СПОСОБ ОЗВУЧИВАНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ
METHOD OF SOUNDING FACILITIES

Способ озвучивания помещений.
Изобретение относится к области акустики и может быть использовано преимущественно в системах звуковоспроизведения, предназначенных для воздействия на психотерапевтическое состояние человека. Известен способ озвучивания помещений, реализуемый с помощью стереофонического громкоговорителя со звуковыми отражателями (WO 92/22990, Н04R 5/02, 1/34, 1/28, приоритет 09.06.92 GB 92/01030), предусматривающий выделение спектральных компонент электрического сигнала, соответствующего высокочастотному и среднечастотному диапазонам звуковой энергии, преобразование их в пучки звуковых волн за счет отражателя, направление этих пучков в сторону от слушателей на стены помещения так, чтобы звук отразился от стен помещения, прежде чем достигает слушателей, и формирование звукового поля с помощью акустических зеркал для создания иллюзии стереофонического звучания. Известный способ характеризуется наличием фазовых искажений звуковой картины и изменением тембровой окраски сигнала. Известен способ озвучивания помещения при музыкальной терапии инвалидов, реализуемый устройством в виде громкоговорителя, укрепленного на ящике, пластины, лежащей на упругой опоре на ящике на пути распространения звука, а также частотно-разделительного фильтра (Германия, N OS 4117694, Н04R 1/20, 3/14, приоритет 29.05.91). Акустический сигнал разделяется на низкочастотную область спектра звуковых частот, которую подают на громкоговоритель, и на средне- и высокочастотную области, которые подводят к дополнительному ящику. За счет фильтрации сигналов можно получить звук требуемого тембра и силы, но трудно согласовать его с антропометрическими характеристиками тела человека, которые, как считается, и ответственны за психофизиологический эффект звукового воздействия.
Известен способ озвучивания закрытых помещений и открытых пространств (патент РФ N 2127495, H04R 5/02, G10K 15/02, приоритет 17.04.1996), заключающийся в том, что выделяют спектральные компоненты электрического сигнала, соответствующие различным полосам частот, преобразуют электрические сигналы в звуковые с помощью попарно и синфазно включенных головок громкоговорителей с обеспечением когерентности звуковых волн. При этом головки громкоговорителей устанавливают параллельно и соосно навстречу друг другу лицевыми панелями на различных расстояниях в соответствии с различными частотными полосами.
Известный способ позволяет получить звуковую картину хорошего звучания в определенной полосе частот, однако он не обеспечивает широкую частотную характеристику с малой неравномерностью. Следствием этого является отсутствие круговой направленности и объемности звучания, что необходимо для обеспечения высокого качества и естественности звучание акустических систем на базе современных головок громкоговорителей. Используемое для реализации известного способа устройство не соответствует условию оптимального согласования звукового поля с психоакустическим восприятием звука человеком, что является основным недостатком для применения его в соответствии со способом при озвучивании помещения в целях терапевтического или психотерапевтического воздействия на человека. Известный способ выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого способа.
Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении степени комфорта слушателя акустической системы за счет согласования стоячих волн в акустической системе и помещении как с внутренними ритмами слушателя, так и с характерными частотами внешних полевых агентов.
Задача решена тем, что в известном способе озвучивания помещений, включающем выделение спектральных компонент электрического сигнала, соответствующих различным полосам частот, преобразование электрических сигналов в звуковые с использованием громкоговорителей, установленных параллельно с заданным отклонением от параллельности, настройку системы, добиваясь установления в каждой паре громкоговоритель - отражающая поверхность стоячей волны на выбранной частоте, при этом, согласно изобретению, частоту выбирают в соответствии с внешними метеорологическими параметрами и индивидуальной восприимчивостью, которую определяют тестовым прослушиванием с одновременным измерением жизненно важных физиологических параметров человека слушателя.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена схема устройства для осуществления способа: акустическая система.
Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе реализуются условия формирования звукового поля в виде стоячей сферической волны с характеристиками, адекватными антропометрическим. Используемая акустическая система построена по принципу резонатора, поскольку головка громкоговорителя и отражающая поверхность при настройке устанавливаются так, чтобы возбудить стоячую волну и ее обертоны, при этом в ходе настройки учитываются конкретные граничные условия (звуковой фон и др.), в связи с чем для громкоговорителей, устанавливаемых параллельно, допускается заданное отклонение от параллельности. Обертоны как дополнительные резонансные частоты определяют одну из важнейших характеристик музыкального (звукового) произведения - его тембровую окраску.
Частотная характеристика приобретает вид гребенчатой кривой, пики и провалы которой располагаются в соответствии с нетранспонированной последовательностью интервалов натурального музыкального звукоряда, построенного от опорного сигнала на некоторой резонансной частоте. Отметим, что стремление создать равномерную амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот, воспринимаемых человеком, с целью улучшения звукопередачи, создает практически равные условия для воспроизведения наряду с полезным сигналом также и шума от паразитного сигнала, что стимулирует поиск средств подавления помехи. Вместе с тем можно считать, что линеаризация амплитудно-частотной характеристики не отвечает условиям оптимального согласования воспроизводимого сигнала со слуховым восприятием человека.
Так, устойчивым звуковым сигналом общения служит сигнал на частоте 440 Гц (нота ЛЯ первой октавы, стандартный камертон). Этот сигнал (с отклонениями по частоте до ±3%) имеет длину волны 0,78 м, что соответствует эффективной длине позвоночного столба человека: для мужчин эта величина составляет в среднем 76,9 см, а для женщин - 72,5 см при среднеквадратичном отклонении соответственно 3 и 2,8%. Поэтому формирование звукового пространства в соответствии со структурой натурального источника звука, взаимодействующего с организмом человека в связи с антропометрическими характеристиками и имеющего резонансный характер, не только обеспечивает устойчивую объемную звуковую картину, слуховое восприятие которой не зависит от местоположения слушателя, но и приводит к отчетливо выраженному психофизиологическому воздействию на человека. При этом существенно, чтобы амплитуда резонансов в области максимума спектра частот восприятия человека была примерно одинаковой (давала плоскую огибающую амплитудно-частотной характеристики в этом диапазоне), при этом спектральные составляющие воспринимаются без искажений, соответственно не искажается тембр звучания. Подстройка характеристики системы производится путем напряжения или разгрузки резонаторов механическим усилием, что способствует устранению повышению точности настройки акустической системы в соответствии с индивидуальными пристрастиями слушателя.
Таким образом, в акустической системе, состоящей из двух резонаторов, один настраивают на частоту основного тона в диапазоне частоту f1 одного из резонаторов выбирают из диапазонов 436 Гц≤f1<440 Гц, 440 Гц<f1≤444 Гц, а другой резонатор настраивают со смещением частоты основного тона в зависимости от типа нервной системы слушателя на 0-4 Гц от настройки первого резонатора выше для симпатотоника или ниже - для ваготоника. Таким образом, совместное звучание резонаторов генерирует звуковое поле, в котором присутствует низкочастотная составляющая, которая, находясь в противофазе с природными источниками инфразвука, позволяет уменьшить негативное воздействие последнего на чувствительного слушателя.
Кроме того, согласно изобретению, производят измерения магнитной поля и при наличии его возмущений корректируют настройку часто-резонаторов в соответствии с психическими особенностями слушателя. Для симпатотоника повышают настройку основного резонатора, т.е. выбирают f1 в диапазоне, преимущественно 440 Гц<f1≤444 Гц, а для ваготоника ее понижают на указанные 1-4 Гц относительно камертона (440 Гц), т.е. выбирают f1 преимущественно в диапазоне 436 Гц≤f1<440 Гц.
Пример реализации способа.
Акустическая система содержит источник звукового сигнала, усилитель и корпус 1, резонаторы 2, 3, в которых закреплены головки громкоговорителей 4, 5, 6 со звуковыми катушками, которые установлены вдоль оси симметрии корпуса 1 с помощью опорных колец 7, 8, 9 и стержней 10, 11.
Устройство содержит акустические отражатели 12, 13, 14, выполненные в виде плоских дисков, установленных с заданным отклонением от параллельности горизонтально излучающим диффузорам громкоговорителей 4, 5, 6. Поверхности отражателей 12, 13, расположенные против диффузора соответствующего громкоговорителя, формируют стоячую сферическую волну основного тона соответствующего громкоговорителя. Громкоговорители 4, 5, 6, расположенные по вертикали друг под другом, соответствуют диапазонам нижних, средних и верхних частот формируемого общего звукового поля.
Внешние поверхности отражателей 12, 13, 14 участвуют в преобразовании и формировании внешнего объемного поля резонатора, корпуса резонаторов 2, 3, представляющие собой геометрически тело вращения, выполнены из акустически активного материала (например, древесина ценных пород, целлюлоза со слоистой структурой и сотовыми заполнителями). Приспособление для настройки резонанса корпуса выполнено в виде винтовых пар (типа «винт - гайка»), в которых винтом являются стержни, а гайки связаны с опорными кольцами и отражателями. Гайки 15, 16, 17, 18 выполнены с возможностью соосного перемещения вдоль стержня 10 или 11, соответственно, как вверх, так и вниз относительно вертикальной оси корпуса 1.
Звуковые катушки громкоговорителей 3, 4, 5 включены между собой последовательно и подключены кабелем к источнику звукового сигнала через усилитель.
Перед включением системы на прослушивание производится настройка резонанса корпуса путем перемещения гаек 15, 16 вдоль стержня 10, гаек 17, 18 вдоль стержня 11. При этом резонатор 3 сжимается или растягивается в зависимости от того, какой основной тон выбирается для воспроизводства звука.
Аналогичным образом посредством перемещения соответствующих гаек по стержням 10, 11 производится сжатие или растяжение резонатора 2 для обеспечения наиболее эстетически насыщенного обертонами акустического поля. Соответственно, производится перемещение гаек в каждой винтовой паре на всех стержнях для настройки резонанса между резонаторами 2, 3 и отражателем 13. Изменение расстояния между кольцами 8, 9 и отражателем 13 за счет перемещения соответствующих гаек приводит к обогащению акустического поля дополнительными обертонами.
Звуковой сигнал, воспроизводимый предлагаемой резонансной системой, становясь источником пульсирующих в трех измерениях волн, насыщенных обертонами сближенной частоты, распространяется в пространстве от горизонтального излучателя, образованного регулируемыми по величине зазорами между отражателем 12 и кольцом 7, а также между кольцом 8, отражателем 13 и кольцом 9. При этом восприятие не зависит от взаимного расположения прибора и слушателя.
В качестве модельного примера исследована система с резонаторами, настроенными на основной тон 441 Гц и 444 Гц. Экспериментальной группе слушателей (12 человек) с разными психофизиологическими типами восприятия, разных возрастов и т.д. предъявлялись фрагменты музыкальных произведений длительностью от 10 минут до двух часов - классическая, эстрадная, медитативная музыка. Приборными методами путем измерения физических параметров слушателей было установлено благоприятное влияние акустического поля системы на человека (нормализация ряда нервно-психических функций, повышение устойчивости к стрессам, устранение переутомлений и т.п.). Было установлено снижение и стабилизация частоты сердечных сокращений (на 12%), снижение числа перебоев сердца невротического характера. При изменениях атмосферного давления, геомагнитной обстановки оказалось, что оптимальной является настройка резонаторов на 0-4 Герца выше или ниже относительно основного тона 440 Гц. Необходимость тонкой подстройки резонанса системы за счет применения приспособления для настройки частоты собственного резонанса корпуса доказана клиническими исследованиями.
Настройку акустической системы производят с учетом конкретных условий в помещении, добиваясь установления стоячей волны на выбранной частоте в каждой паре громкоговоритель - отражающая поверхность. Контроль за получением распределения акустического поля в пространстве в виде стоячих волн проводят по регистрируемой амплитудно-частотной характеристике, добиваясь появления отчетливых резонансных пиков в диапазоне частот 100-10000 Гц, соответствующем максимуму спектра восприятия человека, причем подстройку величины амплитуды резонансных максимумов осуществляют путем регулирования условий отражения/поглощения сигнала от отражающей поверхности, добиваясь устойчивой картины излучения акустических волн на основной выбранной частоте и ее обертонах. При этом регулирование условий отражения/поглощения включает допустимое (на несколько градусов) отклонение от параллельности отражающей поверхности и плоскости раскрыва громкоговорителе.
Настроенную акустическую систему используют для прослушивания музыкальных произведений. Музыкальные фрагменты выбирают соответствии с программой и ожидаемым результатом психофизиологического воздействия.
Оценка эффективности воздействия резонансной акустической системы при озвучивании помещения предлагаемым способом исследована в сравнении с традиционными акустическими системами и оценена путем электроэнцефалографического обследования испытуемых при реализации способа озвучивания помещений в Научном центре здоровья детей РАМН.
Результаты электроэнцефалографического обследования слушателей показали, что в среднем наблюдается увеличение на 46% интенсивности альфа-ритма во всех зонах коры головного мозга при прослушиваний аудиоматериала по предлагаемому способу озвучивания помещений е сравнении с традиционным способом предъявления (озвучивания) на существующих акустических системах. Полученный результат свидетельствует о повышении стрессоустойчивости мозга, увеличении скорости восстановления нервно-психических функций. Значимо (на 25%) увеличился коэффициент лобно-затылочного градиента активации коры головного мозга и (на 16%) коэффициент межполушарной асимметрии, что свидетельствует о состоянии психической собранности, преобладании режима "ясного сознания" мозга или "оперативного покоя" и, в целом, о существенном позитивном воздействии резонансных характеристик акустической системы на человека. Предъявленные в дальнейшем музыкальные фрагменты в традиционном представлении акустической системой, с монотонной амплитудно-частотной характеристикой в воспринимаемом человеком диапазоне звуковых частот привели к снижению исследованных показателей активности мозга к исходному уровню.
Подросткам предлагалось прослушать различные музыкальные фрагменты и выбрать те фрагменты, которые им нравились и не вызывали негативных реакций.
Кроме того, подростки оценивали, на какой аппаратуре им больше нравится слушать музыкальные фрагменты. Выявлено, что в 75% наблюдений спортсменам больше нравилось звучание Акустических колонок, описанных в данном способе озвучивания помещений, чем на аппаратуре традиционного звуковоспроизведения. Следует отметить, что в 85% случаев спортсменов, невзирая на их различное функциональное состояние, удовлетворяла легкая стимулирующая музыка (скрипка, Ванесса Мэй).
При анализе функционального состояния юных спортсменов выявлено в 10-15% различного рода напряжения психоэмоционального состояния, неадекватной реакции параметров системы кровообращения, нарушения вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы, снижения резервных возможностей миокарда, свидетельствующие о сниженной адаптации к физическим нагрузкам, а, соответственно, снижении работоспособности. Эти проявления мешают спортсмену в достижении высоких спортивных результатов. Следует отметить, дифференцированное воздействие музыкальных треков на психофизиологическое состояние спортсменов.
При высоком уровне тревоги оптимальным является прослушивание релаксирующей музыки. Озвучивание помещения производилось Акустическими колонками (аппаратурой УРА) в соответствии с заявляемым изобретением.
При среднем уровне тревоги эффективнее наблюдается воздействие стимулирующей музыки на аппаратуре УРА.
Анализ биоэлектрической активности миокарда по данным электрокардиографии показал, что спортсмены реагируют на просушивание музыки релаксирующего действия урежением ЧСС, а на фрагменты стимулирующего характера учащением ЧСС. При этом более значимые различия определяются при воздействии музыкальных фрагментов релаксирующего характера на аппаратуре устройством резонансной акустики.
При увеличении податливости сосудистой системы, более значительно падает общее периферическое сопротивление сосудов, т.е. при улучшении эластичности сосудов, так же увеличился их просвет - сосуды улучшили свои показатели и помогают сердечной мышце работать с меньшей нагрузкой. Следует отметить, что при воздействии различных музыкальных фрагментов определяется экономизация центральной гемодинамики в виде увеличения ударного объема при снижении ЧСС. Такие позитивные изменения определены при воздействии музыкальных фрагментов на аппаратуре устройством резонансной акустики как релаксирующего, так и стимулирующего характера.
Динамика показателей вариабельности ритма сердца (снижение ИН, увеличение мощности спектра и его компонентов, уменьшение соотношения LF/HF) у подростков-спортсменов основной группы свидетельствуют о гармонизации эмоциональной сферы, в первую очередь ее высших регуляторных механизмов на фоне воздействия музыкальных фрагментов, транслируемых через специализированную систему звуковоспроизведения акустическую колонку, описанную в данной заявке (аппаратура УРА).
Выявлено достоверное снижение уровня тревоги у спортсменов, прослушивающих музыку стимулирующего действия на аппаратуре устройством резонансной акустики.
Анализ проведенной ПЗМР до и после воздействия музыкальных фрагментов позволил выявить достоверное положительное действие музыкальных фрагментов на текущее функциональное состояние нервное системы у спортсменов. При этом в группе подростков, прослушивающих релаксирующую музыку в соответствии с заявляемым способом озвучиваия помещений, достоверное положительное действие было более выраженным.
По теппинг-тесту при воздействии музыкальных фрагментов слабый тип ответа нервной системы изменяется на средне-слабый и средний, что в свою очередь свидетельствует о благоприятном влиянии музыкальных фрагментов на состояние нервной системы. Анализ в сравнительном аспекте действия различных музыкальных фрагментов показал более выраженный эффект у спортсменов, прослушивающих стимулирующую музыку на аппаратуре УРА.
Результаты треморометрической пробы отражают различные функциональные двигательно-координаторных способностей у спортсменов. При этом положительный эффект усиливается при воздействии стимулирующей музыки на аппаратуре УРА.
Следует отметить, что при воздействии релаксирующей музыки на аппаратуре УРА по методике Дж. Тейлора в адаптации В.Г. Норакидзе определен низкий уровень и средний уровень с тенденцией к низкому в 75% наблюдений, а при воздействии стимулирующей музыки на аппаратуре УРА - в 80%, свидетельствующие о нормализации психоэмоционального состояния спортсменов.
После воздействия музыкальных фрагментов как стимулирующего, так и релаксирующего характера на аппаратуре УРА выявлено достоверное снижение разброса отклонений ЦД, что свидетельствовало о повышении качества постурального контроля при удержании равновесия в вертикальной позе, а в целом - об улучшении статокинетической устойчивости.
Нельзя не отметить, что на фоне воздействия музыкальных фрагментов у всех обследуемых спортсменов в пробе Ромберга (причем оба ее варианта) прослеживается однонаправленная динамика по базовым показателям: уменьшение длины статокинезиграммы - или траектории центра давления во время колебательного процесса по удержанию вертикальной позы; уменьшение площади статокинезиграммы - или снижение амплитудных характеристик колебательного процесса; уменьшение скорости перемещения ЦД - или стабилизация позной синергетики при поддержании вертикальной позы.
Таким образом, при воздействии музыкальных фрагментов как стимулирующего, так и релаксирующего характера на аппаратуре УРА выявлено достоверное улучшение двигательного баланса у детей-спортсменов, что связано с уменьшением психоэмоциональной неустойчивости и улучшением функции периферического нейромоторного аппарата и свидетельствует о повышении качества постурального контроля при удержании равновесия в вертикальной позе, а в целом - об улучшении статокинетической устойчивости.
В тесте «Мишень» определено выраженное снижение скорости изменения площади статокинезиграммы, уменьшение площади эллипса и увеличение суммы баллов при прослушивании музыкальных треков релаксирующего характера на аппаратуре УРА. По видимому, такое воздействие способствует сохранению правильной осанки под контролем зрительного анализатора. Подростки-спортсмены приобрели лучшую устойчивость, то есть лучше сохраняли состояние равновесия, чем до прослушивания релаксирующей музыки. Основной причиной такого состояния можно считать улучшение пространственного взаиморасположения составных элементов мышечно-скелетной системы, при котором минимальной энергетической затратой постуральных мышц поддерживается оптимальное равновесие опорно-двигательного аппарата в вертикальном положении. При воздействии треков релаксирующего и стимулирующего характера на аппаратуре УРА, по сравнению с традиционной аппаратурой, отмечается более значительное снижение уровней глюкозы и лактата, свидетельствующие о более быстром восстановлении спортсменов. Таким образом, проведенные исследования не вызывают сомнения в позитивных эффектах при прослушивании музыкальных треков посредством устройства резонансной акустики - наблюдались более качественные изменения на электрокардиограммах, кардиоинтервалографии, параметров системы кровообращения, психологического статуса, вестибулярного и зрительного анализаторов, а также уровней глюкозы и лактата периферической крови по сравнению с контрольной группой детей, прослушивающих музыкальные треки на аппаратуре звуковоспроизведения традиционного вида. (Отчет о результатах научно-исследовательской разработки «Изучение эффективности воздействия высококачественными аудиотреками на функциональное состояние спортсменов» (Договор 14/1-06 от 14 июня 2011 г.) Научный Центр Здоровья детей РАМН, 12 октября 2011 г.)