На стадионе «Открытие Арена» помещается 45 360 человек — это аудитория хорошего поста на Хабре. Фото на момент начала наших работ.
Примерно 9% пользователей во время матча заняты тем, что кричат кричалки, шумят шумелки и жгут фаеры. 90% по ТЗ внимательно слушают речь комментатора и рекламу, а оставшийся 1% – плюется и говорит, что сделал бы звук лучше.
Именно эти звуки (рекламы и речи) мы должны были донести до каждого зрителя так, чтобы у него, с одной стороны, не лопнули барабанные перепонки, а с другой — он слышал всё нормально и отчётливо. То есть нужно было обеспечить равномерное покрытие и высокую разборчивость речи для каждого.
Подготовка
Стадион может быть любой. Открытая арена, как бывший стадион Динамо или Лужники (до лужковской крыши), или частично крытый, как большинство современных стадионов, где есть крыша только над зрителями. Или вообще полностью крытый, как хоккейные арены или такие амбициозные проекты типа «Фишт», хоть и с временной крышей. Универсального рецепта хорошего звука во всех этих случаях нет. Фантазии инженеров-акустиков обычно ограничивается с одной стороны бюджетом, а с другой требованиями ТЗ совместить систему с СОУЭ по всем российским нормам и возможностью размещения оборудования. Мы собрались озвучить стадион Спартака.
Модель
Опустим финансовые взаимодействия с заказчиком. Сразу заметим, что любой вменяемый человек, прежде чем сделать предложение по озвучке стадиона, подготовит компьютерную модель. Без нее трудно попасть в ТЗ даже примерно, если за плечами нет опыта. Конечно, есть нюанс моделирования – это и точность модели, и характеристики используемых материалов, и модели акустических систем, и учет шума, и математический метод моделирования и многое другое. И еще много причин оспорить правильность расчетов. Но это единственное, что даст результат в ситуации, когда ваш объект выглядит так, в лучшем случае:
Разумеется, можно дождаться стройготовности, провести измерения и в модель засунуть реальные результаты измерений RT60 и импульсные характеристики в контрольных точках. И это будет правильно. Это будет максимально корректно. Но стройка-то – штука веселая, сдача через день после того, как тебе дают напряжение и закрашивают последний лестничный пролет. Все системы сдаются одновременно, не смотрите в договоры, не пишите писем – это реальность.
На основании архитектурных чертежей объекта мы смогли воспроизвести его форму, но осталась вторая проблема — материалы. И если пластиковые сидения, бетонные конструкции, газон можно было взять из справочных материалов, то вот с остальным было сложно (например, навскидку нельзя было сказать, каков коэффициент поглощения и рассеяния у щебенки, покрывающей крышу западного сектора). Кстати, под самим полем понаворочано невероятное количество коммуникаций, но для нас важен только верхний слой с травой и землёй — остальное на распространение звука не влияло.
Важно было следующее:
- Максимальная равномерность по покрытию прямого звука.
- Энергия прямого звука акустических систем должна всегда быть больше реверберационного хвоста (по крайней мере в первые 50-80 мс, очень упрощенно). Т.е. смотрим на значение коэффициента C50 и C80.
- Чем сильнее направлены системы, тем больше шансов попасть в ТЗ.
Всё это по ТЗ — не формальность подхода, а единственный способ доказать людям, которые ничего не понимают в цифрах и буквах технического акта. И этим людям постоянно нужно доказывать, что STIPA=0,5 звучит именно так, как звучит, а большинство людей старше 40 не слышат спектр выше 15 кГц, так что как ни крути эквалайзер – не поверят.
Вообще когда мы говорим о звуке, нужно понимать, что звук — это не свет. Это 10 октав, это волны, которые себя по-разному ведут – одни быстро затухают в атмосфере, другие огибают все и вся. На дистанции в 30-40 метров –не предел для стадионов – можно всякого насмотреться.
Итак, когда модель была готова (удобно рисовать в SketchUp а потом экспортировать в EASE 4.4 или Bose Modeler 6.8), мы прописали граничные условия и загнали её в расчётное ПО. Предварительные данные были неутешительными: время реверберации составляло от 5,5 секунды на частоте 512 Гц. Это очень много. Представьте: вы выключаете музыку, а последний аккорд звучит еще 5 сек. Но в ТЗ было прописано – организовать систему озвучивания без изменения архитектуры или внесения дополнительных материалов.
Кабель
Ок, ещё неделя работы совместно с производителем оборудования и вырисовалась более или менее реальная схема расстановки систем и их модели. Просторы стадиона – это длинные трассы. Длинные кабельные трассы из огнеупорного кабеля. Нагружать длинную линию большой мощностью глупо. Больше в кабеле потеряем. Нужна высокоомная нагрузка, либо 100 В (но в трансформаторном звуке есть претензии к качеству и ограничение по мощности 400 Вт), либо 16 или 8 Ом. Неплохо было бы разбить систему на хорошо направленные сателлиты и низкочастотную секцию, которую можно тоже направить EndFire или кардиоидой, чтобы бас не лупил в крышу. Из этих условий не такой большой выбор приличных брендов – инсталляционная версия дорогих JBL серии PD или рупорного ElectroVoice, LT от Bose или ARCS от L-Acoustics. Есть и другие. Но смотрите на чувствительность, давление, дисперсию, входное сопротивление, вес и, конечно же, цену.
Фрагмент схемы расчёта звукового давления, разная схема озвучки верхнего и нижнего ярусов
Стало понятно, что для работы мы будем использовать колонки Bose LT и усилители Bose PowerMatch 8500N. Оказалось, что стоимость этого оборудования — половина сметы, остальное — монтажные работы, подвесы, кабель, лотки, ПО и прочая периферия. Итак, основа проекта — распределённая рупорная система, созданная производителем специально для стадионов и подобных объектов – два ряда для верхнего и нижнего яруса трибун, 72 сабвуфера, собранные в сборки по 3 для EndFire.
Она высокоомная (8–16 Ом), её можно успешно нагружать на длинную линию. Bose LT всего 560 Ватт в пике, давление 134 дБ (в среднем, зависит от модели), то есть сечение кабеля не самое большое (что экономит бюджет, потому что требования к кабелю на этом объекте чуть ли не как в космосе). Самая длинная линия от усилителя у нас получилась 90 метров — естественно, всё сечение считали по уровню затухания с учётом погодной индуктивности, демпинг факторов и прочего.
Ещё раз проверили всю схему и приступили к монтажу.
Монтаж
В конце февраля начали приезжать кабельные системы. Требования к монтажу кабеля и самому кабелю были одними из самых жёстких: система оповещения и управления эвакуацией все-таки. Безопасность на высшем уровне (например, кабель мы использовали самый негорючий из всех кабелей этого диаметра на российском рынке – немецкий KLOTZ и Sommer). Кстати, над нами смеялся весь офис — мы реально получали образцы кабеля и жгли его. Конкретно с этим (Klotz LSE440) получилось так: мы жжём, а он не горит. Мы жжём дальше, а он не горит, пенится, чернеет, но не горит, жилы оставались холодными после 10 минут под прямым пламенем горелки. Значит — подходит (как же обламывался простой рабочий люд, который собирал куски и кусочки кабеля, чтобы обжечь и сдать в прием цветмета).
Первым делом мы смонтировали подвесы для всех систем. Системы собирались в кластеры, нужно было чётко позиционировать модуль относительно другого для точного покрытия трибун. По стадиону ходили люди генподрядчика и с немецкой педантичностью фотографировали каждый косяк. Заусенец на лотках — фото, на ковёр, переделать.
Монтаж проходил на высоте 30–35 метров над ещё недоделанным (и ещё, понятное дело, незасеянным) полем.
Потом начали приходить колонки — 184 штуки (это две с половиной фуры тяжеленного оборудования). Всё это положили на склад, который был в 300 метрах от стадиона. С утра машина с гидробортом возила колонки на площадку, если монтажная бригада не успевала их разместить — то тащила их обратно. Как проводить монтаж таких больших объектов на старте проекта мы не знали, также не понимали, сколько требуется времени на узел и каковы оптимальные процедуры. Примерно к 10-й колонке стало понятно, как оптимизировать процесс, а на уровне 40-й всё уже делалось на автомате и было задокументировано. Кластер массой до 350 килограмм нужно было поднимать электролебёдкой, но электричество нам не дали. Точнее, дали, но уже потом, в качестве подарка на День суверенитета России. Поэтому мы для подъёма купили трёхфазный дизельгенератор, чтобы ни от кого не зависеть. В апреле закончили развес.
Третьей частью был монтаж кабеля — от стоек усилительного оборудования до колонок. Стойки собирали в офисе и тестировали (6 усилительных стоек, 48 усилителей). Эти стойки, кстати, во всепогодном исполнении — там датчики температуры, влажности, пожара, информация об открытии стойки. Первую стойку мы собрали в офисе и воткнули, не подумав, в обычную розетку. Даже не включали основной функционал, но всё равно группа розеток вылетела целиком, привет хозслужбе).
Тестами дело не ограничилось, нужно было ПО. Контроллер по IP управляет всем железом, опрашивает все устройства, и их нужно было программировать. Они снимают статусы со всего оборудования, например, усилитель умеет определять разрыв линии или КЗ, но усилитель нужно об этом спросить, и весь полученный от усилка LOG файл перевести в понятный для пользователя вид – красную и зеленую лампочку на мониторе и т.д. В итоге контроллер на стадионе сейчас работает с 95% загрузкой, собирает все статусы системы в большой файл и отдает его наружу через наше API. Мы видим открытые линии, оборванные, короткозамкнутые, неправильно нагруженные и так далее. Почему это было нужно? Потому что — та-дам! — в ТЗ было прописано, что наша система звука также подключается к системе оповещения при чрезвычайных ситуациях и оповещает на чашу стадиона. А для систем оповещения все эти стандарты жёстко регламентированы.
Отработка системы мониторинга
Обычно СОУЭ, типа Bosh и Inter-M, используют тональные генераторы на 100500 КГц, которые анализируют целостность линии, стоят на концах линий. Мы их не слышим, но по возвратному сигналу анализируются данные, считаются на большие расстояния. Но звучат эти системы не айс, да и не рассчитаны на такие большие мощности, которые не предполагаются в системах СО (производителю пришлось делать отдельную работу по сертификации оборудования).
Что получилось
В апреле было смонтировано около семи с половиной километров кабеля сечением вплоть до 4х6 (многожильная, для устранения скин-эффекта на ВЧ, бескислородная медь). Все разъёмы, естественно, опаивали, потому что мощности большие, всё на воздухе. Для 6-квадратного кабеля использовали 300-ваттный паяльник.
Проект был согласован чуть ли не в 5 инстанциях (вплоть до нагрузок на крышу, мостки, точечных и интегральных трасс). Несмотря на это недопонимание между субподрядчиками всё равно было (например, прямо на нашу монтажную точку хотели поставить свет, но потом освещение смонтировали в нескольких метрах дальше).
Настройка
Прежде чем запустить систему, нужно было снять с кабинетов полиэтилен, который защищал от строительной пыли. Это отдельный прикол – наняли местного альпиниста – наша бригада снялась с якоря и была на другом объекте. Смотреть, как он виснет на кластерах – зрелище спорное. Но когда стемнело, часам к 12, его вид не особо нас смущал.
Первый тест мы проводили на расключенном в 4 Ома сабе, — просто уточнить, как работает, и это было очень убедительно. Чтобы что-то услышать на субах, пришлось выкручивать их усилители почти на полную, до 18 дБ. Падение на 60 м линии было просто огромным (привет усилителям с демпинг фактором 100500 миллионов). Сейчас там 8 Ом на линию, потери существенно уменьшились — усилители на +6 дБ, хорошо слышно бас. Коллеги, не экономьте на кабеле!
Примерно в конце монтажа стало приезжать начальство и говорить, что нужен звук. На совещаниях ставилась задача «Хочу услышать звук», мы – «нет электричества», они – «чтобы хоть что-то услышать, что нужно?», мы – «электричество». Это продолжалось полтора месяца. Электричество, как я уже рассказал, нам дали только 12 июня, поэтому оставалось меньше двух недель на тесты и настройку.
Работы приходилось делать как днём, так и по ночам, чему местные жители были не очень-то рады. В жилом комплексе по соседству было постоянно слышно, как у нас шипит, бурлит, свистит и периодически играют треки Simply Red и группы «Девять». Проверяли полярность каждого кабинета, спускали микрофон на удочке к колонке, потом прогоняли тестовый сигнал, смотрели на результаты.
К этому времени монтажники и инженеры перестали бояться высоты.
Методологии проверок у нас тоже отработано не было, и это стало проблемой на каком-то этапе. Дело в том, что поскольку система интегрирована с системой управления эвакуацией, нужно было обеспечить работу даже при выходе из строя нескольких усилителей (сделать запас прочности). Мы сделали так, что каждый кластер подключался к разным усилителям, и при падении одного блока звук в секторе оставался, правда, становился менее разборчивым. Из-за этого поначалу приходилось очень долго искать по схемам, где что. Потом мы сделали специальные карточки проверки, и дело пошло куда легче.
А ещё нужно было понять, попали ли по измерениям в модель. Запустили всё, проверили на пустом стадионе (расчётный был с 70-процентной загрузкой зрителями). RT60 на пустом стадионе действительно оказалось чуть больше 5 секунд по большему диапазону частот. Загнали в модель новые данные, опустошили модель от зрителей, обновили материалы. Оказалось, что попали очень точно, нужны были только минимальные подстройки. Спасибо создателям Bose Modeler и EASE, получилось очень точно, хотя мат модель у программ немного отличаются.
Дальше стали измерять разборчивость речи. При предварительных измерениях на пустом стадионе получили неплохие значения по разборчивости, при непосредственном измерении MTF. Обрадовались. Работу принимать пришёл специальный «человек-ухо». Мы ходили с ним около трёх часов, показывали ТЗ, данные давления, усреднённую характеристику, числа (105 дБ на место, 106–107 в пике, 110 прямо перед колонками). Пиковые значения, кстати, измеряли с помощью рок-н-ролла. Он обеспечивал 115 в пике на ряде мест под колонками. Ограничили процент усиления (несмотря на то, что там стоит лимитер, чтобы не поджечь колонки). Необходимость ограничения почувствовали на себе — испытать то, что испытали мы, стоя внизу с микрофоном, — то ещё приключение.
Были тестовые запуски в бете. Например, работники стадиона пришли смотреть матч Россия — Бельгия — 2014 на больших табло. Мы забирали звук с трансляции и гнали его в свою систему. Комментаторы и реклама звучали хорошо, а вот рэп — крайне неразборчиво, буквально — каша. Scorpions было слышно, наоборот, идеально.
Проведя несколько тестовых мероприятий, стали неумолимо двигаться к официальному открытию стадиона. И здесь столкнулись с проблемой, о которой не думали раньше. Оказалось, что даже самым автономным комплексом нужно управлять. За ним нужно следить. Нужно во время мероприятий работать за пультом, готовить контент. На следующем тестировании бета-команда эксплуатации стадиона попробовала отстроиться без нашей помощи (и без звукооператора). Звук резко ухудшился. Позвали нас выяснять, почему так произошло. Оказывается, смикшировали основной и резервный сигналы вместе. Понимая, что на начальных этапах команда стадиона сама не справится, первые мероприятия мы сопровождали сами:
На открытие была приглашена прокатная компания, которая пользовалась не только своим, но и нашим стационарным звуком. Без нашего ведома, без ведома Спартака. Было ооооооочень громко. До дискомфорта в ушах. Эксплуатировать звуковую систему без соответствующих навыков непросто. После нескольких матчей пошли неофициальные жалобы – звук неразборчивый, тихо, громко, слишком громко, эхо и пр. Надо заметить, что разборчивость речи очень сильно зависит от уровня SPL. Чем громче играет, тем неразборчивее звук. За этим нужно следить. Оптимум 85-90 дБ. Ну что ж, объект знаковый — стали разбираться. Теперь совместно с Bose. Набрали в два раза больше приборов, микрофонов, умных программ, проводов 300 м и засели на объекте на неделю.
Начали с измерения по импульсной характеристике. Погоняли свипы (по звуку напоминает «бууууииии», Спартак шутил, что это на стадионе птиц гоняют), посчитали для разной загрузки стадиона. В общем случае если стадион пуст, и речь разборчива, то на заполненном стадионе звук будет еще лучше.
До корректировки
Неделю снимали характеристики каждого кластера, смотрели, как изменилась работа системы, как изменяется настройка в зависимости от температуры и влажности, обнаружили, что несколько колонок были просто отключены физически. Что еще произошло во время нашего отсутствия – вопрос дальнейших тестов. К сожалению, посмотреть, в порядке колонка или нет – не просто. Бывают звуки, от которых даже лимитер может не спасти, что-то типа дельта функции (Дирака)…
Пресс-центр
Мы также делали пресс-центр. Требования FIFA регламентируют оснащение пресс-центра. Например, нужно обеспечить 4 места для синхроперевода. Но при этом данные требования, мягко говоря, общие. Никто не говорит в них, что переводчику нужно видеть того, кого он переводит, а для этого нужны камеры. Первой частью работ был перевод стандартов на язык ТЗ, второй — убеждение заказчика в том, что потребуется ввод дополнительных систем.
Первый раз это вычеркнули из сметы, а потом оказалось, что без дополнительного оборудования жить нельзя — понадобилось забирать данные с камер и транслировать во внутреннюю сеть стадиона. Была масса подводных камней: автонаведение на микрофоны, фильтры в стойках, постоянные перенастройки и так далее.
Образец
В результате наша комплексная система включила в себя подсистемы звукоусиления (чаши стадиона и фанатского сектора), аудиомаршрутизации, звуковой трансляции, интерактивного управления, мониторинга работоспособности оборудования. Дополнительно комплексно был оснащен зал пресс-конференций системами синхроперевода, звукоусиления, видеоотображения, коммутации, технологического телевидения. В стойках под крышей размещено 48 усилителей суммарной мощностью 160 кВт. Смонтировано 184 акустических системы, которые совместно создают звуковое давление более 105 дБ. Кроме того, развернута локальная сеть для управления и мониторинга работы комплекса.
Стадион «Спартака» — один из объектов чемпионата мира — 2018. Сейчас на этот стадион очень серьезно обращают внимание: приезжают строители стадионов со всего мира, смотрят на инженерку, архитектуру, решения, юзабилити. Перенимают опыт — где плохо, где хорошо. Поэтому 26 октября мы опять будем крутить ручки, выставляя лучшее качество звука. Несмотря на то, что у нас нет сервисного контракта, а в команде обслуживания стадиона — звукооператора, мы хотим показать максимальный класс на матчах.
Всё. Если у вас вдруг завалялся стадион, который надо озвучить, или храм, или ещё что-то сложное, могу ответить на вопросы в почте MVasilev@croc.ru или прямо тут в комментариях.
Автор: Ena_lab
