Η καρδιά του συστήματος χτυπάει στα SUB | Μέρος I

Cardioid Sub Array | End Fired

Εικόνα 1

Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσω να εξηγήσω την τρόπο λειτουργίας του End Fired Sub Array. Πώς γίνεται η μεταφορά της ενέργειας προς τα εμπρός και πώς επιτυγχάνεται η ακύρωση ενέργειας προς την αντίθετη κατεύθυνση. Γιατί χρειάζονται 4 και όχι 2 ηχεία; Τι καθορίζει την απόσταση μεταξύ τους και πόσα κανάλια χρειαζόμαστε στον φασματικό διαιρέτη(controller).

Αρχικά θα ήθελα να ορίσω την μπροστά περιοχή, δηλαδή, την περιοχή όπου θέλουμε όλη την συγκέντρωση ενέργειας, ως περιοχή ενδιαφέροντος και την αντίθετη περιοχή, ως περιοχή μή ενδιαφέροντος.

Για να μπορέσουμε να κατανοήσουμε τι συμβαίνει θα πρέπει καταρχήν να έχουμε καταλάβει την αλληλεπίδραση των ηχητικών σημάτων. Πώς προστίθενται δύο σήματα όταν υπάρχει διαφορά στάθμης, φασική διαφορά αλλά και οι δύο περιπτώσεις μαζί.

Διάγραμμα 1

Στόχος

Όπως οι περισσότεροι γνωρίζουμε τέτοιου είδους συστοιχίες φέρουν το όνομα καρδιοειδείς συστοιχείες, λόγω του σχήματος που παίρνει η καλυπτότητά τους όπως φαίνεται και στην εικόνα 1. Αυτός είναι και ο μοναδικός στόχος αυτής της συστοιχίας. Ενέργεια στην περιοχή εδιαφέροντος και ακύρωση ενέργειας προς την περιοχή μη ενδιαφέροντος.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτό που συμβαίνει θα πρέπει να παρατηρήσουμε την συστοιχία αυτή(End Fired) αρχικά στην περιοχή ενδιαφέροντος και στη συνέχεια στην περιοχή μη ενδιαφέροντος και να συγκρίνουμε τις διαφορές τους.

Συνεπώς, παρατηρώντας τη φασική σχέση των δύο ηχείων, για να έχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα, αυτό που μας ενδιαφέρει είναι να έχουμε 0º φασική διαφορά στην περιοχή ενδιαφέροντος άρα, +6db άθροισης, και 180° διαφορά στην περιοχή μη ενδιαφέροντος ώστε να επιτύχουμε την επιθυμητή ακύρωση(-∞). 

Στην EndFire τεχνική χρειάζονται 4 κανάλια στον φασματικό διαιρέτη(controller) και 4 ηχεία. Αυτό, για να μπορέσουμε να κατέβουμε αρκετά χαμηλά στις συχνότητες που μας ενδιαφέρουν σε αυτή τη συχνοτική περιοχή των ΧΑΜΗΛΩΝ. Δεν υπάρχει λόγος να το ονομάσουμε cardioid sub array όταν η πιο χαμηλή συχνότητα που μπορεί το σύστημα αυτό να αναπαράγει σε καρδιοειδή κάλυψη φτάνει τα 60hz και στις συχνότητες απο τα 60Hz και κάτω να είναι παντοκατευθυντικό(Omni). 

Τοποθέτηση | Εφαρμογή

Η τοποθέτηση των ηχείων γίνεται ως εξής. Αρχικά διαλέγουμε τη συχνότητα ενδιαφέροντος, 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, έχω διαλέξει ως συχνότητα ενδιαφέροντος 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, S2 το επόμενο, S3 το τρίτο σε σειρά και S4 το ηχείο που βρίσκεται στην κορυφή της συστοιχίας. 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. 

Εικόνα 2

Στην τεχνική αυτή εφαρμόζουμε σταδιακά delay από το S2 προς το S4 ώστε να συγχρονιστούν μεταξύ τους αλλά και με το S1 στην περιοχή ενδιαφέροντος. To delay που εφαρμόζεται είναι ανάλογο με την απόσταση που έχουν τα ηχεία μεταξύ τους. Στο παράδειγμα μας λόγω τις απόστασης των 0,85m το delay θα είναι 2.5ms στο S2, 5ms στο S3 και 7.5ms στο S4.

Για να κατανοήσουμε την τεχνική αυτή θα την χωρίσουμε σε επίπεδα παρατήρησης. Αρχικά παρατηρώντας το S1 ως προς το S2, μετά το S1 ως προς το S3 και τέλος το S1 ως προς το S4.

S1 Vs S2

Ξεκινώντας ας παρατηρήσουμε την φασική σχέση μεταξύ του S1 και του S2. Αρχικά στην περιοχή ενδιαφέροντος. Στο παρακάτω γράφημα φαίνεται η φασική διαφορά των δύο ηχείων.

Εικόνα 3

Παρατηρούμε πως τα δύο ηχεία έχουν 90º διαφορά στα 100Hz. Αυτό που δημιουργεί τη φασική αυτή διαφορά είναι η απόσταση 1/4λ των 100Hz που έχουν μεταξύ τους. Το ίχνος με το μπλέ χρώμα είναι η φασική απόκριση του S2 και με το κόκκινο του S1. Η απόσταση που έχουν μεταξύ τους είναι 1/4 του μήκους κύματος των 100Hz άρα πολύ λογικά θα είναι και 1/4 της περιόδου των 100hz που ισούται με 10ms, δηλαδή η χρονική απόσταση μεταξύ των δύο ηχείων είναι 2.5ms.

Ας παρατηρήσουμε τώρα τι συμβαίνει στην περιοχή μη ενδιαφέροντος μεταξύ των δύο ηχείων.

Εικόνα 4

Εφόσον η απόσταση μεταξύ τους δεν έχει αλλάξει η διαφορά παραμένει 90º απλά κοιτώντας τον κύκλο της φάσης σε άλλο σημείο.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε και τα δύο ηχεία μαζί χωρίς την εφαρμογή delay ακόμη  στο S2, αλλά μόνο με την χρονική καθυστέρηση που έχουν λόγω της διαφοράς απόστασης. Με βάσει το Διάγραμμα 1 γνωρίζουμε πως όταν δύο σήματα έχουν 90º διαφορά τότε προκύπτει άθροιση +3db.  Τα δύο ηχεία του παραδείγματος θα έχουν +3db άθροιση στον οριζόντιο άξονα και +6db άθροισης στον κάθετο άξονα όπου δεν υπάρχει φασική διαφορά λόγω απόστασης.

Εικόνα 5

Για να επιτύχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα που είναι η συγκέντρωση ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος και η ακύρωση ενέργειας στην περιοχή μη ενδιαφέροντος θα χρειαστεί να εφαρμόσουμε delay στο S2, έτσι θα "περιμένει" το S1 με αποτέλεσμα να εκμηδενιστεί η φασική διαφορά των 90º και να έχουμε άθροιση όπως φαινεται και στην παρακάτω εικόνα σε όλες τις συχνότητες. 

Εικόνα 6

Στην περιοχή μη ενδιαφέροντος, με την εφαρμογή του dealy αυτού(2.5ms), το S2 στην πραγματικότητα απομακρύνεται άλλες 90º από το S1 με αποτέλεσμα 180º φασικής διαφοράς και συνεπώς ακύρωσης στα 100Hz. Είναι σημαντικό να καταλάβουμε πως η ακύρωση είναι στα 100Hz μόνο . Οι υπόλοιπες συχνότητες βρίσκονται σε μερική ακύρωση ή σε άθροιση ανάλογα με την φασική σχέση των S1 και S2.

Στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να παρατηρήσετε τις φασικές διαφορές σε όλες τις συχνότητες μεταξύ του S1 και S2 στην περιοχή μη ενδιαφέροντος. Ενδεικτικά έχω σημειώσει τα 70, 50 και 25Hz. 

Εικόνα 7

Στο παρακάτω βίντεο μπορείτε να δείτε την σταδιακή εφαρμογή του delay και το αποτέλεσμα που έχει στην αλλαγή της φασικής απόκρισης του μπροστά και του πίσω μεταξύ των δύο ηχείων.

S1 Vs S3

Όπως ακριβώς και με το S2 έτσι και με το S3 θα πρέπει να ξεκινήσουμε παρατηρώντας την φασική σχέση με το S1 χωρίς να έχει εφαρμοστθεί το delay των 5ms.

Aυτή τη φορά θα παρατηρήσουμε τη σχέση των δύο ηχείων στα 50Hz και όχι στα 100Hz. Στα 100Hz, λόγω του ότι η απόσταση μεταξύ τους είναι 1/2λ των 100Hz(1.7m) θα έχουμε  ενέργεια πάνω και κάτω από τη συστοιχία και ακύρωση στις δύο περιοχές μπροστά και πίσω από τη συστοιχία, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα.

Εικόνα 8

Η απόσταση των 1.7 μέτρων που έχουν τα δύο ηχεία θα γίνει το εργαλείο ώστε να μπορέσουμε να συγκεντρώσουμε την ενέργεια στην περιοχή ενδιαφέροντος στα 50Hz και να την ακυρώσουμε στην αντίθετη μεριά. Στο παρακάτω γράφημα φαίνεται η φασική διαφορά των δύο ηχείων στα 50Hz στην περιοχή ενδιαφέροντος.

Εικόνα 9

Παρατηρούμε πως τα δύο ηχεία έχουν 90º διαφορά στα 50Hz. Αυτό που δημιουργεί τη φασική αυτή διαφορά είναι η απόσταση 1/4λ των 50Hz που έχουν μεταξύ τους. Το ίχνος με το μπλέ χρώμα είναι η φασική απόκριση του S1 και με το κόκκινο του S3. Η απόσταση που έχουν ματαξύ τους είναι 1/4 του μήκους κύματος των 50Hz άρα πολύ λογικά θα είναι και 1/4 της περιόδου των 50hz που ισούται με 10ms, δηλαδή η χρονική απόσταση μεταξύ των δύο ηχείων είναι 5ms.

Ας παρατηρήσουμε τώρα τι συμβαίνει στην περιοχή μη ενδιαφέροντος μεταξύ των δύο ηχείων.

Εικόνα 10

Ακριβώς όπως και στα 100Hz μεταξύ του S1 και S2 έτσι κι εδώ η απόσταση μεταξύ τους δεν έχει αλλάξει άρα η διαφορά παραμένει 90º στην περιοχή μη ενδιαφέροντος.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε και τα δύο ηχεία μαζί χωρίς την εφαρμογή delay ακόμη  στο S3, αλλά μόνο με την χρονική καθυστέρηση που έχουν λόγω της διαφοράς απόστασης. Με βάσει το Διάγραμμα 1 γνωρίζουμε πως όταν δύο σήματα έχουν 90º διαφορά τότε προκύπτει άθροιση +3db. Συνεπώς θα έχουμε +3db άθροιση στον οριζόντιο άξονα που υπάρχει η διαφορά φάσης 90º και +6db άθροισης στον κάθετο άξονα που δεν υπάρχει φασική διαφορά.

Εικόνα 11

Για να επιτύχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα που είναι η συγκέντρωση ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος και την ακύρωση ενέργειας στην περιοχή μη ενδιαφέροντος θα χρειαστεί να εφαρμόσουμε delay στο S3, έτσι θα “περιμένει” το S1 με αποτέλεσμα να εκμηδενιστεί η φασική διαφορά των 90º και να εχουμε άθροιση όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα της φασική απόκρισης των δύο ηχείων. Ακριβώς το ίδιο σενάριο δηλαδή με τα 100Hz.

Εικόνα 12

Στην περιοχή μη ενδιαφέροντος, με την εφαρμογή του delay αυτού(5ms), το S3 απομακρύνεται άλλες 90º από το S1 με αποτέλεσμα 180º φασικής διαφοράς και συνεπώς ακύρωσης στα 50Hz. Επαναλαμβάνω και εδώ όπως και στην σχέση S1-S2 πως η ακύρωση είναι στα 50Hz μόνο. Οι υπόλοιπες συχνότητες βρίσκονται σε μερική ακύρωση ή σε άθροιση ανάλογα με την φασική σχέση των S1 και S3.

Στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να παρατηρήσετε τις φασικές διαφορές σε όλες τις συχνότητες μεταξύ του S1 και S3 στην περιοχή μη ενδιαφέροντος. Ενδεικτικά έχω σημειώσει τα 35, 50 και 63Hz.

Εικόνα 13

Στο παρακάτω βίντεο μπορείτε να δείτε την σταδιακή εφαρμογή του delay και το αποτέλεσμα που έχει στη φασική σχέση μεταξύ των δύο ηχείων στην περιοχή ενδιαφέροντος και στην περιοχή μη ενδιαφέροντος.

S1 Vs S4

Όπως ακριβώς με τα δύο προηγούμενα ηχεία έτσι και με το S4 θα πρέπει να ξεκινήσουμε παρατηρώντας την φασική σχέση του με το S1 χωρίς να έχει εφαρμοστθεί το delay των 7.5ms.

Aυτή τη φορά θα παρατηρήσουμε τη σχέση των δύο ηχείων στα 33Hz. Η απόσταση μεταξύ του S1 και του S4 είναι είση με 2.55 μέτρα δηλαδή 1/4 του μήκους κύματος  των 33Hz. Αυτή η απόσταση θα γίνει εδώ το εργαλείο ώστε να επιτύχουμε μεταφορά της ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος και ακύρωση στην περιοχή μη ενδιαφέροντος. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η φασική διαφορά των δύο ηχείων στα 33Hz στην περιοχή ενδιαφέροντος.

Εικόνα 14

Παρατηρούμε πως τα δύο ηχεία έχουν 90º διαφορά στα 33Hz. Αυτό που δημιουργεί τη φασική αυτή διαφορά είναι η απόσταση 1/4λ των 33Hz που έχουν μεταξύ τους. Το ίχνος με το μπλέ χρώμα είναι η φασική απόκριση του S1 και με το κόκκινο του S4. Η απόσταση που έχουν ματαξύ τους είναι 1/4 του μήκους κύματος των 33Hz άρα πολύ λογικά θα είναι και 1/4 της περιόδου των 33hz που ισούται με 30ms, δηλαδή η χρονική απόσταση μεταξύ των δύο ηχείων είναι 7.5ms.

Ας παρατηρήσουμε τώρα τι συμβαίνει στην περιοχή μη ενδιαφέροντος μεταξύ των δύο ηχείων.

Εικόνα 15

Ακριβώς όπως και στις παραπάνω παρατηρήσεις έτσι κι εδώ η απόσταση μεταξύ τους δεν έχει αλλάξει άρα η διαφορά παραμένει 90º στην περιοχή μη ενδιαφέροντος.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε και τα δύο ηχεία μαζί χωρίς την εφαρμογή delay ακόμη  στο S4, αλλά μόνο με την χρονική καθυστέρηση που έχουν λόγω της διαφοράς απόστασης. Με βάσει το Διάγραμμα 1 γνωρίζουμε πως όταν δύο σήματα έχουν 90º διαφορά τότε προκύπτει άθροιση +3db. Συνεπώς θα έχουμε +3db άθροιση στον οριζόντιο άξονα που υπάρχει η διαφορά φάσης 90º και +6db άθροισης στον κάθετο άξονα που δεν υπάρχει φασική διαφορά.

Εικόνα 16

Για να επιτύχουμε το επιθυμητό αποτέλεσμα που είναι η συγκέντρωση ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος και την ακύρωση ενέργειας στην περιοχή μη ενδιαφέροντος θα χρειαστεί να εφαρμόσουμε delay στο S4, έτσι θα “περιμένει” το S1 με αποτέλεσμα να εκμηδενιστεί η φασική διαφορά των 90º και να εχουμε άθροιση όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα της φασική απόκρισης των δύο ηχείων. Ακριβώς το ίδιο σενάριο δηλαδή με τα προηγούμενα ηχεία.

Εικόνα 17

Στην περιοχή μη ενδιαφέροντος, με την εφαρμογή του delay αυτού(7.5ms), το S4 απομακρύνεται άλλες 90º από το S1 με αποτέλεσμα 180º φασικής διαφοράς και συνεπώς ακύρωσης στα 33Hz. Επαναλαμβάνω και εδώ όπως και στην σχέση S1-S3 πως η ακύρωση είναι στα 33Hz μόνο. Οι υπόλοιπες συχνότητες βρίσκονται σε μερική ακύρωση ή σε άθροιση ανάλογα με την φασική σχέση των S1 και S4.

Στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να παρατηρήσετε τις φασικές διαφορές σε όλες τις συχνότητες μεταξύ του S1 και S4 στην περιοχή μη ενδιαφέροντος. Ενδεικτικά έχω σημειώσει τα 33, 40 και 50Hz.

Εικόνα 18

Στο παρακάτω βίντεο μπορείτε να δείτε την σταδιακή εφαρμογή του delay και το αποτέλεσμα που έχει στη φασική σχέση μεταξύ των δύο ηχείων στην περιοχή ενδιαφέροντος και στην περιοχή μη ενδιαφέροντος.

S1 vs S2 vs S3 vs S4

Ολοκληρώνοντας την παραπάνω ανάλυση το εύλογο ερώτημα είναι τι γίνεται με τις συχνότητες που βρίσκονται ανάμεσα στα 33, 50Hz και 100Hz. Τα μήκη κύμματος δεν συμπίπτουν με τις αποστάσεις και το delay που έχει χρησιμοποιηθεί ώστε να έχουμε πλήρη ακύρωση. Άρα όπως προκύπτει και από την ανάλυση όλες οι συχνότητες έχουν 0º φασική διαφορά στην περιοχή ενδιαφέροντος και ανάμεσα σε 120° και 240º στην περιοχή που θέλουμε την ακύρωση.  Εάν παρατηρήσουμε πιο αναλυτικά τα γραφήματα της φάσης θα δούμε ότι οι συχνότητες γύρω από τις κεντρικές συχνότητες στην περιοχή μη ενδιαφέροντος(33Hz, 50Hz και 100Hz) θα έχουν περιπου 180º διαφορά αφού τα μήκη κύμματος είναι πολύ κοντά αλλά όχι ταυτόσημα. 

Για αυτό το λόγο θα δούμε ότι υπάρχουν συχνότητες, κυρίως πιο κοντά στα 100Hz, όπου ενώ είναι ξεκάθαρη η συγκέντρωση ενέργειας στην περιοχή ενδιαφέροντος υπάρχει και ενέργεια προς την αντίθετη περιοχή αλλά όχι με τόσο μεγάλη κάλυψη και στάθμη σε db. Αυτό ωφείλεται αποκλειστικά και μόνο στις διαφορές φάσης μεταξύ των ηχείων της συστοιχίας σε αυτή την περιοχή.

DirecTivity | ΚετευΘυντικότητα

Μία ακόμη παρατήρηση που πρέπει να γίνει είναι πως με την τεχνική του End Fired Sub Array η κατευθυντικότητα της συστοιχίας μειώνεται με την αύξηση κάθε οκτάβας. Η παρακάτω εικόνα μας δείχνει το πέρασμα από τα 33Hz στα 100Hz και την σταδιακή μείωση στην γωνία κάλυψης. 

Εικόνα 19

Επίλογος

Κλείνοντας, θα προσθέσω μόνο ένα συγκεντρωτικό βίντεο με τη σχέση όλων των ηχείων με το S1 και στις δυο περιοχές. Mε αυτό τον τρόπο γίνονται κατανοητές οι φασικές σχέσεις μεταξύ των ηχείων, ο μηχανισμό άθροισης στην περιοχή ενδιαφέροντος και ο μηχανισμός ακύρωσης στην περιοχή μη ενδιαφέροντος του End Fired Sub Array. Στο ΜΕΡΟΣ ΙΙ θα δούμε το Gradient Sub Array με αντίστοιχο τρόπο και επεξήγηση. 

Επισκεφθείτε την σελίδα μας στο FB όπου μπορείτε να βρείτε όλη τη πληροφορία πάνω στα συστήματα ήχου, συγκεντρωμένη.

Acoustical Crossovers | Το πιό σημαντικό σημείο στον Σχεδιασμό Συστημάτων Ήχου

Σε αυτό το άρθρο θα προσπαθήσω να δώσω κάποια από τη θεωρία που αφορά στα Σημεία Ακουστικής Σύζευξης/Acoustical Crossovers και στη συνέχεια θα προσπαθήσω να εφαρμόσω τη θεωρία σε ένα βίντεο που θα ενσωματωθεί στο τέλος του άρθρου ώστε να γίνει πιό κατανοητή η αρχική θεωρητική περιγραφή. Φυσικά όποιος θέλει μπορεί να πάει κατευθείαν στο βίντεο και να προσπεράσει τα υπόλοιπα.

Ένα από τα πιό ιδιαίτερα και σημαντικά κομμάτια του σχεδιασμού ηχητικών συστημάτων είναι το κομμάτι της σωστής μετάδοσης του ήχου αλλά και του σωστού συνδυασμού διαφορετικών ηχητικών πηγών στο χώρο. Όταν αναφερόμαστε στον όρο σχεδίαση το μυαλό μας πάει, και σωστά, στην διαδικασία που θα πρέπει να ακολουθήσουμε ώστε να αποφασιστεί που θα τοποθετηθούν τα ηχεία που απαιτούνται και με ποιό τρόπο ώστε να καλυφθεί ηχητικά το κάθε ξεχωριστό τμήμα του χώρου.

• Κάποια ηχεία θα έχουν κυρίαρχο ρόλο στην κάλυψη και κάποια θα έχουν συμπληρωματικό. 

• Κάποια ηχεία θα αναλάβουν να αναπαράγουν όλο το ηχητικό φάσμα και κάποια άλλα θα αναλάβουν να αναπαράγουν συγκεκριμένες περιοχές του ηχητικού φάσματος. 

Σε κάθε περίπτωση θα υπάρχουν συγκεκριμένες περιοχές του χώρου που καλύπτονται από διαφορετικά ηχεία ταυτόχρονα, είτε από διαφορετικές θέσεις, είτε από ίδιες θέσεις αλλά για διαφορετικό κομμάτι του συχνοτικού φάσματος. Αυτές οι περιοχές μπορεί να είναι πολύ μικρές ή και εκτεταμένες σε μέγεθος. 

Τέτοιες περιοχές μπορεί να είναι: 

• Mία όλόκληρη σειρά θέσεων μπροστά από τη σκηνή.
• Mία μεγάλη τοξοτή περιοχή κάτω από κάποιο μπαλκόνι μακριά από τη σκηνή.
• H περιοχή η οποία βρίσκεται μπροστά από ένα δίδρομο ηχείο όπου οι χαμηλές συχνότητες συναντούν τις υψηλές και δημιουργούν ένα πλήρες συχνοτικό φάσμα το οποίο μεταδίδεται στον χώρο.

Τα διάφορετικά αυτά σημεία ονομάζονται Σημεία Ακουστικής Σύζευξης ή Acoustical Crossovers. Είναι τα σημεία όπου δύο ηχητικά σήματα κοινής προέλευσης, στον ίδιο χώρο, αλλα από διαφορετικές ηχητικές πηγές συναντούνται με ίση ενέργεια. 

Εκεί γίνεται η σύζευξη, η διασταύρωση όλοκληρων ηχητικών περιοχών ή τμημάτων του ηχητικού φάσματος ανάλογα την σχεδίαση. Σε αυτά τα σημεία πρέπει να δώσουμε την μεγαλύτερη προσοχή ώστε η μετάβαση από το έναν χώρο όπου είναι κυρίαρχο το ένα ηχείο/δρόμος στον άλλο(δεύτερο ηχείο/δρόμος) να γίνει ομαλά. Ας δούμε όμως αναλυτικά με παραδείγματα και ορισμούς πόσα σημεία σύζευξης συναντούμε στην ηχητική αλυσίδα.

Σημείο Ηλεκτρονικής Σύζευξης | Electronic Crossover

Η πεπατημένη χρήση της ορολογίας crossover συνήθως αναφέρεται στη χρήση μιάς ηλεκτρονικής συσκευής η οποία χωρίζει το σήμα σε επιμέρους συχνοτικές περιοχές και στη συνέχεια τις προωθεί σε διαφορετικούς δρόμους ή ηχεία. Για να καταλαβαίνουμε πιο σωστά για τι μιλάμε θα ορίσουμε ως φασματικό διαιρέτη (στα αγγλικά Frequency Divider ή Spectral divider), αυτό που συνήθως αποκαλούμε crossover ή controller, αφού στην πραγματικότητα αυτή η συσκευή εκτός όλων των άλλων που κάνει(eq,delay κλπ) διαιρεί το πλήρες συχνοτικό φάσμα σε κομμάτια και το στέλνει στους αντίστοιχους δρόμους/ηχεία.

Στο μενού ενός Φασματικού Διαιρέτη/Frequency Divider συναντούμε το πρώτο crossover το οποίο ονομάζεται Σημείο Ηλεκτρονικής Σύζευξης/Electronic crossover. 

Σημείο Ηλεκτρονικής Σύζευξης/Electronic crossover

Ας υποθέσουμε πως θέλουμε να οδηγήσουμε ένα ηχείο δύο δρόμων. Τότε θα πρέπει να ορίσουμε αρχικά σε ηλεκτρονικό επίπεδο από ποιές μέχρι ποιές συχνότητες θα αποσταλλούν στον κόνο των χαμηλών συχνοτήτων και ποιές στην κόρνα όπου αναπαράγονται οι υψηλές συχνότητες. 
Ο στόχος μας είναι να διαιρέσουμε το συχνοτικό φάσμα σε κομμάτια σε ηλεκτρονικό επίπεδο, να το στείλουμε στο ηχείο/ηχεία/δρόμους και από εκεί να τα επανασυνδέσουμε με το σωστό τρόπο στο Σημείο Ακουστικής Σύζευξης όπως προαναφέρθηκε.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε με το πράσινο ίχνος τις χαμηλές συχνότητες και με μπλε τις υψηλές. Η σύζευξη γίνεται στο 1Khz.

Η συχνότητα του 1Khz ονομάζεται συχνότητα αποκοπής και είναι το σημείο διαχωρισμού μεταξύ της ζώνης διέλευσης και της ζώνης φραγής του φίλτρου.  

Το μέγεθος της περιοχής που θα γίνει η σύζευξη εξαρτάται από διαφορετικούς παράγοντες:

• Τον τύπο του φίλτρου

Κάθε φίλτρο έχει και τα δικά του χαρακτηριστικά. Πέρα από την συχνότητα αποκοπής και την κλίση αυτό που έχει μεγαλύτερη σημασία και συμβάλει στην περιοχή σύζευξης είναι η κυμάτωση στην ζώνη διέλευσης(Passband Ripple). Κάθε τύπος φίλτρου δεν έχει μόνο διαφορετική κυμάτωση αλλά και διαφορετική φασική απόκριση.

• Τη συχνότητα αποκοπής

Ανάλογα με την συχνότητα αποκοπής των δύο δρόμων θα διαμορφοθεί και η συχνοτική σύζευξη στην περιοχή του spectral crossover.

• Την ασυμμετρία μεταξύ των συχνοτικών περιοχών

Στάθμη. Η ασυμετρία λόγω διαφοράς στη στάθμη των συχνοτικών περιοχών θα μετατοπίσει το σημείο σύζευξης προς τα πάνω ή προς τα κάτω. 

Κλίση. Η ασυμμετρία λόγω χρήσης διαφορετικής κλίσης στη ζώνη μετάδοσης θα επιρρεάσει την περιοχή σύζευξης.

Αναλόγως των παραπάνω περιπτώσεων θα έχουμε και τα αντίστοιχα αποτελέσματα στην περιοχή που γίνεται η σύζευξη όπως φαίνεται και στις  εικόνες. 

Unity / Εξισωμένο

Overlapped / Κυρτό

Gapped / Κοίλο

Χωρικό Σημείο Ακουστικής Σύζευξης | Spatial Acoustic Crossover

Ένα δεύτερο σημείο σύζευξης που συναντάμε στην ηχητική αλυσίδα είναι το Χωρικό Σημείο Ακουστικής Σύζευξης/Spatial Acoustic Crossover. Ως Χωρικό(Στο χώρο) Σημείο Ακουστικής Σύζευξης/Spatial Acoustic Crossover ορίζεται το σημείο εκείνο στο οποίο συγκλίνουν ίσης ακουστότητας ηχητικά σήματα από διαφορετικές πηγές, ηλεκτρονικά ή φυσικά διαχωρισμένες. 

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε μία πιθανή εκδοχή του που μπορεί να συναντήσουμε ένα τέτοιο σημείο. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα οι δύο ηχητικές πηγές που αναπαράγουν πλήρες συχνοτικό φάσμα συναντούνται στο σημείο που είναι κυκλωμένο με κόκκινο.

Ο βασικός στόχος σε αυτό το επίπεδο σχεδιασμού είναι να μπορέσουμε να ταιριάξουμε την φασική απόκριση των δύο σημάτων που φθάνουν σε αυτό το σημείο ώστε να γίνει η επίτευξη της μέγιστης απόδοσης του συστήματος. Το αποτέλεσμα αυτό  εξαρτάται από:

• Τις συχνοτικές αποκρίσεις σε ηλεκτρονικό και ακουστικό επίπεδο των επιμέρους μερών/δρόμων.

• Τις αναφορικές στάθμες μεταξύ τους σε επίπεδο ενίσχυσης

• Τη απόσταση που έχουν μεταξύ τους τα διαφορετικά ηχητικά μέρη

Spectral Crossover / Περιοχή Φασματικής Σύζευξης

Spectral Crossover / Περιοχή φασματικής Σύζευξης ορίζεται η συχνοτική περιοχή αυτή στην οποία αλληλεπιδρούν δύο ίσης στάθμης ηχητικά σήματα που συναντιούνται σε αυτό το σημείο(Σημείο Φασματικής Σύζευξης) από την σύγκλιση εκεί ξεχωριστών πηγών. 

Παρατηρώντας την παρακάτω εικόνα φαίνεται το αποτέλεσμα του συνδυασμού των δύο δρόμων χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων. Η περιοχή στο κέντρο της σύζευξης είναι η Περιοχή Φασματικής Σύζευξης με το Σημείο Φασματικής Σύζευξης να βρίσκεται εκεί που τέμνονται οι δύο συχνοτικές αποκρίσεις.

 

Όπως αναφέρθηκε και για το Χωρικό Σημείο Ακουστικής Σύζευξης/Spatial Acoustic Crossover, και εδώ ο στόχος μας είναι να μπορέσουμε να ταιριάξουμε την φασική απόκριση των δύο συχνοτικών περιοχών σε αυτή την περιοχή ώστε να γίνει η επίτευξη της μέγιστης συχνοτικής άθροισης.

Από τους δύο παραπάνω ορισμούς μπορούμε να συμπαιράνουμε πως το σημείο που που βρίσκεται μποστά από ένα ηχείο δύο δρόμων, σε ίση απόσταση από τον κάθε δρόμο, αποτελεί και το Χωρικό Σημείο Ακουστικής Σύζευξης αλλά και το Φασματικό Σημείο Σύζευξης.

Άλλοι παράγοντες που παίζουν σημαντικό ρόλο είναι:

• Η Ποιότητα των Ηχείων και του κάθε εξαρτήματος ξεχωριστά
• Στην περίπτωση, για παράδειγμα,  που η αποδοτικότητα της κόρνας ενός ηχείου είναι καλύτερη από αυτή του κόνου των χαμηλών συχνοτήτων, τότε η κεντρική συχνότητα σύζευξης μεταφέρεται προς τα κάτω επιρρεάζοντας την περιοχή σύζευξης. Σε περίπτωση τέτοιου προβλήματος θα γίνει αντιληπτό σε ακουστικό επίπεδο με την παρατήρηση της συχνοτικής απόκρισης στο χώρο. 
• Η σχετική απόσταση μεταξύ των επιμέρους δρόμων του ηχείου στο χώρο
• Οι στάθμες των επιμέρους δρόμων του κάθε ηχείου στο χώρο
• Όπως αναφέρθηκε και νωρίτερα η ασυμμετρία στην στάθμη δηλαδή εάν αλλάξει η στάθμη ενός από τους δύο δρόμους τότε η κεντρική συχνότητα σύζευξης μετατοπίζεται επιρρεάζοντας την περιοχή σύζευξης. Εάν δυναμώσουμε την χαμηλή περιοχη τότε η συχνότητα σύζευξης μετατοπίζεται προς τα πάνω. Εάν δυναμώσουμε την υψηλή περιοχή τότε μετατοπίζεται προς τα κάτω.

Στο βίντεο που ακολουθεί φαίνεται πόσο σημαντικό είναι να υπάρχει φασική ομοιομορφία στις περιοχές της ακουστικής σύζεξης. Όποιος επιθυμεί να μελετήσει με περισσότερη λεπτομέρια τα Σημεία Ακουστικής Σύζευξης μπορεί να ανατρέξει στο  κεφάλαιο 2 του βιβλίου του Bob MacCarthy Sound System Design and Optimisation. 

Η Τεχνική του "παραθύρου" | Η σωστή επιλογή στην Μέτρηση Συστημάτων Ήχου

Ας υποθέσουμε πως έχουμε ένα εισερχόμενο σήμα ροζ θορύβου το οποίο παρατηρείται από μία FFT 48 σημείων.

Με τη χρήση του υπολογιστή excel που μπορείτε να βρείτε εδώ, ξέρουμε πως ο χρόνος που θα παρατηρηθεί το εισερχόμενο σήμα είναι 1ms, η χαμηλότερη συχνότητα που θα μπορέσει το σύστημα να παρατηρήσει και να αναπαραστήσει γραφικά θα είναι τα 1000Hz και η υψηλότερη τα 24000Hz. 

Η ακολουθία των δειγμάτων που θα μπορέσει η επιλεγμένη FFT να υπολογίσει με ακρίβια είναι όπως στη λίστα της παρακάτω εικόνας. Κάθε μέγεθος FFT έχει συγκεκριμένο αριθμό δειγμάτων που υπολογίζει. Για αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιούμε 48point FFT ώστε να γίνει κατανοητό και να έχουμε στρογγυλούς αριθμούς.

Αυτό ωφείλεται καθαρά στην φύση της FFT που είναι μία γραμμική συνάρτηση και τα νούμερα που μπορεί να υπολογίσει ανάλογα με το μεγεθός της είναι συγκεκριμένα. 

Εάν μπορούσαμε να αναπαραστήσουμε την κάθε συχνότητα ξεχωριστά σε ένα RTA θα είχαμε μια γραφική απεικόνηση όπως στο παρακάτω γράφημα.

Όμως, σε ένα τέτοιου είδους ηχητικό σήμα όπως ο ροζ θόρυβος, που χρησιμοποιούμε για την μέτρηση συστημάτων ήχου δεν στέλνουμε μόνο τις συχνότητες που μπορεί να επεξεργαστεί η συγκεκριμένη FFT που έχουμε επιλέξει, αλλά στέλνουμε όλες τις συχνότητες από την χαμηλότερη δυνατή μέχρι την υψηλότερη ανάλογως τη συχνότητα δειγματοληψίας. Όπως επίσης δεν μπορούμε να επιλέξουμε ποιές συχνότητες θα ακούσουμε και ποιές θα απορρίψουμε εφόσον δεν μπορεί το πρόγραμμα να τις επεξεργαστεί. Τι γίνεται με τις ενδιάμεσες συχνότητες και πως μία FFT θα μπορέσει να τις υπολογίσει ώστε να απεικονιστούν σωστά; 

Ας παρατηρήσουμε αρχικά τι γίνεται όταν το σύστημα(Smaart Live) προσπαθήσει να επεξεργαστεί μία εισερχόμενη συχνότητα που δεν ανήκει στις συχνότητες της FFT που χρησιμοποιούμε. Για το λόγο του ότι το Smaart Live δεν μπορεί να υπολογίσει μία FFT 48 σημείων όπως στο παραπάνω παράδειγμα θα πάρουμε μία FFT 2048 σημείων που την επιλέγουμε από το μενου των FFT ώστε να συνεχίσουμε στο παρακάτω παράδειγμα. Όπως στον πινακα με τις συχνότητες τις 48point FFT έτσι και με την 2048point υπάρχει μία λίστα συχνοτήτων αλλά λόγω του μεγέθους και τις πυκνότητας των συχνοτήτων δεν είναι δυνατόν να το επισυνάψω. Μπορείτε όμως να κατεβάσετε το αρχείο εδώ και αλλάζοντας το μέγεθος της FFT να δείτε για κάθε μέγεθος FFT ποιές συχνότητες υπάρχουν.

Επιλέγοντας τη συχνότητα 1500Hz και στέλνοντας τη στο Smaart βλέπουμε πως απεικονείζεται με μία σχεδον ίσια γραμμή. Οι υπόλοιπες συχνότητες που φαίνονται είναι αρμονικές της κάρτας ήχου του laptop.

Στη συνέχεια επιλέγουμε τη συχνότητα 3000Hz που επίσης ανήκει στις τιμές της 2048 point FFT και στέλνοντας τη στο Smaart βλέπουμε πως απεικονίζεται και αυτή με μία σχεδον ίσια γραμμή όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Εάν επιλέξουμε μία συχνότητα η οποία δεν βρίσκεται στις τιμές της 2048point FFT βλέπουμε πως η απεικόνηση στο Smaart Live είναι προβληματική. Η συχνότητα που έχει επιλεγεί στην παρακάτω εικόνα είναι 1510HZ. Με λίγα λόγια αντιμετωpίζουμε SYSTEM ERROR.

Γιατί συμβαίνει όμως αυτό; Ας γυρίσουμε πίσω στο παράδειγμα με την 48point FFT όπου η παρατήρηση του σήματος γίνεται για 1ms. Οι περίοδοι των συχνοτήτων 1Khz, 2Khz και 3Khz που βρίσκονται στη λίστα χωράνε ολόκληρες στο 1 ms που παρατηρείται το σήμα από μία, δύο και τρεις φορές αντίστοιχα. Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνονται οι τρεις συχνότητες και το πόσες φορές χωράνε στο 1ms που παρατηρείται το εισερχόμενο σήμα από την FFT.

Τι συμβαίνει όμως με τις ενδιάμεσες συχνότητες και τι είναι αυτό που δημιουργεί το ERROR που είδαμε προηγουμένως. 

Εάν στους ίδιους άξoνες τοποθετήσουμε την κυμματομορφή των 1510hz το οποίο δεν ανήκει στη λίστα με τις συχνότητες της 48point FFT του αρχικού παραδείγματός μας τότε θα δούμε πως το λάθος προκύπτει λόγω του ότι η κυμματομορφή δεν χωράει ακριβώς στο χρόνο παρατήρησης του σήματος όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Δεν υπάρχει συνέχεια στην επανάληψη του σήματος.

Η διόρθωση τέτοιων προβλημάτων στην παρατήρηση σήματος γίνεται με την με τη χρήση της τεχνικής του παραθύρου. Στο Smaart μπορούμε να διαλέξουμε ανάμεσα στα παρακάτω παράθυρα.

Αυτό που κάνει η εφαρμογή του παραθύρου φαίνεται στο παρκάτω γράφημα.

Στο βίντεο που ακολουθεί φαίνεται τι προκαλεί στο εισερχόμενο σήμα κάθε διαφορετικός τύπος παραθύρου.

Στο Smaart είναι ξεκάθαρο ότι η τεχνική του παραθύρου μπορεί να εφαρμοσθεί από το χρήστη μόνο εάν έχουμε επιλέξει την λογαριθμική προβολή (Log Scale). 

Όταν είμαστε στο Banding Mode(1/3, 1/6, 1/12, 1/24, 1/48 scale)τότε φάινεται πως εφαρμόζεται κάποιο παράθυρο χωρίς να μπορεί ο χρήστης να το αλλάξει.

Η υποψία μου αυτή επιβεβαιώθηκε από την Rational Acoustics. Ο τύπος του παραθύρου που εφαρμόζεται χωρίς ο χρήστης να μπορεί να το αλλάξει είναι το Hann. Το μόνο που μπορεί ο χρήστης να αλλάξει είναι το μέγεθος της FFT.  

Κατά τη γνώμη μου για την καλύτερη και σωστότερη απεικόνηση ενός εισερχόμενου σήματος με την χρήση της επιλογης 1/48 θα πρέπει να επιλέγουμε την μεγαλύτερη δυνατή FFT που υπάρχει  και είναι τα 32K. Αυτό περιορίζει το λάθος στις ενδιάμεσες συχνότητες από αυτές που μπορεί η FFT να υπολογίσει και δίνει μία πιο ξεκάθαρη εικόνα ακόμη και εάν η επιλογή του παραθύρου ειναι κλειστή αλλά ίσως η καλύτερη για τέτοιου είδους μετρήσεις.