Τρίτη, 20 Νοεμβρίου 2018

Η καρδιά του συστήματος χτυπάει στα Sub | Μέρος ΙΙΙ

Υπόθεση Εργασίας | Καρδιοειδείς Συστοιχείες Χαμηλών Συχνοτήτων


Στα δύο προηγούμενα άρθρα αναλύθηκαν εκτενώς οι δύο διαφορετικές προσεγγίσεις για την δημιουργία καρδιοειδών συστοιχιών, Gradient και End Fired, τα χαρακτηριστικά τους, αλλά κυρίως οι φασικές διαφορές και σχέσεις μεταξύ των ηχείων ώστε να επιτευχθεί η συγκέντρωση της ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος και η ακύρωση στην αντίθετη περιοχή.
Αφού πλέον έχουμε κατανοήσει τον τρόπο λειτουργίας και το σκεπτικό πίσω από αυτές τις δύο τεχνικές θα κάνουμε μία υπόθεση εργασίας ώστε να εφαρμόσουμε τις τεχικές αυτές. 

Πολλές συναυλίες γίνονται κυρίως καλοκαίρι σε ανοιχτά θέατρα. Για το λόγο αυτό επιλέχθηκε το θέατρο Βράχων ώστε να εφαρμόσουμε τις διαφορετικές τεχνικές σε συστοιχίες και να δούμε ποιά είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα στις χαμηλές συχνότητες με βάση τα διαφορετικά κριτήρια.

Θέατρο Βράχων

Πριν προχωρήσουμε στην εφαρμογή και προσομοίωση των διαφορετικών τεχνικών  που έχουν επιλεχθεί για το συγκεκριμένο θέατρο θα πρέπει να δούμε τις διαστάσεις του χώρου τον οποίο χρειάζεται να καλύψουμε. Οι αποστάσεις είναι 32 μέτρα μήκος και 52 πλάτος. Αντιλαμβανόμαστε πως η γωνία που χρειάζεται να καλυφθεί είναι 180° όπως άλλωστε είναι και σε κάθε θέατρο τέτοιου σχεδιασμού. Πέρα από ένα απλό LR στήσιμο οι επιλογές που έχουμε βασίζονται, εκτός από το πρώτο παράδειγμα, στην τεχνική gradient και παρατίθεινται παρακάτω. Πέρα από τις επιλογές που παραθέτουμε παρακάτω, υπάρχουν πολλαπλές άλλες παρόμοιων συστοιχιών που ο καθένας μπορεί να δημιουργήσει ανάλογα με τις ανάγκες και τις προτεραιότητες του.

Εικόνα 1


LR End Fired

Πρώτη από όλες τις πιθανές εκδοχές συστοιχιών θα δοκιμάσουμε την End Fired και θα επισημάνουμε τα υπέρ και τα κατά που προκύπτουν από την χρήση αυτής της τεχνικής στον συγκεκριμένο χώρο. Η τοποθέτηση γίνεται δεξιά και αριστερά της σκηνής και συνήθως με κλίση προς τα έξω. Αυτό βοηθάει ώστε, να υπάρχει μικρότερη αλληλεπίδραση των συστοιχιών στην περιοχή ενδιαφέροντος με συνέπεια τη μείωση των συχνοτικών διακυμάνσεων και την λίγο καλύτερη ακύρωση στην περιοχή της σκηνής. Κοιτώντας την παρακάτω εικόνα μπορούμε να δούμε τις περιοχές όπου δημιουργείται συχνοτική διακύμανση(Comb Filtering) αλλά και την περιοχή της σκηνής όπου ανάλογα τη συχνοτική περιοχή έχουμε ακύρωση. H προσέγγιση αυτή δεν ενδείκνυται για μικρού και μεσαίου μεγέθους συναυλίες αλλά για μεγάλες σκηνές όπου υπάρχει αρκετός χώρος ώστε να επωφεληθούν των πλεονεκτημάτων της τεχνικής αυτής.

Εικόνα 2
Υπέρ
  • 100% άθροιση των τεσσάρων ηχητικών πηγών στην περιοχή ενδιαφέροντος. 
  • Μικρός αριθμός ηχείων ανά πλευρά επομένως μικρότερο κόστος. 
  • Εύκολο στην εφαρμογή.
  • Δεν χρειάζεται επιπλέον support.
Κατά
  • Μεταβαλλόμενη γωνία κάλυψης στην περιοχή ενδιαφέροντος.
  • Μεταβαλλόμενη ακύρωση στην περιοχή μη ενδιαφέροντος ανάλογα με τη συχνότητα.
  • Απαιτούνται 8 κανάλια στον φασματικό διαιρέτη(controller) σε LR setup.
  • Σταθμικές και συχνοτικές διακυμάνσεις και στους δύο άξονες κάλυψης.
  • Απαιτείται αρκετός χώρος ώστε να χωρέσουν τα 4 ηχεία.
  • Δύσκολος συγχρονισμός στην περιοχή του crossover με το κυρίως σύστημα.

LR Gradient

Όπως είναι ευρέως συνηθισμένο η προσέγγιση που θα συναντήσουμε τις περισσότερες φορές είναι το LR. Το LR στήσιμο μπορεί να επωφεληθεί της τεχνικής Gradient και να βοηθήσει την μείωση της στάθμης στη σκηνή χωρίς να ανεβεί το κόστος.

Εικόνα 3

Υπέρ
  • Μικρός Αριθμός ηχείων. 
  • Σταθερή μείωση στην περιοχή της σκηνής.
  • Χρειάζονται μόνο 4 κανάλια στον Φασματικό Διαιρέτη(Controller) σε LR στήΩσιμο.
  • Δεν χρειάζεται support.

Κατά
  • Σταθμικές και συχνοτικές διακυμάνσεις και στους δύο άξονες κάλυψης.
  • Δύσκολος συγχρονισμός με το κυρίως σύστημα.

Υπερυψωμένο Inverse Stack

Η τεχνική Gradient είναι αυτή που εφαρμόζεται στην συστιχοία Inverse stack. Επειδή το θέατρο έχει γύρω στα 8 μέτρα ύψος, σε αυτή τη προσέγγιση επιλέγουμε να κρεμάσουμε την συστοιχία μαζί με το υπόλοιπο array σε LR setup ώστε να μπορέσουμε να έχουμε “καθαρή” την περιοχή της σκηνής και να κατευθύνουμε τις χαμηλές συσχνότητες μακρυά μέχρι τις τελευταίες θέσεις του θεάτρου. Από την είκονα βλέπουμε πως κάποια από τα sub είναι στραμμένα στην περιοχή του θεάτρου και κάποια προς την σκηνή. Με αυτό το τρόπο καταφέρνουμε να δημιουργήσουμε τις κατάλληλες φασικές διαφορές ώστε να έχουμε το συγκεκριμένο αποτέλεσμα.
Όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα υπάρχει ομοιογενής κάλυψη του θεάτρου στον κάθετο άξονα με την διαφορά στάθμης στην περιοχή κάλυψης να κυμαίνεται στα ±3db και μόνο οι τελευταίες θέσεις στο τέρμα του θεάτρου αλλά και οι πολύ κοντινές στη σκηνή, να είναι μέσα στο κατώτατο όριο των -6db.

Εικόνα 4
Η σταθμική διαφορά στη περιοχή της σκηνής κυμαίνεται περίπου στα 10 db πιό κάτω από την περιοχή ενδιαφέροντος, ανάλογα την συχνοτική περιοχή που κοιτάμε. Ας δούμε όμως τα υπερ και τα κατά αυτής της επιλογής κάλυψης και συστοιχίας.

Υπέρ
  • Δημιουργία γραμμής ελάχιστης σταθμικής διακύμανσης στον κάθετο άξονα κάλυψης. χωρίς συχνοτικές διακυμάνσεις.
  • Σταθμική μείωση στην περιοχή της σκηνής. 
  • Εύκολος συγχρονισμός στην περιοχή του crossover με το κυρίως array
  • Απαιτούνται μόνο τέσσερα κανάλια στον φασματικό διαιρέτη(controller) σε LR setup.
Κατά
  • Μεγάλος αριθμός ηχείων το οποίο ανεβάζει το κόστος. Χρειάζονται σύνολο 18 ηχεία για να καλυφθούν επαρκώς το L και R της σκηνής σε τέτοιου μεγέθους θέατρο. 
  • Comb Filtering στον οριζόντιο άξονα κάλυψης με αρκετές συχνοτικές διακυμάνσεις. 
  • Η συστοιχία αυτή χρειάζεται να κρεμαστεί πολύ ψηλά ώστε να καλύψει μέχρι το τέρμα του θεάτρου. Αυτό προυποθέτει μεγάλο support σκηνής. 
  • Ελλιπής κάλυψη στην περιοχή ακριβώς μπροστά από τη σκηνή

Ενώ στην προηγούμενη εικόνα φαίνεται πως έχουμε σημαντική διαφορά στη σταθμική σχέση σκηνής/θεάτρου κοιτώντας απλά και μόνο τη διαφορά των χρωμάτων, όταν παρατηρήσουμε την συχνοτική απόκριση εμπρός και πίσω της συστοιχίας θα δούμε πως στην προσέγγιση αυτή υπάρχει αποτέλεσμα μόνο για συγκεκριμένη συχνοτική περιοχή. Στην παρακάτω εικόνα με το μπλε ίχνος απεικονίζεται η σταθμική απόκριση στην περιοχή της σκηνής και με το κόκκινο η σταθμική απόκριση στην περιοχή κάλυψης.

Εικόνα 5

Η σταθμική μείωση υπάρχει αλλά μόνο γύρω απο τα 70Hz. Είναι ξεκάθαρο πως ο συγκεκριμένος σχεδιασμός χρήζει βελτίωσης, πάντα φυσικά με το αντίστοιχο κόστος

Για να βελτιώσουμε την προσέγγιση αυτή θα χρησιμοποιήσουμε δύο συστοιχίες ηχείων σε διάταξη Gradient, κρεμασμένες μαζί με το κυρίως array(δεν φαίνεται στην εικόνα), και θα ενισχύσουμε το κενό μπροστά από τη σκηνή με ένα μικρό Gradient array συγχρονιμένο με το κυρίως Sub array.

Εικόνα 6
Στην πίσω συστοιχία έχουμε χρησιμοποιήσει ένα επιπλέον ηχείο ώστε να έχουμε πλεονέκτημα στην ακύρωση. Παρατηρώντας την παρακάτω εικόνα βλέπουμε πως έχουμε καταφέρει να βελτιώσουμε την ακύρωση στην περιοχή της σκηνής, να καλύψουμε επαρκώς την περιοχή μπροστά από τη σκηνή αλλά και να έχουμε τη δημιουργία γραμμής ελάχιστης σταθμικής διακύμανσης σε όλο το θέατρο.

Εικόνα 7

Καρδιοειδή συστοιχία σε σειρά

Στην επόμενη προσέγγιση θα τοποθετήσουμε την συστοιχία κάτω και μπροστά από τη σκηνή. Στην εικόνα βλέπουμε πως τα ηχεία είναι τοποθετημένα με σχετικά μικρές αποστάσεις μεταξύ τους. Ανάλογα με την συχνότητα που έχει επιλεχθεί το crossover θα πρέπει να επιλέξουμε και τις αποστάσεις μεταξύ των πολλαπλών Gradient Sub Arrays
Φυσικά η απόσταση μεταξύ των ηχείων έχει να κάνει και με το μέγεθος του κάθε ηχείου το οποίο πολλές φορές μπορεί να παίξει περιοριστικό ρόλο στα επιθυμητά διάκενα.
Θα χωρίσουμε αυτή την προσέγγιση σε 5 στάδια. 
Αρχικά, όπως δείχνει και η παρκάτω εικόνα, τοποθετούμε τα πολλαπλά gradient arrays και παρατηρούμε την κάλυψη αλλά και τη σταθμική διαφορά μπροστά και πίσω από την συστοιχία.

Εικόνα 8
Είναι ξεκάθρο πως ενώ έχουμε πετύχει μέχρι και 18db σταθμική διαφορά μεταξύ σκηνής και θεάτρου δεν έχουμε την επαρκή και ομοιόμορφη κάλυψη στο θέατρο. 
Εάν εφαρμόσουμε χρονοκαθυστέρηση από το κεντρικό sub array προς τα έξω θα μπορέσουμε να ανοίξουμε ακόμη περισσότερο το τόξο κάλυψης και να έχουμε μεγάλη βελτίωση.

Εικόνα 9
Παρτηρώντας τις μετρήσεις στην παραπάνω εικόνα βλέπουμε πως έχει βελτιωθεί η κάλυψη στο θέατρο ενώ παράλληλα έχει διατηρηθεί η επιθυμητή σταθμική διαφορά μεταξύ της σκηνής και του θεάτρου.

Στο τρίτο στάδιο θα δοκιμάσουμε να εφαρμόσουμε σταθμική(db) μείωση από το κέντρο προς τα έξω σε συνδυασμό με την χρονοκαθυστέρηση ώστε να μπορέσουμε να ανοίξουμε ακόμη περισσότερο τη γωνία κάλυψης. Στην παρκάτω εικόνα φαίνεται πως ενώ έχουμε παρόμοια κάλυψη στην περιοχή του θεάτρου με μικρή σταθμική μείωση, η περιοχή της σκηνής έχει λίγο καλύτερη απομόνωση. Λογικό αφου έχουμε μειώσει την ένταση των ηχείων απο το κέντρο προς τις άκρες.  Εδώ πρέπει να δούμε τι είναι αυτό που έχει μεγαλύτερη προτεραιότητα με βάσει το σχεδιασμό. Θέλουμε 100% της στάθμης στην περιοχή του θεάτρου ή δεν μας ενοχλεί να χάσουμε λίγο από την σταθμική άθροιση ώστε να πετύχουμε καλύτερη απομόνωση στην σκηνή;

Εικόνα 10
Στο τέταρτο στάδιο θα δώσουμε κλίση προς τα έξω ενώ παράλληλα θα διατηρήσουμε την χρονοκαθυστέρηση και την σταθμική μείωση όπως εφαρμόστηκε στα προηγούμενα παραδείγματα.

Εικόνα 11
Στην τελευταία εικόνα βλέπουμε αισθητή βελτίωση στην κάλυψη του θεάτρου σε σχέση με πριν ενώ έχουμε διατηρήσει αν όχι βελτιώσει την επιθυμητή διαφορά στάθμης μεταξύ σκηνής και θεάτρου.

Θα μπορούσαμε να βελτιώσουμε ακόμη περισσότερο την καλυπτότητα εάν χρησιμοποιούσαμε περισσότερα ηχεία αλλά και εάν δημιουργούσαμε μία πιό σωστή καμπύλη στην τοποθέτηση των sub που να ταιριάζει περισσότερο στο σχήμα του θεάτρου. Φυσικά κάτι τέτοιο θα σήμαινε τοποθέτηση επιπλέον ηχείων και περισσότερο χώρο μπροστά από τη σκηνή. 

Στην τελευταία προσομοίωση έχουμε δοκιμάσει αυτό ακριβώς και είναι ξεκάθαρο πως έχει γίνει ολική ηχητική κάλυψη του θεάτρου ενώ παράλληλα διατηρούμε την επιθυμητή σταθμική διαφορά μεταξύ της σκηνής και του θεάτρου. Φυσικά αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μερική άθροιση των διαφορετικών ηχείων και επομένως λιγότερη συνολική στάθμη στην περιοχή του θεάτρου αλλά και μικρότερη σταθμική διαφορά μεταξύ του εμπρός και του πίσω μέρους τη συστοιχίας σε σχέση με τις προηγούμενες προσεγγίσεις.

Εικόνα 11
Υπέρ
  • Ομοιόμορφη κάλυψη και στους δύο άξονες.
  • Μεγάλη και σταθερή σταθμική μείωση στην περιοχή της σκηνής σε όλο το συχνοτικό. φάσμα των χαμηλών ανάλογα πάντα με την προσέγγιση.
  • Δεν χρειάζεται support.
Κατά
  • Μεγάλος αριθμός ηχείων.
  • Πολλά κανάλια στον φασματικό διαιρέτη(Controller).
  • Δύσκολη επιλογή συγχρονισμού με το κυρίως array.
  • Απαιτείται μεγάλος χώρος μπροστά από τη σκηνή.
  • Μεγάλη σταθμική διαφορά κοντά/μακρυά από τη σκηνή.
  • Η εφαρμογή σταθμικής μείωσης ενδέχεται να δημιουργήσει πρόβληματα.

Επίλογος

Σε όλα τα παραπάνω παραδείγματα καταφέραμε να δείξουμε πως εφόσον έχουμε κατανοήσει τον τρόπο λειτουργίας των δύο τεχνικών, μπορούμε πολύ εύκολα να τις εφαρμόσουμε με όποιο τρόπο πιστεύουμε πως ταιριάζει στον χώρο που καλύπτουμε χωρίς να είμασττε απόλυτα δεσμευμένοι από το εκάστοτε preset του κάθε κατασκευαστή. Οι προσεγγίσεις και οι συνδυασμοί είναι πάρα πολλοί και αυτό που έχουμε να κάνουμε είναι να σταθμίσουμε τα υπέρ και τα κατά που μας δίνει η κάθε επιλογή. Σϊγουρα σε πραγματικές συνθήκες κάτι τέτοιο θα χρειαστεί αρκετή δουλειά, γνώση των μηχανημάτων που θα χρησιμοποιηθούν και σωστές μετρήσεις σε διαφορετικά σημεία του θεάτρου ώστε να είμαστε σίγουροι πως έχουμε επιτυχιμένο σχεδιασμό και κάλυψη.
Σε κάθε περίπτωση πρέπει να γίνει η σωστή και επαρκής μέτρηση του συστήματος και στους δύο άξονες κάλυψης. Η απόφαση του πώς και πού θα συγχρονιστεί το sub array με το κυρίως array είναι σημαντική έτσι ώστε να επωφεληθούμε του εκάστοτε σχεδιασμού στο μεγαλύτερο μέρος του χώρου που καλύπτουμε. Τέλος θα πρέπει να σημειωθεί ότι η εφαρμογή σταθμικής μείωσης που εφαρμόστηκε στο τελευταίο παράδειγμα πολλές φορές μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα παρά να βοηθήσει στην καλύτερη κάλυψη. Στο συγκεκριμένο άρθρο χρησιμοποιήθηκε ως "υπερβολή" ώστε να επισημάνθούν όλα τα διαθέσιμα εργαλεία στην εφαρμογή των διαφορετικών sub arrays

Δευτέρα, 20 Αυγούστου 2018

Η καρδιά του συστήματος χτυπάει στα SUB | Μέρος II

Cardioid Sub Array | Gradient Sub Array



Εικόνα 1

Στην προηγούμενη δημοσίευση που μπορείτε να διαβάσετε εδώ έγινε εκτενής επεξήγηση και περιγραφή της τεχνικής του End Fired Sub Array. Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσω να εξηγήσω την τρόπο λειτουργίας της τεχνικής Greadient Sub Array.  Πώς γίνεται η μεταφορά της ενέργειας προς τα εμπρός και πώς επιτυγχάνεται η ακύρωση ενέργειας προς την αντίθετη κατεύθυνση; Γιατί με αυτή την τεχνική χρειάζονται 2 και όχι 4 ηχεία όπως στην End Fired Sub Array τεχνική; Τι καθορίζει την απόσταση μεταξύ τους και πόσα κανάλια χρειαζόμαστε στον φασματικό διαιρέτη(controller).

Όπως και στο προηγούμενο άρθρο θα ήθελα να ορίσω και σε αυτό την μπροστά περιοχή, δηλαδή, την περιοχή όπου θέλουμε όλη την συγκέντρωση ενέργειας, ως περιοχή ενδιαφέροντος και την αντίθετη περιοχή, ως περιοχή μή ενδιαφέροντος.



Στόχος

Ο στόχος της Gradient συστοιχίας είναι ακριβώς ο ίδιος όπως και της τεχνικής του End Fired Array με τη μόνη διαφορά μεταξύ των δύο τεχνικών να είναι η διαφορετική προσέγγιση με στόχο το παρόμοιο αποτέλεσμα. O αριθμός των ηχείων που χρησιμοποιούνται είναι 2 και όχι 4 όπως στο End Fired Array. Για να κατανοήσουμε το αποτέλεσμα θα πρέπει να δουμε πάλι τη φασική σχέση μεταξύ των δύο ηχείων όπως και στην End Fired Array τεχνική. 
Το ιδανικό αλλά και επιθυμητό αποτέλεσμα θα είναι να έχουμε 0º φασική διαφορά μεταξύ των ηχείων στην περιοχή ενδιαφέροντος άρα, +6db άθροισης, και 180° διαφορά στην περιοχή μη ενδιαφέροντος ώστε να επιτύχουμε την επιθυμητή ακύρωση(-∞).


Τοποθέτηση

Ξεκινώντας, με ακριβώς τον ίδιο τρόπο όπως και στην End Fired τεχνική διαλέγουμε τη συχνότητα ενδιαφέροντος και διαιρούμε το μήκος κύματος της συχνότητας αυτής διά του 4.Το αποτέλεσμα θα είναι ίσο με 1/4λ της συχνότητας ενδιαφέροντος το οποίο θα είναι και η απόσταση μεταξύ των ηχείων. Για το παράδειγμα αυτό, ως συχνότητα ενδιαφέροντος είναι τα 100Hz. Συνεπώς, η απόσταση μεταξύ των ηχείων θα είναι 0.85 μέτρα που είναι το 1/4 του μήκους κύματος των 100Hz το οποίο είναι 3.43 μέτρα σε θερμοκρασία αέρα 20ºC. 

Θα ονομάσουμε S1 το ηχείο που είναι τοποθετημένο πιό πίσω στη συστοιχία και S2 το άλλο. Το πρόγραμμα που θα χρησιμοποιηθεί για να γίνουν οι προσομοιώσεις είναι το MAPP Online της Meyer Sound. Με το πρόγραμμα αυτό μας δίνεται η δυνατότητα να παρατηρήσουμε τη φασική σχέση αλλά και το γραφικό αποτέλεσμα μεταξύ των ηχείων ανά συχνοτική περιοχή.

Εικόνα 2
Σε αυτή την τεχνική χρειαζόμαστε 2 κανάλια στο φασματικό διαιρέτη(controller) και η εφαρμογή της χρονοκαθυστέρησης(delay) γίνεται στο πίσω ηχείο, δηλαδή στο S1 όπως φαίνεται και στην παραπάνω εικόνα και όχι στο μπροστά ηχείο όπως έγινε στην End Fired τεχνική. Τέλος χρειάζεται να γίνει αναστροφή πολικότητας σε ένα από τα δύο ηχεία ώστε να έχουμε την απαραίτητη φασική σχέση και επομένως τη συγκέντρωση της ακουστικής ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος.


S1 Vs S2

Aς παρατηρήσουμε την φασική σχέση μεταξύ του S1 και του S2. Αρχικά στην περιοχή ενδιαφέροντος. Στο παρακάτω γράφημα φαίνεται η φασική διαφορά των δύο ηχείων χωρίς να υπάρχει εφαρμογή χρονοκαθυστέρησης σε κάποιο από τα δύο κανάλια του φασματικού διαιρέτη(controller).

Εικόνα 3
Παρατηρούμε πως στα 100Hz η διαφοράς φάσης μεταξύ των δύο ηχείων είναι 90°. Αυτό ωφείλεται στην απόσταση που έχουν τα δύο ηχεία μεταξύ τους. Δηλαδή ακριβώς το 1/4 του μήκους κύματος των 100Hz.  Επίσης μπορούμε να παρατηρήσουμε πως η φασική διαφορά όσο πάμε προς τις πιό χαμηλές συχνότητες δεν υπερβαίνει τις 90°. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχει μόνο ακουστική άθροιση ανάλογη με τη φασική σχέση ανα συχνότητα.

Παρατηρώντας τώρα τα δύο ηχεία από την πίσω μεριά, στην περιοχή μη ενδιαφέροντος, βλέπουμε πως η διαφορά φάσης είναι ακριβώς η ίδια. Αυτό συμβαίνει διότι η απόσταση μεταξύ των δύο ηχείων είναι ακριβώς η ίδια χωρίς να έχει αλλάξει η σχέση μεταξύ τους. Το μονο που έχει αλλάξει είναι το ότι κοιτάμε τον κύλινδρο της φάσης από άλλη μεριά.

Εικόνα 4
Ας μελετήσουμε όμως λίγο τον μηχανισμό, το σκεπτικό αλλά και την ιδιοφυΐα του Harry Olson πίσω από αυτή την τεχνική που δημοσίευσε την 1 Μαρτίου 1973 στην AES. 

Γνωρίζουμε από τους κανόνες της άθροισης σημάτων ότι όταν δύο ηχητικές πηγές έχουν απόσταση μεταξύ τους που είναι ίση με λ/2 της συχνότητας προς παρατήρηση, τότε υπάρχει ακύρωση στον άξονα όπου έχουμε την διαφορά λ/2 και άθροιση στον άλλο άξονα όπου υπάρχει ίση απόσταση. Αυτό μπορεί να γίνει πιο κατανοητό παρατηρώντας το άθροισμα δύο ηχείων στο Mapp Online απ'όπου προέρχεται και η  παρακάτω εικόνα. Οι δύο ηχητικές πηγές είναι σε απόσταση 1.7 μέτρα μεταξύ τους. Η απόσταση αυτή είναι λ/2 του μήκους κύμματος των 100Hz το οποίο ισούται με 3.4μ. 


Εικόνα 5
Εάν τώρα παρατηρήσουμε την σχέση αυτή των δύο ηχείων ως προς την απόκριση συχνότητας, θα δούμε ξεκάθαρα το φαινόμενο του φίλτρου χτένας(Comb Filtering) που έχει περιγραφεί σε παλαιότερη ανάρτηση που μπορείτε να διαβάσετε εδώ
Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε τη απόκριση συχνότητας του ακουστικού αθροίσματος των  δύο ηχείων που είναι τοποθετημένα σε απόσταση λ/2 των 100Hz μεταξύ τους. Η συχνοτική απόκριση της ακουστικής άθροισης των δύο ηχητικών πηγών παρατηρείται στην περιοχή ενδιαφέροντος μόνο. 


Εικόνα 6

Ακριβώς εδώ βασίζεται και η τεχνική του Gradient Sub Array. Ας δούμε ένα ένα τα κομμάτια τα οποία συντελούν στην μεταφορά της ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος. 


Εφαρμογή

Όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα η απόσταση των δύο ηχείων είναι λ/4 του μήκους κύματος της συχνότητας ενδιαφέροντος που στο παράδειγμά μας είναι τα 100Hz. Άρα, κοιτώντας τη συχνοτική απόκριση της ακουστικής άθροισης των δύο ηχείων θα δούμε ότι θα έχουμε ακύρωση στην περιοχή ενδιαφέροντος στα 200Hz. Αυτό συμβαίνει διότι η απόσταση 0.85m είναι λ/2 του μήκους κύμματος των 200Hz.


Εικόνα 7
Συνεχίζοντας, όπως ακριβώς μας υποδικνύει η τεχνική του Harry Olson, εφαρμόζουμε χρονοκαθυστέρηση(Delay) ίση με Τ/4 της περιόδου των 100Hz, δηλαδή 2.5ms, στo S1. Έτσι στην περιοχή ενδιαφέροντος με την εφαρμογή του delay αυτομάτως είναι σαν να μεταφέρουμε το S1 πιό μακρυά από το S2 και να αυξάνουμε την απόσταση μεταξύ τους σε λ/2 των 100Hz αλλά χωρίς να μετακινούμε το S1, απλά και μόνο με την εφαρμογή του Delay. Τότε όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες το βύθισμα της ακύρωσης μετακινείται στα 100Hz όπως ήταν αναμενόμενο, διότι πλέον, μετά την εφαρμογή του delay, ως προς το χρόνο, η απόσταση των δύο ηχείων ισούται με 5ms ή με 1.7m ίσο με λ/2 των 100Hz.

Εικόνα 8
Τέλος, εάν αναστρέψουμε την πολικότητα ενός από τα δύο ηχεία τότε η άθροιση μετακινείται στην περιοχή ενδιαφέροντος και η ακύρωση στην περιοχή μη ενδιαφέροντος. Στην παρκάτω εικόνα βλέπουμε πως με την αναστορφή πολικότητας εκεί που υπήρχε βύθισμα στα 100Hz τώρα υπάρχει άθροιση και η ενέργεια έχει συγκεντρωθεί στην περιοχή ενδιαφέροντος.

Εικόνα 9


Φασικές σχέσεις

Αφού εξηγήσαμε τον μηχανισμό και το σκεπτικό πίσω από αυτή την τεχνική ας δούμε και τις φασικές σχέσεις μεταξύ των δύο ηχείων αφού οι διαφορές και οι ομοιότητες στις φασικές αποκρίσεις είναι αυτές που δημιουργούν την συγκέντρωση και ακύρωση της ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος και στην περιοχή μη ενδιαφέροντος αντιστοίχως. 


Περιοχή ενδιαφέροντος | Περιοχή μη ενδιαφέροντος

Όταν εφαρμόσουμε την χρονοκαθυστέρηση των 2.5ms τότε η φασική διαφορά μεταξύ των δύο ηχείων στην περιοχή ενδιαφέροντος είναι 180° στα 100Hz όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα.

Εικόνα 10

Στην αντίθετη περιοχή με την εφαρμογή των 2.5ms delay το S1 θα περιμένει το S2 άρα θα υπάρχει 0° φασική διαφορά όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα. Άρα, όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα θα υπάρχει άθροιση σε όλες τις συχνότητες. 

Εικόνα 11

Τέλος, με την αναστροφή πολικότητας ενός των δύο ηχείων η συχνοτική ακύρωση μεταφέρεται στην περιοχή μη ενδιαφέροντος και η ακουστική άθροιση στην περιοχή ενδιαφέροντος.
Θα πρέπει να παρατηρήσουμε όπως δείχνει και η παρακάτω εικόνα πως μετά την αναστροφή της πολικότητας το διάγραμμα της φάσης δείχνει άθροιση με κορυφή τα 100Hz ενώ οι υπόλοιπες συχνότητες θα έχουν μερική άθροιση από 0 μέχρι +6db, όπως άλλωστε φαίνεται και από την συχνοτική απόκριση στη εικόνα 12 που είναι το αποτέλεσμα της ακουστικής άθροισης των δύο ηχείων.


Εικόνα 12

Κοιτώντας τη φασική διαφορά στην περιοχή μη ενδιαφέροντος μετά την αναστροφή πολικότητας βλέπουμε πως υπάρχει ακύρωση 180° σε όλες τις συχνότητες όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα.


Εικόνα 13


DirecTivity | ΚετευΘυντικότητα

Μία τελευταία παρατήρηση που πρέπει να γίνει είναι πως με την τεχνική του Gradient Sub Array σε αντίθεση με αυτή του End Fired Sub Array η κατευθυντικότητα της συστοιχίας μένει σταθερή σε όλο το συχνοτικό φάσμα που λειτουργεί η συστοιχία. Η παρακάτω εικόνα μας δείχνει το πέρασμα από τα 33Hz στα 100Hz και την σταθερή γωνία κάλυψης. 



Εικόνα 14

Αντί Επιλόγου

Αντί επιλόγου παρακολουθήστε το παρακάτω μικρό βίντεο που δείχνει με απλά γραφικά τις φασικές σχέσεις μεταξύ των δύο ηχείων και τον τρόπο λειτουργίας του Gradient Sub Array.