ความครอบคลุม การเล็ง และ Splay ลำโพง Coupled array

Coupled point source ในแนวนอน

เราสามารถดูการเติมเสียงในพื้นที่เดียวกันเหล่านี้ได้ด้วยลำโพงที่มีมากกว่าหนึ่งใบ การแบ่งพื้นที่ครอบคลุมของลำโพงจะช่วยให้มีความยืดหยุ่นและรายละเอียดที่มากขึ้น โดย Coupled Point Source จะเป็นอาร์เรย์ที่เลือกใช้ในกรณีนี้ ส่วน Coupled Point Destination จะไม่เป็นที่นิยมใช้ เนื่องจากข้อจำกัดทางกายภาย

การใช้องค์ประกอบลำโพงหลายใบจะส่งผลต่อมุมครอบคลุม การเล็ง ซึ่งมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ใน Coupled Point Source แบบสมมาตรนั้น ควรเล็งไปที่กึ่งกลางของรูปร่างความครอบคลุมที่สมมาตร หากรูปร่างการครอบคลุมไม่สมมาตรอาร์เรย์ก็ควรจะไม่สมมาตรตามไปด้วย

เมื่อออกแบบระบบเสียงที่มีรูปทรงไม่สมมาตร วิธีการกำหนด Aim point จะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น ขึ้นอยู่กับ Levels, Order และมุม Splay ลำโพง โดยจะต้องพิจารณาแยกเป็นกรณี ๆ ไป

Coupled point source ในแนวนอนแบบสมมาตร

เวอร์ชันแบบสมมาตรจะแบ่งย่อยองค์ประกอบลำโพงเท่า ๆ กัน ตัวอย่างเช่น หากเป้าหมายความครอบคลุมแนวนอนที่ 80 องศา (FAR = 1.55) สามารถครอบคลุมด้วยองค์ประกอบลำโพง 2 ใบ ที่มีมุมกระจายใบละ 40 องศา หรือองค์ประกอบ 20 ใบ ที่มีมุมกระจายใบละ 4 องศา หรือการรวมกันใด ๆ ก็ได้ ที่ผลคูณเป็น 80 องศา

การแบ่งส่วนแบบสมมาตรนี้ จะเปลี่ยนรูปร่างการครอบคลุมจากรูปสี่เหลี่ยมของลำโพงเดี่ยว ให้มีลักษณะคล้ายพัดอย่างน้อยก็ที่ความถี่สูง โดยใน Coupled Point Source นี้มีความสามารถที่จำกัด เนื่องจากจะช่วยเพิ่มความพอดีให้กับห้องที่มีรูปทรงแบบพัด แต่จะแย่ลงสำหรับห้องสี่เหลี่ยมปกติ !!

อาเรย์รัศมีแบบสมมาตร สามารถกระจายเส้นความแปรปรวนของระดับเสียงไปยังกึ่งกลางความลึก (Middle Depth) ได้อย่างทั่วถึงและมีประสิทธิภาพ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับห้องรูปแบบพัด

แต่ทั้งนี้ยังคงเจอปัญหาเสียงเบาเกินที่ด้านล่าง และเสียงดังเกินไปที่ด้านบนอยู่ดี คล้าย ๆ กับการออกแบบด้วยลำโพงเดี่ยวที่ต้องอาศัยการวางลำโพงที่จุดกึ่งกลาง (Mid-Point Compromise) เพื่อแก้ปัญหา

ใน Point Source Array แบบสมมาตรที่มีความกว้าง 80 องศา จะมีพื้นที่เสียงเบาเกินเท่ากับลำโพงเดี่ยว แต่จะมีพื้นที่เสียงดังเกินที่มากกว่า สาเหตุเพราะลำโพงใบเดียวไม่ได้เล็งไปที่ผนังด้านข้าง แต่องค์ประกอบลำโพงของ Coupled Point Source Array แบบสมมาตรนั้น มักจะเล็งไปที่ผนังด้านข้าง ซึ่งการทำเช่นนี้จะเพิ่มความเสี่ยงใน Ripple เป็นอย่างมาก

ข้อเสียนี้ไม่ได้หมายความว่า ห้ามใช้ลำโพงอาร์เรย์ Coupled point source สำหรับห้องรูปทรงสี่เหลี่ยมเลย เพียงแค่ต้องเลือกใช้ลำโพงอาร์เรย์แบบไม่สมมาตรแทน

มุมครอบคลุมรวมสามารถประมาณได้เป็น Splay angle × ปริมาณลำโพง การประมาณจะใกล้เคียงที่สุด เมื่อมีการแยกมุมและปริมาณลำโพงจำนวนมาก จนทำให้เสียงถูกจำกัดอยู่ในพื้นที่

การกำหนด Coverage angle แนวนอนแบบสมมาตร

• หาความลึกกึ่งกลางแนวลำโพง (จุดกึ่งกลางจากลำโพงถึงแถวสุดท้าย)
• ค้นหามุมรัศมีตามความลึกของจุดกึ่งกลางจากขอบหนึ่งไปอีกขอบหนึ่ง สามารถหาได้ทั้งห้องรูปสี่เหลี่ยม ห้องรูปแบบพัด หรือแม้แต่วงกลมทั้งวงก็หาได้
• แบ่งมุมครอบคลุมตามปริมาณองค์ประกอบลำโพง หรือคูณองค์ประกอบจนกว่าจะเติมเต็มความครอบคลุม

Coupled point source ในแนวนอนแบบไม่สมมาตร

เราสามารถปรับแต่งรูปร่างการกระจายเสียงให้เหมาะสมกับพื้นที่ ได้ด้วยการใช้ลำโพงที่มีระดับเสียงหรือองค์ประกอบที่ไม่สมมาตร เราจะใช้ Unity Splay Angle ที่ได้รับการชดเชยเป็นตัวแทนการสร้างรูปร่าง

กระบวนการเริ่มต้นด้วยองค์ประกอบ “A” คือลำโพงที่ครอบคลุมพื้นที่มากที่สุด จากนั้นเลือกเพิ่มลำโพงตัวถัดไปเพื่อครอบคลุมพื้นที่ที่เหลือ และดำเนินการจนกว่าจะครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด หรือจนกว่าระบบอื่น ๆ จะเข้ามารับช่วงต่อ

ขั้นตอนการออกแบบ Coupled Point Source แบบไม่สมมาตร

• กำหนดความกว้าง (มุม) และความลึก (ระยะทาง) ของพื้นที่ครอบคลุมเสียง โดยสมมติว่าอัตราส่วน Range ratio มากกว่าหรือเท่ากับ 2:1
• เล็งลำโพง A ไปยังพื้นที่ที่ไกลที่สุด
• เลือกมุมครอบคลุมสำหรับลำโพง A ที่เหมาะสมกับพื้นที่
• ประมาณตำแหน่งจุดเชื่อมต่อ (XOVR AB) ระหว่างลำโพง A และ B โดยเริ่มจากตำแหน่งมุม Unity splay แล้วปรับตามระยะทางที่สั้นลง โดยที่ลำโพง B จะต้องครอบคลุมพื้นที่ต่อจากลำโพง A
• เลือกมุมครอบคลุมสำหรับลำโพง B เพื่อครอบคลุมพื้นที่ที่เหลือ หากระยะทางของลำโพง B สั้นกว่าลำโพง A ให้คำนวณมุม Splay กันใหม่โดยคำนึงถึงระยะทาง
• วางตำแหน่งลำโพง B ที่ถูกชดเชยมุม Splay และปรับความดังอย่างเหมาะสม (เสร็จแล้วประเมินและปรับแต่งตามความต้องการ)
• ดำเนินการต่อด้วยองค์ประกอบที่สาม (C) ไปเรื่อย ๆ กรณีความครอบคลุมไม่สมบูรณ์ จนกระทั่งได้ความครอบคลุมที่สมบูรณ์

ตัวอย่างที่ 1

ให้ความลึกของพื้นที่ L1 = 20 เมตร และ L2 = 14 เมตร ทั้ง 2 พื้นที่ ถูกครอบคลุมด้วยลำโพงมุมกระจายที่ 80 องศา แบบ Coupled Point Source จงหาการชดเชย Compensated angle และการชดเชยระดับเสียงของ L2

เมื่อมุมกระจายเสียงลำโพงเท่ากับ 80 องศา ดังนั้น Unity splay ที่จุด XOVR จะเท่ากับ 40 องศา

ต่อมาพื้นที่ L2 สั้นกว่า L1 อยู่ที่ 70 % ซึ่งหาได้จาก L2 = (L2/L1) × 100

L2 = (14/20) x 100

L2 = 70 %

การชดเชย Compensated angle จะได้  (70×40/100) = 28 องศา

ในส่วนการชดเชยระดับเสียงของ L2 เนื่องจาก Range ratio เท่ากับ 1.4 จาก (20/14) การชดเชยจะได้ 20Log(1.4) เท่ากับ -3 dB

ดังนั้น Compensated angle จะเท่ากับ 28 องศา ลำโพงทั้ง 2 ใบ ปรับมุมห่างกัน 56 องศา และลดระดับเสียง L2 ลง -3 dB

ตัวอย่างที่ 2

ให้ความลึกของพื้นที่ L1 = 20 เมตร และ L2 = 14 เมตร ทั้ง 2 พื้นที่ ถูกครอบคลุมด้วยลำโพง A มุมกระจายที่ 25 องศา และลำโพง B มุมกระจายที่ 50 องศา แบบ Coupled Point Source จงหาการชดเชย Compensated angle และการชดเชยระดับเสียงของ L2

เมื่อมุมกระจายเสียงลำโพง A, B เท่ากับ 25 และ 50 องศา ดังนั้น Unity splay ที่จุด XOVR จะเท่ากับ 12.5 และ 25 องศา

ต่อมาพื้นที่ L2 สั้นกว่า L1 อยู่ที่ 70 % ซึ่งหาได้จาก L2 = (L2/L1) × 100

L2 = (14/20) x 100

L2 = 70 %

การชดเชย Compensated angle จะได้  (70×12.5/100) = 8.75 องศา และ (70×25/100) = 17.5 องศา

ในส่วนการชดเชยระดับเสียงของ L2 เนื่องจาก Range ratio เท่ากับ 1.4 จาก (20/14) การชดเชยจะได้ 20Log(1.4) เท่ากับ -3 dB

ดังนั้น Compensated angle ลำโพง A จะเท่ากับ 8.75 องศา และลำโพง B จะเท่ากับ 17.5 องศา ลำโพงทั้ง 2 ใบ ปรับมุมห่างกัน 26.25 องศา และลดระดับเสียง L2 ลง -3 dB

Coupled point source ในแนวตั้ง

Coupled point source ในแนวตั้ง ด้วยองค์ประกอบความกว้างลำเสียงแบบสมมาตร

Coupled point source แบบไม่สมมาตร สามารถสร้างแนวครอบคลุมเสียงบนระนาบแนวตั้งได้ ปัจจัยสำคัญในการออกแบบยังคงเป็นอัตราส่วน Range ratio และการกระจายเสียงระหว่างจุดบนสุด (VTOP) และจุดล่างสุด (VBOT) ของพื้นที่การกระจายเสียงหรือพื้นที่รับฟัง

กระบวนการนี้คล้ายกับระนาบแนวนอนที่ผ่านมา แต่โดยทั่วไปมักมีอัตราส่วนระยะทาง (Range ratio) ที่สูงกว่า และใช้ลำโพงที่มีความกว้างของลำเสียง (ฺBeamwidth) แคบกว่า

อัตราส่วน Range ratio จะเป็นตัวบ่งชี้ความไม่สมมาตร โดยใช้เป็นตัวช่วยในการตัดสินใจว่า ควรแบ่งย่อยลำโพง (Subdivide) หรือไม่ ? โดยสังเกตจากตัวเลข ในกรณีต้องการควบคุมการกระจายเสียง เช่น ลดการกระจายเสียงขึ้นด้านบน อัตราส่วน 2:1 จำเป็นต้องแบ่งเป็น 2 ส่วน (AB) อัตราส่วน 3:1 จำเป็นต้องแบ่งเป็น 3 ส่วน (ABC) หรือมากกว่า

Coupled point source ในแนวตั้ง ด้วยองค์ประกอบความกว้างลำเสียงแบบไม่สมมาตร

กระบวนการออกแบบนี้จะเป็นแบบ “บนลงล่าง” ในกรณีใช้องค์ประกอบลำโพงมุมครอบคลุมเสียงแบบไม่สมมาตร องค์ประกอบลำโพงที่มุมกระจายเสียงแคบที่สุดจะครอบคลุมระยะทางที่ไกลที่สุด ส่วนองค์ประกอบลำโพงที่มีมุมกระจายเสียงกว้างที่สุดจะครอบคลุมระยะทางที่ใกล้ที่สุด อาเรย์ลำโพง AB จะมีจุดแบ่ง (XOVER) เพียงจุดเดียว โดยจะอยู่เลยกึ่งกลางความลึก (Mid-point depth) ไปทางด้านบน

การวางจุดแบ่ง (XOVER) ไว้ที่ประมาณ 2/3 ของความลึก จะช่วยให้การกระจายเสียงมีความสม่ำเสมอ เนื่องจากระบบลำโพงด้านบนต้องครอบคลุมระยะทางที่ไกลกว่า มุมครอบคลุมเสียง (Coverage angle) ของลำโพง A ควรแคบกว่าลำโพง B เพื่อช่วยให้การกระจายเสียงมีความสมดุล

ตัวอย่าง จำได้ว่าเราต้องการลำโพง 100 องศา เพื่อครอบคลุมการกระจายเป้าหมายเชิงมุม 50 องศา ด้วยอัตราส่วน Range ratio 2:1 อาร์เรย์ลำโพง AB สามารถครอบคลุมรูปร่างเดียวกันนี้ด้วยลำโพง 75 องศา (A = 25 องศา และ B = 50 องศา)

วิธี AB เพิ่มจำนวนอุปกรณ์เป็นสองเท่าและลดความสูญเปล่าจากการกระจายเสียง ส่งผลให้ SPL มากขึ้นบริเวณที่นั่ง และลดเสียงที่ไปกระทบกับเพดานตามสัดส่วน (ในกรณีนี้ อยู่ที่ 12.5 องศา เหนือจุด VTOP แทนที่จะเป็น 50 องศา) เราสามารถแบ่งย่อยระบบลำโพง (Subdivide) ใช้ลำโพงขนาดเล็กลง และลดการกระจายเสียงส่วนเกินลงได้อีก

อัตราส่วน Range ratio ที่สูงขึ้นจำเป็นต้องมีการแบ่งย่อยระบบ แบ่งพื้นที่ และมีการเลือกมุมขององค์ประกอบลำโพงแต่ละใบที่หลากหลายมากขึ้น แต่ทั้งนี้หลักการยังคงเดิม โดยองค์ประกอบ A จะต้องส่งเสียงไปที่ไกลที่สุด จึงต้องมีความครอบคลุมที่แคบที่สุด จากนั้นจึงเป็นลำโพง B, C และต่อ ๆ ไป

Coupled point source ระนาบแนวตั้ง (องค์ประกอบลำโพงความกว้างของลำเสียงตามสัดส่วน)

เราไม่จำเป็นต้องหยุดแค่องค์ประกอบลำโพง ABC การแบ่งองค์ประกอบความกว้างของลำเสียงตามสัดส่วน จะช่วยให้เราสามารถใช้ตัวอักษรทั้งหมดได้เท่าที่เราต้องการ องค์ประกอบเหล่านี้ให้ความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นในการสร้างรูปร่าง เนื่องจากเราสามารถปรับแต่งการทับซ้อน (Overlap) และการแยก (Isolation) ของมุมกระจายเสียงได้ตามความต้องการ แม้กระทั่งในกรณีที่มีอัตราส่วน Range ratio ที่สูงมาก

รูปร่างการครอบคลุมเป้าหมายถูกกำหนดโดยมุมกระจายเสียงและอัตราส่วน Range ratio ตัวอย่างเช่น การครอบคลุม 20 องศา โดยมีอัตราส่วน Range ratio 2:1 (ส่งผลต่อความดังของเสียง 6 dB)

เราสามารถเติมรูปร่างเป้าหมายนี้ด้วยลำโพง โดยสามารถแบ่งการครอบคลุมให้ละเอียดมากขึ้นเมื่อใช้จำนวนองค์ประกอบลำโพงเพิ่มขึ้น ทั้งนี้ย่อมมีจำนวนขั้นต่ำที่กำหนด ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบลำโพงและรูปร่างของความครอบคลุมเป้าหมาย ส่วนจำนวนสูงสุดจะถูกจำกัดด้วยงบประมาณและมาตรฐานการติดตั้ง

เราสามารถหาจำนวนองค์ประกอบต่ำสุดที่จำเป็นสำหรับพื้นที่การฟัง โดยสิ่งที่ต้องทราบมีดังนี้

• ความสามารถในการ Splay สูงสุดของแต่ละองค์ประกอบ (ต้องไม่เกินมุมกระจายเสียงลำโพง)
• มุมเป้าหมายครอบคลุมที่ต้องการ Target angle
• อัตราส่วน Range ratio

เริ่มต้นด้วยการเติมรูปร่างเป้าหมาย 60 องศา ง่าย ๆ ด้วยอัตราส่วน Range ratio 1:1 ถ้าองค์ประกอบลำโพงของเราคือ 10 องศา มุม Splay สูงสุดก็คือ 10 องศา ดังนั้นเราจึงต้องมีลำโพงอย่างน้อย 6 ใบ (6 × 10° = 60°) สังเกตว่า Splay angle เฉลี่ยสำหรับอาร์เรย์นี้คือ 10 องศา ตอนนี้ดูเหมือนไร้สาระเพราะใคร ๆ ก็รู้ แต่ความสำคัญของสิ่งนี้จะเกิดขึ้นอีกไม่นาน

ต่อมาเราสามารถเพิ่มลำโพงและลดการ Splay ลงตามสัดส่วนได้ เช่น ถ้าใช้ลำโพง 12 ใบ จะเหลือ Splay ใบละ 5 องศา  และถ้าใช้ลำโพง 15 ใบ จะเหลือ Splay ใบละ 4 องศา และอื่น ๆ ตราบใดที่คูณกันเป็น 60 องศา สังเกตุว่ามุม Splay เฉลี่ยจะลดลงเมื่อปริมาณเพิ่มขึ้น กระบวนการออกแบบนั้นง่ายมากสำหรับอัตราส่วนระยะ 1:1 นั่นคือ จำนวนองค์ประกอบลำโพง × Splay = มุมครอบคลุม

ทีนี้ลองเพิ่ม Range ratios เป็นสองเท่า (2:1, 6 dB) แล้วดูว่าสิ่งนี้ส่งผลต่อจำนวนลำโพงขั้นต่ำ สำหรับมุมครอบคลุมเป้าหมาย 60 องศา ของเราอย่างไร ?

เพื่อให้ได้รูปแบบการกระจายเสียงที่ต้องการ (2:1) เราจำเป็นต้องให้ลำโพงด้านบนให้มีการทับซ้อนกันเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายถึงการลดมุม Splay ของลำโพงด้านบน ดังนั้นเราจึงไม่สามารถเรียงลำโพงไปถึงมุมต่ำสุดด้วยลำโพงเพียงหกใบได้อย่างแน่นอน !! เนื่องจากไม่สามารถปรับมุม Splay เกินขีดจำกัดขององค์ประกอบลำโพง 10 องศา โดยไม่มีช่องว่างได้ ดังนั้นเราต้องการลำโพงกี่ใบ ? คำตอบข้อนี้คือแปดใบ ซึ่งจะมีคำอธิบายเพิ่มเติมต่อจากนี้

เราเติมรูปร่าง 1:1 ด้วยองค์ประกอบที่มีระดับและ Splay ที่ตรงกัน รูปร่าง 2:1 สามารถสร้างจากองค์ประกอบที่มีระดับตรงกันแต่ Splay ต่างกันได้ โดยจำเป็นต้องเห็นอัตราส่วนอย่างน้อย 1:2 ระหว่างมุม Splay ที่แคบและกว้างที่สุด หากเรายังใช้องค์ประกอบหกใบอยู่ และยังคงต้องการให้มี Splay เฉลี่ยที่ 10 องศา โดยต้องมีระยะ Splay ที่แคบกว่าด้านบนและกว้างด้านล่าง

เราสามารถแก้ปัญหานี้ได้ด้วยมุม Splay ตั้งแต่ 7.5 องศา (บน), 10 องศา (กลาง) และ 15 องศา (ล่าง) (จากเงื่อนไขต้องเห็นอัตราส่วนอย่างน้อย 1:2 ระหว่างมุม Splay ที่แคบและกว้างที่สุด  ในที่นี้คือ 7.5:15) แต่ปัญหาประการหนึ่งคือ องค์ประกอบลำโพงมีมุมกระจายเสียงเพียง 10 องศา เมื่อปรับมุม Splay 15 องศา จะทำให้เกิดช่องว่างในการครอบคลุม ดังนั้นการ Splay สูงสุดที่ด้านล่างทำได้คือ 10 องศา เราสามารถใช้มุม Splay 5 องศา ที่ด้านบน (Top) เพื่อให้ได้อัตราส่วนมุม Splay สูงสุดไม่เกิน 10 องศา ตามอัตราส่วน 1:2

ดังนั้นค่าเฉลี่ย Splay ในที่นี้จะได้เท่ากับ 7.5 องศา (5+10)/2  ซึ่งจะได้จำนวนลำโพงที่ใช้เท่ากับแปดใบ (60°/7.5 = 8 ใบ) การ Splay ต่อจากนี้จะทำหน้าที่เติมช่องว่างระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุด เช่น 5°–5°–5°–7.5°–10°–10°–10° หรือ 5°–6°–7.5°–7.5°– 9°–9°–10 เราสามารถเพิ่มลำโพงได้อีกและคงรูปร่างเดิมไว้โดยรักษาอัตราส่วนบน/เฉลี่ย/ส่วนล่างให้เหมือนเดิม

ปล.นี่ไม่ได้หมายความว่าอัตราส่วนช่วง 2:1 จะต้องมีองค์ประกอบอย่างน้อยแปดใบเสมอไป สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับมุมครอบคลุมเป้าหมาย ถ้ามุมเป้าหมายเหลือ 30 องศา เราจำเป็นต้องมีองค์ประกอบสามใบที่ 1:1 (10°–10°) และสี่ใบที่ 2:1 (5°–7.5°–10°) หากมุมเป้าหมายเหลือ 15 องศา ต้องใช้องค์ประกอบสองใบที่ 1:1 (7.5°) และลำโพงสามใบสำหรับ 2:1 (3.75°–7.5°)

มีกฎสามข้อในทุกกรณีคือ: (a) ปริมาณ ×  Splay เฉลี่ย = มุมครอบคลุม (b) อัตราส่วน Splay เป็นส่วนกลับของอัตราส่วน Range ratio และ (c) Splay ที่กว้างที่สุดจะต้องไม่เกินขีดจำกัดองค์ประกอบลำโพง

กลับไปที่เป้าหมายเดิมคือ 60 องศา แต่เพิ่มอัตราส่วน Range ratio เป็น 3:1 (10 dB) เราจำเป็นต้องเห็นอัตราส่วนอย่างน้อย 1:3 ระหว่างมุม Splay ที่แคบและกว้างที่สุด นั่นก็คือขั้นต่ำ 3.3 องศา, สูงสุดไม่เกิน 10 องศา โดยค่าเฉลี่ยในที่นี้คือ 6.6 องศา เพื่อตอบสนองความครอบคลุมนี้จำเป็นต้องใช้ลำโพงนับสิบใบ (60°/6.6°)

การลดมุมเป้าหมายความครอบคลุมลงครึ่งหนึ่ง จะทำให้จำนวนลำโพงลดลงครึ่งหนึ่งเช่นเดียวกัน แต่ถ้าลดค่า Splay สูงสุดลงครึ่งหนึ่ง (เหลือสูงสุด 5 องศา) จำนวนลำโพงจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

เนื้อหาที่กล่าวมาทั้งหมดเป็นเพียงแนวทางเบื้องต้นในการประมาณจำนวนลำโพงที่ต้องการ โดยคำนึงถึงเป้าหมายการครอบคลุม และอัตราส่วน Range ratio จำนวนลำโพงที่คำนวณได้จะเป็นจำนวนเบื้องต้นต่ำสุดที่ต้องการเพื่อสร้างรูปแบบการกระจายเสียง โดยไม่ต้องใช้เทคนิคการปรับระดับเสียง (Level tapering)

ขณะนี้เราได้สร้าง Point source ที่ไม่สมมาตรแบบแบ่งกลุ่มองค์ประกอบลำโพง ABC ฯลฯ ขึ้นมาโดยใช้องค์ประกอบลำโพงเดี่ยวจำนวนไม่จำกัด ซึ่งทำให้ระบบนี้กลายเป็นระบบที่ใช้งานได้จริงและปรับแต่งได้

Composite coupled point source แบบไม่สมมาตร : ระนาบแนวตั้ง

ในขั้นตอนสุดท้ายแล้ว เราจำเป็นต้องวางไมค์ไว้ในห้องและปรับอาร์เรย์อย่างเหมาะสม เราเคยกำหนดตำแหน่งสำคัญไว้อย่างชัดเจนก่อนหน้านี้ ซึ่งได้แก่ตำแหน่ง ONAX, OFFAX และ XOVR การหาตำแหน่งเหล่านี้ง่ายมากสำหรับลำโพงเดี่ยว

แต่การหาจุดศูนย์กลางของลำโพง A ที่เป็นแบบผสม (Composite) สี่องค์ประกอบนั้นซับซ้อนยิ่งกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งกรณีที่ลำโพงย่อยทั้งสี่ใบมีมุม Splay ที่ต่างกันถึงสามแบบ ลองมาทำความเข้าใจสิ่งนี้กัน

Onax และ Onax-ISH

On axis เป็นจุดอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการคาดการณ์พฤติกรรมของเสียงในมิติต่าง ๆ เราไม่สามารถหาตำแหน่ง Off axis ได้ หากยังไม่เจอตำแหน่ง On axis !! ลำโพง 2 ใบ ที่ทำมุม Splay คู่กัน จะมีจุด On axis ด้วยกัน 3 จุด ได้แก่ จุด On axis ของลำโพงแต่ละใบและจุดศูนย์กลางระหว่างคู่ลำโพง

ทีนี้เราจะสร้างระบบองค์ประกอบแบบผสม (Composite) โดยใช้ตำแหน่งจุดศูนย์กลางของลำโพงแต่ละใบ จากนั้นจุดศูนย์กลางของระบบลำโพงแบบผสม (Composite center) จะกลายเป็นจุดอ้างอิงสำหรับการกำหนดทิศทางเล็ง (Aiming) ของทั้งระบบและการรวมเข้ากับลำโพงอื่น ๆ ตราบใดที่ความสัมพันธ์ภายในระบบลำโพงแบบผสม (Composite) ยังคงมีความสมมาตร การหาตำแหน่ง ONAX (On-Axis) จะเป็นเรื่องง่าย ๆ

เราสามารถเพิ่มองค์ประกอบลำโพงเข้าไปในระบบแบบสมมาตรได้ และจุดศูนย์กลางจะยังคงเป็นจุดศูนย์กลางสำหรับย่านความถี่ทั้งหมด และทุกอย่างจะถูกอ้างอิงจากจุดนี้ โดยจุดศูนย์กลางแบบ ONAX จะเป็นจุดอ้างอิงหลัก โดยมีการขยายไปยังตำแหน่ง OFFAX ในทั้งสองทิศทาง

จุดศูนย์กลางจะไม่สามารถคงอยู่ได้ เมื่อมีการนำความไม่สมมาตรของระดับเสียง (Level), ระยะห่าง (Spacing), มุมแยก (Splay) หรือเฟส (Phase) เข้ามาเกี่ยวข้อง ความไม่สมมาตรทำให้เกิดแรงบังคับทิศทางที่เคลื่อนออกจากศูนย์กลาง ยิ่งความไม่สมดุลมากเท่าไร แรงบังคับทิศทางก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

สถานการณ์นี้มีความซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากความแรงบังคับทิศทางมีแนวโน้มที่จะขึ้นอยู่กับความถี่ด้วย เช่น ความถี่เสียงต่ำ กลาง และสูงจะถูกเคลื่อนไปในปริมาณที่ต่างกัน (และไปยังสถานที่ต่างกัน) พื้นที่ตรงกลางของเราเปลี่ยนจาก ONAX เป็น ONAX-ish

ลองพิจารณาสถานการณ์ตัวอย่างเพื่อให้เข้าใจดีขึ้น คุณจะรู้สึกสบายใจหรือไม่ ถ้าต้องควบคุมลำโพงสองรุ่นที่ต่างกันด้วยช่องสัญาณประมวลผลเดียวกัน? แน่นอนว่าไม่ เราทุกคนยอมรับว่าลำโพงที่ต่างกันต้องการการปรับจูนที่แตกต่างกัน ส่วนลำโพงที่เหมือนกันก็ยังพอใช้ได้แม้จะใช้ลำโพงจำนวนมาก

แล้วอะไรคือการรวมกันของลำโพงห้าใบที่เหมือนกัน แต่มีมุม Splay angles ที่ต่างกัน ? มันก็เหมือนกันและก็ไม่เหมือนกันในเวลาเดียวกัน คำถามคือ จุดกึ่งกลางของการรวมกันนี้คือที่ไหน ? เมื่อมีมุม Splay ที่ 1°–2°–3°–4° ? ก่อนหน้าเราสามารถหา ONAX (สำหรับทุกความถี่) ของการรวมกันแบบสมมาตรที่มีลำโพง 5 ใบ Splay ใบละ 2 องศาได้ แต่สำหรับกรณีนี้มันใช้ไม่ได้

HF จะถูกบังคับทิศทางให้เลี้ยวสูงขึ้นมากกว่าด้วยมุมที่แคบ (9 องศา) ส่วน LF จะแทบไม่สังเกตถึงความแตกต่างระหว่าง Splay ใด ๆ และมุ่งหน้าไปที่ตรงกลาง

เรากลับมาที่ ONAX-ish อีกครั้ง ตำแหน่ง ONAX-ish ไม่ได้ทำให้กระบวนการปรับให้เหมาะสม (Optimization) เป็นไปไม่ได้ เพียงแต่ทำให้มีความท้าทายมากขึ้น เนื่องจากความไม่แน่นอนที่ตำแหน่งการวางไมโครโฟน ว่าตำแหน่งไหนจะเป็นตัวแทนที่ดีที่สุดสำหรับการตอบสนองแบบผสม (Composite)

องค์ประกอบลำโพง Composite แบบไม่สมมาตร จะมีจุดศูนย์กลางที่สามารถให้คำตอบได้โดยประมาณเท่านั้น ยิ่งไม่สมมาตรมากเท่าไรก็ยิ่งประมาณได้ยากขึ้น และย่อมมีความคลาดเคลื่อนมากขึ้นตามไปด้วย

ในสถานการณ์จริงการปรับแต่ง Optimization มีความยากลำบากอยู่แล้ว จึงไม่ควรต้องมาสงสัยว่าเราอยู่ในส่วนกลางหรือส่วนริมขององค์ประกอบลำโพง เราจึงต้องการมุมมองที่ชัดเจนที่สุด เนื่องจากช่องสัญญาณประมวลผลจะส่งผลต่อองค์ประกอบทั้งหมด

Composite แบบสมมาตร มีจุดศูนย์กลางที่สามารถระบุได้แบบ 100% (ตำแหน่งที่ดังที่สุดและ Flat ที่สุด) และการตอบสนองที่เป็นไปได้จากนั้นที่สามารถคาดเดาได้ เราสามารถวางไมโครโฟนโดยรู้ว่า A, B, C และ D อยู่ตรงหน้าเรา จากนั้นจึงรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้มีความสม่ำเสมอ

เรากำลังสร้าง Array coupled point source ขนาดใหญ่แบบไม่สมมาตรจากองค์ประกอบแบบสมมาตร (เช่นเดียวกับที่เราทำกับลำโพงเดี่ยว)

การกำหนดองค์ประกอบลำโพงแบบผสม (Composite)

องค์ประกอบ Composite แบบสมมาตรสามารถกำหนดได้ด้วย ปริมาณองค์ประกอบ × Splay = Composite angle เช่น 6 × 10° = 60° เราสามารถอธิบายอาร์เรย์ AB ที่มีแปดองค์ประกอบจากก่อนหน้านี้เป็น A: 4 × 5° (20°) ส่วน B: 4 ×10° (40°) สังเกตว่า A+B รวมกันได้ 60 องศา (โดยที่ 7.5 องศา มุมเฉลี่ยตรงกลางจะไม่ได้ถูกนำมาเป็นปัจจัยในการ Splay กรณีนี้)

มุม Splay ทั้งเจ็ดมุมคือ 5°–5°–5°–7.5°–10° –10°–10° จำไว้ว่ามุมการ Splay ไม่ทำได้ให้เกิดเสียง ลำโพงทำงานสร้างเสียงมีทั้งหมด 8 ใบ เราได้ยินสี่องค์ประกอบที่ Splay อยู่ที่มุม 5 องศา เมื่อเราเปิดส่วน A

ให้คิดว่าการ Splay องค์ประกอบลำโพงเป็นที่มีมุม 5 องศา นั่นคือ ±2.5 องศา จากศูนย์กลาง การครอบคลุม 20 องศา จะเกิดจาก 3 × 5° และ 2.5° จากด้านบนและด้านล่างขององค์ประกอบลำโพงนอกสุด ส่วน B จะได้มุม 40° จาก Splay  3 × 10° และส่วนที่เหลือ 5° ที่ขอบด้านนอกเช่นกัน

องศา Splay เปลี่ยนผ่านที่ 7.5 องศา เพื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบลำโพงด้านล่างของ A (2.5 องศา ด้านล่าง) และด้านบนของ B (5 องศา ด้านบน) ทั้งหมดนี้บอกว่าอาร์เรย์ครอบคลุม 60 องศา จาก 2.5 องศา ถึง -57.5 องศา

การใช้ลำโพงที่มากขึ้นทำให้มีการทับซ้อนของมุมกระจายเสียงที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้ทำให้ขอบการกระจายเสียงคมชัดขึ้น

ขั้นตอนการออกแบบ Composite coupled point source แบบไม่สมมาตร

• กำหนดเป้าหมายด้านบนและด้านล่าง (VTOP และ VBOT) เป็นมุมและระยะห่าง (เช่น มุม -5 องศา ที่ระยะห่าง 20 เมตร)
• กำหนดรูปร่างเป้าหมายจาก VTOP ถึง VBOT เป็นมุมครอบคลุมและ Range ratio (เช่น มุม 30องศา ที่ Range ratio 2:1)
• กำหนด Splay สูงสุด ขึ้นอยู่กับมุมกระจายเสียงองค์ประกอบลำโพง  (10°)  และ Splay ขั้นต่ำจาก Range ratio (10/2 = 5°)
• คำนวณ Splay angle เฉลี่ย ((Splay สูงสุด + Splay ต่ำสุด)/2) เช่น (10° + 5°)/2 = 7.5°
• คำนวณปริมาณองค์ประกอบขั้นต่ำ (มุมครอบคลุมเป้าหมาย/Splay angle เฉลี่ย) (30/7.5 = 4 องค์ประกอบลำโพง)
• แบ่งย่อยอาร์เรย์ออกเป็นส่วน Composite โดยปรับอัตราส่วน Splay ให้เข้ากับรูปร่าง

การป้องกันและการกระตุ้นให้เกิดภาวะช็อก

ความไม่สมมาตรของ Splay angle เป็นองค์ประกอบหลักของอาเรย์ประเภทนี้ แต่การทำให้มันไม่สมมาตรมากเกินไปหรือเร็วเกินไปอาจทำให้ภาวะระบบ Shock ได้ ควรจำไว้ว่าเรากำลังรวมกลุ่มขององค์ประกอบที่ลดขนาดตามอัตราส่วนที่สัมพันธ์กัน
ความแตกต่างเพียงไม่กี่องศาเป็นเรื่องใหญ่สำหรับความถี่ที่สูงที่สุด และจากนั้นก็ให้ผลกระทบน้อยลงตามสัดส่วนเมื่อความถี่ต่ำลง กุญแจสำคัญของการเปลี่ยนแปลง Splay angle คือการคิดแบบอัตราส่วน

ตัวอย่างง่าย ๆ คือ การเปลี่ยนแปลง Splay angle 3 องศา อาจเป็นเรื่องใหญ่หรือเล็กก็ได้ ขึ้นอยู่กับว่า Splay angle เปลี่ยนแปลงจากเท่าไร

• เปลี่ยนจาก 1° เป็น 4° ส่งผลมาก (อัตราส่วน 4:1)
• เปลี่ยนจาก 9° เป็น 12° แทบไม่รู้สึก (อัตราส่วน 1.33:1)

เรากำลังพยายามสร้างความกว้างของลำเสียงที่ Flat จากองค์ประกอบที่เป็นสัดส่วน

หากการเปลี่ยนแปลงเร็วเกินไป จะทำให้ “Shock” กับการตอบสนองโดยรวม โดยทำให้การตอบสนอง HF สามารถตรวจจับได้ด้วย HF ที่บังคับเลี้ยวมากเกินไปและช่วงความถี่ต่ำที่ตามไม่ทัน สิ่งนี้สามารถป้องกันได้โดยการทำให้การเปลี่ยนแปลงเป็นไปอย่างช้า ๆ (ในรูปแบบอัตราส่วน)

มาตั้งเป้าหมายที่จะไม่เปลี่ยนแปลงเกินอัตราส่วน 2:1 แล้วดูว่าผลจะเป็นอย่างไร จาก Splay 2 องศา เราสามารถลดลงเป็น 1 องศา หรือเพิ่มขึ้นเป็น 4 องศา ต่อมาจาก 4 องศา เราสามารถขึ้นไปได้ถึง 8 องศา นั่นคือการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนและเป็นขีดจำกัดสูงสุดที่เชื่อถือได้

สรุปวิธีการคือ จำกัดการเปลี่ยนแปลงไม่เกินอัตราส่วน 1.5:1 สำหรับ Splay ที่อยู่ติดกัน และการเปลี่ยนแปลงไม่เกิน 2:1 สำหรับ Composite splay

ตัวอย่างลำดับการจัดเรียงแบบ 8 องค์ประกอบ (ABC array) เป็น 2°–2°–3°–4°–4°–6°–8° แบ่งเป็น 3 x 2° (6°) , 3 x 4° (12°) , 2 x 8° (16°) การเปลี่ยนแปลงของ Splays ที่อยู่ใกล้กันไม่เกินอัตราส่วน 1.5:1 และการเพิ่มขึ้นของ Splays ที่เป็น Composite ไปยัง Composite มีอัตราการเพิ่มขึ้นที่อัตราส่วน 2:1 จาก 2°–4°–8°

ในทางกลับกัน เราสามารถเลือกที่จะกระตุ้นให้เกิด Shock ณ จุดใดจุดหนึ่งได้ เพื่อสร้างช่องว่าง (gap) ในการตอบสนองของอาร์เรย์ ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงปัญหาเสียงปะทะหน้าระเบียง (Balcony fronts) และผลลบอื่น ๆ ที่ไม่ต้องการ อีกครั้งหนึ่งที่การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วน Splay (ทั้งด้านบนและด้านล่าง) เป็นตัวกำหนดที่สำคัญ

สรุปข้อควรระวังเกี่ยวกับ ความครอบคลุม การเล็ง และ Splay ลำโพงใน Coupled array

ข้อควรพิจารณาเพิ่มเติมประการหนึ่งคือลักษณะขนาดทางกายภาพของอาเรย์ อาร์เรย์จะเข้าใกล้ผู้คนมากขึ้นเมื่อมีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งส่งผลต่อทั้ง Range ratio และเป้าหมายความครอบคลุม

การเพิ่มขนาดหรือปริมาณองค์ประกอบขึ้นเป็นสองเท่า อาจจำเป็นต้องกลับมาทบทวนการออกแบบอีกครั้ง สิ่งที่แนะนำคือทำให้สมจริงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในระหว่างกระบวนการออกแบบเกี่ยวกับขนาดทางกายภาพ และประเมินใหม่ตามความจำเป็นเมื่อสิ่งต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากเมื่ออยู่หน้างาน