ความกว้างลำเสียงตู้ลำโพง (Beamwidth of the Loudspeaker)

ความกว้างลำเสียงตู้ลำโพง การแสดงความครอบคลุมเสียงทั้งหมด จะต้องมีคุณสมบัติตามช่วงความถี่ แม้แต่ในอัตราส่วน Aspect ratio ก็ไม่มีข้อยกเว้น ลำโพงสองใบที่ระบุมุมกระจายเสียงเท่ากับ 30 องศา ลำโพงใบหนึ่งจะรักษาค่าคงที่ 30 องศา ในช่วงตั้งแต่ 2 kHz ถึง 16 kHz แต่อีกใบหนึ่งอาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 60 องศาถึง 15 องศาตลอดช่วงนั้น ลำโพง 30 องศาสองใบนี้ จะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมาก ทั้งแบบใบเดียวและแบบอาร์เรย์ ส่วนอัตราส่วน Aspect ratio ต่อความถี่ จะได้มาจากความกว้างของลำเสียงต่อความถี่นั้น ๆ การแปลงนี้ทำให้ได้รูปร่างที่ลำโพงสร้างขึ้นผ่านความถี่ขึ้นมา

การรวมอาร์เรย์ลำโพง

อาร์เรย์ลำโพงสามารถระบุได้ว่า คือชุดลำเสียงตั้งแต่ 2 องค์ประกอบลำโพงเมื่อรวมเข้าด้วยกัน ผลลัพธ์สามารถระบุได้ทั้งหมดสามผลลัพธ์ คือ ความเข้มข้นของลำเสียง การแพร่กระจายของลำเสียง และการส่งผ่านถึงกัน

อาร์เรย์ทั่วไปจะมีการผสมผสานระหว่างความเข้มข้นของลำเสียง และเอฟเฟกต์การแพร่กระจายบนความถี่ โดยความเข้มข้นของลำเสียงเป็นผลมาจาก Coupling Zone และ Combining Zone ส่วนการแพร่กระจายของลำเสียงจำเป็นต้องมีการ Isolation ในระดับหนึ่ง ซึ่งจะเกิดขึ้นกับ Combining Zone และ Isolation Zone

เอฟเฟกต์ลำเสียงทั้งสองอาจเกิดขึ้นพร้อมกัน โดยมีการแพร่กระจายของ HF และความเข้มข้นของ LF เป็นเรื่องปกติ

การส่งผ่านของลำเสียงเกิดขึ้นเมื่อความยาวคลื่นมีขนาดเล็กและการเหลื่อมของรูปแบบ Pattern สูง ลำเสียงจะไม่สามารถโฟกัสไปข้างหน้าอย่างสอดคล้องกัน (Concentration) หรือรวมเข้าด้วยกันในแนวรัศมีหรือด้านข้าง (Beam Spreading)

รูปแสดงตัวอย่างลำแสงที่ทะลุผ่าน อาจสร้างระลอกคลื่นแบบแฉก หรือเพียงแค่ผ่านแล้วแยกตัวออกไป

ลำโพงเดี่ยว

สังเกตแผนผังความกว้างของลำเสียง สำหรับองค์ประกอบลำโพงเดี่ยว โดยแนวตั้งแสดงในส่วนองศาของความกว้างลำเสียงตู้ลำโพง เทียบกับแนวนอนที่แสดงถึงความถี่

เส้นร่างเหล่านี้แสดงถึง ลักษณะความลาดเอียงของ ความกว้างลำเสียงตู้ลำโพง สำหรับลำโพงเดี่ยวทั้งหมด โดยรูปร่างความกว้างลำเสียงนั้น จะมีผลต่อการออกแบบระบบเสียง เนื่องจากเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับอาร์เรย์ต่าง ๆ

ต่อมามีรูปทรงความกว้างของลำเสียงสองแบบที่เหมาะสำหรับการสร้างอาร์เรย์

ประเภทแรกคือ “ที่ราบ” ซึ่งแผ่ออกในความถี่สูง จะสามารถมองเห็นได้ในลำโพงลำดับที่หนึ่ง (90 องศา) และสอง (30 องศา) พื้นที่ความกว้างของลำเสียงที่แบนราบ ทำให้มีการกำหนดมุม Splay อย่างชัดเจนใน Unity Splay Angle และรูปร่างอัตราส่วน Aspect ratio ที่สอดคล้องกัน

สิ่งนี้ทำให้ลำโพงเหล่านี้มีคุณสมบัติเป็นองค์ประกอบที่ดีที่สุด สำหรับการใช้งานลำโพงเดี่ยวหรืออาร์เรย์ที่ทับซ้อนกันน้อยที่สุด

ต่อมาองค์ประกอบลำดับที่สามที่มีความลาดเอียงสูง และไม่มีการกระจายอย่างสอดคล้องกัน ดังนั้นจะใช้สำหรับ Coupled-Array ที่มีการทับซ้อนกันอย่างมากเท่านั้น

ลำโพงลำดับที่หนึ่งมุมกระจาย 90 องศา เป็นตู้ Front Load ขนาดเล็ก แสดงค่าที่แคบลงอย่างต่อเนื่อง จากช่วงความถี่ต่ำจนถึง 1 kHz จากจุดนี้ขึ้นไปมุมครอบคลุมจะคงที่ ทำให้มุม Unity Splay Angle สำหรับลำโพงใบนี้จะอยู่ที่ประมาณ 90 องศา และมีความราบเรียบสำหรับสี่อ็อกเทฟบนสุด

มีลำโพงลำดับที่สองอยู่สองประเภทที่อธิบายไว้ในนี้

ใบแรกมุมกระจาย 40 องศา ซึ่งคล้ายกับระบบลำโพงลำดับที่หนึ่ง แต่มี Horn HF ต่างกัน ความกว้างของลำเสียงในกรณีนี้จะไม่แบนลงจนถึงความถี่ 4 kHz ดังนั้นช่วงความถี่ที่มีความสามารถในการ Unity Spatial Crossover จึงลดลงเหลือเพียงสองอ็อกเทฟ

พฤติกรรมความเข้มของลำเสียง จะถูกสร้างด้วยองค์ประกอบลำโพงเหล่านี้ ด้วยปัจจัยสองประการ คือ การแยกเชิงมุมที่ลดลง และช่วงความถี่ที่ลดลงของการแยกทั้งคู่ จะเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของการทับซ้อนกันที่มากขึ้น

ระบบลำโพงลำดับที่สอง 30 องศา เป็นตู้ที่ใส่ Horn ขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงสามารถขยายช่วงความถี่ในการควบคุมทิศทางได้ดี Unity Splay Angle 30 องศา ถูกคงไว้จนถึง 2 kHz (สามอ็อกเทฟ) และความชันการเพิ่มขึ้นของความกว้างลำเสียง มีความรุนแรงน้อยกว่า Front Load

ผลที่ได้คือ การเปลี่ยนไปสู่ความเข้มข้นของเสียง จะค่อยเป็นค่อยไป โดยที่แรงกระจายและความเข้มข้นเสียง จะมีการลดทอนซึ่งกันและกัน

พิจารณาที่ราบความกว้างของลำเสียง ที่มาและลักษณะของขีดจำกัด

ดูเหมือนว่าจะมีเหตุผลในการออกแบบระบบลำโพง ที่มีความกว้างของลำเสียงคงที่ตลอดความถี่ โดยมีชื่อเรียกต่าง ๆ มากมาย เช่น “constant directivity” และ “constant Q” เป็นต้น ลำโพงดังกล่าวจะช่วยให้สร้างอาร์เรย์รัศมีที่ประกอบกันเหมือนชิ้นพิซซ่า

หากสามารถทำได้ จะมี Unity Splay Angle สำหรับทุกความถี่ และไม่มีช่องว่างหรือการทับซ้อนกัน เหมือนจะเป็นเรื่องที่ดี แต่สิ่งนี้ใช้ได้ในบางกรณี แต่ไม่ใช่ทั้งหมด เพราะการไม่มีการทับซ้อนกัน หมายความว่าจะไม่มีการเพิ่มพลังงาน !!

ดังนั้นหากต้องการพลังงานที่มากขึ้นในความถี่ใดความถี่หนึ่ง จะต้องลดมุมการกระจายเสียง เพื่อให้มีการซ้อนทับกันของความถี่มากขึ้น แน่นอนย่อมเกิดความแปรปรวนของเสียง

มีข้อจำกัดทางกายภาพ ทำให้ระบบลำโพงที่ใช้งานจริง ไม่สามารถบรรลุความกว้างของลำเสียงคงที่ได้เต็มช่วง ช่วงความยาวคลื่น 300:1 ที่ต้องจัดการโดยลำโพงฟูลเรนจ์ (60 – 18 kHz) จะค่อนข้างท้าทายในการควบคุม

เพื่อรักษาความกว้างของลำเสียงให้คงที่ เมื่อความถี่ลดลง จะต้องเพิ่มขนาดฮอร์นเพื่อจัดการกับความยาวคลื่น

พูดง่าย ๆ คือ ช่วงความถี่ของที่ราบ ความกว้างของลำเสียง สัมพันธ์โดยตรงกับขนาดตู้ โดยเฉพาะความลึก

ทั้งสองระบบของลำโพงอันดับที่สอง แสดงถึงขนาดที่แตกต่างกันเป็นอย่างมาก เพื่อให้ได้ที่ราบที่กว้าง มุมแคบ 30 องศา ขนาดจึงเป็นสิ่งที่สำคัญ

Horn HF ที่ลึกกว่ามาก และ Horn-Loaded LF Driver จะขยายที่ราบเป็นสี่อ็อกเทฟ เทียบเท่ากับระบบลำโพงลำดับที่หนึ่ง

ความท้าทายสูงสุดคือ การสร้างความกว้างของลำเสียงคงที่เหนือสี่อ็อกเทฟเหล่านั้นในมุมที่แคบมาก สามารถทำได้สำเร็จด้วยการออกแบบลำโพงประเภท Parabolic Reflector แต่ระบบดังกล่าวมีขนาดใหญ่และไม่นิยมใช้งาน

ระบบลำโพงลำดับที่สามขาดคุณสมบัติความกว้างของลำเสียงแบบแบนที่พบในลำโพงลำดับอื่น ๆ

คุณสมบัติที่โดดเด่นคือ การครอบคลุมที่แคบลงอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้ขัดขวาง Unity Splay Angle จากพฤติกรรมการแพร่กระจายของลำเสียง ส่วนการทับซ้อนกันมีเพิ่มขึ้นเมื่อความถี่ต่ำลง

สรุปคือ ความถี่ที่สูงขึ้นมีแนวโน้มที่จะกระจายลำเสียง ความถี่ที่ต่ำลงมีแนวโน้มที่จะมีความเข้มข้นของลำเสียง

ขนาดทางกายภาพของลำโพงลำดับที่สามทั่วไปมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

แรงผลักดันในด้านวิศวกรรมของระบบดังกล่าวคือ การลดระยะห่างของความยาวคลื่นที่ซ้อนทับ เพื่อให้เกิดความเข้มเสียง และด้วยเหตุนี้ความแปรปรวนของคลื่นจึงน้อยที่สุด

การสร้างความกว้างของลำเสียงแบบคงที่ จะต้องมาจากการรวมกันขององค์ประกอบของลำโพงหลายใบ

กุญแจสำคัญในการทำให้ความกว้างของลำเสียงรวมแบนลง (อีกวิธีหนึ่งในการบอกความแปรปรวนสเปกตรัมขั้นต่ำ) คือมุมและปริมาณของสเปกตรัม

ระบบลำโพงลำดับที่หนึ่งจะแบนด้วยจำนวนหน่วยขั้นต่ำ แม้แต่หน่วยเดียวก็แบนอย่างสมเหตุสมผล

ระบบลำโพงลำดับที่สามจะต้องใช้จำนวนมาก เพื่อให้เสียงสูงกระจายออกไป มากพอที่จะพบกับเสียงต่ำที่เข้มข้น

การจัดประเภทลำดับลำโพง ยังสามารถใช้กับอัตราส่วน Aspect Ratio สำหรับแสดงความแตกต่าง ในรูปแบบการครอบคลุมพื้นที่ที่ต่างกัน

ลำโพงอันดับหนึ่งรักษารูปร่างที่สม่ำเสมอสูง หากความครอบคลุมพื้นที่ที่ต้องการคืออัตราส่วน Aspect Ratio เท่ากับ 1.4 ช่วงความถี่ทั้งหมดจะล้นเพียงเล็กน้อยในช่วง LF

นี่คือคุณภาพที่ทำให้ระบบลำโพงลำดับแรกเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดใน Aspect Ratio เท่ากับ 1.4 สำหรับลำโพงเดี่ยวและอาร์เรย์ขนาดเล็ก

ความสามารถในการเติมพื้นที่รูปทรงสมมาตรที่เรียบง่าย ให้เท่ากันกับความถี่ ทำให้ลำโพงลำดับที่หนึ่ง เป็นผู้นำในการใช้งานครอบคลุมแนวนอน

ในทางตรงกันข้าม พื้นที่ครอบคลุมที่เหมาะสมสำหรับช่วง HF ของลำโพงลำดับที่สาม จะพบการล้นขนาดใหญ่ในทุกความถี่ต่ำ

ปัจจัยนี้ขัดขวางลำโพงลำดับที่สามเพียงใบเดียวจากการใช้งานส่วนใหญ่ โดยลำโพงลำดับที่สามจะเติบโตตามปริมาณที่เพิ่มขึ้น

แอปพลิเคชั่นที่สำคัญที่สุดคือ การสร้างอาร์เรย์แบบอสมมาตร ซึ่งทำให้ลำโพงประเภทนี้เป็นผู้นำในการใช้งานแนวตั้ง

ส่วนลำโพงลำดับที่สอง จะมีการใช้งานในระนาบทั้งสอง แต่ในปริมาณที่ จำกัด ตอนนี้จะนำสิ่งเหล่านี้ไปใช้ในตระกูลอาร์เรย์ลำโพงของเรา

Coupled Line Source Array

ลำโพงลำดับที่สามมักถูกเลือกให้เป็นองค์ประกอบพื้นฐานสำหรับ Coupled Line Sources

รูปแสดงความความพยายามที่จะลดความแปรปรวนทางสเปกตรัม ของลำโพงลำดับที่สามใน Coupled Line Source

ปริมาณลำโพงที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง จะแสดงความกว้างของลำเสียงที่แคบลง ซึ่งสามารถเห็นได้ในทุกความถี่ โดยการเพิ่มปริมาณแต่ละครั้ง ทำให้การตอบสนองทั้งหมดเข้าใกล้การครอบคลุมระดับ 0 องศา

แผนภูมินี้อาจให้ความรู้สึก การแบนราบของความกว้างลำเสียงเพิ่มขึ้นตามปริมาณตู้ เนื่องจากความกว้างของลำเสียงจากลำโพง 16 ใบ ดูเป็นแนวนอนมากกว่าปริมาณที่ต่ำกว่านั้นจากสายตา

สิ่งนี้จะต้องไม่สับสนกับการตอบสนองของที่ราบความกว้างของลำเสียงที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้

นี่เป็นภาพลวงตา เนื่องมาจากการปรับขนาดแนวตั้งของพล็อต ความกว้างของลำเสียง มุมครอบคลุม จะเทียบเท่าตามสัดส่วนของความถี่เดิมในทุกกรณี นั่นคือ

หากการตอบสนอง 1 kHz กว้างกว่าการตอบสนอง 8 kHz ถึง 12 เท่าสำหรับตู้เดียว ความสัมพันธ์นั้นจะยังคงอยู่ ไม่ว่าปริมาณลำโพงเท่าใดก็ตาม

ภาพลวงตาจะแตกสลายไป เมื่อปรับขนาดการครอบคลุมพื้นที่ของอาร์เรย์เดียวกัน เป็นอัตราส่วน Aspect Ratio ตามความถี่

การปรับสัดส่วน Aspect Ratio จะแสดงความเข้มข้นลำเสียงของปิรามิดคู่ขนาน เมื่อปริมาณลำโพงเพิ่มขึ้น ลำเสียงจะแคบลงเรื่อย ๆ และรูปร่างของการครอบคลุมจะขยายออกไปด้านหน้าจนไม่มีที่สิ้นสุด

ช่วงความถี่ต่ำของแหล่งสัญญาณคู่ขนาน จะไม่มีทางเข้าใกล้รูปร่างของช่วงเสียง MF และ HF อีกต่อไป ไม่ว่าจะมีปริมาณลำโพงเท่าใดก็ตาม

Coupled Point Source Array

รูปแสดงพฤติกรรม ความกว้างลำเสียงตู้ลำโพง ลำดับที่หนึ่ง Coupled Point Source Array แบบสมมาตร

เปรียบเทียบปริมาณลำโพงหน่วยเดียว กับปริมาณสองและสามหน่วยที่เรียงกันใน Unity Splay Angle โดยประมาณ

ช่วงที่สูงกว่า 1 kHz แสดงถึงการขยายทั่วไปของมุมครอบคลุม ซึ่งทำได้โดยการแพร่กระจายของลำเสียง ความกว้างของลำเสียงรวมกันที่สูงกว่า 1 kHz คือผลคูณอย่างง่ายของแต่ละองค์ประกอบ

ลำโพงอาร์เรย์สามองค์ประกอบ มีความกว้างของลำเสียงคงที่ประมาณ 260 องศา สำหรับหกอ็อกเทฟ นี่คืออาร์เรย์ความแปรปรวนสเปกตรัมขั้นต่ำ

หมายเหตุ: พฤติกรรมของช่วงที่ต่ำกว่า 1 kHz สมควรได้รับการอธิบายสั้น ๆ เนื่องจากช่วง 250 Hz ถึง 500 Hz มีความแปรปรวนมาก

ในช่วงที่สามารถแยกได้ คือช่วงที่สูงกว่า 1  kHz ลำเสียงจะกระจายตามมุมการแผ่รังสี Unity Splay Angle

ช่วงที่ต่ำกว่า 1 kHz มีการทับซ้อนเชิงมุมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ระยะห่างระหว่างองค์ประกอบ และความยาวคลื่น (λ) เป็นปัจจัยกำหนด

อาร์เรย์ลำโพงสององค์ประกอบนี้ มีระยะห่างโดยประมาณของความยาวคลื่นหนึ่ง 0.69 ม. ของ 500 Hz ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น 250 Hz

ประเภทความแปรปรวน ของความกว้างลำเสียงที่เห็นนี้ จะเกิดขึ้นแน่นอน เมื่อต่ำกว่า 1 ของ λ ความถี่นั้น ๆ โดยที่จุดที่แคบที่สุดคือ 0.5 λ

ขนาดรูปร่างขององค์ประกอบลำโพง จะส่งผลต่อช่วงความถี่ โดยระยะห่างที่มากขึ้น จะเลื่อนช่วงที่ได้รับผลกระทบในความถี่ที่ต่ำลง

เมื่อมีการเพิ่มองค์ประกอบลำโพงมากขึ้น เอฟเฟกต์การโต้ตอบจะมีลักษณะที่ซับซ้อนขึ้นเช่นกัน เนื่องจากทุกองค์ประกอบมีความสัมพันธ์กับ ระยะห่างของความยาวคลื่น กับองค์ประกอบอื่น ๆ ทุกองค์ประกอบ

ในระยะสั้น สามารถพูดด้วยความมั่นใจว่า ลำโพงลำดับที่หนึ่งสองใบที่ประกบกันที่ 90 องศา จะแคบลงที่ 0.5λ แต่ไม่สามารถพูดได้ว่าสิ่งนี้จะต้องเกิดขึ้นที่ 250 Hz ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่างขององค์ประกอบลำโพง

หลักการเดียวกันนี้ใช้กับระบบของลำโพงลำดับที่สอง โดยให้ขนาดตู้และไดรเวอร์ขององค์ประกอบเหมือนกับลำโพงลำดับที่หนึ่ง ดังนั้นความแตกต่างสามารถเกิดจาก ขนาดของ HF Horn และมุมการแผ่รังสี

ในกรณีนี้ ช่วงการแพร่กระจายของลำเสียงจำกัดอยู่ที่ 4 kHz หรือสูงกว่า

ช่วง Isolation ลำเสียงจะกระจายตามมุมการแผ่รังสี Unity Splay Angle (ในกรณีนี้คือ 40 องศา) กับองค์ประกอบลำโพงที่เพิ่มเติมแต่ละรายการ

มีแนวโน้มที่น่าสังเกตหลายประการในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่า 4 kHz ซึ่งปริมาณขององค์ประกอบมีผลอย่างมากต่อความแปรปรวนของความกว้างของลำเสียง

อย่างแรกพบในสถานการณ์สององค์ประกอบลำโพง ซึ่งความแปรปรวนขนาดใหญ่ของความกว้างลำเสียง เกิดขึ้นระหว่าง 500 Hz ถึง 1 kHz

คุณลักษณะนี้ตรงกับอาร์เรย์ลำดับที่หนึ่งสององค์ประกอบ แต่เกิดขึ้นที่คนละความถี่ และมีลักษณะสูงกว่าหนึ่งอ็อกเทฟ

ความถี่ที่เพิ่มขึ้นเกิดจากการระยะห่างทางกายภาพที่ลดลง ซึ่งเป็นผลมาจากมุม Unity Splay Angle ที่เล็กลง (ระยะห่างเท่ากันที่ด้านหลัง แต่ใกล้กว่าที่ด้านหน้า)

สังเกตว่าช่วงผันผวนนี้ แสดงถึงความแปรปรวนอย่างมาก จากพื้นที่ลำเสียงที่กระจายสำหรับองค์ประกอบลำโพงทั้งหมด

แนวโน้มต่อไปคือการมุ่งสู่ความเข้มข้นของลำเสียงที่สอดคล้องกัน

เนื่องจากนี่ไม่ใช่ Coupled Line Source Array จึงไม่สามารถคาดหวังว่า จะได้เห็นความเข้มข้นของลำเสียงปิรามิดคู่ขนานอย่างเต็มกำลัง แต่เป็นเวอร์ชันที่ลดลงในช่วงของการทับซ้อนกันสูงสุด

ช่วง 63 Hz ถึง 125 Hz แสดงการตอบสนองแบบรวมที่แคบกว่าการตอบสนองแบบองค์ประกอบเดียวอย่างสม่ำเสมอ

เมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น ลำเสียงจะแคบลง การทำงานของความเข้มข้นของลำเสียงก็จะชัดเจนขึ้น

ช่วงระหว่าง 125 Hz และ 4 kHz อยู่ในสมรภูมิระหว่างสองปัจจัยที่แข่งขันกันและหักล้าง: การแยกเชิงมุมและระยะห่างของตู้ ที่มีผลต่อความสัมพันธ์ของความยาวคลื่น

ความเป็นจริงทางกายภาพของกลุ่มองค์ประกอบลำโพงหลายกลุ่ม รวมถึงระยะห่างความยาวคลื่นเป็นชั้นเมื่อจำนวนองค์ประกอบลำโพงเพิ่มขึ้น

แต่ละองค์ประกอบจะถูกแทนที่ด้วยจำนวนที่เท่ากัน จากหน่วยที่อยู่ติดกัน ซึ่งการโต้ตอบไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น

การโต้ตอบดำเนินต่อไประหว่างหน่วยที่แยกจากกันเช่นเดียวกัน แม้ว่าผลกระทบจะลดลงโดยการแยกเชิงมุม

ปฏิสัมพันธ์ที่ซ้อนกันเป็นชั้น ๆ นี้ ก่อให้เกิดการถักทอที่ซับซ้อนซึ่งพบในที่นี้

ยกตัวอย่างสั้น ๆ ให้พิจารณาอาร์เรย์ห้าองค์ประกอบลำโพงที่มีระยะห่างครึ่งของความยาวคลื่นใด ๆ

ตู้กลางมีความยาวคลื่นครึ่งหนึ่งจากเพื่อนบ้านที่อยู่ติดกัน แต่มีความยาวคลื่นเต็มจากยูนิตภายนอก

หากองค์ประกอบมีรูปแบบการกระจายที่กว้างในช่วงความถี่ที่กำหนด จะเกิดการโต้ตอบที่ซับซ้อนของลำโพง

ช่วง 250 Hz ถึง 500 Hz ให้ภาพรวมของปัจจัยการแข่งขัน ที่ปริมาณสองถึงสี่องค์ประกอบ ความกว้างของลำเสียงที่รวมกันจะน้อยกว่าหน่วยเดียว ความเข้มข้นของลำเสียงเป็นปัจจัยสำคัญที่นี่

ปริมาณหน่วยที่ห้าและหก การแพร่กระจายเชิงมุมจึงกว้างมาก (200 ถึง 240 องศา) ซึ่งองค์ประกอบที่อยู่นอกสุดได้รับการแยกออกจากกันอย่างเพียงพอ สำหรับการแพร่กระจายของลำเสียงที่จะเกิดขึ้น นอกเหนือไปจากความเข้มข้นของลำเสียงอย่างต่อเนื่อง ขององค์ประกอบส่วนกลาง

ผลลัพธ์คือการตอบสนองแบบรวมที่กว้างกว่าองค์ประกอบเดี่ยว

รูปแสดงระบบลำดับที่สองแบบ Horn-Loaded ขนาดใหญ่ ที่มีมุมกระจายเพียงเล็กน้อย 30 องศา เหนือ 2 kHz

อัตราการขยายความกว้างของลำเสียงความถี่ต่ำ ต่ำกว่าตัวอย่างก่อนหน้านี้อย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากการ Horn-Loaded ของช่วงความถี่ต่ำ

การควบคุมความถี่ต่ำที่เพิ่มขึ้น ให้ระดับการแยกเสียงที่สูงกว่า ลำโพงลำดับที่สอง Front-Loaded แม้ว่าจะมี Splay Angle จะลดลงก็ตาม

ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดการตอบสนองความกว้างของลำเสียงที่สม่ำเสมอกว่าอย่างเห็นได้ชัด

เมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น แรงกระจายของลำเสียงและแรงรวมของลำเสียงจะผลักการตอบสนองไปในทิศทางที่ตรงกันข้าม

กล่าวคือ การตอบสนองของ HF กว้างขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่การตอบสนองของ LF จะแคบลง ทำให้ได้ความกว้างของคลื่นรวมที่สอดคล้องกัน มากกว่าหน่วยเดียวที่ประกอบด้วย

พื้นที่ช่วงกลางเห็นทั้งความเข้มข้น คือปริมาณ < 3 ใบ และการแพร่กระจาย คือปริมาณ > 3 ใบ

อาร์เรย์ห้าองค์ประกอบมีความโดดเด่น และเป็นตัวอย่างของความแปรปรวนสเปกตรัมขั้นต่ำ ปัจจัยอาร์เรย์ได้พบในช่วง 160 องศาตลอดช่วงความถี่ทั้งหมดของอุปกรณ์

ต่อไปจะตรวจสอบผลกระทบของการเหลื่อมเชิงมุม สำหรับองค์ประกอบในปริมาณที่แน่นอน จากรูปในกรณีนี้จะนำอาร์เรย์ลำโพงอันดับสอง Horn-Loaded ขนาดใหญ่ ห้าองค์ประกอบกลับมาใช้ใหม่

ผลของการทับซ้อนเชิงมุมที่เพิ่มขึ้น จะถูกเปรียบเทียบกับการตอบสนอง Unity Splay Angle 30 องศา

มุม Splay Angle 22.5 องศา ทำให้แยกได้ 75 เปอร์เซ็นต์ และซ้อนทับกัน 25 เปอร์เซ็นต์ จาก 30 องศา

ผลลัพธ์ที่รวมกันทำให้ความกว้างของลำเสียงลดลงประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ตลอดช่วงทั้งหมด

ผลกระทบที่ตามมาของการเหลื่อมกันนี้ ไม่สามารถเห็นได้ในความกว้างของลำเสียง นั่นคือความแปรปรวนของระลอกคลื่น และกำลังที่เพิ่มขึ้น

เมื่อการเหลื่อมกันเพิ่มขึ้นเป็น 50 เปอร์เซ็นต์ (การเบี่ยงเบน 15 องศา) จะเกิดสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ขึ้น

การแยกเชิงมุมที่ลดลง ทำให้ความเข้มข้นของลำเสียงหลายหน่วยอยู่ที่เสียงกลางต่ำ และไม่มีจากการแพร่กระจายของลำเสียง

ผลลัพธ์คือความเข้มข้นของลำเสียงมากเกินไป (พีระมิดคู่ขนาน) ซึ่งสร้างการตอบสนองต่ำ/กลางที่แคบกว่าการตอบสนอง HF อย่างมาก

ในมุมนอกสุดของการครอบคลุม จะมีการขยายการตอบสนอง HF อย่างเต็มที่ แต่เสียงกลางและเสียงกลางต่ำจะลดลงมากกว่า -6 dB

สิ่งนี้สร้างการตอบสนองโทนเสียงที่ไม่พึงประสงค์และตรวจจับได้ง่ายที่สุด เพราะเสียงจะเหมือน “โทรศัพท์”

ตามกฎทั่วไป สิ่งสำคัญคือความกว้างของลำเสียงของอาร์เรย์ หรือองค์ประกอบเดี่ยวก็ตาม ความถี่ช่วงกลางและต่ำไม่ควรเแคบกว่าช่วงความถี่สูง (HF Range)

นอกจากคุณภาพเสียงที่คล้ายกับโทรศัพท์ในอาร์เรย์แบบนี้แล้ว ความแปรปรวนของเสียงยังมีเพิ่มขึ้นอีกด้วย

ช้าก่อน แต่อย่างน้อยก็ได้เสียงดังมาก !! แน่นอนว่าเราจะได้อาร์เรย์ ที่สามารถทำให้อยากออกจากห้องได้นั่นเอง!!

ในที่สุดก็มาถึงจุดที่เหลื่อมกัน 100 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมาพร้อมกับมุมกระจาย 0 องศา

แน่นอนว่าสิ่งนี้ได้แปลง Point Source Array มาเป็น Coupled Line Source อย่างสมบูรณ์แบบ

ความกว้างของลำเสียงสามารถมองเห็นได้ว่าจะยุบเข้าด้านในอย่างที่คาดจากพีระมิดคู่ขนาน และสิ่งนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าจะถึงจุดที่ความเข้มข้นของลำเสียงแตกตัว

การสลายตัวเกิดจากการกระจัดของความยาวคลื่นมีสูงมาก จนการตอบสนองของแต่ละลำโพงผ่านกันโดยไม่เกิดเป็นลำเสียงเดียว (รูปซ้ายล่าง)

สำหรับช่วงความถี่นี้ พฤติกรรมของอาร์เรย์ไม่สามารถจัดประเภทเป็น Coupled ได้อีกต่อไป ดังนั้นโมเดลลำเสียงจึงพังลง

ผลที่ได้คือความกว้างของลำเสียงที่รวมกัน จะกลับไปเป็นความกว้างขององค์ประกอบแต่ละส่วน แม้ว่าจะมีความแปรปรวนเป็นระลอกคลื่น (Ripple Variance) มากก็ตาม

ความกว้างของลำเสียงเปลี่ยนไป 10:1 ในอ็อกเทฟระหว่าง 4 และ 8 kHz ซึ่งลบความหวังทั้งหมดเกี่ยวกับประสิทธิภาพความแปรปรวนขั้นต่ำสำหรับอาร์เรย์แบบนี้

เป็นที่น่าสังเกตว่า แนวทางประเภทนี้เป็นประเภทอาร์เรย์ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด สำหรับเสียงคอนเสิร์ตต่าง ๆ ก่อนที่ลำโพงลำดับที่สามจะถือกำเนิดขึ้นในทศวรรษที่ 1990

สรุปนิยามของอาเรย์แบบนี้คือ “ใช่เกี่ยวกับพลังงาน แต่ไม่ใช่เกี่ยวกับความแปรปรวนขั้นต่ำ”

ต่อมาจะย้ายไปยังลำโพงลำดับที่สาม

โดยธรรมชาติแล้ว มุมกระจายจะลดลงเหลือเพียงเล็กน้อย เมื่อเทียบกับระบบลำดับที่หนึ่งและลำดับที่สอง

ในกรณีนี้ ช่วงความถี่สำหรับมุมการแผ่กระจายของ Unity Splay Angle มีค่าต่ำที่สุดเท่าที่เคยมีมา หรือแทบไม่มีเลย

การตอบสนองของลำโพงองค์ประกอบเดียวจะถูกเปรียบเทียบกับการเพิ่มเป็นสองเท่าอย่างต่อเนื่องจนถึงแปดหน่วย มีแนวโน้มที่สำคัญหลายประการ

เริ่มต้นด้วยลักษณะการแพร่กระจายของลำเสียงที่ 8 kHz

ขอให้สังเกตว่าการตอบสนองของหน่วยเดียว (15 องศา) กว้างกว่าของสองหน่วย (8 องศา) และเท่ากับของสี่องค์ประกอบ

สิ่งนี้สอดคล้องกับข้อเท็จจริงที่ว่า มุมที่เลือก (ระยะกางสูงสุดของผู้ผลิต กับมาตรฐาน Rigging Frames) มักมีค่าน้อยกว่า Unity Splay Angle.

เมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น หน่วยที่อยู่นอกสุดจะทับซ้อนกันน้อยลง และลำเสียงถึงจะเริ่มกระจายออกไป

เมื่อความถี่ต่ำลง การซ้อนทับกันจะแรงขึ้น และความเข้มข้นของลำเสียงจะเด่นขึ้นเรื่อย ๆ

ผลลัพธ์ที่ได้คือ ความกว้างของลำเสียงที่รวมกันค่อย ๆ และแบนลง ซึ่งตรงกันข้ามกับความลาดเอียงขององค์ประกอบใบเดียว

นี่คือคุณสมบัติการออกแบบที่สำคัญของลำโพงลำดับที่สาม Point Source Array ประกอบด้วยประกอบที่แคบลงเรื่อย ๆ จะทำให้เกิดเอฟเฟกต์การหักล้างอย่างต่อเนื่อง ท่ามกลางพฤติกรรมของลำเสียง

โดยความถี่ที่สูงขึ้น การแพร่กระจายที่รวมกันจะเกิดจากการแยกตัว แต่เมื่อความถี่ต่ำลงมา ลำเสียงที่รวมกันจะเข้มข้นขึ้นเนื่องจากการเหลื่อมกัน

ผลที่ได้คือเอฟเฟกต์แบบผลักและดึง ที่ทำให้ความกว้างของลำเสียงแบนลงในช่วงความถี่ที่ต่ำลง เมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น

การสังเกตการตอบสนองต่อปริมาณ เผยให้เห็นพื้นที่ราบเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โดยแต่ละปริมาณก็เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเช่นกัน โดยสองยูนิตให้ค่าแบนลงเหลือ 2 kHz สี่ยูนิตขยายลงเป็น 1 kHz และแปดยูนิตลดความกว้างของลำเสียงลงจนสุดที่ 500 Hz

สรุป ความกว้างลำเสียงตู้ลำโพง

ลำโพงแต่ละประเภทมีมุมกระจายที่ต่างกัน การใช้งานก็ย่อมแตกต่างกันออกไป รวมถึงปัจจัยต่าง ๆ ทั้งมุม Splay จำนวนที่ใช้ ระยะการวางที่ส่งผลต่อความถี่ เป็นต้น ซึ่งความรู้ความเข้าใจในเรื่องนี้ จะทำให้ผู้อ่านเข้าใจในลักษณะของลำโพงแต่ละประเภท วิธีการจัดการ การเลือกใช้งาน ตลอดจนการออกแบบระบบเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ