Истоки: традиционные решения

На рубеже XIX и XX столетий произошли глобальные изменения в науке и технике — чего стоит изобретение радио, автомобиля, открытие радиоактивности. На стыке тысячелетий непременно должно было произойти что-то революционное. Последовавшее бурное развитие цифровых технологий и телекоммуникаций, клонирование биообъектов и туристические полеты в космос подтвердили справедливость этих ожиданий. Можно ли было представить себе такое каких-нибудь лет 30 назад?

Что же касается технологии звукоусиления, тут революционный переворот совершили линейные массивы, положившие начало глобального перехода от озвучивания посредством сферических звуковых волн к озвучиванию с помощью волн цилиндрических. Когда-нибудь произойдет переход к плоским волнам, но доживем ли?

Доктор К. Хейл и его V-DOSC

Отцом «линейного» направления в акустике стал доктор Кристиан Хейл (Christian Heil), физик-ядерщик из Франции, которому однажды надоело слушать неразборчиво озвученные концерты. Неудивительно, что открытие произошло во Франции, издавна славившейся своими новациями в области звука, — чего стоит «подземный» Институт исследований и координации акустики и музыки (IRCAM), основанный Жоржем Помпиду и Пьером Буле и финансируемый правительством Франции.

Д-р Хейл, вооруженный глубокими познаниями в физике, а заодно и не лишенный предпринимательской жилки, собрал и систематизировал то, что в прямом смысле лежало под ногами у мэтров звукоусиления. Разработав соответствующую методологию и основав компанию L’Acoustics, Хейл создал реально работающий линейный массив. Конкуренты сразу погрузились в разработку собственных конструкций, уложив вновь проектируемые колонки на бок и заодно перелистав старые университетские конспекты по акустике. Успех Хейла, чья малоизвестная компания совершила гигантский скачок в будущее, потряс индустрию звукоусиления. Специалисты в этой области поняли, что время жизни громоздких, соревнующихся друг с другом «сферических» акустических систем подходит к концу. Стало ясно, что беспорядочные множества мешающих друг другу работать акустических систем очень скоро преобразуются в стройные ряды линейных массивов.

L’Acoustics, прекрасно понимая, что резко взламывать устоявшийся рынок туринга и инсталляций все же не стоит (да и не дадут), с французской элегантностью… мягко вошла в него, продемонстрировав туровикам и инсталляторам неоспоримые преимущества ЛМ. Главное, она дала им время постепенно избавиться от старых стереотипов, а заодно и «сфероизлучающих» акустических систем. Но в какую сторону пойдет туровик, туда же пойдет и производитель акустики. В результате сегодня линейные массивы производят во Франции, Англии, США, Италии, Германии, России, Испании, Канаде, Дании, Голландии, Португалии и даже Бразилии, Южной Корее и Китае. На момент написания статьи у авторов есть сведения о 39 компаниях, официально производящих линейные массивы.

Каких только вариаций не претерпело за последнее время простое слово «линия» (line) в торговых названиях! Это и «линеаризованный» (linear) массив Apogee, и «среднечастотный» линейный массив (mid-range line array) Dynacord, и «контурный» (outline) массив компании Outline, и «широкий» массив (wideline) QSC, и даже «лунный массив» (lunaray) Ohm! Не проходит и месяца без заявления о разработке очередного линейного массива. Особо щедрый урожай был приурочен к лондонской PLASA-2003, прошедшей прошлой осенью. Разобраться в таком обилии оборудования подчас сложно даже специалисту, а тут еще подоспели торговые и технологические войны, промышленный шпионаж, пиратские версии и пр. Почти каждый производитель не без оснований заявляет, что его линейный массив привнес в индустрию что-то новое.

О теории ЛМ написано немало, и специализированные журналы пестрят рекламными материалами о них, но обзорных работ, рассматривающих оригинальные конструкторские решения получения цилиндрического волнового фронта (а это около 50 моделей, три поколения массивов и обилие оригинальных решений), на наш взгляд, явно недостаточно.

Анализу этих вопросов посвящена настоящая серия статей, в которой рассматриваются линейные массивы производства L’Acoustics (далее — по алфавиту), Adamson, Alcons, Apogee, Clair Brothers, Coda Audio, DAS, d&b, Desch, Duran Audio, Dynacord, EAW, Electro-Voice, EVM, FBT, HK, ISP, JBL, Martin Audio, McCauley, Meyer Sound, MTI, Nexo, Next, Ohm, Outline, P. A. S., ProTone, PSE, QSC, Renkus-Heinz, SEG, Selenium, SLS, Soul, SPL, StarSound, t. d. Taichee, TSA. Какие-то из приведенных комплексов воспроизводят цилиндрический волновой фронт, какие-то можно назвать линейными массивами с натяжкой — лишь до определенной частоты звукового спектра. Тем не менее каждая оригинальная конструкция заслуживает внимательного рассмотрения — именно по этой причине мы хотели бы сосредоточиться на особенностях акустических решений линейных массивов и оценить их оригинальность. Классификации и оценки — дело неблагодарное, но дабы разобраться в нынешнем изобилии этих комплексов, придется этим все же заняться.

Новое — хорошо забытое старое

Все существующие линейные массивы содержат ряд расположенных друг возле друга акустических излучателей и сопутствующих им акустических элементов, принимающих участие в формировании геометрии линейных источников. Далеко не все типы излучателей и геометрических структур могут оптимально акустически суммироваться, поэтому стоит рассмотреть их взаимодействие подробнее. В настоящее время существуют четыре основных типа геометрии расположения излучателей в линейных массивах:

• близко расположенные ряды драйверов прямого излучения;
• близко расположенные ряды рупоров;
• протяженный ряд изофазных излучающих щелей волноводов;
• плоские ленточные излучатели.

High-End линейный массив

Практически во всех существующих конструкциях линейных массивов используется комбинация, как минимум, двух из перечисленных выше типов геометрии источников. Но какой из методов расположения излучателей в кабинете лучше всего подходит для формирования цилиндрического волнового фронта? Согласно принципам функционирования линейного массива, для бесконфликтной стыковки расстояние между центрами источников, формирующих массив, должно быть меньше половины длины волны самой высокой рабочей частоты элементов массива. Поэтому первое, что необходимо сделать, это согласовать размеры драйверов с этой длиной волны, и тут возникает проблема. Действительно, соотношение диаметров самого большого и самого маленького динамиков массива приблизительно равно 10:1 (15" вуфер и 1,5" горловина рупора). Соотношение же длин волн в диапазоне 20 Гц…20 кГц соcтавляет 1000:1. Отсюда следует, что для НЧ-секции размеры вуферов намного меньше рабочей длины волны (200 Гц/170 см), размеры СЧ-драйверов соизмеримы с ней (2 кГц/17 см), а размеры ВЧ-твиттеров больше длины волны (20 кГц/1,7см).

Для акустических систем High-End, работающих при относительно низких уровнях звукового давления, эта проблема стоит не так остро. Для качественного озвучания комнаты достаточно одного-двух малогабаритных твиттеров, не конфликтующих между собой благодаря разнесению их в пространстве. Но для дизайнеров концертных ЛМ (которые должны создавать значительно большее звуковое давление и, соответственно, иметь более мощные драйверы) упомянутый факт вылился в серьезную проблему.

Характерно, что High-End всегда тяготел к построению своих акустических систем по схеме нынешних линейных массивов. Собственно предвестниками массивов выступили конструкции, прозванные звукоинженерами «четверкой резвых» за свою удивительную направленность. Эту особенность в 60-ые годы также заметил и воплотил в своих гитарных стеках Джим Маршалл. В 70-х на фирме JBL Бэрт Локанти разработал отлично звучавший твиттер с так называемым «внутренним телом», известный как «щелевой твиттер JBL». Его выпускают до сих пор. Сравните его конструкцию с волноводом Хейла, и вам будет понятен источник его вдохновения. Удивительно, как долго дизайнеры широкоформатного звука игнорировали технические решения, к которым пришли дизайнеры хай-энда. Справедливости ради отметим, что еще в 70-х английская компания Martin Audio строила модульные массивы, пытаясь придать линейные свойства излучателям сферических волн.

«Восьмерка резвых»: Hartke 810

В 70-х Altec Lancing вплотную подошла к созданию рупорных ЛМ в системах озвучания кинотеатров, но удовлетворительное техническое решение тогда найдено не было. И лишь с появлением изобретения Хейла линейные массивы «состоялись».

Вернувшись к соотношению длин волн и размеров драйверов, легко сделать простой вывод: применяемые в концертном звукоусилении мощные компрессионные ВЧ-драйверы слишком велики для того, чтобы без проблем «укладываться» в линейный источник. Помочь в этом призваны различные акустические преобразователи — рупоры, волноводы, щелевые излучатели, фазовые вставки, рассекатели и отражатели. Многие технические решения акустических элементов линейных массивов выполнены на основе звуковых камер. Характерная тенденция в современном звукоусилении — приход на смену компрессионным ВЧ-драйверам мощных ленточных твиттеров, которые, по нашему глубокому убеждению, в ближайшем будущем вытеснят компрессионные драйверы во многих секторах звуковоспроизведения — от бытового до профессионального. Использование в линейных массивах ленточных твиттеров компаний Alcons Audio, SLS и Stage Accompany — подтверждение этому.

Щелевой твиттер JBL2405H. Внутренняя деталь — прообраз волновода DOSC 5 DOSC — «тело Вента»

Звуковые источники, расположенные вдоль линии, давно были предметом научного интереса исследователей, в частности Олсона и Ванга, но именно Хейл в 1992 г. впервые обобщил и обнародовал принципы «Технологии формирования волнового фронта» (WST). Он показал, что выполнение этих принципов обеспечивает корректное суммирование отдельных акустических элементов в единый когерентно излучающий массив. Вторая часть изобретения относится к компоновке акустических систем, удовлетворяющих этим требованиям.

Перечислим принципы Хейла.

Множество одиночных звуковых источников, расположенных в виде плоской или искривленной поверхности на расстоянии друг от друга, называемом «шагом», эквивалентно одиночному источнику с размерами, равными размерам массива источников, при выполнении следующих критериев.

Шаг между акустическими источниками

Первый критерий имеет отношение к частоте и требует, чтобы шаг между акустическими центрами отдельных источников был меньше половины длины волны во всей полосе рабочих частот источника.

Второй критерий говорит о том, что волновые фронты, генерируемые каждым из источников массива, должны быть плоскими; при этом площадь излучаемой поверхности источника должна занимать не менее 80% его общей площади.

Третий критерий определяет пределы геометрической кривизны волнового фронта, которые не должны превышать четверть длины волны наивысшей рабочей частоты (например, не более 5 мм для 16 кГц).

Четвертый критерий говорит о том, что величина углов наклона кабинетов в искривленном массиве должна быть обратно пропорциональна расстоянию до слушателей.

И, наконец, последний, пятый, критерий устанавливает зависимость между минимальной дистанцией до слушателей, вертикальными размерами каждого кабинета и максимально допустимым углом между ними. Детище Хейла V-DOSC удовлетворило этим критериям.

L’Acoustics V-DOSC

В 1989 г. д-р Хейл запатентовал акустический волновод со странной формой и таким же названием — «DOSC». На его основе в 1993 г. была разработана трехполосная акустическая система V-DOSС, которая соответствовала всем условиям функционирования в качестве генератора цилиндрических волн. Первенец линейной индустрии, скорее похожий на геометрический ребус, неоднократно описан в литературе, поэтому коснемся лишь его наиболее оригинальных решений. Следуя своим принципам, Хейл расположил все НЧ-, СЧ- и ВЧ-излучатели копланарно, т. е. симметрично относительно вертикальной оси кабинета. Это был кирпичик, из которого впоследствии должно было строиться здание массива. Волновод DOSC создан на основе классической геометрической фигуры, так называемого «тела Вента» — конуса, симметрично усеченного плоскостями с двух сторон. Волновод представляет собой акустический трансформатор, преобразующий с минимумом искажений круговое излучение компрессионного драйвера в ленточный изофазный источник звуковой волны.

Волновод DOSC

Рупором, сужающим широкую горизонтальную диаграмму направленности волноводов (в V-DOSC использовалось два волновода, расположенных один над одним) до требуемых 90°, служат две V-образные панели, на которых располагались четыре кевларовых 7" СЧ-драйвера. Два 15" длинноходовых динамика обслуживали НЧ-полосу вплоть до 50 Гц. Точки активных кроссоверов выбирались с учетом сохранения когерентности волнового фронта в пределах каждой из частотных полос и равнялись 200 Гц и 1300 Гц. На первых порах V-DOSC вел лучший на то время цифровой контроллер Yamaha D2040 с моторизованными фейдерами; систему дополняли усилители Camco и субвуферы L’Acoustics SB218.

Первые опыты по озвучиванию реальных помещений вынудили Хейла отойти от идеально плоской формы массива: пришлось сделать J-образный загиб в его нижней части. Заявления L’Acoustics того времени сводились к осторожным фразам типа «эта система — не для новичков и требует точной и тщательной адаптации под озвучиваемую площадку». Реакция Хейла на потребности звукорежиссеров была мгновенной: в 1995 г. появились горизонтальные массивы ARCS, использовавшиеся в качестве центрального кластера, и компактные трапецеидальные двухполосные dV-DOSC (1999 г.). Интуиция Хейла в очередной раз проявилась в предвидении рынка компактных линейных массивов, занимающих сегодня львиную долю объемов продаж, и потребности в горизонтальных линейных массивах. Кстати, идеология последних подхвачена нынешними флагманами «массивостроения» NEXO в серии GEO-S, и HK Cohedra, сконфигурировавшей свои субвуферы в виде горизонтального линейного массива.

Что еще можно добавить? Более десяти лет назад Хейл задал планку сообществу разработчиков в области линейного звука, преодолеть которую некоторым до сих пор оказалось не по силам. Многие компании-производители и даже прокатчики концертной акустики предлагают свою трактовку принципов, некогда заложенных Хейлом. Надо признать, что за прошедшие 10 лет некоторые решения V-DOSC устарели. Кое-что конструкторы L’Acoustics изначально упустили — например, сцепку кабинетов V-DOSC по передней кромке при подвесе и их прямоугольную форму, из-за чего величина углов разворота ограничивала верхнюю рабочую частоту изогнутого стека. Но они были первыми! L’Acoustics поправила ситуацию с помощью компактного dV-DOSC, отлично справившегося с озвучанием ближних зон. При всех ультрасовременных решениях, которые регулярно появляются на рынке, «классика жанра» — V-DOSC — не сдает позиций в мире туровых систем. Последним подтверждением тому стал концерт Пола Маккартни на Красной площади, проведенный летом 2003 г. с использованием оборудования L’Acoustics.

JBL VT4889

Компания JBL выпускает три модели линейных массивов серии Vertical Technology (VerTech) — крупноформатную VT4889, компакт-версию VT4888 и суперкомпактную VT4887. Легендарный и почитаемый музыкантами брэнд, разработавший одни из лучших динамиков в мире, не мог не ответить на вызов, брошенный из-за океана. Ответ появился достаточно быстро и во многом воспроизвел идеологию L’Acoustics: VerTech — ее прямой наследник по компоновке. Это и 15" НЧ-вуферы прямого излучения, и четыре перекрестно излучающих, близких по диаметру «восьмерок» на V-образных панелях, и щелевой выход ВЧ-секции. Но JBL не был бы JBL, если бы не придумал что-нибудь свое. Конструкторы из Калифорнии заставили СЧ-секцию излучать через акустические щели bandpass с поглощающими вставками (Radiation Boundary Integrator, RBI). Тем самым были решены две проблемы: снижена интермодуляция по высоким частотам (все-таки у Хейла направляющими для ВЧ-рупора частично служат колеблющиеся СЧ-диффузоры) и уменьшена неравномерность в критичном СЧ-диапазоне, неизбежно сопутствующая перекрестно излучающим драйверам. Оптимальным для себя JBL посчитала конструкцию ВЧ-секции на основе трех идентичных рупоров-волноводов с изофазной щелью, на которые нагружены компрессионные драйверы JBL2435H с 3" бериллиевой диафрагмой.

Рупор-волновод JBL

Данное решение упрощено по сравнению с V-DOSC в силу применения волноводов на основе усеченных рупоров. В таких системах при трансформации круглого выхода компрессионного драйвера в плоский ленточный источник возникают переотражения в предрупорной камере и, как следствие, интерференция, прежде всего вызывающая неравномерность АЧХ. Звуковые камеры, в том числе предрупорные, являются важнейшим элементом построения ВЧ- и СЧ-секций линейных массивов.

Кроме перечисленных выше, JBL VerTech обладает и другими достоинствами: одно из лучших соотношений «мощность/вес» в своем классе (хотя, как показала французская компания Nexo, необязательно «закачивать» в кабинет почти 2,5 кВт мощности, чтобы получить давление 142 дБ); легкие неодимовые головки с улучшенным охлаждением, трапецеидальная форма кабинета. Недостатки конструкций подобного типа:

Структура ВЧ-секции VT4889

• неравномерность по высоким частотам в дальнем поле в силу специфики рупорного решения ВЧ-секции;
• относительно низкая чувствительность по низким частотам (99 дБ) и большая разница между ней и чувствительностью ВЧ-секции (116 дБ), что свойственно большинству прямоизлучающих кабинетов;
• большая подаваемая мощность.

В целом JBL VerTech — добротное, не лишенное фантазии решение, но сделанное под влиянием стереотипов.

Свой новый линейный массив с громким названием Monarc известный производитель драйверов и концертной акустики фирма McCauley продемонстрировала на 115-й конвенции AES. Заявив о «радикальном отходе от конструкций типовых линейных массивов», фирма, тем не менее, во многом использовала идеологию L’Acoustics, снабдив свои модули MLA6/MLA5 двумя симметричными, горизонтально расположенными 15" НЧ-вуферами прямого излучения и двумя 10" СЧ-головками HX32 с сотовой структурой углепластиковых диффузоров.

McCauley Sound Monarc MLA6

Во флагманской серии MLA6 для всех трех частотных полос применены неодимовые головки, что позволило увеличить звуковое давление на 2 дБ по сравнению с предшественником MLA5, в котором применялись ферритовые головки (MLA5 взаимозаменяем с MLA6). Решение ВЧ-секции традиционное — на двух 1,4" компрессионных драйверах, нагруженных на щелевой рупор. Учитывая недостатки прямоизлучающих конструкций, разработчики оснастили Monarc обьемнонагруженными НЧ-головками собственного производства. Чувствительность НЧ-секции возросла до 104 дБ, что является наивысшим показателем для существующих ЛМ прямого излучения. Младшие модели McCauley — трехполосная компакт-версия MLA3 и двухполосные M. Line и IN. Line — во многом наследуют идеологию построения MLA5. Субвуфер MS6 основан на принципах EAW SB1000 — два полунагруженных, частично развернутых друг на друга вуфера плюс Manifold — технология от EV.

Устройство «топа» M. Line и субвуфера MS1

Подвесной массив McCauley	«Патриотический» линейный массив McCauley

Преимущества серии MLA: вогнутая, ступенчатая форма лицевой панели кабинета обеспечивает более точное суммирование ВЧ- и СЧ-составляющих звукового спектра, снижение гармонических искажений в СЧ-диапазоне благодаря сотовым углепластиковым диффузорам, высокое звуковое давление (MLA6 — до 146 дБ/м) при относительно небольшом весе (90 кг).

Недостатки: характерны для прямоизлучающих конструкций, и, как следствие, определенная неравномерность горизонтальной диаграммы направленности. Правда, последняя четко очерчена: -24 дБ на 100° при нормированной диаграмме направленности в 90°. Вторая проблема — большая потребляемая мощность (более 3 кВт на один кабинет), что при тенденции постоянного удорожания энергоносителей — не самая выгодная особенность. На основе достаточно скудной информации о серии MLA можно сделать заключение, что это — классическое решение по-американски в стиле L’Acoustics, с минимумом инноваций.

продолжение следует…

Дата: Понедельник, 04 Мая 2009