Конфигурации
Две конфигурации, которые используются редко, — это прямой и изогнутый массив. Проблема с изогнутыми массивами заключается в том, что они не очень хорошо подходят для среднего места проведения. В то время как нижняя половина будет наклонена вниз, чтобы обеспечить дополнительное покрытие в местах, близких к передней части сцены, верхняя половина будет наклонена вверх к потолку. Кроме того, проблема с линейными решетками заключается в том, что луч слишком узкий на высоких частотах. Решение использовать лучшие возможности обоих массивов — использовать криволинейный массив или массив J. Он состоит из прямолинейной части и изогнутой части, обычно внизу. Это обеспечивает компонент прямой длинной линии для людей, находящихся относительно далеко, в то время как кривая внизу действует как заполняющая область под массивом, которой в противном случае можно было бы пренебречь.
Спиральные решетки являются следующей разработкой J-решеток и имеют превосходную частотную характеристику из-за их аналогичной диаграммы направленности при сдвиге частот, при этом сохраняя преимущества длинного хода и заполнения, которые обеспечивают J-массивы. Идея состоит в том, что спиральные массивы изогнуты по всей длине массива, но кривая является прогрессивной. Это означает, что верх решетки почти прямой с углами в 1 ° между прямоугольниками и увеличивается внизу до 6-10 °. Хорошо спроектированная спиральная решетка может иметь почти постоянную диаграмму направленности с частотой, при этом некоторые небольшие лепестки отображаются на низких частотах.
Теория
Теория линейных массивов основана на чистой геометрии и мысленном эксперименте « свободного поля », в котором звук может свободно распространяться без факторов окружающей среды, таких как отражения в помещении или температурное преломление.
В свободном поле звук, который берет свое начало в точке ( точечный источник ), будет равномерно распространяться во всех направлениях в виде сферы. Поскольку площадь поверхности сферы = 4π r², где r — радиус, каждое удвоение радиуса приводит к четырехкратному увеличению площади поверхности сферы. В результате интенсивность звука снижается на четверть при каждом удвоении расстояния от точечного источника. Интенсивность звука — это акустическая мощность на единицу площади, и она уменьшается с увеличением площади поверхности, так как акустическая мощность распространяется на большую площадь. Отношение между двумя акустическими давлениями в децибелах выражается уравнением дБ = 20log (p1 / p2), поэтому для каждого удвоения расстояния от точечного источника p1 = 1 и p2 = 2, таким образом, звуковое давление уменьшается примерно на 6 дБ.
Линия исток является гипотетическим одномерным источником звука, в отличии от безразмерного точечного источника. Поскольку линейный источник равномерно распространяет звук во всех направлениях в свободном поле, звук распространяется в форме цилиндра, а не сферы. Поскольку площадь криволинейной поверхности цилиндра = 2π rh, где r — радиус, а h — высота, каждое удвоение радиуса приводит к удвоению площади поверхности, таким образом, интенсивность звука уменьшается вдвое с каждым удвоением расстояния. из линейного источника. Поскольку p1 = 1 и p2 = 4 для каждого удвоенного расстояния, это приводит к снижению звукового давления примерно на 3 дБ.
На самом деле безразмерные точечные источники и одномерные линейные источники существовать не могут; однако для простоты расчеты могут быть выполнены на основе этих теоретических моделей. Таким образом, существует только определенное расстояние, на котором линейный источник конечной длины будет производить звуковое давление выше, чем точечный источник такой же громкости.
Шаблон интерференции — это термин, применяемый к шаблону рассеивания линейного массива. Это означает, что когда вы устанавливаете несколько громкоговорителей вертикально, угол вертикальной дисперсии уменьшается, потому что отдельные драйверы не совпадают по фазе друг с другом в местах прослушивания вне оси в вертикальной плоскости. Чем выше стопка, тем уже будет вертикальная дисперсия и тем выше будет чувствительность по оси. Вертикальный массив драйверов будет иметь ту же диаграмму направленности по горизонтали, что и одиночный драйвер.
Помимо сужения вертикального покрытия, длина массива также играет роль в том, какие длины волн будут затронуты этим сужением дисперсии. Чем длиннее массив, тем более низкую частоту будет контролировать шаблон. На частотах ниже 100 Гц (длина волны 11,3 фута) линейный массив длиной менее примерно 3 метров начнет становиться всенаправленным, поэтому система не будет соответствовать теории линейных массивов на всех частотах. На частотах выше 400 Гц конусы драйвера сами становятся направленными, что снова нарушает предположения теории, а на высоких частотах многие практические системы используют направленные волноводы, поведение которых не может быть описано с помощью классической теории линейных массивов. Короче говоря, геометрия реальных линейных массивов аудиосигналов, используемых в системах громкой связи, может быть смоделирована только приблизительно с помощью теории линейных массивов и только в диапазоне 100–400 Гц.
Дизайн и оснастка
Два разных линейных массива, установленных рядом с группой сабвуферов
Широкоформатные линейные массивы предназначены для больших площадок и фестивалей на открытом воздухе. Эти блоки обычно включали несколько вертикально выровненных драйверов сжатия высокой частоты и несколько драйверов среднего и низкого диапазона, расположенных симметрично вокруг драйвера сжатия. Низкочастотный драйвер обычно имеет диаметр 15 или 18 дюймов. Линейные массивы среднего формата обычно двух- или трехполосные и используют 10 или 12-дюймовые низкочастотные драйверы. Горизонтальное покрытие обычно имеет ширину 90 градусов, но в некоторых системах используются более узкие поля вверху или более широкие поля внизу массива. Используя переходную раму (которая выравнивает оснастку в разнородных системах), системные инженеры иногда могут повесить коробку среднего формата под коробкой большого формата, чтобы охватить ближайших членов аудитории. Корпуса динамиков разных производителей не смешиваются, потому что каждая система имеет особую «голосовую связь», которая может быть общей для одного производителя.
Производители обычно предоставляют электронную таблицу или специальную программу для проектирования массивов. Примеры включают L-Acoustics SOUNDVISION, Adamson Shooter, Electro-Voice LAPS (программное обеспечение для прогнозирования линейного массива), D&B Audiotechnik ArrayCalc и JBL Vertec Line Array Calculator. Ренкус Хайнц предлагает программу под названием EaseFocus. Он похож на EASE, но имеет только функции и вычисления, характерные для линейных массивов. EaseFocus имеет данные по большому количеству производителей, позволяя сравнить несколько акустических систем. Другие бренды линейных массивов, использующие EaseFocus, включают Bose Professional, Community Professional Loudspeakers, Electro-Voice, QSC, RCF и VUE Audiotechnik. Meyer Sound предлагает другое решение, предоставляя онлайн-систему под названием MAPP Online Pro. Nexo предлагает программное обеспечение для 3D-моделирования NS1.
Процесс проектирования начинается с ввода размеров помещения и необходимого уровня звукового давления. Затем программа предлагает количество и расположение ящиков. В качестве альтернативы для некоторых программ требуется ввести количество полей, что позволяет прогнозировать результирующие уровни звукового давления в различных частях комнаты.
После проектирования точки крепления подвешиваются к конструкции, за ними следуют цепные двигатели (или блоки), летающая рама и затем динамики. Отдельные коробки могут быть соединены по одному или установлены вместе на земле, а затем подняты. По мере подъема массива углы отдельных ящиков регулируются в соответствии с программой прогнозирования массива. На верхней раме может быть инклинометр для подтверждения угла наклона рамы или прикрепленный лазер, который указывает верхнюю точку прицеливания решетки.
Если высота или отсутствие точек крепления не позволяет динамикам летать, динамики обычно устанавливаются на сцене или на сабвуферах с использованием специальной рамы для штабелирования. Укладка линейных массивов обычна на небольших площадках и во временных установках. По сравнению с подвесными громкоговорителями, они требуют меньшего вертикального рассеивания для покрытия спереди назад, и результирующий массив будет иметь небольшую кривизну.
История
Диаграммы направленности колонки с четырьмя драйверами на шести частотах
Эффект линейного массива, заключающийся в сужении луча с увеличением частоты, был впервые продемонстрирован пионером акустики Гарри Олсоном . Он опубликовал свои выводы в своей книге 1957 года « Акустическая инженерия» . Олсон использовал концепцию линейного массива для разработки колонного динамика, в котором вертикально выровненные драйверы в едином корпусе производили выходной сигнал среднего диапазона в широком горизонтальном и узком вертикальном узлах. Линейные массивы существуют уже более полувека, но до недавнего времени большинство из них были только голосовыми. Они применялись в пространствах с высокой реверберацией, где узкая вертикальная конструкция не позволяла возбуждать реверберирующее поле.
Многополосные элементы линейного массива в горизонтально ориентированном корпусе были предложены Джозефом Д’Апполито в 1983 году. Однако именно линейный массив V-DOSC компании L-Acoustics в середине 1990-х показал концертному миру более высокий уровень. а более плавная частотная характеристика может быть получена за счет меньшего количества ящиков в линейном массиве. Как только люди поняли, что в горизонтальной плоскости нет деструктивных помех и волны объединяются в основном синфазно в вертикальной плоскости, производители громкоговорителей начали гонку.
Высокие частоты
Практические системы линейных массивов действуют как линейные источники только на низких и средних частотах. Для высоких частот необходимо использовать какой-то другой метод для достижения характеристик направленности, соответствующих характеристикам низких и средних частот. Наиболее практичным методом для систем усиления является использование волноводов (рупоров), соединенных с драйверами сжатия. Каждый рог должен иметь очень узкую вертикальную и очень широкую горизонтальную дисперсию.
Вместо того, чтобы использовать конструктивную и деструктивную интерференцию, рупоры достигают направленности, отражая звук в заданном шаблоне покрытия. В правильно спроектированной системе линейных массивов этот шаблон должен точно соответствовать низкочастотной характеристике направленности массива. Если вертикальная дисперсия массива составляет 60 градусов и имеется 12 ящиков, то каждый рупор должен иметь вертикальное покрытие 5 градусов. (Узкое вертикальное покрытие имеет то преимущество, что сводит к минимуму множественные приходы, которые могут ухудшить разборчивость.) Если это будет достигнуто, то волноводные элементы могут быть интегрированы в линейный массив и, при надлежащей эквализации и кроссоверах, луч высоких частот и конструктивная интерференция низких частот может быть выровнена так, чтобы результирующая матричная система обеспечивала постоянное покрытие.
