Линейный массив - Line array

Линейный массив L-Acoustics V-DOSC / dV-DOSC на концерте

А линейный массив представляет собой акустическую систему, состоящую из ряда обычно идентичных громкоговоритель элементы, установленные в линию и питаемые по фазе, чтобы создать почтилинейный источник звука. Расстояние между соседними драйверами достаточно близко, чтобы они конструктивно мешали друг другу, чтобы посылать звуковые волны дальше, чем традиционные рупорные громкоговорители, и с более равномерно распределенным звуковым выходом.

Линейные массивы могут быть ориентированы в любом направлении, но их основное использование публичный адресс находится в вертикальных решетках, которые обеспечивают очень узкую вертикальную диаграмму направленности, полезную для фокусировки звука в аудитории без потери выходной энергии на потолках или пустом воздухе над аудиторией. Вертикальный линейный массив отображает обычно широкий горизонтальный рисунок, полезный для передачи звука большинству концерт аудитория. Горизонтальные линейные массивы, напротив, имеют очень узкий горизонтальный выходной шаблон и высокий вертикальный шаблон. Ряд сабвуферы вдоль переднего края концертной сцены может вести себя как массив горизонтальных линий, если сигнал, подаваемый на них, не регулируется (задерживается, поляризуется, выравнивается), чтобы сформировать рисунок в противном случае. Громкоговорители могут быть спроектированы таким образом, чтобы их можно было расположить горизонтально, но не как горизонтальный линейный источник.^[1]

В современных линейных массивах используются отдельные драйверы для полос пропускания высоких, средних и низких частот. Чтобы линейный источник работал, драйверы в каждой полосе пропускания должны быть выстроены в линию. Следовательно, каждый корпус должен быть спроектирован так, чтобы монтировать вместе, чтобы сформировать колонны, состоящие из высокочастотных, средне- и низкочастотных динамики. Увеличение количества драйверов в каждом корпусе увеличивает частотный диапазон и максимальный уровень звукового давления, в то время как добавление дополнительных ящиков в массив также снижает частоту, на которой массив достигает диаграммы направленной дисперсии.

Большой массив формат линия стал стандартом для больших концертных площадок и на открытые фестивалях, где такие системы могут быть пролетами (фальсифицированные, приостановлен) от структурного пучка, поддержка заземления башни^[2] или от высокой башни фермы А-образной рамы.^[3] Поскольку корпуса монтируются вместе и подвешиваются в одной точке, их сборка и прокладка кабеля более удобны, чем другие методы размещения громкоговорителей. Нижняя часть линейного массива обычно изогнута назад, чтобы увеличить дисперсию в нижней части массива и позволить звуку достичь большего количества членов аудитории. Как правило, шкафы, используемые в линейных массивах, имеют трапециевидную форму и соединяются специальным монтажным оборудованием.^[4]

История

Диаграммы направленности колонки с четырьмя драйверами на шести частотах

Эффект линейной решетки, заключающийся в сужении луча с увеличением частоты, был впервые продемонстрирован пионером в области акустики. Гарри Олсон.^[5] Он опубликовал свои выводы в своем тексте 1957 года, Акустическая инженерия.^[6] 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.^[7]

Элементы многодиапазонного линейного массива в горизонтально ориентированном корпусе были предложены Джозефом Д'Апполито в 1983 году.^[8] Однако это было L-Акустика «Линейный массив V-DOSC в середине 1990-х годов, который показал бы концертному миру, что более ровная и плавная частотная характеристика может быть получена от 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.^[7]

Теория

Теория линейных массивов основана на чистой геометрии и мысленный эксперимент из "свободное поле "где звук может свободно распространяться без факторов окружающей среды, таких как отражение в помещении или температурное преломление.

В свободном поле звук, берущий начало в точке (a точечный источник ) будет распространяться одинаково во всех направлениях как сфера. Поскольку площадь поверхности сферы = 4π r², где r - радиус, каждое удвоение радиуса приводит к четырехкратному увеличению площади поверхности сферы. Результатом этого является то, что интенсивность звука кварталов за каждое удвоение 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.

А линейный источник является гипотетическим одномерным источником звука, в отличие 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.^[9]^[10]

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.

Образец помех - термин, применяемый к диаграмме рассеивания линейного массива. Это означает, что когда вы устанавливаете несколько громкоговорителей вертикально, угол вертикальной дисперсии уменьшается, поскольку отдельные драйверы не совпадают по фазе друг с другом в положениях 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.^[7] 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.^[11] На частотах выше 400 Гц конусы драйвера сами становятся направленными, что снова нарушает допущения 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.^[11]

Высокие частоты

Практические системы линейных массивов действуют как линейные источники только на низких и средних частотах. Для высоких частот необходимо использовать какой-либо другой метод, чтобы получить характеристики направленности, которые соответствуют 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 вертикальное рассеяние массива составляет 60 градусов и имеется 12 блоков, 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 от высоких частот и конструктивная интерференция низких частот может быть согласована, так что результирующая матричная система обеспечивает постоянное покрытие.^[12]

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 состоит в использовании криволинейного массива или массива «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 заполнение для области 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.^[13]

Дизайн и оснастка

Два разных линейных массива, установленных рядом с группой сабвуферов

Широкоформатные линейные массивы предназначены для больших площадок или фестивалей на открытом воздухе. Эти блоки обычно включали в себя 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 определенную «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,^[14] Адамсон Стрелок,^[15] Electro-Voice LAPS (программное обеспечение для прогнозирования линейных массивов),^[16] D&B Audiotechnik ArrayCalc и JBL Vertec Line Array Calculator.^[17] Renkus Heinz 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, позволяющие 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.^[18] 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 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.^[19] используя специальную рамку для укладки. 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 в результате массив будет иметь небольшую кривизну.