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Subwoofer array

Guida pratica

Traduzione italiana tratta da “Subwoofer Arrays – A Practical Guide” (rev.1) di Jeff Berryman, Electro-Voice, June 2010

Pubblicazione Tecnica n.16

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Sommario 1. Introduzione ............................................................................................................................................ 3 2. Concetti d’acustica ............................................................................................................................... 4

2.1 Lunghezza d’onda .......................................................................................................................... 4 2.2 Regole base sulla direttività ........................................................................................................ 4 2.3 Indipendenza orizzontale-verticale ............................................................................................. 5 2.4 Sorgenti multiple e lobi d’emissione ......................................................................................... 5 2.5 Beamforming .................................................................................................................................. 7

3. Gain Shading .......................................................................................................................................... 8 4. Grafici e strumenti di progettazione dell’array................................................................................. 8 5. Tipologie di array di woofer ................................................................................................................. 9

5.1 Broadside array .............................................................................................................................. 9 6. Array in stack a terra .......................................................................................................................... 12 7. Array in appendimento ...................................................................................................................... 15 8. Gradient Array ..................................................................................................................................... 18

8.1 Esempio ........................................................................................................................................ 18 8.2 Caratteristiche dei gradient array ............................................................................................ 19 8.3 Gradient array avanzati .............................................................................................................. 21 8.4 Gradient line-array ...................................................................................................................... 22 8.5 Applicazioni del gradient line-array ......................................................................................... 23 8.6 Array endfire ................................................................................................................................. 26

Appendice A: Impostazione dei crossover per subwoofer ............................................................... 27 Appendice B: Equalizzazione della sezione sub-bass ....................................................................... 30 Appendice C: Distorsione della radiazione .......................................................................................... 32

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1. Introduzione Nei sistemi audio sarebbe una cosa formidabile se i diffusori si comportassero come fonti luminose: scegli lo speaker con la copertura polare corretta, lo punti dove vuoi che il suono debba arrivare, e hai finito. E’ ovvio che le cose non funzionano così, specialmente nel caso delle basse frequenze. I normali diffusori in bassa frequenza si comportano in maniera praticamente omnidirezionale in tutto il loro range operativo, ma appena si pongono in stack, uno sopra l’altro, più diffusori, il pattern di copertura polare diventa sempre più direzionale e più complesso nella forma. Immagina se la luce si comportasse nello stesso modo – una lampadina illumina tutta la stanza, ma quattro lampadine in linea illuminerebbero solo una parte. A rendere le cose ancora peggiori, nel caso d’uso di woofer multipli in stack – ad es. in applicazioni stage left & right – si ha la generazione di fenomeni di interferenza (noti con il nome di “comb filtering”, o filtraggio a pettine), che creano punti di massimo e punti zero (nodi) in posizioni differenti ed a frequenze diverse. Se la luce si comportasse anch’essa così, allora accendendo due luci in una stanza poste ad una certa distanza tra loro, la stanza stessa si ritroverebbe illuminata con un bell’arcobaleno fatto di vari colori. Oltre a ciò, si ha anche il problema della riverberazione, che aggiunge i suoi effetti di confusione e colorazione nel dominio temporale. Questo effetto non ha corrispondenza nel caso della luce. Di fronte a tutti questi fenomeni, come possiamo fare, noi professionisti dell’audio, a progettare array di subwoofer e schemi di pilotaggio per realizzare una copertura audio precisa, fedele ed efficace? Se ci riusciamo, allora:

• I bassi saranno chiari, con un bilanciamento tonale costante su tutta l’area d’ascolto. • Il livello sonoro dei bassi saranno sempre nel corretto rapporto con le emissioni in

media ed alta frequenza del resto del setup su tutta l’area d’ascolto. • Gli effetti negativi della riverberazione e della riflessione saranno drasticamente ridotti. • L’efficienza del sistema (potenza d’uscita rispetto ai costi) sarà massimizzata.

Questo documento spiegherà alcuni concetti e tecniche per ottenere dei buoni bassi. Saremo focalizzati sulla banda che spazia approssimativamente tra 20Hz e 150Hz.

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2. Concetti d’acustica

2.12.12.12.1 Lunghezza d’ondaLunghezza d’ondaLunghezza d’ondaLunghezza d’onda

Praticamente tutto ciò che riguarda l’acustica degli array di diffusori ha a che fare con la lunghezza d’onda. Un box o array è “grande” se le sue dimensioni – o alcune delle sue dimensioni – sono superiori a 1.5 volte le lunghezze d’onda del suo range operativo. Una dimensione si dice “piccola” se è circa un terzo di una determinata lunghezza d’onda in esame. Ecco alcune lunghezze d’onda tipiche:

In condizioni di temperatura, pressione ed umidità normali, la formula della lunghezza d’onda stabilisce che:

2.22.22.22.2 Regole base sulla direttivitàRegole base sulla direttivitàRegole base sulla direttivitàRegole base sulla direttività

Nel caso di fonti sonore ordinarie, la direttività è inversamente proporzionale alle dimensioni della fonte. Ovvero, se un oggetto è piccolo, la sua direttività è ampia; se è grande, la direttività è stretta. Vd. Fig. 1.

FiguraFiguraFiguraFigura 1. Relazione inversa tra dimensioni e direttività1. Relazione inversa tra dimensioni e direttività1. Relazione inversa tra dimensioni e direttività1. Relazione inversa tra dimensioni e direttività

Ricorda che “piccolo” o “grande” sono misure riferite alla lunghezza d’onda, non ai metri.

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2.32.32.32.3 Indipendenza orizzontaleIndipendenza orizzontaleIndipendenza orizzontaleIndipendenza orizzontale ---- verticaleverticaleverticaleverticale

La regola base della direttività si applica indipendentemente ai piani orizzontale e verticale. Ad esempio, una linea orizzontale di subwoofer può essere grande orizzontalmente e piccola verticalmente. Perciò la sua direttività sarà stretta orizzontalmente e larga verticalmente, come mostra la Figura 2.

FiguraFiguraFiguraFigura 2. Pattern asimmetrico2. Pattern asimmetrico2. Pattern asimmetrico2. Pattern asimmetrico

2.42.42.42.4 Sorgenti multiple e lobi d’emissioneSorgenti multiple e lobi d’emissioneSorgenti multiple e lobi d’emissioneSorgenti multiple e lobi d’emissione

Molte, se non quasi tutte, le installazioni con subwoofer utilizzano due array separati agli angoli opposti dello stage. Talvolta questi array sono posti in stack a terra, in altri casi in appendimento. In ogni caso, sorgenti multiple realizzano ciò che i fisici chiamano “interferenza d’onda”, e che i tecnici audio invece chiamano “comb filtering” o “filtraggio a lobi”. La Figura 3 mostra la direttività di un singolo subwoofer Electro-Voice Xsub a 50Hz. In questo esempio, le dimensioni dello stage sono 12x6 metri. La linea rossa è il pattern polare. La separazione tra i cerchi del grafico è 6dB. L’Xsub come si vede è essenzialmente omnidirezionale.

FiguraFiguraFiguraFigura 3. 3. 3. 3. XsubXsubXsubXsub singolo. Divisione 6dBsingolo. Divisione 6dBsingolo. Divisione 6dBsingolo. Divisione 6dB

La Figura 4 mostra cosa succede se si aggiunge un altro Xsub al lato opposto dello stage. Il risultato è ben differente – e non migliore!

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FiguraFiguraFiguraFigura 4444. . . . XsubXsubXsubXsub Left & rightLeft & rightLeft & rightLeft & right.... Divisione 6dBDivisione 6dBDivisione 6dBDivisione 6dB, 50Hz, 50Hz, 50Hz, 50Hz

Poichè i woofer sono sostanzialmente omnidirezionali, ciascun ascoltatore in sala riceverà audio diretto da entrambi i woofer. Ma la distanza tra l’ascoltatore ed un woofer in un determinato punto sarà diversa da quella tra l’ascoltatore stesso e l’altro woofer, a meno di non trovarsi in linea alla metà della larghezza dello stage. Dove la differenza tra le due distanze equivale ad un multiplo dispari di ½ lunghezza d’onda, il suono dei due woofer si cancella, e l’ascoltatore non riceve bassi, o almeno non direttamente dai woofer. Questi lobi produrranno un bilanciamento tonale ed un livello non uniformi nell’area d’ascolto. In applicazioni indoor, i problemi di bilanciamento tonale sono parzialmente mascherati dalla riverberazione, ma la mancanza di chiarezza rimane. In esterno invece, non essendoci sostanzialmente riverberazione, il problema è ben presente e noto. La Figura 5 mostra le prestazioni in due casi pratici – linee di subwoofer in stack a terra e line-array di subwoofer in appendimento.

FiguraFiguraFiguraFigura 5. Pattern orizzontali di array di sub 5. Pattern orizzontali di array di sub 5. Pattern orizzontali di array di sub 5. Pattern orizzontali di array di sub lllleft & righteft & righteft & righteft & right in stack a terra ed in appein stack a terra ed in appein stack a terra ed in appein stack a terra ed in appennnndimentodimentodimentodimento....

A sinistra: array orizzontale, 3 A sinistra: array orizzontale, 3 A sinistra: array orizzontale, 3 A sinistra: array orizzontale, 3 XsubXsubXsubXsub per lato / A destra: per lato / A destra: per lato / A destra: per lato / A destra: linelinelineline----arrayarrayarrayarray verticali, in appendimento L&Rverticali, in appendimento L&Rverticali, in appendimento L&Rverticali, in appendimento L&R

L’unica regione che rimane esente dai fenomeni di lobi in tutte le frequenze è quella lungo la direttrice dal centro dello stage. Lungo questa linea i bassi sono i più spinti, chiari e precisi. Questo è il noto effetto di “corridoio di potenza” che rende il sound dei bassi estremamente buono alla posizione di mix, ma non rende al fonico FOH l’idea corretta di ciò che ascolta il resto del pubblico.

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La soluzione migliore al problema dei lobi è l’uso di un cluster centrale unico anziché due stack separati in left & right. Ciò vale sia per array orizzontali sia verticali. Ma è chiaro che spesso questa via non è una soluzione percorribile, per varie ragioni di scenografia e rigging. Se si utilizzano stack left & right, il problema dei lobi può essere ridotto grazie a woofer in stack strutturati in ‘beamforming’ e/o ‘gradiente’.

2.52.52.52.5 BeamformingBeamformingBeamformingBeamforming

Il beamforming è una tecnica attraverso cui l’onda sonora emessa da un grande array può essere orientata e modificata nella forma. In un array ‘beamformato’, i diffusori sono pilotati separatamente (o in piccoli gruppi) e ciascun segnale è dotato di delay e livello indipendenti e separati dagli altri. Le Figure 6 e 7 illustrano un tipico effetto del beamforming su un array di subwoofer di media grandezza. L’illustrazione si riferisce a 4 sub EV Xsub. La Figura 6 mostra l’array senza beamforming. Nella Figura 7, invece, vengono scelti valori di delay diversi per indirizzare la radiazione in bassa frequenza verso l’esterno dello stage. Questa è una tecnica tipica per aumentare la copertura laterale. Il beamforming funziona solo su array di grandi dimensioni (definiti secondo la Sez. 2.1). Il controllo della direttività nel caso di piccoli array richiede invece la tecnica del gradiente – Vd. Sez. 8.

FiguraFiguraFiguraFigura 6666. . . . Quattro EV Quattro EV Quattro EV Quattro EV XsubXsubXsubXsub in lineain lineain lineain linea semplice.semplice.semplice.semplice.

Vista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience a destraVista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience a destraVista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience a destraVista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience a destra....

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FiguraFiguraFiguraFigura 7777. . . . Quattro EV Quattro EV Quattro EV Quattro EV XsubXsubXsubXsub in in in in array con beamformingarray con beamformingarray con beamformingarray con beamforming....

Valori di delay (dallo stage verso l’esterno): 0, 1, 2.5, 5 ms.Valori di delay (dallo stage verso l’esterno): 0, 1, 2.5, 5 ms.Valori di delay (dallo stage verso l’esterno): 0, 1, 2.5, 5 ms.Valori di delay (dallo stage verso l’esterno): 0, 1, 2.5, 5 ms.

Vista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. AVista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. AVista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. AVista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience a destraudience a destraudience a destraudience a destra....

3. Gain Shading Il termine “shading” si riferisce alla modifica dei parametri di pilotaggio di uno o più elementi agli estremi dell’array. “Gain shading” significa che tali moduli saranno variati nel solo guadagno in uscita, tipicamente riducendone il volume. Nel caso di array molto lunghi lo shading prende la forma di una graduale attenuazione del gain da 0dB a circa -6dB lungo gli ultimi due o tre elementi su ciascun estremo dell’array. L’effetto dello shading è quello di rendere il pattern di copertura molto più regolare e meno dipendente dalla frequenza. Per esempio, Vd. Fig. 21.

4. Grafici e strumenti di progettazione dell’array I pattern polari illustrati in questo documento sono stati realizzati grazie al tool LAPS 2.2LAPS 2.2LAPS 2.2LAPS 2.2AAAA di Electro-Voice. LAPS è lo strumento di riferimento per la progettazione di line-array EV. A partire dalla release 2.2A, LAPS comprende anche un’apposita sezione di modellazione del pattern nella regione sub-bass. LAPS si affianca ad un tool simile chiamato EVADA (“Expandable Vertical Array Design Assistant”), che è una versione più snella del LAPS orientata alla progettazione di cluster Electro-Voice serie EVA. EVADA è dotato della stessa sezione di modelling sub-bass del software LAPS. Entrambi gli strumenti, LAPS ed EVADA, sono applicazioni Microsoft Excel liberamente scaricabili dal sito ufficiale EV, www.electrovoice.com. Prerequisiti sono un PC IBM (o emulatore PC), Microsoft Excel versione 2000 o superiore, e S.O. Windows 2000 o superiore.

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5. Tipologie di array di woofer Nel settore Audio Pro, si trovano tre diversi tipi di array di woofer:

• Broadside ArrayBroadside ArrayBroadside ArrayBroadside Array, in cui un certo numero di woofer sono strutturati in linea, e la radiazione primaria è ad angolo retto rispetto la linea. Questa è la tipica struttura in uso nelle applicazioni più comuni, sia in stack a terra (linea orizzontale) sia in appendimento (linea verticale). Nella pratica, l’array di tipo broadside è quello di gran lunga più utilizzato.

• Gradient ArrayGradient ArrayGradient ArrayGradient Array, in cui i woofer sono strutturati e gestiti in una particolare modalità per realizzare un pattern direzionale simile al caso microfonico – normalmente cardioide e ipercardioide. Array simili coinvolgono woofer con molti canali di pilotaggio contenenti delay, filtri e/o inversioni di polarità per raggiungere tali risultati. Array gradiente possono essere acquistati come box singolo, oppure costruiti tramite box separati.

• Endfire ArrayEndfire ArrayEndfire ArrayEndfire Array, in cui un certo numero di cabinet sono posizionati in righe equispaziate orientate verso la direzione di radiazione desiderata, e pilotati in una schiera di delay successivi per realizzare un pattern molto stretto. L’array di diffusori in configurazione endfire è l’equivalente del caso microfonico shotgun (a fucile). Tale struttura d’array è rara ed utilizzata sono in particolari applicazioni a lunga gittata in esterno.

5.15.15.15.1 Broadside arrayBroadside arrayBroadside arrayBroadside array

Un array di tipo broadside è una linea di box di woofer (o stack di moduli) con una radiazione sonora diretta più o meno ad angolo retto rispetto la linea stessa. La linea può essere dritta, curva o a scala.

FiguraFiguraFiguraFigura 8888. . . . Array di tipo broadsideArray di tipo broadsideArray di tipo broadsideArray di tipo broadside

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Gli array di woofer di tipo broadside sono i più comuni, perché sono facili da progettare e configurare. Ad ogni modo, per ottenere buoni bassi su un’area ampia sono necessari alcuni accorgimenti oltre all’approccio standard, che vedremo. Dalla Fig. 9 alla Fig. 12 si illustrano alcuni principi di base. La Fig. 9 mostra che all’aumentare della lunghezza dell’array il pattern diventa sempre più stretto.

FiguraFiguraFiguraFigura 9999. . . . Array Array Array Array lunglunglunglungo e corto. Due e quattro subwoofer EV o e corto. Due e quattro subwoofer EV o e corto. Due e quattro subwoofer EV o e corto. Due e quattro subwoofer EV XsubXsubXsubXsub....

60Hz. Vista in pianta. Audience a destra.60Hz. Vista in pianta. Audience a destra.60Hz. Vista in pianta. Audience a destra.60Hz. Vista in pianta. Audience a destra.

La Fig. 10 mostra che array dritti hanno un pattern che diventa sempre più stretto e con lobi sempre più numerosi all’aumentare della frequenza. Array curvi, se sufficientemente lunghi, garantiscono una direttività più uniforme.

FiguraFiguraFiguraFigura 10101010. . . . Array dritti e curvi. Array dritti e curvi. Array dritti e curvi. Array dritti e curvi. 6666 subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV XsubXsubXsubXsub. Audience a destra.. Audience a destra.. Audience a destra.. Audience a destra.

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La Fig. 11 mostra che il posizionamento a scala è essenzialmente equivalente ad un riorientamento della spinta acustica. La struttura a scala può essere utile quando considerazioni di scenografia e/o estetica impediscano l’uso di array inclinati.

FiguraFiguraFiguraFigura 11111111. . . . Array inclinati e a scala. Quattro subwoofer EV Array inclinati e a scala. Quattro subwoofer EV Array inclinati e a scala. Quattro subwoofer EV Array inclinati e a scala. Quattro subwoofer EV XsubXsubXsubXsub. Audience a destra. Audience a destra. Audience a destra. Audience a destra....

La Fig. 12 illustra come, per ottenere un pattern più ampio, la struttura a scala sia utilizzabile al posto della struttura curvilinea. In questo caso i risultati con array a scala sono migliori.

FiguraFiguraFiguraFigura 12121212. . . . Array curvi e a scala. Array curvi e a scala. Array curvi e a scala. Array curvi e a scala. 4444 subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV XsubXsubXsubXsub. Audience a destra. Audience a destra. Audience a destra. Audience a destra....

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6. Array in stack a terra Ampiezza del patternAmpiezza del patternAmpiezza del patternAmpiezza del pattern. Per array orizzontali in stack a terra, l’ampiezza di copertura è spesso un fattore determinante. Array sub-bass dritti lunghi oltre 3m sono troppo direzionali per molte applicazioni. Ad esempio, il grafico in Fig. 9 mostra che il pattern di copertura di un array di 4 EV Xsub (largo circa 3.7m) è ampio solo 90° a 60Hz. A frequenze più elevate risulta anche più stretto. Un esempio ancora più significativo è illustrato nel diagramma a sinistra in Fig. 10, un array di 6 subwoofer EV Xsub. L’ampiezza fisica dell’array è approssimativamente 7.3m. Questo esempio mostra che il pattern è ampio solo 60° a 60Hz, ed altamente dipendente dalla frequenza. E’ possibile allargare ed uniformare il pattern curvando o ponendo in scala l’array (Vd. Fig. 12) o attraverso il beamforming. Sistemi con array Sistemi con array Sistemi con array Sistemi con array lllleft & righteft & righteft & righteft & right. In sistemi con array in posizione left & right, è bene studiare il pattern di ciascun array individuale, ma la progettazione ottimale richiede di considerare gli effetti di entrambi gli array complessivamente. Se avessimo il perfetto controllo della direttività, vorremmo che l’array left coprisse solo l’audience a sinistra, e l’array right solo il pubblico a destra. Poiché questo non è possibile, i pattern di sovrappongono, con l’insorgenza dei lobi. L’obiettivo della progettazione di sistema è quello di minimizzare tali lobi e allo stesso tempo coprire adeguatamente tutta l’audience. Se gli array sono più lunghi di 3m, è possibile trarre vantaggio dai loro pattern più stretti per ridurre i lobi. Orientandoli verso l’esterno dello stage, si può ridurre la sovrapposizione dei pattern al centro e contemporaneamente ampliare la copertura generale. La Fig. 13 mostra questo effetto. Nel diagramma a destra, gli array di woofer sono stati orientati 30° fuori asse, e si nota che i punti zero (nodi) sono molto meno influenti sulla copertura, e le prestazioni a 90Hz risultano migliorate.

FiguraFiguraFiguraFigura 13131313. . . . Puntamento fuori asse di array di woofer in stack a terra. Puntamento fuori asse di array di woofer in stack a terra. Puntamento fuori asse di array di woofer in stack a terra. Puntamento fuori asse di array di woofer in stack a terra. 3333 subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV XsubXsubXsubXsub per lato.per lato.per lato.per lato.

StStStStage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destraage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destraage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destraage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra....

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Il beamforming permette di ottenere un effetto simile al puntamento fuori asse. La Fig. 14 illustra l’effetto di applicare delay di beamforming allo stesso array della Fig. 13. I risultati sono abbastanza buoni.

FiguraFiguraFiguraFigura 14141414. . . . Beamforming per la creazione di puntamenti fuori asse. Beamforming per la creazione di puntamenti fuori asse. Beamforming per la creazione di puntamenti fuori asse. Beamforming per la creazione di puntamenti fuori asse. 3333 subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV subwoofer EV XsubXsubXsubXsub per lato.per lato.per lato.per lato.

Stage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra.Stage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra.Stage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra.Stage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra.

Largo stack centraleLargo stack centraleLargo stack centraleLargo stack centrale. In grandi applicazioni e attività outdoor è spesso conveniente porre in stack i subwoofer su una linea continua lungo il fronte dello stage. Se si impiegano delay di beamforming in cluster di questo tipo, i risultati possono essere davvero eccellenti. La Fig. 15 mostra la direttività ottenibile da una linea di 12 subwoofer EV Xsub con delay ottimizzati.

FiguraFiguraFiguraFigura 15151515. . . . 12 subwoofer EV 12 subwoofer EV 12 subwoofer EV 12 subwoofer EV XsubXsubXsubXsub in linea centrale con beamforming.in linea centrale con beamforming.in linea centrale con beamforming.in linea centrale con beamforming.

Vista in pianta. Audience a destra.Vista in pianta. Audience a destra.Vista in pianta. Audience a destra.Vista in pianta. Audience a destra.

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La Fig.15 illustra un sottile dettaglio nel beamforming che è bene tenere in mente. Se si dà uno sguardo alla tabella dei valori dei delay, si noterà che essi non sono posti ad intervalli regolari – gli step aumentano sempre più verso gli estremi dell’array. Ciò è tipico. Nel progettare i propri sistemi con beamforming (utilizzando LAPS o altri tool di sviluppo), probabilmente si noterà che più si allargano gli intervalli di delay verso i moduli più esterni, più i risultati sembrano migliorare, per applicazioni sia di puntamento sia di allargamento della copertura. La Fig. 16 mostra il pattern dello stesso array della Fig. 15, ma senza beamforming applicato. L’angolo di copertura è molto stretto e molto dipendente dalla frequenza. Array di questo tipo possono rivelarsi utili per la copertura di aree d’ascolto molto lunghe e strette (es. sfilate lungo strada), ma nel caso di normali concerti la soluzione con beamforming mostrata in Fig. 15 è certamente da preferire.

FiguraFiguraFiguraFigura 16161616. . . . 12 subwoofer EV 12 subwoofer EV 12 subwoofer EV 12 subwoofer EV XsubXsubXsubXsub in linea centrale senza beamforming.in linea centrale senza beamforming.in linea centrale senza beamforming.in linea centrale senza beamforming.

Vista in pianta. Audience a destra.Vista in pianta. Audience a destra.Vista in pianta. Audience a destra.Vista in pianta. Audience a destra.

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7. Array in appendimento Normalmente array di subwoofer in appendimento sono larghi uno o al massimo due moduli. Realizzano così una copertura orizzontale molto ampia. Allo stesso tempo però, tali array sono tipicamente lunghi, e ciò comporta una copertura verticale che è spesso troppo stretta. In particolare, si può scoprire una mancanza di spinta sub-bass nelle prime file di sedute. Le soluzioni sono:

1. Curvare l’array sul piano verticale, come mostrato nel caso orizzontale dalle Fig. 10 e 12. Spesso la curvatura dell’array è anche visivamente consigliabile perché permette di allineare la forma dello stack di woofer con quella degli array high-mid. Ma ciò funziona adeguatamente solo con stack molto lunghi.

2. Aggiungere alcuni subwoofer in stack a terra al centro dello stage. La loro spinta dev’essere sufficiente solo per coprire la relativa area frontale. Si deve regolare il delay ed il livello per una copertura uniforme sulle prime 10 o 20 file di sedute. Questo è l’approccio tipico, ma la taratura precisa della copertura può essere un obiettivo abbastanza difficoltoso.

3. Utilizzare il beamforming. Questa è la tecnica più efficace nel caso degli array in appendimento.

Le Fig. 17/19 mostrano il risultato secondo il tool per la progettazione line-array LAPS nel caso di un array di bassi appesi (otto EV woofer XLC-215 in un tipico teatro a due balconate), con diverse soluzioni applicate. Le stime evidenziano i pattern di copertura verticale di un solo stack, perciò non tengono in considerazione alcun effetto a lobi eventualmente presente, ma rendono un’idea delle prestazioni ottenibili sul piano verticale. La Fig. 17 mostra un semplice array in appendimento senza curvatura, orientamento o beamforming. Il problema sulle basse alle prime file è evidente.

FiguraFiguraFiguraFigura 17171717. . . . Senza orientamento, senza beamformingSenza orientamento, senza beamformingSenza orientamento, senza beamformingSenza orientamento, senza beamforming....

La Fig. 18 mostra lo stesso array precedente, ma con due XLC-215 aggiuntivi in stack, sullo stage o di fronte ad esso. I woofer di front-fill sono ritardati di 2ms. La forma delle curve è abbastanza sensibile al valore di delay applicato. Le prestazioni sono migliori, ma non eccellenti.

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FiguraFiguraFiguraFigura 11118888. . . . Senza orientamento, senza beamforming.Senza orientamento, senza beamforming.Senza orientamento, senza beamforming.Senza orientamento, senza beamforming.

Con 2 woofer XLCCon 2 woofer XLCCon 2 woofer XLCCon 2 woofer XLC----215 in stack a terra front215 in stack a terra front215 in stack a terra front215 in stack a terra front----fill.fill.fill.fill.

La fig. 19 mostra come un lieve e semplice beamforming permette di ottenere buoni risultati. I due box inferiori sullo stack sono ritardati di 4ms, senza altro processing applicato.

FiguraFiguraFiguraFigura 19191919. . . . Con beamforming: i due box inferiori ritardati di 4ms.Con beamforming: i due box inferiori ritardati di 4ms.Con beamforming: i due box inferiori ritardati di 4ms.Con beamforming: i due box inferiori ritardati di 4ms.

In tutti questi scenari, vi è una differenza in livello sulle basse di 12-14dB front-to-back. Ciò non è accettabile in molte applicazioni. La soluzione perfetta a tale problema è difficile. Se le dimensioni della sala lo permettono, l’appendimento in posizione più elevata è la tecnica più efficace per livellare uniformente l’SPL sulle basse frequenze dal fronte palco alle sedute più lontane. Nelle precedenti illustrazioni, l’altezza d’appendimento era stata posta a 10m alla cima dello stack. La Fig. 20 mostra lo stesso array in beamforming della Fig. 19, ma con un’altezza d’appendimento di 20m in cima allo stack. La variazione del livello front-to-back è molto minore.

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FiFiFiFiguraguraguragura 20202020. . . . Con beamforming; altezza d’appendimento 20m.Con beamforming; altezza d’appendimento 20m.Con beamforming; altezza d’appendimento 20m.Con beamforming; altezza d’appendimento 20m.

Line array subLine array subLine array subLine array sub----bass centrale in appendimentobass centrale in appendimentobass centrale in appendimentobass centrale in appendimento. Se le considerazioni sulla scenografia e sul rigging lo permettono, uno stack di subwoofer centrale in appendimento può dare ottimi risultati. Non vi è alcun effetto di creazione di lobi, la copertura orizzontale è sostanzialmente 360° e la copertura verticale può essere controllata con il beamforming. La Fig. 21 mostra la copertura di un cluster centrale in appendimento costituito da 12 subwoofer EV Xsub in un palazzetto sportivo. I woofer sono appesi in linea retta, con l’applicazione di un set ottimizzato di delay in beamforming. Viene anche applicato il level shading. Il risultato è una copertura sub-bass che si mantiene costante nel bilanciamento tonale sull’intera area d’ascolto. Nell’esempio, i delay sono applicati a coppie, ovvero, ogni paio di woofer adiacenti ha lo stesso valore di delay sul canale di pilotaggio. Questo è più economico che non dover gestire canali d’amplificazione separati per ciascun subwoofer. Ad ogni modo, se la via di ogni woofer potesse essere controllabile separatamente, i risultati in copertura sarebbero ancora migliori.

FiguraFiguraFiguraFigura 21212121. . . . Cluster centrale di 12 Cluster centrale di 12 Cluster centrale di 12 Cluster centrale di 12 XsubXsubXsubXsub in appendimento.in appendimento.in appendimento.in appendimento.

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8. Gradient Array Un array di tipo gradiente è una particolare struttura di diffusori pilotati con diverse ampiezze e fasi, così da cancellare la radiazione sonora verso determinate direzioni. I gradient array funzionano solo quando le loro dimensioni sono piccole rispetto alla lunghezza d’onda in esame. Essi rappresentano il caso opposto degli array di tipo beamforming ed endfire, che invece devono essere molto lunghi per funzionare adeguatamente. La ragione di ciò è che i diffusori gradiente lavorano sul controllo delle differenze di pressione acustica tra diverse parti dell’onda sonora, e quindi devono essere sufficientemente piccoli per operare “all’interno” dell’onda.

FiguraFiguraFiguraFigura 22222222. . . . GradienteGradienteGradienteGradiente

I diffusori gradiente sono la controparte, dal lato speaker, dei comuni microfoni direzionali, che funzionano prelevando le differenze in pressione tra diverse parti dell’onda sonora. La tecnica del gradiente è l’unica via pratica per realizzare un controllo del pattern di copertura sub-bass nel caso di piccoli array. Se impostati correttamente e precisamente, i gradient array possono realizzare pattern molto utili per rendere una copertura sulle basse significativamente migliore di quella ottenibile con array semplici delle stesse dimensioni.

8.18.18.18.1 EsempioEsempioEsempioEsempio

La Fig. 23 mostra una coppia di subwoofer EV Xsub in una configurazione gradiente di base. Ciascuno speaker è pilotato separatamente. I box sono posizionati back-to-back distanti 10cm. Il box posteriore è pilotato con inversione di polarità e ritardato di 4.65ms. L’array risultante ha un pattern direzionale cardioide. Sebbene in questo esempio gli speaker siano posti back-to-back, non è sempre necessario farlo. Finchè c’è abbastanza spazio tra cabinet frontale e posteriore per permettere al sound dello speaker posteriore di emergere, il cabinet posteriore può essere posizionato con il fronte rivolto in avanti o indietro. Il gap dovrebbe essere almeno 50cm. In tutti i casi, il valore del delay dev’essere sempre regolato per accoppiarsi allo spazio tra i coni dei due loudspeaker. Se ciascun Xsub mostrato in Figura 23 fosse una colonna di Xsub anziché un singolo Xsub, otterremmo un gradient line-array. I gradient line-array sono dotati di utili proprietà che saranno discusse più avanti.

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FiguraFiguraFiguraFigura 23232323. . . . Coppia di Coppia di Coppia di Coppia di XsubXsubXsubXsub cardioidecardioidecardioidecardioide

8.28.28.28.2 Caratteristiche dei gradient arrayCaratteristiche dei gradient arrayCaratteristiche dei gradient arrayCaratteristiche dei gradient array

OpzioOpzioOpzioOpzioni sul patternni sul patternni sul patternni sul pattern. Per una data coppia gradient, il pattern può essere variato agendo sul delay del modulo posteriore. I pattern disponibili sono simili a quelli dei microfoni: cardioide, ipercardioide (vari tipi), e figura-8. Le Fig. 24 e 25 illustrano quattro diverse opzioni del pattern per la coppia di Xsub back-to-back dell’esempio precedente.

FiguraFiguraFiguraFigura 24242424. . . . A sinistra: cardioide A sinistra: cardioide A sinistra: cardioide A sinistra: cardioide –––– delay 4.65ms.delay 4.65ms.delay 4.65ms.delay 4.65ms.

A destra: ipercardioide, nodi (zeri) a +/A destra: ipercardioide, nodi (zeri) a +/A destra: ipercardioide, nodi (zeri) a +/A destra: ipercardioide, nodi (zeri) a +/----135°, delay 3.4ms135°, delay 3.4ms135°, delay 3.4ms135°, delay 3.4ms

60Hz. Audience a destra.60Hz. Audience a destra.60Hz. Audience a destra.60Hz. Audience a destra.

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FiguraFiguraFiguraFigura 22225555. . . . A sinistra: A sinistra: A sinistra: A sinistra: ipercipercipercipercardioide, nodi (zeri) a +/ardioide, nodi (zeri) a +/ardioide, nodi (zeri) a +/ardioide, nodi (zeri) a +/----120°, 120°, 120°, 120°, delay delay delay delay 2.32.32.32.3ms.ms.ms.ms.

A destra: A destra: A destra: A destra: figurafigurafigurafigura----8, de8, de8, de8, delay lay lay lay 0000msmsmsms

60Hz. Audience a destra.60Hz. Audience a destra.60Hz. Audience a destra.60Hz. Audience a destra.

Spaziatura degli elementi, uscita e bandaSpaziatura degli elementi, uscita e bandaSpaziatura degli elementi, uscita e bandaSpaziatura degli elementi, uscita e banda. Nella costruzione di una coppia gradiente, è importante comprendere il ruolo della spaziatura degli elementi. Per “spaziatura degli elementi” intendiamo la distanza tra i coni dei diffusori frontale e posteriore. Una spaziatura larga aumenta l’uscita sub-bass ma diminuisce la massima frequenza operativamente utile. Una spaziatura corta diminuisce l’uscita ma aumenta il range di frequenze utilizzabile. Nel nostro esempio, la spaziatura degli elementi è 157cm, ottenendo così una frequenza massima utile di circa 90Hz. Il pattern si deteriora rapidamente oltre questo limite in frequenza, come dimostra la Fig. 26.

FiguraFiguraFiguraFigura 26. 26. 26. 26. XsubXsubXsubXsub backbackbackback----totototo----back a 90Hz, 100Hz e 120Hz.back a 90Hz, 100Hz e 120Hz.back a 90Hz, 100Hz e 120Hz.back a 90Hz, 100Hz e 120Hz.

Audience a destra.Audience a destra.Audience a destra.Audience a destra.

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Effetto delle superfici vicineEffetto delle superfici vicineEffetto delle superfici vicineEffetto delle superfici vicine. Le coppie gradiente non funzionano correttamente quando sono situate di fronte a pareti o superfici riflettenti. La Fig. 27 mostra cosa succede quando una coppia di Xsub è posta a 60cm di fronte ad una parete. La parete è la linea verticale al centro del grafico. I due subwoofer a sinistra sono box virtuali – immagini acustiche create dalla riflessione sonora sulla parete stessa. I due box sulla destra sono i woofer veri e propri.

FiguraFiguraFiguraFigura 22227777. . . . Coppia cardioide a 60cm dalla parete.Coppia cardioide a 60cm dalla parete.Coppia cardioide a 60cm dalla parete.Coppia cardioide a 60cm dalla parete.

I box a sinistra sono immagini acustiche del vero array a destraI box a sinistra sono immagini acustiche del vero array a destraI box a sinistra sono immagini acustiche del vero array a destraI box a sinistra sono immagini acustiche del vero array a destra....

Audience a destra.Audience a destra.Audience a destra.Audience a destra.

Bilanciamento tonale del campo riverberanteBilanciamento tonale del campo riverberanteBilanciamento tonale del campo riverberanteBilanciamento tonale del campo riverberante. Molti array di subwoofer divengono meno direzionali alle basse frequenze. Così, al diminuire della frequenza, essi erogano sempre più componenti in uscita verso il campo riverberante della sala. Questo causa un eccesso di spinta sub-bass (talvolta chiamato “bass bloom”) nel campo riverberante. A differenza di tutti gli altri tipi di speaker, quelli di tipo gradiente mantengono un controllo della copertura fino alle frequenze più basse. Quindi essi possono rivelarsi molto utili in applicazioni in cui sia necessaria una precisa e puntuale spinta nella regione sub senza la generazione di troppa energia nel campo riverberante a bassa frequenza. Livello di pilotaggio degli elementi e quantità di wooferLivello di pilotaggio degli elementi e quantità di wooferLivello di pilotaggio degli elementi e quantità di wooferLivello di pilotaggio degli elementi e quantità di woofer. Nei gradient array tipici, si è trovato che il minimo della radiazione posteriore si ha quando l’uscita dell’elemento posteriore (spesso chiamato “elemento di guida” o steering) è circa 6dB inferiore a quella dell’elemento frontale. Questo risultato è dovuto all’effetto della forma del cabinet. In termini pratici, ciò significa che il numero dei woofer posteriori può essere metà della quantità dei woofer frontali.

8.38.38.38.3 Gradient array avanzatiGradient array avanzatiGradient array avanzatiGradient array avanzati

L’uso di delay per creare pattern direzionali rappresenta una tecnica efficace alle basse frequenze, ma non tiene in considerazione gli effetti della forma del cabinet sulle onde sonore erogate. Il risultato è che all’estremità superiore del range di frequenza utile dell’array il suo pattern di radiazione può deviare dalla forma attesa. Quando gli speaker frontale e posteriore vengono combinati in un singolo cabinet, come ad esempio l’XCS-312 di Electro-Voice, sub cardioide, è possibile sviluppare metodi di processing avanzato tale da correggere questi effetti, così che lo speaker mantiene la propria

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direttività dichiarata sull’intero frequency range di lavoro. Questi sistemi di pilotaggio sfruttano delay dipendenti dalla frequenza (normalmente chiamati “all-pass filter”) per deviare l’effetto della propagazione sonora attorno al cabinet.

8.48.48.48.4 Gradient line arrayGradient line arrayGradient line arrayGradient line array

Quando coppie gradiente vengono assemblate in un line-array, la direttività risultante mostra caratteristiche sia di tipo gradient sia broadside. La Fig. 28 illustra il pattern di radiazione di un gradient line-array alto solo due moduli in totale, troppo corto per mostrare comportamenti broadside. Il pattern è un semplice cardioide di rotazione.

FiguraFiguraFiguraFigura 22228888. . . . Gradient lineGradient lineGradient lineGradient line----array molto cortoarray molto cortoarray molto cortoarray molto corto....

La Fig. 29 mostra il pattern di un gradient line-array lungo abbastanza per mostrare comportamenti broadside. Il suo pattern è un cardioide di rotazione più schiacciato.

FiguraFiguraFiguraFigura 22228888. . . . Gradient linGradient linGradient linGradient lineeee----array più lungo.array più lungo.array più lungo.array più lungo.

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In pratica, i gradient line-array possono essere costituiti da appositi speaker gradiente come il sub EV XCS-312, oppure da due colonne di speaker tradizionali appese in stack l’una dietro l’altra. Beamforming Gradient lineBeamforming Gradient lineBeamforming Gradient lineBeamforming Gradient line----arrayarrayarrayarray. Applicando delay di beamforming ad un gradient line-array è possibile orientarne il pattern. Tali delay di beamforming devono essere applicati egualmente agli elementi frontali e posteriori di ciascuna coppia gradiente dell’array. La Fig. 30 mostra il pattern di un gradient line-array con l’aggiunta di delay di beamforming per creare una deviazione del puntamento verticale. Il pattern può essere descritto come un cardioide di rotazione più schiacciato e orientato. Con accurati profili avanzati di delay, sono ottenibili pattern verticali a forma più complessa.

FiguraFiguraFiguraFigura 30. Gradient line30. Gradient line30. Gradient line30. Gradient line----array con beamformingarray con beamformingarray con beamformingarray con beamforming....

8.58.58.58.5 Applicazioni del gradient lineApplicazioni del gradient lineApplicazioni del gradient lineApplicazioni del gradient line----arrayarrayarrayarray

Come sopra sottolineato, l’arraying di tipo gradient è utile per piccoli array di subwoofer e per quei line-array che, pur larghi nella dimensione verticale, sono corti in quella orizzontale. I problemi inerenti agli array piccoli sono relativi a due categorie:

1. La creazione di lobi, dovuti alla sovrapposizione tra gli stack left e right. 2. La copertura eccessivamente ampia.

Inoltre, i gradient array si rivelano utili in quei casi in cui il controllo della radiazione retroversa in bassa frequenza sia un punto cruciale. I problemi più comuni in questo senso sono:

a. Troppi bassi sullo stage. b. Radiazione retroversa indesiderata da parte dei cluster di delay.

Array Array Array Array lllleft & righteft & righteft & righteft & right. Per sistemi con subwoofer in stack a terra o in appendimento left & right, l’uso di gradient array orientati fuori asse aiuta a ridurre il fenomeno dei lobi. La Fig. 31 confronta la copertura di uno stack Xsub (largo un modulo) su entrambi i lati dello stage rispetto a quella di una configurazione gradiente della stessa misura.

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FiguraFiguraFiguraFigura 31. 31. 31. 31. Confronto tra soluzione semplice e gradientConfronto tra soluzione semplice e gradientConfronto tra soluzione semplice e gradientConfronto tra soluzione semplice e gradienteeee lllleft & righteft & righteft & righteft & right. Ampiezza stage 15m.. Ampiezza stage 15m.. Ampiezza stage 15m.. Ampiezza stage 15m.

A sinistra: due stack A sinistra: due stack A sinistra: due stack A sinistra: due stack XsubXsubXsubXsub lllleft & righteft & righteft & righteft & right, pilotaggio semplice., pilotaggio semplice., pilotaggio semplice., pilotaggio semplice.

A destra: due woofer gradientA destra: due woofer gradientA destra: due woofer gradientA destra: due woofer gradienteeee ipercardioide a 135°, orientati 45° fuori asse.ipercardioide a 135°, orientati 45° fuori asse.ipercardioide a 135°, orientati 45° fuori asse.ipercardioide a 135°, orientati 45° fuori asse.

Vista in pianta.Vista in pianta.Vista in pianta.Vista in pianta.

Bassi sullo stageBassi sullo stageBassi sullo stageBassi sullo stage. Sebbene la Fig. 31 non lo evidenzi, la configurazione ipercardioide angolata invia una cospicua quantità di bassi sullo stage, superiore al caso semplice. Per la semplice configurazione a sinistra, l’artista al centro del palco sarà investito dalla somma delle uscite degli stack sub-bass da una distanza relativamente bassa. In nessun altro punto della sala i bassi saranno così potenti. Nel caso della configurazione a destra, invece, i punti zero (i nodi) dei woofer gradiente ipercardioidi sono orientati direttamente al fronte dello stage. In configurazioni tipiche, questo riduce il livello dei bassi a centro palco di 15dB e oltre. Controllo della copertura per piccoli arrayControllo della copertura per piccoli arrayControllo della copertura per piccoli arrayControllo della copertura per piccoli array. Nel caso di piccole sale con pavimenti piani, subwoofer in stack solitamente generano livelli eccessivi della spinta sub-bass nell’area d’audience vicino al palco. Benchè ciò possa essere positivo nel caso delle discoteche, la situazione non può essere accettabile per un evento corporate AV. In tali casi, l’uso di un piccolo subwoofer appeso in posizione centrale può fornire un’eccellente copertura senza livelli eccessivamente alti in tutte le aree d’ascolto. Comunque, se si utilizza un woofer convenzionale, esso sarà praticamente omnidirezionale, e questo significa che (a)(a)(a)(a) una grossa parte d’energia in bassa frequenza sarà irradiata nel campo riverberante, con il risultato di un suono un po’ confuso, e (b)(b)(b)(b) i bassi sul palco saranno troppo elevati. Al contrario, appendendo un subwoofer cardioide o ipercardioide sopra lo stage si potrà inviare l’energia acustica solo dove necessario – sull’audience – mantenendola il più possibile fuori dal campo riverberante e lontano dallo stage. La Figura 32 illustra il comportamento di un woofer ipercardioide a 120°. Se si pensa a questo diagramma come se fosse una vista orizzontale, si vedrà che questo set manda la maggior parte dell’energia sub-bass in direzione frontale e non verso direzioni indesiderate. Se si pensa

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allo stesso diagramma come se fosse una vista verticale, si scoprirà che i punti zero (i nodi) dell’ipercardioide puntano proprio sullo stage.

FiguraFiguraFiguraFigura 33332222. . . . Piccolo woofer ipercardioide a 120° sopra il cenPiccolo woofer ipercardioide a 120° sopra il cenPiccolo woofer ipercardioide a 120° sopra il cenPiccolo woofer ipercardioide a 120° sopra il centro dello stage.tro dello stage.tro dello stage.tro dello stage.

Vista in pianta E prospetto.Vista in pianta E prospetto.Vista in pianta E prospetto.Vista in pianta E prospetto.

Largo cluster centraleLargo cluster centraleLargo cluster centraleLargo cluster centrale. Sebbene larghi line-array in posizione centrale tendano a fornire un suono eccellente di per sé, essi possono comunque beneficiare della tecnica del gradiente in applicazioni che non richiedano una copertura sub-bass a 360°. In tali situazioni, l’implementazione di cluster di woofer come line-array di tipo gradiente farà sì che una minor quantità di energia sub-bass sarà irradiata nel campo riverberante. Il risultato è una spinta in bassa frequenza molto più chiara e precisa, con maggiore definizione, impatto e senso di ‘punch’. Secondo la teoria acustica, l’uso di woofer di tipo gradiente riduce l’energia sub-bass nel campo riverberante da 4 a 6dB, se confrontata con il caso dei woofer omnidirezionali. Cluster in delayCluster in delayCluster in delayCluster in delay. In realtà applicative molto ampie, specialmente negli stadi all’aperto, l’uso di cluster ritardati è molto comune, per aumentare il livello sonoro e la qualità audio alle posizioni d’ascolto più lontane. La funzione primaria di questi cluster è quella di rinforzare il livello delle alte frequenze, per compensare l’effetto d’assorbimento relativamente alto dell’aria nelle alte frequenze. Talvolta è comunque necessario che anche i cluster di delay debbano erogare energia aggiuntiva in bassa frequenza. Alle basse frequenze, i normali cluster di delay sono essenzialmente omnidirezionali; così essi irradieranno un considerevole quantitativo di energia sonora all’indietro verso lo stage. Questa radiazione retroversa sarà completamente fuori sincrono con la corrispondente componente sonora proveniente dal sistema di diffusione principale, con l’insorgenza di drammatici effetti d’interferenza. La soluzione a questo problema è quella di utilizzare diffusori di tipo gradiente per la parte in bassa frequenza degli stack di delay. Il pattern da scegliere in questo caso è quello cardioide, poiché è quello che garantisce la radiazione retroversa più limitata.

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8.68.68.68.6 Array endfireArray endfireArray endfireArray endfire

Un array di tipo endfire è una linea di box, appunto, allineata su un asse comune e pilotati in modo da ottenere la radiazione primaria del suono nella direzione dell’asse stesso.

FiguraFiguraFiguraFigura 33333333. . . . Array di tipo endfire.Array di tipo endfire.Array di tipo endfire.Array di tipo endfire.

Ciascun box è gestito da un canale con delay indipendente. Tutti i box hanno la stessa polarità. Nel caso più semplice, i box sono equispaziati, ed il tempo di delay tra ciascuno di essi è uguale al tempo necessario all’onda sonora di passare da un box al successivo. La Figura 34 illustra le prestazioni ottenibili di questo caso. Nel grafico qui utilizzato, l’uscita è arbitrariamente posta a 0dB. Infatti, lavorando con array endfire molto lunghi, è possibile proiettare bassi potenti e ben direzionati verso lunghe distanze.

FiguraFiguraFiguraFigura 33334444. . . . Array di tipo endfire. 6 sub EV Array di tipo endfire. 6 sub EV Array di tipo endfire. 6 sub EV Array di tipo endfire. 6 sub EV XsubXsubXsubXsub....

Spaziatura tra i box 60cm. Delay tra Spaziatura tra i box 60cm. Delay tra Spaziatura tra i box 60cm. Delay tra Spaziatura tra i box 60cm. Delay tra i box 4ms.i box 4ms.i box 4ms.i box 4ms.

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Appendice A: Impostazione dei crossover per subwoofer Definire il crossovering per i subwoofer non è proprio una questione legata all’arraying dei sub. Ad ogni modo, la taratura di crossover è un fattore cruciale per il sound in bassa frequenza. La procedura seguente è un adattamento di quanto indicato nel documento Electro-Voice ‘FIR: FIR: FIR: FIR: GGGGetting Startedetting Startedetting Startedetting Started’, distribuito con il software di gestione FIR-drive per il processore a matrice Netmax N8000.

Il nostro obiettivo è quello di impostare frequenza, delay, polarità e parametri di gain per i cluster principali (hi-mid) e dei subwoofer. Potrebbe sembrare difficile e tedioso, ma in realtà la cosa non è troppo complessa se si segue una procedura definita. Esistono vari procedimenti per la taratura del crossover nel caso dei sub. Il metodo qui spiegato fornirà buoni risultati in molte situazioni indoor ed outdoor. La seguente è una procedura di base che realizzerà risultati accettabili in molte occasioni.

1. Dotarsi di un generatore di segnali audio o CD di test capaci di generare toni (onde sinusoidali) nelle frequenze attorno alla regione di crossover sub-bass. Configurare il sistema così che i toni siano inviati al sistema principale, ai sub, o entrambi.

2. Se si ha un sistema left & right standard, impostare il percorso del segnale così che solo una delle sezioni laterali sia attiva. Se si ha un singolo cluster centrale di sub (in appendimento o stack a terra) impostare il percorso del segnale per utilizzare entrambi i cluster left & right.

3. Impostare i parametri iniziali di crossovering come segue:

ARRAY PRINCIPALEARRAY PRINCIPALEARRAY PRINCIPALEARRAY PRINCIPALE SUBWOOFERSUBWOOFERSUBWOOFERSUBWOOFER FrequenzaFrequenzaFrequenzaFrequenza X-Line: 80Hz

XLC DVX 80Hz XLC 90Hz XLD 100Hz XLE 100Hz

Come l’array principale

TipoTipoTipoTipo

Vd. sotto

Butterworth 18dB/ottava OPPURE

Linkwitz/Riley 24dB/ottava Vd. sotto

DelayDelayDelayDelay 0.0ms 0.0ms PolaritàPolaritàPolaritàPolarità

Normale Butterworth 18dB/ottava: invertito

Linkwitz/Riley 24dB/ottava: normale GainGainGainGain 0.0dB 0.0dB

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Per la tipologia del crossover, si hanno due possibilità: • Butterwoth 18dB/ottavaButterwoth 18dB/ottavaButterwoth 18dB/ottavaButterwoth 18dB/ottava. Questo è un buon tipo per configurazioni in cui i sub

sono relativamente distanti dagli stack principali (es. sistema principale in appendimento, sub in stack), ed è buono nel caso di ambienti riverberanti. Ha anche una certa tolleranza ai disallineamenti.

• Linkwitz/Riley 24dB/ottavaLinkwitz/Riley 24dB/ottavaLinkwitz/Riley 24dB/ottavaLinkwitz/Riley 24dB/ottava. Questo tipo rende buoni risultati quando i woofer si trovano vicino agli stack principali (es. sistema principale in appendimento, sub left & right in appendimento) e l’ambiente non è troppo riverberante. E’ anche una buona soluzione nelle situazioni in cui lo stack principale necessita di lavorare pesantemente nella zona mid-bass. Richiede più cautela nell’allineamento per realizzare un sound chiaro, non confuso.

Scegliendo un tipo di crossover, esso dovrà essere identico sia per il sistema principale sia per i subwoofer.

4. Impostare la frequenza del generatore alla frequenza di crossover sopra indicata. Impostare il livello ad un valore basso (-30dB o meno) ed attivare selettivamente le vie del sistema. Regolare il livello del tono così da poter essere chiaramente udito oltre il livello di rumore ambientale della sala.

5. Silenziare i sub ed impostare la frequenza del generatore ad un valore approssimativamente doppio della frequenza di crossover. Utilizzando un SPL meter o un sistema di misura su PC come ad es. SysTune®, misurare il livello. Se non si ha un valido strumento di misura, è possibile usare un microfono con una buona risposta sui bassi, insieme ai meter presenti sulla console di mixing, o al limite le proprie orecchie. In questo step non utilizzare un microfono palmare di tipo vocale – la sua risposta in bassa frequenza non sarebbe sufficientemente lineare.

6. Silenziare gli array principali ed impostare la frequenza del generatore ad un valore intorno a 2/3 della frequenza di crossover. Attivare i subwoofer e regolare il livello dei sub uguale a quello del sistema principale misurato al passo 5. Dopo questi passi, i canali principali e sub dovrebbero avere un guadagno generale approssimativamente uguale. Questo è ciò che realizzerà il crossover più uniforme. Se il tipo di prSe il tipo di prSe il tipo di prSe il tipo di programma audio richiede una spinta sub più elevata o ridotta, non ogramma audio richiede una spinta sub più elevata o ridotta, non ogramma audio richiede una spinta sub più elevata o ridotta, non ogramma audio richiede una spinta sub più elevata o ridotta, non regolare il guadagno dei subwooferregolare il guadagno dei subwooferregolare il guadagno dei subwooferregolare il guadagno dei subwoofer. Utilizzare invece lo stadio di equalizzazione. L’equalizzazione dei sub sarà discussa in Appendice B.

7. Stimare la differenza in distanza tra il proprio punto d’ascolto e gli array principali e di subwoofer. Riferirsi alla figura: tali distanze sono indicate con D(LF) e D(SB). Convertire questo valore in un tempo, considerando che la velocità del suono è di circa 3ms per metro. Questo numero rappresenta una stima del tempo di delay richiesto. Se non si ha troppo tempo per il setup, è possibile inserire il delay stimato nel Se non si ha troppo tempo per il setup, è possibile inserire il delay stimato nel Se non si ha troppo tempo per il setup, è possibile inserire il delay stimato nel Se non si ha troppo tempo per il setup, è possibile inserire il delay stimato nel crossover ed omettere il resto della proceduracrossover ed omettere il resto della proceduracrossover ed omettere il resto della proceduracrossover ed omettere il resto della procedura. Il delay dovrebbe essere applicato a qualsiasi cluster (principale o di sub) che si trovi più vicino al punto d’ascolto. Se si vuole ottenere un risultato più preciso, seguire i passi successivi.

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Distanze tra set principale e subwooferDistanze tra set principale e subwooferDistanze tra set principale e subwooferDistanze tra set principale e subwoofer....

8. Impostare la frequenza del generatore uguale alla frequenza di crossover. Attivare sia i

cluster principale sia i cluster di subwoofer. Se si sta accordando un sistema left & right, attivare solo un lato del sistema.

9. Impostare il delay al valore stimato, come descritto al passo 7. 10. Regolare il delay in più o in meno, per ottenere la massima spinta al punto d’ascolto.

In questo step è possibile usare le proprie orecchie, oppure un SPL meter, un sistema di misurazione, o un microfono + VU meter sul mixer.

• Se si decide per un delay superiore a 10-15ms diverso da quanto stimato, allora la stima è sbagliata oppure la sala è davvero drammatica. In questo caso, utilizzare solo il valore stimato ed omettere passi ulteriori.

• Se il tipo di crossover utilizzato al passo 3 è Linkwitz/Riley, abbiamo terminato. • Se il tipo di crossover utilizzato al passo 3 è Butterworth, procedere al passo 11.

11. (Solo crossovering Butterworth). Applicare la Correzione Butterworth (Butterworth Tweak). Aumentare o diminuire il delay secondo le seguenti quantità:

Frequenza di crossoverFrequenza di crossoverFrequenza di crossoverFrequenza di crossover Correzione (Tweak)Correzione (Tweak)Correzione (Tweak)Correzione (Tweak) 70 Hz 3.57 ms 80 Hz 3.13 ms 90 Hz 2.78 ms

100 Hz 2.50 ms La regola per cui si debba aumentare o diminuire il delay con i valori indicati è un po’ complicata. La migliore procedura è quella di testare entrambe le situazioni e scegliere quale garantisca la migliore copertura.

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Appendice B: Equalizzazione della sezione sub-bass Ad alcuni fonici piace utilizzare sistemi con un boost (enfasi) sui bassi già integrata. Qui, ad esempio, viene mostrata una curva utilizzata negli stadi e grandi arene da un artista molto famoso, di cui l’autore è un amico:

FiguraFiguraFiguraFigura 33335555. . . . Enfasi sui bassi di sistemaEnfasi sui bassi di sistemaEnfasi sui bassi di sistemaEnfasi sui bassi di sistema....

Per ottenere curve in frequenza come questa, tradizionalmente si aumenta il gain del canale dei sub. Il problema in questa pratica è che la modifica del gain dei soli subwoofer modifica anche il comportamento del crossover della sezione sub in modi inaspettati. Un metodo migliore è quello di accordare il crossover sui sub così da rendere una risposta piatta (come descritto in Appendice A), e poi utilizzare lo stadio EQ (chiamiamolo “sub-bass contour EQ”) per creare la curva desiderata. Questa equalizzazione non interferirà con il crossover dei subwoofer, fin tanto che questfin tanto che questfin tanto che questfin tanto che questo EQ vengao EQ vengao EQ vengao EQ venga applicatapplicatapplicatapplicatoooo ad entrambi gli array, ad entrambi gli array, ad entrambi gli array, ad entrambi gli array, principale e subwooferprincipale e subwooferprincipale e subwooferprincipale e subwoofer. Questo principio porta ad uno o due diagrammi del percorso di segnale, a seconda se i subwoofer siano pilotati come parte del mix principale o abbiano un proprio mix. La Figura 36 mostra il caso in cui i sub siano pilotati dal mix principale. Il sub-bass contour EQ è configurato come un normale equalizzatore pre-crossover. La Figura 37 mostra invece il caso in cui i sub siano gestiti da un mix separato. In questo caso, il sub-bass contour EQ è implementato come coppia di equalizzatori, uno per ciascun mix. Entrambi gli equalizzatori dovrebbero avere gli stessi parametri. Ciò può essere svolto manualmente, oppure attraverso un equalizzatore multicanale, oppure, nel caso di EQ controllati via software, ponendo un link tra i due stadi.

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FiguraFiguraFiguraFigura 33336666. . . . SubSubSubSub----bass contour EQ, subwoofer gestiti dal mix principale.bass contour EQ, subwoofer gestiti dal mix principale.bass contour EQ, subwoofer gestiti dal mix principale.bass contour EQ, subwoofer gestiti dal mix principale.

FiguraFiguraFiguraFigura 33337777. . . . SubSubSubSub----bass contour EQ, sbass contour EQ, sbass contour EQ, sbass contour EQ, subwoofer gestiti da un mix ausiliario.ubwoofer gestiti da un mix ausiliario.ubwoofer gestiti da un mix ausiliario.ubwoofer gestiti da un mix ausiliario.

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Appendice C: Distorsione della radiazione Ricorrendo alla matematica (oppure utilizzando un apposito programma allo scopo), si otterrà che un subwoofer singolo è essenzialmente omnidirezionale nel proprio range operativo. Ciò significa che si dovrebbe udire lo stesso sound da qualsiasi direzione d’ascolto rispetto il sub. Molti specialisti dell’audio trovano questo molto difficile da credere, perché le orecchie dicono loro qualcosa di diverso nella pratica. E quindi come stanno davvero le cose? La discrepanza sorge perché tutti i diffusori hanno la stessa distorsione. Essi generano armoniche poste a frequenze superiori. Il box è omnidirezionale alla frequenza fondamentale, ma direzionale nelle frequenze armoniche. La Fig. 38 mostra la direttività di un EV Xsub singolo (o di un box di misura simile) a 90Hz, 180Hz (la seconda armonica di 90Hz) e 270Hz (la terza armonica di 90Hz). L’effetto è chiaro: la fondamentale è irradiata in tutte le direzioni, ma la distorsione emerge solo come componente frontale.

FiguraFiguraFiguraFigura 33338888. . . . Direttività di un sub singolo a 90, 180 e 270HzDirettività di un sub singolo a 90, 180 e 270HzDirettività di un sub singolo a 90, 180 e 270HzDirettività di un sub singolo a 90, 180 e 270Hz....

A livelli d’ascolto normali, l’orecchio è molto più sensibile alle frequenze armoniche che non alla fondamentale. Perciò, anche se i livelli di distorsione armonica sono piccoli nei woofer a bassa distorsione, essi sono comunque amplificati dalla natura dell’orecchio. Le orecchie sono buone per identificare il suono secondo le armoniche contenute. Quindi le orecchie percepiscono le armoniche erogate dal fronte del box e ci fanno concludere che anche l’irradiazione della fondamentale si comporti allo stesso modo. Nel caso di woofer ad elevata distorsione, la distorsione di radiazione può rivelarsi particolarmente sgradevole. In un caso noto all’autore, un tour ha dovuto riconfigurare i propri stack di subwoofer (non EV…) specificatamente per evitare che alcune sezioni dell’audience fossero soggette a prodotti di intesa distorsione armonica.

(Trad. M. Zampieri, Texim srl) www.texim.it