X4L - wzmacniacz z DSP z serii X
Biznes „nagłośnieniowy” – w porównaniu z innymi dziedzinami techniki (np. przemysłem samochodowym, czy ...
Wyjścia są trzy – albo obrazić się na „liniówki” i szukać innych, bardziej doskonałych rozwiązań (czego jeszcze, póki co, nie wymyślono, przynajmniej w wymiarze przemysłowym), albo wyjść z założenia, iż „jest, jak jest, i lepiej nie będzie”), albo wreszcie próbować choć trochę ulepszyć „zwykłe” systemy liniowe. Przynajmniej w jakimś jednym wybranym aspekcie, a jeśli uda się w dwóch lub więcej – to już jest spory sukces.
Takie właśnie podejście reprezentuje firma d&b audiotechnik, która – niczym niespokojny duch – wciąż zaskakuje nas czymś nowym, czego u konkurencji próżno szukać. Takim stosunkowo jeszcze „świeżym” novum d&b jest
ARRAYPROCESSING
Nie jest to jakieś specjalne urządzenie czy technologia, ani też jakiś dedykowany soft. ArrayProcessing to dodatkowy „ficzer” do oprogramowania predykcyjnego ArrayCalc, który pojawił się w nim od wersji V8. Co to takiego jest ten ArrayProcessing?
Mówiąc ogólnie, jest to funkcja służąca do obliczania i projektowania całościowego zachowania się systemu line array. Przeznaczona jest ona do „ulepszania” pracy systemów d&b audiotechnik z serii J, V i Y,
zasilanych z najnowszych końcówek mocy niemieckiego producenta, czyli wzmacniaczy D20 i D80 (póki co – może w przyszłości do tego grona dołączą inne).
Z fizycznego punktu widzenia ArrayPorcessing „pracuje” na standardowej konfiguracji systemu line array, właściwie zaprojektowanej i wykonanej (podwieszonej i skątowanej). System musi zapewniać odpowiednie pokrycie dźwiękiem całej nagłaśnianej przestrzeni, a więc musi mieć właściwą dyspersję w płaszczyźnie wertykalnej, a także dysponować odpowiednią mocą, aby transmitowany dźwięk był dostatecznie słyszalny na całym tym obszarze.
ArrayProcessing tworzy indywidualne zestawy filtrów typu FIR i IIR dla każdego modułu systemu, z których każdy wymaga osobnego kanału wzmacniacza. Filtry te „kształtują” dźwięk generowany przez system, tak aby precyzyjne dopasować go do zdefiniowanego przez użytkownika poziomu dystrybucji i uzyskać jednorodną odpowiedź częstotliwościową w obrębie całego nagłaśnianego obszaru.
Skorzystanie z funkcji ArrayProcessingu jest opcjonalne, czyli projektant sam decyduje, czy dla danej konfiguracji systemu funkcja ta ma być użyta, czy nie. Ceną, jaką trzeba zapłacić za zastosowanie ArrayProcessingu, jest zwiększona latencja sygnału docierającego do systemu – konkretnie o 5,9 ms, co razem z latencją wprowadzaną przez wzmacniacze d&b, wynoszącą 0,3 ms, daje sumaryczne opóźnienie sygnału równe 6,2 ms. Biorąc pod uwagę, że dotyczy to systemu frontowego, a nie np. monitorowego, nie ma to większego znaczenia.
KORZYŚCI Z ZASTOSOWANIA ARRAYPROCESSINGU
Żeby docenić ArrayProcessing, a konkretnie to, co za jego pomocą można uzyskać, przyjrzyjmy się, jak wygląda dystrybucja sygnału akustycznego „w wykonaniu” klasycznego systemu line array.
Zazwyczaj konfiguracja systemu line array jest projektowana w ten sposób, aby zoptymalizować rozkład poziomu ciśnienia dźwięku w nagłaśnianej przestrzeni w zakresie wysokiego środka (2-5 kHz). Wymaga to specyficznego skonfigurowania (skątowania) poszczególnych modułów w klastrze. Sęk w tym, że dyspersja takiego systemu w zakresie niskiego środka (200-1.000 Hz, w zależności od długości klastra) jest bezpośrednim wynikiem finalnego kształtu grona, wynikającego z rozchylenia względem siebie poszczególnych modułów. Przeważnie daje to inny rozkład poziomu ciśnienia wraz ze wzrostem odległości od systemu, niż w przypadku wysokiego środka.
Efekt ten jest dobrze znany i był powodem wielu krytycznych uwag w początkach stosowania systemów line array. Rezultatem tego jest nierównomierny rozkład poziomu ciśnienia w nagłaśnianym obszarze, inny dla każdego z zakresu częstotliwości, co powoduje zachwiania balansu brzmieniowego na dystansie przód-tył widowni – od bogatego i (często zbyt) ciepłego brzmienia blisko systemu, który wraz ze zwiększaniem tego dystansu przechodzi w coraz bardziej ostry i agresywny.
Innym dobrze znanym przykładem niedoskonałości systemu line array jest różnica w odpowiedzi spektralnej w różnych miejscach stromej widowni, nagłaśnianej za pomocą mocno ugiętego systemu. Brzmienie w najwyższych rzędach widowni jest bardzo „cieniutkie”, w centralnej części obserwuje się sporo denerwującego niskiego środka, który powoli zanika, kiedy zbliżamy się coraz bardziej do sceny.
W obu opisanych sytuacjach możemy dostrzec, iż dyspersja systemu w zakresie niskiego środka nie jest odzwierciedlana przez kształt grona systemu nagłośnieniowego.
ArrayProcessing potrafi wyeliminować powyższe niedogodności, oferując równomierną charakterystykę częstotliwościową w niemalże całym nagłaśnianym obszarze. W rezultacie tego to, co słyszy realizator na FOH-u, słyszą również pozostali uczestnicy. Miks jest „obowiązujący” dla wszystkich.
KOMPENSACJA EFEKTU POCHŁANIANIA DŹWIĘKU PRZEZ POWIETRZE
ArrayProcessing w swoich obliczeniach uwzględnia efekt absorpcji dźwięku przez powietrze i oferuje precyzyjną, „bezszwową” korekcję dla wszystkich modułów, których dotyczy ten problemów (grających daleko). Uzyskujemy dzięki temu nie tylko bardziej wyrównany balans brzmieniowy w funkcji odległości od systemu, ale również w aplikacjach, w których system ma dostateczny headroom, jego zasięg może być zwiększony, likwidując lub zmniejszając w ten sposób konieczność stosowania systemów strefowych (delay line).
ELASTYCZNOŚĆ
Dystrybucja poziomu ciśnienia dźwięku na całym nagłaśnianym obszarze może być modyfikowana i dostosowana do aktualnych potrzeb, redukując głośność w okolicach systemu i modyfikując zmniejszanie się poziomu wraz z odległością od sceny. ArrayProcessing jednym kliknięciem myszki pozwala na porównywanie różnych ustawień dla danego systemu.
ZROZUMIAŁOŚĆ
W wielu aplikacjach, stosując bardziej dopasowaną dyspersję uzyskujemy redukcję odbić dźwięku od ścian/sufitu, co pozwala zwiększyć wyrazistość brzmienia muzyki i zrozumiałość mowy.
„BHP”
Stosując ArrayProcessing poziom ciśnienia dźwięku w okolicy sceny może być istotnie zmniejszony – bez straty „mocy” brzmienia w dalszych sektorach widowni. Znając zastraszające dane dotyczące ubytków słuchu już u nastolatków, takie podejście może być mile widziane przez organizatorów imprez dbających nie tylko o samopoczucie (dobrą zabawę), ale również o kondycję fizyczną (słuch) uczestników.
JAK TO DZIAŁA?
Wraz z wprowadzeniem ArrayProcessingu opracowano i wprowadzono kompletnie nowy, ujednolicony, bardziej dokładny i adaptacyjny model dla symulacji pracy głośników. Model ten oferuje wymagany stopień szczegółowości dla różnych rodzajów, wielkości i zakresów częstotliwości każdego źródła dźwięku – najwyższą rozdzielczość dla zapewnienia precyzyjnego opisu wąskiej dyspersji systemów line array w zakresie wysokich częstotliwości, średnią rozdzielczość dla pokrycia charakterystyki dyspersji źródeł punktowych (point source) i kierunkowych subwoferów oraz raczej zgrubną rozdzielczość dla subwoferów promieniujących wszechkierunkowo.
Algorytm ArrayProcessingu bierze również pod uwagę i koryguje efekt refrakcji wytwarzany przez sąsiadujące ze sobą moduły.
Punkty docelowe są rozmieszczone wzdłuż i wszerz nagłaśnianego obszaru, w odległości 20 cm jeden od drugiego. ArrayProcessing dokonuje kalkulacji wpływu każdego źródła dźwięku z osobna na każdy z owych punktów widowni, z zastosowaniem wysokiej rozdzielczości spektralnej – 24 częstotliwości na oktawę, co daje w sumie 240 pojedynczych częstotliwości dla każdego punktu docelowego, w zakresie 10 oktaw pasma audio.
Następnie algorytm optymalizacji ArrayProcessingu tworzy ujednoliconą (standaryzowaną) charakterystykę częstotliwościową dla wszystkich tych punktów. Ta docelowa charakterystyka częstotliwościowa odpowiada dokładnie charakterystyce odniesienia zdefiniowanej wstępnie podczas strojenia ustawień kontrolera dla klasycznego (nieprocesorowanego) ustawienia systemów line array d&b. Charakterystyka ta jest identyczna w paśmie powyżej około 140 Hz – poniżej tej częstotliwości każdy system ma swój własny, indywidualny zasięg LF, zależny od specyficznych rozwiązań konstrukcyjnych zestawu głośnikowego.
Dla niższych zakresów częstotliwości, w których wszystkie źródła dźwięku pokrywają większość nagłaśnianego obszaru, processing polega głównie na modyfikowaniu dopasowania czasowego, nie powodując różnicowania poziomów poszczególnych źródeł. Wirtualnie można to przedstawić za pomocą zupełnie innego – czasami dość fantazyjnego – wygięcia grona, niż jest w rzeczywistości (fizycznie).
Dla wyższych częstotliwości, w którym to zakresie poszczególne źródła pokrywają tylko fragment nagłaśnianego obszaru, algorytm powoduje stopniowe, płynne przechodzenie pomiędzy skorygowanymi przebiegami amplitudy funkcji przejścia poszczególnych źródeł. Istotne jest tutaj uzyskanie dużej korelacji pomiędzy sąsiadującymi filtrami – niezbyt uważne operowanie filtrami FIR dla poszczególnych składników systemu może bowiem zburzyć integralność brzmieniową systemu. Algorytm rozpatruje każdy filtr w relacji do sąsiednich częstotliwości, aby zapewnić spójną i ciągłą odpowiedź częstotliwościową filtru.
Ważną rzeczą jest to, że charakterystyka tworzona przez algorytm ArrayProcessingu jest niezależna od długości grona, jego ugięcia oraz typu systemu. Każdy system line array „podrasowany” przez ArrayProcessing oferuje te same charakterystyki brzmieniowe. Każda kombinacja z wykorzystaniem modułów różnych systemów (w obrębie trzech „obsługiwanych” przez ArrayProcessing, czyli J, V i Y), tj, outfille, delay line’y itp., nie wymaga osobnego strojenia i zachowuje ujednolicony charakter brzmieniowy.
Każda dodatkowa modyfikacja charakterystyki systemu, w tym funkcja CPL (Coupling) czy korekcja brzmienia całego systemu, jest dokonywana w ten sam sposób dla całego systemu, dla wszystkich sektorów nagłaśnianego obszaru.
PARAMETRY UŻYTKOWNIKA
Użytkownik może sprecyzować docelową dystrybucję poziomu ciśnienia dźwięku w całym obszarze. Odbywa się to bardzo prosto, poprzez ustalenie spadku poziomu ciśnienia akustycznego (wyrażonego w dB na podwojenie odległości) dla maksymalnie trzech różnych sektorów nagłaśnianego obszaru (np. w przypadku „łamanych” widowni, z balkonami) – przód/środek/tył. Dodatkowo można zaplanować różne średnie poziomy SPL dla tych trzech sekcji.
Innym parametrem, jakim dysponuje użytkownik, jest suwak Power/Glory, który definiuje „jakość” processingu. Jeśli zależy nam przede wszystkim na uzyskaniu jak najwyższego SPL-a lub headroomu systemu, przesuwamy suwak w pozycję Power. W przypadku gdy chcemy uzyskać jak najrówniejsze pokrycie nagłaśnianego obszaru, godząc się przy tym z pewną utratą wydajności systemu, wybieramy pozycję „Glory”. Dla niezdecydowanych, jak to w życiu, najlepsza jest pozycja pośrednia, dająca dobry stosunek tych dwóch parametrów.
Użytkownik ma możliwość zaprojektowania kilku różnych kombinacji ustawień parametrów processingu i zapisania ich w „tabelce” zwanej „AP slots”. Następnie ustawienia te mogą być szybko wybrane i „przerzucone” do DSP wzmacniaczy, z wykorzystaniem oprogramowania R1. Przełączanie pomiędzy kolejnymi slotami odbywa się niemalże w czasie rzeczywistym, jednak z uwagi na krótkie przerwy w transmisji audio, spowodowane przeładowywaniem konfiguracji we wzmacniaczach, nie jest zalecane dokonywanie tego w trakcie trwania show.
SZYBKOŚĆ DZIAŁANIA
Dla mobilnych aplikacji prędkość dokonywanych kalkulacji jest bardzo ważnym aspektem. Użytkownik powinien mieć możliwość szybkiego reagowania na zmieniające się wymagania (warunki atmosferyczne, frekwencja na widowni itp.). Typowy czas kalkulacji, poczynając od inicjalizacji ArrayProcessingu po aktywację ustawień filtrów we wzmacniaczach, dla systemu o 20-stopniowym pokryciu w płaszczyźnie horyzontalnej 100-metrowego obszaru trwa około jednej minuty – na standardowym laptopie.
Co ciekawe, ArrayProcessing jest również dostępny dla systemów z podwieszonymi u góry grona (wraz z górkami) subbasami z serii J, V i/lub Y. Z uwagi jednak na zachowanie czasu latencji nie większego niż 5,9 ms funkcja ta nie jest w stanie dokonać istotnych zmian w kierunkowości klastrów basowych, ograniczając się raczej do uzyskania wyrównania czasowego i dopasowania ich odpowiedzi częstotliwościowej do pozostałych szerokopasmowych składników systemu.
PODSUMUJMY
Systemy line array firmy d&b audiotechnik znane są z tego, iż uzyskano w nich bardzo dobrze kontrolowaną kierunkowość w płaszczyźnie horyzontalnej – co jest wynikiem starannego doboru komponentów oraz ich usytuowania w obudowie i wynikającego z tego dopasowania. Dzięki oprogramowaniu ArrayProcessing podobne dopasowanie można uzyskać dla kontrolowania kierunkowości całego grona w płaszczyźnie wertykalnej. Dokonuje się tego na już zaprojektowanym i odpowiednio mechanicznie skonfigurowanym (skątowanym) systemie, poprzez różny processing aplikowany dla każdego głośnika osobno, z wykorzystaniem filtrów IIR i FIR.
ArrayProcessing pozwala uzyskać zaplanowany profil spadku poziomu ciśnienia akustycznego wraz z odległością, w całym obszarze pokrywanym przez system nagłośnieniowy. Kompensuje on również efekt pochłaniania dźwięku przez powietrze, wraz z odległością od źródła dźwięku.
ArrayProcessing jest funkcją prostą i szybką – zarówno w obsłudze, jak i działaniu – dodając tylko 5,9 ms opóźnienia do sygnału, pozwalając uzyskać dużą równomierność pokrycia dźwiękiem dla całego obszaru nagłaśnianego przez system. W przypadku używania rozbudowanego systemu, składającego się z kilku elementów (system główny, outfille, systemy opóźnione), pozwala uzyskać jednorodne brzmienie całego systemu, niezależnie od tego, czy w skład tych elementów wchodzą tylko zestawy jednej serii, czy jest to miks różnych systemów (J, V lub Y).
Marian Ortyl
Więcej informacji o prezentowanej technologii oraz innych rozwiązaniach i produktach firmy d&b audiotechnik na stronie internetowej producenta: www.dbaudio.com oraz polskiego przedstawiciela: www.konsbud-audio.pl.
