Coupled Point Source อาเรย์ และกระบวนการ

จากข้อจำกัดของ Coupled Line Source ถึงการเปลี่ยนแปลงมุมครอบคลุมที่เกิดขึ้น ในระยะทางที่แตกต่างกันเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น และการลดระดับเสียง Level Tapering ไม่ส่งผลที่ดีในด้านใด ต่อมาถึงเวลาที่ต้องทำความเข้าใจกับ Coupled Point Source อาเรย์ โดยแบ่งเป็นทั้งแบบสมมาตรและไม่สมมาตร

โดยแบบสมมาตรจะถูกตรวจสอบ 2 ตัวแปร สำหรับผลกระทบต่อความแปรปรวนทางสเปกตรัม คือมุม Splay และปริมาณลำโพง โดยความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณและลำดับลำโพงจะถูกมองเห็นได้โดยอ้อม ส่วนรูปแบบที่ไม่สมมาตรจะหมายถึง ผลกระทบจากลำดับลำโพง ระดับเสียง และมุม Splay ที่ไม่ตรงกัน

และสุดท้ายจะเป็นลักษณะ Scalar Factor ที่แสดงถึงความสามารถในรูปแบบที่ซ้ำกัน ในพื้นที่ที่เล็กกว่าหรือใหญ่กว่า โดยใช้หลักการของความไม่สมมาตร

เอฟเฟกต์จากมุม Splay ลำโพง

ตัวแปรแรกที่จะสำรวจคือมุม Splay Angle โดยจะเพิ่มส่วนโค้งที่มากขึ้นเรื่อย ๆ ให้กับ Line Source ที่กำลังจะตรวจสอบผลกระทบ

การมีอยู่ของมุม Splay แม้จะเป็นมุมเล็ก ๆ ก็สร้างโอกาสสำหรับการลดความแปรปรวนทางสเปกตรัม ซึ่งไม่สามารถพบได้ใน Coupled Line Source

การเพิ่มมุมจะมากหรือน้อย คือการเพิ่มแนวโน้มสู่การแยกเข้าไปในสมการของผลรวม

รูปแสดงสถานการณ์ที่แตกต่างกัน 4 สถานการณ์โดยมีมุม Splay เพิ่มต่อเนื่องเป็นสองเท่า

ในทุกกรณี จะใช้องค์ประกอบลำโพงลำดับที่สามจำนวน 16 ใบ ในระดับเสียงที่เท่ากัน

สิ่งที่ถูกเปิดเผยคือ การเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป ของพฤติกรรมการรวมของลำเสียงที่คุ้นเคย ไปสู่พฤติกรรมใหม่ คือการแพร่กระจายของลำเสียง

เริ่มต้นด้วยการเพิ่มมุมทีละ 0.5 องศาต่อองค์ประกอบ การกระจายมุมรวมกันคือ 8 องศา (16 X 0.5 องศา)

การตอบสนองความถี่ต่ำ 125 Hz แทบไม่เปลี่ยนแปลงจาก Coupled Line Source องค์ประกอบ 16 ใบ

สิ่งนี้ไม่น่าแปลกใจ เนื่องจากมุม Splay 0.5 องศา หรือการกระจายมุมรวมกัน 8 องศานั้น ไม่สามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ ต่อองค์ประกอบที่มีมุมกระจายเสียงลำโพงรวม 300 องศา

เมื่อเลื่อนไปที่ช่วง 500 Hz การเปลี่ยนแปลงก็เล็กน้อยเช่นกัน ด้วยเหตุผลที่คล้ายกัน

การตอบสนอง 2 kHz เริ่มแสดงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญบางอย่าง การบรรจบกันของปิรามิดกำลังถูกทำให้สั้นลง ด้วยการทำมุมเอียง ช่วยให้เส้นกระจายขยายออกมา

การตอบสนอง 8 kHz เผยระบบที่สามารถควบคุมตัวเองได้ การตอบสนองจะถูกตรึงไว้ที่ความกว้างของอาร์เรย์ และไม่สามารถควบคุมตัวเองได้ตั้งแต่กลางพื้นที่ ซึ่งเปลี่ยนจากความเข้มข้นของลำเสียงเป็นการแพร่กระจายของลำเสียง

เมื่อมุม Splay เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าคือ 1 องศา จะเห็นว่าการแผ่กระจายของลำเสียงไปทั่วมากขึ้น ขอบเขตของการกระจายเสียงมีขนาดกว้างขึ้น

การแพร่กระจาย 16 องศา เพียงพอที่จะเปลี่ยนจากความเข้มข้นของลำเสียง เป็นการกระจายเสียงในช่วงความถี่สูง

พื้นที่ครอบคลุมถูกกำหนดโดยชัดเจน เป็นพื้นที่เชิงมุมที่มีขอบเขตอย่างเห็นได้ชัด

รูปร่างการครอบคลุมที่สร้างขึ้นโดยการแพร่กระจาย จะแตกต่างจากการครอบคลุมที่สร้างขึ้นโดยความเข้มข้นของลำเสียง แม้ว่าจะอธิบายให้เป็นความกว้างเสียงเช่นกันก็ตาม

ต้องไม่พลาดการแยกแยะเรื่องนี้ออกจากกัน เนื่องจากมุมครอบคลุมเสียง ถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบจุด On-Axis กับจุด -6 dB

โดยรูปร่างการแพร่กระจายของลำเสียงจะคงค่า O dB ไว้เหนือส่วนโค้ง จากนั้นจึงลดลงอย่างรวดเร็วจนถึง -6 dB และมากกว่า

แต่ในส่วนความเข้มข้นของลำเสียง จะเริ่มลดลงทันทีเมื่อออกจากจุด On-Axis

เฉพาะจุด O dB และ -6 dB เท่านั้นที่จะเหมือนหรือตรงกัน เมื่อเปรียบเทียบรูปร่างของรูปแบบดังกล่าว (สามารถอ่านทำความเข้าใจเพิ่มเติมได้ที่ Coupled และ Uncoupled Array ความแปรปรวนขั้นต่ำ)

ลองเพิ่มมุม Splay สองเท่าอีกครั้ง เป็น 2 องศา สร้างมุมรวม  32 องศา

การตอบสนอง 500 Hz กำลังพบตัวเองอยู่ในการแยก ในขณะที่ช่วงความถี่สูงแสดงให้เห็นถึงการกระจายตัวเป็นอย่างดี

การเพิ่มเป็นสองเท่าครั้งสุดท้าย มุม Splays 4 องศา เหลือเพียงการตอบสนอง 125 Hz ที่เหลืออยู่ในโหมดความเข้มข้นของลำเสียง

อย่างไรก็ตาม เราได้บรรลุเรื่องสำคัญคือ รูปแบบการครอบคลุมในช่วง 8 อ็อกเทฟนี้ เกือบเป็นไปอย่างสมบูรณ์

การตอบสนองทั้ง 4 แสดง -6 dB ห่างกันประมาณ 64 องศา

การตอบสนอง HF มีขอบที่ชัดเจนที่สุด

การตอบสนอง LF มีรูปร่างความเข้มข้นของลำเสียง แต่จะมีการเปลี่ยนเป็น -6 dB ณ จุดเดียวกัน

ตอนนี้สามารถประเมินอาร์เรย์ทั้งสี่นี้ได้ด้วยเกณฑ์ความแปรปรวนขั้นต่ำ

ทั้งหมดแสดงความแปรปรวนทางสเปกตรัมขั้นต่ำ มากกว่าที่พบใน Coupled Line Source Arrays ที่การแพร่กระจายของเสียงสูง ได้รับการยับยั้งในพฤติกรรมการแคบลง หรืออยู่ในโหมดความเข้มข้นของลำเสียงทุกความถี่

ความแปรปรวนทางสเปกตรัมขั้นต่ำพบได้ในอาร์เรย์ที่กว้างที่สุดสี่องศา

ประโยชน์เพิ่มเติมคือ สิ่งนี้จะมีความแปรปรวนของระลอกคลื่นต่ำที่สุด (Ripple Variance) เนื่องจากการทับซ้อนกันที่ลดลง

ดังนั้นจึงได้พบอาร์เรย์ความแปรปรวนขั้นต่ำแล้ว นั่นคือ Point Source แบบสมมาตร นั่นเอง

ความสำเร็จของอาร์เรย์ประเภทนี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะลำโพงลำดับที่สามเท่านั้น แต่สามารถใช้ได้กับทุกลำดับ !!

รูปแสดงความแตกต่างกัน สำหรับการครอบคลุม 90 องศา ของลำโพงลำดับที่หนึ่งเพียงใบเดียว ไปจนถึงลำโพงลำดับที่สองที่จับคู่กันหกองค์ประกอบ ในทุกกรณี การตอบสนองของ HF จะอยู่ในช่วง 90 องศา

เมื่อมุมครอบคลุมลดลง ปริมาณที่จำเป็นในการเติมเต็มลำโพงกับพื้นที่จึงเพิ่มขึ้น และเมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น การตอบสนองความถี่ต่ำจะแคบลง พร้อมทั้งเกิด Combing ที่มากขึ้น

การลดลงของความแปรปรวนทางสเปกตรัม จะมาพร้อมกับความแปรปรวนระลอกคลื่น (Ripple Variance) ที่เพิ่มขึ้น นั่นคือการแลกเปลี่ยนที่ต้องเผชิญ

เอฟเฟกต์ระดับเสียงไม่สมมาตร

Coupled Point Source ที่สมมาตรอย่างสมบูรณ์ จะสร้างรูปร่างคล้ายพัดในแนวรัศมี ที่มีความแปรปรวนน้อยที่สุด

ต่อไปจะตรวจสอบผลกระทบจากความไม่สมดุลในระดับเสียง

ตัวอย่าง ลำโพง 32 ใบ Array ที่มีมุม Splays 1 องศาคงที่ในทุก ๆ ใบ

ระดับจะลดลงใบละ 0.25 dB เพื่อให้แต่ละตู้ได้รับระดับที่ต่ำลงอย่างต่อเนื่อง (Level Tapering)

หมายเหตุ: การลดลงอย่างต่อเนื่องดังกล่าว ไม่ใช่ลักษณะทั่วไปของการนำไปปฏิบัติจริงในภาคสนาม แต่ใช้ในที่นี่ เพื่อแสดงตัวอย่างที่ชัดเจนของแนวโน้ม

โดยจะได้ระดับที่ลดลงมา 8 เดซิเบล จาก 0.25 เดซิเบล ต่อเนื่อง 31 ครั้ง

แน่นอนจะมีการเปลี่ยนรูปแบบของการกระจายความครอบคลุมอย่างไม่สมมาตร

สังเกตความแตกต่างระหว่างช่วงความถี่ต่ำ และความถี่สูงทั้งสองช่วง

ช่วงความถี่สูงได้รับรูปทรงที่แสดงให้เห็น Level Tapering ในระดับความดังที่ต่อเนื่องกันอย่างชัดเจน

เมื่อระดับลดลง Level Tapering ช่วงลำตัวของเสียงในอาเรย์จะถูกดูดเข้าไป สำหรับการเพิ่มความคาดหวังที่เกี่ยวกับระดับเสียงและระยะทาง

พฤติกรรมนี้เปลี่ยนรูปร่างได้เนื่องจากมีการแยกเชิงมุมร่วมด้วย

เปรียบเทียบการตอบสนอง 8 kHz และ 2 kHz ที่ตรงกัน ซึ่งแตกต่างกับการระดับที่ลดลง Level Tapering ก่อนหน้านี้ใน Coupled Line Source Array

อย่างไรก็ตาม ช่วงความถี่ต่ำมีความคล้ายคลึงกับสถานการณ์เดิมมากกว่า เนื่องจากการกระจายเชิงมุม 1 องศา ไม่ได้ให้การแยกที่เพียงพอสำหรับออกจากโหมดความเข้มข้นของลำเสียง

ดังนั้น ช่วงเหล่านี้จึงทำหน้าที่เหมือน Line Source Array ที่สั้นลง และจะเห็นศูนย์กลางลำเสียงเพิ่มขึ้นพร้อมกับความถี่อีกครั้ง

โดยหากลำเสียงยังคงอยู่กึ่งกลางของอาร์เรย์ จะทำให้ขัดแย้งกับทิศทางที่กระจายในช่วงความถี่สูง

ให้ตำแหน่งที่ลำเสียงจะโฟกัสโดยไม่มีการปรับลดระดับ จะแสดงด้วยเส้นประสีดำ และลำเสียงที่เกิดจากผลรวมทาง Acoustic จากการปรับลดระดับ หรือมุม Splay จะแสดงด้วยเส้นสีแดง

ปรากฎความจริงที่ว่าช่วง 500 Hz ถูกยกขึ้นในระดับที่คล้ายกับการตอบสนองของ HF ส่วนการทับซ้อนที่มากเกินไปใน LF ส่งผลให้ที่ความถี่ 125 Hz ถูกยกขึ้นน้อยที่สุด

เมื่อ Level Tapering ของระดับเพิ่มขึ้น (รูปฝั่งขวา) ผลที่ได้คือมุมของเส้นความแปรปรวนต่ำจะโค้งงอลง

ถ้ามองภาพอาร์เรย์นี้เป็น Section View จะเห็นว่าการลดระดับเสียงลงที่มากขึ้น ทำให้มีระดับเหมาะสมขึ้นสำหรับที่นั่งของผู้ชม ช่วยให้ปรับรูปแบบการตอบสนองให้พอดีกับพื้นผิวที่เอียงได้

การควบคุมนี้จะมีประสิทธิภาพสูงมากขึ้น เมื่อมีการแยกมุม Splay ออกจากกัน และจะน้อยลงเมื่อการทับซ้อนสูงขึ้น

ดังนั้น ความง่ายในการควบคุมโดยทั่วไปจะแปรผกผันกับความถี่

สถานการณ์การลดระดับเสียง 16 dB ยังเผยให้เห็นลำเสียงที่เอียงขึ้นมากกว่าการลดระดับเสียง 8 dB (แนวลูกศรสีแดง) ของความถี่ที่ต่ำกว่า 125 Hz (ในตัวอย่างนี้) โดยขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงจะไม่มากไปกว่า ความชันที่เพิ่มขึ้นของการตอบสนอง HF

เป็นที่น่าสังเกตว่า ช่วงความถี่ต่ำมีการควบคุมน้อยลงเนื่องจากการลดระดับเสียง Level Tapering ตรงกันข้ามเมื่อทุกหน่วยมีระดับเสียงที่เต็ม ลำเสียงจะแคบที่สุด ซึ่งหมายถึงการควบคุม

การควบคุมเสียงต่ำที่น้อยลง เป็นผลมาจากการปรับลดระดับเสียง Level Tapering เกิดเป็นลำเสียงบนองค์ประกอบอาร์เรย์ที่ดังกว่าในยูนิตด้านบน

การสูญเสียการควบคุมเสียงต่ำเกิดขึ้นพร้อมกับข้อดีในการควบคุมทิศทาง ของการตอบสนองความถี่ที่มีความแปรปรวนขั้นต่ำที่สุดในความถี่ที่สูงขึ้นไป

ทีนี้มาตรวจสอบอาร์เรย์นี้ในแง่ของพารามิเตอร์การประเมินความแปรปรวน นั่นคือ ระดับเสียง ( Level) สเปกตรัม (Spectral) และระลอกคลื่น (Ripple)

ในแง่ของระดับเสียงสามารถปรับแต่งได้ด้วยการลดระดับเสียง Level Tapering รูปร่างนี้ขึ้นอยู่ในแต่ละช่วงความถี่ และแสดงแนวโน้มในรูปแบบต่าง ๆ

ความแปรปรวนต่ำสุดจะพบได้เมื่อการแพร่กระจายของลำเสียงและความเข้มข้นขอลำเสียงตรงกัน

อย่างไรก็ตาม ในกรณีอสมมาตรนี้ ความครอบคลุมไม่สามารถกำหนดเป็นมุมได้ แต่จะกำหนดเป็นรูปร่างแทน

การตอบสนองแบบกระจายลำเสียง ช่วยกำหนดรูปทรงได้อย่างชัดเจน และสามารถปรับแต่งให้พอดีกับพื้นที่ได้อย่างแม่นยำ

ภารกิจสำหรับช่วงความเข้มข้นของลำเสียง คือการตอบสนองในทิศทางที่สูงขึ้น เพื่อบังคับการแพร่กระจาย

ควรพิจารณาเรื่องลำดับความสำคัญในจุดนี้

“สมมติว่าไม่สามารถบรรลุความแปรปรวนทางสเปกตรัมขั้นต่ำตลอดช่วงความถี่ทั้งหมดได้ ช่วงใดที่จะโฟกัสให้ดีที่สุด และช่วงใดที่ควรปล่อยไป ?”

ทราบกันดีอยู่แล้วว่าช่วง HF จะควบคุมได้ง่ายที่สุด ในขณะที่ช่วง LF มักจะทับซ้อนกัน ดังนั้นจึงมีความท้าทายที่มากกว่า

นอกจากนี้ยังทราบด้วยว่า ความพยายามในการควบคุมช่วง LF โดยสร้างความเข้มข้นของลำเสียง อาจย้อนกลับมาเป็นการควบคุมที่มากเกินไปในช่วงความถี่สูง !!

คำตอบสำหรับการจัดลำดับความสำคัญอยู่ในเรื่อง การรวมลำโพง/ห้อง จะเป็นปัจจัยหลักสำหรับช่วง LF มากกว่า HF (เว้นแต่ห้องจะไม่ดีจริง ๆ)

ดังนั้นควรคาดหวังว่า ช่วงความถี่ที่ต่ำจะได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ

แม้รูปร่างของ Array จะไม่สอดคล้องกับช่วงความถี่ต่ำ ก็ยังเป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานจากการรวมลำโพง/ห้อง

เนื่องจากเมื่อเข้าสู่ช่วงความถี่ต่ำ ส่วนร่วมจากห้องจะมาช่วยให้พลังงานเพิ่มขึ้นโดยไม่มีค่าใช้จ่าย

ดังนั้นจึงต้องจัดลำดับความสำคัญด้วยช่วงความถี่ สิ่งสำคัญอันดับแรกคือ การจับคู่เสียงกลางสูงกับเสียงสูง จากนั้นเพิ่มเสียงกลางต่ำ และความถี่ต่ำตามลำดับ

ถัดมามองดูรูปแบบการตอบสนองความถี่ ที่ตำแหน่งฟังเสียง

สามารถวิ่งจาก On-Axis ในระยะไกล ไปยัง Off-Axis ในระยะใกล้ได้หรือไม่ ? คำตอบคือได้ เส้นที่มีระดับเสียงเท่ากัน จะตรงไปตามเส้นทะแยงมุม และการตอบสนองความถี่จะสม่ำเสมอเมื่อเคลื่อนที่ตามเส้นทะแยงมุมนี้

จำไว้ว่านั่นหมายความว่ามีโอกาสสูงที่จะได้ความเอียงของสเปกตรัมที่ตรงกัน สามารถใช้โซลูชันการปรับความสมดุลนี้ ให้เป็นประโยชน์ต่อพื้นที่จำนวนมาก

ข้อพิจารณาสุดท้ายสำหรับอาร์เรย์นี้คือความแปรปรวนระลอกคลื่น (Ripple Variance)

จากการศึกษาลึกลงเรื่องการรวมกันของเสียง ในพื้นที่ Spatial Crossover แสดงความแปรปรวนที่สูงในพื้นที่ทับซ้อน

เนื่องจากกรณีนี้มีถึง 31 พื้นที่การทับซ้อนที่ไม่สมมาตร ซึ่งแต่ละส่วนจะมีความผันผวน

โดยตัวอย่างนี้มีมุม Splays เพียง 1 องศา ดังนั้นการทับซ้อนจึงมีมาก

มีสองปัจจัยที่สำคัญ สำหรับช่วยลดความแปรปรวน

1. การปรับมุม Splay และการลดระดับเสียง Level Tapering ช่วยลดจำนวนการซ้อนทับกันสองเท่า สามเท่า และสี่เท่า ฯลฯ โดยไม่เหมือนที่พบใน Coupled Line Source Array ผู้ฟังจะไม่ได้อยู่ในพื้นที่สามเหลี่ยมมุมแหลม ของความแปรปรวนจากผลรวมอีกต่อไป แต่เป็นพื้นที่สามเหลี่ยมมุมป้านที่นำไปสู่การแยกเสียง (Isolation)

2. การชดเชยเวลาที่ต่ำ (หากตู้มีขนาดเล็กและวางชิดกันอย่างหนาแน่น) จะเกิดการกระจัดน้อยที่สุดระหว่างแหล่งที่มาที่ทับซ้อนกัน

ดังนั้นสามารถสรุปได้ว่า การปรับลดระดับเสียง Level Tapering ของ Coupled Point Source แบบไม่สมมาตร มีศักยภาพเป็นอย่างมาก สำหรับประสิทธิภาพความแปรปรวนขั้นต่ำในทั้งสามประเภท

เอฟเฟกต์ของการปรับระดับเสียง Level Tapering

ต่อมาผลกระทบที่เกิดจากขั้นตอนในการปรับระดับเสียง Level Tapering จะมีผลอย่างไร ?

เมื่อระดับเสียงที่ลดลง 16 dB ถูกลดโดย 32 ขั้นตอน หรือเพียง 2 ขั้นตอนเท่านั้น สำคัญหรือไม่ ?

ซึ่งสามารถเดาได้ทันทีว่าจะต้องมีผลกระทบ แต่จะมากน้อยเพียงใดและความถี่เท่าใหร่ ?

คำตอบคือ ยิ่งแบ่งส่วนการปรับระดับเสียง Level Tapering ได้ละเอียดเท่าไร ส่วนขอบของการตอบสนองจะละเอียดขึ้นเท่านั้น

รูปแสดงการตอบสนอง Level Tapering โดยปรับทีละใบ 32 ขั้นตอน และปรับทีละ 8 ใบ 4 ขั้นตอนตามลำดับ

ความแตกต่างเกือบทั้งหมดจำกัดอยู่ที่ช่วงความถี่สูง ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีการแยกระหว่างองค์ประกอบต่าง ๆ มากที่สุด

สถานการณ์สี่ช่วงความถี่จะทิ้งเอกลักษณ์ไว้ในการตอบสนอง 8 kHz

รูปร่าง HF ถูกทำให้เรียบโดยการซ้อนทับกันจำนวนมาก

รูปร่างการตอบสนองความถี่สูงจะเพิ่มขึ้น เมื่อการแยกองค์ประกอบมากขึ้น หากการ Splay มากขึ้น การแยกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

อาร์เรย์ของระบบลำโพงอันดับแรกจะต้องการองค์ประกอบที่น้อยที่สุดในการปรับระดับเสียง Level Tapering ในขณะที่ระบบอันดับที่สามจะต้องการองค์ประกอบจำนวนมาก

การแบ่งส่วนในระบบแบบละเอียด มีค่าใช้จ่ายในการประมวลผลสัญญาณและการขยายสัญญาณ (DSP และ Power Amp) ขั้นตอนถูกเพิ่มไปในกระบวนการสำหรับเพิ่มประสิทธิภาพ และยังเพิ่มโอกาสในข้อผิดพลาดในการเดินสายอีกด้วย

แต่เส้นทางหรือขึ้นตอนที่ง่าย จะจำกัดความสามารถของในการลดระดับ Level Tapering ของอาร์เรย์

จากมุมมองที่ต้องการความแปรปรวนขั้นต่ำ มีกระบวนการคิดง่าย ๆ คือ เมื่อองค์ประกอบมีมุมคงที่ แต่ระยะครอบคลุมกับไม่สมมาตร องค์ประกอบจึงต้องการระดับเสียงหรือการขับเคลื่อนเสียงที่ไม่สมมาตรตามไปด้วย เพื่อให้ได้ระดับเสียงที่เท่ากัน

เอฟเฟกต์จากลำดับลำโพง

ก่อนหน้านี้ได้ดูรูปที่แสดงถึงผลกระทบจากลำดับลำโพง ต่อพฤติกรรมของ Line Source Array

ตอนนี้จะทบทวนแนวคิดเดียวกันสั้น ๆ สำหรับ Coupled Point Source อาเรย์ แบบไม่สมมาตร โดยการดูลำโพงอาร์เรย์อันดับสองและสามที่มีพารามิเตอร์ใกล้เคียงกัน

ความยาวของอาร์เรย์, มุม Splay โดยรวม และการลดระดับเสียง Level Tapering ตรงกัน

แน่นอนว่า ความครอบคลุมและปริมาณขององค์ประกอบแต่ละรายการนั้นแตกต่างกัน โดยองค์ประกอบลำดับที่สามจะมีจำนวนมากกว่าและแคบกว่า

จากรูปเผยให้เห็นส่วนที่คล้ายคลึงกัน และความแตกต่างที่สำคัญบางประการ

ความคล้ายคลึงกันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า การกำหนด ปรับแต่งค่าต่าง ๆ ของอาร์เรย์ เป็นปัจจัยชี้ขาดมากกว่าธรรมชาติขององค์ประกอบแต่ละรายการ

“อาร์เรย์ที่ประกอบด้วยลำดับองค์ประกอบที่ต่างกันแต่มีการกำหนดค่าที่ตรงกัน จะมีความคล้ายคลึงกันมากกว่า องค์ประกอบลำดับที่ตรงกันแต่มีการกำหนดค่าต่างกัน”

จะเห็นได้ว่าช่วงความถี่ทั้งสี่แสดงรูปร่างพื้นฐานที่เหมือนกัน

อาร์เรย์ทั้งสองจะเป็นไปตามเกณฑ์ความแปรปรวนสเปกตรัมขั้นต่ำพื้นฐาน คือการแพร่กระจายของลำเสียงในช่วงความถี่สูง และบังคับทิศทางของลำเสียงในช่วงความถี่ต่ำ ซึ่งพบได้ในอาร์เรย์ทั้งสองแบบ

การตอบสนองความถี่สูงของอาร์เรย์ทั้งสอง มีรูปร่างโดยรวมที่คล้ายกันในพื้นที่หลัก ดังที่เส้นสีส้มแสดงไว้

ข้อแตกต่างที่สังเกตได้ประการหนึ่งคือ ความครอบคลุมของ HF เหนือองค์ประกอบบนสุดในอาร์เรย์

ระบบลำดับที่สองซึ่งมีการกระจายเสียงที่กว้างกว่า จะมีการรั่วไหลของเสียงมากกว่าที่ด้านบนสุดของอาร์เรย์

การตอบสนองที่ความถี่ต่ำและความถี่กลางต่ำ มีจุดโฟกัสเดียวกันทั้ง 2 องค์ประกอบ สำหรับลำเสียงหลัก

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความยาว Line Length และการลดระดับเสียง Level Tapering ที่ใกล้เคียงกัน

ความแปรปรวนระลอก (Ripple Variance) นั้นสูงกว่าในระบบอันดับที่สอง เนื่องจากการกระจัดหรือระยะห่างที่มากขึ้น เนื่องจากองค์ประกอบที่มีจำนวนน้อยกว่า

สามารถสรุปอะไรจากสิ่งนี้ได้บ้าง ?

สามารถบรรลุความแปรปรวนขั้นต่ำในเชิงสเปกตรัมได้ ด้วยการกำหนดค่าและปริมาณ โดยไม่ต้องคำนึงถึงลำดับของลำโพง
เมื่อลำดับลำโพงเพิ่มขึ้น จะมีข้อได้เปรียบที่อาจเกิดขึ้นจากกำลังที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการใช้องค์ประกอบต่าง ๆ ที่มากขึ้น เพื่อสร้างรูปร่างที่ต้องการ

การรวมของมุม Splay Angle และเอฟเฟกต์ระดับเสียงอย่างไม่สมมาตร

มีกลไกหลักสองอย่างที่สามารถบังคับทิศทางของความแปรปรวนขั้นต่ำให้เป็นแนวทแยงมุมได้ คือความไม่สมมาตรของระดับเสียง และความไม่สมมาตรเชิงมุม

ทั้งสองสามารถใช้งานควบคู่กันได้ เพื่อสร้างเอฟเฟกต์ในการรวมกัน ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง

เอฟเฟกต์แต่ละอย่างของ Level Tapering และ Angle Tapering จะแสดงแยกกันและรวมกันดังรูปต่อไปนี้

จากรูปกลไกที่แตกต่างกันทั้ง Level Tapering และ Angle Tapering สามารถสร้างเอฟเฟกต์รูปร่างที่คล้ายกันมากในสเปกตรัมทั้งหมด

แน่นอนว่าขอบเขตของความคล้ายคลึงกัน จะขึ้นอยู่กับจำนวนของความไม่สมมาตรในแต่ละประเภท

เอฟเฟกต์ที่รวมกันบ่งชี้ว่า กลไกทั้งสองนี้สามารถใช้ควบคู่กันได้ เพื่อสร้างอาร์เรย์ที่ไม่สมมาตรสูง ที่มีความแปรปรวนทางสเปกตรัมขั้นต่ำ

เอฟเฟกต์การรวมของลำดับลำโพง มุม Splay Angle และระดับเสียงอย่างไม่สมมาตร

อีกรูปแบบหนึ่งของ Point Source แบบไม่สมมาตร คืออาร์เรย์ที่มีองค์ประกอบลำโพงที่ไม่ตรงกัน

แน่นอนว่ามีความเป็นไปได้ที่ไม่จำกัดในเรื่องนี้ ตัวอย่างจากรูปที่จะเป็นอีกเวอร์ชันหนึ่งของอาร์เรย์ คือแบบ “Layered Array” ซึ่งได้รวบรวมเอามุมครอบคลุม ระดับเสียง และมุม Splay ที่แตกต่างกัน

ผลลัพธ์ที่ได้คือเส้นโค้งของความแปรปรวนขั้นต่ำ ในแบบที่คุ้นเคยของ Point Source แบบไม่สมมาตร

สิ่งเหล่านี้แสดงให้เห็นถึง ตัวเลือกที่หลากหลายในการสร้างรูปทรงพื้นฐานนี้ ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ พื้นที่แยกของการตอบสนองความถี่ (Isolated Areas) จะตอบสนองมากที่สุดต่อเทคนิคการควบคุมแบบไม่สมมาตร

โดยในตัวอย่างนี้เนื่องจากเป็นอาร์เรย์ขนาดเล็ก ดังนั้นการบังคับ LF จึงค่อนข้างจำกัด

มาตราส่วนที่ลดลงทั้งระดับและมุม Splay เป็นเหตุผลที่ทำให้เกิดสถานการณ์นี้ ไม่ได้เกิดจากคุณสมบัติที่แตกต่างของการผสมลำดับของลำโพง

การควบคุม LF ที่เหนือกว่าของอาร์เรย์ก่อนหน้านี้ เป็นผลมาจากความยาวของ Array ที่มาก

Scalar Factor

Scalar Factor คือ ความสามารถในการปรับขนาดของ Point Source Array แบบไม่สมมาตร

ซึ่งเมื่อรักษาความสัมพันธ์ของมุม Splay และระดับเสียงโดยรวม จาก Array ใบบนสุดลงมายังใบล่างสุด รูปร่างเสียงจะเหมือนเดิมหรือไม่ ?

ตัวอย่างจากรูป จะใช้เทคนิคการเพิ่มหรือลดครึ่งหนึ่งของพารามิเตอร์ที่จำเป็น เพื่อสร้างเงื่อนไขในการปรับขนาด

เมื่อปริมาณองค์ประกอบลดลงครึ่งหนึ่ง มุม Splay Angle จะเพิ่มเป็นสองเท่า เพื่อรักษามุมกระจายโดยรวมเอาไว้

โดยเมื่อปริมาณลดลงครึ่งหนึ่ง พื้นที่จำลองก็ลดลงครึ่งหนึ่งเช่นกัน เพื่อให้ความสัมพันธ์กับขนาดทั้งหมดคงไว้

พารามิเตอร์ที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง คือลำดับองค์ประกอบลำโพง และการลดระดับเสียง Level Tapering ต่อเนื่องโดยรวมจากลำโพงใบบนลงล่าง

อาร์เรย์จะรักษาความยาวของเส้นความแปนปรวนขั้นต่ำ ตามสัดส่วนของขนาด แต่เล็กลงในอัตราส่วนสัมพันธ์ต่อพื้นที่

เนื่องจากความถี่ (ความยาวคลื่น) ไม่ได้ถูกปรับขนาดตาม จึงคาดได้ว่าจะเห็นการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับความยาวของ Line Length

แนวโน้มแรกอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 kHz ขึ้นไป รูปร่างของการครอบคลุมโดยรวมจะเหมือนกันทั้งสามกรณี

ทำให้ยืนยันได้ทันทีว่า พฤติกรรมขององค์ประกอบใน Isolated Areas สามารถปรับขนาดได้

เนื่องจากอาร์เรย์ทั้งสามแบบแสดงพฤติกรรมการแพร่กระจายที่คล้ายกัน ในมุมรวม 32 องศาและการลดระดับเสียง Level Tapering ต่อเนื่อง 16 dB

(หมายเหตุ: การตอบสนอง 8 kHz ของอาร์เรย์ขนาดเล็ก 8 ใบ ทำให้มีลักษณะคล้ายความแปรปรวนของระลอกคลื่นที่เพิ่มขึ้น (Ripple Variance)

นี่เป็นผลลัพธ์ที่เกิดจาก การปรับขนาดความละเอียดของโปรแกรมการออกแบบ แทนที่จะเป็นการตอบสนองทางอะคูสติก

ซึ่งมีการคาดการณ์สำหรับอาร์เรย์ขนาดใหญ่ ในพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น 4 เท่า ของความยาวคลื่น 8 kHz จึงเป็นสเกล 1/4

ผลที่ได้คือ การแสดงผลความแปรปรวนของระลอกคลื่นที่เรียบขึ้น ซึ่งความเป็นจริงไม่ใช่การกำจัดความแปรปรวนของระลอกคลื่น (Ripple Variance) ออกไป)

ทีนี้เลื่อนลงไปที่ช่วง 500 Hz จะเห็นความเข้มข้นของลำเสียง ซึ่งความยาว Line Array (Line Length) จะเป็นตัวกำหนดรูปแบบการครอบคลุมในช่วงนี้ ไม่ใช่อัตราส่วน Scalar

ในทั้งสามกรณี ตำแหน่งของจุดศูนย์กลางของลำเสียงจะเหมือนกัน

ต่างกันที่ความสามารถในการบังคับการตอบสนองเหนือจุดศูนย์กลาง ซึ่งสัมพันธ์กับความยาว Line Array (Line Length) และลักษณะความไม่สมมาตร

การบังคับทิศทางขึ้น (ลูกศรเส้นสีแดง) สำหรับอาร์เรย์ขนาดเล็กนั้น น้อยกว่าในอาร์เรย์ขนาดใหญ่มาก เนื่องจากความยาวของ Line Array ที่ลดลง

พบแนวโน้มที่คล้ายกันในช่วง 125 Hz โดยมีเพียงอาร์เรย์ที่ยาวที่สุดเท่านั้น ที่แสดงความสามารถในการยกเส้น (ลูกศรเส้นสีแดง) เหนือจุดศูนย์กลาง

สรุป

Scalar Factor นั้นโดยหลักแล้ว เป็นเรื่องของความสามารถในการส่งกำลังของความถี่สูง

เมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น ความสามารถด้านพลังงานก็เพิ่มขึ้น แม้ว่าจะมีความแปรปรวนระลอกคลื่น (Ripple Variance) ที่เพิ่มขึ้นด้วยก็ตาม

นี่เป็นการแลกเปลี่ยนที่เหมาะสมที่สุดที่คาดหวังได้เพื่อแลกกับการควบคุมความถี่ต่ำ และเมื่อปริมาณลดลง จะพบความแปรปรวนทางสเปกตรัมเพิ่มขึ้น เนื่องจากรูปร่าง LF จะมีความสอดคล้องกับรูปร่าง HF ที่น้อยกว่า