ลําโพงไลน์อาเรย์ การออกแบบ

เกณฑ์การคิดเกี่ยวกับการออกแบบ ลําโพงไลน์อาเรย์ ซึ่งถูกแยกออกเป็นลำโพงหลาย ๆ ใบ แล้วนำมาประกอบรวมกัน เนื่องจากในความเป็นจริง การสร้างตู้ลำโพงที่มีขนาดใหญ่มาก ๆ เพียงใบเดียว เป็นสิ่งที่เป็นไปได้ยาก แต่จะสร้างลำโพงใบขนาดเล็กแล้วใช้งาน นอกจากเรื่องความดัง องค์ประกอบที่ได้ก็ไม่เพียงพอที่จะเป็น Line source

เกิดเป็นแนวคิดในการออกแบบลำโพงแต่ละใบ ให้สามารถเรียงต่อกันได้ในจำนวนมาก เพื่อให้เกิดพฤติกรรมเสียงแบบเส้น หรือ Line source แต่การออกแบบก็ไม่ใช่เรื่องง่าย และแตกต่างกับการออกแบบตู้ลำโพง Point Source อย่างสิ้นเชิง

เกณฑ์ข้อแรกในการออกแบบ ลำโพง Line array คือ ต้องพิจารณา ระยะศูนย์กลาง จากลำโพงใบหนึ่งถึงลำโพงอีกใบหนึ่ง ระยะที่ได้ต้องไม่มากกว่า λ / 2 หรือ ต้องไม่มากกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ไม่ว่าจะดูที่ความถี่ใดก็ตาม สิ่งที่ได้คือ ผลรวมจากการวางลำโพง มุมกระจายเสียงจะแคบลง เพื่อให้ได้พลังงานทั้งหมด พุ่งไปยังข้างหน้า

เมื่ออธิบายเรื่องความยาวคลื่น สำหรับความถี่เสียงต่ำจึงเป็นเรื่องง่าย ที่จะวางลำโพงให้ได้ระยะที่ไม่มากกว่า λ / 2 เช่นที่ 100 Hz ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น จะได้ประมาณ 1.7 เมตร ต่อให้เอาลำโพง 15 นิ้วมาต่อกัน จะได้ระยะศูนย์กลาง จากลำโพงใบหนึ่งถึงลำโพงอีกใบหนึ่ง เพียง 0.381 เมตร เรียกได้ว่าไม่ใช่เรื่องยากเลยที่ความถี่ 100 Hz

ต่อมาเมื่อลองลดความถี่เสียงที่ต่ำลงมา ความยาวคลื่นก็จะมากขึ้น ระยะ λ / 2 ก็จะเพิ่มขึ้นไปเรื่อย ๆ ระยะพวกนี้จึงไม่ใช่ปัญหาที่จะต้องกังวล

แต่เมื่อเริ่มใช้ความถี่ที่สูงขึ้น ที่ความถี่ 1000 Hz ระยะ λ / 2 จะเท่ากับ 0.17 เมตร และที่ความถี่ 10000 Hz ระยะ λ / 2 จะเท่ากับ 1.7 เซนติเมตร ทำให้ระยะศูนย์กลาง จากลำโพงใบหนึ่งถึงลำโพงอีกใบหนึ่ง เป็นไปได้ยากที่จะทำได้ ถ้าใช้ต้องเป็นลำโพง หรือ Unit ขนาดเล็ก ทำให้แน่ใจได้ว่าจะได้เสียงที่ดังไม่มาก และไม่ตอบโจทย์การใช้งาน

ดังนั้นจะต้องหาวิธีอื่น ๆ เพื่อให้ระยะศูนย์กลาง จากลำโพงใบหนึ่งถึงลำโพงอีกใบหนึ่ง สามารถทำงานที่ λ / 2 ของความถี่สูงให้ได้

ต่อมาความถี่เสียงสูง และลักษณะปากแต่ละแบบ คือ Horn และ Waveguide

เริ่มจาก ปากแบบ Horn สิ่งแรกที่ต้องมีคือ ไดอะแฟรม ที่ผลิตความถี่สูงได้ แล้วนำมาติดกับปาก Horn สิ่งที่ต้องดูถัดมาคือ ความแตกต่างระหว่าง ความโค้งของหน้าคลื่นที่ออกมา กับด้านหน้าของ ปาก Horn ซึ่งถ้ามีความแตกต่างที่มากกว่า 1/4 ของความยาวคลื่น ไม่ว่าความถี่อะไรก็ตาม จะได้ lobing แบบรูป Δx > λ / 4 แต่ถ้าน้อยกว่า 1/4 ของความยาวคลื่น จะได้ตามแบบรูป Δx < λ / 4 หมายถึง การควบคุมที่ดีขึ้น

ต่อมาดูความโค้งของหน้าคลื่นที่ออกมาจากปาก Horn โดยพิจารณา พลังงานที่ออกมาจากปากตรงกลาง และพลังงานที่ไหลไปตามด้านบน และด้านล่าง

เมื่อรวมปาก Horn มากกว่า 1 ปากเข้าด้วยกัน สิ่งที่ได้คือจะเกิดพื้นที่ ที่มีคลื่นซ้อนทับกัน ในเวลาต่างกัน ส่งผลกระทบต่อเฟส เกิดเป็น Comb filtering ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการ

ดังนั้นสิ่งที่ต้องการ คือ ทำให้ความแตกต่างของ Δ(เดลต้า) ระหว่างด้านหน้าปาก Horn กับ ด้านหน้าคลื่น ลดการการกวนกันให้เหลือน้อยที่สุด ถึงตอนนี้จึงต้องการเครื่องมือ หรือบางสิ่ง ที่สามารถลดความแตกต่างของเวลา ที่ออกมาจากกลางปาก กับด้านล่างหรือด้านบนของปาก Horn ได้ เพื่อลดความโค้งของหน้าคลื่น

มีอยู่ 2 วิธีคือ เพิ่มความยาวเส้นทาง หรือหน่วงเวลาในบางรูปแบบ แน่นอนว่าไม่สามารถหน่วงเวลา โดยใส่ Delay ในรูปแบบดิจิทัล ไว้ที่เสียงที่ออกตรงกลาง เพื่อให้รอเสียงจากด้านล่าง หรือด้านบนของปาก Horn ได้

คำตอบคือ ใช้วิธีการสร้างขึ้นเป็นหลัก โดยเพิ่มความยาวเส้นทาง ของอุปกรณ์ หรือท่อนำคลื่น เพื่อเพิ่มเวลาที่เสียงใช้ในการออก จากจุดศูนย์กลาง และนี้คือแนวคิดของท่อนำคลื่น ซึ่งผู้ผลิตลำโพงทุกราย ต่างใช้แนวคิดที่เหมือนกัน แต่แตกต่างด้วยวิธีการออกแบบ

ยกตัวอย่างเช่น

L-Acoustics V-DOSC

พลังงานจะถูกบังคับให้ไปตามกรวย แล้วมาหักตรงกลางกรวย จากรูปจะเห็นได้ว่าตรงกลางมีระยะทางที่มากกว่าด้านข้างของกรวย ทำให้เวลาด้านข้าง และตรงกลางมีความใกล้เคียงกัน

d&b audiotechnik Q1

ใช้ท่อนำคลื่น toroidal จะมีส่วนโค้งอยู่ตรงกลาง แล้วลงมาโดยตรง ซึ่งภายในมีลัษณะที่คล้ายท่อโค้งตามส่วนโค้ง เพื่อให้มีระยะทางที่เพิ่มขึ้นของศูนย์กลาง

d&b audiotechnik C3

จะเห็นว่ามีพื้นที่ตรงกลางถูกตัดออกของท่อนำคลื่น เพื่อบังคับให้พลังงานไปทางท่อนำคลื่นด้านบน และล่าง เพื่อลดปัญหาเรื่องเวลา ซึ่งใช้กับ Line array รุ่นยอดนิยมอย่าง J, V และ Y series ของ d&b

Electro-Voice

จะเห็นท่อนำคลื่นที่ตรงกลางมีความโค้งงอมาก เพื่อเพิ่มระยะทาง และค่อย ๆ ลดหลั่นความโค้งงอ มาจนถึงท่อนำคลื่นด้านบน และด้านล่าง

จากที่กล่าวมา จะเห็นได้ว่า ทุกแบรนด์มีการออกแบบ Waveguide ที่แตกต่างกัน และจดสิทธิบัตรเป็นของตัวเองทั้งหมด “แต่ในท้ายที่สุด ทุกแบรนด์ก็ทำในสิ่งเดียวกัน”

คำถามต่อมา ความโค้งของหน้าคลื่นที่ออกมา จะต้องเท่ากันเลยหรือไม่? อย่างเพิ่งตกใจถ้าจะบอกว่าไม่จำเป็น เพราะถ้าออกแบบ ความโค้งหน้าคลื่นที่ออกมาอย่างสมบูรณ์ จะได้รูปแบบในการควบคุมแนวตั้งที่แคบ ทิศทางชัดเจน และความดันเสียงที่แรง สามารถส่งเสียงไปได้ในระยะไกล มากกว่า Line array ที่มีส่วนโค้งหน้าคลื่นเล็กน้อย ส่งสัยอ่านต่อเพิ่มได้ที่ วิธีเลือกส่วนโค้งลำโพง LINE ARRAY

แต่ส่วนมาก น้อยครั้งที่จะแขวน Line array แบบหน้าตรง และเมื่อปรับองศาให้กับตู้ Line array ที่มีหน้าคลื่นที่ราบเรียบ ตู้ที่มีหน้าคลื่นที่ราบเรียบ ยังให้พลังงานที่มากกว่า แต่พลังงานนั้นไม่ได้เชื่อมต่อกับตู้ใบอื่น ๆ จนเกิดความไม่ต่อเนื่อง

แต่ถ้ามีส่วนโค้งหน้าคลื่นเล็กน้อย เมื่อเพิ่มความโค้งให้กับ Line array จะเกิดการเชื่อมต่อระหว่างตู้ที่มากกว่า เกิดการกระจายตัว สม่ำเสมอมากกว่า และสรุปได้ว่า ยิ่งมี ส่วนโค้งหน้าคลื่นมากเท่าไร ลำโพงก็ต้องมีองศาที่มากขึ้น ดังนั้นการแยกส่วน ที่ 0 ถึง 7 องศา จะมีหน้าคลื่นที่แบนราบกว่า

สรุป

นี่คือข้อควรพิจารณา ถึงองค์ประกอบที่สำคัญ เกณฑ์การคิดเกี่ยวกับ ลําโพงไลน์อาเรย์ ซึ่งมีประโยชน์ทั้งสำหรับผู้ผลิต ที่สามารถนำเอาความคิดเหล่านี้ไปต่อยอด กับแบรนด์สินค้าในสายงานของตัวเอง หรือแม้แต่ผู้ใช้งานเองก็ตาม การตัดสินใจเลือกซื้อสินค้าที่มีคุณภาพ ก็เป็นสิ่งที่สำคัญเช่นกัน

บทความที่แนะนำให้อ่านต่อ วิธีเลือกส่วนโค้งลำโพง LINE ARRAY