В наши дни линейные массивы привлекают много внимания — и это неудивительно, потому что они большие и громкие и красиво смотрятся.
Но шоу редко обходится без двухполосных колонок с 12-дюймовым или 15-дюймовым низкочастотным динамиком и рупором. Будь то мониторы, прострелы, или просто «колонки на палках», небольшие двухполосные коробки выполняют многие повседневные задачи, составляющие типичный день звукоусиления.
Мы воспринимаем производительность этих колонок как должное, но их можно использовать более эффективно, если мы действительно понимаем их характеристики направленности. Это часто описывается как 90 на 60 или что-то похожее.
Но 90 градусов на 60 градусов на какой частоте?
Есть четыре основных компонента, которые определяют диаграмму направленности этих громкоговорителей, включая диффузор, рупор, кроссовер и корпус. Давайте рассмотрим их по одному и оценим их вклад.
Прежде чем мы пройдемся по нашему списку, давайте рассмотрим некоторые основы. Величина направленности, которую любое устройство может оказать на звуковую волну, напрямую связана с пропорциональными размерами устройства и звуковой волны.
Чтобы понять эту взаимосвязь, важно хорошо понимать, как длина волны связана с частотой. Звук на уровне моря при 22.2 градусах по Цельсию распространяется со скоростью примерно 344 метра в секунду.
Итак, если частота волны равна 1 Гц, длина волны составляет 344 метра, то логически, волна с частотой 10 Гц имеет длину 34 метра, волна с частотой 100 Гц — 3.4 метра, волна с частотой 1000 Гц — 0.34 метра и т. д.
Физика требует, чтобы источник был физически большим по сравнению с длиной волны, чтобы контролировать ее направление. Имея все это ввиду, давайте посмотрим на направленность низких частот 12-дюймового динамика в двухполосном кабинете с рупором 90 на 60 градусов.
Вопрос контроля
Помните, что единственным средством управления дисперсией звуковой волны в громкоговорителе с фронтальной загрузкой для низкочастотного драйвера является диаметр его конуса и, в меньшей степени, некоторые граничные эффекты. На частоте 100 Гц драйвер физически мал по сравнению с длиной волны 3.4 метра и почти не обеспечивает направленности ( рис. 1 ).
Если мы увеличиваем частоту постепенно, 12-дюймовый динамик не начинает внезапно контролировать звуковую волну, когда она достигает 1000 Гц (0.34 м), и имеет тот же размер, что и сам динамик. Скорее, это оказывает все большее и большее влияние по мере того, как частота становится выше, а длина волны короче. ( Рисунок 2 и Рисунок 3 ).
В этом диапазоне частот диффузор фактически обеспечивает горизонтальную дисперсию приблизительно 90 градусов. Но также имейте в виду, что, поскольку этот шаблон конический (драйвер круглый), он не создает указанный 60-градусный вертикальный шаблон.
По мере увеличения частоты драйвер оказывает все больше и больше влияния, пока не начнет «излучать» на более высоких частотах. Но к тому времени, когда он настолько сужается, он уже выше частоты раздела кроссовера.
Желаемая направленность
В конструкции рупора есть несколько элементов, которые вносят свой вклад в его способность обеспечивать контроль направленности на заданной частоте. Некоторыми из них являются геометрия горловины, длина и вид расширения.
Но наиболее очевидным фактором является размер устья рупора. Здесь действуют те же правила, что и для конусного драйвера. Размер имеет значение. Горловина рупора должна быть достаточно большой, чтобы доминировать на рассматриваемой длине волны, чтобы обеспечить полную направленность на этой частоте.
Таким образом, если устье рупора имеет ширину 15см и высоту 7см, оно будет несколько всенаправленным на частоте 1000 Гц. Он не будет демонстрировать желаемую направленность, пока частота не достигнет примерно 2000 Гц в горизонтальной плоскости и 3000 Гц в вертикальной плоскости. Он может обеспечить диаграмму направленности 90 на 60 градусов выше 3000 Гц, но почти наверняка не на более низких частотах.
Конусные драйверы и рупоры сами по себе довольно предсказуемые устройства. Но совместить их в непосредственной физической близости может быть довольно сложно.
Первая проблема — физическое смещение. В типичной двухполосной коробке устройства располагаются друг над другом, а также могут находиться на разной глубине. Даже если мы используем задержку, чтобы скорректировать выравнивание времени между драйверами на оси, любой другой вертикальный угол будет искажать приход времени от рупора и конусного драйвера.
Поскольку полоса пропускания и диаграмма вертикальной дисперсии драйверов обязательно перекрываются в области кроссовера, вполне вероятно, что при любом вертикальном угле вне оси мы будем слышать вклады обоих драйверов с фазовым сдвигом. Это означает, что будут лепестки и нули. ( Рисунок 4 и Рисунок 5 ) Этот конкретный блок был пересечен на частоте 1350 Гц с симметричным наклоном Linkwitz-Riley 24 дБ.
Эти лепестки будут различаться по направлению и интенсивности в зависимости от смещения драйвера и управления направленностью, наклона кроссовера, а также настроек задержки перекрытия и выравнивания, но они всегда будут возникать в нескольких блоках драйверов с физически разделенными источниками. Если колонку положить на бок, мы получим те же явления в горизонтальной плоскости. Сценические мониторы типичный пример.
Это одна из причин возрождения коаксиальных коробок. Поскольку между источниками нет смещения по вертикали, нам нужно только скорректировать разницу в глубине между акустическим источником диффузора и рупорным динамиком, и это расстояние остается более постоянным с вне осевыми положениями прослушивания.
Компромисс заключается в том, что во многих коаксиальных конструкциях конус драйвера используется в качестве рупора для направления высоких частот, и хотя это может быть хорошо для мониторов или других акустических систем ближнего поля, для задач звукоусиления часто требуется более точное управление диаграммой направленности.
Влияние препятствия
Последняя часть головоломки направленности — это сам кабинет и граничный эффект, создаваемый установкой его на что-то.
Как мы видели на Рисунке 1, низкие частоты являются всенаправленными, поэтому, когда мы устанавливаем громкоговоритель на пол, мы фактически вдвое уменьшаем его излучающее пространство на низких частотах. Это создает дополнительные 3 дБ выходного сигнала.
Технологии прошли долгий путь, чтобы обеспечить тонну выходных данных и точности. Но физика не изменилась. Когда дело доходит до управления направленностью, размер по-прежнему имеет значение.
#диаграмма направленности #направленность акустической системы #звуковая волна #фазовый сдвиг #обработка звука