Subwoofer array. Guida pratica. Traduzione italiana tratta da Subwoofer Arrays A Practical Guide (rev.1) di Jeff Berryman, Electro-Voice, June 2010

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1 Pubblicazione Tecnica n.16 Subwoofer array Guida pratica Traduzione italiana tratta da Subwoofer Arrays A Practical Guide (rev.1) di Jeff Berryman, Electro-Voice, June 2010

2 Sommario 1. Introduzione Concetti d acustica Lunghezza d onda Regole base sulla direttività Indipendenza orizzontale-verticale Sorgenti multiple e lobi d emissione Beamforming Gain Shading Grafici e strumenti di progettazione dell array Tipologie di array di woofer Broadside array Array in stack a terra Array in appendimento Gradient Array Esempio Caratteristiche dei gradient array Gradient array avanzati Gradient line-array Applicazioni del gradient line-array Array endfire Appendice A: Impostazione dei crossover per subwoofer Appendice B: Equalizzazione della sezione sub-bass Appendice C: Distorsione della radiazione... 32

3 1. Introduzione Nei sistemi audio sarebbe una cosa formidabile se i diffusori si comportassero come fonti luminose: scegli lo speaker con la copertura polare corretta, lo punti dove vuoi che il suono debba arrivare, e hai finito. E ovvio che le cose non funzionano così, specialmente nel caso delle basse frequenze. I normali diffusori in bassa frequenza si comportano in maniera praticamente omnidirezionale in tutto il loro range operativo, ma appena si pongono in stack, uno sopra l altro, più diffusori, il pattern di copertura polare diventa sempre più direzionale e più complesso nella forma. Immagina se la luce si comportasse nello stesso modo una lampadina illumina tutta la stanza, ma quattro lampadine in linea illuminerebbero solo una parte. A rendere le cose ancora peggiori, nel caso d uso di woofer multipli in stack ad es. in applicazioni stage left & right si ha la generazione di fenomeni di interferenza (noti con il nome di comb filtering, o filtraggio a pettine), che creano punti di massimo e punti zero (nodi) in posizioni differenti ed a frequenze diverse. Se la luce si comportasse anch essa così, allora accendendo due luci in una stanza poste ad una certa distanza tra loro, la stanza stessa si ritroverebbe illuminata con un bell arcobaleno fatto di vari colori. Oltre a ciò, si ha anche il problema della riverberazione, che aggiunge i suoi effetti di confusione e colorazione nel dominio temporale. Questo effetto non ha corrispondenza nel caso della luce. Di fronte a tutti questi fenomeni, come possiamo fare, noi professionisti dell audio, a progettare array di subwoofer e schemi di pilotaggio per realizzare una copertura audio precisa, fedele ed efficace? Se ci riusciamo, allora: I bassi saranno chiari, con un bilanciamento tonale costante su tutta l area d ascolto. Il livello sonoro dei bassi saranno sempre nel corretto rapporto con le emissioni in media ed alta frequenza del resto del setup su tutta l area d ascolto. Gli effetti negativi della riverberazione e della riflessione saranno drasticamente ridotti. L efficienza del sistema (potenza d uscita rispetto ai costi) sarà massimizzata. Questo documento spiegherà alcuni concetti e tecniche per ottenere dei buoni bassi. Saremo focalizzati sulla banda che spazia approssimativamente tra 20Hz e 150Hz.

4 2. Concetti d acustica 2.1 Lunghezza d onda Praticamente tutto ciò che riguarda l acustica degli array di diffusori ha a che fare con la lunghezza d onda. Un box o array è grande se le sue dimensioni o alcune delle sue dimensioni sono superiori a 1.5 volte le lunghezze d onda del suo range operativo. Una dimensione si dice piccola se è circa un terzo di una determinata lunghezza d onda in esame. Ecco alcune lunghezze d onda tipiche: In condizioni di temperatura, pressione ed umidità normali, la formula della lunghezza d onda stabilisce che: 2.2 Regole base sulla direttività Nel caso di fonti sonore ordinarie, la direttività è inversamente proporzionale alle dimensioni della fonte. Ovvero, se un oggetto è piccolo, la sua direttività è ampia; se è grande, la direttività è stretta. Vd. Fig. 1. Figura 1. Relazione inversa tra dimensioni e direttività Ricorda che piccolo o grande sono misure riferite alla lunghezza d onda, non ai metri.

5 2.3 Indipendenza orizzontale - verticale La regola base della direttività si applica indipendentemente ai piani orizzontale e verticale. Ad esempio, una linea orizzontale di subwoofer può essere grande orizzontalmente e piccola verticalmente. Perciò la sua direttività sarà stretta orizzontalmente e larga verticalmente, come mostra la Figura 2. Figura 2. Pattern asimmetrico 2.4 Sorgenti multiple e lobi d emissione Molte, se non quasi tutte, le installazioni con subwoofer utilizzano due array separati agli angoli opposti dello stage. Talvolta questi array sono posti in stack a terra, in altri casi in appendimento. In ogni caso, sorgenti multiple realizzano ciò che i fisici chiamano interferenza d onda, e che i tecnici audio invece chiamano comb filtering o filtraggio a lobi. La Figura 3 mostra la direttività di un singolo subwoofer Electro-Voice Xsub a 50Hz. In questo esempio, le dimensioni dello stage sono 12x6 metri. La linea rossa è il pattern polare. La separazione tra i cerchi del grafico è 6dB. L Xsub come si vede è essenzialmente omnidirezionale. Figura 3. Xsub singolo. Divisione 6dB La Figura 4 mostra cosa succede se si aggiunge un altro Xsub al lato opposto dello stage. Il risultato è ben differente e non migliore!

6 Figura 4. Xsub Left & right. Divisione 6dB,, 50Hz Poichè i woofer sono sostanzialmente omnidirezionali, ciascun ascoltatore in sala riceverà audio diretto da entrambi i woofer. Ma la distanza tra l ascoltatore ed un woofer in un determinato punto sarà diversa da quella tra l ascoltatore stesso e l altro woofer, a meno di non trovarsi in linea alla metà della larghezza dello stage. Dove la differenza tra le due distanze equivale ad un multiplo dispari di ½ lunghezza d onda, il suono dei due woofer si cancella, e l ascoltatore non riceve bassi, o almeno non direttamente dai woofer. Questi lobi produrranno un bilanciamento tonale ed un livello non uniformi nell area d ascolto. In applicazioni indoor, i problemi di bilanciamento tonale sono parzialmente mascherati dalla riverberazione, ma la mancanza di chiarezza rimane. In esterno invece, non essendoci sostanzialmente riverberazione, il problema è ben presente e noto. La Figura 5 mostra le prestazioni in due casi pratici linee di subwoofer in stack a terra e linearray di subwoofer in appendimento. Figura 5. Pattern orizzontali di array di sub left & right in stack a terra ed in appendimento dimento. A sinistra: array orizzontale, 3 Xsub per lato / A destra: line-array verticali, in appendimento L&R L unica regione che rimane esente dai fenomeni di lobi in tutte le frequenze è quella lungo la direttrice dal centro dello stage. Lungo questa linea i bassi sono i più spinti, chiari e precisi. Questo è il noto effetto di corridoio di potenza che rende il sound dei bassi estremamente buono alla posizione di mix, ma non rende al fonico FOH l idea corretta di ciò che ascolta il resto del pubblico.

7 La soluzione migliore al problema dei lobi è l uso di un cluster centrale unico anziché due stack separati in left & right. Ciò vale sia per array orizzontali sia verticali. Ma è chiaro che spesso questa via non è una soluzione percorribile, per varie ragioni di scenografia e rigging. Se si utilizzano stack left & right, il problema dei lobi può essere ridotto grazie a woofer in stack strutturati in beamforming e/o gradiente. 2.5 Beamforming Il beamforming è una tecnica attraverso cui l onda sonora emessa da un grande array può essere orientata e modificata nella forma. In un array beamformato, i diffusori sono pilotati separatamente (o in piccoli gruppi) e ciascun segnale è dotato di delay e livello indipendenti e separati dagli altri. Le Figure 6 e 7 illustrano un tipico effetto del beamforming su un array di subwoofer di media grandezza. L illustrazione si riferisce a 4 sub EV Xsub. La Figura 6 mostra l array senza beamforming. Nella Figura 7, invece, vengono scelti valori di delay diversi per indirizzare la radiazione in bassa frequenza verso l esterno dello stage. Questa è una tecnica tipica per aumentare la copertura laterale. Il beamforming funziona solo su array di grandi dimensioni (definiti secondo la Sez. 2.1). Il controllo della direttività nel caso di piccoli array richiede invece la tecnica del gradiente Vd. Sez. 8. Figura 6. Quattro EV Xsub in linea semplice. Vista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience a destra.

8 Figura 7. Quattro EV Xsub in array con beamforming. Valori di delay (dallo stage verso l esterno): 0, 1, 2.5, 5 ms. Vista in pianta ad un lato dello stage, 60Hz. Audience A a destra. 3. Gain Shading Il termine shading si riferisce alla modifica dei parametri di pilotaggio di uno o più elementi agli estremi dell array. Gain shading significa che tali moduli saranno variati nel solo guadagno in uscita, tipicamente riducendone il volume. Nel caso di array molto lunghi lo shading prende la forma di una graduale attenuazione del gain da 0dB a circa -6dB lungo gli ultimi due o tre elementi su ciascun estremo dell array. L effetto dello shading è quello di rendere il pattern di copertura molto più regolare e meno dipendente dalla frequenza. Per esempio, Vd. Fig Grafici e strumenti di progettazione dell array I pattern polari illustrati in questo documento sono stati realizzati grazie al tool LAPS 2.2A di Electro-Voice. LAPS è lo strumento di riferimento per la progettazione di line-array EV. A partire dalla release 2.2A, LAPS comprende anche un apposita sezione di modellazione del pattern nella regione sub-bass. LAPS si affianca ad un tool simile chiamato EVADA ( Expandable Vertical Array Design Assistant ), che è una versione più snella del LAPS orientata alla progettazione di cluster Electro-Voice serie EVA. EVADA è dotato della stessa sezione di modelling sub-bass del software LAPS. Entrambi gli strumenti, LAPS ed EVADA, sono applicazioni Microsoft Excel liberamente scaricabili dal sito ufficiale EV, Prerequisiti sono un PC IBM (o emulatore PC), Microsoft Excel versione 2000 o superiore, e S.O. Windows 2000 o superiore.

9 5. Tipologie di array di woofer Nel settore Audio Pro, si trovano tre diversi tipi di array di woofer: Broadside Array, in cui un certo numero di woofer sono strutturati in linea, e la radiazione primaria è ad angolo retto rispetto la linea. Questa è la tipica struttura in uso nelle applicazioni più comuni, sia in stack a terra (linea orizzontale) sia in appendimento (linea verticale). Nella pratica, l array di tipo broadside è quello di gran lunga più utilizzato. Gradient Array, in cui i woofer sono strutturati e gestiti in una particolare modalità per realizzare un pattern direzionale simile al caso microfonico normalmente cardioide e ipercardioide. Array simili coinvolgono woofer con molti canali di pilotaggio contenenti delay, filtri e/o inversioni di polarità per raggiungere tali risultati. Array gradiente possono essere acquistati come box singolo, oppure costruiti tramite box separati. Endfire Array, in cui un certo numero di cabinet sono posizionati in righe equispaziate orientate verso la direzione di radiazione desiderata, e pilotati in una schiera di delay successivi per realizzare un pattern molto stretto. L array di diffusori in configurazione endfire è l equivalente del caso microfonico shotgun (a fucile). Tale struttura d array è rara ed utilizzata sono in particolari applicazioni a lunga gittata in esterno. 5.1 Broadside array Un array di tipo broadside è una linea di box di woofer (o stack di moduli) con una radiazione sonora diretta più o meno ad angolo retto rispetto la linea stessa. La linea può essere dritta, curva o a scala. Figura 8. Array di tipo broadside

10 Gli array di woofer di tipo broadside sono i più comuni, perché sono facili da progettare e configurare. Ad ogni modo, per ottenere buoni bassi su un area ampia sono necessari alcuni accorgimenti oltre all approccio standard, che vedremo. Dalla Fig. 9 alla Fig. 12 si illustrano alcuni principi di base. La Fig. 9 mostra che all aumentare della lunghezza dell array il pattern diventa sempre più stretto. Figura 9. Array lungo e corto. Due e quattro subwoofer EV Xsub. 60Hz. Vista in pianta. Audience a destra. La Fig. 10 mostra che array dritti hanno un pattern che diventa sempre più stretto e con lobi sempre più numerosi all aumentare della frequenza. Array curvi, se sufficientemente lunghi, garantiscono una direttività più uniforme. Figura 10. Array dritti e curvi. 6 subwoofer EV Xsub.. Audience a destra.

11 La Fig. 11 mostra che il posizionamento a scala è essenzialmente equivalente ad un riorientamento della spinta acustica. La struttura a scala può essere utile quando considerazioni di scenografia e/o estetica impediscano l uso di array inclinati. Figura 11. Array inclinati e a scala. Quattro subwoofer EV Xsub.. Audience a destra. La Fig. 12 illustra come, per ottenere un pattern più ampio, la struttura a scala sia utilizzabile al posto della struttura curvilinea. In questo caso i risultati con array a scala sono migliori. Figura 12. Array curvi e a scala. 4 subwoofer EV Xsub.. Audience a destra.

12 6. Array in stack a terra Ampiezza del pattern. Per array orizzontali in stack a terra, l ampiezza di copertura è spesso un fattore determinante. Array sub-bass dritti lunghi oltre 3m sono troppo direzionali per molte applicazioni. Ad esempio, il grafico in Fig. 9 mostra che il pattern di copertura di un array di 4 EV Xsub (largo circa 3.7m) è ampio solo 90 a 60Hz. A frequenze più elevate risulta anche più stretto. Un esempio ancora più significativo è illustrato nel diagramma a sinistra in Fig. 10, un array di 6 subwoofer EV Xsub. L ampiezza fisica dell array è approssimativamente 7.3m. Questo esempio mostra che il pattern è ampio solo 60 a 60Hz, ed altamente dipendente dalla frequenza. E possibile allargare ed uniformare il pattern curvando o ponendo in scala l array (Vd. Fig. 12) o attraverso il beamforming. Sistemi con array left & right. In sistemi con array in posizione left & right, è bene studiare il pattern di ciascun array individuale, ma la progettazione ottimale richiede di considerare gli effetti di entrambi gli array complessivamente. Se avessimo il perfetto controllo della direttività, vorremmo che l array left coprisse solo l audience a sinistra, e l array right solo il pubblico a destra. Poiché questo non è possibile, i pattern di sovrappongono, con l insorgenza dei lobi. L obiettivo della progettazione di sistema è quello di minimizzare tali lobi e allo stesso tempo coprire adeguatamente tutta l audience. Se gli array sono più lunghi di 3m, è possibile trarre vantaggio dai loro pattern più stretti per ridurre i lobi. Orientandoli verso l esterno dello stage, si può ridurre la sovrapposizione dei pattern al centro e contemporaneamente ampliare la copertura generale. La Fig. 13 mostra questo effetto. Nel diagramma a destra, gli array di woofer sono stati orientati 30 fuori asse, e si nota che i punti zero (nodi) sono molto meno influenti sulla copertura, e le prestazioni a 90Hz risultano migliorate. Figura 13. Puntamento fuori asse di array di woofer in stack a terra. 3 subwoofer EV Xsub per lato. Stage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra.

13 Il beamforming permette di ottenere un effetto simile al puntamento fuori asse. La Fig. 14 illustra l effetto di applicare delay di beamforming allo stesso array della Fig. 13. I risultati sono abbastanza buoni. Figura 14. Beamforming per la creazione di puntamenti fuori asse. 3 subwoofer EV Xsub per lato. Stage ampio 15m. Vista in pianta. Audience a destra. Largo stack centrale. In grandi applicazioni e attività outdoor è spesso conveniente porre in stack i subwoofer su una linea continua lungo il fronte dello stage. Se si impiegano delay di beamforming in cluster di questo tipo, i risultati possono essere davvero eccellenti. La Fig. 15 mostra la direttività ottenibile da una linea di 12 subwoofer EV Xsub con delay ottimizzati. Figura subwoofer EV Xsub in linea centrale con beamforming. Vista in pianta. Audience a destra.

14 La Fig.15 illustra un sottile dettaglio nel beamforming che è bene tenere in mente. Se si dà uno sguardo alla tabella dei valori dei delay, si noterà che essi non sono posti ad intervalli regolari gli step aumentano sempre più verso gli estremi dell array. Ciò è tipico. Nel progettare i propri sistemi con beamforming (utilizzando LAPS o altri tool di sviluppo), probabilmente si noterà che più si allargano gli intervalli di delay verso i moduli più esterni, più i risultati sembrano migliorare, per applicazioni sia di puntamento sia di allargamento della copertura. La Fig. 16 mostra il pattern dello stesso array della Fig. 15, ma senza beamforming applicato. L angolo di copertura è molto stretto e molto dipendente dalla frequenza. Array di questo tipo possono rivelarsi utili per la copertura di aree d ascolto molto lunghe e strette (es. sfilate lungo strada), ma nel caso di normali concerti la soluzione con beamforming mostrata in Fig. 15 è certamente da preferire. Figura subwoofer EV Xsub in linea centrale senza beamforming. Vista in pianta. Audience a destra.

15 7. Array in appendimento Normalmente array di subwoofer in appendimento sono larghi uno o al massimo due moduli. Realizzano così una copertura orizzontale molto ampia. Allo stesso tempo però, tali array sono tipicamente lunghi, e ciò comporta una copertura verticale che è spesso troppo stretta. In particolare, si può scoprire una mancanza di spinta sub-bass nelle prime file di sedute. Le soluzioni sono: 1. Curvare l array sul piano verticale, come mostrato nel caso orizzontale dalle Fig. 10 e 12. Spesso la curvatura dell array è anche visivamente consigliabile perché permette di allineare la forma dello stack di woofer con quella degli array high-mid. Ma ciò funziona adeguatamente solo con stack molto lunghi. 2. Aggiungere alcuni subwoofer in stack a terra al centro dello stage. La loro spinta dev essere sufficiente solo per coprire la relativa area frontale. Si deve regolare il delay ed il livello per una copertura uniforme sulle prime 10 o 20 file di sedute. Questo è l approccio tipico, ma la taratura precisa della copertura può essere un obiettivo abbastanza difficoltoso. 3. Utilizzare il beamforming. Questa è la tecnica più efficace nel caso degli array in appendimento. Le Fig. 17/19 mostrano il risultato secondo il tool per la progettazione line-array LAPS nel caso di un array di bassi appesi (otto EV woofer XLC-215 in un tipico teatro a due balconate), con diverse soluzioni applicate. Le stime evidenziano i pattern di copertura verticale di un solo stack, perciò non tengono in considerazione alcun effetto a lobi eventualmente presente, ma rendono un idea delle prestazioni ottenibili sul piano verticale. La Fig. 17 mostra un semplice array in appendimento senza curvatura, orientamento o beamforming. Il problema sulle basse alle prime file è evidente. Figura 17. Senza orientamento, senza beamforming. La Fig. 18 mostra lo stesso array precedente, ma con due XLC-215 aggiuntivi in stack, sullo stage o di fronte ad esso. I woofer di front-fill sono ritardati di 2ms. La forma delle curve è abbastanza sensibile al valore di delay applicato. Le prestazioni sono migliori, ma non eccellenti.

16 Figura 18. Senza orientamento, senza beamforming. Con 2 woofer XLC-215 in stack a terra front-fill. fill. La fig. 19 mostra come un lieve e semplice beamforming permette di ottenere buoni risultati. I due box inferiori sullo stack sono ritardati di 4ms, senza altro processing applicato. Figura 19. Con beamforming: i due box inferiori ritardati di 4ms. In tutti questi scenari, vi è una differenza in livello sulle basse di 12-14dB front-to-back. Ciò non è accettabile in molte applicazioni. La soluzione perfetta a tale problema è difficile. Se le dimensioni della sala lo permettono, l appendimento in posizione più elevata è la tecnica più efficace per livellare uniformente l SPL sulle basse frequenze dal fronte palco alle sedute più lontane. Nelle precedenti illustrazioni, l altezza d appendimento era stata posta a 10m alla cima dello stack. La Fig. 20 mostra lo stesso array in beamforming della Fig. 19, ma con un altezza d appendimento di 20m in cima allo stack. La variazione del livello front-to-back è molto minore.

17 Figura 20. Con beamforming; altezza d appendimento 20m. Line array sub-bass bass centrale in appendimento. Se le considerazioni sulla scenografia e sul rigging lo permettono, uno stack di subwoofer centrale in appendimento può dare ottimi risultati. Non vi è alcun effetto di creazione di lobi, la copertura orizzontale è sostanzialmente 360 e la copertura verticale può essere controllata con il beamforming. La Fig. 21 mostra la copertura di un cluster centrale in appendimento costituito da 12 subwoofer EV Xsub in un palazzetto sportivo. I woofer sono appesi in linea retta, con l applicazione di un set ottimizzato di delay in beamforming. Viene anche applicato il level shading. Il risultato è una copertura sub-bass che si mantiene costante nel bilanciamento tonale sull intera area d ascolto. Nell esempio, i delay sono applicati a coppie, ovvero, ogni paio di woofer adiacenti ha lo stesso valore di delay sul canale di pilotaggio. Questo è più economico che non dover gestire canali d amplificazione separati per ciascun subwoofer. Ad ogni modo, se la via di ogni woofer potesse essere controllabile separatamente, i risultati in copertura sarebbero ancora migliori. Figura 21. Cluster centrale di 12 Xsub in appendimento.

18 8. Gradient Array Un array di tipo gradiente è una particolare struttura di diffusori pilotati con diverse ampiezze e fasi, così da cancellare la radiazione sonora verso determinate direzioni. I gradient array funzionano solo quando le loro dimensioni sono piccole rispetto alla lunghezza d onda in esame. Essi rappresentano il caso opposto degli array di tipo beamforming ed endfire, che invece devono essere molto lunghi per funzionare adeguatamente. La ragione di ciò è che i diffusori gradiente lavorano sul controllo delle differenze di pressione acustica tra diverse parti dell onda sonora, e quindi devono essere sufficientemente piccoli per operare all interno dell onda. Figura 22. Gradiente I diffusori gradiente sono la controparte, dal lato speaker, dei comuni microfoni direzionali, che funzionano prelevando le differenze in pressione tra diverse parti dell onda sonora. La tecnica del gradiente è l unica via pratica per realizzare un controllo del pattern di copertura sub-bass nel caso di piccoli array. Se impostati correttamente e precisamente, i gradient array possono realizzare pattern molto utili per rendere una copertura sulle basse significativamente migliore di quella ottenibile con array semplici delle stesse dimensioni. 8.1 Esempio La Fig. 23 mostra una coppia di subwoofer EV Xsub in una configurazione gradiente di base. Ciascuno speaker è pilotato separatamente. I box sono posizionati back-to-back distanti 10cm. Il box posteriore è pilotato con inversione di polarità e ritardato di 4.65ms. L array risultante ha un pattern direzionale cardioide. Sebbene in questo esempio gli speaker siano posti back-to-back, non è sempre necessario farlo. Finchè c è abbastanza spazio tra cabinet frontale e posteriore per permettere al sound dello speaker posteriore di emergere, il cabinet posteriore può essere posizionato con il fronte rivolto in avanti o indietro. Il gap dovrebbe essere almeno 50cm. In tutti i casi, il valore del delay dev essere sempre regolato per accoppiarsi allo spazio tra i coni dei due loudspeaker. Se ciascun Xsub mostrato in Figura 23 fosse una colonna di Xsub anziché un singolo Xsub, otterremmo un gradient line-array. I gradient line-array sono dotati di utili proprietà che saranno discusse più avanti.

19 Figura 23. Coppia di Xsub cardioide 8.2 Caratteristiche dei gradient array Opzioni sul pattern. Per una data coppia gradient, il pattern può essere variato agendo sul delay del modulo posteriore. I pattern disponibili sono simili a quelli dei microfoni: cardioide, ipercardioide (vari tipi), e figura-8. Le Fig. 24 e 25 illustrano quattro diverse opzioni del pattern per la coppia di Xsub back-toback dell esempio precedente. Figura 24. A sinistra: cardioide delay 4.65ms. A destra: ipercardioide, nodi (zeri) a +/-135, delay 3.4ms 60Hz. Audience a destra.

20 Figura 25. A sinistra: ipercardioide, nodi (zeri) a +/-120, delay 2.3ms. A destra: figura-8, delay 0ms 60Hz. Audience a destra. Spaziatura degli elementi, uscita e banda. Nella costruzione di una coppia gradiente, è importante comprendere il ruolo della spaziatura degli elementi. Per spaziatura degli elementi intendiamo la distanza tra i coni dei diffusori frontale e posteriore. Una spaziatura larga aumenta l uscita sub-bass ma diminuisce la massima frequenza operativamente utile. Una spaziatura corta diminuisce l uscita ma aumenta il range di frequenze utilizzabile. Nel nostro esempio, la spaziatura degli elementi è 157cm, ottenendo così una frequenza massima utile di circa 90Hz. Il pattern si deteriora rapidamente oltre questo limite in frequenza, come dimostra la Fig. 26. Figura 26. Xsub back-to to-back a 90Hz, 100Hz e 120Hz. Audience a destra.

21 Effetto delle superfici vicine. Le coppie gradiente non funzionano correttamente quando sono situate di fronte a pareti o superfici riflettenti. La Fig. 27 mostra cosa succede quando una coppia di Xsub è posta a 60cm di fronte ad una parete. La parete è la linea verticale al centro del grafico. I due subwoofer a sinistra sono box virtuali immagini acustiche create dalla riflessione sonora sulla parete stessa. I due box sulla destra sono i woofer veri e propri. Figura 27. Coppia cardioide a 60cm dalla parete. I box a sinistra sono immagini acustiche del vero array a destra. Audience a destra. Bilanciamento tonale del campo riverberante. Molti array di subwoofer divengono meno direzionali alle basse frequenze. Così, al diminuire della frequenza, essi erogano sempre più componenti in uscita verso il campo riverberante della sala. Questo causa un eccesso di spinta sub-bass (talvolta chiamato bass bloom ) nel campo riverberante. A differenza di tutti gli altri tipi di speaker, quelli di tipo gradiente mantengono un controllo della copertura fino alle frequenze più basse. Quindi essi possono rivelarsi molto utili in applicazioni in cui sia necessaria una precisa e puntuale spinta nella regione sub senza la generazione di troppa energia nel campo riverberante a bassa frequenza. Livello di pilotaggio degli elementi e quantità di woofer. Nei gradient array tipici, si è trovato che il minimo della radiazione posteriore si ha quando l uscita dell elemento posteriore (spesso chiamato elemento di guida o steering) è circa 6dB inferiore a quella dell elemento frontale. Questo risultato è dovuto all effetto della forma del cabinet. In termini pratici, ciò significa che il numero dei woofer posteriori può essere metà della quantità dei woofer frontali. 8.3 Gradient array avanzati L uso di delay per creare pattern direzionali rappresenta una tecnica efficace alle basse frequenze, ma non tiene in considerazione gli effetti della forma del cabinet sulle onde sonore erogate. Il risultato è che all estremità superiore del range di frequenza utile dell array il suo pattern di radiazione può deviare dalla forma attesa. Quando gli speaker frontale e posteriore vengono combinati in un singolo cabinet, come ad esempio l XCS-312 di Electro-Voice, sub cardioide, è possibile sviluppare metodi di processing avanzato tale da correggere questi effetti, così che lo speaker mantiene la propria

22 direttività dichiarata sull intero frequency range di lavoro. Questi sistemi di pilotaggio sfruttano delay dipendenti dalla frequenza (normalmente chiamati all-pass filter ) per deviare l effetto della propagazione sonora attorno al cabinet. 8.4 Gradient line array Quando coppie gradiente vengono assemblate in un line-array, la direttività risultante mostra caratteristiche sia di tipo gradient sia broadside. La Fig. 28 illustra il pattern di radiazione di un gradient line-array alto solo due moduli in totale, troppo corto per mostrare comportamenti broadside. Il pattern è un semplice cardioide di rotazione. Figura 28. Gradient line-array molto corto. La Fig. 29 mostra il pattern di un gradient line-array lungo abbastanza per mostrare comportamenti broadside. Il suo pattern è un cardioide di rotazione più schiacciato. Figura 28. Gradient line-array più lungo.

23 In pratica, i gradient line-array possono essere costituiti da appositi speaker gradiente come il sub EV XCS-312, oppure da due colonne di speaker tradizionali appese in stack l una dietro l altra. Beamforming Gradient line-array array. Applicando delay di beamforming ad un gradient line-array è possibile orientarne il pattern. Tali delay di beamforming devono essere applicati egualmente agli elementi frontali e posteriori di ciascuna coppia gradiente dell array. La Fig. 30 mostra il pattern di un gradient line-array con l aggiunta di delay di beamforming per creare una deviazione del puntamento verticale. Il pattern può essere descritto come un cardioide di rotazione più schiacciato e orientato. Con accurati profili avanzati di delay, sono ottenibili pattern verticali a forma più complessa. Figura 30. Gradient line-array con beamforming. 8.5 Applicazioni del gradient line-array Come sopra sottolineato, l arraying di tipo gradient è utile per piccoli array di subwoofer e per quei line-array che, pur larghi nella dimensione verticale, sono corti in quella orizzontale. I problemi inerenti agli array piccoli sono relativi a due categorie: 1. La creazione di lobi, dovuti alla sovrapposizione tra gli stack left e right. 2. La copertura eccessivamente ampia. Inoltre, i gradient array si rivelano utili in quei casi in cui il controllo della radiazione retroversa in bassa frequenza sia un punto cruciale. I problemi più comuni in questo senso sono: a. Troppi bassi sullo stage. b. Radiazione retroversa indesiderata da parte dei cluster di delay. Array left & right. Per sistemi con subwoofer in stack a terra o in appendimento left & right, l uso di gradient array orientati fuori asse aiuta a ridurre il fenomeno dei lobi. La Fig. 31 confronta la copertura di uno stack Xsub (largo un modulo) su entrambi i lati dello stage rispetto a quella di una configurazione gradiente della stessa misura.

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