So You want to use a Line Array?

[Tee]

       สวัดดีอีกครั้งครับ ทุกๆท่าน อ่านบทความเรื่อง Line Array? ของผมแล้วเป็นยังไงกันบ้างครับ ช่วยแสดงความคิดเห็นมาได้นะครับ คราวนี้ผมกลัมมากับเรื่องน่าสนใจๆอีกแล้วครับ มีท่านผู้อ่านส่งคำถามมาถามผมว่าเค้ามีสถานที่อยู่อยากลงเครื่อง แล้วถามความคิดเห็นผมว่าจะลงเป็น Line Array ดี หรือตู้ Point Source ดี ผมจึงสัญญากับผู้อ่านท่านนั้นว่าจะตอบเป็นบทความตอนใหม่ในชุดบทความ Line Array ของผมซะเลยฮาๆ 

   ผมคิดว่ายังมีคนที่สงสัยและยังไม่เข้าใจเรื่องการนำเอา Line Array ไปใช้งานจริงอีกเป็นจำนวนมากพอสมควร ผมเลยจะยกบทความที่พูดเรื่องนี้เอาไว้ดีพอสมควรมาแปลให้อ่านกันนะครับ เป็นประโยชน์ต่อทุกๆคนที่สนใจแน่นอนครับ

   เหมือนเดิมนะครับ ข้อมูลทั้งหมดผมไม่ได้เป็นผู้คิดค้นทดลองด้วยตนเอง ผมสนใจและศีกษามาทางด้านนี้พอดีเลยมีข้อมูลพวกนี้อยู่พอสมควร แล้วเห็นว่าเก็บเอาไว้คนเดียวก็ไม่น่าจะเกิดประโยชน์ใดๆจึงอยากเอามานำแปลบวกเสริมนั้นเสริมนี้ ให้ทุกๆท่านที่สนใจได้อ่านกันสนุกๆนะครับ ผมพยายามจะไม่เขียนให้มันออกวิชาการณ์เกินไปเดียวจะอ่านไม่รู้เรื่องกัน หวังว่าจะชอบกันนะครับ

ชอบไม่ชอบอะไรบอกกล่าวเล่าขานมา เพื่อการพัฒนาต่อๆไปนะครับ ช่องทางติดต่อจะมาทาง web board Valentine ก็ได้หรือไม่ก็email มาครับ thitive@gmail.com

Tee
12/01/52

[Tee]

ทบทวนของเก่ากันหน่อยดีกว่าครับ

   ลำโพง Line Array หรือที่เมื่อก่อนเรียกว่า “ลำโพงคอลัมน์”(Column Speaker) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นการเอาลำโพงดอกขนาดเล็กมาซ้อนกันเป็นแนวยาวนั้น เป็นที่นิยมมากๆในช่วงยุค 60 ถึง 70 เนื่องจากเหตุผลที่มันสามารถยิงเสียงไปถึงท้ายห้องได้โดยไม่ทำให้คนหน้าห้องหูดับกันไปหมด ลำโพงพวกนี้ส่วนใหญ่มักจะประกอบไปด้วย ดอกลำโพงขนาดประมาณ 4” เรียงกัน การตอบสนองความถี่ตำ่และความดังของมันจึงไม่สามารถเทียบได้กับลำโพงที่เราใช่ทำงานกันทั้วไปเดียวนี้ ด้วยเหตุผลดังกล่าวลำโพงคอลัมน์จึงเสื่อมความนิยมไปพร้อมกับการเข้ามาครอบครองตลาดของ CD-Horn* และ ดอก Hi ความสามารถสูง ในช่วง กลางยุค 70นั้นเอง ด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื้องของดนตรี Rock and Roll ทำให้เกิดความต้องการลำโพงที่สามารถตอบสนองความดังของconcert ที่เพิ่มขึ้นทุกทีๆ จนแม้กระทั้งในปัจจุบันก็ยังมีความต้องการนั้นอยู่

*CD-Horn = Constant Directivity Horn อีกเรื่องนึงที่น่าสนใจศึกษามากๆเลย เฮอๆๆ

[Tee]

จนเข้ายุค 90 ลำโพง Line Array ได้ถูกคิดค้นขึ้นใหม่ Hi Power สำหรับงาน Indoor และ Outdoor concert ทั้งหลาย จากแทนที่จะเอาลำโพงดอกเล็กๆมาซ้อนกันอยู๋ในกล่องเดียว กลับกลายเป็นเอาตู้กำลังสูงๆ สองทางหรือสามทางหลายๆตู้มาประกอบเข้าด้วยกัน แต่ละตู้เดียวๆไม่ใช้Arrayในตัวมันเอง แต่จะต้องซ้อนกันถึงจะเกิดลักษณะ Line Array ขึ้น และยังมีการใส่ตัวปรับมุมระหว่างตู้ให้มันเพื่อที่จะสามารถทำลำโพงทั้งชุดให้มีการกระจายเสียงเท่าๆกันตั้งแต่หน้าเวทีถึงหลังhall ในรูปเป็น ตัวอย่างของ Array ยุคใหม่ ต่อกันจำนวน13 กล่อง ยาวประมาณ 4เมตรครึ่ง (ซึ่งเค้าแนะนำว่าลำโพง Array แบบนี้แนะนำให้ใช้ต่อกันอย่างน้อย 4 ตู้)

[Tee]

เปรียบเทียบการครอบคุมพื้นที่ของลำโพงทั้วๆไปกับ Line Array

ลำโพงทั้งๆไปมีการกระจายเสียง เป็นส่วนของวงกลม
ตัวอย่างเช่น 90x40, 60x40, 40x20 หรือเค้าจะใช้คำว่า Coverage Patterns “รูปแบบการกระจายเสียง” 90x40   จะรู้จักกันในลักษณะ Short throw หรือลำโพงที่”โยน”เสียงไปได้ไกล้ๆ 60x40 เป็นขนากกลางๆ Medium Throw 40x20 เป็นโยนไกล Long Throw  เป็นเพราะมุมกระจายที่แคบทำให้เสียงที่ออกมาจากดอกลำโพงจะโดนรบกวนจากสภาพแวดล้อมน้อยลงทำให้ฟังเหมือนยิงไปได้ไกลมากขี้น
   สำหรับลำโพงทั้วๆไปซึ่งมีการกระจายเสียงเป็น Point Source เสียงที่เราได้ยินตรงๆจากดอกเลย(Direct Sound)ไม่รวมสะท้อนจากพื้นผิวจะdropลง 6dBทุกๆระยะทางที่เพิ่มขึ้นเท่าตัว (คุ้นๆไหมครับทุกคน Inverse-Square Law มันกลับมาหลอกหลอนท่านอีกแล้วครับ) Line Array ที่เป็นตามทฤฏี มันจะลดลงแค่ 3dB (Line Array ส่วนใหญ่ที่มีแนวโค้งจะมีdropอยู่ในช่วงประมาณ 3-6dBเพราะมันต้องเป็นเส้นตรงเลยถึงจะเป็น 3dB)

[Tee]

การควบคุมพื้นที่และระยะทางของลำโพง

   ส่วนต่อไปนี้ผมจะขออธิบายแต่ด้วยภาษาของตัวเองละกันนะครับ ผมอ่านแล้วลองแปลของต้นฉบับออกมาแล้วรู้สึกว่ามันจะงงมากถ้าไม่อธิบายเพิ่มเติมก่อน...   คงจะต้องเริ่มด้วยการอธิบาย คำว่าHornก่อนละกัน ไอ้hornเนี้ยงานหลักคือช่วยแปลง, ถ่ายทอดความหนาแน่นของอากาศจากความหนาแน่นสูงหน้าดอกลำโพงออกไปสู่ความหนาแน่นปกติของอากาศทั่วไป (ดอก Hi ทั่วๆไปก็จะเป็นชนิดที่เรียกว่า Compression Driver ซึ่งจะทำงานโดยอาศัยความดันอากาศสูง) อีกหน้าที่ของมันคือ ช่วยควบคุมทิศทางและการครอบคุมพื้นที่ของเสียงให้ไปในที่ๆเรากำหนด ซึ่งจะพูดกันเป็นมุม เหมือนที่พูดถึงในหัวข้อก่อนหน้านี้คือ 90x40, 60x40, 40x20 มันคือมุมแนวนอนต่อมุมแนวตั้ง

   ที่นี้เรามาลงในรายละเอียดกันอีกนิดนึง ไอ้ที่บอกเสียงออกจากลำโพงจะทำมุมกว้าง 90 องศา ในแนวนอนเนี้ย มันได้ยินในช่วงกว้าง 90 องศาจริง แต่ความดังมันไม่ได้เท่ากันตลอดมั้งช่วง 90 องศาใช้ไหมครับ ลองไปเดินฟังดูเองได้ มันจะดังที่สุดที่ตำแหน่งตรงกลางแล้วมันจะค่อยๆเบาลงๆเมื่อขยับไปองศาอื่น เพราะอะไร? อาาอันนี้ก็เป็นเพราะ Inverse Square Law อีกเหมือนเดิมครับ

[Tee]

Inverse Square Law ที่เคยเล่าให้ฟังก่อนๆนี้จะบอกว่า เมื่อเราเดินถอยหลังจากจุดที่เรายืนฟังอยู่ไปอีกเท่านึง ความดังของเสียงที่เราได้ยินจะลดลงไป 6dB อา อันนี้ในแนวใกล้ไกลที่เราเคยว่ากันมา ที่นี้ ISL มันเป็นจริงในแนวซ้ายขวาด้วยซิครับ อ้างอิงจากจุด 0dBนะครับ แค่ต้องการจะอธิบายว่ามันมีเส้นที่ความดังจะลดลง 6dB ที่ของของพื้นที่การกระจายเสียงอยู่ ก็เป็นอันว่าอธิบายแค่นี้นะครับว่ามันเป็นอย่างงั้น

   ในส่วนต่อไปของบทความเค้าจะอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางกับความสามารถของลำโพง ซึ่งเค้าทำโดยใช้อัตราส่วนระหว่างจุดรับฟังที่ไกล้ที่สุดกับจุดรับฟังที่ไกลที่สุด เค้าจะบอกว่าถ้ามากกว่าหนึ่งไม่เกินสองควรใช้อะไร มากกว่าสองไม่เกินสามทำยังไง หรือมากกว่าสามทำยังไงนะครับ ผมจะกลับเข้าตัวบทแปลต่อจากตรงที่หยุดไปละนะครับ

[Tee]

แล้วลำโพงทั้วไปยิงเสียงไปได้ไกลขนานไหนละ?

   อัันนี้เป็นคำถามที่ดีมาก ก่อนที่จะตัดสินใจไปใช้ Line Array ในรูปเป็นตัวอย่างด้านข้างของลำโพงที่มีการกระจาย 40 องศาในแนวตั้งในรูป ในสถานที่ซึ่งอัตราส่วนระหว่าง ระยะจากลำโพงไปจุดรับฟังใกล้สุด(Ds, Distance Short )กับจุดไกลสุด(Dl, Distance Long) มีค่าประมาณ 1.7 หรือ ปัดขึ้นเป็น 2 อันนี้เป็นอัตราส่วนที่เหมาะสมสำหรับลำโพงหนึ่งตัว ที่จะทำงานไม่ต้องใช้ลำโพงอื่นมาช่วย เพื่อที่จะคงอัตราลดลง +/- 3dB ถึง +/- 5dB เอาไว้ ตลอดพื้นที่เป้าหมาย หมายความว่ายังไง?

   ลองดูในรูปครับ เราจะเห็นเส้นประอยู่ตรงกลางรูป อันนั้นคือเส้นที่ใช้แสดงแนวศูนย์กลางของดอกลำโพง แนวที่จะได้ Direct Sound ที่สุด จากเส้นนั้นเราเดินไปทางด้านหน้า(ลูกศรสีแดง) คือเข้าหาแนว Ds เมื่อเราเดินไปถึงจุด -6dB ของการคลุมพื่้นที่แนวตั้งแล้ว เราจะยังได้ยินเสียงดังดีไม่ต่างจากเดิมมากนักเพราะเราเคลื่อนที่เข้าไปใกล้ลำโพงมากขึ้น แต่ในทางกลับกันถ้าเราเดินถอยหลังแทน(ลูกศรสีนำ้เงิน) เสียงจะเริ่มdrop เพราะ เราเข้าใกล้ขอบของมุมการกระจายเสียงของลำโพง และนอกจากนั้นเรายังอยู่ไกลจากลำโพงมากขึ้นอีกด้วย ลำโพงที่มีมุมกระจายเสียงที่กว้างขึ้นอาจจะช่วยได้บ้างแต่ไม่ช้าไม่นาน Inverse Square Law ก็จะทำให้เสียงเบาลงอยู่ดี อันนี้เราพูดถึงกันเฉพาะย่าน 2K ถึง 4K นะครับ เพราะถือว่าเป็นย่านที่สำคัญสำหรับเสียงพูดที่ชัดเจน, นอกจากนี้ยังรวมถีง 8K ที่ให้ความใสด้วย

(การคุมพื้นที่ในอุดมคติของเจ้าของบทความ คือ ช่วงความถี่ 2k-4k มีความแตกต่างกันของ Level ในพื้นที่เป้าหมายไม่เกิน +\- 5dB คือเราสามารถได้ยินเสียงดังเท่าๆกันทั้วบริเวณสถานที่ ผู้แปล)

[Tee]

เพิ่มลำโพงยิงไกล “Long Throw” จะช่วยไหม?

   การเพิ่มลำโพงยิงไกลเข้ามาในระบบทำให้เราสามารถเอาระบบอันนี้ของเราไปใช้ได้กับสถานที่ๆมีความยาวเพิ่มขึ้นได้ แต่ได้ขนาดไหนต้องมาดูกัน โดยเราจะเอาความยาวแกนเสียงของลำโพง Long Throw    ที่เพิ่มไปใหม่ มาคิดอัตราส่วนแทนของเดิมซึงมักจะได้ค่าประมาณ 2.7-3  ความยาวขนาดนี้จะถือว่าที่สุดสำหรับลำโพงชุดเดียวเล็กๆที่จะใช่งานโดยไม่พังซะก่อน

[Tee]

สถานที่ๆ Ds/Dl มากกว่า 3ละ

   วิธีที่ทำกันไปและมีประสิทธิ์ภาพ ในการที่จะคุมพื้นที่ๆ Ds/Dl เกินกว่า 3 นั้นคือการเพิ่มลำโพงชุดใหม่เข้าไปบริเวณเหนือคนดู อย่างเช่นตัวอย่างในรูปคือลักษณะของโรงละครที่มีระเบียง

   ลำโพงที่เพิ่มเข้ามาจะถูกใส่ Delay เข้าไป 5- 10 ms เพื่อทำให้เสียงที่ได้ยินฟังแล้วเหมือนมาจากลำโพงหลัก อันนี้เป็นสิ่งที่เรียกว่า Haas Effect คือทำให้เสียงเหมือนมาจากอีกแหล่งนึงทั้งๆที่จริงๆแล้วมันมาจากลำโพงเล็กหน้าเรานี้เอง
ส่วนงานกลางแจ้งใหญ่ๆเค้าก็จะตั้ง Delay Tower ในหมู่คนดูนั้นเอง

[Tee]

Ds/Dl มากกว่า 3 แต่ใช้ Line Array แทน

   Line Array นั้นจริงๆแล้วสามารถให้คุมพื้นที่ๆ มีอัตราส่วร Ds/Dl ที่มากกว่า 60 เสียอีก โดยเฉพาะปัจจุบันที่มี software ช่วยคำนวนการตั้งมุมระหว่างตู้ มุมแขวน ให้เหมาะสมกับสถานที่ รวมถึงควบคุมlevel ของแต่ละตู้ให้เหมาะสมได้ ทั้งหมดเพื่อที่จะมี level เท่าๆกันตั้งแต่หน้าไปถึงหลัง ในรูปจะแสดง level ของความถี่ 2.5K ตั้งแต่ระยะ 10 ถึง 350 ft(3 - 106.68 m) จาก Line Array 14 ตู้ ที่แขวนสูงประมาณ 16m จะเห็นได้ว่ามีความแตกต่างของLevel ในช่วงไม่เกิน+/- 3dB



Line Array ไม่เหมาะสมกับอะไรบ้าง?

   ด้วยความนิยมอย่างสูงของ Line Array ในปัจจุบัน ทำให้บางครั้งมันถูกเอาไปใช้งานอย่างไม่เหมาะสมกับมัน

[Tee]

Line Array ไม่เหมาะกับสถานที่ ที่มีอัตราส่วน Ds/Dlตำ่

ในรูปด้านล่าง สถานที่แบ่งเป็นชั้นล่่างและระเบียงโดยอัตราส่วน Ds/Dl เท่ากับประมาณ 2.3 จะใช้ Line Array ได้ไหม? ได้อย่างแน่นอนแต่Array จะต้องมีมุมกระจายเสียงที่กว้างเกือบ 90 องศา มุมที่แต่ละตู้สามารถตั้งให้ต่างกันได้ นั้นอยู่ในช่วง 3 ถึง 10 องศา ถ้ามุมระหว่างตู้มากกว่า 10 องศาจะทำให้ต้นกำเนิดเสียงอยู่ห่างกันเกินกว่าที่จะทำงานเสมือนเป็นหนึ่งเดียวกันได้ โดยเฉพาะที่ความถี่สูงเช่น 10k Hz เสียงจะไม่ต่อเนื่องมีบางที่นั้งหายไปบางที่นั้งจะดัง หรือยังไงก็ตามเมื่อจำเป็นต้องครอบคุมมุมกระจายเสียงกว้างขนาดนั้นก็จำเป็นต้องให้ตู้จำนวนมากขึ้น ก็จะทำให้ค่าใช้จ่ายสูงขึ้นเป็นเงาตามตัว และนอกจากนั้นด้วยปริมาณตู้มากทำให้ได้ความดังมากเกินความจำเป็น ขนาด Array ขนาดเล็กของ (EV XLD281) ยังต้องใช้จำนวนอย่างน้อย 10 ตู้ ลองเทียบกับแค่ใช้ตู้horn สามทาง แค่ข้างละไม่กี่ใบ

[Tee]

Line Array ไม่เหมาะกับสถานที่ ที่มีความสูงจำกัด

   Line Array ตามทฤฏีในอุดมคติมีความยาวไม่จำกัด ซึ้งก็เป็นไปได้แค่แนวความคิดเท่านั้น Array แบบนี้จะมีความสามารถยิงไกลในทุกความถี่เทียบเท่ากันหมด คำพูดนี้เป็นไปเพื่อการศึกษาเท่านั้น สำหรับการใช้งานจริง Array จะมีความยาวจำกัดยิ่งความถี่ลงตำ่ไปเท่าไหร่ มุมกระจายเสียงของลำโพงจะยิ่งกว้างขึ้นๆ ความถี่ที่อยู่ตำ่กว่า ความถี่เปลี่ยนpattern ลำโพงจะทำงานเหมือนลำโพงธรรมดา(ถ้าไม่เข้าใจไปอ่านของเก่ามาก่อนครับแล้วจะเข้าใจ หรือไม่ก็mailมาคุยกัน)
อย่างงั้นแล้ว
 
   Line Array ควรจะยาวเท่าไหร่ เพื่อที่จะคงลักษณะตามทฤฏี Line Arrayไว้ ที่ความถี่ที่กำหนด?  อันนี่ก็ขึ้นอยู่ว่าคุณถามใคร เพราะแต่ละคนคิดเห็นไม่เหมือนกัน โดยทั้วไปความยาวทั้งชุดArray ควรเท่ากับ 4 เท่าของความยาวคลื่นของความถี่ตำ่ที่สุดที่ต้องการให้ ลำโพงชุดนั้นทำงาน ความยาวคลื่นเท่ากับ เอาความเร็วเสียงหารด้วยความถี่ ความยาวคลื่น (ft) = ความเร็ว (ft/sec) / ความถี่ (Hz) ถ้าเสียงมีความเร็ว 1,130 ft/sec (344.4m/sec) ที่ความถี่ 1 kHz หารกันจะได้เท่ากับ 1.13 ft (0.34m) เอาสี่คูณจะได้ความยาวทั้งชุดเท่ากับ 4.5 ft(1.3m) ถ้าจะให้คง ความเป็น Line Array ไว้ถึง 500 Hz ทั้งชุดจะต้องยาว 9 ft(2.7m)

   ปัญหาที่เกิดเวลาความถี่เปลี่ยนรูปแบบการกระจายเสียงอยู่สูงคือจะเกินความไม่สมำเสมอของคุณภาพของเสียงจากหน้าไปถึงหลัง

   กลับมาที่ Array ยาว 1.3m ที่ทำเพื่อให้คงความเป็น Line Array ไว้ ถึง 1 kHz ในสถานที่ๆหนึ่ง ความถี่ที่สูงกว่า 1 kHz เสียงยังคงเป็นไปตามทฤฏี Line Arrayคือ -3dB drop ในระยะที่เพิ่มขึ้นเท่าตัว แต่ความถี่ที่ตำ่กว่า 1 kHz ลำโพงจะทำงานเหมืิอนลำโพงทั้วไปคือ -6dB drop ต่อระยะเท่าตัวถ้าsound balance ดีด้านหน้าเสียงจะ “บาง” และอาจจะ บาดหูที่แถวหลังได้

   ฉนั้นแล้ว Line Array จึงจะใช้งานอย่างน้อยด้วยความยาว 9 ft (2.7m)ถึง 18 ft (5.4m) ด้วยความยาว 5.4m จะทำให้ลำโพงคงความเป็น Line Array ไปได้จนถึง 250 Hz ซึ่งก็จะได้คุณภาพเสียงที่สมำเสมอตั้งแต่หน้าไปจนถึงหลัง

[Tee]

โกงได้ไหมอะ?

   ผู้ใช้งาน Line Array บางคนบอกว่าใช้ความยาวของ Array แค่สองเท่าก็พอ ไม่จำเป็นต้องยาวไปถึงสี่เท่า อาจจะจริง แต่ยังไงก็ตามทางEV เค้า ไม่แนะนำให้ใช้ Array ที่สั้นกว่า 4.5 ft (1.3m) อยู่ดี


ตัวอย่างของสถานที่ๆมีความสูงจำกัด

   ในรูปเป็นตัวอย่างของห้องที่มีความสูงจำกัด ลักษณะของยุค80 โรงละครจะเปิดตัวพร้อมกับHornเสียงแหลมเป็น”พวง”และตู้Low แยกกัน แล้วซ่อนอยู่ในช่องบังตา ยาว 22 ft สูง 4 ft ถ้าจะเปลี่ยนระบบ ไอ้ช่องเดิมที่ใช้อยู่ก็จะไม่พอจะใส่กระทั้ง Line Array ขนาดเล็ก อีกตัวอย่างนึงคือห้องที่ยาวมากเมื่อเทียบกับความสูง Line Array ที่จะใช้สำหรับสถานที่ก็จะยาวมากและจะบังสายตาคนดู บังจอภาพอีกด้วย ทางที่ดีดวรเป็นใช่ลำโพงธรรมดาแล้วเพิ่มลำโพง delay เข้าไปข้่างหลังแทนจะเหมาะสมกว่า เพราะว่าสามารถเอาลำโพงไปซ่อนเหนือคานออกจากสายตาคนดูได้
 
การกลับมาเกิดใหม่ของ Line Array ขนาดเล็ก

   ไม่กี่ปีที่ผ่านมาเริ่มมี Array ที่จบในกล่องเดียวกลับมาเกิดใหม่อีกครั้งหนึ่ง รูปร่างคล้ายๆกับต้นตระกูล Line Array สมัยก่อน แต่ข้อจำกัดก็ยังเหมือนเดิมคือ output level มันไม่เท่ากับ Concert Array แน่นอนทำให้มันไม่เหมาะกับเอามาใช่งาน ที่ต้องการเสียงครบทุกย่าน แต่ด้วยขนาดที่กระทัดลัดทำให้มันเป็นที่นิยมในงานสถาปัตยกรรม  นอกจากนี้ด้วยtechnologyใหม่ๆทำให้สามารถใช้ ระบบdigital เพื่อบังคับทิศทางที่เสียงจะไปได้แม้ว่าจะแขวนเหมือนเดิม...

[Tee]

เอกสารประกอบการเขียน

JIM LONG, EV, Bosch Communication Systems 2007: EV The PA Bible ADDITION NUMBER TWENTY SO YOU WANT TO USE A LINE ARRAY?

Bob McCarthy, Meyer Sound 1998: Meyer Sound Design Reference for Sound Reinforcement