Το πρώτο μέρος της θεωρία των line arrays της Κατερίνας Παναγοπούλου αποτελεί ήδη ένα από τα πιο διαβασμένα άρθρα του aLive γεγονός που αποδεικνύει τη δίψα όλων για μάθηση, γνώσεις και φρεσκάρισμα. Αυτό είναι το δεύτερο και τελευταίο μέρους του άρθρου για τα line arrays συστήματα που όπως θα δείτε περιλαμβάνει πιο πρακτικά και χρηστικά θέματα… Καλή ανάγνωση…
Χαμηλές συχνότητες και κατευθυντικότητα
Γενικότερα οι χαμηλές συχνότητες που παράγονται από ένα subwoofer είναι πανκατευθυντικές και έχουν μεγάλα μήκη κύματος. Για παράδειγμα ξεκινάνε από τα 17,2m και μπορούν να φτάσουν τα 2,8m για τις συχνότητες ενδιαφέροντος. Όταν τοποθετούμε περισσότερα από ένα subwoofer σε διαφορετικές θέσεις στο χώρο το συνολικό ηχητικό κύμα λόγω προσθετικών και ακυρωτικών συμβολών γίνεται πολύ περίπλοκο να υπολογιστεί, και έχει ως αποτέλεσμα μη ομοιόμορφη κατανομή αυτών των συχνοτήτων στο χώρο. Η αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος έγκειται στην διαχείριση αυτών των συμβολών, μεταβάλλοντας τις παραμέτρους που επηρεάζουν το άθροισμα των ανεξάρτητων ηχητικών εκπομπών στο χώρο, δηλ. σχετικές αποστάσεις (μετακίνηση καμπινών), σχετικός χρόνος (φάση-delay), σχετικές εντάσεις, πολικότητα οδηγών.
Όταν χρησιμοποιούνται κατά την εγκατάσταση left-right stacked συστοιχίες τα προβλήματα της εμφάνισης των ανεπιθύμητων συμβολών αυξάνονται. Σε κάθε περίπτωση σκοπός είναι να μειωθούν στην περιοχή κάλυψης οι ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις των ηχητικών κυμάτων των δυο συστοιχιών. Η καλύτερη λύση σύμφωνα με κατασκευαστικές εταιρίες ηχείων είναι η τοποθέτηση μιας κεντρικής stacked συστοιχίας sub και όχι η left-right τοποθέτηση. Αυτό φαίνεται να λειτουργεί για οριζόντιες και κάθετες συστοιχίες χωρίς όμως να είναι πάντα πρακτικά εφαρμόσιμο. Με βάση τις παραμέτρους που αφορούν την απόσταση, τον χρόνο, την ένταση και την πολικότητα μπορεί να επιτευχθεί κατευθυντικότητα στις χαμηλές συχνότητες χρησιμοποιώντας αρκετούς οδηγούς, είτε αυτό αφορά εργοστασιακή υλοποίηση (κατευθυντικές sub καμπίνες) είτε sound designing (τοποθέτηση και ρύθμιση συμβατικών καμπινών). Αυτό ονομάζεται beamforming.
Γενικότερα ισχύει ο κανόνας ότι εάν το μέγεθος της συστοιχίας των sub είναι μικρό η ακτινοβολία είναι ευρεία ενώ εάν το μέγεθος της συστοιχίας των sub είναι μεγάλο ενισχύεται η κατευθυντικότητα τους. Ο κανόνας αυτός εφαρμόζεται ανεξάρτητα στον κάθετο και στον οριζόντιο άξονα. Για παράδειγμα σε μια οριζόντια συστοιχία sub που το μέγεθος της συστοιχίας θα είναι μεγάλο οριζόντια και μικρό κάθετα για την κατευθυντικότητα του θα ισχύει το αντίθετο, δηλαδή θα είναι στενή στον οριζόντιο άξονα και ευρεία στον κάθετο.
Δυο βασικά είδη τοποθέτησης subwoofer μέσα στον χώρο υπάρχουν που επιτυγχάνουν beamforming
Gradient arrays. Σχηματίζονται από δυο σειρές ηχείων, η μια μπροστά από την άλλη. Η διάταξη τους και ο τρόπος που οδηγούνται τα gradient arrays αποσκοπεί στον σχηματισμό πολικών, κατευθυντικών διαγραμμάτων. Τα πιο συνηθισμένα διαγράμματα που χρησιμοποιούνται είναι τα καρδιοειδή και τα υπερκαρδιοειδή. Στην περίπτωση αυτή τα subwoofer οδηγούνται ξεχωριστά προκειμένου να μπορεί το καθένα να έχει την δική του ένταση, δικό του delay και να υπάρχει η δυνατότητα αναστροφής της πολικότητας στο εκάστοτε ηχείο προκειμένου να σχηματιστεί το επιθυμητό πολικό διάγραμμα. Η αρχή αυτή μπορεί να εφαρμοστεί και κατασκευαστικά σε μια καμπίνα που περιέχει περισσότερα του ενός woofer μεγάφωνα. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται όταν οι διαστάσεις της συστοιχίας είναι μικρές σε σχέση με το μήκος κύματος που ακτινοβολείται. Γενικότερα τα gradient arrays δεν λειτουργούν σωστά όταν τοποθετούνται μπροστά από τοίχους ή άλλες ανακλαστικές επιφάνειες. Κατά την πρακτική τους εφαρμογή έχει βρεθεί ότι η ελάχιστη ακτινοβολία πίσω από την συστοιχία συμβαίνει όταν η έξοδος των οδηγών που ακτινοβολούν προς τα πίσω είναι 6 dB λιγότερα από ότι από μπροστά. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός των πίσω woofer μπορεί να είναι ο μισός σε σχέση με τα μπροστινά.
Endfire array. Ένα endfire array είναι μια σειρά από ηχεία ευθυγραμμισμένα σε ένα κοινό άξονα, το ένα μπροστά από το άλλο και σε απόσταση μεταξύ τους έτσι ώστε η κύρια ακτινοβολία του ηχητικού κύματος να είναι στην κατεύθυνση του άξονα τους και να στοχεύει την επιθυμητή περιοχή κάλυψης. Σε κάθε ηχείο εφαρμόζεται ξεχωριστό delay και όλα τα ηχεία έχουν την ιδία πολικότητα (polarity). Αυτό σχηματίζει ένα πολύ κατευθυντικό και στενό πολικό διάγραμμα ισοδύναμο με το ultracardiod διάγραμμα που υπάρχει στα shotgun μικρόφωνα. Η τοποθέτηση αυτή είναι σπάνια και είναι πραγματικά χρήσιμη και εφαρμόσιμη σε long throw εφαρμογές σε ανοιχτό χώρο ή σε τεράστιους κλειστούς χώρους. Η πιο απλή μέθοδος είναι οι καμπίνες να έχουν ίση απόσταση μεταξύ τους και το delay της κάθε καμπίνας είναι ίσο με το χρόνο που το ηχητικό κύμα χρειάζεται για να φτάσει από την μια καμπίνα στην επόμενη. Στην πραγματικότητα, με μεγάλες endfire συστοιχίες, είναι δυνατόν να επιτευχθουν ισχυρά, κατευθυντικά μπάσα για μεγάλες αποστάσεις.
Εντασιακή κάλυψη ενός χώρου και line arrays
Με βάση την θεωρία του Olson για τα line source arrays στο μακρινό ελεύθερο πεδίο έχουμε πτώση κατά 6 dBSPL για κάθε διπλασιασμό της απόστασης ενώ στο κοντινό ελεύθερο πεδίο έχουμε πτώση μόνο 3 dBSPL. Για να επιτευχθεί αυτό στα line array PA συστήματα θα πρέπει να υπάρχει μια άπειρη γραμμή από σημειακές πήγες με τέλεια omni directional χαρακτηριστικά διάδοσης του ήχου. Είναι φανερό ότι αυτό είναι πρακτικά αδύνατο να επιτευχθεί. Τέτοιοι λοιπόν ισχυρισμοί είναι απλοποιημένοι και φαίνονται να είναι μια λανθασμένη μεταφορά της θεωρίας των line source array στα line array PA συστήματα. Στην πραγματικότητα, ο σχεδιασμός ενός line array PA συστήματος στηρίζεται στο θεωρητικό μοντέλο του Olson μόνο για το συχνοτικό εύρος όπου μπορεί να έχει πρακτική εφαρμογή (χοντρικά μεσαίες συχνότητες), εφαρμόζοντας συνδυαστικά άλλες τεχνολογίες για τα δύο άκρα του φάσματος (κυματοδηγοί χοάνης για τις υψηλές) και κατευθυντικές καμπίνες για τις χαμηλές. Ο στόχος αυτού του συνδυασμού είναι να γίνει εφικτή η ομοιόμορφη εντασιακή κάλυψη στον χώρο σε όλο το συχνοτικό φάσμα. Συμπερασματικά, ένα line array PA ηχητικό σύστημα μπορεί με τις κατάλληλες συνθήκες και στον κατάλληλο χώρο να αποφέρει καλύτερη και πιο ομοιόμορφη εντασιακή κάλυψη σε σχέση με ένα αντίστοιχο συμβατικό σύστημα.
Επίδραση της καμπύλωσης ενός line array συστήματος
Το κάθετο διάγραμμα των line array PA συστημάτων μπορεί να προσαρμοστεί στον χώρο μέσα από τις ποικίλες καμπυλώσεις προκειμένου να υπάρξει ομοιόμορφη κατανομή έντασης. Καμπύλωση εφαρμόζουμε σε ένα line array PA σύστημα στο τμήμα των δορυφόρων το οποίο αναπαράγει μέρος του συνολικού συχνοτικού εύρους, αυτό όμως δεν μπορεί έχει ομοιόμορφη επίδραση σε όλο το συχνοτικό εύρος. Πρακτικά, ο σκοπός της καμπύλωσης ενός line array συστήματος είναι να καλυφθεί μια ευρύτερη περιοχή στον κάθετο άξονα κυρίως στο κοντινό πεδίο. Η καμπυλότητα του συστήματος έχει σαν αποτέλεσμα την απομάκρυνση των κέντρων των γειτονικών οδηγών (αύξηση της απόστασης b) με αποτέλεσμα να μειώνεται η επιτυχία του συστήματος να διατηρήσει ένταση σε μακρινές αποστάσεις. Όμως μια υπερβολική καμπύλωση θα δημιουργήσει πολύ ακανόνιστη κάλυψη με ανομοιόμορφη συχνοτική απόκριση. Επιπλέον σχηματίζονται ισχυροί πλευρικοί λοβοί οι οποίοι εκτρέπουν την ενέργεια από την επιθυμητή περιοχή κάλυψης και διεγείρουν το πεδίο αντήχησης υπερβολικά, μειώνοντας την σαφήνεια. Αυτό, γιατί μεταβάλλεται σημαντικά ο τρόπος με τον οποίο συμβαίνουν οι εποικοδομητικές και καταστροφικές συμβολές.
Η συμπεριφορά των line array στο κοντινό και στο μακρινό πεδίο
Λόγω της υβριδικής φύσης αυτών των συστημάτων είναι δύσκολο να εφαρμοστούν oι προβλέψεις από την θεωρία του line source array για ολόκληρο το ακουστικό φάσμα. Εν τούτοις, τα συστήματα αυτά μπορούν να δουλέψουν σωστά στο μακρινό και μέτρια στο κοντινό πεδίο. Στο μακρινό πεδίο οι έξοδοι των μεμονωμένων πηγών σε ένα line array συνδυάζονται εποικοδομητικά και εμφανίζονται να λειτουργούν ως μια πηγή. Η συμπεριφορά των line arrays στο κοντινό πεδίο είναι πιο σύνθετη. Οποιοδήποτε δεδομένο σημείο στο κοντινό πεδίο που είναι on axis για μόνο μία από τις χοάνες μεγάλης κατευθυντικότητας των υψηλών συχνοτήτων, δέχεται την ενέργεια των χαμηλών συχνοτήτων και από τις γειτονικές καμπίνες του συστήματος.
Κυλινδρικά κύματα και line array
Η αντίληψη ότι τα line array είναι ικανά να συνδυάσουν ηχητικά κύματα σχηματίζοντας ένα ενιαίο κυλινδρικό κύμα με εξιδανικευμένα χαρακτηριστικά διάδοσης είναι λανθασμένη. Με βάση τη θεωρία της ακουστικής, αυτό είναι αδύνατο. Για να υπάρξει ενιαίο κυλινδρικό κύμα θα έπρεπε να μπορεί να υλοποιηθεί απόλυτα η θεωρία του Olson.
Τρόποι τοποθέτησης των line arrays συστημάτων στον χώρο
Η τοποθέτηση των line array στο χώρο μπορεί να είναι flown (κρεμασμένο), ground stacked (τοποθετημένο στο πάτωμα) ή συνδυασμός flown και ground stacked. Παρόλο που τα flown συστήματα είναι προτιμητέα από τους περισσότερους system sound designers, υπάρχουν επιχειρήματα που μπορούν να υποστηρίξουν και τις τρεις τοποθετήσεις. Η απάντηση υπαγορεύεται από τις ιδιαιτερότητες του κάθε χώρου. Ένα ground stacked array προσφέρει ενίσχυση των χαμηλών συχνοτήτων λόγω της επαφής με το πάτωμα των subwoofer στοιχείων του και επιπλέον για γεωμετρικούς λόγους μπορεί να παρέχει πιο ομοιόμορφη κάθετη κάλυψη από ότι ένα flown. Για αυτό το stacking έχει νόημα σε μικρές συστοιχίες όπου με λίγα ηχεία μπορεί να βελτιστοποιηθεί η ηχητική κάλυψη του ακροατηρίου και να ενισχυθεί η απόκριση χαμηλών συχνοτήτων. Τα flown συστήματα είναι η καλύτερη λύση για να επιτευχθεί ομοιόμορφη εντασιακή και συχνοτική κάλυψη εάν ο αριθμός των ηχείων που στοιχίζονται επαρκεί σε σχέση με τον εκάστοτε χώρο. Επιπλέον τα flown συστήματα είναι μια πολύ καλή λύση σε προβλήματα αισθητικής που πολύ συχνά εμφανίζονται από τους ιδιοκτήτες συναυλιακών χώρων. Υπάρχουν περιπτώσεις που η τοποθέτηση τελικά ενός line array είναι συνδυασμός flown για τους δορυφόρους και ground stacked για τα sub. Στην περίπτωση αυτή τα μπασομεσαία ενός τετράδρομου συστήματος μπορούν είτε να τοποθετηθούν ground stacked είτε flown ανάλογα την περίσταση.
Τρόποι τοποθέτησης των line arrays συστημάτων με βάση την κλίση των καμπινών
Όσον αφορά την κλίση που θα έχουν τα ηχεία μεταξύ τους υπάρχουν οι εξής περιπτώσεις:
Flat arrays. Στη συστοιχία τα ηχεία μεταξύ τους δεν έχουν καμία κλίση (0°). Για σταθερό μήκος σε μια συστοιχία η κατευθυντικότητα του flat line array στενεύει όσο αυξάνεται η συχνότητα. Επιπλέον η αύξηση του μήκους της συστοιχίας έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της κατευθυντικότητας. Η αυξανόμενη κατευθυντικότητα για τις υψηλές συχνότητες είναι και ένα από τα οφέλη των line array συστημάτων. Ωστόσο για ένα flat line array αυτή η κατευθυντικότητα αυξάνεται πολύ περισσότερο από ότι σε οποιαδήποτε άλλη τοποθέτησή του καθιστώντας το κάποιες φορές υπερβολικά κατευθυντικό και μη πρακτικό.
Curved arrays. Έχει μορφή τόξου (arc) αφού καμπυλώνεται το άνω μέρος προς τα πάνω και τα κάτω μέρος προς τα κάτω. Το πρόβλημα που εμφανίζεται είναι ότι τα καμπυλωτά αυτά arrays δεν ταιριάζουν στους περισσότερους χώρους και δεν μπορούν να καλύψουν σωστά το κοινό. Καθώς η συστοιχία από την μέση και κάτω καμπυλώνεται έτσι ώστε να καλύψει τους θεατές που βρίσκονται μπροστά στη σκηνή, από την μέση και πάνω καμπυλώνεται προς την οροφή του χώρου.
J-arrays. Στην κορυφή οι καμπίνες είναι τοποθετημένες σε ευθεία γραμμή, ενώ στο κάτω άκρο σχηματίζουν μία κλιμακούμενη κύρτωση. Το j-array εκμεταλλεύεται τα θετικά χαρακτηριστικά και από τα flat και από τα curved arrays. Τα ηχεία που είναι τοποθετημένα σε ευθεία γραμμή καλύπτουν τους ακροατές που βρίσκονται μακριά από την σκηνή και παράλληλα η καμπύλωση στο κάτω μέρος καλύπτει τους ακροατές που βρίσκονται κοντά στη σκηνή και σχεδόν κάτω από το array. Η κατευθυντικότητα ενός J-array συστήματος είναι συνδυασμός των κατευθυντικών χαρακτηριστικών ενός flat και ενός curved. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την κατευθυντικότητα του είναι το μήκος του ευθυγράμμου τμήματος, το μήκος του καμπυλωμένου τμήματος, η γωνία του κυρτωμένου τμήματος και κατ’επέκταση η σχετική ένταση μεταξύ τους, το σχετικό μήκος των δύο τμημάτων και προφανώς η παραγόμενη συχνότητα.
Spiral arrays. Τα spiral arrays έχουν προοδευτική καμπύλωση ανάμεσα στα ηχεία της συστοιχίας μη επιτρέποντας σε κανένα ηχείο να είναι σε απόλυτη ευθεία με το γειτονικό του. Η καμπύλωση αυξάνει κατά μήκος της συστοιχίας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το επάνω τμήμα να είναι σχεδόν ευθεία, αλλά όχι εντελώς, ενώ το κάτω τμήμα του να καμπυλώνει προς τα κάτω. Αποτελούν την εξέλιξη των J-arrays και έχουν πιο ισορροπημένη συχνοτική απόκριση, εξαιτίας του σταθερού πολικού διαγράμματος σε μεγάλο συχνοτικό εύρος. Δηλαδή δεν μεταβάλλεται πολύ η κατευθυντικότητα τους, όσο αυξάνεται η συχνότητα, ενώ διατηρεί τα χαρακτηριστικά κάλυψης των J-arrays τόσο στο μακρινό όσο και στο κοντινό πεδίο κάλυψης. Ένα καλά σχεδιασμένο spiral σύστημα θα μπορούσε να έχει σχεδόν σταθερά κατευθυντικό διάγραμμα σε όλο συχνοτικό φάσμα. Υπάρχουν πολλοί τύποι spiral arrays δημιουργώντας έτσι ποικίλες διαβαθμίσεις καμπύλωσης. Ευρέως γνωστό είναι το arithmetic spiral.
Εγκατάσταση των line array συστημάτων και τι πρέπει να αποφεύγεται
Η ηχητική εγκατάσταση οποιουδήποτε συστήματος σε οποιοδήποτε χώρο ήταν και παραμένει μια σύνθετη διαδικασία, αφορά νόμους φυσικής κυματικής και ακουστικής, γεωμετρία του χώρου και ιδιαιτερότητες του εκάστοτε μουσικού προγράμματος. Η εμφάνιση της τεχνολογίας line array και ότι άλλο θα προκύψει στο μέλλον απλά προσθέτει στις επιλογές του system sound designer χωρίς αυτόματα να ακυρώνει την πιθανότητα προγενέστερες τεχνολογίες να αποτελούν καλύτερες επιλογές.
Τα line array PA συστήματα ήχου είναι μια κατηγορία ηχητικών συστημάτων τα οποία είναι πολύ κατευθυντικά και για να επιτευχθεί αυτή η κατευθυντικότητα πραγματοποιούνται πολύπλοκες προσθαφαιρέσεις κυμάτων που μόνο με τα αυτί μας δεν γίνονται αντιληπτές. Αυτό θέτει κάποιες προϋποθέσεις κατά την εγκατάσταση τους. Τον πιο σημαντικό ρόλο κατά την εγκατάσταση ενός line array τον έχει ο sound system designer. Λόγω της ιδιαιτερότητας στην τεχνολογία αυτή, η τεχνογνωσία ενός system sound designer και η εμπλοκή ενός τέτοιου ανθρώπου, με την υποβοήθηση λογισμικών προσομοίωσης, κατά την εγκατάσταση του συστήματος είναι απαραίτητη. Γνωρίζοντας τον τρόπο λειτουργίας ενός line array PA συστήματος στο κοντινό και μακρινό πεδίο είναι αντιληπτό το γιατί δεν λειτουργούν σωστά τα συστήματα αυτά σε μικρούς χώρους. Θεμελιώδης προϋπόθεση της λειτουργίας των line array συστημάτων είναι η έννοια της συστοιχίας. Από έναν αριθμό καμπινών και κάτω (ανάλογα με το κάθε ηχοσύστημα) παύει να υφίσταται η δυνατότητα του συστήματος να λειτουργήσει και θεωρητικά και πρακτικά. Η σύσταση του line array PA συστήματος είναι αυστηρά ορισμένη από τον κατασκευαστή και πιθανοί αυτοσχεδιασμοί έχουν ως αποτέλεσμα να ακυρώνουν την δυνατότητα του συστήματος να λειτουργήσει ελεγχόμενα.
Αντί επιλόγου…
Επιπλέον υπάρχουν πολλοί πρακτικοί λόγοι που μπορούμε να θεωρήσουμε ότι τα line array PA συστήματα υπερέχουν σε σχέση με τα ονομαζόμενα συμβατικά συστήματα κυρίως σε μη μόνιμες ηχητικές εγκαταστάσεις. Ένα σύστημα line array κατά πάσα πιθανότητα θα είναι συγκριτικά, μικρότερο, ελαφρύτερο, και πιο εύκολο κατά την ανάρτησή του σε σχέση με ένα συμβατικό σύστημα. Θα καταλαμβάνει λιγότερο χώρο κατά την μεταφορά και θα απαιτείται λιγότερο προσωπικό για την εγκατάσταση του. Πέρα από τους πρακτικούς λόγους η ελεγχόμενη κατευθυντικότητα του με την σωστή τοποθέτηση σε κατεύθυνση και κλίση εξασφαλίζει ομοιόμορφη ηχητική κάλυψη.
Παρόλα τα πλεονεκτήματα που έχει ένα line array σύστημα, θα πρέπει η νέα αυτή τεχνολογία να μην αντιμετωπίζεται ως αξιωματικά βέλτιστη ακυρώνοντας τα πλεονεκτήματα της προηγούμενης τεχνολογίας. Υπάρχουν περιπτώσεις που ένα συμβατικό σύστημα, με τις κατάλληλες προϋποθέσεις θα ήταν πολύ καλύτερη επιλογή για την εγκατάσταση ενός ηχητικού συστήματος σε σχέση με ένα line array.
