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Un line array es un sistema de altavoces que se compone de una serie de elementos de altavoz normalmente idénticos montados en línea y alimentados en fase, para crear una fuente de sonido casi lineal. La distancia entre los parlantes adyacentes es lo suficientemente cercana como para que interfieran constructivamente entre sí para enviar ondas sonoras más lejos que los altavoces tradicionales con bocina , y con un patrón de salida de sonido distribuido más uniformemente.
Los arreglos en línea se pueden orientar en cualquier dirección, pero su uso principal en megafonía es en arreglos verticales que proporcionan un patrón de salida vertical muy estrecho útil para enfocar el sonido en las audiencias sin desperdiciar energía de salida en los techos o en el aire vacío sobre la audiencia. Un arreglo en línea vertical muestra un patrón horizontal normalmente amplio, útil para suministrar sonido a la mayoría de la audiencia de un concierto . Por el contrario, los arreglos en línea horizontales tienen un patrón de salida muy estrecho horizontalmente pero un patrón alto verticalmente. Una fila de subwoofers a lo largo del borde frontal de un escenario de concierto puede comportarse como un conjunto de líneas horizontales a menos que la señal que se les suministra se ajuste (retrasada, polarizada, ecualizada) para dar forma al patrón de otra manera. Los altavoces pueden diseñarse para colocarse horizontalmente sin comportarse como una fuente de línea horizontal. [1]
Los line arrays modernos utilizan controladores separados para bandas de paso de frecuencia alta, media y baja . Para que la fuente de línea funcione, los controladores en cada banda de paso deben estar en línea. Por lo tanto, cada gabinete debe diseñarse para ensamblarse estrechamente para formar columnas compuestas por controladores de altavoces de frecuencias altas, medias y bajas . Aumentar el número de controladores en cada gabinete aumenta el rango de frecuencia y el nivel máximo de presión sonora, mientras que agregar cajas adicionales al conjunto también reducirá la frecuencia en la que el conjunto logra un patrón de dispersión direccional.
El line array de gran formato se ha convertido en el estándar para grandes salas de conciertos y festivales al aire libre, donde dichos sistemas pueden colgarse (montarse, suspenderse) desde una viga estructural, una torre de soporte en el suelo [2] o desde una torre alta con estructura en forma de A. [3] Dado que los gabinetes se ensamblan y cuelgan de un solo punto, son más convenientes de ensamblar y cablear que otros métodos de disposición de altavoces. La parte inferior del arreglo en línea generalmente está curvada hacia atrás para aumentar la dispersión en la parte inferior del arreglo y permitir que el sonido llegue a más miembros de la audiencia. Normalmente, los gabinetes utilizados en los arreglos en línea son trapezoidales y están conectados mediante hardware de montaje especializado. [4]
El efecto de matriz lineal del estrechamiento del haz al aumentar la frecuencia fue demostrado por primera vez por el pionero de la acústica Harry Olson . [5] Publicó sus hallazgos en su texto de 1957, Ingeniería acústica . [6] Olson utilizó conceptos de arreglo lineal para desarrollar el altavoz de columna en el que los controladores alineados verticalmente en un solo gabinete producían una salida de rango medio en un patrón horizontal amplio y vertical estrecho. Los line array existen desde hace más de medio siglo, pero hasta hace poco la mayoría eran sólo de rango de voz. La aplicación de estos fue para espacios altamente reverberantes donde un diseño vertical estrecho evitaba excitar el campo reverberante. [7] Joseph D'Appolito sugirió elementos de arreglo en línea multibanda en un recinto orientado horizontalmente en 1983. [8] Sin embargo, el producto fue popularizado principalmente por el arreglo en línea V-DOSC de L-Acoustics a mediados de la década de 1990. . Esto llevó al descubrimiento de que una respuesta de frecuencia más nivelada y más suave puede provenir de menos cajas en un arreglo lineal. La industria pronto también descubrió que no había interferencias destructivas en el plano horizontal y que las ondas se combinan principalmente en fase en el plano vertical, lo que provocó que muchos fabricantes de altavoces desarrollaran rápidamente su propio producto similar. [7]
La teoría de la matriz lineal pura se basa en la geometría pura y en el experimento mental del " campo libre ", donde el sonido puede propagarse libremente sin factores ambientales como los reflejos de la habitación o la refracción de la temperatura.
En el campo libre, el sonido que tiene su origen en un punto (una fuente puntual ) se propagará igualmente en todas direcciones como una esfera. Dado que el área de superficie de una esfera = 4π r² donde r es el radio, cada duplicación del radio da como resultado un aumento de cuatro veces en el área de superficie de la esfera. El resultado de esto es que la intensidad del sonido se reduce a un cuarto por cada duplicación de la distancia desde la fuente puntual. La intensidad del sonido es la potencia acústica por unidad de área y disminuye a medida que aumenta la superficie, ya que la potencia acústica se distribuye en un área mayor. La relación entre dos presiones acústicas en decibelios se expresa mediante la ecuación dB = 20log(p1/p2), por lo que por cada duplicación de la distancia desde la fuente puntual p1 = 1 y p2 = 2, hay una disminución de la presión sonora de aproximadamente 6 dB.
Una fuente lineal es una fuente hipotética unidimensional de un sonido, a diferencia de una fuente puntual adimensional. Como una fuente lineal propaga el sonido por igual en todas las direcciones en el campo libre, el sonido se propaga en forma de cilindro en lugar de esfera. Dado que el área de la superficie curva de un cilindro = 2π rh, donde r es el radio y h es la altura, cada duplicación del radio da como resultado una duplicación del área de la superficie, por lo tanto, la intensidad del sonido se reduce a la mitad con cada duplicación de la distancia. desde la fuente de línea. Dado que p1 = 1 y p2 = 4 por cada distancia duplicada, esto da como resultado una disminución de la presión sonora de aproximadamente 3 dB. [9] [10]
En realidad, las fuentes puntuales adimensionales y las fuentes lineales unidimensionales no pueden existir; sin embargo, para simplificar, se pueden realizar cálculos basados en estos modelos teóricos. Por lo tanto, sólo hay una cierta distancia donde una fuente lineal de longitud finita producirá una presión sonora mayor que una fuente puntual igualmente ruidosa.
Patrón de interferencia es el término aplicado al patrón de dispersión de una matriz lineal. Esto significa que cuando se apilan varios altavoces verticalmente, el ángulo de dispersión vertical disminuye porque los parlantes individuales están desfasados entre sí en posiciones de escucha fuera del eje en el plano vertical. Cuanto más alta sea la pila, más estrecha será la dispersión vertical y mayor será la sensibilidad en el eje. Una serie vertical de conductores tendrá el mismo patrón polar horizontal que un solo conductor.
Además de la cobertura vertical cada vez más estrecha, la longitud de la matriz también influye en las longitudes de onda que se verán afectadas por este estrechamiento de la dispersión. Cuanto más larga sea la matriz, menor será la frecuencia que controlará el patrón. [7] En frecuencias inferiores a 100 Hz (longitud de onda de 11,3 pies (3,4 m)), el sistema lineal que mide menos de aproximadamente 3 metros de largo comenzará a volverse omnidireccional, por lo que el sistema no se ajustará a la teoría del sistema lineal en todas las frecuencias. [11] Por encima de aproximadamente 400 Hz, los propios conos del controlador se vuelven direccionales, violando nuevamente los supuestos de la teoría, y en altas frecuencias, muchos sistemas prácticos utilizan guías de ondas direccionales cuyo comportamiento no puede describirse utilizando la teoría clásica de arreglos lineales. En resumen, la geometría de los arreglos lineales de audio del mundo real, tal como se utilizan en los sistemas de megafonía, solo puede modelarse aproximadamente mediante la teoría de arreglos lineales, y solo en el rango de 100 a 400 Hz. [11]
Los sistemas line array prácticos actúan como fuentes lineales sólo en las frecuencias bajas y medias. Para las frecuencias altas, se debe emplear algún otro método para lograr características direccionales que coincidan con las de los graves y medios. El método más práctico para los sistemas de refuerzo es utilizar guías de ondas (bocinas) acopladas a controladores de compresión. Cada cuerno debe tener una dispersión vertical muy estrecha y una dispersión horizontal muy amplia.
En lugar de utilizar interferencias constructivas y destructivas, las bocinas logran direccionalidad reflejando el sonido en un patrón de cobertura específico. En un sistema de arreglo en línea diseñado adecuadamente, ese patrón debe coincidir estrechamente con la característica direccional de baja frecuencia del arreglo. Si la dispersión vertical del conjunto es de 60 grados y hay 12 cajas, entonces cada bocina debería tener una cobertura vertical de 5 grados. (La cobertura vertical estrecha tiene la ventaja de que minimiza las llegadas múltiples, lo que perjudicaría la inteligibilidad). Si se logra esto, entonces los elementos de la guía de ondas se pueden integrar en el conjunto lineal y, con la ecualización y los cruces adecuados, el haz de las altas frecuencias y se puede hacer que la interferencia constructiva de las bajas frecuencias se alinee de modo que el sistema en matriz resultante proporcione una cobertura consistente. [12]
Dos configuraciones que rara vez se utilizan son la matriz recta y curva. El problema con los arreglos curvos es que no se adaptan muy bien al lugar promedio. Mientras que la mitad inferior estará inclinada hacia abajo para brindar cobertura adicional en lugares cercanos al frente del escenario, la mitad superior estará inclinada hacia arriba en el techo. Además, el problema con los arreglos en línea recta es que el haz es demasiado estrecho a altas frecuencias. Una solución para utilizar las mejores características de ambas matrices es utilizar una matriz curvilínea o en forma de 'J'. Este se compone de una parte recta y una parte curva, normalmente en la parte inferior. Esto proporciona un componente de línea recta de largo alcance para personas relativamente alejadas, mientras que la curva en la parte inferior actúa como un relleno para el área debajo de la matriz que de otro modo se descuidaría.
Los arreglos en espiral son el siguiente desarrollo de los J-arrays y tienen una respuesta de frecuencia superior debido a su patrón polar similar en frecuencias cambiantes, al mismo tiempo que conservan los beneficios de largo alcance y relleno que brindan los J-arrays. El concepto es que los conjuntos en espiral están curvados a lo largo de todo el conjunto, pero la curva es progresiva. Esto significa que la parte superior de la matriz es casi recta con ángulos de 1° entre cajas y aumenta en la parte inferior entre 6° y aproximadamente 10°. Una matriz en espiral bien diseñada podría tener un patrón de directividad casi constante con la frecuencia, con algunos lóbulos pequeños exhibidos a bajas frecuencias. [13]
Los line array de gran formato están diseñados para giras en estadios y anfiteatros, grandes espacios y festivales al aire libre. Estas cajas normalmente incluían múltiples controladores de compresión de alta frecuencia alineados verticalmente y múltiples controladores de rangos medios y graves dispuestos simétricamente alrededor del controlador de compresión. El controlador de baja frecuencia suele tener entre 15 y 18 pulgadas de diámetro. Los line array de formato medio suelen ser de dos o tres vías y utilizan controladores de baja frecuencia de 10 o 12 pulgadas. La cobertura horizontal suele tener un ancho de 90 grados, pero algunos sistemas emplean cajas más estrechas en la parte superior o cajas más anchas en la parte inferior del conjunto. Usando un marco de transición (que alinea el rigging en sistemas diferentes), los ingenieros de sistemas a veces pueden colgar una caja de formato medio debajo de una caja de formato grande para cubrir a los miembros más cercanos de la audiencia. Las cajas de altavoces de diferentes fabricantes no se mezclan porque cada sistema tiene una "voz" particular que puede ser común a un solo fabricante.
Los fabricantes suelen proporcionar una hoja de cálculo o un programa personalizado para diseñar matrices. Los ejemplos incluyen L-Acoustics SOUNDVISION, [14] Adamson Blueprint, [15] Electro-Voice LAPS (software de predicción de matriz lineal), [16] d&b audiotechnik ArrayCalc y JBL Vertec Line Array Calculator. [17] Renkus Heinz ofrece un programa llamado EaseFocus. Es similar a EASE pero sólo tiene características y cálculos específicos de los Line Arrays. EaseFocus tiene datos de un gran número de fabricantes que permiten comparar varios sistemas de altavoces. Otras marcas de arreglo lineal que utilizan EaseFocus incluyen Bose Professional, Community Professional Loudspeakers, Electro-Voice, QSC, RCF y VUE Audiotechnik. Meyer Sound ofrece una solución diferente al proporcionar un sistema en línea llamado MAPP Online Pro. [18] Nexo ofrece su software de modelado 3D, NS1. EAW también ofrece su propio software, llamado Resolución.
El proceso de diseño comienza ingresando las dimensiones de la habitación y el nivel de presión sonora requerido. A continuación, el programa sugiere el número y la disposición de las cajas. Alternativamente, algunos programas requieren la cantidad de casillas ingresadas y predecirán los niveles de presión sonora resultantes en diferentes partes de la habitación.
Una vez diseñados, los puntos de montaje se cuelgan de la estructura, seguidos de los motores de cadena (o bloques), el marco volador y luego los altavoces. Las cajas individuales se pueden conectar una a la vez o montarlas juntas en el suelo y luego levantarlas. A medida que se levanta la matriz, los ángulos de las cajas individuales se ajustan para que coincidan con el programa de predicción de la matriz. El marco superior puede tener un inclinómetro para confirmar el ángulo del marco o un láser adjunto que indica el punto de mira superior de la matriz.
Si la altura o la falta de puntos de montaje no permiten volar los altavoces, normalmente se apilan en el escenario o en subwoofers [19] utilizando un marco de apilamiento personalizado. El apilamiento de line arrays es común en lugares más pequeños y en instalaciones temporales. En comparación con los altavoces suspendidos, requieren menos dispersión vertical para cubrirlos de adelante hacia atrás y la matriz resultante tendrá poca curvatura.
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