2. Реферативное описание литературных источников

Линейный массив - это система громкоговорителей, плотно расположенных друг к другу, созданная для формирования равномерной характеристики направленности в горизонтальной плоскости и оптимальной в вертикальной плоскости.

Первые работы по направленности групп громкоговорителей были написаны американским акустиком Гарри Олсоном в 50е годы 20 века. Он установил зависимость направленности звуковой волны формируемой несколькими источниками. Полученные диаграммы и описанные явления послужили отправной точкой для зарождения понятия линейный массив.

а)

б)

в)

Рис 1 Характеристики направленности а)60, б)90, в)120 градусов

Затем было много публикаций и привлечение новых авторов к изучению вопросов направленности, как самих громкоговорителей, так и групп громкоговорителей.

В период с 1973-2009 в американском сообществе звукоинженеров (AES) опубликовано порядка 50 статей связанных с вопросами построения систем линейных массивов. С усовершенствованием систем звукоусиления, инструментов и алгоритмов анализа спектра сигнала, открывались новые вопросы для обсуждения в научном сообществе. В этих статьях описана эволюция и проблематика построения таких систем.

Для магистерской диссертации были отобраны ряд статей из AES (см. литературу 1-4) и использован опыт зарубежных фирм (Meyer Sound, l-acoustics) по производству систем линейных массивов. Данные по формированию групп излучателей типа «линейный» и «криволинейный» массивы, в том числе и новейшие, были сведены в краткий обзор построения таких систем.

2.1 Система громкоговорителей типа «Линейный массив»

Линейные массивы сохраняют направленность излучения, несмотря на положительные и отрицательные моменты возникающих интерференционных процессов. Например, рассмотрим один громкоговоритель, в корпусе которого расположен 12-и дюймовый конический излучатель. Диаграмма направленности такого громкоговорителя будет изменяться с изменением частоты сигнала: в области низких частот громкоговоритель является ненаправленным источником, а при увеличении частоты сигнала (длина волны становится меньше), диаграмма направленности постепенно сужается. Выше 2 кГц диаграмма направленности становится слишком узкой для большинства областей применения, поэтому на практике при построении системы приходится использовать кроссоверы и несколько излучателей для сохранения направленности в звуковом диапазоне.

Если мы возьмем два таких громкоговорителя, установим их один на другой и подадим на них одинаковый сигнал, результатом будет изменение диаграммы направленности излучения. В точках, лежащих на оси направленности излучения, где процессы интерференции проявляют себя с «положительной стороны», уровень такой системы увеличится на 6 дБ по сравнению с одним громкоговорителем, составляющем данную систему. В других же точках лежащих «вне оси» направленности, из-за разности времен поступления от первого и второго громкоговорителя будет возникать акустическое «подавление» (или вычитание), уровня звукового давления. И действительно, если мы подадим на оба громкоговорителя одинаковый синусоидальный сигнал, найдутся такие точки в пространстве, где волны, поступающие от громкоговорителей, будут находиться в противофазе. Это один из «отрицательных моментов» интерференционных процессов, иногда отождествляемый с гребенчатой фильтрацией, рис.2.

Рис.2. Гребенчатая фильтрация

Типовой линейный массив состоит из ряда громкоговорителей, тщательно расположенных в пространстве так, чтобы «положительный» момент гребенчатой фильтрации был направлен на стороны. Т.е. гребенчатая фильтрация используется для создания направленности линейных массивов, рис.3.

Рис.3. Диаграммы направленности массива в зависимости от частоты

Для воспроизведения высокочастотных сигналов помимо драйверов используются очень точные рупора постоянной добротности, которые обеспечиваю «постоянную» диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, рис.4. Для формирования направленности в вертикальной плоскости, рис 6., применяется система волноводов, которая позволяет добиться узкой направленности для:

- минимизации отрицательных факторов интерференционных процессов между смежными элементами;

- максимизации сопряжения для работы в «дальнобойных» конфигурациях.

Рис.4 График зависимости угла направленности от частоты громкоговорителя типа «криволинейный» массив в горизонтальной плоскости

Рис.5. Диаграмма направленности громкоговорителя типа «криволинейный» массив в горизонтальной плоскости

Рис.6. График зависимости угла направленности от частоты громкоговорителя типа «криволинейный» массив в вертикальной плоскости

Чем больше громкоговорителей будут размещены в вертикальном массиве, тем эффективнее будет сопряжение и передача энергии средне- и высокочастотного сигнала. Степенью излучения данной энергии можно управлять изменением углов сопряжения между элементами массива. Небольшое «искривление» линейного массива позволит создать достаточно широкую диаграмму в вертикальной области, в то время как меньшие значения углов сопряжения обеспечивают «дальнобойную» конфигурацию и более узкую диаграмму направленности, рис.10

Рис.7. Диаграмма направленности громкоговорителя типа «криволинейный» массив в вертикальной плоскости

Для эффективной работы в средне и низкочастотном диапазоне, элементы линейных массивов должны сопрягаться для сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости и передачи энергии средне и низкочастотной компоненты сигнала в дальнюю зону области озвучания. При уменьшении частоты сигнала длина волны соответственно увеличивается, и значение углов сопряжения между смежными громкоговорителями имеет достаточно малый эффект. Количество же элементов массива очень важно: чем больше громкоговорителей, рис.8, тем уже становится диаграмма направленности в вертикальной области.

Рис.9. Расчет диаграммы направленности массивов, состоящих из 6, 12, 24 громкоговорителей для частот 125 Гц(сверху) и 250 снизу