Systemy liniowe oraz liniowe źródła dźwięku

Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom tych, którym nie chciało się zagłębiać w literaturę, odpowiem, iż systemy liniowe jako sposób na bardzo proste wysłanie dźwięku w dalekie pole oraz zminimalizowanie problemów interferencyjnych nie jest wymysłem czasów współczesnych (tych, które z ostatnich piętnastu lat znamy jako wysyp rozwiązań zwanych systemami liniowymi). Jako model teoretyczny został zaprezentowany przez Harry’ego Olsona w latach pięćdziesiątych XX wieku, a w krótkim czasie po tym fakcie był już stosowany w praktyce – głównie do nagłośnienia mowy. Wielkie zainteresowanie źródłami liniowym pojawiło się ponownie od momentu opisania przez Christiana Heila i Marcela Urbana kryteriów, które pomagają budować zestawy ze zminimalizowanym wpływem interferencji destruktywnych.Różnica rozkładu ciśnienia w na pionowym przekroju wiązki wytwarzanej przez grono składające się z dwunastu zestawów wielkoformatowych.​ Właśnie: interferencji destruktywnych – ostatnim razem pisałem o tym, jak sygnały z dwóch źródeł się dodają oraz jak bardzo zależy to od częstotliwości i punktu obserwacji. Uzupełniając wcześniejszy artykuł, dodam jeszcze jedną zależność, a mianowicie odległość między źródłami. Jest to kolejny i jednocześnie ostatni istotny stopień swobody spośród tych, które znacząco wpływają na wynik, potrzebny do opisania zjawisk falowych między kilkoma źródłami obserwowanymi z pewnej odległości. Odwrotnością destrukcji jest konstrukcja i właśnie na niej najbardziej nam zależy, jako że chcemy sumować źródła w celu uzyskania wysokiej efektywności. Najpełniejsza konstrukcja zachodzi, gdy oba źródła leżą w tym samym punkcie, co jest niemożliwe w świecie rzeczywistym. Co za tym idzie – musimy założyć pewne ramy, dla których sumowanie pozostanie w stopniu dla nas akceptowalnym. Przyjęto więc, że konstrukcja ma sens, gdy odległość dwóch źródeł w układzie liniowym o jednostkowej skuteczności nie jest większa od połowy długości fali najwyższej przetwarzanej częstotliwości. Dane te są dopiero początkiem dalekiej drogi do doskonalenia źródeł liniowych. Ustawienie źródeł w jednym punkcie jest niemożliwe, ale projektując zestaw, konstruktorzy starali się zbliżyć je na tyle, na ile ich fizyczne rozmiary na to pozwalały. Należy w tej chwili dodać, że nie dysponujemy przetwornikami o zadowalających osiągach przy pracy w szerokim paśmie. Co gorsza, nawet gdyby pewien producent głośników zbudował taki, to we znaki dałyby się jego rozmiary. Wykreślić możemy więc budowę źródła liniowego z przetworników szerokopasmowych. Decydujemy się więc na sekcje – jeśli zależy nam na systemie mogącym wygenerować znaczne ciśnienie, słuszną koncepcją będzie konstrukcja trójdrożna. Przede wszystkim znika nam problem gabarytów przetworników niskotonowych, ponieważ nawet osiemnastocalowe kolosy powiększone o elementy konstrukcyjne obudowy zachowują bez problemu kryterium połowy długości fali aż do prawie 280 Hz, co jest zbyt wysokim progiem ze względu na problem łamania się membrany. W sekcji średniotonowej komplikacje zaczynają się powyżej 1 kHz, jednakże chcemy, aby od tej częstotliwości pracą zajął się głośnik wysokotonowy. Wróćmy jednak do „środka” – należy zwrócić uwagę na to, że jest to część pasma, w której zawartych jest wiele informacji, które w tradycyjnych konstrukcjach pozostają często zaniedbane. W dużych systemach liniowych środkowe pasmo to bardzo istotny element budowany na kilka sposobów. Najbardziej popularnym jest układ kilku (czterech lub sześciu) głośników na kolumnę, ułożonych tak, by kolejne zestawione kolumny kontynuowały ciągłość przetworników w jednej osi. Dlaczego nie dwóch? Zdarzają się konstrukcje tego typu, jednak jeśli nie są to moduły asymetryczne, naginają nieco zasadę odległości w funkcji najwyższej częstotliwości, innymi słowy: dwa głośniki średniotonowe w konstrukcji symetrycznej wymuszałyby zminimalizowanie wysokości modułu, co dalej nakazywałoby na przykład tubową konstrukcję sekcji niskotonowej (po prostu gdzieś musimy zmieścić głośnik odpowiadający za najniższe pasmo, a nigdy nie ma on małych rozmiarów). Niektórzy producenci oferują też część średniotonową w rozwiązaniu tubowym – daje ono większe pole manewru pod względem wcześniej wspomnianych ograniczeń. Wylot tuby może zajmować całą wysokość modułu, więc problem odległości odchodzi na dalszy plan. Pozostaje jedynie precyzyjne jej zaprojektowanie, tak by negatywne właściwości dało się skompensować na drodze processingu. W przypadku tuby łatwiej udaje się też zminimalizować wpływ rozmiaru źródła poprzez dzielenie jej wylotu na kilka sekcji. Pasma środkowe, podobnie jak niskie, nie są trudne w reprodukcji i przy zachowaniu opisanych wcześniej zasad zachowują bardzo dobrą jakość oraz dają się wypromieniować na znaczne odległości bez bardzo skomplikowanych zabiegów. Dotarliśmy w tej chwili do najbardziej skomplikowanej części w każdym systemie liniowym, czyli sekcji wysokotonowej. Z racji gabarytów pojedynczych zestawów, które determinowane są przez sekcje opisane wcześniej, w tej omawianej teraz nie trudno o interferencje – zwłaszcza te negatywne. Wcześniej jednak warto przypomnieć, do czego idea źródła liniowego została wykorzystana. A więc – gdy mamy do czynienia z wyżej wymienionym, spotykamy się z określeniem cylindrycznego promieniowania dźwięku – oznacza to że, teoretycznie fala nie rozchodzi się wzdłuż osi pokrywającej się z największym rozmiarem źródła. Zjawisko to jest dobrze znane w przypadku subwooferów ustawionych w jednej linii o długości znacznie większej od długości fali najniższej przetwarzanej częstotliwości – układ ten w zasadzie nie promieniuje poza szerokością, w jakiej się zawiera, oraz sumuje się maksymalnie w osi dzielącej go na dwie równe połowy. Gdy zaczniemy budować źródło dla wyższych częstotliwości, ale postaramy się zachować wcześniejsze kryteria, nadal pozostaniemy z tymi samymi zjawiskami (użyteczny kąt pokrycia tylko w zakresie największego rozmiaru oraz duże sumowanie w osi akustycznej). Dla subwooferów problem jest na tyle łatwy do rozwiązania, że możemy mu sprostać, dysponując oprogramowaniem predykcyjnym oraz odrobinę bardziej rozbudowanym processingiem w systemie. Jednym ze sposobów jest fizyczne opóźnienie poszczególnych kolumn, czyli utworzenie łuku o kształcie dwóch połówek paraboli zetkniętych od strony większych wartości. Drugi sposób nakazuje opóźnienie kolejnych subwooferów (licząc od środka), tak by utworzyły tym razem wirtualny łuk, zastępując fizyczne przesunięcia opóźnieniem elektronicznym. Zaletą drugiego rozwiązania jest brak punktu skupienia nad zestawem w ogniskowej łuku, czyli w miejscu, gdzie odległość do poszczególnych subwooferów jest bardzo zbliżona a przynajmniej nie różni się o więcej niż połowę długości fali. Punkt ten jest wirtualnym źródłem o ogromnej skuteczności w niekorzystnym położeniu – (znajdując się za zestawem, wypada na scenie). Ciekawą analogią cylindrycznej propagacji oraz przejścia do propagacji kulistej jest odśnieżanie cienkiej warstwy śniegu za pomocą łopaty pchanej do przodu – przed łopatą tworzy się prostokąt śniegu, który nie ucieka na boki, a przed nim klin rozpychający warstwę na boki – źródłem jest łopata, obszarem Fresnela jest prostokąt śniegu, a obszarem Frauhofera – klin śniegu wraz ze śniegiem pchanym na boki. tekstJerzy KubiakMuzyka i Technologia