความตองการของผูใช ทําใหการแมตช (Match) อิมพีแดนซรวมของลําโพงกับอิมพีแดนซขาออกของเครื่องขยายเสียงเปนสิ่งที่ทําไดย าก อีกท้ัง ระยะทางระหวางลําโพงกับเคร่ืองขยายเสียงหางกันมากหรือสายลําโพงมีความยาวมากเชนกนั ทําใหเกดิ แรงดันตก(Voltagedrop)ในสายลําโพงมากกวากรณกี ารตอตรงกับขาออกของ เครื่องขยายเสยี ง
51
การตอพวงลําโพงในระบบ 100 โวลตไลน (Volt line) น้ี เราจะใชแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ตอกับภาคขยายกาํ ลังของเคร่ืองขยายเสียง และแปลงสัญญาณ แรงดันไฟฟาตํ่าเปนสัญญาณแรงดนั ไฟฟาสูงขนาด100,70,หรือ50โวลตสวนลําโพงจะมี แมตชิงทรานสฟอรเมอรแปลงสัญญาณแรงดันไฟฟาสูงขนาด 100, 70, หรือ 50 โวลตเปน สัญญาณแรงดนั ไฟฟาตํ่าที่มขี นาดเหมาะสมกับลําโพงการตอพวงลําโพงระบบ100โวลตไลนนี้มี ความยืดหยนุ และความสะดวกในการออกแบบจึงเหมาะกบั การใชงานสําหรับระบบเสียงสาธารณะ (Public address) ดวยเหตุผลดังตอไปน้ี
1. เน่ืองจากการเพิ่มแรงดันไฟฟาเปน100 โวลตโดยใชหมอ แปลง กระแสไฟฟาท่ีใชจึงมี จํานวนท่ีนอยกวากระแสไฟฟาท่ีเกิดจากการตอตรงกับขาออกของเคร่ืองขยายเสียงทม่ี ี อิมพีแดนซต่ํา ทําใหมีแรงดันตก (Voltage drop) ในสายลําโพงมีคานอย เราจึงสามารถ เดินสายลําโพงไดในระยะไกลๆ ถึงแมวาเครื่องขยายเสียงท่ีใชจะมีขนาดกําลังสูงก็ตาม
2. ลําโพงท่ีตอในระบบ 100 โวลตไลน (ผานแมตชิงทรานสฟอรเมอร) จะใชว ิธีการตอ แบบขนานธรรมดาทําใหสะดวกในการตดิ ตั้ง
รูปที่ 29 การตอพวงลําโพงในระบบ 100/70/50 โวลตไลน (Volt line)
3. ตราบใดท่ีจํานวนรวมของกําลังในหนว ยของวัตต (Watt) ของลําโพงที่ใชมีคาไมเกิน กําลังขยายของเครื่องขยายเสียง เราสามารถตอพวงลําโพงก่ีตัวกไ็ ดใ นระบบโดยไมมี ผลตอเคร่ืองขยายเสยี ง
4. เราเปรียบเทียบการกระจายเสียงโดยวิธีตอพวงลําโพงในระบบ 100 โวลตไลน เหมือนกับการสงกําลังไฟฟาที่ใชตามบานโดยมีการสงแรงดันไฟฟาคงที่ ผูใชไฟฟาก็ เพียงแตใชปลกั๊ (Plug)ของอุปกรณไฟฟาเสียบเขาที่เตาเสียบแตผูใชไฟฟาตอง คํานึงถึงจํานวนรวมของกําลงั ของอุปกรณไ ฟฟาที่ใชท้ังหมดไมเกินจํานวนวัตตของ วัตตมิเตอร (Watt meter) เชนกัน
52
รูปท่ี30การตอพวงลําโพงกบั เครื่องขยายเสียงโดยใชแ มตชิงทรานสฟอรเมอรแบบตางๆ
เม่ือเราตอพวงลําโพงเขากับข้ัวตอ100 โวลตของเคร่ืองขยายเสยี ง เราใชกําลังสูงสุดของลําโพง แตถาเราตอพว งลําโพงเขากบั ข้ัวตอ 70 โวลต เราใชกําลังเพียงครึ่งหนงึ่ ของกําลังสูงสุดของลําโพง หมายความวา เราสามารถตอพวงลําโพงเปน จํานวน 2 เทาของจํานวนลาํ โพงที่ใชตอพว งเขากับ ข้ัวตอ 100โวลตของเครื่องขยายเสียงทํานองเดียวกนั ถาเราตอพวงลําโพงเขากับขั้วตอ
50โวลต เราใชก ําลังเพียงหนงึ่ ในส่ีของกําลังสูงสุดของลําโพง หมายความวา เราสามารถตอพวง ลําโพงเปนจํานวน 4 เทาของจํานวนลําโพงท่ีใชตอพวงเขากับข้ัวตอ 100 โวลตของเคร่ืองขยายเสียง
แมตชิงทรานสฟอรเมอรมีข้ัวตอแสดงอยูในรูปของกําลังวัตตแทนแรงดันไฟฟา 100 โวลต เชน ถา เราใหกําลังสูงสุดของลาํ โพงเปน P ขั้วตออ่ืนก็จะเปน P/2 และ P/4 ตามลําดับ (ตัวอยาง ลําโพงติด เพดานขนาดกาํ ลัง 6 วัตต จะมีข้ัวตอเปน 6 วัตต, 3 วัตต, และ 1.5 วัตต ตามลําดับ)
53
จากรูปที่ 30 เราสรุปไดวา การตอพวงลําโพงจากข้ัวตอของแมตชิงทรานสฟอรเมอรข้ัวตางๆ เขากับ ข้ัวตอระบบโวลตไลนข้ัวตางๆ ของเคร่ืองขยายเสียง จะชวยใหเราสามารถเพ่ิมจํานวนลําโพงไดโดย ไมจําเปนตองเพ่ิมจํานวนเครอ่ื งขยายเสียงหากจํานวนลําโพงท่ีเพิ่มมีจํานวนไมมากและระดับ ความดันเสยี งที่เกิดขึ้นจากลาํ โพงอยูในระดับท่ีพอรับได เน่ืองจากการลดกําลังวัตตของลําโพง และ/หรือขนาดแรงดันไฟฟา ของเคร่ืองขยายเสียงจะทาํ ใหลําโพงมีระดบั เสียงลดลง โดยท่ีกําลัง ลดลง 1/2 และ 1/4 เทา ระดับเสียงจะลดลง 3 dB และ 6 dB ตามลําดับ
เราจะตองระลกึ อยูเสมอวาในการคํานวณโหลดของลําโพงไมวาจะตอพวงในลักษณะใดก็ตาม
จํานวนรวมของกําลังในหนว ยของวตั ต(Watt)ของลําโพงที่ใชไมควรเกินกําลังขยายของ เครื่องขยายเสียง
แมตชิงทรานสฟอรเมอรที่ตอคั่นระหวางลําโพงกับเครื่องขยายเสียงมีคา สูญเสียเน่ืองจาก การใสแทรก(Insertionloss)ตัวอยางเชน แมตชิงทรานสฟอรเมอรขนาด10วัตตมีคาสูญเสีย เน่ืองจากการใสแทรก 1.5 dB ดังนั้น เคร่ืองขยายเสียงจะตองจายกําลังใหกับลําโพงและคาสูญเสีย เนื่องจากการใสแทรกท้ังหมด 14.13 วัตต
อิมพีแดนซของแมตชิงทรานสฟอรเมอรจะแปรผันตามความถี่ทําใหมผี ลที่เปนปฏิปกษ (Adverse effect) ตอผลตอบสนองความถ่ีของระบบท้ังหมด โดยเฉพาะอยางยิ่ง การขยายสัญญาณ ความถ่ีต่ําของเครื่องขยายเสียง
54
6.3 ตารางการตอลําโพงและเครอื่ งขยายเสียง
โดยที่ P = กําลังสูงสุดของลําโพง
|
เครื่องขยายเสยี ง
|
ลําโพง
|
กําลังวัตตที่ได เทียบกับ P และ 100V
|
ระดับเสียงที่ลดลง เทียบกับ P และ 100V
|
|
100 V
|
P
|
P
|
0dB
|
|
100 V
|
P/2
|
P/2
|
3dB
|
|
100 V
|
P/4
|
P/4
|
6dB
|
|
70V
|
P
|
P/2
|
3dB
|
|
70V
|
P/2
|
P/4
|
6dB
|
|
70V
|
P/4
|
P/8
|
9dB
|
|
50V
|
P
|
P/4
|
6dB
|
|
50V
|
P/2
|
P/8
|
9dB
|
|
50V
|
P/4
|
P/16
|
 
12 dB
|
55
6.4 ความยาวของสายลําโพงและการตอสายลาํ โพง
รูปท่ี 31 ความยาวสายลําโพงสูงสุดตามขนาดสาย รูปที่31แสดงความยาวสายลําโพงสูงสุดท่ีระบบรับไดต ามขนาดของสายลําโพง
56
ตัวอยางเชน เราใชสายลําโพงขนาด2x0.75mm2กับเคร่ืองขยายเสียงขนาดกําลัง100วตัตที่แรงดัน ขาออก 100 โวลต ความยาวสูงสุดของสายลําโพงไมควรเกิน 250 เมตร
ถาเรายอมรับคาแรงดันตก (Voltage drop) ในสายท่ี 10% เราจะสามารถเพิ่มความยาวของสาย ลําโพงเปน2เทาไดเมื่อการติดต้ังลําโพงทั้งหมดอยูท่ีปลายสายลําโพงเทียบกับการตดิ ตั้งลําโพงท่ีมี การกระจายจํานวนลําโพงแบบเทาๆ กันตลอดสายลําโพง
ในกรณีท่ีมีการติดตั้งลําโพงอยูใกลๆ กัน การตอสายลําโพงเขากับขั้วของลําโพงจะตองคํานึงถึง สภาพข้ัว (Polarity) ของลําโพงดวย เพราะถาเราตอลําโพงสลับข้ัวกันแลว จะเกิดปรากฏการณ ตางเฟสกัน(OutofPhase)ของลําโพงเราสามารถสังเกตปรากฏการณนี้ไดจากการท่ีเสียงความถตี่ ่ํา ขาดหายไป ดงั นั้น เราจึงควรจะตอสายลําโพงใหตรงกับสภาพขั้ว (Polarity) ของลําโพงในทุกกรณี กลาวคือเมื่อเราตอสายลําโพงเสนใดเสนหน่ึงเขากับขั้วตอ ข้ัวใดขวั้ หนงึ่ ของลําโพงตัวหนึ่งแลว ก็ ควรตอสายลําโพงเสนนั้นเขา กับข้ัวตอข้ัวนั้นของลําโพงตัวตอไป
เราควรวางสายลําโพงหางจากสายไมโครโฟนเปนระยะอยางนอย 40 ซม. เพื่อปองกันการเหนี่ยวนาํ สัญญาณจากสายลําโพงไปยงั สายไมโครโฟน
57
6.5 คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพงพนื้ ฐาน
1. คากําลังท่ีลําโพงสามารถรับได (Power handling capacity) หรือ PHC มีหนวยการวัดเปน วัตต (Watt) เชนลําโพงขนาดกําลัง 6 วัตต จะสามารถรับกําลังสูงสุดจากเคร่ืองขยายเสียง ได 6 วัตต
2. ระดับความไว (Sensitivity) ของลําโพง คือระดับความดนั เสียง (Sound pressure level) ท่ีมี หนวยการวัดเปนdB(SPL)เราจะวดั ระดับความไว(Sensitivity)ในแนวแกนกลางของ ลําโพงหางจากลําโพง1เมตรโดยปอนสญั ญาณคล่นื ไซน(Sinewave)ที่มีกําลัง1วัตต ความถ่ี 1 kHz แกลําโพง
3. เม่ือเราปอนกําลังแกลําโพงเพ่ิมข้ึนเปน 2 เทา ระดับความดันเสียงจะเพ่ิมขึ้น 3 dB
ดังน้ัน ถาเราทราบคุณสมบัติทางเทคนิคดานความไว (Sensitivity) ของลําโพงแลว เราจะ สามารถคํานวณระดับความดันเสียงของลาํ โพงท่ีมีการปอนกําลังระดับตางๆ ได เชน ถาเรา ใชลําโพงท่ีมีความไว99dBท่ี1W/1mเม่ือเราเพ่ิมกําลังใหแกลําโพงเปน 2Wระดับ ความดันเสยี งจะเพ่ิมขน้ึ 3 dB ดังน้ัน ระดบั ความดันเสยี งของลําโพงจะเปน 99+3 = 102 dB และถาเราเพ่ิมกําลังเปน 4 W ระดับความดนั เสียงเพ่ิม 6 dB ดังนั้น ระดบั ความดันเสยี งของ ลําโพงจะเปน 99+6 = 105 dB
4. ถาเราวางลําโพงจํานวน 2 ตัวอยูใกลกัน และปอนสัญญาณที่มีกําลังเทากันและเฟส เหมือนกนั ท่ีตาํ แหนงผูฟง ระดับความดันเสียงจะเพ่ิมขึ้นอีก 6 dB จากระดับความดันเสียง ของลําโพงตัวเดียว เราสรุปไดวา แตละครั้งท่ีเราเพ่ิมจํานวนลําโพงที่อยูใกลกันเปน 2 เทา ระดับความดนั เสียงจะเพิ่มขึ้น 6 dB การออกแบบลําโพงซาวดคอลัมนก็เปนไปตาม หลักการนี้
รูปที่32ลําโพงจํานวน2ตัวอยูใกลกนั ระดับความดนั เสียงเพิ่มข้ึน6dB
58
5. ถาเราวางลําโพงจํานวน 2 ตัวอยหู างจากกนั (แมแตประมาณ 1 เมตร) เสียงจะเกิด ปรากฏการณการเล่ือนของเฟสท่ีหูของผูฟงระดับความดันเสียงที่ผูฟงจะเพ่ิมขนึ้ อีกเพียง 3dBเทาน้ันเราสรุปไดวาแตละคร้ังที่เราเพ่ิมจํานวนลําโพงท่ีอยูหางกนั เปน2เทา ระดับความดนั เสียงจะเพิ่มข้ึน3dB
รูปที่33ลําโพงจํานวน2ตัวอยูหางจากกันระดับความดนั เสียงเพ่ิมขึ้น3dB
6. ถาเราเล่ือนลําโพงหางจากผฟู งมีระยะทางเปน 2 เทาของระยะทางเดิม ระดับความดนั เสียง จะลดลง 6 dB เชน ตูลําโพงใหระดับความดันเสียง 112 dB ที่ระยะ 1 เมตร ที่ระยะ
2 เมตร ระดับความดันเสยี งจะลดลงเปน 106 dB และท่ีระยะ 4 เมตร ระดับความดันเสียง จะลดลงเปน 100 dB หลักการน้ีจะใชเ ฉพาะเสียงจากทิศทางตรง (Direct sound) จากลําโพงเทา น้ัน เสียงที่มาจากทิศทางอื่น (Indirect sound) เชนจากการสะทอนจาก พื้นผิวตางๆ จะมีการกลาวถงึ วิธีการคํานวณอีกครั้งในหวั ขอ 17.0
รูปท่ี34การลดทอนของระดับความดนั เสียงเม่ือระยะทางเพิ่มข้ึน
7. หลักการพื้นฐานท่ีกลาวถึงขา งตน ไดกลาวถึงคุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพงที่ความถ่ี
1 kHz และมีการวัดในแนวแกนของลําโพง รูปที่ 35 แสดงแผนภาพโพลาร (Polar diagram) ของลําโพงท่ีแสดงระดับความดันเสียงในหนวยของ dB (SPL) ท่ีความถี่ตางๆ
59
รูปท่ี 35 แผนภาพโพลาร (Polar diagram) ของลําโพง ที่แสดงระดับความดันเสยีงในหนวยของdB(SPL)ที่ความถี่ตางๆกัน
8. ท่ีความถี่ตางๆ เราเรียกระดับความดันเสยี งที่ผูฟงไดยนิ เสียงในแนวอ่ืนๆ ท่ีทํามุมเทียบกับ แนวกึ่งกลางลาํ โพงหรือมุม 0° วา LQ สําหรับมุมที่ระดับความดันเสยี งลดลงที่จุด LQ = 6 dB เราเรียกวามุมเปด (Opening angle) ของลําโพง เรากําหนดคามุมเปด (Opening angle) ของ ลําโพงไวที่ความถ่ี4kHzเพอื่ การคํานวณความชัดเจนของการไดยนิ เสียงจากรูปท่ี35 พ้ืนที่แรเงาคือมุมเปดของลําโพงท่ีความถ่ีตางๆเราจะมีการกลาวถึงวิธีการคํานวณอกี คร้ัง ในหวั ขอ 16.0
60
6.6 คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพงคาอนื่ ๆ
6.6.1 ความถี่แรโซแนนซ (Resonance frequency)
ที่ความถี่แรโซแนนซ (f0) คาอิมพีแดนซของลําโพงจะมีคา สูงมากเมื่อเทียบกับคาอิมพแี ดนซเฉลี่ย (Average impedance) ความถ่ีแรโซแนนซนี้จะเปล่ียนไปตามชนิดของลําโพง เชน ลําโพงกรวยจะมี ความถี่แรโซแนนซที่ความถปี่ ระมาณ20ถึง300Hzสวนลําโพงฮอรนจะมีความถี่แรโซแนนซท่ี ความถี่ประมาณ 200 ถึง 1,000 Hz คาอิมพีแดนซท่ีระบุ (Nominal impedance) คือคาอิมพีแดนซที่มี คาต่ําสุดของเสนโคงเหนือความถ่ีแรโซแนนซ (ที่ปกติจะมีคาประมาณ 400 Hz) ถาเราปอนกําลัง ใหแกลําโพงทคี่ วามถี่แรโซแนนซ(f0)จะสรางความเสียหายใหแ กลําโพงไดดังนนั้ เราจะตองให ความสําคัญกับความถ่ีท่ีใชป อน โดยเฉพาะอยางย่ิง เสียงที่มีความถี่เดยี ว เชน สัญญาณเตือนภัย (Alarm signal) โดยควรใหความถี่ของสัญญาณเตือนภัย (Alarm signal) เหลาน้ันมีคาไมตรงกับ ความถ่ีแรโซแนนซของลําโพง
6.6.2 ความไว(Sensitivity)
ระดับความไว (Sensitivity level) ของลําโพง คือระดับความดันเสยี งทม่ี ีหนวยการวัดเปน dB (SPL) เราจะวดั ระดับความไว(Sensitivitylevel)ในแนวแกนกลางของลําโพงหางจากลําโพง1เมตรโดย ปอนสัญญาณคล่ืนไซน(Sinewave)ท่ีมีกําลัง1วัตตความถี่1kHzแกล ําโพงความไวของลําโพง เปนคุณสมบัตทิ างเทคนิคที่ชวยในการคํานวณคาระดับความดันเสยี งทจี่ ุดอ่ืนๆ จากตวั แปรของ ระยะทางและกําลัง
เนื่องจากประสิทธิภาพของลําโพงกรวยฮอรนหรือบคอลัมนมีคาแตกตางกนั มากดังน้ันเราจึงตอง เลือกชนิดและจํานวนของลําโพงใหเหมาะสมกับสภาพของหอง ที่สามารถกระทําไดโ ดยการ คํานวณทจี่ ะกลาวตอไป
ตัวอยางเชน เราตองการคาระดับความดนั เสียง80dB(SPL)ท่ีระยะ32เมตรในสภาพนอกสถานท่ี (Outdoor)เราสามารถคํานวณกําลังท่ีตองปอนใหก ับลําโพงไดดังน้ี
61
ที่ระยะ 32 เมตร หางจากลําโพง เราตองการคาระดับความดันเสียง = 80 dB (SPL) คาลดทอนระดับความดนั เสียงเน่ืองจากระยะทาง =20log32 =30dB(SPL) ท่ีระยะ 1 เมตรหางจากลําโพง เราคํานวณคาระดับความดันเสียงทใี่ ช = 80 +30 = 110 dB (SPL) ถาเราเลือกใชลําโพงที่มีความไว 100 dB (SPL) ที่ 1W/1m ระดับความดันเสียงที่เพิ่มข้ึน 10 dB เราจะคํานวณกําลังเพ่ิมท่ีตองปอนใหก ับลําโพงได10วัตต
6.6.3 ประสิทธิภาพ(Efficiency)
เราใหคําจํากัดความของประสิทธิภาพ (Efficiency) ของลําโพงคือความสามารถของลําโพงในการ เปล่ียนแปลงพลังงานไฟฟา (Electrical energy) ใหเปน พลงั งานเสียง (Acoustical energy) การวัดประสิทธิภาพของลําโพงวัดในหนวยของเปอรเซ็นต (%) โดยปกติแลวประสิทธิภาพ (Efficiency) ของลําโพงจะมคี าอยูระหวาง 0.5 % ถึง 10 % ประสิทธิภาพของลําโพงจะแปรผันตาม ความถ่ีผูผลิตบางรายเชนฟล ิปส/บอช(Philips/Bosch)จึงไดกําหนดคาประสิทธิภาพของลําโพง ตามแถบออกเทฟ (Octave band)
6.6.4 สภาพทิศทาง(Directivity)หรือคาQ
ตัวประกอบสภาพทิศทาง (Directivity factor) หรือคา Q คืออัตราสวนคาเฉล่ียของ
ระดับความดนั เสียงยกกําลงั สอง (Mean squared sound pressure level) ที่วัดในแนวแกนและ ระยะทางคงทคี่ าหน่ึง เทียบกับคาเฉลี่ยของระดับความดนั เสียงยกกําลงั สอง (Mean squared sound pressure level) ที่วัดเฉลยี่ ในทุกแนวท้ังหมดและท่ีระยะทางเดียวกัน ดังนั้นคา Q ของลําโพงคือการ วัดผลตอบสนองของลําโพงในแนว 3 มิติ (3 dimensional plane)
รูปท่ี36ตัวประกอบสภาพทศิ ทาง(Directivityfactor)ท่ีความถ่ีตางๆ
ท่ีความถ่ีต่ําการแผพลังงาน(Radiation)ของลําโพงจะเปน รูปเชิงทรงกลม(Sphericalform) แตเม่ือเราเพ่ิมความถี่ใหสูงขนึ้ การแผพลังงาน(Radiation)ของลําโพงก็จะเร่ิมมีทิศทาง (Directional) มากขึ้น สรุปไดวาคา Q แปรผันตามความถ่ี
62
โดยเหตุทกี่ ารอานคาในการวัดจะใชคาชว ง (Intervals) 10° ในรูปทรงเชิงทรงกลม สําหรับแตละ แถบออกเทฟ(Octaveband)ท้ัง7แถบทําใหเราจําเปน ตอ งมีกระบวนการอานคามากกวา 2,000คร้ังทําใหมีผูผลิตลําโพงเพียงไมกี่รายท่ีไดก ําหนดคาตัวประกอบสภาพทิศทาง(Directivity factor) หรือคา Q เปนคุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพง
ตัวอยาง
คาเฉล่ียของคา Q โดยท่ัวไป มีคาดังตอไปน้ี
ตูลําโพง
เสียงจากคนผชู ายพูด ลําโพงซาวนคอลัมน ลําโพงคารดิออยดซาวนคอลัมน
= 2 =2.5 = 7 = 20
รูปที่ 37 รูปแบบมาตรฐานของคุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพง
รูปที่37แสดงรูปแบบมาตรฐานของคุณสมบัติทางเทคนคิ ของลําโพง โดยแสดงสมรรถนะของลําโพงสําหรับแตล ะแถบออกเทฟ(Octaveband)ทั้ง7แถบ
63
คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพงตางๆเหลานี้เราตองวัดคาตางๆในหอ งท่ีมีการตกแตงวัสดุดูดซึม เสียงจนไมมเีสียงสะทอน(Anechoicroom)โดยมีกระบวนการตางๆในการวัดดังตอ ไปนี้
1. คาผลตอบสนองความถ่ี (Frequency response) จะมีการวดั ท่ีแนวแกน 0 องศา ท่ี ระยะ 5 เมตร แลวคํานวณกลับที่ระยะ 1 เมตร โดย
ใชเสียงสัญญาณไกลดิง (Gliding tone) และ/หรือ เสียงสัญญาณเสียงรัว (Warble
tone) 1/3 ออกเทฟ (Octave) ท่ีมีความหนว งชา (Slow damping) ใชเสียงสัญญาณพิงกน อยสแบบเปนข้ัน(Steppedpinknoise)ท้ัง7ออกเทฟ
ในการวัดสัญญาณ
รูปท่ี 38 ขอบเขตความถี่ท่ีมีผล (Effective frequency range)
รูปท่ี 38 แสดงการกําหนดขอบเขตความถ่ีท่ีมีผล (Effective frequency range) จาก ระยะหางระหวางจุดที่ระดับความดันเสยี งลดลง 10 dB
2. สําหรับกลองหรือตูลําโพงท่ีมีลําโพงตัวเดียว มกี ารวดั แผนภาพโพลาร (Polar diagram) โดยใชสัญญาณพิงกน อยส(Pinknoise)ปอนทีละข้ันท่ีความถ่ีกลางในแตละออกเทฟ คือ 125Hz 250Hz 500Hz 1,000Hz 2,000Hz 4,000Hz และ 8,000Hz สําหรับ กลองหรือตูลําโพงท่ีไมสมมาตร (Asymmetrical) หรือมีลําโพงหลายตัว การวัด บอลลูนสภาพทิศทาง(Directivityballoon)จะกระทําโดยใชอปุ กรณที่สามารถ สายและกระดก (Pan and tilt device) ทํามุมทุกๆ 10° ตลอดทั้ง 7 แถบออกเทฟ
64
3. เราใชคาที่ไดจากการวดั ในขอ ท่ี 1 และ 2 กับซอฟตแวรชอื่ EASE
(Electro Acoustic Simulator for Engineers) ในการคํานวณระบบเสียง เราจะ คํานวณหาคา Q และประสิทธิภาพ (Efficiency) ของลําโพงของทุกแถบออกเทฟที่ เก่ียวของ
4. คาที่ไดจากการวัดในขอ2เราสามารถหามุมเปด(-6dBที่0°)ในแนวนอนและแนวตั้ง (Horizontal and vertical opening angle) ของทุกแถบออกเทฟท่ีเกยี่ วขอ ง
5. คากําลังท่ีลําโพงสามารถรับได(Powerhandlingcapacity)หรือPHCสามารถหาคาได โดยการปอนสัญญาณพิงกน อยสท่ีใชตรวจสอบตามมาตรฐานIECใหแ กลําโพง ประมาณ100 ชม. หลังจากการตรวจสอบลําโพงท่ีไดรับการตรวจสอบแลวยังคง สามารถทํางานไดตามปกตติ ามคุณสมบัติทางเทคนิคท่ีไดระบุไว
รูปที่ 39 เสียงรบกวนแบบพเิ ศษที่ใชทดสอบลําโพงตามมาตรฐาน IEC268-3
3. 
65
เคร่ืองขยายเสียงและอุปกรณประกอบสําหรับการประมวลสัญญาณ (Amplifier and Signal processing equipment)
ในกรณีท่ีผูใชงานตองการตดิตั้งไมโครโฟนจํานวนมากในสถานที่เดียวกันเชนบนเวทีในหอง ออดิทอเรียม (Auditorium) และตองการขยายสัญญาณของไมโครโฟนทุกตัวพรอมๆ กัน เคร่ืองผสมเสียง (Mixing consoles) จึงเปนอุปกรณท่ีใชควบคุมไมโครโฟนดังกลาวและยังสามารถ นํามาทดแทนเครื่องขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier) ได เราใชเ ครื่องผสมเสียง (Mixingconsoles)รับสัญญาณชนิดตางๆเชนไมโครโฟนเครื่องกําเนดิ เสียงอ่ืนๆเชน เครื่องรับวิทยุ (Tuner) เครื่องเลนเทปคาสเซ็ต (Cassette tape player) เคร่ืองเลนซีดี (CD player) เปนตน แลว ผสมสัญญาณตางๆ เหลานั้น กอนที่จะสงสัญญาณตอไปยงั เครื่องขยายภาคกําลัง (Power amplifier) เครื่องบันทึกเทปคาสเซ็ต (Cassette tape recorder) และ/หรือ ลําโพงมอนิเตอร (Monitor loudspeaker)
รูปที่ 40 เคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier)
7.0 เครื่องผสมเสยี ง(Mixingconsoles)
66
รูปท่ี 41 เคร่ืองผสมเสียง (Mixing consoles)
เครื่องผสมเสียง (Mixing consoles) มีแบบตา งๆ ต้ังแตแบบธรรมดา (Standard) ที่ใชรบั สัญญาณ ไมโครโฟนประมาณ4ชองพรอมตัวปรับควบคุมเสียงทมุ แหลม(Tonecontrol)และชองตอ สัญญาณขาออกแบบโมโน (Mono output) จนกระท่ังถึงแบบโปรเฟสชันแนล (Professional) ท่ี สามารถรับชองสัญญาณขาเขามากกวา 60 ชองสัญญาณ แตละชองสัญญาณมีตัวปรับแตงสัญญาณ อีควอไลเซอร (Equaliser) แบบละเอียด สามารถผสมสัญญาณแลวสงสัญญาณไปยังกลุมยอย (Subgroup) ตางๆ เพื่อประมวลสัญญาณ (Signal processing) จากนน้ั ก็สง สัญญาณที่ประมวลผล เรียบรอยแลว กลับไปยังชองรับสัญญาณกลับ (Return) วศิ วกรระบบเสยี งหรือผูควบคุมระบบเสียง จะควบคุมเสยี งประเภทตางๆ ใหเขากับสภาพแวดลอมของหอง จุดทคี่ วรจะตดิ ตั้งเครื่องผสมเสียง คือตรงกลางหองออดิทอเรียม (Auditorium)
67
รูปท่ี42ระบบเสียงรีอินฟอรซ เมนต(Soundreinforcementsystem) ในหองออดิทอเรียม (Auditorium)
รูปท่ี 42 แสดงตัวอยางของระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต (Sound reinforcement system) ใน หองออดิทอเรยี ม (Auditorium) เราจะสังเกตไดวา การติดตั้งเคร่ืองผสมเสียงไวทกี่ ลางหอง ออดิทอเรียม (Auditorium) จะชวยผูใชงานควบคุมระบบเสียงไดดี
68
8.0 เครื่องขยายเสียง(Amplifier)
อุปกรณเคร่ืองขยายเสียงหรือแอมพลิไฟเออร (Amplifier) ประกอบดว ยสวนสําคัญ 2 สวน ดังนี้ สวนแรกคือเคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier) ทําหนาที่ขยายแรงดัน (Voltagegain)และสวนที่2คือเคร่ืองขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแ อมพลิไฟเออร(Power amplifier) ทําหนาท่ีขยายกําลัง (Power gain) สําหรับงานระบบเสียงสาธารณะ (Public address) เราจะแยกวิธีการใชงานของเคร่ืองขยายเสียงเคร่ืองเดียว เปน 2 สวนดังกลาวเสมอ
8.1 เคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier)
เครื่องขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร(Preamplifier)ทําหนาทแี่ มตช(Match)และ ขยายสัญญาณชนิดตางๆเชน ไมโครโฟนเครื่องกําเนิดสญั ญาณเสียงอนื่ ๆเชนเครื่องรับวิทยุ (Tuner) เครื่องเลนเทปคาสเซ็ต (Cassette tape player) เครื่องเลนซีดี (CD player) เปนตน โดยใหมี ระดับสัญญาณท่ีเหมาะสมกอนที่จะสงสัญญาณตางๆ เหลาน้ันไปยังเคร่ืองขยายภาคกําลัง เครื่องขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร(Preamplifier) สวนใหญจะมีตัวปรับควบคุม เสียงทุมแหลม(Tonecontrol)ตัวปรับควบคุมความไวสญั ญาณขาเขา(Inputsensitivityadjustment) และตัวปรบั ควบคุมระดับความดังของเสียงหลัก(Mastervolumecontrol)
รูปที่ 40 แสดงตัวอยางของเคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier)
8.1.1 สัญญาณขาเขา(Inputs) เคร่ืองขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร(Preamplifier)ทําหนาทแี่ มตช(Match)และ ขยายสัญญาณขนาดเล็กๆ ใหมีระดับท่ีเหมาะสม เชนขนาดระดับ 500 mV หรือ 1 V กอนท่ีจะสงไป ขับ (Drive) เครื่องขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier)
ตัวอยางระดับสัญญาณขาเขามาตรฐานจากแหลงกําเนิดสญั ญาณตางๆ มีดังน้ี
ไมโครโฟนแบบไดนามิก ไมโครโฟนแบบแบ็กเพลตอิเล็กเทรตหรอื แบบอิเล็กเทรต ไมโครโฟนแบบคอนเดนเซอร
เครื่องเลนจานเสียง
เครื่องเลนเทปคาสเซ็ต เคร่ืองรับวิทยุ เครอ่ื งเลนซีดี เคร่ืองบันทึกเทปแบบโปรเฟสชันแนล
0.25 mV 1.0mV 3.0 mV 5.0 mV
250.0 mV 1.5 V
69
เราสามารถแบงระดับสัญญาณขาเขาเปน 2 แบบ จากตวั อยางระดับสญั ญาณขาเขามาตรฐานที่กลาว ไวขางตน ดังนี้
สัญญาณขาเขาแบบไมโครโฟน ระดับสัญญาณอยูระหวา ง 0.5 mV ถึง 1.5 mV
สัญญาณขาเขาแบบไลน (Line) หรือ เสียงเพลง ระดับสัญญาณอยูระหวาง 100.0 mV
ถึง 1.5 V
8.1.2 ตัวปรับควบคมุ เสียงทุมแหลม(Tonecontrol)
ตัวปรับควบคมุ เสียงทุมแหลม(Tonecontrol)เปนตัวปรบั ความถ่ีของเคร่ืองขยายเสียงโดยมี วงจรควบคุมเสียงทุมแหลมที่ใชหลักการของวงจรขยายสัญญาณ (Amplification) และ วงจรลดทอนสัญญาณ (Attenuation) ทํางานเฉพาะแถบความถี่ท่ีกําหนดไว วิธีการทํางานของวงจร ควบคุมเสียงทมุ แหลมมีดังตอ ไปนี้
รูปท่ี 43 การควบคุมเสียงทุมแหลม (Tone control)
1. การปรับตัวโพเทนชิออมิเตอร(Potentiometer)ท่ีควบคุมเสียงทุมและเสยีงแหลม ใหหมนุ ไปทางขวาจากจุด0หรือจุดเสียงราบ(Flat)
อัตราขยาย (Gain) ของแถบความถี่ (Frequency band) ท่ีตองการปรับจะเพ่ิมขึ้น ทําให ระดับสัญญาณของความถ่ีเสียงทุมและความถ่ีเสียงแหลมเพ่ิมขึ้นดวย เราจะพบวา การปรับยก (Lifting) ความถ่ีเสียงแหลมจะมีประโยชนในการชวยปรับเสียงพูด (Speech)ทําใหมีความชัดเจนของการไดยนิเสียงดีขึ้นโดยชวยกลบเสยีงรบกวนจาก สภาพแวดลอ ม (โปรดดูรายละเอียดในหวั ขอ 1.1 เกี่ยวกบั เรื่องสเปกตรัมของเสียงพูด (Speech spectrum))
70
2. การปรับตัวโพเทนชิออมิเตอร (Potentiometer) ใหหมุนไปทางซาย ระดับสัญญาณของความถ่ีเสียงทุมและความถ่ีเสียงแหลมก็จะลดทอนลง เราจะพบวา การลดทอนของความถ่ีเสียงทุมจะมีประโยชนสําหรับหองที่มีขนาดใหญๆ ท่ีสวนมาก มักจะมีปญหาจากระยะเวลาความกองสะทอ น (Reverberation time) ของความถี่ต่ําท่ีมี ระยะเวลายาวนาน
3. เราไมนิยมทจี่ ะปรับลดทอนความถี่เสียงแหลมลง และปรับยกความถ่ีเสียงทุมข้ึน การปรับยกความถ่ีเสียงทุมสามารถนํามาใชในการขยายเสียงเพลงในหอ งที่มี ความหนว ง (Damped room) สูง เราตองการเสียงทุมเพ่อื ชวยใหเสียงเพลงมีอรรถรส มากขึ้น แตเราจะตองระวังการขยายของเสียงความถ่ีต่ําแกลําโพงจนโหลดเกิน (Overload)
8.2 เครื่องขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier)
เคร่ืองขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลไิ ฟเออร (Power amplifier) ทําหนาท่ีขยายสัญญาณจาก เครื่องขยายภาคตนหรือพรีแอมพลิไฟเออร (Preamplifier) เคร่ืองผสมเสียง (Mixing console) และ ระบบกระจายสัญญาณ(Distributionsystem)ใหไดระดบั กําลังท่ีเหมาะสมกอนท่ีจะสงสัญญาณ ตางๆ เหลาน้ันไปยังลําโพง เราสามารถปอนสัญญาณขาเขาแกเครื่องขยายเสียง (Amplifier) ท่ีมี กําลังเต็มที่ระบุ (Nominal full power) ไดต ั้งแตระดับสญั ญาณ 100 mV ถึง 10 V
เครื่องขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลไิ ฟเออร (Power amplifier) ท่ีใชในงานระบบเสียง สาธารณะ (Public address) จะมีแรงดันขาออกเปนระบบ 100 โวลตไลน สวนเครื่องขยายภาคกําลัง หรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร(Poweramplifier)ที่ใชในงานระบบเสียงรอี ินฟอรซเมนต(Sound reinforcement system) เชนระบบเสียงท่ีใชใ นวงดนตรีตางๆ จะมีแรงดนั ขาออกที่มีอิมพีแดนซ (Impedance) ตํ่า เชน 2, 4, หรือ 8 โอหม
เราควรตอพวงลําโพงจนมีอิมพีแดนซ (Impedance) เทากันหรือแมตช (Match) กับ
อิมพีแดนซ (Impedance) ของเคร่ืองขยายเสียง และควรใหกําลังขยายของเคร่ืองขยายเสียงนอยกวา กําลังท่ีสามารถรับได (PHC) ของลําโพง เพื่อปองกันลําโพงไมใหรับความเสียหายจาก เครื่องขยายเสยี งที่จายกําลังเกิน (Overload)
2. 
71
รูปท่ี 44 เคร่ืองขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier) แบบตางๆ
72
9.0 เครื่องอีควอไลเซอร(Equaliser)
เครื่องอีควอไลเซอร(Equaliser)เปนอุปกรณท่ีใชปรับควบคุมความถที่ ั้งสเปกตรัม(Spectrum)และ ปรับผลตอบสนองความถ่ีของลําโพงใหเหมาะสม เคร่ืองอีควอไลเซอรสามารถปรับเทา (Equalise) ใหกับระบบเสยี งทั้งหมดตั้งแตไมโครโฟนจนกระทั่งถึงหูของผูฟง และยังสามารถแกปญหา การปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) หรือเสียงหอน (Howl) โดยลดระดับสัญญาณของ ความถ่ีที่ทําใหเ กิดปญหา
9.1 ชนิดของเครื่องอีควอไลเซอร (Equaliser types)
ในกรณีท่ีเราตอ งการปรับควบคุมความถี่แบบแถบกวาง(Wideband)เราสามารถใชอุปกรณใน การควบคุมดังนี้
9.1.1 แบบตัวควบคมุ เสียงทุมแหลมธรรมดา(Basictonecontrol)
ตัวปรับควบคมุ เสียงทุมแหลม(Tonecontrol)เปนตัวปรบั ความถ่ีของเครื่องขยายเสียงโดยมี วงจรควบคุมเสียงทุมแหลมท่ีใชหลักการของวงจรขยายสัญญาณ (Amplification) และ วงจรลดทอนสัญญาณ (Attenuation) ทํางานเฉพาะแถบความถี่ท่ีกําหนดไว วิธีการทํางานของวงจร ควบคุมเสียงทมุ แหลมมีดังตอ ไปนี้
1. การปรับตัวโพเทนชิออมิเตอร(Potentiometer)ท่ีควบคุมเสียงทุมและเสยีงแหลม ใหหมนุ ไปทางขวาจากจุด0หรือจุดเสียงราบ(Flat)
อัตราขยาย (Gain) ของแถบความถ่ี (Frequency band) ท่ีตองการปรับจะเพิ่มขึ้น ทําให ระดับสัญญาณของความถ่ีเสียงทุมและความถี่เสียงแหลมเพิ่มข้ึนดวย เราจะพบวา การปรับยก (Lifting) ความถ่ีเสียงแหลมจะมีประโยชนในการชวยปรับเสียงพูด (Speech)ทําใหมีความชัดเจนของการไดยนิเสียงดีขึ้นโดยชวยกลบเสยีงรบกวนจาก สภาพแวดลอม
2. การปรับตัวโพเทนชิออมิเตอร (Potentiometer) ใหหมุนไปทางซาย ระดับสัญญาณของความถี่เสียงทุมและความถ่ีเสียงแหลมก็จะลดทอนลง เราจะพบวา การลดทอนของความถี่เสียงทุมจะมีประโยชนสําหรับหองท่ีมีขนาดใหญๆ ท่ีสวนมาก มักจะมีปญหาจากระยะเวลาความกองสะทอ น (Reverberation time) ของความถ่ีต่ําที่มี ระยะเวลายาวนาน
73
3. เราไมนิยมทจี่ ะปรับลดทอนความถ่ีเสียงแหลมลง และปรับยกความถี่เสียงทุมข้ึน การปรับยกความถ่ีเสียงทุมสามารถนํามาใชในการขยายเสียงเพลงในหอ งท่ีมี ความหนว ง (Damped room) สูง เราตองการเสียงทุมเพ่ือชวยใหเสียงเพลงมีอรรถรส มากข้ึน แตเราจะตองระวังการขยายของเสียงความถี่ตํ่าแกลําโพงจนโหลดเกิน (Overload)
รูปท่ี 45 การควบคุมเสียงทุมแหลม (Tone control)
การใชวงจรตัวปรับควบคุมเสียงทุมแหลม (Tone control) เปนการควบคุมแถบความถี่ท่ีกวาง โดย ปรับยกหรือการปรับลดระดับสัญญาณของความถี่เสียงแหลมและความถี่เสียงทุม
9.1.2 แบบตัวกรองผานแถบหรือแบนดพาสฟลเตอร(Band-passfilter) ตัวกรองผานแถบหรือแบนดพ าสฟลเตอร(Band-passfilter)จะมีตัวกรองผานสูงหรือ ไฮพาสฟลเตอร (Hi-pass filter) และตัวกรองผานตํ่าหรือโลวพาสฟลเตอร (Lo-pass filter) หรือ ตัวกรองตัด (Cut-off filter) ทําหนาที่เปนตวั ปรับลดทุกสัญญาณใหต่ําหรือสูงกวาความถ่ีท่ีได กําหนดไวท่ีโดยปกตแิลวจะเปนความถ่ีที่ตา่ํมากๆหรือความถ่ีสูงมากๆ
รูปท่ี 46 การควบคุมแบบแบนดพาสฟลเตอร (Band-pass filter) 74
ในกรณีท่ีเราตอ งการปรับควบคุมความถ่ีแบบเฉพาะแถบ (Specific band) เราสามารถใช เครื่องอีควอไลเซอรแบบตางๆ ในการควบคุมดังน้ี
9.1.3 เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริก(Parametricequaliser)
รูปที่ 47 การควบคุมแบบพาราเมตริก (Parametric equaliser)
เครื่องอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริก (Parametric equaliser) เปนเคร่ืองอีควอไลเซอรท่ีมีตัวกรอง 3 ถึง 4 ตัว สามารถปรับควบคุมความถี่โดยปรับแกไขอัตราขยาย (Gain correction) ที่เปน
+ และ – และสามารถเลือกความกวาง (Width) หรือ Q ของแถบความถ่ี การทํางานของ เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริกน้ีสามารถเปล่ียนแปลงแถบความถี่แคบๆ โดยไมกระทบกับ ความถ่ีขางเคียงเนื่องจากมกี ารใชตัวกรองทํางานเพียงไมก่ีตัวดังน้ันผลตอบสนองของระบบ ทั้งหมดจึงคอนขางราบเรียบ (Smooth) โปรดดูหวั ขอ 9.2.4
9.1.4 เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริกทริปเปลQฟลเตอร(ParametrictripleQ-filter)
รูปท่ี 48 การควบคุมแบบพาราเมตริกทริปเปล Q ฟลเตอร (Parametric triple Q-filter)
75
โดยปกตแิ ลวเคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริกจะมกี ารต้ังคาลวงหนา แบบตายตวั (Fixed pre-set) ของความถ่ีเสียงกลาง (เสียงพูด) ท่ี 1, 2, และ4 kHz ผูใชงานสามารถใชตัวกรองนี้เลือก ความกวาง(Width)หรือQและความลาดชนั (Slope)ของแถบความถ่ีและการต้ังอัตราขยาย(Gain) ใหทํางานหรือไมทํางานเครอื่ งอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริกทริปเปลQฟลเตอรเปนเคร่ืองมือท่ี เหมาะสมในการควบคุมอัตราขยายแถบความถี่เสียงพูดใหมีความชัดเจนในการไดยนิ เสียงเน่ืองจาก เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริกทรปิ เปลQฟลเตอรจะชวยปรับปรุงในเร่ืองความชัดเจนใน การไดยนิ เสียงและชดเชยในเร่ืองการดูดซึมของอากาศ(Airabsorption)นอกจากนี้ตัวกรองเสียง ทุมท่ีปรับไดจะชวยแกปญหาในการตัดเสียงทุมที่ไมตองการเชนการพดู ใกลไมโครโฟน แบบคารดิออยดมากเกนิ ไป
9.1.5 เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบกราฟฟก(Graphicequaliser)
รูปท่ี 49 การควบคุมแบบกราฟฟก (Graphic equalisation)
เคร่ืองอีควอไลเซอรแบบกราฟฟก (Graphic equaliser) เปนเคร่ืองอีควอไลเซอรที่มีตัวกรอง เฉพาะความถที่ ี่ตายตัว (Fixed) อยู 30 ชอง แตละชองจะมโี พเทนชิออมิเตอรแบบเลื่อน (Sliding potentiometer) หรือเฟดเดอร (Fader) ปรับแถบความถ่ีแคบๆ (1/3 ออกเทฟ) จุดกึ่งกลางของแตละ แถบความถ่ีจะควบคุมจุดยอด (Peak) หรือจุดท่ีมีผลสูงสุด (Maximum effect) สวนความถ่ี ขางเคียงจะมีผลในสัดสวนทลี่ ดลงเมื่อเราปรับควบคุมความถี่ตลอดสเปกตรัมจะสามารถหลอแบบ สัญญาณที่ปรับในแถบความถี่ท่ีตองการเราควรจะหลกี เล่ียงการปรับควบคุมท่ีมีการเปลี่ยนแปลง มากๆระหวางแถบความถ่ีท่ีอยูขางเคียงกนั เชนมีการปรบั ลดทอนอยางเต็มท่ีท่ีแถบความถ่ีหนึ่ง แลวปรับยกอยางเต็มท่ีท่ีแถบความถ่ีใกลเคียง ทั้งน้ีเพื่อปองกันปญหาของการเลื่อนของเฟส (Phase shifting) มากเกินตองการ นอกจากน้ี เราควรจะปรับควบคุมความถี่ของระดับสัญญาณสูงสุดท้ัง เสียงพูดและเสียงเพลงท่ีอยใู นชวงความถ่ี 250-500 Hz เขาใกล 0 dB เพ่ือปองกันความเพ้ียน (Distortion)ที่เกิดจากการปรบั ระดับเพิ่มท้ังหมด
76
9.2 การปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน (Equalisation)
9.2.1 บทนํา
การขยายเสยี งเพ่ือเพ่ิมระดับความดังและคุณภาพของเสียงในหองปด เชนหองออดิทอเรียม (Auditorium) มักจะมีปญหาของการปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) หรือเสียงหอน (Howl) การปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) หรือการเกดิ เสียงหอน (Howl) สามารถเกิดขึ้นไดจ าก การเคล่ือนท่ีของเสียงท่ีแพรก ระจายมาจากลําโพงแลวปอนกลับมาสูไมโครโฟนเม่ืออัตราขยายของ ระบบเสียงคอยๆ เพ่ิมขึ้นจนถึงจุดท่ีระบบเกิดการออสซิลเลต (Oscillation) เราควรลดทอน อัตราขยายลง 6 dB ใหตํ่ากวา ระดับการออสซิลเลตที่เกิดข้ึนเอง เพื่อปองกันการเกิดการกังวาน (Ringing) ของเสียงพูดหรือเสียงเพลง
ตัวอยางของการใชงานที่มีปญ หาเชนระยะหางระหวางไมโครโฟนอยูหางจากผูพูดมากหรือ สภาพแวดลอมมีเสียงรบกวนมาก ทําใหระดับเสียงที่ตําแหนงผูฟงมีระดับตํ่า เมื่อผูใชงานพยายาม ขยายสัญญาณใหสูงขึ้น กจ็ ะเกิดปญหาของการปอนกลับของเสียง (เสียงหอน) หรือการกังวาน (Ringing) ของเสียง วิธีการปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน (Equalisation) จะชวยลดปญหา การปอนกลับของเสียง ทําใหคุณภาพของเสียงท้ังระบบดีข้ึน ทาํ ใหเ ราสามารถเพิ่มอัตราขยายของ ทั้งระบบสูงขึ้น นอกจากน้ี หองบางหองที่มีปญหาของความชัดเจนในการไดย ินเสยี งจากวัสดุที่ใช ตกแตง การปรับเทาหรืออีควอไลเซชันจะชวยปรับผลตอบสนองความถ่ีของท้ังระบบดีขึ้นได
แมวาการเลือกใชไมโครโฟน เครื่องขยายเสยี ง และลําโพงที่ดี จะเปน วิธกี ารสําคัญท่ีทําให ผลตอบสนองความถี่ของระบบดีขึ้น แตถาระบบยังมีปญหาอยูอีก การปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน ก็ยังเปนวิธีเสรมิในการปรับปรุงผลตอบสนองความถี่ของระบบใหดีย่ิงข้ึน
9.2.2 วงรอบการปอนกลับของเสียง(Theacousticfeedbackloop) วงรอบการปอนกลับของเสียง(Theacousticfeedbackloop)สามารถเกิดขึ้นตามลําดบั ดังนี้
1. ไมโครโฟน
2. เคร่ืองขยายเสยี งและตวั ปรับควบคุมความดัง (Volume control) พรอมตัวปรับควบคมุ
เสียงทุมแหลม (Tone control)
3. ลําโพง
4. การแพรกระจายของเสียงจากลําโพงปอนกลับไปยังไมโครโฟน 77
รูปท่ี50วงรอบการปอนกลบั ของเสียง(Theacousticfeedbackloop)
การแพรกระจายของเสียงจากลําโพงปอนกลับไปยังไมโครโฟนมีอยู 2 ทิศทางคือ
1. ทิศทางตรงจากลําโพงไปยังไมโครโฟนที่เรียกวา สนามเสียงทิศทางตรง (Direct sound
field)
2. ทิศทางที่เกิดจากการสะทอนครั้งเดียวหรือหลายคร้ังที่เรียกวา สนามเสียงแพรซึม
(Diffused sound field)
9.2.3 การปอนกลับของเสียงท่ีเรโซแนนซ(Resonantacousticfeedback)
การปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) คือการออสซิลเลตท่ีเกิดขึ้นเอง (Spontaneous oscillation) โดยมีสาเหตจุ ากการสงผาน (Transmission) ของเสียงที่แพรกระจายออกจากลําโพง ท่ี เปนขาออกของระบบ (System output) แลวปอนกลับเขามายังไมโครโฟน ที่เปนขาเขาของระบบ (System input)
ถาอัตราขยายของระบบคอยๆ เพ่ิมขึ้น ถึงจุดที่มีการออสซิลเลตท่ีเกิดข้ึนเอง (Spontaneous oscillation)ระบบจะเกดิ การปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)หรือเสียงหอน(Howl)ข้ึน การปอนกลับของเสียงที่เรโซแนนซ (Resonant acoustic feedback) สามารถเกิดข้ึนไดทุกๆ ความถ่ี ถา
1. มมุ ของเฟส(Phaseangle)ของการสงผาน(Transmission)ของเสียงถึงวงรอบ การปอนกลับของเสียง (The acoustic feedback loop) มีคาเทากับศูนย และ
2. เสียงจากลําโพงท่ีปอนกลับเขามายังไมโครโฟนมีระดับความดังสูงกวา เสียงจาก
แหลงกําเนิดหรืออัตราขยายของวงรอบมคี ามากกวาหรอื เทากับ1(Loopgain≥1) วงรอบน้ีจะเกดิข้ึนซํ้าๆไดดวยตวัเองและสรางอัตราขยายเพ่ิมข้ึนจนกระท่ังเสียงมีระดับความดัง
สูงสุดเทาท่ีระบบจะสามารถขยายได วิธีแกไ ขเบ้ืองตนคือ เราตองปรับลดตัวปรับระดบั ความดังลง
78
แมวาระบบเสียงจะมกี ารปรับอัตราขยายใหต่ํากวาอัตราขยายวิกฤติ(Criticalgain)การปอนกลับจะ ยืด (Prolong) สวนประกอบของเสียงท่ีความถ่ีวิกฤติ (Critical frequency) ทําใหเกิดเปน เสียงกังวาน(Ringing)หรือเสียงหอน(Howl)ข้ึนการปรับสวนเผื่อเสถียรภาพการปอ นกลับ (Feedback stability margin) หรือ FSM โดยลดอัตราขยายตํ่ากวาระดับท่ีมีการออสซิลเลตท่ีเกิดขึ้น เอง(Spontaneousoscillation)6dBจะปองกันการเกิดเสียงกังวาน(Ringing)ในชวงทมี่ ีเสียงพูด หรือเสียงเพลง
9.2.4 หลักการการปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน(Principlesofequalisation) ระบบเสียงในอุดมคติคือระบบเสียงที่มีผลตอบสนองความถี่ที่ราบ (Flat frequency response) ตลอด แถบความถี่คล่ืนเสียง เมื่อเราพิจารณาเฉพาะอุปกรณระบบเสียงท่ีนํามาใชเพียงอยางเดียว การปรับควบคุมระบบเสียงใหมีผลตอบสนองความถี่ที่ราบสามารถกระทําไดโดยไมค อยมีปญหา แตถาเราพิจารณาถึงระบบเสยี งท้ังระบบ โดยรวมถึงการแพรกระจายของเสียงในหองปดที่มักมี ปญหาผลตอบสนองความถ่ีเราจะพบปญหาการปอนกลบั ของเสียง(Acousticfeedback)ท่ีสามารถ เกิดข้ึนเองไดการปรับควบคุมโดยการปรบั ยกหรือการลดทอนความถหี่ รือแถบความถ่ีที่มีปญหา เราเรียกวาการปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน (Equalisation)
รูปท่ี 51 ผลตอบสนองความถ่ีของระบบ
สมมติวาเราวดั ผลตอบสนองความถ่ีของระบบ(โปรดดูหัวขอ9.2.5)โดยมีกราฟของ ผลตอบสนองความถี่ดังรูปที่ 51 เราจะพบวา ความถ่ีท่ีวิกฤตและอาจจะเปนปญหาการเกิด การปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) คือท่ีความถ่ี 160 Hz และ 3.4 kHz
79
รูปที่ 52 ผลตอบสนองความถี่ของอีควอไลเซชัน
จากรูปที่52ถาเราทําการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันโดยปรับความถี่ใหมีความถ่ีเหมอื นภาพเสมือน ในกระจกเงา(Mirrorimaged)กลาวคือเราจะขยายระดับสัญญาณของความถี่ท่ีมีระดบั สัญญาณตํ่า พรอมกับลดทอนระดับสัญญาณของความถี่ท่ีมีระดับสัญญาณสูงจนนาจะเกิดเรโซแนนซได การใช เคร่ืองอีควอไลซอรแบบกราฟฟก (Graphic equaliser) หรือเครื่องอีควอไลเซอรแบบพาราเมตริก (Parametric equaliser) หรือเครื่องอีควอไลเซอรแบบอัตโนมัติที่กําจัดการปอนกลับ (Feedback exterminator) จากการทํางานจากตวั กรองแถบแคบ (Narrow band filters) จํานวนหนงึ่ ปรับความถ่ี วิกฤต(Criticalfrequency)และยังคงคาสวนเผ่ือเสถียรภาพการปอนกลบั (Feedbackstability margin) หรือ FSM ท่ี 6 dB
รูปที่ 53 ผลตอบสนองความถ่ีของระบบ หลังอีควอไลเซชัน
จากรูปท่ี53เราจะพบวาหลังจากทําการปรบั เทาหรืออีควอไลเซชันแลวผลตอบสนองความถี่ของ ท้ังระบบจะมคี ุณสมบัติคอนขางราบ
80
เราไมไดกําหนดวิธีการเฉพาะวา หองแบบใดควรจะตองทําการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันอยางใด เราจึงควรวดั ผลตอบสนองความถ่ีของท้ังระบบกอนแลวจึงเลือกเครื่องอีควอไลเซอรที่เหมาะสม ปรับแตงระบบเสียงใหผลตอบสนองความถี่ของทั้งระบบมีคุณสมบัติคอนขางราบ มีอัตราขยาย ตลอดยานความถ่ีสูงสุดเทาท่ีจะทําไดและรกั ษาอัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวนใหมีคาสูงไว หลังจากนนั้ เราควรจะทดสอบดวยการฟงเสียงเน่ืองจากผลตอบสนองของระบบที่ราบไมไดแปลวา ผลของการฟงจะเปนแบบราบเหมือนกนั บางครั้งเราอาจจะตองปรับแตงความถ่ีสูงท่ีสูงกวา1kHz ในอัตรา 3 dB ตอ ออกเทฟ (Octave)
9.2.5 วงรอบการปรับเทาหรือลูปอีควอไลเซชัน(Loopequalisation)
รูปที่ 54 วงจรการทดสอบวงรอบการปรับเทาหรือลูปอีควอไลเซชัน (Loop equalisation)
เราควรจะทําการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของทั้งวงรอบ ในงานระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต (Soundreinforcement)สําหรับเสียงพูดท่ีมปี ญหาของการปอนกลับของเสียงอุปกรณตางๆ ประกอบดว ยไมโครโฟนระบบ (System microphone) เคร่ืองขยายเสียง ลําโพง และหอง
วิธีการทดสอบสามารถกระทําไดโดยใชอปุ กรณการทดสอบ (Test unit) ท่ีสรางสัญญาณเสียงรัว (Warbled tone) แบบ 1/3 ออกเทฟ (Octave) ที่มีความถี่ระหวาง 20 Hz ถึง 20 kHz แลวปอน สัญญาณดังกลา วไปยังเคร่ืองขยายภาคกําลงั หรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier) เสียงท่ีเกิดขนึ้ จะสะทอนพ้ืนผิวของหองแลวเดินทางกลับไปยังไมโครโฟนระบบ(System microphone) จากน้ันอุปกรณทดสอบ (Test unit) จะวาดผลตอบสนองความถี่บนเคร่ืองบันทึกของ อุปกรณทดสอบ (โปรดดูรูปของผลตอบสนองความถี่จากรูปท่ี 51)
81
นอกจากนี้ เรายังสามารถทําการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันอีกวิธีหนึ่ง โดยปอนสัญญาณพิงกนอยส (Pink noise) เขายังระบบ แลววัดผลตอบสนองความถ่ีของระบบดวยเคร่ืองวิเคราะหสเปกตรัม เวลาจริงแบบ 1/3 ออกเทฟ (1/3 octave real time spectrum analyzer) สําหรับวิธีการปรับเทาหรือ อีควอไลเซชันแบบน้ี จะเหมาะสมกับการใชเคร่ืองอีควอไลเซอรแบบกราฟฟก (Graphic equaliser) แบบ 1/3 ออกเทฟ (Octave)
9.2.6 การปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของลําโพง(Loudspeakerequalisation)
รูปท่ี 55 วงจรการทดสอบการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของลําโพง (Loudspeaker equalisation)
สําหรับระบบเสียงท่ีใชถายทอดเสียงเพลงท่ีบันทึกไวกอน เราจะเจาะจงเฉพาะการวัดเสียงท่ี แพรกระจายออกมาจากลําโพง ในกรณีนี้เราจะใชไมโครโฟนท่ีไดรับการปรับเทียบการวัด (Calibrated measuring microphone) ต้ังไวท ่ีตําแหนงของผูฟง (จุดเฉลยี่ ) แลวเราจะทาํ การปรับเทา หรืออีควอไลเซชันเฉพาะเครื่องขยายภาคกําลังหรือเพาเวอรแอมพลิไฟเออร (Power amplifier) ลําโพงและหอ ง
วิธีท่ีสะดวกทสี่ ุดคือปอนสัญญาณพิงกนอยส(Pinknoise)เขายังชองขาเขาแบบไลน (Lineinput)ของเคร่ืองขยายเสียงของระบบแลววดั ผลตอบสนองความถี่ของระบบดวย เคร่ืองวิเคราะหสเปกตรัมเวลาจริงแบบ 1/3 ออกเทฟ (1/3 octave real time spectrum analyzer) ที่ ตําแหนงของผฟู ง
การใชเคร่ืองอีควอไลเซอรแบบกราฟฟก (Graphic equaliser) แบบ 1/3 ออกเทฟ (Octave) ทําการ ปรับเทาหรืออีควอไลเซชัน จึงเปนวิธีที่งายและสะดวกมาก
82
9.2.7 การปรับเทาหรืออีควอไลเซชันของลําโพงและวงรอบการปรับเทาหรือ ลูปอีควอไลเซชัน (Loudspeaker equalisation and Loop equalisation)
สําหรับระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต (Sound reinforcement) หรือระบบเสียงท่ีใชในการถายทอด เสียงเพลง เราจะทําการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันท้ัง 2 อยาง โดยจะทาํ การปรับเทาหรือ อีควอไลเซชันของลําโพงกอนเปนลําดับแรก แลวจงึ เพ่ิมเคร่ืองอีควอไลเซอร (Equaliser) ตอกับ ชองตอไมโครโฟนระบบ (System microphone channel) ทําการปรับเทาหรืออีควอไลเซชันอีกคร้ัง หน่ึง
83
10.0 เครื่องไทมดีเลย (Time delay)
ปญหาเวลาการเดินทางของเสียงมักจะเกิดข้ึนจากการใชงานระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต(Sound reinforcement) ในหองออดทิ อเรียม (Auditorium) ขนาดใหญ โดยปกตแิ ลว เราจะติดต้ังลําโพง หลายๆตัวทางดานซายและดานขวาของหองโดยเร่ิมติดตั้งต้ังแตดานขางของเวทีและกระจายไป ตามแนวความยาวของหองออดิทอเรียม เมอื่ ลําโพงทั้งหมดกระจายเสยี งออกมาพรอมๆ กัน ผูฟงจะ ไดยินเสียงจากลําโพงตัวท่ีอยูใกลที่สุดแทนที่จะไดยนิ จากลําโพงที่อยูขางเวทีบางครงั้ ผูฟงจะเห็น ภาพและยินเสียงที่เกิดขน้ึ คอนขางขัดแยงกนัจากเหตุของการเดินทางของเสียงเราสามารถแกไข ปญหาดังกลาวได โดยใชเ คร่ืองไทมดีเลย (Time delay equipment) ประวิงเวลาเสียงท่ีกระจายออก จากลําโพงแตล ะตัวหรือแตล ะกลุม
เนื่องจากเสยี งเดินทางในอากาศดวยความเรว็ ประมาณ 340 เมตรตอวินาที หรือประมาณ 5 เมตรตอ 15มิลลิวินาทีดังนั้นเราสามารถคํานวณปรับแตงและประวิงเวลาเสียงใหเดนิ ทางจากลําโพงที่อยู ขางหลังชากวา ลาํ โพงที่อยูขางหนา ประมาณ 5 ถึง 15 มิลลิวินาที เวลาดงั กลาวจะแปรผันตาม ระยะทางเราควรปรับระดับความดังของลําโพงท่ีอยูขางหลังไมใหด ังเกิน10dBเทียบกับระดับ ความดังของลําโพงตัวแรก เสียงที่เกิดข้ึนทงั้ ระบบก็จะเหมือนกับวามเี สียงดังจากลําโพงตัวแรก ตัวเดยี ว
นอกจากนี้ การใชระบบเสียงในสถานที่ท่ีมีระยะทางไกลๆ เชนสถานีรถไฟ ทําใหระบบมีปญหา เวลาการเดนิ ทางของเสียงของลําโพงท่ีอยูขางหนาเทยี บกบั ลําโพงท่ีอยูขางหลัง เปนผลใหเกดิ ปญหา เสียงกอง(Echo)และเสียงกอ งสะทอน(Reverberation)เวลาที่เราตองการประกาศเราสามารถ แกไขปญหาดงั กลาวไดโดยใชเคร่ืองไทมด ีเลย (Time delay equipment) ประวิงเวลาเสียงที่กระจาย อ อ ก จ า ก ล ํ า โ พ ง แ ต ล ะ ต ั ว ห ร ื อ แ ต ล ะ ก ล ุ ม เ ร า จ ะ ป ร ั บ แ ต ง เ ส ยี ง ใ ห เ ด ิ น ท า ง จ า ก ล ํ า โ พ ง ท ่ ี อ ย ู ข า ง ห ล ั ง ช า กวาลําโพงท่ีอยูขางหนาเสยีงจากลําโพงทกุตัวกจ็ะสัมพนัธ(Synchronise)กันระบบจะมีความ ชัดเจนของการไดยินเสยีงดขี้ึนทั้งน้ีเราควรจะเลือกลําโพงแบบเดยีวกนั และติดตั้งลําโพงโดยเล็ง มุมไมใหเสยี งเดินทางยอนไปทางดานหนา
84
รูปที่56แสดงเสียงที่ออกจากลําโพงโดยไมมีการใชเครอื่ งไทมดีเลยประวิงเวลา
รูปท่ี 57 แสดงเสียงที่ออกจากลําโพงโดยมกี ารใชเคร่ืองไทมดีเลยประวงิ เวลา
85
11.0 เครื่องบีบอัดและเครื่องจํากัดขนาด (Compressor & Limiter)
เครื่องบีบอัดและเครื่องจํากัดขนาด (Compressor & Limiter) เปนเครื่องมือที่ใชปรับลดทอนระดับ สัญญาณขาเขาใหมีระดับสัญญาณแกวงอยภู ายในคาของจุดเร่ิมเปล่ียนท่ีไดต้ังคาไวก อ น(Pre-set thresholdlevel)ระดับสัญญาณขาเขาท่ีอยตู ํ่ากวาจดุ เริ่มเปลี่ยน(Threshold)จะไมมผี ลการ เปล่ียนแปลงแตระดับสัญญาณขาเขาท่ีอยสู ูงกวาจะมีการลดทอนเราจะต้ังคาเวลาแอตแทก(Attack time) ไวที่ประมาณ 1 มิลลิวินาที ในขณะที่ต้ังเวลารีลีส (Release time) ที่สามารถปรับคาไดตาม การใชงานเชน ต้ังเวลาส้ันสําหรับเสียงพดู ประมาณ100มิลลิวินาทีและต้ังเวลายาวสําหรับ เสียงเพลง ประมาณมากกวา 1 วินาที
11.1 เคร่ืองบีบอัด (Compressor)
เคร่ืองบีบอัด (Compressor) จะลดทอนระดับคายอดของสัญญาณขาเขาที่อยูสูงกวาจุดเริ่มเปลี่ยน (Threshold)ประมาณ1/3(คาdB)ของคาท่ีมีอยูโดยไมส รางความเพ้ียน(Distortion)เชนระดับ สัญญาณขาเขาท่ีเพ่ิมขึ้น 30 dB จะถูกลดคาลงเหลือระดับสัญญาณขาออกเพียง 10 dB เราใชเครื่องบีบอัดสําหรับเสียงเพลงแบก็ กราวด(Backgroundmusic)ลดทอนไดนามิกเรนจ (Dynamicrange)ที่มีคาสูงๆจากการบันทกึ เสียงของซีดี(CD)เราจะต้ังคาเวลารีลีส(Releasetime) ไวท่ีประมาณมากกวา1วินาทีเพ่ือปองกนั การเกดิ เสียงเพลงที่ไมเปนธรรมชาติเชนเสียงข้ึนๆลงๆ (Pumping)
รูปที่ 58 กราฟของเคร่ืองบีบอัด (Compressor)
86
11.2 เคร่ืองจํากัดขนาด (Limiter)
เคร่ืองจํากัดขนาด(Limiter)จะจํากัดระดบั คายอดของสัญญาณขาเขาท่ีอยูสูงกวาจุดเร่ิมเปล่ียน (Threshold) ระดับสัญญาณขาออกจะมีคาคงท่ีอยูคาหน่ึงเชน 1 โวลต โดยไมสรางความเพ้ียน (Distortion) เราใชเครื่องจํากดั ขนาดสําหรบั ไมโครโฟนประกาศ เพ่ือจาํ กัดคาของระดับสัญญาณ ขาออกใหมีคาคงท่ีทําใหเสียงลักษณะตางๆที่พูดจากผูพดู เชนเสียงท่ีผพู ูดพูดใกลกับไมโครโฟน (ดัง)เสียงที่ผูพูดพูดไกลจากไมโครโฟน(คอย)เสียงผูชายหรือเสียงผหู ญิงมีระดับสัญญาณท่ีคงที่ เราจึงสามารถใชระดับคายอดสูงสุดไดอยางมีประสิทธิภาพสูงสุด การปรับคาตางๆ ของอุปกรณที่ เหลือในระบบจะมีระดับสัญญาณขาออกทไี่ มมีความเพยี้ น (Distortion)
รูปที่ 59 กราฟของเคร่ืองจํากัดขนาด (Limiter)
87
12.0 เครื่องควบคุมระดับความดงั อัตโนมัติ (Automatic volume control)
เคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) หรือ AVC เปนเครื่องมือท่ีใช ควบคุมคาระดบั ความดังของการประกาศในระบบเสียงสาธารณะ(Publicaddress)ใหส ัมพันธกับ ระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบ (Ambient noise) ทําใหเกิดความม่ันใจวาผูฟงจะได ยินเสียงท่ีมีความชัดเจนในการไดยินเสียงสูงโดยไมไดม ีการรบกวนจากเสียงรบกวนโดยรอบ
เครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) มีวิธีทํางานโดยอาศัย ไมโครโฟนท่ีตออยูกับชองขาเขาตรวจจับ (Sensor input) วัดระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอม โดยรอบ (Ambient noise) แลวขยาย (Amplify) เรยี งกระแส (Rectify) และนําไปใชเปนคาระดับ สัญญาณเปรียบเทียบกับคาระดับสัญญาณที่ไดต้ังคาไว
เครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) จะตงั้ อัตราขยายของระบบ ในขณะท่ีระดบั เสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบมีคาสูงตอเมื่อระดับเสียงรบกวนจาก สภาพแวดลอมโดยรอบมีคาลดลงเครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมตั ิ(Automaticvolume control)จะลดทอนอัตราขยายของระบบใหเหมาะสมกับระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอม
โดยปกตแิ ลวเคร่ืองควบคุมระดับความดังอตั โนมัติ (Automatic volume control) จะสามารถควบคุม การลดทอน(Attenuation)อยูท่ีคาระหวาง6ถึง21dBข้นึ อยูกับระดบั ความดังสูงสุดของ ระบบเสียงที่สามารถรับไดตัวอยางเชน ถาเรากําหนดระดบั ความดังสูงสุดของเสียงประกาศที่ผูฟง สามารถฟงไดอยางสบาย ท่ี 80 dB (SPL) เราเลือกลําโพงท่ีผานการคํานวณมาแลวใหระดับ ความดังที่ 89 dB (SPL) ดังน้ัน คาที่เหมาะสมสําหรับเคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) คือ 9 dB
เคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) ท่ีสามารถควบคุมระดับ สัญญาณได 21 dB เปนอุปกรณท่ีใชในงานระบบเสียงสาธารณะเราสามารถควบคุมการลดทอน ระดับความดนั เสียงสูงสุดได101dB(SPL)หรือคิดเปน ระดับสัญญาณ21dBสูงกวาระดับเสียงท่ี ผูฟงสามารถฟงไดอยางสบาย คือท่ี 80 dB (SPL)
88
เครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) เปนอุปกรณที่ไดรบั การตั้งคาไวกอ นจากโรงงาน(Factorypre-set)ดังน้ันเราจึงควรปรับอัตราขยายของไมโครโฟนที่ตอ กับชองขาเขาตรวจจับ (Sensor input) ใหสัมพันธกับโซนลําโพง (Loudspeaker zone) ท่ีเราตองการ ควบคุม และเวลาท่ีต้ังใหม (Reset time)
ถาเราใชไมโครโฟนในโซนลําโพงที่มีการควบคุมของเคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automaticvolumecontrol)เราจะตองปรบั อัตราขยายใหเหมาะสมกบั การปอนกลบั ของเสียง (Acoustic feedback) ในขณะท่ีระดับเสยี งรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบมีคาลดลง เครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติจะลดทอนอัตราขยายของระบบ แตเมื่อระดับเสียงรบกวนจาก สภาพแวดลอมโดยรอบมีคาสูงขึ้นเคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมตั ิจะเพ่ิมอัตราขยายของ ระบบและมีโอกาสเกิดการปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)เราจะตองปรับอตั ราขยาย ใหเหมาะสมโดยไมควรใหเกิดการปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)และปรบั อัตราขยาย ใหเหมาะสมกบั ระดับสัญญาณท่ีตํ่าจากไมโครโฟนเน่ืองจากการพดู เบาไปหรือการพดู หางจาก ไมโครโฟนมากเกินไป
89
13.0 คุณสมบัติทางเทคนิคของเครื่องขยายเสียงและอุปกรณประกอบ
13.1 คุณสมบัติทางเทคนิค (Specification)
13.1.1 ผลตอบสนองความถ่ี(Frequencyresponse)
รูปที่ 60 ผลตอบสนองความถี่ที่ราบ (Flat frequency response)
รูปที่ 60 แสดงกราฟผลตอบสนองความถ่ีที่ราบ (Flat frequency response) ของเครื่องขยายเสียงที่ เหมาะกับการขยายเสียงเพลง
เราสามารถเขียนคุณสมบัตทิ างเทคนิค(Specification)เก่ียวกับผลตอบสนองความถี่ที่ราบแบบนี้ โดยเราจะระบคุ วามถี่ที่จุดท่ีเสนโคงของผลตอบสนองความถ่ีตกลงมาจากระดับปกติ3dB
รูปที่ 60 แสดงตัวอยางผลตอบสนองความถี่ คือ 63 Hz ถึง 16 kHz
เมื่อเราเขียนคณุ สมบัติทางเทคนิคเกี่ยวกับผลตอบสนองความถ่ีของเคร่ืองขยายภาคกําลังหรือ เพาเวอรแ อมพลิไฟเออร(Poweramplifier)ระดับที่เราควรวัดคือ10dBตํ่ากวากําลังขาออก ที่ระบุ (Rated output power)
เราควรจะศกึ ษาคุณสมบัติทางเทคนิคเกี่ยวกับผลตอบสนองความถ่ีอยางละเอียดเน่ืองจาก ผูผลิตจะระบุผลตอบสนองความถี่ท่ีมาตรฐานตางกันเชน ถาผูผลิตระบุผลตอบสนองความถ่ีท่ีวัดที่ –6 dB ผลตอบสนองความถี่ก็จะกวางกวาท่ีกําหนดไวท่ี –3 dB
90
13.1.2 แบนดวิดทของกําลัง(Powerbandwidth)
แบนดว ิดทของกําลัง (Power bandwidth) คือชวงความถี่ทเ่ี ครื่องขยายเสยี งสามารถขยายไดตาม กําลังที่ระบุ(Ratedpower)โดยกําหนดไวท ่ี–3dBรวมกับระดับความเพ้ียนสูงสุด(Maximum distortion level หรือ Total harmonic distortion) หรือ THD ตามที่ผูผลิตไดระบุไว เชน เครื่องขยายเสยี งสําหรับระบบเสียงสาธารณะ (Public address) หรือ PA จะมี THD = 0.5%
13.1.3 ความเพยี้นเชิงเสน(Lineardistortion) ถาเคร่ืองขยายเสียงไมสามารถขยายสัญญาณตลอดยานความถ่ีท้ังสเปกตรัม (Spectrum) ไดอยาง สมมาตรแลว รูปคล่ืน (Waveform) ท่ีขยายจะมีรูปรางเปล่ียนไปโดยมรี ูปรางเหมือนกับเราใช ตัวควบคุมทุมแหลม (Tone control) ปรับสัญญาณ การเปลี่ยนแปลงของสัญญาณนี้ เราเรียกวา ความเพยี้ นเชิงเสน (Linear distortion) ถาคาของความเพ้ียนดังกลาวมีคาสูงสุดแลว เสียงที่เรา ปอนเขาเคร่ืองขยายเสียงจะมสี ัญญาณขาออกผิดเพยี้ นอยางสุดโตง เชน สัญญาณขาเขาเปน เสียงกีตาร สัญญาณขาออกอาจเปนเสียงเปย โน
13.1.4 ความเพยี้นไมเชิงเสน(Nonlineardistortion)หรือการขริบ(clipping)หรือ ความเพยี้ นเชิงฮารมอนิกท้ังหมด (Total harmonic distortion) หรือ THD
ถาเราปอนสัญญาณที่มีระดับสัญญาณสูงเกินไปเขาเคร่ืองขยายเสียง แรงดันไฟฟาของสัญญาณ ขาออกก็จะถกู ขริบ (Clip) ออก เนื่องจากระดับสัญญาณขาเขาดังกลาวมีขนาดมากกวา ไดนามิกเรนจ (Dynamic range) ของเคร่ืองขยายเสียง เราเรียกผลท่ีเกิดขนึ้ น้ีวา ความเพยี้ นไมเชิงเสน (Non linear distortion)เนอื่ งจากการขรบิ ออกของแรงดันไฟฟาทําใหรูปคลื่นสัญญาณกลายเปน คล่ืนจัตุรัส (Squarewave)จนคล่ืนสัญญาณมีฮารมอนกิ (Harmonic)เพ่ิมขึ้นเราจึงเรียกวาความเพ้ียนเชิง ฮารมอนิกทั้งหมด (Total harmonic distortion) หรือ THD ผลท่ีเกิดขึ้นก็คือการเปล่ียนแปลงเสียง โดยไมไดมีการแตงเสียง
รูปท่ี 61 ระดับสัญญาณขาเขาท่ีสูงเกินไปของเครื่องขยายเสียง 91
ปญหาอีกประการหนึ่งที่จะเกิดข้ึนก็คือ เมอ่ื มีกระแสไฟฟาจากเครื่องขยายเสยี งมีคาเพ่ิมข้ึนจน เกินกําหนดเครื่องขยายเสียงจะสงพลังงานไปยังลําโพงมากจนเกินพกิ ัดของคากําลังที่ลําโพง สามารถรับได (Loudspeaker power handling capacity) หรือ PHC ลําโพงก็อาจจะเสียหายได
13.1.5 กําลังขาออกท่ีระบุ(Ratedoutputpower)
รูปท่ี 62 กราฟของคายอดสูงสุดเทียบกับคาเฉล่ีย
กําลังขาออกท่ีถูกความเพยี้ นจํากัดที่ระบุ (Rated distortion limited output power) หมายถึงคากําลัง ของเครื่องขยายเสียงที่สามารถจายใหแ กโหลด(Load)ท่ีมีอิมพีแดนซตามความถี่หรือแถบความถ่ี (1kHz)โดยมคี าความเพี้ยนไมเกินความเพี้ยนเชิงฮารมอนิกทั้งหมด(Totalharmonicdistortion) หรือTHDตามคาท่ีไดระบุไวท้ังน้ีเปน ไปตามมาตรฐานIEC268-3
การพูดดังเกินไป หรือการเปล่ียนแปลงของเสียงเพลงทันทีทันใด สามารถทําใหเสียงเกิดคายอด สูงสดุ (Peak) ได โดยทว่ั ไปแลว เราควรปรับใหเสียงพดู และเสียงเพลงมีระดับคายอดสูงสุดของ แรงดันไฟฟาประมาณ3เทาของคาเฉล่ียโดยไมเกิดความเพี้ยนของการขยายเสียงพดู และเสียงเพลง
เราสามารถแสดงในรูปของ dB คือ 20 log 3 = 10 dB ในที่น้ี เรากําหนดคา 10 dB เปนอัตราสวน กําลัง เราจะพบวาคายอดสูงสุดของกําลัง (Peak power) มีคาประมาณ 10 เทาของคาเฉล่ียของกําลัง (Average power) เราเรียกคายอดของกําลังนี้วา กําลังที่ระบุ (Rated power) ของเคร่ืองขยายเสียง ตัวอยางเคร่ืองขยายเสียงขนาดกําลัง100วตั ตมีความไวของสัญญาณขาเขา(Inputsensitivity)
100 mV หมายความวาเครื่องขยายเสียงสามารถใหกําลังขาออก 100 วัตต เม่ือระดับแรงดันไฟฟา ของสัญญาณขาเขามีคา100mVขนาดกําลงั 100วัตตของเครื่องขยายเสียงคือคากําลังขาออกสูงสุด ที่เคร่ืองขยายเสียงสามารถจายไดโดยยังคาความเพย้ี นต่ํากวาท่ีไดระบุไว
92
ภายใตภาวะปกติ ถาเราสมมติใหคาเฉล่ียของแรงดันไฟฟามีคา 33 mV เพ่ือใหคายอดสูงสุดของ แรงดันไฟฟามีคา100mVคาเฉล่ียของกําลังขาออกจะมคี าเพียง10วัตตเพื่อใหคายอดสูงสุดของ กําลังขาออกมีคา 100 วัตต หมายความวาเครื่องขยายเสียงจะทํางานเพียง 10% ของคากําลังท่ีระบุ (Rated power) หรือคายอดสงู สุด (Peak)
13.1.6 กําลังขาออกที่ถูกอุณหภูมิจํากัด(TemperatureLimitedoutputpower,TLOP)
มาตรฐาน IEC 65 ไดกําหนดมาตรฐานเกยี่ วกับเคร่ืองขยายเสียงท่ีทํางานภายใตภาวะตา งๆ ท่ีไม เอื้ออํานวยวา จะตองทํางานตอเน่ืองได 12.5% ของขนาดกําลังขาออกที่ไดระบุ (Rated output power)โดยไมมีสวนประกอบอิเล็กทรอนิกสตัวใดมีความรอนสูงเกนิ ไปตัวอยางเชนถามีการใช เคร่ืองขยายเสยี งจํานวนหลายเครื่อง แตละเคร่ืองมีขนาดกาํ ลัง 100 วัตต อุณหภูมิโดยรอบ (Ambient temperature) 45°C และแรงดันไฟฟามีคา +10% เกินกวาคาของแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) ติดต้ังในตแู ร็ก(Rack)ขนาดมาตรฐาน19น้ิวและวางอยเูหนือท่ีกนั และกันเคร่ืองขยายเสียงจะตอง จายกําลังเฉล่ียได 12.5 วัตต ไดอยางตอเนอื่ งตลอด 24 ชม. โดยไมเกิดความรอนสูงเกินไป (Overheating)
93
13.2 การปรับระดับสัญญาณในระบบ(Adjustingsignallevelsinasystem)
13.2.1 ไมโครโฟน(Microphone) เราตอพวงไมโครโฟนที่ใชสําหรับประกาศกับเครื่องขยายภาคตน (Preamplifier) และ เครื่องจํากัดขนาด(Limiter)เราจะปรับระดับสัญญาณท่ีเดินทางในสายไมโครโฟนไวอ ยาง เหมาะสมเครอื่ งจํากัดขนาดจะจํากัดระดับสัญญาณขาออกสูงสุดไวที่0dBV(=1V)เราควรจะปรับ โพเทนชิออมิเตอร(Potentiometer)ของเคร่ืองขยายภาคตนเพ่ือปรับอตั ราขยายกอนแลวจึงปรับ เครื่องจํากัดขนาดใหเหมาะสมกับระดับเสียงของผูประกาศและ/หรือระดับเสียงทที่ ําใหเกดิ การปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) ระดับคายอดสูงสุดของสัญญาณจะทําให เคร่ืองจํากัดขนาดทํางาน ดังน้ัน ระดับสัญญาณเฉล่ียของเสียงพูดควรจะปรับอยูที่คา –8 dBV เพื่อใหคายอดสูงสุดของสัญญาณเขาใกลคา 0dBV
13.2.2 อุปกรณประกอบสําหรับการประมวลสัญญาณ(Signalprocessingequipment) ถามีการใชงานเก่ียวกบั อุปกรณประกอบสาํ หรับการประมวลสัญญาณ (Signal processing equipment) อ่ืนๆ เชน เคร่ืองอีควอไลเซอร เคร่ืองไทมดีเลย เปนตน เราควรจะปรับตงั้ อัตราขยาย โดยหลีกเลยี่ งไมใหเกิดอัตราขยายหรือการลดทอนของเสียงพูดและเสียงเพลงท่ีไมตอ งการและ สามารถตรวจสอบได โดยใชสัญญาณพิงกนอยส (Pink noise) สําหรับอุปกรณกําเนิดสัญญาณตางๆ เชนสัญญาณเตือนกอนประกาศสัญญาณเตือนภยั เราควรปรับใหระดบั สัญญาณมีเฉล่ียคาท่ี–8dBV และสามารถตรวจสอบไดจากวยี มู ิเตอร (VU meter) บนเคร่ืองขยายเสียงโดยใหมีคา 0
13.2.3 เคร่ืองขยายเสยีง(Amplifier)
เครื่องขยายเสยี งตองการระดับสัญญาณขาเขา 0 dBV เพ่ือสามารถจายแรงดันไฟฟาขาออกได
100 โวลตที่อิมพีแดนซของโหลดท่ีระบุ เรากําหนดคาความเพยี้ นเชิงฮารมอนิกท้ังหมด (Total harmonicdistortion)หรือTHDแบนดวดิ ทของกําลัง(Powerbandwidth)อัตราสวนสัญญาณตอ สัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio) เปนตน สําหรับระดับสัญญาณขาออกที่ระบุ ตามมาตรฐาน IEC 268-3, DIN45500 FTC และอ่ืนๆ กําลงั ขาออกที่ถูกอุณหภูมิจํากดั (Temperature limited output power) หรือ TLOP ตามมาตรฐาน IEC 65 ไดกําหนดใหก ําลังขาออกมีคา 9 dB ตํ่ากวา กําลังขาออก ท่ีระบุ(Ratedoutputpower)ภายใตภาวะการทํางานที่หนกั ท่ีสุดและวัดกําลังขาออกท่ีมีการระบาย อากาศท่ีภาคขยายกําลัง (Amplifier power stage) ท่ีอาจจะมีตัวระบายความรอน (Heat sink) หรือ พัดลมระบายอากาศ (Ventilator) สําหรับวียูมิเตอร (VU meter) ท่ีมีเวลาอินทิเกรชัน (Integration time) 240 มิลลิวินาที เราจะปรับแรงดันขาออกดวยสัญญาณคล่ืนไซน (Sine wave) ใหมีคา 40 โวลต โดยใหวยี ูมิเตอรอานคา 0 (8 dB ที่ต่ํากวา 100 โวลต)
94
ในทางปฏิบัติ เราควรปรับระดับสัญญาณเสียงพูด และ/หรือ เสียงเพลง ใหวยี ูมิเตอรอานคาได 0 ถึง 3 dB เปนคาสูงสุด เพ่ือใหเ รามั่นใจวาเมื่อสัญญาณมีคายอดสูงสุดในชว งส้ันๆ ท่ีแรงดันไฟฟาเกิน 100 โวลต และไมทําใหเกดิ ความเพยี้ นท่ีผฟู งไมสามารถรับได
13.2.4 ลําโพง(Loudspeaker)
โดยปกตแิ ลวในงานระบบเสยี งสาธารณะ เราตอพวงลําโพงโดยระบบ 100 โวลตไลน โดยตอพว ง ลําโพงเขากับเคร่ืองขยายเสียงกับขั้วตอท่ีมกี ําลังต่ํากวาเชนP/2,P/4วตั ตที่ขั้วตอลําโพงและ
70, 50 โวลต ที่ขั้วตอเครื่องขยายเสียง โดยท่ัวไปแลว คา กําลังท่ีลําโพงสามารถรับได (Power handling capacity) ตามมาตรฐาน IEC 268-5 จะมีคามากกวาคากําลังท่ีระบุ (Rated power) ของ ลําโพงเราควรหลีกเล่ียงการเกิดความเสยีหายของลําโพงจากระดับสญัญาณที่สูงเกนิไปเชน การปอนกลับของเสียง (Acoustic feeddback) โดยใหกําลังที่ระบุของเครื่องขยายเสียงมีคา สอดคลองกับอิมพีแดนซของโหลดท่ีระบุ (Rated load impedance) ของเครือขายลําโพงท่ีตอพวงใน ระบบ100โวลตไลนดังน้ันผลรวมของกําลังท่ีระบุของลําโพงท่ีตอพวงกันทั้งหมดไมค วรจะเกิน กําลังที่ระบุของเคร่ืองขยายเสียง
13.2.5 เครื่องควบคุมความดังอัตโนมัติ(Automaticvolumecontrol) เคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) หรือ AVC เปนเครื่องมือท่ีใช ควบคุมคาระดบั ความดังของการประกาศในระบบเสียงสาธารณะ(Publicaddress)ใหส ัมพันธกับ ระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบ (Ambient noise) ทําใหเกิดความม่ันใจวาผูฟงจะได ยินเสียงท่ีมีความชัดเจนในการไดยินเสียงสูงโดยไมไดม ีการรบกวนจากเสียงรบกวนโดยรอบ
เคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) มีวิธีทํางานโดยอาศัย ไมโครโฟนท่ีตออยูกับชองขาเขาตรวจจับ (Sensor input) วัดระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอม โดยรอบ (Ambient noise) แลวขยาย (Amplify) เรยี งกระแส (Rectify) และนําไปใชเปนคาระดับ สัญญาณเปรียบเทียบกับคาระดับสัญญาณท่ีไดต้ังคาไว
เครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) จะตง้ั อัตราขยายของระบบ ในขณะที่ระดบั เสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบมีคาสูงตอเมื่อระดับเสียงรบกวนจาก สภาพแวดลอมโดยรอบมีคาลดลงเครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมตั ิ(Automaticvolume control)จะลดทอนอัตราขยายของระบบใหเหมาะสมกับระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอม
95
โดยปกตแิ ลวเคร่ืองควบคุมระดับความดังอตั โนมัติ (Automatic volume control) จะสามารถควบคุม การลดทอน(Attenuation)อยูท่ีคาระหวาง6ถึง21dBข้ึนอยูกับระดบั ความดังสูงสุดของ ระบบเสียงที่สามารถรับไดตัวอยางเชน ถาเรากําหนดระดบั ความดังสูงสุดของเสียงประกาศที่ผูฟง สามารถฟงไดอยางสบาย ที่ 80 dB (SPL) เราเลือกลําโพงท่ีผานการคํานวณมาแลวใหระดับ ความดังที่ 89 dB (SPL) ดังน้ัน คาที่เหมาะสมสําหรับเครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) คือ 9 dB
เคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) ท่ีสามารถควบคุมระดับ สัญญาณได 21 dB เปนอุปกรณท่ีใชในงานระบบเสียงสาธารณะเราสามารถควบคุมการลดทอน ระดับความดนั เสียงสูงสุดได101dB(SPL)หรือคิดเปน ระดับสัญญาณ21dBสูงกวาระดับเสียงที่ ผูฟงสามารถฟงไดอยางสบาย คือท่ี 80 dB (SPL)
เครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automatic volume control) เปนอุปกรณที่ไดรบั การตั้งคาไวกอ นจากโรงงาน(Factorypre-set)ดังนั้นเราจึงควรปรับอัตราขยายของไมโครโฟนที่ตอ กับชองขาเขาตรวจจับ (Sensor input) ใหสัมพันธกับโซนลําโพง (Loudspeaker zone) ที่เราตองการ ควบคุม และเวลาที่ต้ังใหม (Reset time)
ถาเราใชไมโครโฟนในโซนลําโพงที่มีการควบคุมของเครื่องควบคุมระดับความดังอัตโนมัติ (Automaticvolumecontrol)เราจะตองปรบั อัตราขยายใหเหมาะสมกบั การปอนกลบั ของเสียง (Acoustic feedback) ในขณะท่ีระดับเสยี งรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบมีคาลดลง เคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมัติจะลดทอนอัตราขยายของระบบ แตเม่ือระดับเสียงรบกวนจาก สภาพแวดลอมโดยรอบมีคาสูงขึ้นเคร่ืองควบคุมระดับความดังอัตโนมตั ิจะเพิ่มอัตราขยายของ ระบบและมีโอกาสเกิดการปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)เราจะตองปรับอตั ราขยาย ใหเหมาะสมโดยไมควรใหเกิดการปอนกลับของเสียง(Acousticfeedback)และปรบั อัตราขยาย ใหเหมาะสมกบั ระดับสัญญาณที่ต่ําจากไมโครโฟนเน่ืองจากการพดู เบาไปหรือการพดู หางจาก ไมโครโฟนมากเกินไป
96
วิธีติดตั้งอุปกรณฮารดแวร (Hardware installation)
14.1 ระบบความปลอดภัยและระบบสายดนิ หรือกราวด(Safetyandsystem’searth)
18.3.1 ระบบสายดิน(EarthingorGrounding)
ในการติดต้ังระบบเสียง เราตองมีระบบสายดินหรือกราวด (Ground) ที่ดี เพ่ือที่ระบบเสียงสามารถ ทํางานไดโดยมีประสิทธิภาพและความปลอดภัย
เครื่องหมายน้ีเปนสัญลักษณข องกราวดท่ีตอ กับแรงดันไฟฟาเมน(Mainsvoltage)เพ่ือ การปองกัน(Protective)และความปลอดภยั (Safety)ในกรณีท่ีเกดิ การลัดวงจร กราวดจ ะชว ยเหลือในการนําแรงดันไฟฟาลงดินกอน
เครื่องหมายนี้เปนสัญลักษณข องกราวดของอุปกรณระบบเสียงสวนใหญจะเปน แบบ โปรเฟสชันแนล เราตออุปกรณลงกราวดข องระบบ (System earth) โดยตอเขากับ ระบบสกรีน (Screen) หรือระบบชีลด (Shield) โดยเก็บรวบรวมสัญญาณรบกวน ทั้งหมดลงกราวดอุปกรณระบบเสียงจะตองมีกราวดทดี่ ี
เคร่ืองหมายน้ีเปนสัญลักษณของกราวดท่ีมกีารเดินสายแยกตางหาก เน่ืองจากกราวดที่ตอกับแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) มักเปนกราวดท่ีมี สัญญาณรบกวนอยูมาก การติดต้ังระบบควรมีกราวดทเ่ี ดินแยกตางหาก แลวตอเขากับ
เครื่องขยายเสียงหรอื ตูแร็ก(Rack)
14.0 ระบบสายดินหรือกราวดและระบบสกรีน (Grounding and screening)
97
18.3.2 กราวดลูป(Groundloop)
ในขณะท่ีเราตดิ ต้ังระบบกระจายสัญญาณระบบเสียงสาธารณะ(Publicaddressdistributionsystem) การตออุปกรณตางๆลงกราวดที่ไมด ีและไมถูกตองทําใหปญหากราวดลูป(Groundloop)และ ปญหาตางๆ เชนเสียงฮัม (Hum) ความเพ้ียน (Distortion) หรือความไรเสถียรภาพ (Instability) เกิดขึ้นตามมา รวมถึงภาวะโหลดเกินที่อาจจะสรางความเสียหายแกอุปกรณเหลานั้น
เราควรจะออกแบบวิธีการติดตั้งอุปกรณตางๆเปนอยางดีกอนท่ีปญหากราวดลูปจะเกดิ ขึ้นเพราะ เราจะมีความยงุ ยากและเสียเวลาในการตรวจสอบหาจดุ ท่ีสรา งปญหา
ในระบบท่ีมีอปุ กรณหลายๆตัวตอเขากับแรงดันไฟฟาเมน(Mainsvoltage)กราวดลปู ก็สามารถ เกิดข้ึนไดจากการเดินสายเมน (Main) ตัวอยางของอุปกรณที่มักจะเกิดปญหา ไดแก เคร่ืองเลนเทปคาสเซ็ตเคร่ืองเลนซีดีที่ติดตั้งอยูในในตแู ร็ก(Rack)ขนาดมาตรฐาน19น้ิว
รูปที่63การตอระบบสายดนิ หรือกราวดท ้ัง3แบบ
รูปท่ี 63 แสดงวิธีการตอระบบสายดินหรือกราวด 3 แบบที่แตกตาง ดังน้ี
การตอเขากับโครงของตูแร็ก (Rack)
การตอเขากราวดที่ตอกับแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) การตอเขากราวดของระบบ(Systemearth)โดยตอเขากบั ระบบสกรีน(Screen)หรือ
ระบบชีลด (Shield)
98
เรามีวิธีแกไขกราวดลูป โดยใหระบบตอลงกราวดเพยี งเสนทางเดียว ดังน้ี
1. อุปกรณระบบเสียง เชนเครื่องเลนเทปคาสเซ็ต เคร่ืองรับวิทยุ เคร่ืองเลนซีดี สวนใหญ
แลว อุปกรณจะไมมีข้ัวตอลงกราวดของแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) เราควรจะ ตอสวนที่เปนโลหะเชนกลอ งเขากับตูแรก็ (Rack)และควรจะตอกราวดของอุปกรณ ใหดีท่ีสุด เพื่อปองกันปญหาการตอเชื่อมท่ไี มดีเขากับตแู ร็ก (Rack)
2. เราควรตอกราวดของแรงดนั ไฟฟาเมน (Mains voltage) เขากับตูแร็ก (Rack) และตอ กราวดของอุปกรณระบบเสยี งท่ีจุดเดยี วกัน
3. สําหรับอุปกรณเคร่ืองขยายเสียงและอุปกรณอื่นๆ ท่ีมีกราวด 2 แบบ คือ กราวดไฟฟา เราจะตอกับ0โวลตของวงจรและกราวดของระบบเราจะตอเขากับตแู ร็ก(Rack)
4. เราควรตอกราวดของอุปกรณระบบเสียง เชนเครื่องเลนเทปคาสเซ็ต เครื่องรับวิทยุ
เคร่ืองเลนซีดีที่กราวดของเคร่ืองขยายเสียงแตถายังมีปญ หากราวดลปู อยูเราก็ควรใช
เคเบิลทรานสฟอรเมอร (Cable transformer) แบบ 1:1 แยกโดด (Isolate) กราวด
5. เม่ือมีเครื่องขยายเสียงหลายเครื่องวางซอนกันหรือติดตั้งรวมกันในตูแร็ก (Rack)
เราควรตอกราวดไฟฟาของอปุกรณตางๆทงั้หมดลงกราวดเพยีงจดุเดยีวเทานนั้ เราไมควรตอพวงกราวดซึ่งกันและกัน และ
ถามีกราวดตา งหากสําหรับสัญญาณ ก็ใหต อลงกราวดทจี่ ุดนี้
แตถามีกราวดข องแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) เพียงอยางเดยี ว ก็ควรตอ
กราวดไฟฟาลงที่จุดน้ีแลวตอ เขากับตูแร็ก(Rack)
รูปที่ 64 วิธีการตอระบบสายดินหรือกราวดของแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage)
99
18.3.3 กราวดลูปของไมโครโฟน(Microphonegroundloop) การเดินสายไมโครโฟนเปนระยะทางไกลๆมักจะเกดิ ปญหาของกราวดลูปเรามีวธิ ีปองกัน กราวดลูปของไมโครโฟนไดดังนี้
1. ถาเราจําเปนตอ งใชสายไมโครโฟนชนิดแกนเดยี วพรอมสายหุมหรือสายชีลด (Single screened)ก็ควรจะใชในระยะสั้นๆเนื่องจากเราใชสายหุมหรือสายชลี ดเปน สายสัญญาณปอนกลับ(Return)ของวงจรไมโครโฟนและลงกราวดท่ีชอ งขาเขาของ วงจรขยายภาคตน (Preamplifier) ทําใหเราขยายสัญญาณรบกวนหรือเสียงฮัมท่ีมีการ เหนยี่วนํา(Induced)รวมกับสัญญาณท่ีเราตองการในสายพรอมๆกนั ตามรูปที่65ที่ แสดงการตอไมโครโฟนชนิดแกนเดยี ว
รูปที่ 65 การตอไมโครโฟนชนิดแกนเดยี ว
2. โดยปกตแิ ลว เราควรใชสายไมโครโฟนชนิดสองแกนพรอมสายหุมหรือสายชีลด (Twin core screened) สายหมุ หรือสายชีลดที่ไมไดใ ชเปน สัญญาณปอนกลับ (Return) ของวงจรไมโครโฟนจะตอลงกราวดที่ชองขาเขาของวงจรขยายภาคตน (Preamplifier) การตอสายไมโครโฟนแบบน้ีมักจะไมสรางปญหาเร่ืองสัญญาณรบกวนหรือเสียงฮัมที่ ถูกเหนยี่ วนํา (Induced) เขามาในสาย แตในบางภาวะ ถาสนามแมเหล็กไฟฟามีสัญญาณ แรงมาก เชนสถานที่ที่ใกลกบั สถานีสงวิทยุกระจายเสยี ง สัญญาณรบกวนหรือเสยี งฮมั (Hum) ก็มีโอกาสที่จะถูกเหนี่ยวนํา (Induced) เขามาในสายหุมหรือสายชีลด และใน บางกรณี สัญญาณรบกวนหรือเสียงฮัมก็อาจจะมีโอกาสที่จะมีการเหนยี่ วนํา (Induced) เขามาถึงสายแกนได ตามรูปท่ี 66 ท่ีแสดงการตอไมโครโฟนชนิดสองแกน
รูปที่ 66 การตอไมโครโฟนชนิดสองแกน 100
3. การปองกันสญั ญาณรบกวนหรือเสียงฮัมที่มีการเหนยี่ วนํา (Induced) เขามาในสายหมุ หรือสายชีลด เราควรใชสายไมโครโฟนชนิดสองแกนพรอมสายหุมหรือสายชีลด (Twin core screened) สายหมุ หรือสายชีลดท่ีไมไดใ ชเปน สัญญาณปอนกลับ (Return) ของวงจรไมโครโฟนตอลงกราวดท่ีชองขาเขาของวงจรขยายภาคตน (Preamplifier) โดยตอเปนแบบบาลานซ (Balance) เราจะมีเคเบิลทรานสฟอรเมอร (Cable transformer) แบบ 1:1 แยกโดด (Isolate) กราวด เคเบิลทรานสฟอรเมอร (Cable transformer)ดังกลาวจะใหค าการขจัดแบบวิธีรวม(Commonmoderejection)มากกวา 30 dB เราจงึ สามารถขจัดสัญญาณรบกวนหรือฮัมออกไปไดคอนขางแนนอน ตาม รูปท่ี 67 ที่แสดงการตอไมโครโฟนชนิดสองแกนและเคเบิลทรานสฟอรเมอร (Cable transformer)และเราไมควรตอสายหุมหรอื สายชีลดที่ตัวกลองโลหะของเตาเสียบ (Plug) ของไมโครโฟน
รูปที่ 67 การตอไมโครโฟนชนิดสองแกนและเคเบิลทรานสฟอรเมอร
4. ตัวอยางการตอลงกราวดเมอื่ เราตอพวงอปุ กรณอิเล็กทรอนิกสตางๆ เขาดวยกัน เราจะตอลงกราวดของระบบทางดานรับสัญญาณของอุปกรณอิเล็กทรอนิกส ทั้งนี้เพื่อปองกนั การเกดิ กราวดลูป(เสียงฮัม)ตามรูปท่ี68ที่แสดงการตอลงกราวด เมื่อตอพวงอุปกรณอิเล็กทรอนิกสตางๆ เขาดวยกัน
รูปท่ี68การตอลงกราวดเมอื่ ตอพวงอุปกรณอิเล็กทรอนิกสตางๆเขาดวยกัน
3. 
101
14.2 การแทรกสอดของสัญญาณจากคล่ืนวิทยุหรือแรงดันไฟฟาเมน (Radio and main born interference)
เคร่ืองขยายเสยี ง (Amplifier) ของผูผลิตบางราย เชนฟลิปส/บอช (Philips/Bosch) และระบบ กระจายสัญญาณ(Distributionsystem)จะมีระบบการปอ งกันสัญญาณรบกวนจากภายนอกท่ีดี ในภาวะปกติ ปญหาสัญญาณรบกวนมักจะไมเปนอุปสรรคแตอยางใดตอการใชงาน แตปญหา สัญญาณรบกวนก็อาจจะเกดิ ข้ึนไดจ ากแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) และการใชอุปกรณตางๆ ในสถานที่ท่ีสนามแมเหล็กไฟฟามีสัญญาณแรงมาก เชน สถานท่ีท่ีใกลกับสถานีสงวิทยกุ ระจายเสยี ง เราควรจะตองแกปญหาสัญญาณรบกวนเปนกรณีๆ ไป
สาเหตุที่ทําใหเ กิดปญหาของการแทรกสอดของสัญญาณ (Interference) มีดังตอไปน้ี
1. มีความแรงของสนามไฟฟา (Electrical field strength) มากกวา 1 V/m โดยเกดิ จาก
การติดต้ังของระบบเสียงในสถานที่ตางๆ ดังน้ี
ภายในรัศมี 20 กิโลเมตรของสถานีสงเอเอ็ม (Medium wave radio
transmitter) ขนาดกําลังสง 1 MW
ภายในรัศมี 5 กิโลเมตรของสถานีสงเอฟเอ็มหรือโทรทัศน (FM or Television
transmitter) ขนาดกําลังสง 100 kW
ภายในรัศมี 100 เมตรของสถานีสงซีบี (CB or Citizen band) ขนาดกําลังสง
0.5 W โดยขึ้นกับทิศทางของสายอากาศ เชนสถานีสงซีบี (CB) ขนาด
ความถี่ 27 MHz
ใกลกับสถานท่ีท่ีติดตั้งเครื่องมือแพทย เชน ภายในรัศมี 100 เมตรของ
เครื่องบําบัดรักษาโดยใชคล่ืนวิทยุ (Radio-therapy unit) ขนาดกําลัง 1 kW ความถี่ 27 MHz
ความถี่ที่เกิน 200 MHz เชน เรดาร (Radar) หรือ สถานีถายทอดสัญญาณ (Relay connection)ที่ใชความถ่ีมากกวา1GHzมักจะไมสรางปญหาเกี่ยวกับสญั ญาณรบกวน นอกจากนี้ยังมอี งคประกอบอ่ืนๆ ที่ชว ยลดการรบกวนของสัญญาณจากคลื่นวิทยุ เชน ตัวตึกทใี่ ชสิ่งปลูกสรางจําพวกคอนกรีตเสริมเหล็ก เปนตน
2. มีแรงดันไฟฟา ท่ีมีสัญญาณยอดแหลม (Spike) บนแรงดนั ไฟฟาเมน (Mains voltage) ขนาดเกนิ กวา800Vที่สามารถเกิดไดจากการเปดปดสวติ ชของโหลดประเภท ตัวเหน่ียวนํา (Inductor) หรือตัวเก็บประจุ (Capacitor) ที่มีคาสูงๆ วิธีแกปญหาของ แรงดันท่ีมีสัญญาณยอดแหลม (Spike) บนแรงดันไฟฟาเมน (Mains voltage) คือการ ใชตัวกรอง (Filters) กรองสัญญาณยอดแหลม (Spike) ทิ้งไป
102
14.2.1 การปองกันสญั ญาณแทรกสอด(Preventionofinterference) วิธีปองกันสัญญาณแทรกสอดจากคล่ืนวิทยมุ ีอยู2วิธีดังน้ี
1. การสกรีนหรอื หอหุม (Screening) แหลงกาํ เนิดสัญญาณวิทยุ จะเปน วิธที ่ีไดผล มากท่ีสุด แตทาํ ไดคอนขางยาก เราสามารถปองกันสัญญาณแทรกสอดจากคล่ืนวิทยุ ดวยวิธีนี้เฉพาะอุปกรณที่สรา งปญหาเก่ียวกับสัญญาณรบกวนท่ีอยูในสถานที่เดียวกนั กับระบบเสียงที่เราตองการติดตั้งเชนอุปกรณเครื่องมอื แพทยเราสามารถจํากัด การแพรของคล่ืนวิทยใุ หอยูในที่ท่ีกําหนดไว เชนในกรงของฟาราเดย (Faraday cage)
2. การสกรีนหรอื หอหุม (Screening) อุปกรณระบบเสียงที่เก่ียวของ เปน วิธีที่เราใชกนั ท่ัวไป เราจะตดิ ต้ังอุปกรณตา งๆ เชนเคร่ืองขยายเสียง อปุ กรณระบบเสียงอื่นๆ เชน เคร่ืองเลนเทปคาสเซ็ต เคร่ืองรับวิทยุ เครื่องเลนซีดี ระบบกระจายเสียง (Distribution system)ในตูแร็ก(Rack)แลวสกรีนหรือหอ หุม(Screening)วงจรอิเล็กทรอนิกส ดังกลาว
ตูแร็ก(Rack)ที่ใชจะตองมีฝาบนฝาลางฝาขางและบานประตูท่ีเปนโลหะตแู ร็ก (Rack) อาจจะมีชองวางเปนรูหรือเกล็ดแบบหนาตาง (Louver) สําหรับระบายอากาศ ไดแตไมควรมีชองวางขนาดที่ใหญเกินไปเพ่ือใหตแู รก็ (Rack)มีประสิทธิภาพในการ สกรีนหรือหอหุม (Screening) จากสัญญาณรบกวน
เราจะลงกราวดอุปกรณตางๆเชนฝาแกนโลหะสําหรบั ติดต้ังโดยการตอเช่ือม สายไฟฟาสั้นๆ ระหวางอุปกรณเหลาน้ัน เราอาจจะตองตอเช่ือมหลายๆ จุดสําหรับ พื้นผิวขนาดใหญ เชนตอเชอ่ื มจํานวน 6 จุด เพ่ือเชื่อมตอฝาขางและฝาหลัง เปนตน ในกรณีที่มีปญ หาการแทรกสอดสัญญาณจากคล่ืนวิทยุคอนขางมากเราอาจจะตองขูด สีท่ีพนออกแลว ใชตะปูควงขนั พรอมสายไฟฟาทุกๆ 5 ถึง 10 ซม. เพื่อใหตูแร็ก (Rack) ปลอดจากสัญญาณรบกวนทเี่กิดจากการแทรกสอดสัญญาณจากคลื่นวทิ ยุตามรูปที่69 ท่ีแสดงการสกรีนหรือหอหมุ (Screening)ตูแร็ก(Rack)ขนาดมาตรฐาน19นิ้ว
103
รูปท่ี69การสกรีนหรือหอหมุ (Screening)ตูแร็ก(Rack)ขนาดมาตรฐาน19นิ้ว 14.2.2 สัญญาณแทรกสอดท่ีเกิดจากสาย(Interferenceintroducedviacables)
รูปที่ 70 วิธีการเดินสายแบบตางๆ เพ่ือปองกันสัญญาณแทรกสอดที่เกิดจากสาย (Interference introduced via cables)
สายเคเบิลทุกชนิดไมว าจะเปนสายสัญญาณ สายลําโพง สายเมนไฟฟามีโอกาสเปนสายอากาศ (Antenna)ไดทําใหสายเคเบลิ สามารถแพรสัญญาณรบกวนที่เปน คล่ืนวิทยุวิธีเบ้ืองตน ในการหา สายเคเบิลท่ีมีปญหาสัญญาณรบกวนสามารถทําไดโดยการถอดสายเคเบิล แลวเช่ือมสายเคเบิล แตละเสนจนกระท่ังพบสายเคเบิลที่เปนสาเหตุของปญหาดังกลาวจากนน้ั เราจะแกปญหาโดยการ พันสายเคเบิลใหเปนวงตามรูปท่ี 70
104
14.2.3 สัญญาณแทรกสอดที่เกิดภายในตแูร็ก(Rack)(Interferenceintroducedinsiderackunit)
ในบางกรณีที่เราเดินสายสัญญาณภายในตแู ร็ก(Rack)ก็อาจมีโอกาสเกิดเสียงฮัมขึ้นไดเน่ืองจาก การเดินสายสญัญาณท่ีใกลกบัสายเมนไฟฟาและหมอแปลงไฟฟาเราจงึควรเดินสายสัญญาณใหหาง จากสายเมนไฟฟาและหมอแปลงไฟฟาดังกลาว เพ่ือปองกันการเกิดสัญญาณรบกวน
14.2.4 สัญญาณแทรกสอดท่ีเกิดการเหน่ียวนําจากสายลําโพงแบบ100โวลตไลน (Interference induced from 100 V loudspeaker wiring)
การเดินสายสญั ญาณท้ังภายในตูแร็ก (Rack) และทอรอยสาย เราควรจะตองเดินสายสญั ญาณใหห าง จากสายลําโพงแบบ 100 โวลตไลน เพราะอาจจะทําใหเกดิ การเหนี่ยวนาํ ของสัญญาณและอาจจะทํา ใหระบบเกิดการออสซิลเลตได
14.3 ตูแร็ก(Rack)ขนาดมาตรฐาน19น้ิว(Standard19inchesrackunit)
การออกแบบอุปกรณสําหรบั ระบบเสียงสาธารณะ(Publicaddress)เชน เครื่องขยายเสียง (Amplifier) ของผูผลิตบางราย เชน ฟลิปส/ บอช (Philips/Bosch) ระบบกระจายสัญญาณ (Distributionsystem)แผงมอนิเตอรระบบเสียงและอุปกรณป ระกอบระบบเสียงอ่ืนๆทําใหเรา สามารถติดตั้งอุปกรณตางๆ ในตูแร็ก (Rack) ขนาดมาตรฐาน 19 นิ้วได สวนอุปกรณระบบเสียง อ่ืนๆ เชนเคร่ืองเลนเทปคาสเซ็ต เคร่ืองรับวิทยุ เคร่ืองเลนซีดี เราก็สามารถติดตั้งในตูแร็ก (Rack) ได โดยอาศัยอุปกรณประกอบ
เราสามารถคํานวณขนาดของตูแร็ก (Rack) ขนาดมาตรฐาน 19 นิ้วท่ีตองการ โดยใชมาตรฐาน ความสูง “HE” ที่มีขนาดเทากับ 44.55 มม. (1.75 นิ้ว) ตัวอยางเชน เคร่ืองขยายเสียง (Amplifier) ทั่วไปจะมีความสูง 3 HE หรือ 133.65 มม. การใชมาตรฐานความสูง HE จะชวยในการคํานวณ จํานวนของเคร่ืองขยายเสียง(Amplifier)ระบบกระจายสญั ญาณ(Distributionsystem) แผงมอนิเตอรระบบเสียงอปุกรณประกอบระบบเสียงและอุปกรณระบบเสียงอื่นๆเชนเคร่ืองเลน เทปคาสเซ็ต เคร่ืองรับวิทยุ เครื่องเลนซีดี เขากับขนาดของตูแร็ก (Rack) ที่กําหนดได
105
เรามีหลักในการวางแผนที่จะประกอบอุปกรณตางๆ เขาในตูแร็ก (Rack) ดังน้ี
1. เราควรจะตดิตงั้อุปกรณระบบเสียงเชนเครอื่งเลนเทปคาสเซ็ตเคร่ืองรับวิทยุ
เครื่องเลนซีดีท่ีมีแผงควบคมุ อยูดานหนาใหอยูในระดับความสูงท่ีเหมาะสมทําให
สะดวกแกก ารใชงานของผูควบคุม
2. ถาเราติดตั้งเคร่ืองขยายเสียงภาคกําลัง (Power amplifier) อยูดานลางของตูแร็ก (Rack)
และมีอุปกรณค วบคุมท่ีใชไมโครโพรเซสเซอร (Microprocessor) ติดตั้งอยูดานบนแลว เราควรติดตั้งแผงกันความรอน เพ่ือไมใหลมรอนจากการระบายอากาศสงผานความ รอนไปยังอุปกรณควบคุมทใี่ ชไมโครโพรเซสเซอร (Microprocessor) ทําใหอุปกรณ ควบคุมเกิดความไมเสถียรภาพในการทํางาน
3. ถาเราติดตั้งเครื่องขยายเสียงภาคกําลัง (Power amplifier) จํานวนหลายๆ เคร่ือง เราควร จะติดต้ังพัดลมระบายความรอนที่ดานลางของตูแร็ก (Rack) ใหเหมาะสมเพียงพอกบั ความรอนที่เกดิ ข้ึน
รูปท่ี 71 ตูแร็ก (Rack) ขนาดมาตรฐาน 19 น้ิว (Standard 19 inches rack unit) 106
การคํานวณทางอะคูสตกิ (Acousticalcalculation)
คุณลักษณะและวิธีการแพรกระจายของเสียงจะขึ้นกับสภาพแวดลอม เสียงท่ีเกิดจากแหลงกําเนิด แหลงเดยี วกันจะใหผลลัพธแตกตางกนั ในสภาพแวดลอมที่ตางกัน
เม่ือเราใชอุปกรณระบบเสียงแบบเดยี วกันในสถานท่ีแตกตางกัน เชนสนามกีฬา โบสถขนาดใหญที่ มีเสียงกองสะทอนมากหรือหองออดิทอเรยีมขนาดใหญท่ีมีการใชวัสดใุนการดดูซึมเสียงเราจะ พบวาเม่ือเปรยี บเทียบเสียงทไ่ี ดยินในแตละสถานที่จะแตกตางกันมาก
การออกแบบระบบเสยี งที่จะกลาวตอไปนี้ จะแบงออกได 2 แบบ คือ แบบภาวะภายนอกอาคาร (Outdoor) และแบบภาวะภายในอาคาร (Indoor)
องคประกอบสําคัญ 2 ส่ิงในการออกแบบระบบเสียงท้ัง 2 แบบที่เราควรคํานึงถึง คือ
1. ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด (Speech intelligibility) เพ่ือการสงขอความ
ที่ถูกตองไปยังผูฟงไดอยางชดั เจน
2. คุณภาพของการขยายเสียงหรือการถายทอดเสียง (Quality of reproduction) เพื่อการสง
เสียงตางๆ เชนเสียงเพลง ไปยังผูฟงไดโดยไมผิดเพย้ี น
15.0 การคํานวณทางอะคูสติก (Acoustical calculation)
107
16.0การคํานวณระบบเสียงสําหรบั สภาพแวดลอ มภายนอกอาคาร(Outdoorenvironment)
ในภาวะภายนอกอาคาร องคประกอบท่ีมีผลตอการถายทอดเสียง (Sound reproduction) และการฟง (Reception) มีดังตอไปน้ี
ความไว (Sensitivity)
กําลัง (Power)
สภาพทิศทาง (Directivity) ระยะทาง (Distance)
การสะทอน (Reflection)
การดูดซึม (Absorption)
การหักเห (Refraction)
การดูดซึมของอากาศ (Air absorption) ความช้ืน (Humidity)
อุณหภูมิ (Temperature) ความกอง (Echo)
16.1.1 กําลัง(Power)
16.1 คุณสมบัติทางเทคนิค
|
กําลัง (Power)
|
ระดับความดัง dB (SPL)
|
|
1W
|
100
|
|
2W
|
103
|
|
4W
|
106
|
|
8W
|
109
|
|
16W
|
112
|
|
32W
|
115
|
รูปที่ 72 ตารางเปรียบเทียบกําลังกับระดับความดัง dB
การเพ่ิมกําลังแกลําโพงเปน 2 เทาแตละครงั้ ระดับความดันเสียงของลาํ โพงจะเพ่ิมขน้ึ 3 dB ท่ีระยะ 1 เมตร ตามรูปที่ 72 เรากําหนดใหลําโพงมีความไว (Sensitivity) 100 dB (SPL) ที่ 1 วัตต 1 เมตร
108
เราคํานวณระดับความดนั เสียงที่กําลังตางๆไดจากสูตร dB (SPL) = SPL1.1 + 10 log P/P0
โดยท่ี SPL1.1 = ความไว (Sensitivity) ของลําโพงเปน dB (SPL) ท่ี 1 วัตต 1 เมตร P = กําลัง (วัตต)
P0 =กําลังที่อางอิงในทนี่ ้ีคือ1วัตต
ตัวอยาง ลําโพงมีความไว (Sensitivity) 100 dB (SPL) ท่ี 1 วัตต 1 เมตร เม่ือเราเพ่ิมกําลงั เปน 12 วัตต ระดับความดนั เสียงที่กําลัง12วัตตคือ
=100+10log12 =100+10.8
= 110.8 dB (SPL)
รูปท่ี 73 กราฟของการเปรียบเทียบอัตราสวนกําลังกับ dB
รูปท่ี73แสดงการเปรียบเทยีบระหวางอัตราสวนกําลังเทยีบกับdBเราพบวากําลังคา12วัตตคือ 10.8 dB
16.1.2 สภาพทิศทาง(Directivity) กอนท่ีเราจะคํานวณการครอบคลุมพื้นที่ของการแพรกระจายเสียงของลาํ โพง เราควรจะทราบถึง คุณลักษณะทางเทคนิคของลําโพงแตละชนดิ คุณลักษณะทางเทคนิคหลักคุณลักษณะหน่ึงก็คือ มุมเปด(Openingangle)ของลําโพงท่ีแสดงการแพรก ระจาย(Dispersion)ของเสียงตามความถี่ โดยมีการวัดในลักษณะของมุมที่แพรกระจายออกมาจากทางดานหนาของลําโพง การเลือกใช ลําโพงแตละชนิดขึ้นอยกู ับลักษณะการใชงานและสภาพแวดลอมท่ีเก่ียวของเชนถาเราใช ระบบเสียงในสถานท่ีที่กวางก็อาจจะตองเลือกลําโพงที่มีมุมเปด กวางเพ่ือความสามารถในการ ครอบคลุมพื้นท่ี
109
แตบางครั้งเราอาจจะตองพจิ ารณาถึงแนวการติดต้ังลําโพงดวย โดยเราติดต้ังลําโพงใหลําของเสียง (Beam of sound) เล็งมุมในทิศทางท่ีเฉพาะเจาะจง เนื่องจากการแพรกระจายของเสียงจากลําโพงใน มุมกวางอาจจะเปลืองพลังงานของเคร่ืองขยายเสียงหรอื เกิดการสะทอ นจากส่ิงปลูกสรางท่ีอยู ใกลเคียงทําใหร บกวนบุคคลอ่ืนได
นอกจากนี้การใชไมโครโฟนก็ทําใหเกดิ โอกาสรับเสียงปอนกลับจากลําโพงไดหากการจัดเล็งมุม ของการแพรกระจายของเสียงจากลําโพงเขา ไปในมุมรับเสียงของไมโครโฟน ลักษณะเชนน้ี เสียงจากลาํ โพงท่ีปอนกลับไปยังไมโครโฟนจะเปน ตนเหตุของการเกิดการปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) หรือเสียงหอน (Howl) ได เราจึงควรติดตั้งลําโพงใหมีชองวางของการ แพรกระจายของเสียง เพ่ือเปน จุดทว่ี างไมโครโฟน และหากเปนไปได ก็ไมควรวางไมโครโฟนอยู หนาลําโพง ตามรูปที่ 74
ลําโพงบางชนิดเชนลําโพงซาวนคอลัมนจะใหทิศทาง(Direction)ที่ดีเน่ืองจากมกี ารจัดกลุม ลําโพงในแนวต้ัง ที่ชวยใหผใู ชงานสามารถติดตั้งลําโพงและจัดมุมลําโพงไดงาย
การติดตั้งลําโพงเปนจํานวนหลายตัวในแนวยาวของสถานท่ี และลําโพงมีระดับความดันเสียงท่ีตํ่า หรือคอย เราควรพยายามติดต้ังลําโพงแตละตัวใหมีระยะหางกันตํ่ากวา 15 เมตร เพื่อลดปญหาของ เสียงกอง (Echo) แตถายังมีปญ หาเน่ืองจากการเดินทางของเสียง การใชเคร่ืองไทมดีเลย (Time delay) ดังที่กลา วไวใ นหัวขอ 10.0 ก็จะชว ยแกปญหานี้ได
รูปที่ 74 ตัวอยา งการติดตั้งไมโครโฟนและลําโพง โดยไมเกิดการปอนกลับของเสียง (Acoustic feedback) หรือเสียงหอน (Howl)
110
16.1.3 การลดทอนระดับความดังเนอื่ งจากระยะทาง(Attenuationduetodistance) เมื่อเราถายทอดเสียง (Sound reproduction) ในสภาพแวดลอมภายนอกอาคาร (Outdoor environment) ท่ีไมมีการสะทอนของเสียงจากสิ่งของตางๆ ผูฟงจะฟงเสียงจากสนามเสียง ทิศทางตรง (Direct sound field) เม่ือระยะทางเพิ่มขึ้นเปน 2 เทา ระดับความดันเสยี งของลําโพงจะ ลดลง 6 dB ตามรูปที่ 75 เรากําหนดระดับความดันเสยี งของลําโพงมีความไว 100 dB (SPL) ท่ี 1วัตต1เมตรและเราใหกําลงั 1วัตตแกลําโพง
|
ระยะทาง (Distance)
|
ระดับความดัง dB (SPL)
|
|
1 เมตร
|
100
|
|
2 เมตร
|
94
|
|
4 เมตร
|
88
|
|
8 เมตร
|
82
|
|
16 เมตร
|
76
|
|
32 เมตร
|
70
|
รูปท่ี 75 ตารางเปรียบเทียบระยะทางกับ dB
เราคํานวณระดับความดนั เสียงที่ระยะทางตางๆไดจากสตู ร dB (SPL) = SPL1.1 - 20 log r/r0
โดยที่ SPL1.1 = ความไว (Sensitivity) ของลําโพงเปน dB (SPL) ที่ 1 วตั ต 1 เมตร r = ระยะทาง (เมตร)
r0 = ระยะทางท่ีอางอิง ในที่นี้คือ 1 เมตร
ตัวอยาง ลําโพงมีความไว (Sensitivity) 100 dB (SPL) ที่ 1 วัตต 1 เมตร เมื่อเราเพ่ิมระยะทางเปน 25 เมตร ระดบั ความดันเสยี งที่ระยะทาง 25 เมตร คือ
=100-20log25 =100-28
= 72 dB (SPL)
111
รูปที่ 76 กราฟของการเปรียบเทียบระยะทางกับ dB
รูปท่ี76แสดงการเปรียบเทยีบระหวางระยะทางที่มีหนวยเปนเมตรเทยีบกับdBที่พบวา ระยะทาง 25 เมตร คือ 28 dB
16.1.4 การเปลี่ยนแปลงท้ังระยะทางและกําลัง(Variationsofbothdistanceandpower) สมมติวาเราตองการคํานวณระดับความดนั เสียงท่ีระยะทาง26เมตรและเราใหกําลงั 10วัตตแก ลําโพงที่มีความไว (Sensitivity) 100 dB (SPL) ที่ 1 วัตต 1 เมตร
ท่ีระยะทาง 26 เมตรระดับความดันเสียงจะลดลง
และ กําลังที่ใหแกลําโพง 10 วัตต ระดับความดันเสยี งจะเพ่ิมขึ้น ดังนั้น ผลของการเปลี่ยนแปลงทั้งระยะทางและกําลัง
เราสามารถใหสูตรสําหรับการคํานวณไดดงั นี้ Ldir =Ls+10logPel –LQ –20logr
= 20 log 26 = 28.3 dB = 10 log 10 = 10 dB = 100 – 28.3 +10
โดยที่
Ldir คือ คาระดับความดันเสยี งทตี่ องการคํานวณ
Ls คือ คาระดับความดันเสยี งของลําโพง SPL1.1 หรือ ความไว (Sensitivity) ของ
ลําโพงเปน dB (SPL) ท่ี 1 วัตต 1 เมตร ในแนวแกน Pel คือ กําลังท่ีใชของลําโพง
LQ คือ ระดับที่เปล่ียนแปลงในแนวแกนและนอกแนวแกน r คือ ระยะทางที่หางจากลําโพง
112
= 81.7 dB
16.1.5 การหักเห(Refraction)
รูปที่77การหกั เห(Refraction)หรือการหักโคง(Bending)ของเสียง
การหักเห(Refraction)หรือการหักโคง(Bending)ของเสียงเกิดข้ึนจากการเดนิ ทางของเสียงจาก ตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตวักลางหนึ่งเชนการเดินทางของเสียงในอากาศท่ีมีอุณหภูมิแตกตางกัน จะทําใหความเร็วของเสียงแตกตางกันดวย รูปที่ 77 แสดงการหักเห (Refraction) หรือการหักโคง (Bending)ของเสียงท่ีทําใหเสียงเดินทางลอยสูงข้ึนโดยมีสาเหตุจากอณุ หภูมิ
16.1.6 การสะทอน(Reflection) แมวาผลของการสะทอน(Reflection)ของเสียงจะเปนสาเหตุสําคัญที่เกดิ ขึ้นในสภาพแวดลอม ภายในอาคาร (Indoor environment) แตสําหรับสภาพแวดลอมภายนอกอาคาร (Outdoor environment) การสะทอน (Reflection) ของเสียงจากสิ่งปลูกสรางที่อยูรอบขาง ก็อาจจะทําใหเกดิ เสียงกอง (Echo) ได หรือการประวิงเวลา (Time delay) ของเสียงจากแหลงกําเนิดเสียงและ เสียงสะทอนทม่ี ีมากกวา 50 มิลลิวินาที จะทําใหผูฟงไดยนิ เสียงกองอยา งชัดเจน
โดยเหตุทเ่ีสียงเดินทางในอากาศดวยความเร็ว340เมตรตอ วินาทีถาความแตกตางระหวางระยะทาง ท่ีเสียงท่ีเดินทางโดยตรงกับระยะทางทเ่ี สียงท่ีเดินทางโดยการสะทอนมีคานอยกวา 17 เมตร หรือ เวลาที่แตกตางกัน 50 มิลลิวินาทีแลว เสยี งที่เดินทางโดยการสะทอนกลับมีผลเสริมใหกับเสียงท่ี เดินทางโดยตรงมากกวาจะทําใหเกดิ เสียงกอง
113
16.1.7 เสียงรบกวนจากสภาพแวดลอ มโดยรอบ(Ambientnoise) คุณภาพของระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต (Sound reinforcement) และ/หรือ ระบบเสียงสาธารณะ (Publicaddress)จะข้ึนอยกู ับระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบ(Ambientnoise) เสียงรบกวนตา งๆ เชน เสียงจากการจราจร เสียงจากโรงงานอุตสาหกรรม หรือแมแตเสียงพูดจาก กลุมชนกลุมใหญก็สามารถสรางระดับเสียงรบกวนใหกบั ระบบผูออกแบบจะตองชดเชย ระดับเสียงรบกวนดังกลาว
เราสามารถคํานวณระดับความดันเสียงจากแหลงกําเนิดท่ีแทจริงในภาวะท่ีมีเสยีงรบกวนจาก สภาพแวดลอมโดยรอบ (Ambient noise) โดยลบระดับความดันเสยี งของเสียงรบกวนออกจาก ระดับความดนั เสียงรวมทวี่ ดั ได
เราสามารถใหสูตรสําหรับการคํานวณไดดงั นี้ Ls = 10 log [10 L1/10 – 10 L2/10]
โดยท่ี Ls คือ คาระดับความดนั เสียงจากแหลงกําเนิดท่ีตองการคํานวณ
L1 คือ คาระดับความดันเสยี งรวมท่ีอานได เปนผลรวมของระดับความดนั เสียงจาก
แหลงกําเนิดกบั ระดับความดันเสียงของเสียงรบกวน
L2 คือ คาระดับความดันเสยี งของเสียงรบกวนท่ีอานได เมอ่ื เราปดแหลงกําเนิดเสยี ง
ตัวอยาง
ถา L1 ระดบั ความดันเสยี งรวม มีคา
และ L2 ระดบั ความดันเสยี งของเสียงรบกวน มีคา ดังนั้น Ls ระดบั ความดันเสยี งจากแหลงกําเนิด มีคา
= 60 dB (SPL)
= 55 dB (SPL)
= 10 log [106– 10 5.5] = 58.3 dB (SPL)
114
17.0การคํานวณระบบเสียงสําหรบั สภาพแวดลอ มภายในอาคาร(Indoorenvironment)
17.1 คุณสมบัติทางเทคนิค
รูปท่ี 78 กราฟของระดับเสียงในสนามเสียงทางตรง (Direct field) และสนามเสียงของความกองสะทอน (Reverberant field)
เราจะประสบปญหาตางๆ ที่ยุงยากหลายประการสําหรับการออกแบบระบบเสียงในสภาพแวดลอม ภายในอาคาร(Indoorenvironment)มากกวาการออกแบบระบบเสียงในสภาพแวดลอ มภายนอก อาคาร (Outdoor environment)
ในการออกแบบหองปดที่ใชระบบเสียงเราจะจดัท่ีน่ังของผูฟงในพ้ืนที่ทผ่ีูฟงตองฟงเสียงหางจาก แหลงกําเนิดเสียงเสียงความถ่ีสูงจะมีการดูดซับโดยอากาศในขณะทเี่สียงความถ่ีตํ่าก็จะสราง ความกองสะทอ น (Reverberation) จากการกระทบและการสะทอนกับกาํ แพงหรือเพดานที่มี ลักษณะแขง็ ดงัน้ันในภาวะของหองท่ีมีความกองสะทอน(Reverberation)และระยะทางระหวาง ผูฟงกับแหลงกําเนิดเสยี งมีคา มาก เราจะประสบปญหา 2 อยางที่หูของผูฟงดังน้ี
115
1. ระดับความดนั เสียงลดทอนลงตลอดสเปกตรัมของเสียงพูด (Speech spectrum) จาก แหลงกําเนิดเสียงทางตรง(Direct)หรือSPLdirตามหัวขอ 16.1.3
2. ความกองสะทอ น (Reverberation) ของสัญญาณความถ่ีตาํ่ ของสเปกตรัมเสียงพูด (Speechspectrum)จากการสะทอนและทศิ ทางอ่ืน(Reflected&Indirect)หรือSPLrev ผูฟงจะไดยินเสียงทุกๆเสียงในระดับทดี่ ังแตเสียงพยัญชนะในเสียงพดู จะถูกซอนหรอื ขจัดออกไปเนอื่ งจากความกอ งสะทอน(Reverberation)จนเกดิ ปญหาของความชัดเจน ในการไดยินเสียงที่ผูฟงไมส ามารถเขาใจในส่ิงท่ีผูพูดตอ งการส่ือสารได
17.1.1 การสะทอนและการดูดซึม(Reflectionandabsorption)
เม่ือเรามีแหลงกําเนิดเสยี งอยใู นหองปด ท่ีมกี ําแพง พน้ื และ เพดาน บางสวนของพ้ืนผิวของหองจะ สะทอนเสียง แตบางสวนก็จะดูดซึมเสียง ความเขมของเสียงท่ีสะทอน (Reflected sound wave) Iref จะมีคานอยกวา ความเขมของเสียงท่ีตกกระทบ (Incident sound wave) Iinc โดยท่ีพลังงานของเสียงที่ ตกกระทบจะสูญเสียไปในการสะทอนของเสียงดวยคา α ที่เปนคาสัมประสิทธ์ิการดูดซึม (Absorption coefficient)
เราสามารถคํานวณไดจ ากสตู ร Iref = (1 - α) Iinc
โดยปกตแิ ลววัสดุกอสรางสวนใหญจะมีการวัดคาα สัมประสิทธ์ิการดูดซึม(Absorption coefficient) และ r สัมประสิทธ์ิการสะทอน (Reflection coefficient) โดยท่ี
α+r=1 เราจะเห็นวาถาr=1เสียงจะถูกสะทอนออกท้ังหมดหรือเสียงไมถูกดดู ซึมโดยวัสดเุลย
นั่นคือα =0
ตารางของสัมประสิทธ์ิการดูดซึม(Absorptioncoefficient)ของวัสดุตางๆแสดงไวท ี่หัวขอ20.0 เราจะสังเกตไดวา วัสดุที่มีการดูดซึมเสียงท่ีดีจะมีคาสัมประสิทธ์ิการดูดซึม (Absorption coefficient)สูงกวาตามแถบออกเทฟ(Octaveband)และวัสดุท่ีมีความออนนุมจะมผี ลการดูดซึม เสียงท่ีความถสี่ ูงดีกวา
1. 
116
17.1.2 ความกองสะทอ น(Reverberation)
รูปท่ี 79 ผลของความกองสะทอน (Reverberation)
เสียงบางสวนจากแหลงกําเนิดเสียงในหองจะแพรกระจายโดยตรงไปยังผูฟง แตเสยี งสวนใหญจะ สะทอนกับพนื้ ผิวของวัสดกุ อนแพรก ระจายไปยังผูฟงการสะทอนของเสียงดังกลาวอาจจะเกดิ จาก การสะทอนเพยี งคร้ังเดียวหรอื หลายครั้งก็ได เราเรียกผลของการสะทอนดังกลาวเพียงคร้ังเดียวหรือ หลายคร้ังวา ความกองสะทอน (Reverberation) และผลของการสะทอนจะสรางสนามเสียงแพรซึม (Diffusefield)หรือสนามเสียงกองสะทอน(Reverberantfield)ตลอดทั่วทั้งหองระดบั สัญญาณที่ แทจริงของสนามเสียงแพรซึม (Diffuse field) หรือสนามเสียงกองสะทอน (Reverberant field) จะ ข้ึนอยูกับ 3 องคประกอบ ดังน้ี
1. คุณลักษณะทางเทคนิคของแหลงกําเนิดเสียง
2. ปริมาตรทางกายภาพของหอง
3. ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time)
17.1.3 ระยะเวลาความกองสะทอน(Reverberationtime)หรือRT60 ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 (T) หมายถึงระยะเวลาที่ทําใหระดับ เสียงกองสะทอ นท่ีเกิดขึ้น ทค่ี วามถี่หนึ่ง ลดลง 60 dB และมีหนว ยเปนวนิ าที เรามีสมมติฐาน เก่ียวกับการนาํ คาของระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) ไปคํานวณดังนี้
ระยะเวลาความกองสะทอน(Reverberationtime)ในหองจะเหมือนกนั ทั่วท้ังหอง ไมวาแหลงกําเนิดเสียงจะอยสู วนใดของหอ ง
ระยะเวลาความกองสะทอน(Reverberationtime)ในหองจะเหมือนกนั ท่ัวทั้งหอง ไมวาผูฟงจะอยูสวนใดของหอ ง
117
การขาดความชัดเจนของการไดยินเสยี ง (Intelligibility) ในหองเกิดจากระยะเวลา ความกองสะทอ น(Reverberationtime)ท่ียาวนานเสมอ
ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) จะขึ้นอยูกับปริมาตรของหอง และ การดูดซึมของเสียงทั้งหมด
ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ RT60 ตามกฎของซาไบน (Sabine) ใน ระบบสากล (SI) มีสูตรดังนี้
ดังนั้น โดยท่ี
_
RT60 =T =0.161V/(αS+4mV+nAp)
RT60 = T Volume = V Absorption=A
= 0.161 Volume / Absorption =⎯αS+4mV+nAp
⎯αS=Σ(αi Si)
V = ปริมาตรทั้งหมดของหอ ง หนวยเปน m3
A = คาการดูดซึมเสียงท้ังหมด (Total absorption) หนวยเปน m2 หรือ
ซาไบน (Sabine)
S=พ้ืนท่ีผิวทง้ัหมด(Surface)หนวยเปน m2
Si = พื้นท่ีผิว (Surface) หนวยเปน m2
m = การดูดซมึ ของบรรยากาศ (Atmosphere absorption) Ap=คาการดูดซึมเสียงของแตละคน(Absorptionperperson)หนวยเปน m2หรือ _ ซาไบน (Sabine)
α = สัมประสิทธ์ิการดูดซึมเฉลี่ย (Average absorption coefficient)
α = สัมประสิทธิ์การดูดซึม (Absorption coefficient)
จํานวนของผูฟงหรือผูชมในหองจะมีผลตอระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) เชนกันสําหรบั ในโรงมโหรสพเราใชผาพลัช(Plush)ที่มีลักษณะคลายกํามะหยี่หอหุมเกาอี้ การเปล่ียนแปลงจํานวนผูฟงหรือผูชมจะไมมีผลการเปล่ียนแปลงของระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberationtime)มากนกั เน่ืองจากคาการดูดซึมเสียงของเกาอ้ีท่ีผาคลุมจะมีคาเทากับคาการดูด ซึมเสียงของคนแตสําหรับสถานท่ีอ่ืนๆ เชนในสนามบิน (Airport) ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) ของหองท่ีมีจํานวนผูฟงมากจะมีผลการเปลี่ยนแปลงจากระยะเวลาความกอง สะทอน (Reverberation time) ของหองที่วา ง
118
เราสามารถคํานวณสูตรระยะเวลาความกองสะทอนใหมไ ด ดังนี้ ระยะเวลาความกองสะทอนใหม (New reverberation time) = VT/ [V + (6TnAp)]
โดยที่
V = ปริมาตรทั้งหมดของหอ ง หนวยเปน m3
T=ระยะเวลาความกองสะทอ นของหองเปลา(Reverberationtimeofemptyroom)
หนวยเปน วินาที(s)
n = จํานวนของผูฟงหรือผูชม Ap=คาการดูดซึมเสียงของแตละคน(Absorptionperperson)หนวยเปน m2หรือ
ซาไบน (Sabine)
รูปท่ี80คาระยะเวลาความกอ งสะทอนของหองแบบตางๆโดยข้ึนอยูกบั ปริมาตรทั้งหมดของหอง
ตัวอยางการคํานวณคาระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) หรือ T หองมีขนาดปริมาตร V = 30x20x10 m3 = 6,000 m3
ดังน้ัน T = 0.161x6,000 / A
A = คาการดูดซึมเสียงท้ังหมด (Total absorption) หนวยเปน m2
หรือ ซาไบน (Sabine)
119
เราสามารถคํานวณคาAไดด ังนี้
|
พื้นที่ผิว (Surface)
|
วัสดุ (Material)
|
α
|
ซาไบน (Sabine)
|
|
พื้นลาง (Floor)
|
พรม (Carpet)
|
30x20x0.37
|
222
|
|
กําแพงขาง (Side wall)
|
อิฐ (Bricks)
|
30x10x0.10
|
30
|
|
กําแพงขาง (Side wall)
|
อิฐ (Bricks)
|
30x10x0.10
|
30
|
|
กําแพงหนา (Front wall)
|
ผนังไม (Woodpanel)
|
20x10x0.10
|
20
|
|
กําแพงหลัง (End wall)
|
ผนังไม (Woodpanel)
|
20x10x0.10
|
20
|
|
เพดาน (Ceiling)
|
กระดานแข็ง(Hardboard)
|
30x20x0.15
|
90
|
|
|
คาการดูดซึมเสียงทั้งหมด (Total absorption)
|
412
|
เราจะได T=0.161x6,000/412 =2.34วินาที
ทั้งนี้ เราละเลยคาการดูดซึมของบรรยากาศ (Atmosphere absorption) และ คาการดูดซึมเสียงของคน (Absorption of person)
120
17.1.4 การคํานวณสนามเสียงทางตรงและสนามเสียงของการสะทอน(DirectandReflected sound field)
รูปท่ี 81 สนามเสียงทางตรงและสนามเสียงของการสะทอน (Direct and reflected sound field)
เราควรจะเขาใจลักษณะของสนามเสียงแบบตางๆที่เดินทางในหองปด เสียงท่ีมีการแพรกระจาย ออกจากแหลงกําเนิดกอนจะนําพาความชัดเจนของการไดยินเสยี ง (Intelligibility) สวนเสียงที่มี การแพรกระจายออกจากแหลงกําเนิดทีหลงั จะนําพาการรบกวน เราจะไดยินเสียงของผลรวมของ เสียงพูดท้ังหมดคือเสียงจากทิศทางตรง (Direct sound) และเสียงจากทศิ ทางอ่ืน (Indirect sound) ที่ เกิดจากการสะทอนแพรกระจายภายในชวงเวลา 20-30 มิลลิวินาที
รูปที่82เสียงที่มีประโยชนแ ละเสียงท่ีนําพาการรบกวน
121
สูตรสําหรับการคํานวณระดบั ความดังของเสียงของเสียงจากทิศทางตรง(Directsound)และ เสียงจากทิศทางอ่ืน (Indirect sound) มีดังน้ี
เสียงจากทิศทางตรง (Direct sound)
Ldir =Ls+10logPel –LQ1 –20logr1
เสียงจากทิศทางอื่น (Indirect sound)
Lindir =Ls+10logPel –LQ2 +10log(1–α1)–20logr2 Lindir =Ls+10logPel –LQ3 +10log(1–α2)–20logr3
จากเพดาน จากพ้ืน
โดยท่ี Ldir
คือ คาระดับความดันเสยี งจากทิศทางตรง (Direct sound)
Lindir คือ คาระดับความดันเสยี งจากทิศทางอื่น เปนเสียงที่มีการแพรกระจายออกจาก
แหลงกําเนิดทหี ลังและนําพาการรบกวน(Indirectsound)
Ls คือ คาระดับความดันเสยี งของลําโพง SPL1.1 หรือ ความไว (Sensitivity) ของ
ลําโพงเปน dB (SPL) ท่ี 1 วัตต 1 เมตร ในแนวแกน
Pel คือกําลังท่ีใชของลําโพง(วตั ต)
LQ คือ ระดับที่เปล่ียนแปลงในแนวแกนและนอกแนวแกน α คือ สัมประสิทธิ์การดูดซึม (Absorption coefficient)
r คือ ระยะทางที่หางจากลําโพง (เมตร)
122
17.1.5 การคํานวณสนามเสียงกองสะทอน(Reverberationsoundfield)
เสียงตางๆ ท่ีเดินทางยาวนานกวาชว งเวลา 20-30 มิลลิวินาที จะเปน เสยี งท่ีนําพาความอึกทึก ไมมีขอมูลที่ชัดเจน และมีการสะทอนท่ียุงเหยิง เราเรยี กวา ความกองสะทอน (Reverberation)
ระดับความดนั เสียงที่กองสะทอน(Lrev)จะข้ึนอยกู ับแหลงกําเนิดเสียงปริมาตรของหองและ ระยะเวลาความกองสะทอน เราสามารถใหสูตรสําหรับการคํานวณระดบั ความดันเสยี ง ที่กองสะทอนไดดังน้ี
__
Lrev =120+10log[(25T(1–α))/V]Pac __
α =(V/6T)x(1/S)
Pac =Pelxη _
Lrev =120+10log25/100–10logV+10logT(1–α)η[%]Pel ____
=114–10logV+10logT+10log(1–α)+10logΣη[%]Pel
T คือระยะเวลาความกองสะทอน(Reverberationtime)หนวยเปน วินาที(s)
V คือปริมาตรของหองหนวยเปน m3
__
α คือ สัมประสิทธ์ิการดูดซึมเฉลี่ย(Average absorption coefficient)
S คือพื้นท่ีผิว(Surface)หนวยเปน m2
Pac คือ กําลังท่ีใชของลําโพง (วัตต) คูณดวยประสิทธิภาพ (Efficiency) ของ
ลําโพงท่ีเปนเศษสวน
Pel คือ กําลังที่ใชของลําโพง (วัตต)
η คือ ประสิทธิภาพ (Efficiency) ของลําโพงท่ีเปนเศษสวน η[%] คือ ประสิทธิภาพ (Efficiency) ของลําโพงที่เปนเปอรเซ็นต
โดยที่
123
สรุปสูตรสําคัญในการคํานวณ
Ldir =Ls(SPL1.1)+10logPel–20logr
Ldir =Ls(SPL1.1)+10logPel–LQ–20logr
(ในแนวแกน) (นอกแนวแกน)
__
Lindir =Ls(SPL1.1)+10logPel –LQ +10log(1–α)–20logr __
Lrev =114–10logV+10logT+10log(1–α)+10logΣη[%]Pel
17.1.6 การคํานวณอตั ราสวนเสียงท่ีถึงกอนตอเสียงท่ีถึงทีหลัง(Early/lateratio) เราเรียกผลตางของระดับระหวางเสียงจากทศิ ทางตรงท่ีมีประโยชน(Usefuldirectsound)กับ เสียงกองสะทอ นที่นําพาการรบกวน(Disturbingreverberantsound)วาอัตราสวนเสียง ที่ถึงกอนตอเสียงที่ถึงทีหลัง(Early/lateratio)และเปน วิธกี ารท่ีเหมาะสมในการวัด ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)
ระดับเสียงท่ีมปี ระโยชน (Useful sound) จะแปรผันตามตําแหนงตางๆ ในหอง ท่ีข้ึนอยูกับระยะทาง มุมและการสะทอนท่ียังคงชัดเจนอยูสวนระดับเสียงกอ งสะทอน(Reverberantsound)จะข้นึ อยกู ับ พลังงานของเสียงท่ีแพรกระจายทั้งหมด และคุณสมบัติของหอง เชน ปริมาตร (V) ระยะเวลาความ กองสะทอน (T) และ สัมประสิทธ์ิการสะทอน (r หรือ 1 – α)
อัตราสวนเสียงท่ีถึงกอนตอเสียงท่ีถึงทีหลัง (Early/late ratio) เปนคาท่ีจะนําเขาไปยังกราฟของ ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)ดังรูปที่83เพื่อหาคาของดัชนี การสงผานของเสียงพูด(Speechtransmissionindex)หรอื STIและคาการสูญเสียความฟงชัดของ พยัญชนะในเสียงพูด (Articulation losses of consonants) หรือ %ALconsไดอยางรวดเร็ว
หลังจากคํานวณผลตางของระดับระหวางเสียงจากทิศทางตรงท่ีมีประโยชน (Useful direct sound) กับเสียงกองสะทอนท่ีนําพาการรบกวน (Disturbing reverberant sound) ท่ีตําแหนงตางๆ ท่ีสําคัญ ในหองแลว เราก็จะนําคาของการคํานวณทไี่ ดเขากราฟจากดานลางของกราฟแลวลากเสนขึ้นไปชน กับจุดตดั ของระยะเวลาความกองสะทอนท่ีแทจริง (Actual reverberation time) ตัวอยาง เราสมมติ คา T = 3 วินาที เราจะสามารถอานคาดัชนีการสงผานของเสียงพูด (Speech transmission index) หรือSTIทางดานขวาของกราฟไดจากตัวอยางเราจะไดค า4dB>STI=0.585
124
ตัวอยางขั้นตอนการคํานวณสําหรับระดับความดันเสียง (Sound Pressure level) หรือ SPL ที่แตกตางกัน
ในหองออดิทอเรียม (Auditorium) รูปส่ีเหลียมผืนผาที่มีขนาดปริมาตร 20x20x10 m3 เราติดต้ัง ลําโพงท่ีดานซายและดานขวาของเวที และเล็งมุมของลําโพงเขามายังกึ่งกลางของหอง (16 m) เราจะคํานวณโดยใชขอมูลของลําโพงและหองท่ีความถ่ี 1 kHz ดังนี้
ขอมูลของหอง
ปริมาตร V = 20x20x10 = 4,000 m3 ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) T = 2.5 s
สัมประสิทธ์ิการดูดซึม (Absorption coefficient) α = 0.2 ระยะทางD=16m
คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพง
กําลังที่ลําโพงสามารถรับได (Power handling capacity) หรือ PHC = 50 วัตต ความไว (Sensitivity) SPL1.1 = 96 dB (SPL)
ประสิทธิภาพ (Efficiency) η = 0.36 %
SPLdir =96+10log50–20log16 =96+17–24 เนื่องจากเสยี งมาจาก 2 ลําโพง = 89 + 3
สําหรับระยะทางคร่ึงหนึ่ง (+6 dB) และ (-6 dB) นอกแนวแกน (Off axis) เราสมมติวามีระดับความดนั เสียงเทากนั
SPLrev =114–10log4,000+10log2.5+10log0.8+10log2x0.36x50=96.5dB(SPL) Lrev–Ldir =96.5–92=4.5dB >>T=2.5s >>RASTI=0.60
125
=89dB(SPL) = 92 dB (SPL)
=92dB(SPL)
รูปท่ี 83 กราฟของความชัดเจนของการไดย ินเสียงพูด (Speech intelligibility) ดัชนีการสงผานของเสียงพูด (Speech transmission index) หรือ STI และดัชนกี ารสงผานของเสียงพูดแบบเร็ว(Rapidspeechtransmissionindex)หรือRASTI
รูปท่ี 83 แสดงกราฟของความชัดเจนของการไดยินเสียงพูด (Speech intelligibility) STI & RASTI ที่สามารถชวยในการแปลความหมายของระดับสัญญาณที่แตกตางกนั ของเสียงจากทิศทางตรง (Directsound)ท่ีมีประโยชนกับเสียงจากทศิ ทางอื่น(Indirectsound)ท่ีนําพาการรบกวน เปนความชัดเจนของการไดยินเสียงพูด(Speechintelligibility)ระดับสญั ญาณของเสียงท่ีมี ประโยชนนจี้ ะเปล่ียนแปลงตามจุดแตล ะจดุ ในหอง และขึ้นอยูกับระยะทาง มุม และเสียงสะทอนที่ ยังคงชัดเจนอยู
126
ตัวอยางตอไปนี้จะเปน การคาํนวณของระบบเสียงในหองที่มีลําโพง2ตัว
สมมติวา _
Lrev =114–10logV+10logT+10log(1–α)+10logΣη[%]Pel=100dB(SPL)
Ldir (1) = Ls (SPL1.1) + 10 log Pel – LQ1 – 20 log r1
Ldir (2) = Ls (SPL1.1) + 10 log Pel – LQ2 – 20 log r2
Lref (1) = Ls (SPL1.1) + 10 log Pel – LQ3 – 20 log r3
Lref (2) = Ls (SPL1.1) + 10 log Pel – LQ4 – 20 log r4 รวมระดับสัญญาณของเสียงท่ีมีประโยชน (ภายใน 25 มิลลิวินาท)ี ระดับสัญญาณของเสียงท่ีกอ งสะทอน ลบ ระดับสัญญาณของเสียงที่มปี ระโยชน
ผลตาง = 4 dB (SPL)
หลังการคํานวณระดับเสยี งแตละจุดท่ีสําคญั ในหอง เรากจ็ ะนําคาการคํานวณที่ไดเขากราฟ จากดานลางของกราฟ เราลากเสนข้ึนไปชนกับจุดตัดของระยะเวลาความกองสะทอนที่แทจริง (Actualreverberationtime)ในท่ีนี้เราสมมติคาT=3วนิ าทีและอานคาดัชนีการสงผานของ เสียงพดู (Speechtransmissionindex)หรือSTIทางดานขวาของกราฟจากตัวอยางเราจะได คา4dB>STI=0.585
17.1.7 ดัชนีการสงผานของเสียงพูด(Speechtransmissionindex)หรือSTIและ ดัชนีการสงผานของเสียงพดู แบบเร็ว(Rapidspeechtransmissionindex)หรือRASTI
17.1.7.1 บทนํา
เราควรจะคํานงึ ถึงคุณภาพของความชัดเจนของการไดย นิ เสียงเปนกรณีพิเศษ เน่ืองจากคุณภาพของ ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงเปนปจจยั ท่ีมีความสําคัญสําหรับการออกแบบระบบเสียงในสถานท่ี ตางๆ เชนหองออดิทอเรียม หองประชุม โรงละคร โรงมหรสพ จากประสบการณท่ีผา นมา เราพยายามประเมินคา (Assess) ความชัดเจนของการไดย นิ เสียง (Intelligibility) ดวยวธิ ีตางๆ กัน
วิธีหนึ่งที่มกี ารปฏิบัติกนั มาคือวิธีประเมินคาโดยใชผูเกยี่ วของ (Subjective method) ในท่ีนี้คือผูพูด และผูฟงเราอาศัยวิธีนับคําพดู ของผูพูดและคําพูดที่มาถึงผูฟงโดยผูพูดและผูฟงจะตองไดรับ การฝกอบรมมาเปนอยางดี แตวิธีดังกลาวจะใชเวลาคอนขางมาก และในบางกรณี เราไมสามารถ ประเมินคาไดเ พราะผลของความไมแนนอนของผูปฏิบัติ
= 93 dB (SPL) = 90 dB (SPL) = 87 dB (SPL) = 87 dB (SPL) = 96 dB (SPL)
127
เราพยายามคดิ คนวิธีการใหมโ ดยใชว ิธีประเมินคาตามวัตถุประสงค (Objective method) เราอาศัยวธิ ี วัดความชดั เจนของการไดย นิ เสียง (Intelligibility) จากปจ จัยสําคัญตางๆ ทางอะคูสติก (Acoustic) เชน สัญญาณรบกวนแบ็กกราวด (Background noise) และความกองสะทอน (Reverberation) ตัวอยางการประเมินคาตามวัตถุประสงค(Objectivemethod)เชนวิธีประเมินคาดัชนคี วามฟงชัด (Articulation index, AI) ท่ีมีพื้นฐานจากการวัดอัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวนพรอม การแกไขและผลจากปญหาของความกองสะทอน (Reverberation)
17.1.7.2 STI วิธีประเมินคาตามวัตถุประสงค(Objectivemethod)อีกวิธีหนึ่งทใี่ชงานกันอยางแพรห ลายคือ วิธีประเมินคาในการวัดดัชนกี ารสงผานเสียงพูดหรือSTI(Speechtransmissionindex)ที่มี วัตถุประสงคในการประเมินคาสําหรับการวัดคุณภาพของการสงเสียงพดู (Speechtransmission) ที่เกี่ยวของกับความชัดเจนของการไดยนิ เสียง(Intelligibility)วิธีSTIมีมาตรฐานIECรองรับคือ IEC 268, part 16
วิธีประเมินคา STI มีประเด็นในการประเมนิ คาเหมือนกบั วิธีประเมินคา ดัชนีความฟงชัด (Articulation index, AI) แตม ีจุดเดน กวาหลายประการ ดงั นี้
• วิธีประเมินคา STI ไดรวมผลกระทบของสัญญาณรบกวนแบ็กกราวด (Background noise) และความกองสะทอน(Reverberation)ไวแ ลว
• ไมจําเปนตองแยกวัดระดับสัญญาณ (Signal) และสัญญาณรบกวนแบก็ กราวด (Background noise)
• ใชเวลานอยกวา 10 วินาทีในการวดั เพื่อประเมินคา STI
วิธีประเมินคา STI นี้ เราใชทฤษฎีท่ีวาความสามารถในการเขาใจคําพูดขนึ้ อยูกับการฟง เสียงท่ี ถูกตองของการมอดูเลตความถ่ีตํ่า (Low-frequency modulation) ของสัญญาณคล่ืนพาหเสียงพดู (Speech carrier signal) ที่เช่ือมโยงกับจังหวะที่เปลี่ยนแปลง (Fluctuation rhythm) ที่พบในเสียงพดู
ดัชนีการสงผานของเสียงพูด (Speech transmission index) หรือ STI เปนดัชนีที่มีคาระหวาง 0 กับ 1 เราใชเปนวิธีวดั ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)เราไดด ัชนนี ้ีจาก การวัดคาที่ลดลงในการมอดเู ลตสัญญาณ (Signal modulation) ระหวางตําแหนงของแหลงกําเนิด สัญญาณกับตําแหนงของผูฟง
128
17.1.7.3 การวัดRASTI
เราไดพัฒนาซอฟตแวรพเิ ศษสําหรับวัดคา STI และจัดหาขอมูลเพ่ิมเติมของคา STI ท่ีวิเคราะหได ระบบที่ใชสําหรับวัดคา STI ประกอบดว ยเครื่องคอมพิวเตอรท่ีใชสงสัญญาณทดสอบพิเศษ แลว วิเคราะหสัญญาณที่รับได จากนั้นก็นํามาคํานวณหาคา STI บนพ้ืนฐานของการวัดการเปล่ียนแปลง การมอดูเลตสัญญาณ (Signal modulation) ดังนั้น เราจะไดคา STI จากสัญญาณท่ีมีคาลดลง และ รวมกับผลกระทบของความกองสะทอนของหอง (Room reverberation) และสัญญาณรบกวน แบ็กกราวด (Background noise) ไวแลว เราสามารถนําคา STI ท่ีวัดไดในสถานที่ตางๆ มา เปรียบเทียบกนั และนํามาเปล่ียนแปลงเปนคะแนนการสมดุลของการออกเสียงเปรียบเทียบกับ คําพูดไรสาระ หรือ PB-word score (Phonetically balanced vs. nonsense word) ที่เราไดจัดทําและ จัดพิมพขึ้นบนพื้นฐานการศึกษาเปรียบเทียบ
เราสามารถใชระบบการวดั คาตามวัตถุประสงค(Objectivemeasurement)ของความชัดเจนของ การไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)ท่ีใชในหองออดิทอเรียมโรงมหรสพโบสถโรงเรียน มาใชทดแทนในการทดสอบระบบเสียงประกาศสาธารณะ (Public address system) ในหองพกั ผูโดยสารของสนามบิน สถานีรถไฟ โรงงานอุตสาหกรรม และระบบเสียงประกาศสาธารณะฉุกเฉนิ (Emergency PA system) นอกจากน้ี เรายังใชระบบเปนเคร่ืองมือสําหรับการประเมินคาของการวัดที่ มีประสิทธิผลรวดเร็วและชดั เจนในการปรับปรุงความชัดเจนของการไดยินเสียงพดู (Speech intelligibility) ในสถานการณตางๆ กัน
17.1.7.4 วิธีSTI(STImethod)
วิธี STI เปนวธิ ีแสดงเชิงปริมาณของความชัดเจนของการไดยินเสยี ง (Intelligibility) จากการสงผาน เสียงพูด (Transmitted speech) การสงเสียงพูดท่ีสมบูรณส ามารถแสดงไดจากกรอบคลื่นเสยี งพูด (Speech envelope) ชั่วคราวที่ตําแหนงของผูฟง ที่ทําซ้ําจากกรอบคล่ืนเสียงพูด (Speech envelope) ท่ี ปากของผูพูด เราสามารถแสดงปริมาณความชัดเจนของการไดยินเสียงพูด (Speech intelligibility) ในสวนทเี่ กิดการเปลี่ยนแปลงการมอดูเลต (Modulation) กรอบคล่ืนเสียงพูด (Speech envelope) จาก ผลของสัญญาณรบกวน (Noise) และ ความกองสะทอนของหอง (Room reverberation) ตัวประกอบการลดลงของการมอดูเลต (Modulation reduction factor) สามารถแสดงในรูปของ ฟงชันของความถี่มอดูเลต (Modulation frequency) ที่เรียกวา ฟงชันถา ยโอนการมอดูเลต (Modulation transfer function, MTF) เราสามารถแสดงคา STI จากฟงชันน้ีท่ีใหคาของ การประเมินคา ตามวัตถุประสงคของคุณภาพของการสงผานเสียงพูด (Speech transmission)
129
รูป ก. รูป ข.
17.1.7.5 สัญญาณทดสอบ(Testsignal)
วิธีSTIเกี่ยวขอ งกับการวดั การลดลงในการมอดูเลต(Reductioninmodulation)ของสัญญาณ ทดสอบท่ีสงผาน (Transmitted test signal) สัญญาณทดสอบ (Test signal) มีคุณลักษณะ (Characteristic) เฉพาะทใ่ี ชแ ทนเสียงพูด (ตัวอยางแสดงในรูป ก.) สัญญาณท่ีใชในวธิ ี RASTI ประกอบดว ยสัญญาณคลื่นพาหสัญญาณรบกวนที่มอดเู ลตความเขม (Intensity modulated noise carrier signal) กับกรอบคลื่นมอดูเลต (Modulation envelope) ที่แสดงในรูป ข. เราออกแบบ สัญญาณ STI ใหเลียนแบบ (Simulate) คุณลักษณะ (Characteristic) ของเสียงพูด คือสัญญาณ คลื่นพาห (Carrier signal) และการมอดูเลตความเขมความถ่ีต่ํา (Low-frequency intensity modulation) สัญญาณคล่ืนพาห STI (STI carrier signal) ประกอบดว ยพิงกนอยสท่ีจาํ กัด
2 แถบออกเทฟ (Octave of band limited pink noise) ที่ 500 Hz และ 2,000 Hz
เราจะเลือกระดับสัญญาณในแถบออกเทฟ(Octaveband)เหลานี้ใหเทากับระดับสญั ญาณเฉลี่ยที่ มักจะพบในระดับเสียงพูดทวั่ ไป เชน ระดบั สัญญาณ 59 dB ที่แถบออกเทฟ 500 Hz และ ระดับสัญญาณ 50 dB ท่ีแถบออกเทฟ 2,000 Hz ที่ระยะทาง 1 เมตร
130
เราสามารถเลียนแบบการมอดูเลตความถ่ีตํ่า (Low-frequency modulation) ท่ีแสดงในเสียงพูดใน สัญญาณทดสอบ STI (STI test signal) โดยความถ่ีที่มอดูเลต 9 ความถ่ีที่ไมตอเนื่อง
(9 discrete modulation frequencies) ระหวา งความถ่ี 1 Hz กับ 11.2 Hz ท่ีเปนความถี่ทย่ี ืดขยาย ขอบเขตของความถ่ีท่ีพบในเสียงพูด
17.1.7.6 การวัด(Measurement)
เราวัดคา STI โดยสงผาน (Transmit) สัญญาณทดสอบพิเศษ (Special test signal) แลววิเคราะห สัญญาณที่ตําแหนงของผูฟง เม่ือเราคํานวณดัชนีการลดลงในการมอดูเลต (Reduction in modulation index)สําหรับแตละความถี่ทม่ี อดูเลต9ความถี่(9modulationfrequencies)เราจะแปลคาดัชนี การลดลงของการมอดูเลตท้ัง9(9reductionindices)ที่ไดรับเสมือนกับการเกดิ จากสัญญาณรบกวน แบ็กกราวด (Background noise) อยางเดียว จากนั้น เราจะคํานวณอัตราสวนสัญญาณตอ สัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio) ท่ีมีผลของการวัดการลดลงในการมอดูเลต (Reduction in modulation) คา STI เปนคาเฉล่ียทางคณิตศาสตรของอัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio) ที่ปรากฏ โดยปกติดัชนจี ะมคี าระหวาง 0 กับ 1
17.1.7.7 สัญญาณรบกวนแบก็ กราวด(Backgroundnoise)และความกองสะทอน (Reverberation)
เรากําหนดการลดลงในการมอดูเลต(Reductioninmodulation)ของสญั ญาณเสียงพูด(Speech signal) จาก 2 ปจจัย คืออัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio, S/N) ท่ี ตําแหนงของผฟู งและความกองสะทอน(Reverberation)ที่เปนฟงชนั ของตําแหนงของผูพูดและ ตําแหนงของผฟู งคาSTIเกดิ จากการรวมกันทุกรูปแบบของท้ังสองปจจัยในทางปฏิบัติเราจะ ไมทราบถึงความสัมพันธของอัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio, S/N) และความกองสะทอนของหอ ง(Roomreverberation)แตท ั้ง2ปจจัยจะเปนขอมูลที่มีประโยชนจาก การศึกษาฟงชนั ถายโอนการมอดูเลต(Modulationtransferfunction,MTF)
ถาสัญญาณรบกวนแบ็กกราวด (Background noise) มีปจจัยเหนือกวาความกองสะทอน (Reverberation) ฟงชันถายโอนการมอดูเลต (Modulation transfer function, MTF) จะมีลักษณะ แบนราบ (Flat) เน่ืองจากสัญญาณรบกวนแบ็กกราวด (Background noise) จะมีผลตอการมอดูเลต (Modulation) ท่ีมีขนาดเดยี วกันท่ีความถ่ีการมอดูเลต (Modulation frequency) ท้ังหมด แตถาความ กองสะทอน (Reverberation) มีปจจยั เหนือกวาสัญญาณรบกวนแบ็กกราวด (Background noise) แลวฟงชันถายโอนการมอดูเลต (Modulation transfer function, MTF) จะมีลักษณะลาดชันลง (Negativeslope)เพราะวาผลของความกองสะทอน(Reverberation)จะทําใหก รอบคลื่น
131
ความเขมเสียง (Sound intensity envelope) เปล่ียนแปลงอยางรวดเร็ว และจะทําใหกรอบคลื่นพรามัว (Blur)เม่ือเปรียบเทียบกับการเปล่ียนแปลงที่ชากวาดังนน้ั การลดลงในการมอดูเลต(Reductionin modulation) จึงมีผลสําคัญกวาความถี่การมอดูเลตที่สูงกวา (Higher modulation frequency)
17.1.7.8 แบบจําลองตามทฤษฎี(Theoreticalmodel) เราสามารถคํานวณคาSTIไดจากคณุ ลักษณะอะคูสติก(Acousticcharacteristic)ของหองท่ีมีปญหา และเราสามารถกําหนดคา STI ท่ีเก่ียวของกับความชัดเจนของการไดย นิ เสียงพูด (Speech intelligibility) ท่ีตองการไดตง้ั แตขั้นตอนการออกแบบ เราสามารถตรวจสอบการวัดคา STI ท่ี แทจริงไดใ นหอ งท่ีกอสรางเสร็จแลว เพ่ือเปรียบเทียบกบั แบบจําลองตามทฤษฎี (Theoretical model)
เราสามารถคํานวณฟงชันถายโอนการมอดเู ลต (Modulation transfer function, MTF) ตามพื้นฐาน STI จากความเขาใจในเรื่องของระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time, T) และอัตราสวน สัญญาณตอสัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio, S/N)
17.1.7.9 ขอจํากัด(Limitations)
วิธี RASTI มีขีดจํากัดของเงื่อนไขสําหรับการวัดที่ทําใหเกิดผลที่แทจรงิ ได ดังน้ี
• ในวิธี STI การสงผานเปนการสง ผานเชิงเสน (Linear transmission) แตจะไมรวม ผลของความเพี้ยนไมเชิงเสน (Non-lineardistortion)และการขริบ(Clipping)
• เราจะไมใ ชเสียงสัญญาณความเขมแทจริง (Intense pure tone) ในสเปกตรัม แบ็กกราวด (Background spectrum) นอกเหนือแถบ (Band) 500 Hz และ 2,000 Hz
• สัญญาณรบกวนแบก็ กราวด (Background noise) จะมีคาไมเปล่ียนแปลงตลอดเวลา
การวัด
• ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) ของหอง ไมควรเปลี่ยนแปลง
มากตามความถ่ี
ถาเงื่อนไขดังกลาวไมเปน ไปตามขอสมมติท่ีต้ังไวผลที่ไดรับก็อาจจะไมเปนไปตามผลของการวัดที่ แทจริง อยา งไรก็ตาม เราสามารถใชเปรียบเทียบผลของการวัดตามวัตถุประสงคภายใตเง่ือนไข เดียวกัน
132
17.1.8 ความหมายของ%ALconsและRASTI
|
%ALcons= 1 – 10% RASTI ≥ 0.50
|
ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)เพียงพอ สําหรับขอมูลขาวสารที่ซับซอนของการบรรยายจากผพู ูดและผูฟงที่ ไมไดรับการฝก อบรม
|
|
%ALcons= 10 – 15% RASTI = 0.50 – 0.45
|
ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)เพียงพอ สําหรับขอมูลขาวสารที่ไมคอยซับซอนโดยผูพูดที่ไมไดร ับการฝกอบรม แตยังคงเพยี งพอสําหรับขอมูลขาวสารที่ซับซอนในลักษณะของเสียงพดู และสําเนียงทชี่ ัดถอยชัดคํา
|
|
%ALcons= 15 – 30% RASTI = 0.45 – 0.32
|
ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด(Speechintelligibility)เพียงพอ สําหรับขอมูลขาวสารที่ธรรมดาและการประกาศสําหรับขอมูลขาวสารที่ ซับซอนและตองการผูพูดและผูฟงที่ไดรับการฝกอบรม
|
|
%ALcons= 30 % RASTI = 0.32
|
มีการจํากัดการยอมรับของความชัดเจนของการไดยนิ เสียงเฉพาะขอมูล ขาวสารที่ธรรมดาและตองการผูพูดและผฟู งที่ไดรับการฝกอบรม
|
รูปท่ี 84 ความหมายของ %ALcons และ RASTI
133
17.1.9 การแปลงRASTIเปน%ALcons
|
RASTI
|
% ALcons
|
RASTI
|
% ALcons
|
RASTI
|
% ALcons
|
|
0.20
|
58
|
0.44
|
16
|
0.68
|
4.3
|
|
0.22
|
52
|
0.46
|
14
|
0.70
|
3.8
|
|
0.24
|
47
|
0.48
|
13
|
0.72
|
3.4
|
|
0.26
|
42
|
0.50
|
11
|
0.74
|
3.1
|
|
0.28
|
37
|
0.52
|
10
|
0.76
|
2.8
|
|
0.30
|
34
|
0.54
|
9.1
|
0.78
|
2.5
|
|
0.32
|
30
|
0.56
|
8.2
|
0.80
|
2.2
|
|
0.34
|
27
|
0.58
|
7.4
|
0.82
|
2.0
|
|
0.36
|
24
|
0.60
|
6.6
|
0.84
|
1.8
|
|
0.38
|
22
|
0.62
|
5.9
|
0.86
|
1.6
|
|
0.40
|
20
|
0.64
|
5.3
|
0.88
|
1.4
|
|
0.42
|
18
|
0.66
|
4.8
|
0.90
|
1.3
|
% ALcons = 170.5405 e –5.419(STI)
STI = -0.1845 ln (% ALcons) + 0.9482 ที่มา : Farrel Becker
รูปที่ 85 การแปลง RASTI เปน % ALcons
134
18.0 การออกแบบระบบเสียง
18.1 การจัดวางตําแหนงและการครอบคลุมพ้ืนทขี่ องลําโพง (Loudspeaker placement and coverage)
มีขอควรพิจารณาในทางปฏบิ ัติบางประการ สําหรับการเลือกชนิด การจัดวางตําแหนง และ การเล็งมุมของลําโพงในการออกแบบระบบเสียง
1. เราจะตองวางตําแหนงลําโพงใหสามารถแพรกระจายเสียงไดอยางสม่ําเสมอ เพื่อให ลําโพงสามารถสงเสียงไปยงั ผูฟงไดทุกจดุ ในหองดวยระดับความดังทพี่ อเพียงและมี ความชัดถอยชดั คําถาเราจัดวางตําแหนงลําโพงในตําแหนงที่ไมดีผฟู งบางคนอาจจะ ไดยินเสียงที่ดงั เกินไป ในขณะที่ผูฟงบางคนอาจจะไดย นิ เสียงที่ไมชัดเจน
2. สําหรับการสงผาน (Transmission) และ การถายทอด (Reproduction) เสียงพูด เรา ตองการผลตอบสนองความถ่ีที่นาพอใจ ในแถบความถ่ี 500 Hz ถึง 5 kHz ในขณะที่ เสียงเพลงหรือเสียงดนตรี เราตองการผลตอบสนองความถ่ีท่ีนาพอใจ ในแถบความถ่ี 100Hzถึง10kHzเราจะตองเลือกลําโพงใหเหมาะสมกบั การใชงาน
3. สําหรับการใชง านเสียงพูด ความถี่ท่ีแถบออกเทฟ 4,000 Hz มีความจําเปนสําหรับ การประกาศเสียงพยัญชนะที่หมายถึงความชัดเจนของการไดยินเสียง (Intelligibility) ดังน้ัน เราจะตอ งเลือกขอมูลของมุมเปดของลําโพงท่ีความถี่ 4,000 Hz สําหรับ การคํานวณใหค รอบคลุมพื้นที่ที่เทากันของลําโพงแตละตวั
4. สําหรับการติดต้ังลําโพงติดเพดาน เราจะตอ งพิจารณาถึงการครอบคลุมพื้นที่ของ ลําโพงที่ความถี่ 4,000 Hz ( -6 dB) เราจะสามารถคํานวณจํานวนของลําโพงติดเพดาน ไดโดยนําพื้นท่ีท่ีตองการท้ังหมดหารดว ยพื้นที่ที่ครอบคลุมของลําโพงและผูฟงจะได ยินเสียงในระดับความดังที่เทากันตลอดสเปกตรมั ท่ีตองการ
5. ในการติดตั้งลาํ โพงจํานวนหลายๆ ตัว เราควรติดตั้งลําโพงแตละตัวใหห างกันนอยกวา 15 เมตร เพื่อชว ยลดปญหาเร่ืองเสียงกอง (Echo) หรืออาจจะใชอุปกรณไทมดีเลย (Time delay) ชวย (โปรดดหู ัวขอ 10.0)
6. เราควรจะเลือกลําโพงที่มีการระบุคุณสมบัติทางเทคนิคท่ีครบถวนมาคํานวณหาคา ระดับความดนั เสียง(SPL)ของแตละจุดของพ้ืนที่หรือหอ งตามหัวขอที่16.0และ17.0 หรือเราอาจจะใชซอฟตแวรป ระยุกตชื่อ EASE (Electro Acoustic Simulator for Engineer) คํานวณและแสดงผลการคํานวณเปนกราฟ
135
7. เราควรจะคํานวณระดับความดันเสียงที่ระดับ 1.20 เมตรสูงจากพื้น โดยความสูงนี้เปน ระดับความสูงเฉลี่ยของระดบั หูของคนระดับคายอด(Peak)ของเสียงพูดที่เปน ระดับเสียงที่ฟง ไดอยางสบาย (Comfortable listening level) หรือ CLL จะอยูท่ีระดับ ประมาณ 80 dB (SPL) และเปนระดับคายอด (Peak) ของการพูดจากการวัดที่ระยะ
1 เมตร เรามีสมมติฐานวาระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบ (Ambient
noise) มีระดับต่ํา
8. ระดับเสียงรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบ (Ambient noise) สามารถสราง
ความแตกตางแกระดับเสียงท่ตี องการสําหรับความชัดเจนของการไดย นิ เสียง (Intelligibility) ที่พอเพยี ง โดยเฉพาะอยางย่ิงสถานท่ีที่มีระดับเสียงรบกวนดังมากๆ เชนโรงงานสนามบินเปนตน เราจึงควรใหระดับความดังคายอด(Peak)ของระบบมี ความดัง 15 dB มากกวาระดับความดังของเสียงรบกวน และเราควรจะใชไมโครโฟนที่ มีวงจรบีบอัดและจํากดั ขนาด(Compressor&Limiter)สําหรับการประกาศ
136
18.2 สรุปวิธีการออกแบบลําโพง
ส่ิงสําคัญที่สุดในการออกแบบระบบเสียงคอื ความสามารถในการแพรก ระจายของเสียงให ครอบคลุมพ้ืนท่ีทุกจุดในหองโดยมีระดับความเขมของเสียงและความชัดเจนท่ีเทากนั เราจะตองให เสียงพูดและ/หรือเสียงเพลงตลอดสเปกตรัมแพรกระจายถึงหูของผูฟงโดยไมผิดเพี้ยนและ มีเสียงท่ีเหมือนจริงเชนเดียวกับแหลงกําเนดิ เสียง
เราคํานวณระดับความดนั เสียงจากทิศทางตรง(Directsound)ท่ีแพรกระจายออกมาจากลําโพง รวมถึงเสียงสะทอนจากกําแพง พ้ืน และ/หรือเพดานท่ีแพรกระจายมาถึงหูของผูฟงกอน แตยังคง ความชัดเจนของการไดยนิ เสียงที่แถบออกเทฟ(Octaveband)ที่สําคัญจากการคํานวณเราจะหาจุด ท่ีมีการครอบคลุมพ้ืนที่ของลําโพงที่เหมาะสมท่ีสุดสําหรับผูฟงที่ความถ่ี 4,000 Hz
ตอมา เราจะคาํ นวณระดับความดันเสยี งท่ีเกิดจากการกองสะทอน (Reverberant sound) เราใช ขอมูลของหองท่ีทราบเกี่ยวกับปริมาตร (Volume) ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time)การดูดซึม(Absorption)มาคํานวณทแ่ี ถบออกเทฟ(Octaveband)ตางๆดังน้ี 125-250-500-1,000-2,000-4,000-8,000 Hz
หลังจากนนั้ เราจะคํานวณความชัดเจนของการไดยนิ เสียง(Intelligibility)และนําคาทคี่ ํานวณไดที่ ความถี่ 1,000 Hz มาตรวจสอบความชัดเจนที่ผูฟงไดย ิน
สรุปวิธีการออกแบบระบบเสียง
1. เลือกชนิดของลําโพง
2. เลือกตําแหนงติดต้ังลําโพงท่ีเหมาะสม
3. เลือกตําแหนงในการเล็งมุมของลําโพงท่ีเหมาะสม
4. ตรวจสอบการครอบคลุมพื้นที่ของลําโพงท่ีความถ่ี 4,000 Hz
5. คํานวณระดับความดันเสยี ง SPLdir ที่จุดที่เราเล็งมุมของลําโพง
6. คํานวณระดับความดันเสยี ง SPLdir ท่ีจุด – 6 dB
7. เลือกกําลังท่ีตองการปอนใหล ําโพง
8. ในหองที่มีความกองสะทอน (Reverberation room) เราจะคํานวณ SPLrev
9. ตรวจสอบความชัดเจนของการไดยินเสียง (Intelligibility) ดวยคา STI และ % ALcons
137
เราจะคํานวณซ้ําจากขอ 1-7/9 สําหรับลําโพง จุดติดตั้งลาํ โพง จุดในการเล็งมุมของลําโพง สําหรับจุดอ่ืนๆ
เราสามารถสรุปสูตรการคํานวณไดด ังน้ี
Ldir =Ls(SPL1.1)+10logPel–20logr
Ldir =Ls(SPL1.1)+10logPel–LQ–20logr
(ในแนวแกน) (นอกแนวแกน)
__
Lindir =Ls(SPL1.1)+10logPel –LQ +10log(1–α)–20logr __
Lrev =114–10logV+10logT+10log(1–α)+10logΣη[%]Pel
138
18.3 ความชัดเจนของการไดย ินเสียงพดู ในโบสถและหองอเนกประสงค
โดยเหตุท่ีผูพดู หรือผูประกาศไมสามารถถายทอดขอมูลขาวสารไปยังผฟู งดวยเสียงของตนเองได เน่ืองจากมีระดับเสียงที่ดังไมพอหรือมีพื้นที่หลายพ้ืนที่ทตี่ องการครอบคลุมจึงมีการลงทุนติดต้ัง ระบบเสียงในสถานท่ีตางๆ โดยใชอุปกรณระบบเสียงเพ่ือขยายเสยี งและสามารถครอบคลุมทุก พื้นที่ท่ีมีผูฟงอยู เพื่อเพิ่มความชัดเจนของการไดยินเสียงพูด (Speech intelligibility) ชวยใหผูฟง เขาใจในขอความท่ีผูพูดหรือผูประกาศตองการสง เราจะติดต้ังระบบเสยี งโดยนําอุปกรณตางๆ เชน ไมโครโฟน เครื่องผสมเสียง เคร่ืองขยายเสียง เครื่องอีควอไลเซอร และลําโพง มาติดต้ังในสถานท่ี น้ันๆ แตในบางกรณี การออกแบบระบบเสียงที่ไมดี ทําใหผลลัพธท่ีออกมาไมสามารถตอบสนอง ตอความตองการของผูใชงานไดหรืออาจจะไดผลลัพธท ี่แยกวาตอนไมไดติดตั้งระบบเสียง
เราจะพจิ ารณาระบบเสียงในโบสถและหองออดิทอเรียมเปนกรณีศกึ ษา โบสถเปนสถานที่มีปญหา เกี่ยวกับระบบเสียงอยูเสมอ เน่ืองจากลักษณะโครงสรางของโบสถสวนใหญจะสูง กวาง และใหญ มีการเลนดนตรีจากเคร่ืองดนตรีประเภทออรแกนผสมกบั การรองผสานเสียงและอะคูสติกของ โบสถมักจะไมเอื้ออํานวยตอ เสียงพูดปญหาของเสียงกอ งสะทอน(Reverberation)ในโบสถจะทาํ ใหผูฟงไดยินเสียงที่ไมชัดเจน
หากเราเริ่มวิเคราะหเสียงพูดท่ีประกอบดว ยถอยคําตางๆ และถอยคําประกอบดว ยสระและ พยัญชนะ เสียงมีการเปล่ียนแปลงความดังและความทุมแหลม เสียงมีสเปกตรัมของความถี่จาก เสียงทุมที่มีความถี่ตํ่าจนถึงเสียงแหลมที่มคี วามถ่ีสูง
ประโยคของคําพูดมีเสียงสระและเสยีงพยญั ชนะเสียงสระมีสเปกตรัมของความถี่(Frequency spectrum)ตํ่ากวา1,000Hzและมีคุณสมบตั ิของความดัง(Loudness)เนื่องจากเสียงสระเกิดจาก การออกเสียงของปากท่ีมีมุมกวาง จึงทําใหเกิดเสียงกองสะทอน (Reverberation) ตัวอยาง สภาพแวดลอมภายในอาคารเสียงจะสะทอ นจากผิวแข็งเชนผนังเพดานไดงายสวนเสียงพยัญชนะ มีสเปกตรมั ของความถ่ี(Frequencyspectrum)สูงกวา1,000Hzและมีคุณสมบัติของความฟงชัด (Articulation) หรือความชัดเจนในการไดย นิ เสียง (Intelligibility) เน่ืองจากเสียงพยัญชนะเกดิ จาก การออกเสียงของปากที่มีมุมแคบ จึงทําใหเกิดทิศทาง (Direction)
139
ผูฟงควรไดยนิ สเปกตรัมของเสียงพูดท้ังหมดจากผูพูดโดยไมมีการเปล่ียนแปลงแตในความเปนจริง เราไมสามารถกระทําไดเนื่องจากผูฟงมักจะอยูหางจากผพู ูดดังนนั้ เสียงความถี่สูงจะมีการดูดซับ โดยอากาศและเสียงความถต่ี ่ําจะทําใหเกดิ เสียงกองสะทอน(Reverberation)จากการสะทอนจาก ผิวแข็งเชนผนงั เพดานทําใหผูฟงเกิดปญหาในการฟง2ประการคือ
1. การลดลงของสเปกตรัมของเสียงพูดจากเสยี งจากทิศทางตรง
2. การเพิ่มขึ้นของสเปกตรัมของเสียงพูดจากเสียงกองสะทอ น (Reverberation) หรือ เสียงจาก
ทิศทางอื่น
ปญหาดังกลาวทําใหผฟู งไดฟ งเสียงที่ดังแตเสียงกองสะทอน(Reverberation)จะกลบเสียง พยัญชนะท่ีสรางความฟงชัด (Articulation) ทําใหความชดั เจนในการไดย ินเสียง (Intelligibility) ตํ่า หรือหากพจิ ารณาในดานเทคนิคแลว ดัชนีการสงผานของเสียงพูด (Speech transmission index) หรือ STI มีคาต่ํานั่นเอง
18.3.1 โบสถขนาดเล็กที่มีเสียงกองสะทอนต่ํา(Smallreverberanttraditionalchurchbuilding) สําหรับการติดตั้งระบบเสียงที่ตองการเพ่ิมความชัดเจนในการไดย ินเสยี งพูด (Speech intelligibility) เราควรจะถายทอดเสียงพูดทคี่ วามถี่กลางและความถ่ีสูง(เหนือความถ่ี1,000Hz)เนื่องจาก เสียงกองสะทอ น(Reverberation)เกิดจากความถ่ีตํ่าลําโพงที่จะนํามาใชจึงควรจะเปน ลําโพง ประเภทซาวดค อลัมน ลําโพงซาวดคอลัมนเปนตูลําโพงยาวในแนวตั้งที่ประกอบดว ยกลุมลําโพง ลํา (Beam) ของเสียงในแนวนอน (Horizontal) มีมุมเปด (Opening angle) ท่ีกวาง ทําใหเหมาะกับ การถายทอดเสียงพูดในความถี่กลางและความถ่ีสูง สวนลํา (Beam) ของเสียงในแนวต้ัง (Vertical) มี มุมเปดที่แคบกวา จะลดการเกิดเสียงกองสะทอน (Reverberation) ที่ไมตองการ เราจะติดต้ังลําโพง ซาวดคอลัมนที่ดานขางของผูพูดทั้ง2ขางและเล็งมุมใหต รงแนวกับผูฟงโดยใหมีการสะทอนกลับ ของเสียงจากผนังหรือเพดานนอย
18.3.2 โบสถขนาดใหญท่ีมีเสียงกอ งสะทอนสูง(Largereverberantmonumentalcathedral) เราสามารถนําวิธีการออกแบบระบบเสียงทใ่ี ชในโบสถขนาดเล็กมาใชใ นโบสถขนาดใหญได แต เนื่องจากโบสถขนาดใหญมคี วามยาวมากกวาเราจึงตองติดตั้งลําโพงประเภทซาวดคอลัมนจํานวน มากข้ึนโดยตดิ ตั้งตามเสาหรือผนังของโบสถเพ่ือเพ่ิมสเปกตรัมของเสียงพูดจากเสียงจาก ทิศทางตรง แตการติดต้ังลําโพงหลายๆ ตวั ดังกลาว จะสรางปญหาของเวลาของการเดินทางของ เสียงเราสามารถแกไขปญหาดังกลาวไดโดยทําใหเสียงท่ีกระจายออกจากลําโพงแตล ะตัวหรือ แตละกลุมประวิงเวลา(Timedelay)โดยใชเครื่องไทมด ีเลย(Timedelayequipment)ชวย
140
18.3.3 หองออดิทอเรยี มขนาดเล็กทมี่ ีเพดานต่ํา (Small low ceiling auditorium) การติดต้ังระบบเสียงในหองออดิทอเรียมขนาดเล็กท่ีมีเพดานต่ํา สวนใหญแลวมักจะไมมีปญหา เก่ียวกับเสยี งกอ งสะทอน (Reverberation) แตเน่ืองจากลักษณะการดูดซึมเสียงของหอง ความดัง ของเสียงจึงมีระดับตํ่าทําใหตอ งการการขยายเสียงชว ย เราสามารถขยายเสียงไดโดยการติดตั้ง ลําโพงซาวดคอลัมน และ/หรือ ลําโพงติดเพดาน ครอบคลุมพื้นที่ของผูฟงท้ังหมด หากเราตองการ เสียงเพลงหรือเสียงดนตรีกส็ามารถนําลําโพงตูแบบ2ทางมาติดต้ังทางดานหนาของเวทีเพื่อชวย ระบบเสียงดานความถ่ีตํ่า เราสามารถนําเสียงพูดจากไมโครโฟน และเสียงเพลงจากเครื่องเลนเทป คาสเซ็ต หรือเคร่ืองเลนซีดี มารวมสัญญาณท่ีเคร่ืองผสมเสียง (Mixing desk) แลวสงสัญญาณไปยงั เคร่ืองขยายเสยี ง นอกจากน้ี เรายังสามารถนําสัญญาณดังกลาวมาใชก ับระบบวงรอบเหน่ียวนํา (Inductiveloop)ท่ีใชแปลงสัญญาณไฟฟาเปนสนามแมเหล็กและใชเคร่ืองชวยหฟู ง(Hearingaids receiver) ชวยรับเสียงในระดับที่พอเหมาะสําหรับผูฟงที่มีปญหาในการฟง โดยไมรบกวนตอ ระบบเสียงสําหรับผูฟงท่ัวไป
18.3.4หองออดิทอเรยีมขนาดใหญท่ีมีเพดานสูง(Largehighceilingauditorium) เราสามารถนําวิธีการออกแบบระบบเสียงทใี่ ชในหองออดิทอเรียมขนาดเล็กมาใชในหอง ออดิทอเรียมขนาดใหญได แตเราอาจจะตองเพิ่มจํานวนของลําโพงตูแบบฟูลเรนจ (Full range loudspeaker) ท่ีมีกําลังสูง เพ่ือใหผูฟงไดฟ ง เสียงจากทิศทางตรง (Direct sound) ดวยระดับความ แตกตางที่นอย(เชน5dB)เราสามารถจัดรวมกลุมลําโพงตูหลายๆตูเปน กลุมลําโพงเดียวประเภท ของลําโพงท่ีมีเหมาะสมท่ีสดุ สําหรับกรณนี ้ีคือตูลําโพงท่ีมีสภาพทิศทางคงที่(Constantdirectivity) และมีมุมเปด เดียวทกุ ความถี่
การติดตั้งตูลําโพงตลอดท่ัวทั้งหองพื่อครอบคลุมพ้ืนที่ของผูฟงก็เปนวธิ ีการติดต้ังอีกวิธีหน่ึงแต การติดต้ังลําโพงหลายๆตัวดังกลาวจะทําใหปญหาของเวลาของการเดนิ ทางของเสียงปรากฏขึ้น เราสามารถแกไขปญหาดังกลาวไดโดยทําใหเสียงทกี่ ระจายออกจากลาํ โพงแตละตวั หรือแตละกลมุ ประวิงเวลา (Time delay) โดยใชเครื่องไทมดีเลย (Time delay equipment) ชวย แตใ นกรณีที่มี การใชเคร่ืองทีวีมอนิเตอร(TVmonitor)ควบคูกับระบบเสียงเราจะตองใหปากผูพดู มีความสัมพันธ กับเสียงที่พูดออกมา เราก็อาจจะไมจ ําเปนตองใชเครื่องไทมดีเลย (Time delay equipment)
141
18.3.5 หองออดิทอเรยีมขนาดกวางที่มีเพดานต่ํา(Widelowceilingauditorium) การติดตั้งกลุมลําโพงหนาเวทีท่ีตําแหนงสงู ๆ อาจจะไมไดผลที่ดีจริง เราอาจจะตองใชลําโพง ติดเพดานแทน เพ่ือใหครอบคลุมพื้นที่ของผูฟงไดท้ังหมด อีกทั้งลําโพงติดเพดานยงั ใหเสียงจาก ทิศทางตรงที่มีความชัดเจนในการไดย ินเสยี ง (Intelligibility) ที่ดี แตการเดินทางของเสียงจากทาง ดานบนอาจใหความรูสึกในการฟงเสียงท่ีแปลกเม่ือเทยี บกับภาพที่ผฟู งเห็นบนเวที การใช เคร่ืองไทมดีเลย(Timedelayequipment)กับกลุมลําโพงติดเพดานจะสามารถชวยแกป ญหาน้ีได
หากเราตองการเสียงเพลงหรอื เสียงดนตรี กส็ ามารถนําลําโพงตูแบบฟูลเรนจ (Full range loudspeaker) ติดตั้งทางดานหนาเวที เพื่อชว ยระบบเสียงดานความถ่ีต่ํา ลําโพงติดเพดานจะชว ย ระบบเสียงดานความถี่กลางและความถี่สูง ท่ีใหความชดั เจนในการไดย นิ เสียง (Intelligibility)
18.3.6 ระบบเสียงท้ังหมดสําหรับโบสถ(Thetotalsoundsystemchainforchurch) ระบบเสียงที่ใชในโบสถจะมีการใชงานอปุ กรณตางๆในระบบดังน้ี
1. ไมโครโฟน (Microphone) เปนอุปกรณรับเสียงจากผูพดู เชน พระสงฆ นักรอง เพลงสวดเครอ่ืงดนตรีและผูเขารวมพิธีไมโครโฟนท่ีใชอาจจะเปน แบบรับสัญญาณ ทิศทางเดียว(Directionalmicrophone)ท่ีตดิ ตั้งบนขาต้ังหรือแบบรับสัญญาณ รอบทิศทาง (Omnidirectional microphone) ที่ใชหอยคอหรือหนีบเส้ือ (Lavalier หรือ Lapel)หากผูพูดตองการการเคลื่อนที่อยางอิสระโดยไมต องคํานึงถึงเรื่องสาย ไมโครโฟน การใชงานไมโครโฟนแบบไรสายที่มีเคร่ืองสงและเคร่ืองรับ (Transmitter and Receiver) โดยใชคล่ืนความถี่ FM ก็จะมีความสะดวกในการใชงาน
2. เคร่ืองผสมเสียง (Mixing consoles) เปนเครอ่ื งควบคุมระบบเสียง โดยรบั สัญญาณจาก ไมโครโฟน เครื่องเลนเทปคาสเซ็ต (Cassette tape player) อุปกรณดนตรีตางๆ เชน ออรแกน กีตาร แลวผสมสัญญาณตางๆ กอนที่จะสงตอไปยังเคร่ืองขยายภาคกําลงั (Power amplifier) เครื่องบันทึกเทปคาสเซ็ท (Cassette tape recorder) และ/หรือ ลําโพง มอนเิ ตอร (Monitor loudspeaker) วิศวกรระบบเสียงหรือผูควบคุมเสียงจะควบคุมเสยี ง ประเภทตางๆใหเขากับสภาพแวดลอมของหองและจดุ ท่ีควรจะวางเคร่ืองผสมเสียง คือตรงกลางหอง
142
3. เคร่ืองอีควอไลเซอร (Equaliser) เปนอุปกรณท่ีใชควบคมุ ความถ่ีทั้งสเปกตรัม (Spectrum) และชวยปรับผลตอบสนองความถี่ของลําโพงใหเหมาะสม เคร่ืองอีควอไลเซอรจะปรับเทา (Equalise) ใหกับระบบเสียงท้ังหมดตงั้ แตไมโครโฟน จนกระทั่งถึงหูของผูฟงและสามารถแกปญ หาการปอนกลับของเสียง(Acoustic feedback)หรือเสียงหอน(Howl)โดยลดระดับสัญญาณของความถท่ี ่ีทําใหเกิดปญ หา
4. เคร่ืองขยายเสยี ง(Amplifier) เปนอุปกรณทใี่ ชขยายสัญญาณจากเครื่องผสมเสียง (Mixing consoles) กอนสงสัญญาณที่ไดข ยายแลว ไปยงั ลําโพงแบบ 100 หรือ 70 โวลตไลนหรอื ลําโพงแบบอิมพีแดนซ(Impedance)ต่ําเชน4หรือ8โอหมเราจะตอ ง ใหอิมพแี ดนซ(Impedance)ของลําโพงแมตช(Match)กบั อิมพีแดนซ(Impedance) ของเคร่ืองขยายเสียง และควรใหกําลังขยายของเคร่ืองขยายเสียงนอยกวากําลังที่ สามารถรับได (PHC) ของลําโพง เพื่อปองกันลําโพงไมไดรับความเสียหายจาก เครื่องขยายเสยี งท่ีใหโหลดเกิน (Overload)
5. ลําโพง(Loudspeaker)ที่ใชควรเปนแบบลําโพงประเภทลาํโพงซาวดคอลัมนที่เหมาะ กับการถายทอดเสียงพูด ลํา (Beam) ของเสียงในแนวตั้ง (Vertical) มีมุมเปดท่ีแคบกวา จนลดการเกิดเสียงกองสะทอ น(Reverberation)หากเราตองการเสียงเพลงหรือ เสียงดนตรี กส็ ามารถนําลําโพงตูแบบฟูลเรนจ (Full range loudspeaker) ติดตั้งทางดา น หนาเวที
18.3.7 การทํานายและคาํนวณคุณสมบัติของระบบเสียงในโบสถ(Predicting&calculatingthe performance of the church system
เราสามารถทํานายและคาดหวังคุณสมบัติของระบบเสียงท่ีติดต้ัง ไดจากการคํานวณระดับ ความดันเสยี งจากทิศทางตรง (Direct sound) ท่ีแพรกระจายออกมาจากลําโพง รวมถึงเสียงสะทอน จากกําแพงพนื้ และ/หรือเพดานโดยคํานวณทแี่ ถบออกเทฟ(Octaveband)ตางๆ(125-250-500- 1,000-2,000-4,000-8,000Hz)จากนนั้ เราจะคํานวณความชัดเจนของการไดยินเสียง(Intelligibility) ของระบบ
การใชซอฟตแวรประยกุ ตEASE(ElectroAcousticSimulatorforEngineer)ที่จัดจําหนายโดย แรงคัสไฮนซ(RenkusHeinz)เพ่ือคํานวณและวิเคราะหจะชวยผูออกแบบประหยดั เวลาไดมาก ซอฟตแวรประยุกต EASE จะใหเ ห็นภาพของพื้นท่ีของผูฟง พรอมกับเสนกราฟจากการคํานวณ โดยแสดงการครอบคลุมพื้นท่ี (Coverage, SPLdir) ความดัง (Loudness, SPLtot) ความชัดถอยชัดคาํ (Clarity, dB) ความชัดเจนของการไดยนิ เสียง (Intelligibility, STI) เวลาการถึง (Arrival times, ms) และอ่ืนๆ
3. 
143
18.4 การคํานวณระบบ
18.4.1 การคํานวณระบบเสียงในหองที่มีเพดานสูงเชนหองแสดงนิทรรศการขนาดใหญ (Large exhibition hall)
รูปที่ 86 การติดต้ังลําโพงสําหรับระบบเสียงในหองที่มีเพดานสูง
หองมีปริมาตร 172x72x15.25 m3
ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) RT60 = 2.5 s เสียงรบกวนจากสภาพแวดลอ มโดยรอบ(Ambientnoise)=70dB(SPL) ตําแหนงตดิ ตั้งลําโพงสูงจากพ้ืน15เมตร
จํานวนลําโพง : 3 แถว แถวละ 7 ตัว = 21 ตัว
คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพง
กําลังท่ีลําโพงสามารถรับได (Power handling capacity) หรือ PHC = 50 วัตต ความไว (Sensitivity) = 89 dB (SPL)
ประสิทธิภาพ (Efficiency) = 0.32 %
การกระจายตามความถ่ี (Dispersion) = 110°
จงหาคาความชัดเจนของการไดยินเสยี ง (Intelligibility) ดวยคา ALcons และ/หรือ RASTI 144
ขั้นตอนการคํานวณ
Ldir =89+10log50–20log(15-1.5) ผลจากระดับเสียงของลําโพงขางเคียง (ประมาณ) Ldir(tot) = ผลรวมของ 83.4 dB และ 77 dB
ขอมูลของหอง
ปริมาตร(Volume)
พ้ืนที่ผิว(Surface)
α =V/6Tx1/S
1-α =1-0.38 =0.62
Lrev =114–10logV+10logT+10log(1–α)+10logΣη[%]Pel
= 114 – 52.76 + 3.98 – 2.08 + 10 log (21x0.32x50) = 88.4 dB (SPL) Lrev– Ldir = 88.4 – 84.3 = 4.1 dB
ALcons = 5.7 % (โปรดดูหวั ขอ 17.1.5)
อัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวน (Signal to noise ratio) = (ผลรวมของ 88.4 dB และ 84.3 dB) – 70 = 20 dB
เราจะไดความชัดเจนของการไดยินเสยี ง(Intelligibility)หรือคาALcons=20%
เราสรุปไดวาระบบเสียงท่ีคํานวณไดย ังไมด ีเทาท่ีควร เราอาจจะตองเลือกลําโพงตัวใหม หรืออาจจะ ตองใชไมโครโฟนประกาศที่มีวงจรจํากัดขนาด(Limiter)ชวยลดคุณสมบัติไดนามกิ (Dynamic behavior) ของการประกาศ อตั ราสวนสัญญาณท่ีไมดีตอเสยี งรบกวนจากสภาพแวดลอมโดยรอบ (Bad signal to ambient noise ratio) จะไมม ีผลตอความชัดเจนของการไดยินเสยี ง (Intelligibility) ตราบใดที่อัตราสวนสัญญาณตอสัญญาณรบกวนมีคาดกี วา15dB
145
=89+17–22.6 =83.4dB(SPL)
= 4 x 71 dB
= 83.4 + 0.9 dB
= 77.0 dB (SPL) = 84.3 dB (SPL)
= 172 x 72 x 15.25
= 32,840 m2 =188,820/(6x2.5x32,840) =0.38
= 188,820 m3
18.4.2 การคํานวณระบบเสียงรีอินฟอรซเมนต(Soundreinforcementsystemcalculation)และ EASE (Electro Acoustic Simulator for Engineer)
รูปท่ี 87 รูปรางของหองและการติดต้ังลําโพง
ในหองรูปส่ีเหลี่ยมผืนผา เราควรติดต้ังลําโพงทางดานซายและดานขวาของเวที และเล็งมุมใหตรง แนวกับสวนกลางของหองออดิทอเรียมรปู ท่ี88แสดงลํา(Beam)ของเสียง(3&6dB)จากลําโพง และพ้ืนที่ท่ีครอบคลุม
เราจะใชขอมูลของหองและลาํ โพงท่ีความถี่ 1,000 Hz ดังน้ี หองมีปริมาตร 20x20x10 = 4,000 m3 ระยะเวลาความกองสะทอน (Reverberation time) RT60 = 2.5 s สัมประสิทธ์ิการดูดซึมα =0.2
ระยะทาง 16 เมตร คุณสมบัติทางเทคนิคของลําโพง
กําลังท่ีลําโพงสามารถรับได (Power handling capacity) หรือ PHC = 50 วัตต ความไว (Sensitivity) = 96 dB (SPL)
ประสิทธิภาพ (Efficiency) = 0.32 %
146
รูปที่ 88 ลํา (Beam) ของเสียง (3 & 6 dB) จากลําโพง ข้ันตอนการคํานวณสําหรับระดับความดันเสียง (Sound Pressure level) หรือ SPL ที่แตกตางกัน
SPLdir =96+10log50–20log16 =96+17–24 เนื่องจากเสยี งมาจาก 2 ลําโพง = 89 + 3
สําหรับระยะทางครึ่งหน่ึง (+6 dB) และ (-6 dB) นอกแนวแกน (Off axis) เราสมมติวามีระดับความดนั เสียงเทากนั
SPLrev =114–10log4,000+10log2.5+10log0.8+10log2x0.36x50=96.5dB(SPL) Lrev–Ldir =96.5–92 =4.5dB >>T=2.5s>> RASTI=0.60
147
= 89dB(SPL) = 92 dB (SPL)
= 92 dB (SPL)
รูปท่ี 89 กราฟของความชัดเจนของการไดย ินเสียงพูด (Speech intelligibility) ดัชนีการสงผานของเสียงพูด (Speech transmission index, STI) และดัชนกี ารสงผานของเสียงพูดแบบเร็ว(Rapidspeechtransmissionindex,RASTI)
การคํานวณทร่ี วดเร็วนี้จะใหผลเฉพาะตําแหนง 2 ตําแหนงในหองท่ีใกลกับกลางเวที เราสามารถ คํานวณซํ้าๆไปยังตําแหนงอน่ื ๆของหองดังนั้นการใชซ อฟตแวรประยุกตEASE(Electro Acoustic Simulator for Engineer) คํานวณและวิเคราะหจ ะชวยประหยดั เวลาไดมาก
148
รูปท่ี90ผลจากการใชซอฟตแ วรประยุกตEASEแสดงผลความชัดเจนของการไดยนิ เสียงพูด (Speechintelligibility)ดวยคา STIท่ีความถี่1,000Hz
149
19.0 ภาคผนวก (Appendix)
19.1 นิยาม (Definitions)
Anechoic room หรือ หองทไี่ มมีเสียงสะทอ น คือ หองทมี่ ีขอบเขตที่สามารถดูดซึมเสียง ท่ีมาตกกระทบตลอดแถบความถ่ีท่ีตองการ จนเราสามารถสรางสนามอิสระที่จําเปนได
Decibel scale หรือ สเกลของเดซิเบล คือสเกลตัวเลขเชิงเสนท่ีใชทดแทนสเกลแบบ ลอการิทึม (Logarithm) ของแอมพลิจูด (Amplitude) เพื่อลดความกวางของคาแอมพลิจูดลงอยูใน ชุดตัวเลขขนาดเล็ก
Directivityfactorหรือตัวประกอบสภาพทิศทางคืออัตราสวนคาเฉล่ียของระดบั ความดัน เสียงยกกําลังสอง (Mean squared sound pressure level) ท่ีวัดในแนวแกนและระยะทางที่กําหนด เทียบกับคาเฉลี่ยของระดับความดันเสยีงยกกําลังสอง(Meansquaredsoundpressurelevel)ที่วัด เฉล่ียในทุกแนว (Nondirectional) ท้ังหมดและท่ีระยะทางเดียวกันและแพรกระจายดว ยกําลังที่ เทากัน
Freefieldหรือสนามอิสระคือสภาพแวดลอมที่มีพื้นที่ผิวที่ไมสะทอ นในยานความถ่ีท่ี ตองการ
Isolation หรือ การแยกโดด คือ ความตานทาน (Resistance) ตอการสงผาน (Transmission) ของเสียงในวสั ดุหรือโครงสราง
Pink noise หรือ สัญญาณพิงกนอยส คือ สัญญาณรบกวน (Noise) แบบแถบกวาง (Broadband) ที่มีพลังงานตอแบนดว ิดททคี่ งท่ี (Constant bandwidth) เปนสัดสวนกลบั กับความถ่ี แตมีคาคงท่ีตอแบนดว ิดท (Bandwidth) ของออกเทฟ (Octave) หรือ 1/3 ออกเทฟ (1/3 octave)
Sound Energy หรือ พลังงานเสียง คือ พลงั งานที่มีการสงผาน (Transmission) ของคล่ืน ความดัน(Pressurewave)ในอากาศหรือวสั ดุอื่นๆสวนเสียงที่ไมตองการสวนใหญเราเรียกวา เสียงรบกวน (Noise)
Sound intensity หรือ ความเขมเสียง คือ การสงผาน (Transmission) พลังงานของเสียงตอ หนวยพนื้ ที่และหนว ยเวลาในทิศทางที่กําหนด (Direction)
Sound level หรือ ระดับเสยี ง คือ ระดับความดันเสยี งทว่ี ัดโดยเคร่ืองวดั ระดับของเสยี ง (Soundlevelmeter)หรือSLMและมีการใชขายตวัถวงนํ้าหนกั (Weightingnetwork)แบบใด แบบหน่ึง เชน ถาใชตัวถวงนา้ํ หนัก A (A-weighting) ระดบั เสียง (Sound level) จะใหค า dB (A) หรือ dBA
150
Sound pressure หรือ ความดันเสียง คือ การเปล่ียนแปลงทางไดนามิก (Dynamic) ในความดันบรรยากาศ ในหนวยของ N/m2 หรือ Pascal (Pa) หรือ ความดันท่ีจุดจุดหน่ึงในชองวาง (Space)ลบดวยความดนั สถิตที่จุดน้ัน
Soundpressurelevelหรือระดับความดนั เสียงคือการวัดพื้นฐาน(Fundamental measurement) ของความดันเสียง (Sound pressure) โดยกาํ หนด Lp = 20 log P/P0 dB มาตรฐานของ ความดัน P0 คือ 20 μPa สําหรับการวัดในอากาศ
Standing wave หรือ คลื่นนิ่ง (คลื่นยืน) คือ คล่ืนเปนคาบ (Periodic wave) ที่มีการกระจาย คงท่ีในท่ีวาง ที่เปนผลของการแทรกสอด (Interference) ของคล่ืนแบบรุดหนา (Progressive wave) ของความถี่และคล่ืนชนิดเดียวกัน สามารถแสดงลักษณะโดยการมีอยู (Existence) ของแอมพลิจูดท่ี มีคาสูงสุดและคาตํ่าสุด (Maxima and minima amplitude) ท่ีคงที่ในชองวาง (Space)
Wavelength หรือ ความยาวคล่ืน คือ คาระยะทางของคล่ืนเปนคาบ (Periodic wave) ที่วัด ระหวางจุดแตล ะจุดของแอมพลิจูดท่เีปรียบเทียบได(Comparableamplitude)กับความแตกตางของ เฟส (Phase difference) ใน 1 คาบ (Period)
White noise หรือ ไวตน อยส คือ สัญญาณรบกวน (Noise) แบบแถบกวาง (Broadband) ท่ี มีคาพลังงานคงที่ตอแบนดว ดิ ทที่คงท่ี (Constant bandwidth) แตจะมีการเพ่ิมข้ึน 3 dB ตอการทวีคูณ ของแบนดวิดทท่ีใกลเคียง(Relativebandwidth)ที่จะเปนออกเทฟ(Octave)1/3ออกเทฟ
(1/3 octave) หรือ เดคเคด (Decade)
151
19.2 สัญลักษณและหนวย (Symbols & units)
|
สัญลักษณ Symbol
|
หนวย Unit
|
ปริมาณ Quantity
|
หมายเหตุ Remarks
|
|
V
|
m3
|
Room volume ปริมาตรของหอง
|
|
|
S
|
m2
|
Room surface พื้นที่ผิวของหอ ง
|
|
|
A
|
m2
|
Absorption การดูดซึม
|
|
|
T
|
S
|
Reverberation time ระยะเวลาความกองสะทอน
|
T ≈ 0.161 V/A
|
|
α
|
-
|
Absorption coefficient สัมประสิทธิ์การดูดซึม
|
|
|
m
|
m-1
|
Air Absorption constant คาคงตัวการดดู ซึมของอากาศ
|
m = m (f,ψ,Tr)
|
|
f
|
Hz
|
Frequency or Center frequency of band ความถี่หรือความถี่กลางของแถบ
|
|
|
ψ
|
%
|
Relative humidity ความชื้นสัมพทั ธ
|
|
|
Tr
|
K
|
Room temperature อุณหภูมิหอง
|
273.13K = 0°C
|
|
c
|
m/s
|
Sound velocity ความเร็วเสยี ง
|
c ≈ 344 m/s (air, 20°C)
|
|
ρ
|
kg/ m3
|
Specific density ความหนาแนน จําเพาะ
|
ρ ≈ 1.21 kg/m3 (air, 20°C)
|
|
w
|
J/ m3
|
Energy density ความหนาแนน พลังงาน
|
|
|
l
|
W/ m2
|
Sound intensity ความเขมเสียง
|
|
152
|
สัญลักษณ Symbol
|
หนวย Unit
|
ปริมาณ Quantity
|
หมายเหตุ Remarks
|
|
p
|
Pa
|
Sound pressure ความดันเสยี ง
|
1Pa=1N/m2 ≈ 94dB(SPL)
|
|
pdir
|
Pa
|
Direct sound pressure ความดันเสยี งจากทิศทางตรง
|
|
|
pdiff
|
Pa
|
Diffuse sound pressure ความดันเสยี งแพรซึม
|
|
|
pref
|
Pa
|
Reference pressure ความดันมาตรฐาน
|
pref ≡ 20 μPa
|
|
ps
|
Pa
|
Characteristic sensitivity คุณลักษณะความไว
|
|
|
Lp
|
dB (SPL)
|
Sound pressure level ระดับความดนั เสียง
|
Lp = 20 log (p/pref)
|
|
Ldir
|
dB (SPL)
|
Direct sound level ระดับเสียงจากทิศทางตรง
|
|
|
Ldiff
|
dB (SPL)
|
Diffuse sound level ระดับเสียงแพรซึม
|
|
|
Ls
|
dB (SPL)
|
Characteristic sensitivity level ระดับคุณลักษณะความไว
|
Ls≡ 20 log (ps/pref)
|
|
LQ
|
dB
|
Off axis level difference ความแตกตางของระดับนอกแนวแกน
|
ดูแผนภาพโพลาร (Polar diagram) ของลําโพง
|
|
Γ(θ,φ)
|
-
|
Directivity function ฟงชันสภาพทศิ ทาง
|
Γ(θ,φ) = p(r,θ,φ)/p(r)
|
|
θ,φ
|
-
|
Angles with reference axis มุมกับแนวแกนมาตรฐาน
|
Γ(θ,φ =0) = Γ(max) = 1
|
|
Pel
|
W
|
Electrical power กําลังไฟฟา
|
กําลังที่ใชไป (Consumption)
|
|
Pac
|
W
|
Acoustical power กําลังเสียง
|
การแพรกระจาย (Radiation)
|
153
|
สัญลักษณ Symbol
|
หนวย Unit
|
ปริมาณ Quantity
|
หมายเหตุ Remarks
|
|
η
|
-
|
Efficiency ประสิทธิภาพ
|
η= Pac / Pel
|
|
Q
|
-
|
Directivity factor ตัวประกอบสภาพทิศทาง
|
Q = Imax /Iav Iav = Pac / 4pr2
|
|
D
|
dB
|
Directivity index ดัชนีสภาพทิศทาง
|
D=10logQ
|
|
r
|
m
|
Distance to source ระยะทางถึงแหลงกําเนิด
|
|
|
%ALcons
|
%
|
Loss of consonants การสูญเสียเสียงพยัญชนะ
|
การสูญเสียความฟงชัด (Articulation loss)
|
|
STI
|
-
|
Speech transmission index ดัชนีการสงผานของเสียงพูด
|
IEC Norm
|
|
|
-
|
RASTI = 0.9482-0.1845 ln (ALcons) ดัชนีการสงผานของเสียงพูดแบบเร็ว (Rapid speech transmission index)
|
(Farrel Becker)
|
|
ts
|
s
|
Splittime เวลาแยก
|
ชองเวลาของเสียงที่มี ประโยชน (Time window useful sound)
|
154
Sound velocity หรือ ความเรว็ เสียง __
19.3 สูตร (Formulas)
c=20.1√Tr ≈344m/s(air,293K=20°C) Reverberation time หรือ ระยะเวลาความกองสะทอน
T = 24 ln 10xV/cA ≈ 0.161V/A Absorption หรือ การดูดซึม
Sabine:A=4mV+αS
Eyring:A=4mV–Sln(1–α)≈4mV+S[α+α2/2+α3/3+...] Air absorption constant หรือ คาคงตัวการดูดซึมของอากาศ
ประมาณโดย m ≈ 1.7 x 10-8f2/ψ
สําหรับ Tr = 20°C และความชื้นสัมพัทธ ψ เปน % Characteristic sensitivity หรือ คุณลักษณะความไว
ps = pdir สําหรับ Pel = 1W, r = 1m, Γ = 1 (ในแนวแกน) ; Characteristicsensitivitylevelหรือระดบั คุณลักษณะความไว
Ls ≡ 20 log (ps/pref)
Energy density หรือ ความหนาแนนพลังงาน
w = p2/ρc2
Sound intensity หรือ ความเขมเสียง
_____ ps = √(ρcη/4π)
I=pv ;I=wc=p2/ρc Directsoundpressureandlevelหรือความดันและระดบั เสียงจากทิศทางตรง
pdir2 = ρcQP/(4pr2)
pdir2 = ρcPacΓ2/ (4pr2 ) = ps2PelΓ2/r2
Ldir =Ls +10log(Pel)–20logr+20logΓ
Diffuse sound pressure and level หรือ ความดันและระดับเสียงแพรซึม
pdiff 2 = 4ρcPac(1 –α)/A = 25ρcPacT(1 –α)/V = 25ρcηPelT(1 –α)/V Ldiff = 10 log (pdir2/ pref2)
โดยท่ี
= 10 log (25ρc/ pref2) + 10 log (PacT (1 –α)/V) = 134 + 10 log (ηPelT (1 –α)/V)
= 120 + 10 log (25PacT (1 –α)/V)
10 log (25ρc/ pref2) ≈ 134 ; 10 log (ρc/ pref2) ≈ 120 155
Total sound หรือ เสียงท้ังหมด Ltot = 10 log (ptot2/pref2)
≈ Lp + 10 log [Γ2/(4πr2) + 4(1 –α)/A]
โดยท่ี pref2 /ρc ≈ Pref ; Lp = 10 log (Pac/Pref) ; Pref ≡ 1.10-12 (W) Reverberation radius หรือ รัศมีความกองสะทอน
wdir (rg) ≡ wdiff
rg 2 = QA/(16π(1 –α)) = (6 ln 10/4πc)QV/((1 –α)T) ≈ 3.20 x 10-3 QV/((1 –α)T)
______________ rg ≈ 0.057 √ QV/(1 –α)T
Direct to reverberation ratio หรือ อัตราสวนเสียงจากทิศทางทางตรงตอความกองสะทอน D/R = wdir / wdiff = pdir2/ pdiff2 = rg 2/r2
Loss of consonants หรือ การสูญเสียเสียงพยัญชนะ Alcons = 200 r2T2/V ≤ 9T (Peutz)
Alcons = 0.90 T pdiff2/ pdir2 ≤ 9T (%)
Average frequency spacing of adjacing maxima หรือ ชองวางความถี่เฉลี่ยของจุดสูงสุด ท่ีอยูใกลชิดกนั
∆fmax ≈ 4/T (Kuttruff, p.70)
Level difference (between most probable maximum and mean value) หรือ ความแตกตาง ระดับ(ระหวางคาสูงสุดท่ีเปนไปไดก ับคาเฉลี่ย)
∆L = 10 log (ln(BT)) (Kuttruff, p.71)
156
ขอมูลและกราฟท่ีเปนประโยชน
157
158
School of Acoustics and Electronic Engineering, University of Salford Level3 Module AGA03304 Electroacoustic System Design: Intelligibility
159
MATERIAL 125 250 500 1000 2000 4000 8000Hz DESCRIPTION IN DETAIL
ABS BLOCK AC PLASTER ACDECK 2.50 ACOUSTILE BAFFLE1 BAFFLE2 BREEZE B-R BREEZE B-S BRICKS C BRICKS CC BRICKS CCP CARPT COMM CARPT HVY CARPT INOT CARPT LPAD CARPT PAD CELOTEX CHAIRS LUX CHAIRS LTH CHAIRS WD CHPBRD 8MM CHPBRD16MM CHPBRD25MM CINDBLK R CINDBLK S CIRRUS CIRRUS 75 COLORSON1 COLORSON2 CONCRETE R CONCRETE S CORTEGA DOOR
DOOR 2 DRAPE MED DRAPE THIN DRAPE THK
ELASCON
FIB/BD AIR FIB/BD PTD FIB/BD UP FIB/GLS l” FIB/GLS 2” FIB/GLS1”A FIB/GLS2”A FIB/GLS4”A FLEXBOARD FLOOR CONC FLOOR TILE FLOORS 1 FLOORS 2 FLOORS 3 FLOORS 4 FOAM 2” FOAM 3” FOAM 4”
GLASS 1 GLASS 2 GLS/WL l” GLS/WL 2”
.19 .64 .73 .32 .32 .52 .54 .97 1.00 .26 .57 .63 .19 .32 .64 .23 .60 1.00 .15 .40 .60 .14 .20 .24 .16 .13 .15 .02 .03 .03 .01 .01 .02 .03 .05 .09 .02 .06 .14 .01 .05 .10 .08 .27 .39 .08 .24 .57 .07 .15 .15 .19 .37 .56 .44 .54 .60 .15 .19 .22 .25 .30 .04 .25 .07 .02 .20 .05 .02 .15 .40 .60 .14 .20 .24 .35 .29 .52 .36 .38 .67 .11 .30 .77 .46 1.00 1.00 .02 .03 .03 .01 .01 .02 .31 .32 .51 .15 .10 .06 .15 .11 .10 .05 .07 .13 .04 .05 .11 .05 .12 .35
.37 .73 .99
.30 .00 .15 .05 .10 .10 .05 .10 .15 .07 .23 .42 .19 .51 .79 .09 .25 .60 .20 .56 .89 .39 .91 .99 .18 .11 .09 .04 .04 .15 .02 .03 .03 .01 .01 .01 .02 .03 .03 .15 .11 .10 .04 .04 .07 .08 .25 .61 .14 .43 .98 .20 .70 1.00
.18 .06 .04 .35 .25 .18 .15 .35 .70 .35 .70 .90
.62 .20 .8l .88 .91 .55 .96 .44 .80 .75 1.00 1.00 .60 .60 .30 .41 .11 .13 .04 .05 .02 .02 .23 .38 .37 .60 .20 .48 .34 .48 .69 .71 .15 .15 .67 .61 .62 .58 .39 .38 .04 .04 .02 .02 .02 .02 .60 .60 .30 .41 .79 .92 .89 .97 1.00 1.00 1.00 1.00 .03 .04 .02 .02 .72 .74 .08 .10 .07 .06 .22 .32 .18 .30 .45 .35
.95 .67
.00 .10 .10 .10 .25 .30 .77 .73 .92 .52 .81 .75 .93 .84 .98 .93 .07 .03 .30 .50 .03 .03 .02 .02 .03 .03 .07 .06 .06 .06 .92 .95 1.00 1.00 1.00 1.00
.03 .02 .12 .07 .85 .90 .90 .95
.14 .10 .84 .84 .31 .31 .56 .56 .56 .56 1.00 1.00 .60 .60 .40 .50 .14 .15 .07 .07 .03 .03 .54 .71 .65 .70 .65 .80 .63 .63 .73 .75 .11 .10 .59 .59 .50 .45 .30 .30 .04 .04 .02 .02 .02 .02 .60 .60 .40 .50 .97 .96 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 .07 .08 .05 .06 .77 .79 .05 .02 .07 .07 .35 .39 .35 .38 .36 .39
.60 .50
.00 .10 .10 .15 .30 .30 .70 .70 .78 .78 .74 .74 .80 .80 .88 .88 .03 .03 .60 .60 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .07 .07 .07 .07 .92 .92 1.00 1.00 1.00 1.00
.02 .02 .09 .09 .90 .90 .90 .90
GLZD TILE RAND PERF 8”x16” TILES/GLS l/2” Thick Zonolite
2” THK ACOUS DECK 16GA PERF STL DECK SUFACE TILE GLAZED/PERFORATED (AIR) l.5”X1.5#W/2MIL PLAS COV PER SIDE l”Xl.5# W/FABRIC COVER
Breeze blocks rough
Breeze blocks smooth
Bricks clay
Bricks compressed clay
Unglazed bricks painted
Commercial grade carpet
Heavy carpet on concrete
Indoor-outdoor carpet
LATEX BACKING ON 40 OZ HAIRFELT
ON 40 OZ HAIRFELT OR FOAM RUBBER 1” THK AP INSULATION W/FOIL SURFACE FAB.WELL UPOLST. SEATS UNOCCUP LEATHER UPOLST SEATS UNOCCUP CHAIR METAL OR WOOD UNOCCUP
Chip board 8mm on 3cm air
Chip board 16mm on 3cm air
Chip board 25mm on 3cm air
CINDER OR CONCRETE BLOCKS ROUGH CINDER OR CONCRETE BLOCKS SMOOTH CIRRUS ceiling material armstrong
CIRRUS 75 ceiling material arrmstrong 1”THK #6 core fabric covered panel 2”THK #6 core fabric covered panel Concrete wall or floor (Rough) Concrete wall or floor (Smooth) CORTEGA ceiling material armstrong Door
Door 1 3⁄4”SOLID CORE WOOD Draperies medium
Draperies thin
Draperies
Elascon
l/2” MOIJITTED OVER l” AIR SPACE
l/2” MNT SOLID BCK SOME PAINTED
l/2” MOUNTED/SOLID BACKING UNPAINTED AF 100 l” MOUNTING 4
AF 100 2”MOUNTING 4
AF 530 l” MOUNTING 4
AF 530 2” MOUNTING 4
AF 530 4” MOIJITTING 4
3/16” ASBESTOS MNT OVER 2” AIR SPACE Concrete floor with thin carpet
LINOLEUM ASPHALT RUBBER CORK TILE CONCRETE OR TERRAZZO
LINOLEUM ASPHALT RUBBER CORK TILE WOOD
WOOD PARQUET IN ASPHALT ON CONCRETE SONEX 2” THICK ON FLOOR
SONEX 3” THICK ON FLOOR
SONEX 4” ON FLOOR
LARGE PANES HEAVY GLASS
ORDINARY WINDOW GLASS
l” MNT/SOLID BACKING COVERED/FABRIC MNT l” AIR SPACE OPEN WEAVE
20.0ตารางสัมประสิทธการดูดซึมของวัสดตุ างๆ
160
MATERIAL 125 250 500 1000 2000 4000 8000Hz DESCRIPTION IN DETAIL
GLASS-ROOF GRA VEL GRASS l” GRASS SPRT GYP 12.5MM GYP 2X 5/8 GYP 9.5MM GYP12.5MMB GYPBRD 1/2 GYPBRD 5/8 GYPSUM BRD HARDBOARD
LAKE/POND LAPENDARY1 LINEAR
MARBLE MASONITE MASONRY PT
NUB CLG l” NUB WALL 1” OMEGA
PARQUET FL PILLOWBAFL PLAST/LTHR PLAST/LTHS PLAST/TILE PLASTERBD1 PLASTERBD2 PLASTERBD3 PLA TGLS1/4 PLYWD 1/2 PLYWD 1/4 PLYWD 2” PLYWD 3/8 PLYWD 6MM POOL/SWIM PUB IN WDP PUBLIC TKC PUBLIC TNC PUBLIC WC
ROCKWOOL 1 ROCKWOOL 2 ROCKWOOL 3 ROOF AS2 RPG DIFSR1 RPG DIFSR2
SANSERRA T SBV CIRRUS SNDLKCORTG SNOW
SOIL
SONEX 2” SONEX 3” SONEX 4” SPRAY ACOU SS60FR701A SS85CLASSC SS85FR701A STDNTS WC STEEL
.24 .18 .25 .60 .10 .25 .10 .20 .30 .20 .28 .12 .32 .07 .05 .05 .25 .10 .55 .14 .29 .10 .09 .45
.05 .05 1.00 .97 .20 .30
.01 .01 .12 .28 .10 .05
.77 .94 .08 .29 .10 .26
.02 .15 .20 .78 .03 .03 .02 .02 .01 .01 .32 .07 .30 .20 .05 .05 .15 .06 .30 .25 .60 .30 .05 .00 .25 .22 .20 .30 .01 .01 .57 .61 .50 .70 .38 .60 .31 .51
.34 .52 .36 .62 .31 .70 .05 .55 .98 .90 .75 .51
.30 .32 .30 .31 .34 .32 .45 .75 .15 .25 .08 .25 .14 .43 .20 .70 .08 .29 .06 .24 .09 .61 .07 .30 .30 .41 .05 .10
.11 .11 .65 .70 .60 .65 .40 .40 .05 .02 .10 .07 .05 .05 .05 .03 .05 .04 .08 .04 .05 .04 .25 .15
.05 .05 .92 1.00 .40 .50
.01 .01 .19 .18 .06 .07
.75 .98 .68 .92 .72 .82
.10 .08 1.00 1.00 .04 .05 .03 .04 .02 .03 .05 .05 .05 .02 .05 .03 .04 .03 .20 .17 .10 .09 .05 .00 .17 .09 .12 .07 .01 .01 .75 .86 .85 .95 .80 .90 .73 .80
.94 .83 .99 .92 .99 .98 .83 .95 .93 .77 .57 .34
.51 .77 .42 .54 .45 .64 .90 .95 .40 .55 .61 .92 .98 1.00 1.00 1.00 .7S .98 .60 .87 .86 .93 .76 1.00 .49 .84 .10 .10
.11 .11 .11 .75 .50 .70 .80 .90 .60 .40 .50 .40 .02 .02 .02 .13 .09 .10 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .07 .07 .07 .12 .11 .10 .07 .09 .09 .10 .10 .10
.05 .05 .05 1.00 1.00 1.00 .60 .70 .80
.02 .02 .02 .19 .15 .16 .09 .08 .08
1.00 1.00 1.00 .98 .93 .88 .78 .71 .65
.05 .05 .05 1.00 1.00 1.00 .04 .03 .03 .04 .03 .03 .04 .05 .05 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .02 .15 .10 .10 .09 .09 .09 .02 .00 .02 .10 .11 .11 .04 .04 .04 .02 .02 .02 .91 .86 .85 .95 .90 .90 .90 .90 .90 .82 .82 .82
.81 .69 .69 .92 .86 .86 .92 .84 .84 .85 .55 .30 .80 .77 .70 .24 .26 .20
.90 .99 1.00 .64 .66 .68 .71 .76 .83 .95 .95 .90 .60 .60 .45 .95 .92 .92 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 .93 .76 .75 .88 .70 .52 .83 .69 .55 1.00 .99 .99 .87 .84 .81 .07 .02 .10
Movable glass roof
GRA VEL LOOSE MOIST 4” HK
GRASS MARION BLUEGRASS 2” HIGH GRASS FOR SPORTFIELDS (SOCCER) Plaster board 12.5mm on 3cm air
Construction #8 2 layer 5/8”
Plaster board 9.5mm on 5cm air
Plaster board 12.5mm on >30cm air
1⁄2” DRYWALL
5/8” THK MOUNTED 16” CNTR WITH GLS l/2” NAILED TO 2X4 16” O.C.
l/8” MOUNTED OVER 2” AIR SPACE
LAKE MODERATLY SMOOTH
2” THK LAPW/PERF PLAS COVER linear Frequency Dependence
GLAZED TILE
l/2” MNT/OVER l” AIR SPACE MASONRY PAINTED
l” NUBBY ceiling material armstrong 1” NUBBY wall materials armstrong Carpet like wall cover for acous tmt
Wooden parquet floor
Pillow-baffle l” thk mounted hanging
ROUGH FINISH ON LATH
SMOOTH FINISH ON LA TH
GYPSUM OR LIME SMOOTH FINISH ON TILE Plaster board 9.5mm on 5cm air
Plaster board 12.5mm on 3cm air
Plaster board 12.5mm on >30cm air
l/4” PLA TE GLASS
l/2” THICK OVR/2”/4” AIR SP.
l/4” MNT/OVR 3” AIR SPACE
2” GLUED TO 2 l/2” PLASTER ON LATH
3/8”
Plywood paneling 6mm on 5cm air
SWIMMING POOL
Congregation in wooden pews
Public on thick upholstered chairs
Public on thin upholstered chairs
Public on wooden chairs
2” THICK MNT/SOLID BCK
MOUNTED OVER l” AIR SPACE MOUNTED OVER 2” AIR SPACE
Delta sorb AS2 on 25 cm space
RPG DIFFUSER UNPAINTED ABSORPTION RPG DIFFUSER PAINTED ABSORPTION
SANSERRA TRAVERTONE
SCORED BEVELED TEGULAR CIRRUS SECOND LOOK CORTEGA CEILING MATERIAL SNOW FRESHLY FALLEN 4” THK
SOIL ROUGH
SONEX 2” THICK ON FLOOR
SONEX 3” THICK ON FLOOR
SONEX 4” ON FLOOR
Sprayed cellulos fiber l” on concrete
SS60 FR701A Wall materials armstrong
SS85 Classic vinyl wall materials
SS85 FR701A Wall materials armstrong
Students in wooden seats
Steel panel or wall or surface
161
MATERIAL 125 250 500 1000 2000 4000 8000Hz DESCRIPTION IN DETAIL
TBLE TP WD TEG CIRRUS TERRAZZO TILE FLOOR TILE GLAZD TREES TRIBUNE ES TUNDRA l”
ULTIMA UNGL BRICK URETH PANE
VELOUR HVY VELOUR LT VELOUR MED
WATER RVR WATER POOL WINDOW DP WINDOW SP WOOD FLR 1 WOOD FLR 2 WOOD FLR 3 WOOD FLR 4 WOOD FLR 5 WOOD FLR 6 WOOD GRID0 WOOD GRID1 WOOD GRID2 WOOD GRID3 WOOD GRID4 WOOD GRID5 WOOD GRID6 WOOD GRID7 WOOD GRID8 WOOD GRID9 WOOD PANEL WOODPANEL1 WOODPANEL2
MIRROR α=10% α=20% α=30% α=40% α=50% α=60% α=70% α=80% α=90% α = 100%
.15 .11 .10 .33 .33 .55 .01 .01 .01 .02 .03 .03 .01 .01 .01 .03 .06 .11 .06 .06 .06 .70 .92 .75
.32 .34 .71 .01 .01 .02 .07 .11 .20
.14 .35 .55 .03 .04 .11 .07 .31 .49
.05 .05 .05 .01 .01 .01 .25 .10 .07 .33 .25 .10 .20 .15 .10 .20 .15 .08 .20 .15 .15 .02 .03 .04 .15 .11 .10 .04 .04 .07 .10 .36 .99 .01 .05 .08 .02 .28 .80 .10 .10 .15 .60 .80 .85 .60 .80 .80 .60 .70 .70 .44 .90 .80 .07 .46 .37 .10 .14 .56 .30 .25 .20 .20 .12 .10 .10 .10 .10
.10 .05 .00 .10 .10 .10 .20 .20 .20 .30 .30 .30 .40 .40 .40 .50 .50 .50 .60 .60 .60 .70 .70 .70 .80 .80 .80 .90 .90 .90 1.00 1.00 1.00
.07 .06 .07 .07 .74 .86 .92 .94 .02 .02 .02 .02 .03 .03 .02 .02 .01 .02 .02 .02 .17 .27 .31 .15 .12 .12 .09 .08 .99 1.00 .97 .89
.87 .87 .85 .79 .02 .02 .03 .03 .32 .60 .85 .85
.72 .70 .65 .65 .17 .24 .35 .35 .75 .70 .65 .65
.05 .05 .05 .05 .01 .02 .02 .02 .06 .04 .02 .02 .07 .06 .04 .02 .08 .08 .05 .05 .05 .03 .02 .02 .30 .50 .60 .60 .05 .05 .05 .05 .07 .06 .07 .07 .06 .06 .07 .07 .99 .50 .35 .30 .09 .09 .09 .09 .90 .50 .50 .40 .20 .20 .20 .20 .99 .80 .60 .50 .80 .50 .50 .50 .60 .40 .40 .40 .85 .62 .60 .60 .47 .26 .30 .25 .72 .37 .23 .20 .17 .15 .10 .10 .10 .08 .07 .07 .08 .08 .07 .07
.00 .00 .00 .00 .10 .10 .10 .10 .20 .20 .20 .20 .30 .30 .30 .30 .40 .40 .40 .40 .50 .50 .50 .50 .60 .60 .60 .60 .70 .70 .70 .70 .80 .80 .80 .80 .90 .90 .90 .90 1.00 1.00 1.00 1.00
Table top wood
Tegular cirrus ceiling
Concrete or terrazzo
Linoleum asphalt rubber cork tile Glazed tile
Trees firs 20 sq ft grd area pertree Tribune with empty seats (Stadium) 1” open plan tundra ceiling material
Ultima ceiling material armstrong Unglazed brick
1” thk urethane foam panel
Heavy l8oz draped to 1/2 area Light (10 oz) hung touching wall Med. l4oz draped to 1/2 area
Water
Swimming pool
Double pane glass
Single pane glass
Wooden floor on beams
Wooden floor covered with linoleum Wooden floor with thin carpet
Wooden floor or linoleum on concrete Hardwood floor on beams
Wood parquet in asphalt on concrete Wooden grid 90/15mm on 6cm air + gw Wooden grid 35/15mm on 2cm air Wooden grid 35/15mm on 2cm glaswool Wooden grid 35/15mm on 40cm air Wooden grid 35/15mm on 40cm glaswool Wooden grid 60/15mm on 40cm air + gw Wooden grid 120/15mm on 40cm glaswool Wooden grid 90/15mm on 40cm air + gw Wooden grid 90/15mm on 40cm air only Wooden grid 90/15mm on 6cm air only 3/8” to l/2” thick ovr /2”/4” air sp.
Wood panelled wall 16mm on 4cm air Wood panelled wall 18mm on 4cm air
Ideal Sound Reflector 10% Sound absorbing 20% Sound absorbing 30% Sound absorbing 40% Sound absorbing 50% Sound absorbing 60% Sound absorbing 70% Sound absorbing 80% Sound absorbing 90% Sound absorbing 100% Sound absorbing
Atmospheric absorption (m/km) versus Rel. Humidity (acc.Cyril Harris)
Label 125 250
RH=20% 0.10 0.23 RH=40% 0.08 0.18 RH=50% 0.07 0.16 RH=60% 0.07 0.15 RH=80% 0.06 0.14
500 1000
0.56 1.39
0.43 1.06 0.40 0.97 0.37 0.91 0.34 0.82
2000 4000 8000
4.28 14.5 47.1 2.59 7.20 23.7 2.40 6.10 19.2 2.25 5.60 16.2 2.07 5.10 13.3
Description (T=200C)
Air with 20% Rel. Humidity Air with 40% Rel. Humidity Air with 50% Rel. Humidity Air with 60% Rel. Humidity Air with 80% Rel. Humidity
162
21.0 ตัวอยางการประยุกตใช (Application Note)
1.0 ชุดแปลภาษา 1 ภาษา
ตัวอยางการประยุกตใ ชของระบบเสียงท่ีจะกลาวตอไปนี้ เปนการใชงานสําหรับการแปลภาษา โดยลาม(Simultaneousinterpretationsystem)แบบประหยัดระบบแปลภาษาระบบนี้จะมกี าร แปลภาษาจากภาษาหลกั (Floorlanguage)1ภาษาเราสามารถฟงเสียงภาษาหลกั (Floorlanguage) จากเคร่ืองขยายเสียงและลําโพง และฟงเสยี งภาษาแปลจากเคร่ืองชวยหฟู ง (Hearing aid) เคร่ืองชวยหฟู ง (Hearing aid) ดังกลาวจะมขี ดลวดจับเสยี ง (Listening coil) ที่ทําหนาที่แปลงเสียง จากสนามแมเหล็ก (Magnetic field)
เราสรางสนามแมเหล็กจากการนําเคร่ืองขยายเสียงตอภาคขาออก (Output) กับสายไฟฟาท่ีมี การติดต้ังแบบวนรอบ (Loop) ในตวั หองโดยผานแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ที่เหมาะสมแทนการตอลําโพง กระแสไฟฟา ท่ีไหลในสายไฟฟาจะสรางสนามแมเหล็กใน วงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop)
รูปท่ี 1 ขดลวดจับเสียง (Listening coil)
163
1.1 ท่ัวไป
การออกแบบระบบแปลภาษาโดยลาม(Simultaneousinterpretationsystem)น้ีเราตอ งคํานึงถึง ระบบท่ีสามารถสรางความแรงของสนามแมเหล็ก(Magneticfieldstrength)ท่ีเหมาะสมเพื่อใหก าร รับสัญญาณของขดลวดจับเสียง(Listeningcoil)ของเครื่องชวยหฟู ง(Hearingaid)อยูในเกณฑทดี่ ี การรับสัญญาณของขดลวดจับเสียง (Listening coil) จะขนึ้ กับปจจยั พน้ื ฐาน 4 ประการ ดังนี้
1. ความเขมของกระแสไฟฟา (Current intensity) ท่ีไหลวนรอบในสายไฟฟาที่มีการวางสาย แบบวนรอบ (Loop) ความเขมของกระแสไฟฟา (Current intensity) จะมีหนวยเปน แอมแปร- เทิรน (Ampere-turns) หรือ แอมแปร-รอบ
2. ตําแหนง (Position) ของเครอื่ งชวยหูฟง (Hearing aid) ท่ีข้ึนอยูกับขนาดและลักษณะของ หอง และตําแหนงของผูฟงในหอง
3. ทิศทาง (Direction) ของขดลวดจับเสียง (Listening coil) ที่สอดคลองกับทิศทางของ สนามแมเหล็กสนามแมเหลก็ ดังกลาวจะมที ิศทางในแนวต้ังและขนึ้ อยกู ับตําแหนงการวาง สายไฟฟาในหอง และสายไฟฟานจี้ ะทําหนาที่เปนวงรอบเหน่ียวนํา (Inductive loop) เราควรใหขดลวดจับเสียง (Listening coil) ของเคร่ืองชวยหูฟง (Hearing aid) อยูในแนว เดียวกันกับทิศทางของสนามแมเหล็ก นอกจากนี้ เราควรคํานวณใหความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ใหอยูในระดับเดียวกันทวั่ ทั้งหอง แตก็อาจจะมี จุดบอดไดบางในแนวพนื้ ที่ของหองท่ีอยูใกลกับกําแพง
รูปที่2สนามแมเหล็กของวงรอบเหน่ียวนาํ (Inductiveloop)
164
4. ความไว (Sensitivity) ของขดลวดจับเสียง (Listening coil) ท่ีข้ึนอยูกับชนิดของเครื่องชวย หูฟง (Hearing aid) เครื่องชวยหูฟงแบบติดตัว (Body-worn hearing aid) จะมีความไวใน การรับสัญญาณดีกวาเคร่ืองชวยหูฟงแบบเหน็บหู (Behind-the-ear hearing aid, BTE)
รูปท่ี 3 กราฟแสดงความไว (Sensitivity) ของขดลวดจับเสียง (Listening coil) กับความถ่ี
ความไว (Sensitivity) ของขดลวดจับเสียง (Listening coil) ที่แสดงตามกราฟรูปท่ี 3 สามารถ ใหระดับเสียงที่หูฟง 10 dB ถึง 30 dB ต่ํากวาระดับเสียงที่หูฟงสูงสุด เม่ือความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) มีคา 10 mA/m ท่ีความถ่ี (Frequency) 1,000 Hz
เราสามารถวิเคราะหความไว(Sensitivity)ของขดลวดจบั เสียง(Listeningcoil)ของเคร่ืองชวยหฟู ง (Hearingaid)แบบตางๆไดด ังน้ี
1. เคร่ืองชวยหูฟง แบบเหน็บหู (Behind-the-ear hearing aid, BTE)
ถา เราตองการระดับเสียงทห่ี ฟู งเทากับระดบั เสียงที่สูงสุด เราตองเพ่ิมความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) อีก 30 dB เมื่อความแรงของสนามแมเหล็ก (Magneticfieldstrength)มีคา10mA/mที่ความถ่ี(Frequency)1,000Hzหรือกลาวอกี นัย หนึ่ง เราตองเพิ่มความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ขึ้นอีก 30 เทา หรือ 300 mA/m โดยใชสูตรคํานวณดังน้ี
โดยท่ี
Ratio (in dB) = 20 log I2/I1 I2 =1030/20I1
=30I1
165
2. เคร่ืองชวยหูฟง แบบติดตัว (Body-worn hearing aid)
ถาเราตองการระดับเสียงทห่ี ฟู งเทากับระดบั เสียงท่ีสูงสุดเราตองเพ่ิมความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) อีก 10 dB เม่ือความแรงของสนามแมเหล็ก (Magneticfieldstrength)มีคา10mA/mที่ความถี่(Frequency)1,000Hzหรือกลาวอกี นัย หน่ึง เราตองเพ่ิมความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ข้ึนอีก 3 เทา หรือ 30 mA/m โดยใชสูตรคํานวณดังน้ี
โดยที่
Ratio (in dB) = 20 log I2/I1 I2 =1010/20I1
=3I1
1.2 วิธีการคํานวณและประมาณการความเขมของกระแสไฟฟา(Currentintensity)ใน วงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop)
เราสามารถคํานวณและประมาณการความเขมของกระแสไฟฟา (Current intensity) ได ดังตอไปนี้
1. การวางวงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop) ควรจะเปน ลักษณะส่ีเหลยี่ ม ความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ท่ีจุดใดจุดหน่ึง จะมีคาเทากับผลรวมของ สนามแมเหล็ก ที่เกิดจากกระแสไฟฟาไหลผานสายไฟฟาแตละขางของสี่เหลี่ยมน้ันๆ
รูปท่ี 4 จุดกึ่งกลางในวงรอบเหนี่ยวนํา (Inductive loop)
166
2. ความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) เปนสัดสวนผกผนั กับระยะทาง
รูปที่ 5 ความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) กับระยะทาง
3. ในกรณีท่ีเราตอ งการความแรงของสนามแมเหล็ก(Magnetic field strength) เปนจํานวนเทา ของความแรงของสนามแมเหล็ก(Magnetic field strength) ที่เกิดจากกระแสไฟฟาไหลผาน สายไฟฟาของวงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop) เสนเดียว เราก็สามารถกระทําไดโดยเพิ่ม จํานวนรอบของสายไฟฟาในแตละรอบ ใหเทากับจํานวนเทาที่ตองการจากความแรง ของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) น้ันๆ เชน ถา เราตองการความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) เปน 2 เทา เราก็เพียงแตเ พิ่มจํานวนรอบของ สายไฟฟาเปน 2รอบ
รูปท่ี 6 ความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ของวงรอบเหนี่ยวนํา (Inductive loop) 2 รอบ
167
4. ทิศทาง (Direction) ของสนามแมเหล็กท่ีเกดิ จากการไหลของกระแสไฟฟาผานตัวนําไฟฟา จะเปนไปตามกฎมือขวาของฟาราเดย (Faraday’s right hand rule) นั่นคือกระแสไฟฟาที่ ไหลในแนวออกจากตวั ของเรา จะสรางสนามเหล็กในแนวตามเข็มนาฬิกา
รูปที่ 7 ทิศทาง (Direction) ของสนามแมเหล็กจากการไหลของกระแสไฟฟา
5. เน่ืองจากสายไฟฟาไมไดมเี ฉพาะคาความตา นทาน (Resistance) เทาน้ัน แตยังมีคา ความเหนี่ยวนาํ (Inductance)รวมอยูอีกดวยดังนนั้ เม่ือถึงความถี่ความถ่ีหนึ่งสําหรับ สายไฟฟาแกนเด่ียว กระแสไฟฟาและความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength)จะมคี าลดลงความถี่ดังกลาวจะมคี าประมาณ1,500Hzแตสําหรับสายไฟฟา หลายแกน (Multi-core cable) ความถี่ดังกลา วจะมีคาที่ตํา่ กวา 1,500 Hz ในกรณีท่ีเราใช สายไฟฟานอยแกนเราสามารถเพ่ิมแรงดันไฟฟาในชวงความถี่ดังกลาวและความถี่ทม่ี ีคา สูงกวา เพื่อทําใหกระแสไฟฟาและความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) จะมีคาเกือบคงท่ีตลอดยานความถ่ี
รูปท่ี 8 กราฟแสดงคาความตานทาน (Resistance) ท่ีความถี่ 1,500 Hz
168
6. สําหรับสายไฟฟาแกนเดยี่ วที่เดินสายในแนวตรง เราสามารถคํานวณคาความแรงของ สนามแมเหล็ก(Magnetic field strength) ได โดยอาศัยสูตรดังตอไปน้ี
H = I/2πS โดยที่
H คือ ความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) มีหนวยเปน A/m หรือ Amperes per meter
I คือ กระแสไฟฟาที่ไหลในสายไฟฟาแกนเดย่ี ว มีหนวยเปน A หรือ Amperes
Sคือระยะทตี่ องการคํานวณคาความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ในแนววงรอบแกนสายไฟฟาแกนเดยี่ ว มีหนวยเปนmหรอื meter
รูปท่ี 9 ความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength)
7. เราควรจะออกแบบการวางสายไฟฟา เพ่ือใหความแรงของสนามแมเหลก็ (Magnetic field strength) สามารถคลอบคลุมพ้ืนท่ีของหองไดทั้งหมด ทาํ ใหผูฟงสามารถรับเสียงจาก เคร่ืองชวยหฟู ง (Hearingaid)ในระดับที่เหมาะสมขอเสนอแนะในการออกแบบสําหรับ หองท่ีสามารถวางสายไฟฟาเปนรูปส่ีเหลี่ยมจัตุรัส เราจะคํานวณคาความแรงของ สนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ท่ีจุดก่ึงกลางจากสายไฟฟาทั้ง 4 ดาน แตใ นกรณี ที่เราวางสายไฟฟาเปนรูปสี่เหลี่ยมผืนผาทมี่ คี าของดานความยาวเปน2เทาของคาของดาน ความกวาง เราจะคํานวณคาความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ที่จดุ กึ่งกลางจากสายไฟฟาเพียง 2 ดานที่อยใู กลกับจุดก่ึงกลางมากที่สุด
6. 
169
รูปท่ี 10 การออกแบบการวางสายไฟฟาในหองรูปส่ีเหล่ียมจัตุรัส
รูปที่ 11 การออกแบบการวางสายไฟฟาในหองรูปส่ีเหลี่ยมผืนผา
8. โดยปกตแิ ลว เราจะออกแบบคาแรงดันไฟฟาสูงสุดของเคร่ืองขยายเสียงท่ีทําใหระดับ ความดังของเครื่องชวยหฟู ง(Hearingaid)เมื่อมีการปรับตัวควบคุมความดัง(Volume control)อยูในระดับสูงสุดแตในการปฏิบตั ิเราควรจะออกแบบคาแรงดันไฟฟาดังกลาว ใหมีคา 5 เทา ต่ํากวาคาแรงดนั ไฟฟาที่ระบไุ วในคุณสมบตั ิทางเทคนิคของเครื่องขยายเสียง
9. เราควรจะทดลองวางวงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop) และทดสอบการรับสัญญาณใหอยู ในผลท่ีพอใจกอนการติดตั้งครั้งสุดทายและควรจะมกี ารเผ่ือคาปจจัยความปลอดภยั (Safety factor) ในการคํานวณกระแสไฟฟา ในวงรอบเหน่ียวนํา (Inductive loop) เสมอ
170
1.3 ตัวอยางวิธีการคํานวณและประมาณการความเขมของกระแสไฟฟา(Currentintensity)ใน วงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop)
1. กรณีที่ไมมกี ารตอลําโพงรวมกับการตอวงรอบเหน่ียวนํา (Inductive loop)
หลักการในการออกแบบคือ เราจะตองหาคา กระแสไฟฟาที่เหมาะสมกบั คาความแรงของ สนามแมเหล็ก(Magneticfieldstrength)ท่ีเครื่องชวยหฟู ง(Hearingaid)แบบที่เราตองการ สามารถรับสัญญาณไดดี และคํานวณหาแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ท่ี เหมาะสมกับเคร่ืองขยายเสียงและสายไฟฟา ตามตัวอยางดังตอไปน้ี
ตัวอยางท่ี 1
หองที่มีขนาด 4 x 7 เมตร เราเลือกใชเคร่ืองชวยหูฟงแบบเหน็บหู (Behind-the-ear hearing aid, BTE) เพื่อที่จะฟงเสียงไดทว่ั ทั้งหอง เราจะพบวาหองดังกลาวมีลักษณะเปนรูปกึ่งสี่เหล่ียมจัตุรัสและ ส่ีเหล่ียมผืนผา ดังนั้น เราจะออกแบบอุปกรณตางๆ โดยอาศัยคาเฉล่ียที่อยูระหวางการคํานวณใน รูปแบบสี่เหล่ียมจัตุรัสที่มีขนาดของดานแตละดานเปน a=4m(การคํานวณที่I)กับการคํานวณใน รูปแบบส่ีเหลี่ยมผืนผาที่มีขนาดของดานความยาวเปน b = 7 m (การคํานวณท่ี II)
การคํานวณท่ี I การคํานวณในรูปแบบส่ีเหล่ียมจัตุรัสท่ีมีขนาดของดานแตละดานเปน a เราใชสูตร
H = I/2πS
เมื่อเราคํานวณจุดกึ่งกลางของส่ีเหลี่ยมจัตุรสั เราจะไดคาS=a/2 สําหรับเครื่องชวยหูฟงแบบเหน็บหู (Behind-the-ear hearing aid, BTE) เราตองการความแรงของ สนามแมเหล็ก(Magneticfieldstrength)ที่เหมาะสมคือ300mA/mหรอื 0.3A/m
ดังนั้น คาความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) สําหรับสายไฟฟาดานเดียว คือ H/4หรือในทนี่ ี้0.3/4A/m
เราจะได
I=Hx2πS I=(0.3/4)x2x3.14x(a/2) =a/4
171
การคํานวณที่IIการคํานวณในรูปแบบส่ีเหล่ียมสี่เหล่ียมผืนผาที่มีขนาดของดานความยาวเปน b เราใชสูตร
H = I/2πS
เม่ือเราคํานวณจุดก่ึงกลางของสี่เหล่ียมผืนผา เราจะไดคา S = b/2 สําหรับเคร่ืองชวยหูฟงแบบเหน็บหู (Behind-the-ear hearing aid, BTE) เราตองการความแรงของ สนามแมเหล็ก(Magneticfieldstrength)ท่ีเหมาะสมคือ300mA/mหรอื 0.3A/m
ดังน้ัน คาความแรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) สําหรับสายไฟฟาดานเดียว คือ H/2หรือในทน่ี ี้0.3/2A/m
เราจะได
I=Hx2πS I=(0.3/2)x2x3.14x(b/2) =b/2
ในทํานองเดียวกัน หากเราเลือกใชเคร่ืองชวยหูฟงแบบติดตัว (Body-worn hearing aid) ที่ตองการ กระแสไฟฟาในวงรอบเหนี่ยวนํา (Inductive loop) นอยกวาประมาณ 10 เทา
ดังนั้นในกรณขี องรูปแบบสี่เหล่ียมจัตุรัสI=a/40และในกรณีของรูปแบบสี่เหล่ียมผืนผาI=b/20 เราสามารถสรุปเปนตารางไดดังน้ี
|
|
เครื่องชวยหฟู ง แบบเหน็บหู (Behind-the-ear hearing aid)
|
เคร่ืองชวยหฟู ง แบบติดตวั (Body-worn hearing aid)
|
|
1. หองรูปแบบส่ีเหลี่ยมผืนผา
|
I=b/2
|
I=b/20
|
|
2. หองรูปแบบส่ีเหลี่ยมจัตุรสั
|
I=a/4
|
I=a/40
|
|
คาเฉลี่ย
|
I=a/3
|
I=a/30
|
โดยท่ีaและbมีหนวยเปน m I มีหนว ยเปน Ampere
สําหรับหองท่ีมีรูปรางเปนรูปกึ่งกลางระหวางรูปส่ีเหลี่ยมผืนผากับส่ีเหลี่ยมจัตุรัส เราจะใชคาเฉลี่ย ระหวางขอ 1. กับขอ 2. นอกจากนี้ เรายังพบวาความแรงของสนามแมเหล็กจะถูกรบกวนจากคาน หรือเฟอรนิเจอรท่ีมีเหล็กเปน สวนประกอบ เราจึงควรวางวงรอบเหนย่ี วนํา (Inductive loop) ใหห าง อยางนอย 20 ซม. จากคานหรือเฟอรนิเจอรท ี่มีเหล็กเปนสว นประกอบ
172
สําหรับกรณีตวั อยาง เราสามารถคํานวณ คา กระแสไฟฟา จากการวางสายไฟฟา 1 รอบ และ a คือ ความกวางของหอง (= 4 เมตร) ไดดังน้ี
I=a/3
=4/3 =1.3Ampere-turns
สมมติวา
เราเลือกใชสายไฟฟาขนาด 2 1⁄2 mm2 เพ่ือรองรับกระแสไฟฟาขนาด 1.3 A ความยาวของสายไฟฟาท่ีใช คือ 4+4+7+7 = 22 เมตร
ความตานทาน (Resistance) ของสายไฟฟา R = L/60q = 22/(60x2.5) = 0.15 Ω
โดยท่ี L คือ ความยาวของสายไฟฟา และ q คือ พื้นที่หนา ตัดของสายไฟฟา
เราสามารถคํานวณแรงดนั ไฟฟาท่ีคากระแสไฟฟาขนาด1.3Aผานความตานทานขนาด0.15Ωได โดยใชกฎของโอหม
V=IR =1.3x0.15≈0.2V
เราเลือกใชเครอ่ื งขยายเสียงขนาดกําลัง4วัตตและขั้วตอขาออกตอกับลําโพงแบบ4โอหมคา แรงดันไฟฟาสูงสุดของเคร่ืองขยายเสียง มีคา
___ ___ V=√WR =√4x4=4V
แตโดยปกติแลว เราจะปรับตัวควบคุมความดัง (Volume control) ในระดับท่ีเหมาะสม เชน ประมาณ 1.4 V ดังน้ัน เราเลือกใชแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ที่ลด แรงดันไฟฟา จาก 1.4 V เปน 0.2 V หรือ อัตราสวน 7:1
รูปท่ี 12 แมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) 173
จากรูปท่ี 12 เราตอข้ัวตอขาออกของเคร่ืองขยายเสียงที่ขวั้ ปฐมภูมิ (Primary) ของแมตชิง ทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) หรือที่ข้ัว 2 และ 3 และตอสายไฟฟาที่ขวั้ ทตุ ิยภูมิ (Secondary) ของแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) หรือท่ีขั้ว 5 และ 6 ขนานกับข้ัว 8 และ 9 การตอแบบขนานนี้ จะชวยลดความตานทานภายในของแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer)
การตอแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) นี้ เราสามารถคํานวณอัตราสวนได คือ 3:0.4 = 7.5:1
เราคํานวณตรวจสอบคากําลงั ที่ใช (Power consumption) ของเครื่องขยายเสียง ไดดังนี้ W=VxI
=0.2x1.3=2.6W
เราพบวา ทั้งเครื่องขยายเสียงและแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) สามารถทนตอ คากําลังท่ีใช (Power consumption) ได
รูปท่ี 13 การตอแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) 2. กรณีท่ีมีการตอ ลําโพงรวมกบั การตอวงรอบเหนยี่ วนํา (Inductive loop)
ในกรณีนี้ เราจะใชงานระบบเสียงสาธารณะรวมกับใชวงรอบเหน่ียวนํา (Inductive loop) สําหรับผูมี ปญหาดานการฟง หลักการในการออกแบบคือ เราจะตองหาคากระแสไฟฟาท่ีเหมาะสมกับคาความ แรงของสนามแมเหล็ก (Magnetic field strength) ที่เคร่ืองชวยหูฟง (Hearing aid) แบบท่ีเราตองการ สามารถรับสัญญาณไดดแี ละคํานวณหาแมตชิงทรานสฟอรเมอร(Matchingtransformer)ที่ เหมาะสมกับเครื่องขยายเสียงและสายไฟฟา ตามตัวอยางที่1หลังจากทเี่ราไดคาแรงดนั ไฟฟาที่ขวั้
174
ทุติยภูมิ (Secondary) ของแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ที่โดยปกติแลวมักจะมี คานอยมากในการตอลําโพง เราจึงตองเลือกแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) ที่ เหมาะสม ตามตัวอยางดังตอไปน้ี
ตัวอยางท่ี 2
ในหองโถงทมี่ ีขนาด8x20เมตรเราเลือกใชเคร่ืองชวยหูฟงแบบตดิ ตวั (Body-wornhearingaid) เพื่อท่ีจะฟงเสียงไดทว่ั ท้ังหอง เราใชเคร่ืองขยายเสียงขนาดกําลัง 25 วัตต ที่มีแรงดันไฟฟาท่ีขั้วตอ ขาออก 10, 25, 35 และ 100 โวลต และมีการติดต้ังลําโพงขนาดกําลัง 10 วัตต จํานวน 2 ตัว ท่ี ดานหนา ของหองโถง
เราสามารถคํานวณคากระแสไฟฟาจากการวางสายไฟฟา1รอบและaคอื ความกวางของหอง (= 8 เมตร) ไดดังน้ี
I=a/20
= 8/20 = 0.4 Ampere-turns
สมมติวา
เราเลือกใชสายไฟฟาขนาด 2 1⁄2 mm2 เพ่ือรองรับกระแสไฟฟาขนาด 0.4 A ความยาวของสายไฟฟาท่ีใช คือ 8+8+20+20 = 56 เมตร
ความตานทาน (Resistance) ของสายไฟฟา R = L/60q = 56/(60x2.5) = 0.37 Ω
โดยท่ี L คือ ความยาวของสายไฟฟา และ q คือ พื้นท่ีหนา ตัดของสายไฟฟา
เราสามารถคํานวณแรงดนั ไฟฟาท่ีคากระแสไฟฟาขนาด1.3Aผานความตานทานขนาด0.15Ωได โดยใชกฎของโอหม
V=IR =0.4x0.37≈0.15V
แตเรายังมีปญหาอีกปญหาหนึ่ง คือการปอนกลับของเสียง (Feedback) ทําใหเราตองปรับลด ตัวควบคุมความดัง(Volumecontrol)ลงทําใหคาแรงดนั ไฟฟาท่ีขั้วตอขาออกมีคาตํ่ากวา แรงดันไฟฟาที่ระบุ (Nominal voltage) ดังนั้น เราควรตอข้ัวตอขาเขาของลําโพง ที่ข้ัวตอขาออกของ เครื่องขยายเสยี งที่มีคาแรงดนั ไฟฟาตํ่า เชน 10 โวลต และที่ข้ัวตอขาออกน้ี เราสมมติวา แรงดันไฟฟา10โวลตจะลดลงในระดับท่ีเหมาะสมเชน ประมาณ2Vวงรอบเหนยี่วนํา
175
(Inductive loop) ท่ีเราตอกับแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) จะลดแรงดันไฟฟา จาก 2 V เปน 0.15 V หรือ อัตราสวน 12:1
จากรูปท่ี 14 เราตอขั้วตอขาออกของเคร่ืองขยายเสียงที่ขวั้ ปฐมภูมิ (Primary) ของแมตชิง ทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) หรือท่ีขั้ว 1 และ 2 และตอสายไฟฟาที่ขวั้ ทตุ ิยภูมิ (Secondary) ของแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) หรือท่ีขั้ว 5 และ 7 ขนานกับขั้ว 8 และ 10 การตอแบบขนานน้ี จะชว ยลดความตานทานภายในของแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer)
การตอ แมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer) น้ี เราสามารถคํานวณอัตราสวนได คือ 7:0.6 = 12:1
รูปที่ 14 การตอแมตชิงทรานสฟอรเมอร (Matching transformer)
176
หนังสืออางองิ
1. Van der Meulen, F., 2000 Sound System Reference Manual. Breda : Philips Communications & Security Systems. pp 1-87
2. วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย , 2535 ศัพทเทคนิควิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส. กรุงเทพฯ : วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ.
3. วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย , 2535 ศัพทเทคนิควิศวกรรมไฟฟาส่ือสาร. กรุงเทพฯ : วิศวกรรมสถานแหงประเทศไทย ในพระบรมราชูปถัมภ.
4. Tremaine, H. M., 1979 Audiocyclopedia. Indianapolis : Howard W. Sams & Co., Inc
5. Philips Hearing Aids, The Listening Coil in Hearing Aids and Loops for Inductive Listening
Installation.
6. School of Acoustics and Electronic Engineering, University of Salford., Level3 Module
AGA03304 Electroacoustic System Design: Intelligibility
ชื่อ : เกิด : อายุ : ศาสนา :
การศึกษา
2525 : 2519 :
ประวัติผูแปลและเรียบเรียง
นายคมสันต สริ ิวัฒนาพาท 23 สิงหาคม 2499
48ป
คริสต
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิศวกรรมไฟฟา จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย
วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต สาขาวิศวกรรมไฟฟา
จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย
ใบอนุญาตประกอบวิชาชีพวิศวกรรม
: วิชาชีพวิศวกรรมควบคุมประเภทวุฒวิ ิศวกร สาขาวิศวกรรมไฟฟา แขนงไฟฟาสื่อสาร (วฟส 52)
: วิชาชีพวิศวกรรมควบคมุ ประเภทภาคีวิศวกร สาขาวิศวกรรมไฟฟา แขนงไฟฟากําลัง (ภฟก 3564)
ประวัติการทํางาน
2520 - 2521 : 2521 - 2537 : 2537 - 2538 : 2538 –2541 : 2541 –2543 : 2543 –ปจจุบนั :
การไฟฟาสวนภูมิภาค
บริษัท ไฟฟาฟลิปสแหงประเทศไทย จํากดั
บริษัท ซิสเต็ม เอ็นจิเนยี ริ่ง แอนด เทคโนโลยี่ จํากัด บริษัท สยามเทลเทคคอมพิวเตอร จํากดั
บริษัท ฟลิปสอิเล็กทรอนิกส (ประเทศไทย) จํากัด วิศวกรอิสระ
