RCF ACE - Advanced Crossover Engine

Streszczenie

Większość przenośnych systemów nagłośnienia muzycznego o dużej mocy wykorzystuje kombinację głośników pełnozakresowych i subwooferów w celu poszerzenia pasma częstotliwości i zapewnienia słuchaczom stałych poziomów ciśnienia akustycznego.

Konstrukcja filtra crossovera i wyrównanie czasowe są niezbędne do skutecznego sumowania niskich częstotliwości, zwiększając postrzeganą definicję i wpływ. Prawidłowo wyrównane fale dźwiękowe z głośnika głównego i subwoofera wzmacniają się wzajemnie, zapobiegając anulowaniu lub filtrowaniu grzebieniowemu i prowadząc do spójnego i jednolitego dźwięku.

Uwolnienie pełnego potencjału systemu sub-top wymaga precyzyjnej regulacji opóźnienia czasowego i ustawień fazy, wraz z okazjonalną korekcją, w celu poprawy ogólnej jakości dźwięku i zintensyfikowania percepcji głębokiego, wyczuwalnego basu.

Wprowadzenie

W inżynierii dźwięku na żywo subwoofery (suby) znacznie różnią się od przetworników o wyższej kierunkowości pod względem zakresu częstotliwości i charakterystyki dyspersji.
Subwoofery zostały zaprojektowane do obsługi niskich częstotliwości, zazwyczaj poniżej 100 Hz. Subwoofery w małych konfiguracjach są zwykle umieszczane na ziemi ze względów praktycznych (rozmiar i waga) oraz dlatego, że fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości są prawie dookólne, a ich kierunek jest w dużej mierze nierozróżnialny. Ponadto przeszkody, takie jak ciała publiczności, nie blokują znacząco długich fal.

Umieszczenie na ziemi wykorzystuje również efekt graniczny, w którym interakcja półprzestrzeni zwiększa odpowiedź basów i wydajność.

Z kolei krótkie fale wytwarzane przez przetworniki średnio- i wysokoczęstotliwościowe pozwalają na bardziej wąską i kierunkową projekcję dźwięku. To kierunkowe skupienie pomaga kontrolować pole dźwiękowe i redukować niepożądane odbicia od sufitów i ścian. Częstotliwości te podlegają jednak znacznemu tłumieniu lub zakłóceniom, gdy są blokowane przez bariery fizyczne, takie jak ciała słuchaczy. Aby złagodzić ten efekt, głośniki pełnozakresowe (lub szerokopasmowe) są zwykle umieszczane nad uszami publiczności, zapewniając niezakłóconą projekcję dźwięku i ułatwiając dostarczanie czystego, zrozumiałego dźwięku. Dodatkowo, głośniki pełnozakresowe są zaprojektowane do wytwarzania szerokiego spektrum częstotliwości, w tym tych pokrywających się z zakresem operacyjnym subwoofera (ok. 60-120 Hz).

Odpowiedni podział zakresu częstotliwości pomiędzy subwooferem i głośnikami pełnozakresowymi pozwala uniknąć interferencji akustycznych i zapewnia płynne połączenie bez tłumienia lub filtrowania grzebieniowego. Osiąga się to za pomocą sieci zwrotnicy, która może być zaimplementowana za pomocą obwodów analogowych lub cyfrowych.

Przyczyny niewłaściwego dopasowania

Zakłócenia akustyczne mogą również wynikać z fizycznej odległości między subwooferami i głośnikami szerokopasmowymi.
Kwestia ta jest dodatkową destrukcyjną interferencją, która skutkuje mulistym, słabym i niewyraźnym basem, z eliminacją częstotliwości występujących przy różnicy faz 180 stopni. Niedopasowanie czasowe jest albo akustyczne, gdy źródła nie pasują do siebie pod względem odległości lub fazy, albo elektryczne, gdy występuje opóźnienie w łańcuchu sygnałowym, często w cyfrowym procesorze sygnałowym (DSP). Bez odpowiedniej regulacji, zakłócenia te powodują opóźnienia, które zakłócają synchronizację czoła fali, zmieniając sygnał wyjściowy systemu w krytycznym punkcie krosowania.

Typowy proces optymalizacji systemu dźwiękowego

Optymalizacja systemu dźwiękowego obejmuje ręczne dostosowanie czasu i fazy, aby zapewnić, że dźwięk z różnych głośników dociera do uszu słuchacza jednocześnie i spójnie. Ten drobiazgowy proces obejmuje wielokrotne pomiary za pomocą profesjonalnych mikrofonów i specjalistycznego oprogramowania w całym obiekcie, ustawianie opóźnień systemowych, korekcję fazy / amplitudy oraz korekcję na zewnętrznych lub wbudowanych procesorach DSP. Te techniki kalibracji stanowią poważne wyzwania i wymagania techniczne. Wymagają one dogłębnego zrozumienia akustyki i elektroniki, a także praktycznych umiejętności manipulowania sprzętem i narzędziami programowymi. Technicy muszą interpretować pomiary i dokonywać precyzyjnych regulacji, aby uzyskać rozsądne przybliżenie dla całego obszaru pokrycia, często w złożonych środowiskach akustycznych.

Z ekonomicznego punktu widzenia tradycyjne metody kalibracji mogą być ograniczające dla mniejszych konfiguracji. Inwestycja w czas i specjalistyczny sprzęt - taki jak mikrofony do przechwytywania sygnałów testowych i oprogramowanie do analizy i regulacji - może być znaczna. Sprawia to, że zaawansowane techniki kalibracji są mniej dostępne dla mniejszych obiektów lub konfiguracji prosumenckich, gdzie ograniczenia budżetowe wymagają prostszych, bardziej opłacalnych rozwiązań.

Rola procesorów DSP w nowoczesnych aktywnych systemach głośnikowych

Oprócz dobrze zaprojektowanej konstrukcji elektroakustycznej przetworników, obudów i portów powietrza, cyfrowe procesory sygnałowe (DSP) mają kluczowe znaczenie dla osiągnięcia optymalnej liniowości i czystości dźwięku. Procesory DSP umożliwiają precyzyjną kontrolę nad sygnałem audio, umożliwiając precyzyjne dostrojenie zwrotnic, opóźnień, korektorów i innych parametrów w celu poprawy ogólnej jakości dźwięku.

Aktywne głośniki zawierają wbudowane lub zewnętrzne sieci zwrotnic oparte na DSP, które można dostosować do indywidualnych projektów głośników wielodrożnych. Te procesory DSP umożliwiają zmianę zachowania głośnika za pośrednictwem platform zarządzania lub poprzez przywołanie ustawienia wstępnego. Na przykład funkcja ta jest przydatna, gdy głośnik jest używany jako monitor sceniczny, gdy połączone są moduły liniowe lub gdy głośnik jest sparowany z subwooferem. Wszystkie aktywne pełnozakresowe głośniki RCF są wyposażone w opatentowany filtr crossovera o nazwie FiRPHASE.

Technologia przetwarzania FiRPHASE zapewnia liniową odpowiedź fazową 0°. Funkcja ta zapewnia optymalne wyrównanie fazowe w zakresie od niskich do średnich częstotliwości, jednocześnie dostarczając całe spektrum dźwięku ze stałym opóźnieniem grupowym i niemal zerowym opóźnieniem. Jednak wdrożenie FiRPHASE przy bardzo niskich częstotliwościach wymaga większego opóźnienia ze strony DSP, przez co nie nadaje się do subwooferów w nagłośnieniu na żywo, które wymaga przetwarzania w czasie rzeczywistym.

Wyrównanie głośników szerokopasmowych z subwooferami za pomocą opóźnień jest jedną z najskuteczniejszych i najprostszych metod. Głośniki z wbudowanym zmiennym opóźnieniem mają wbudowaną kontrolę opóźnienia czasowego i/lub za pośrednictwem powiązanych platform zarządzania. Głośniki bez zmiennego opóźnienia wymagają zewnętrznego urządzenia opóźniającego.

Niektórzy producenci, w tym RCF, dostarczają już wytyczne dla swoich aktywnych modeli głośników, wyszczególniając dokładne wartości opóźnienia czasowego potrzebne do idealnego wyrównania czasowego z subwooferami. Taka implementacja pozwala użytkownikom na efektywne parowanie głośników górnych i subwooferów, ale z pewnym przybliżeniem.

Wprowadzając bardziej wydajne wewnętrzne procesory DSP i specjalnie zaprojektowane algorytmy, firma RCF opracowała technologię, która upraszcza i usprawnia ten proces, zapewniając użytkownikom osiągnięcie najlepszej wydajności bez konieczności wykonywania obszernych czynności manualnych. Korekcja fazy przy niskich częstotliwościach umożliwia również idealne parowanie z pełnozakresowymi głośnikami FiRPHASE.

Advanced Crossover Engine - Zaawansowany silnik zwrotnicy

Opatentowany przez RCF zaawansowany silnik zwrotnicy (ACE) został zaprojektowany w celu optymalizacji wydajności audio poprzez zwiększenie klarowności w obszarze zwrotnicy. Technologia ACE wykorzystuje specjalnie zaprojektowany algorytm, aby precyzyjnie dopasować opóźnienie czasowe i wyrównać fazę w zakresie częstotliwości zwrotnicy między subwooferami RCF a pełnozakresowymi głośnikami obsługującymi FiRPHASE.

Jest to krytyczna operacja, ponieważ wyrównanie czasowe może być mylone z wyrównaniem fazowym. Są one ze sobą powiązane: przesunięcie czasowe powoduje przesunięcie fazowe, ale przesunięcie fazowe niekoniecznie powoduje przesunięcie czasowe. Przesunięcie fazowe wprowadza jednak zauważalne zniekształcenia do sygnału wyjściowego; ponownie możemy je zdefiniować jako destrukcyjne zakłócenia. Działając zarówno na zachowanie czasowe, jak i fazowe systemu, ACE przekształca system sub+top w płynnie dostrojony system 3-drożny, zapewniając niskie zniekształcenia, ujednolicony dźwięk wyjściowy oraz poprawiając ogólną jakość dźwięku i wrażenia słuchacza.

ACE działa w szerszym zakresie częstotliwości niż typowy zakres zwrotnicy, umożliwiając górnemu głośnikowi rozszerzenie działania do najniższej dostępnej częstotliwości. To pełnozakresowe wykorzystanie generuje spójne sumowanie energii z nakładającym się zakresem częstotliwości subwoofera. Takie podejście zapewnia dwie podstawowe korzyści: zwiększoną moc przy niskich częstotliwościach i zmniejszone zniekształcenia fazowe.

Osiągnięcie ACE: proces optymalizacji

Tworzenie zoptymalizowanych ustawień ACE dla głośników górnych i subwooferów rozpoczyna się w komorach bezechowych centrali RCF, gdzie uzyskuje się czyste pomiary bezpośredniego dźwięku głośników. Następnie mierzona jest odpowiedź fazowa subwoofera, po czym jeden z wybranych głośników umieszczany jest na sztycy subwoofera i ustawiane jest wstępne wyrównanie poprzez zastosowanie opóźnienia bezpośrednio do procesora DSP głośnika.

Po wykonaniu wstępnego wyrównania czasowego generowany jest filtr dopasowujący odpowiedź FiRPHASE i dalej optymalizujący zachowanie fazy. Dodatkowe opóźnienie dla całego systemu jest minimalne (2 ms), ale korzyści z kontroli fazy są znaczące. Gdy subwoofer i top są idealnie wyrównane, eksperci i inżynierowie RCF uważnie słuchają systemu w rzeczywistym środowisku, aby porównać go z profesjonalnymi systemami referencyjnymi, wprowadzić ostateczne poprawki i dostroić korekcję.

Proces ten jest w pełni zaimplementowany w pojedynczym pliku definicji ACE dla każdej kombinacji sub-top, który można przywołać z wewnętrznej listy ustawień wstępnych głośnika lub subwoofera. Automatycznie ustawia to najlepsze możliwe wyrównanie amplitudy/fazy, dzięki czemu subwoofer i głośnik górny są postrzegane jako pojedynczy system, a nie oddzielne głośniki, z większą mocą i prezencją.

Wnioski: tylko jedno kliknięcie dzięki RCF

Dzięki głośnikom RCF z obsługą ACE, zespoły i DJ-e mogą teraz wykorzystać wiedzę techniczną inżynierów systemu RCF za naciśnięciem jednego przycisku. Jako pierwsza w branży, RCF oferuje łatwe wyrównanie subwooferów i nadstawek poprzez szybkie przywołanie ustawień wstępnych z menu panelu tylnego lub towarzyszącej aplikacji na smartfony. To innowacyjne podejście oszczędza czas i zapewnia precyzyjną i spójną wydajność dźwięku w różnych miejscach i konfiguracjach, dzięki czemu zaawansowana kalibracja dźwięku jest dostępna dla szerszej bazy użytkowników.

Literatura:

• Baza wiedzy RCF, „Pomiar i wyrównanie subwoofera”
• Baza wiedzy RCF, „Biała księga FiRPHASE”
• RCF Pre-Alignment Guidelines, dostępne do pobrania na stronie każdego produktu w sekcji [Do pobrania] lub na stronie internetowej firmy [www.rcf.it/downloads].
• Bob McCarthy, „Sound Systems: Design and Optimization”, Focal Press
• Vance Dickason, „Loudspeaker Design Cookbook”, Audio Amateur Press
• Don Davis, Eugene Patronis, Jr, „ Sound System Engineering”, Focal Press
• Ballou, Glen. „ Handbook for sound engineers” (Podręcznik dla inżynierów dźwięku), Focal Press
• Hill, A. J., „Live Sound Subwoofer System Performance Quantification”, w Audio Engineering Society Convention 144, 2018 r.
• Brixen, E.B. „ Designing listening tests of SR/PA systems, a case study”. 147. konwencja Audio Engineering Society. Nowy Jork, październik 2019 r.
• Cecchi et al., „Crossover Networks: A Review”, J. Audio Eng. Soc., Vol. 71, No. 9, 2023 wrzesień