Даже после тщательного выбора и установки новой акустической системы (PA), первый звук может оказаться неожиданно разочаровывающим. Бас может звучать избыточно в одном месте и почти отсутствовать в другом, создавая неравномерное звучание. Это происходит потому, что простое размещение колонок не всегда гарантирует идеальный звук. Акустические условия большинства помещений, где используются PA-системы или клубное оборудование, редко бывают оптимальными. Поэтому важно соблюдать несколько основных правил при планировании и настройке вашей PA-системы.
В этом руководстве мы покажем, на что следует обратить внимание при размещении акустических систем, и как использовать физические принципы для достижения наилучшего звучания вашей PA-системы.
Оптимальное размещение акустических систем для концерта
Для иллюстрации мы будем использовать акустические системы QSC K2 и серии QSC KS. Однако представленные шаги применимы к любой другой системе. Мы постарались изложить материал максимально просто, избегая сложной терминологии, но некоторые формулы неизбежны.
Полезно знать: Распространение звука зависит от частоты
Одним из ключевых факторов при размещении PA-колонок является то, что звук распространяется по-разному в зависимости от частоты. Низкие частоты, например, распространяются сферически во всех направлениях, в то время как частоты от 2,5 до 10 кГц излучаются более направленно.
Диаграмма направленности динамика
Горизонтальное и вертикальное излучение
Чтобы идеально разместить верхние части акустических систем (топы), необходимо узнать диаграмму направленности используемого динамика. В идеале это позволяет достичь равномерного покрытия зоны слушателей. Например, QSC K10.2 имеет угол покрытия 90° аксиально-симметрично, то есть динамик излучает звук как по горизонтали, так и по вертикали под углом 90°. Вооружившись этой информацией, переходим к следующему важному моменту.
Звуковые отражения
К сожалению, в закрытых помещениях мы имеем дело не только с прямым звуком от PA-системы, но и с многочисленными отражениями от стен, потолка и пола. Эти первичные отражения приводят к тому, что определенные частоты могут взаимно гаситься или усиливаться в некоторых точках, создавая нежелательные искажения тембра и затрудняя локализацию источника звука. В области высоких частот это особенно сильно влияет на разборчивость речи, а в области низких — на звуковое давление. Также может сужаться стереобаза — зона в аудитории, где слушатель одинаково хорошо слышит левый и правый каналы PA. Простое решение, которое может улучшить ситуацию, — это небольшой поворот верхних колонок внутрь. Как видно из сравнения на графиках, при повороте топов стереополе расширяется, а первичные отражения возникают уже в задней части помещения.
Усиление баса
В низкочастотном диапазоне в закрытых помещениях, в зависимости от расположения сабвуфера (или сабвуферов), возникает еще одно явление: акустическое пространство, в котором работает сабвуфер, влияет на его характеристики. Жесткие поверхности ограничивают его диаграмму направленности. В результате звуковое давление в диапазоне ниже 200 Гц увеличивается. Этот эффект проявляется наиболее сильно, если сабвуфер установлен в углу, то есть его диаграмма направленности ограничена тремя направлениями. Как видно из графика, для представленного динамика QSC K.2 наблюдается подъем на 18 дБ в диапазоне ниже 200 Гц.
Размещение акустических систем: Уменьшение интерференции
Разделительная частота (кроссовер)
Чтобы свести к минимуму возможную интерференцию между отдельными колонками, рекомендуется назначить им определенный частотный диапазон. Таким образом, мы гарантируем, что воспроизводимые частоты не будут взаимно влиять друг на друга. На практике, например, для сабвуфера можно установить фильтр высоких частот (high-cut) на 100 Гц, а для топов — фильтр низких частот (low-cut) также на 100 Гц. Это гарантирует, что прямой звук от каждого динамика будет минимально пересекаться.
Что такое фаза?
Но почему частоты гасят или усиливают друг друга? Предположим, у нас есть два сабвуфера, находящихся на одинаковом расстоянии от точки прослушивания. Если мы подадим на оба сабвуфера синусоидальный сигнал одинаковой частоты, а у одного из них инвертируем фазу на 180°, сигнал полностью погасится. На практике сигнал, скорее всего, не погасится на 100%, поскольку малейшие отклонения в акустике помещения или симметрии могут помешать полному гашению. Для минимизации фазовых помех существует несколько способов организации установки PA-системы.
Размещение сабвуфера
L/R Stacking (лево-правое размещение)
Наиболее распространенный вариант установки, особенно в небольших и средних концертных залах, — это L/R Stacking. Здесь сабвуферы размещаются слева и справа под верхними колонками. Как правило, такая конфигурация дает удовлетворительный результат. Однако часто возникают проблемы в низкочастотном диапазоне, поскольку сабвуферы расположены слишком далеко друг от друга, что может приводить к интерференции или нежелательным подъемам. Классический вариант установки PA — L/R Stacking.
Mono-Cluster (моно-кластер)
Для более равномерного распределения басов рекомендуется центральное размещение сабвуфера, поскольку благодаря сферическому распределению частоты равномерно распространяются по помещению. В небольших 2.1 системах (лево, право, сабвуфер) это, как правило, легко реализуемо. Однако в более крупных системах с несколькими сабвуферами эта конфигурация сложна в реализации. Представьте себе, что на больших сценах все сабвуферы ставят друг на друга по центру. В этом случае низкочастотный диапазон будет распределен равномерно, но ничего не будет видно от вокалиста. Mono Cluster часто является хорошим выбором, особенно для небольших установок.
Sub-Array-Zahnlücke (сабвуферный массив «щель»)
Для достижения равномерного распределения басов при использовании нескольких сабвуферов подходит конфигурация Sub-Array, также известная как «щель». Упрощенно можно представить сабвуферы как зубы в сильно упрощенной челюсти, где отсутствует каждый второй зуб. Точное расстояние между отдельными сабвуферами особенно важно. Практическое правило гласит, что центр каждого динамика должен находиться на расстоянии не более половины длины волны самой высокой частоты, которую необходимо согласовать, от следующего динамика. Пример: Разделительная частота сабвуфера QSC KS118 установлена на 80 Гц. Рассчитанная длина волны составляет 4,29 м. Половина длины волны составляет 2,15 м. Если учесть полную ширину KS118 (52 см) и вычесть ее из ранее рассчитанной длины волны, получится максимальное расстояние от края корпуса до края корпуса 1,63 м. При разделительной частоте 100 Гц расстояние уменьшится до 1,20 м. Типичная конфигурация сабвуферного массива.
Cardioid Sub Array (кардиоидный сабвуферный массив)
Все три представленные конфигурации PA-систем могут быть легко использованы в кардиоидном режиме. В этой конфигурации мы используем фазовое гашение в низкочастотном диапазоне для достижения направленного гашения позади динамиков. Чтобы наглядно продемонстрировать принцип, возьмем конфигурацию L/R Stacking. В нашем случае на каждой стороне три сабвуфера установлены друг над другом. Особенность заключается в том, что средний сабвуфер направлен на сцену, а нижний и верхний — вперед, в сторону аудитории. Цель — добиться максимального суммирования звука спереди и максимального гашения сзади. Это позволяет достичь мощного звука только перед сценой, не беспокоя саму сцену и ближайших соседей за ней, которые в противном случае могли бы вызвать полицию. Для этого мы инвертируем фазу только у среднего сабвуфера и добавляем к нему задержку. Благодаря инверсии фазы на 180° мы достигаем ослабления сзади. С помощью задержки мы можем определить примерный частотный диапазон, который будет усилен спереди. Возьмем, например, 60 Гц. Длина волны составляет 5,72 м. Поскольку мы уже инвертировали фазу сабвуфера, нам нужна только половина длины волны — 2,86 м. 2,86 м / 343,2 м/с = 0,0083 с. 0,0083 с * 1000 = 8,33 мс. В кардиоидном режиме достигается максимальное гашение звука на сцене.
Размещение акустических систем: Дополнительные динамики
Особенно в больших помещениях или при сложной сценической конструкции основной PA-системы может быть недостаточно для равномерного озвучивания всей аудитории. В таких случаях необходимо использовать дополнительные колонки.
Near/Sidefills (ближние/боковые сателлиты)
При желании равномерно озвучить широкую сценическую конфигурацию, на определенном расстоянии между верхними колонками возникает проблема достаточного озвучивания передней центральной зоны перед сценой. В зависимости от диаграммы направленности левой и правой стороны основной PA-системы, в этом месте трудно воспринимать частоты в средне-верхнем и высоком диапазонах. На практике это означало бы, что публика в этой зоне едва ли услышит вокал, гитару или другие инструменты в указанном частотном диапазоне. Решением являются так называемые Nearfill-динамики. Это небольшие полнодиапазонные колонки или топы, размещаемые по центру сцены. Обычно Nearfills просто ставят на сабвуферы, установленные перед сценой. Однако возможно также крепление колонки (колонок) на передней ферме сцены. Если диаграммы направленности верхних колонок недостаточно для адекватного озвучивания всей ширины помещения, используются дополнительные Sidefill-динамики. Они устанавливаются по бокам сцены для покрытия более широкой области. Near- и Sidefills расширяют область покрытия.
Delay-Line (линия задержки)
В больших помещениях обычная PA-система, состоящая из топов и сабвуферов, часто не обеспечивает равномерного распределения звука по всему пространству. Кроме того, на больших расстояниях от источника звука происходит значительная потеря энергии. Проще говоря: чем дальше я стою от PA-системы, тем тише становится звук. Одним из решений является простое увеличение громкости всей системы. Однако для людей в первых рядах это может быть слишком громко. Решением является использование дополнительных колонок в качестве Delay-Line. Эти дополнительные колонки устанавливаются на определенном расстоянии от основной системы и служат для равномерного распределения звука в задней части помещения. При работе с Delay-Lines сигнал с этих динамиков должен быть задержан относительно сигнала основной PA-системы так, чтобы оба сигнала достигали аудитории одновременно. Для расчета времени задержки нам снова понадобится скорость звука, которая, как известно, составляет 343,2 м/с. Предположим, мы устанавливаем Delay-Line на расстоянии 20 метров. Расчет: 343,2 м/с / 1000 = 0,34 м/мс. 20 метров (расстояние) / 0,34 м (скорость звука в см) = 58,28 мс задержки. Line Delay равномерно распределяет аудиосигнал и снижает нагрузку на PA и уши первых рядов.
Пространственные характеристики помещения
Теперь, когда мы знаем, как распределяются отдельные частоты в помещении и какое влияние на звук могут оказывать различные позиции, необходимо применить эти знания к вашим установкам. Вероятно, вы обнаружите, что на практике спланированную установку невозможно реализовать на 100%. Строительные ограничения, такие как колонны, низкий потолок, неудачные пропорции помещения или акустически неблагоприятные напольные покрытия, часто мешают достижению идеального звучания PA-системы. Кроме того, необходимо, конечно же, соблюдать все правила безопасности. Сотрудник местного муниципалитета не будет убежден в необходимости размещения сабвуферов непосредственно перед аварийным выходом, даже если это звучит лучше всего. Если бюджет и помещение позволяют проводить строительные работы, можно попытаться адаптировать здание к системе. Как правило, такой вариант отсутствует, и мы можем лишь попытаться улучшить самые серьезные проблемы с помощью простых средств. Матовая ткань на стенах может творить чудеса при слишком длительном времени реверберации. Точно так же несколько самодельных абсорберов под потолком могут значительно улучшить звучание PA-системы в помещении. В сочетании с физическими правилами, которые вы узнали сегодня, вы сможете улучшить звучание собственной системы. К сожалению, не каждое помещение построено акустически оптимально.
Резюме
Мы надеемся, что наш сегодняшний мастер-класс по размещению акустических систем помог вам в настройке вашей PA-системы и привнес немного ясности. В следующей части этого мастер-класса мы представим различные инструменты и возможности для настройки вашей системы с использованием задержек или различных настроек эквалайзера, даже если вы не используете встроенную DSP-обработку в отдельных PA-динамиках. Здесь вы узнаете все о матрицах в микшерной консоли, системных контроллерах и многом другом.
