Теория направленности

2025-02-06

Если вы понимаете теорию, лежащую в основе направленных характеристик источников звука, вы будете в хорошем положении, чтобы понять громкоговорители PA и извлечь из них максимальную пользу. Есть две крайности направленности, между которыми есть и другие интересные случаи. Одной из крайностей является точечный источник, который представляет собой источник звука, имеющий нулевой размер. Ладно, нет такого понятия, как нулевой размер, но на практике, если источник звука по размеру меньше длины волны звука, который он излучает, он обладает характеристиками точечного источника. Низкочастотный выход небольшого громкоговорителя может быть примером из реальной жизни».

Точечный источник излучает звук одинаково во всех направлениях. Вот и все: все, что вам нужно знать о точечном источнике! Ну, не совсем все… Но вам понадобится немного фантазии. Представьте себе этот очень маленький точечный источник, пульсирующий наружу на мгновение, всего один раз. Сфера высокого давления покидает ее поверхность и излучается наружу, становясь все больше и больше. Точечный источник вложил определенное количество энергии в этот импульс, и это же количество энергии со временем должно покрывать все большую и большую площадь, площадь поверхности этой непрерывно расширяющейся сферы. Я мог бы утомить вас до слез подробными расчетами относительно площади поверхности сферы, плотности энергии и тому подобного, но вместо этого я сразу перейду к делу и скажу следующее: для точечного источника звуковое давление уменьшается на 6 дБ с каждым удвоением расстояния. Мы называем это законом обратных квадратов».

Одна из ошибок или упрощений состоит в том, что обычно говорят, что все звуки подчиняются закону обратных квадратов. Это не так. Только звук из точечного источника подчиняется закону обратных квадратов. Любой источник звука, который не является всенаправленным, не подчиняется закону обратных квадратов. (Если вы отойдете от него так далеко, что визуально он отступит к точке, то с точки зрения вашего наблюдения будет казаться, что он подчиняется закону обратных квадратов, но в практическом плане это не имеет отношения к ПА.)

Из этого можно сделать два интересных факта. Максимальная скорость, с которой уровень звука может снижаться с расстоянием, составляет 6 дБ на удвоение расстояния. Единственный способ, которым звук может затухать быстрее, — это если вы активно делаете что-то, чтобы заблокировать его. Кроме того, источники звука, которые являются направленными затуханиями, затухают со скоростью, которая составляет менее 6 дБ при удвоении расстояния».

Интересно рассмотреть противоположную крайность. Можно ли было бы иметь источник звука, уровень от которого совсем не затухает с увеличением расстояния? Удивительно, но ответ положительный. Можно иметь источник звука, который будет настолько сфокусирован, что он будет покрывать удивительное расстояние практически без снижения уровня. Хотите пример? Я приведу вам два примера: старомодная корабельная переговорная трубка и телефон из жестяной банки. Мы называем такой источник звука плоским. В обоих случаях звуковая энергия не просто сфокусирована, она вынуждена распространяться в замкнутой среде, так что она вообще не может распространяться. А так как он не может распространяться, то ни один уровень не теряется. (На практике немного теряется уровень, но ничто не идеально.) Вы можете видеть, что это не практичный способ донести свой звук до аудитории, поэтому мы оставим это как любопытство, а как любопытство, которое демонстрирует полезный принцип».

Следующий тип источника звука – это вся цель этой статьи, и это спасение PA в том виде, в котором мы его знаем. Мы называем этот тип источника — фанфары труб — линейным источником. Чтобы понять это, давайте на мгновение вернемся к точечному источнику. Я сказал, что точечный источник (который является всенаправленным) должен быть маленьким по сравнению с длиной волны звука, который он излучает. Верно и обратное: когда источник звука больше длины волны, которую он излучает, он становится более направленным. И чем он больше, тем более плотно направленный. Таким образом, действительно большой источник звука должен быть строго направленным. Это то, чего мы хотим: источник, который можно сфокусировать и направить на охват аудитории, но при этом не тратить впустую на другие области аудитории».

Но представьте, что вы — громкоговоритель, смотрящий со сцены на аудиторию. Зрители перед вами широко рассредоточены слева направо, а вот сверху вниз — в перспективе, от задних рядов к передним — лишь узкий разброс. Вы можете видеть проблему. Если вы сделаете большой громкоговоритель, который сфокусирует звук достаточно плотно, чтобы точно направлять звук в вертикальном измерении, он не будет охватывать всю ширину аудитории. И наоборот: если бы он покрывал всю ширину, вы бы в конечном итоге покрыли еще и потолок, и мы знаем, что это плохо».

Решение состоит в том, чтобы разработать громкоговоритель, который будет плотно сфокусирован в вертикальном измерении, но широко распространит звук в горизонтальном измерении. Для этого колонка должна быть большой по вертикали, но маленьким по горизонтали. Как колонна, на самом деле. И вот он у нас (громкие фанфары труб): колонный громкоговоритель! Я сказал «колонный громкоговоритель»? Извините, я должен использовать более современную и интересную терминологию: линейный массив. Они оба являются примерами линейного источника.