ラインアレイ

ラインアレイは、通常は同一のスピーカー要素を一列に並べて設置し、同位相で給電して、ほぼ直線的な音源を作り出すスピーカーシステムです。隣接するドライバー間の距離が十分近いため、ドライバー同士が建設的に干渉し合い、従来のホーン型スピーカーよりも遠くまで音波を送り、より均等に分散されたサウンド出力パターンを実現します。

ラインアレイはどの方向にも向けることができますが、拡声器として主に使われるのは垂直アレイです。垂直アレイは、非常に狭い垂直出力パターンを提供し、天井や観客席の上の空間に出力エネルギーを無駄にすることなく、観客に音を集中させるのに役立ちます。垂直ラインアレイは通常、コンサートの観客の大部分に音を供給するのに役立つ広い水平パターンを表示します。対照的に、水平ラインアレイは、水平方向に非常に狭い出力パターンを持ちますが、垂直方向には高いパターンを持ちます。コンサートステージの前端に沿って並んだサブウーファーは、供給される信号が調整（遅延、偏波、イコライズ）されてパターンが別の形にならない限り、水平ラインアレイとして機能します。スピーカーは、水平ラインソースとして機能せずに水平に配列するように設計できます。^[1]

現代のラインアレイは、高、中、低周波数のパスバンドに別々のドライバーを使用します。ラインソースが機能するには、各パスバンドのドライバーが一列に並んでいる必要があります。したがって、各エンクロージャーは、高、中、低周波数のスピーカードライバーで構成された列を形成するように密接に接続するように設計する必要があります。各エンクロージャーのドライバーの数を増やすと、周波数範囲と最大音圧レベルが増加しますが、アレイにボックスを追加すると、アレイが方向性分散パターンを実現する周波数も低下します。

大型のラインアレイは、大規模なコンサート会場や野外フェスティバルの標準となっており、このようなシステムは、構造梁、地上支持塔^[2]、または背の高い A フレームトラス塔からフライング（リギング、吊り下げ）することができます。^[3]エンクロージャーは一緒にリギングされ、1 点から吊り下げられるため、他のスピーカーアレイ方法よりも組み立てや配線が簡単です。ラインアレイの下部は、アレイの下部での分散を高め、より多くの観客に音が届くようにするために、一般的に後方に湾曲しています。通常、ラインアレイで使用されるキャビネットは台形で、専用のリギングハードウェアで接続されています。^[4]

周波数が高くなるにつれてビームが狭くなるラインアレイ効果は、音響の先駆者であるハリー・オルソンによって初めて実証されました。^[5]彼は1957年の著書「音響工学」でその研究結果を発表しました。^[6]オルソンはラインアレイのコンセプトを使用して、単一のエンクロージャ内で垂直に整列したドライバーが広い水平方向と狭い垂直方向のパターンで中音域出力を生成するコラムスピーカーを開発しました。ラインアレイは半世紀以上前から存在していますが、最近までほとんどが音声範囲専用でした。これらは、狭い垂直方向の設計によって残響場が励起されない、非常に残響の多い空間で使用されていました。^[7] 水平方向のエンクロージャ内のマルチバンドラインアレイ要素は、1983年にジョセフ・ダポリトによって提案されました。^[8]しかし、この製品を広く普及させたのは、1992年に発表されたL-AcousticsのV-DOSCラインアレイでした。 ^[9]これにより、ラインアレイ内のボックスの数が少ないほど、より平坦で滑らかな周波数応答が得られることが発見されました。業界ではすぐに、水平面では破壊的な干渉がなく、波は垂直面ではほとんど同位相に結合することがわかり、多くのスピーカーメーカーがすぐに独自の同様の製品を開発しました。^[7]

純粋なラインアレイ理論は、純粋な幾何学と、部屋の反射や温度屈折などの環境要因の影響を受けずに音が自由に伝播する 「自由音場」の思考実験に基づいています。

自由音場では、ある点 (点音源)を発生源とする音は、球体としてすべての方向に均等に伝播します。球の表面積 = 4π r ² (r は半径) であるため、半径が 2 倍になるごとに、球体の表面積は 4 倍になります。この結果、点音源からの距離が 2 倍になるごとに、音の強さは4 分の 1 になります。音の強さは単位面積あたりの音響出力で、表面積が増加すると音響出力がより広い領域に広がるため、音の強さは減少します。デシベル単位の 2 つの音圧の比は、dB = 20log(p1/p2) という式で表されます。したがって、点音源からの距離が 2 倍になるごとに、p1 = 1、p2 = 2 となり、音圧は約 6 dB 減少します。

線音源は、無次元の点音源とは対照的に、仮想的な一次元音源です。線音源は自由音場において全方向に均等に音を伝播するため、音は球形ではなく円筒形に伝播します。円筒の曲面の表面積は 2π rh で、r は半径、h は高さです。半径が 2 倍になると表面積も 2 倍になり、線音源からの距離が 2 倍になるごとに音の強さは半分になります。距離が 2 倍になるごとに p1 = 1、p2 = 4 となるため、音圧は約 3 dB 低下します。^{[10] [11]}

現実には、無次元の点音源や 1 次元の線音源は存在できませんが、計算は簡単にするためにこれらの理論モデルに基づいて行うことができます。したがって、有限の長さの線音源が、同じ音量の点音源よりも高い音圧を生成する距離は限られています。

干渉パターンとは、ライン アレイの分散パターンに適用される用語です。これは、複数のスピーカーを垂直に積み重ねると、垂直面の軸外のリスニング位置で個々のドライバーが互いに位相がずれるため、垂直分散角度が減少することを意味します。積み重ねる高さが高くなるほど、垂直分散は狭くなり、軸上の感度が高くなります。ドライバーの垂直アレイは、単一のドライバーと同じ水平極性パターンを持ちます。

垂直方向のカバレッジが狭くなること以外に、アレイの長さも、この分散の狭まりによってどの波長が影響を受けるかに影響します。アレイが長いほど、パターンが制御する周波数が低くなります。^[7] 100 Hz (波長 11.3 フィート (3.4 m)) 未満の周波数では、長さが約 3 メートル未満のラインアレイは無指向性になり始めるため、システムはすべての周波数でラインアレイ理論に準拠しなくなります。^[12]約 400 Hz を超えると、ドライバーコーン自体が指向性になり、これも理論の仮定に反します。また、高周波数では、多くの実際のシステムで、古典的なラインアレイ理論では動作を説明できない方向性導波管が使用されています。つまり、拡声システムで使用される実際のオーディオラインアレイの形状は、ラインアレイ理論によって近似的にしかモデル化できず、100～400 Hz の範囲でのみモデル化できます。^[12]

実用的なライン アレイ システムは、低周波数と中周波数でのみライン ソースとして機能します。高周波数では、低周波数と中周波数に一致する指向特性を得るために、別の方法を使用する必要があります。補強システムで最も実用的な方法は、コンプレッション ドライバーに結合された導波管 (ホーン) を使用することです。各ホーンは、垂直方向の分散が非常に狭く、水平方向の分散が非常に広くなければなりません。

ホーンでは、建設的干渉と破壊的干渉を使用するのではなく、特定のカバレッジ パターンに音を反射することで指向性を実現します。適切に設計されたライン アレイ システムでは、そのパターンはアレイの低周波指向特性とほぼ一致します。アレイの垂直分散が 60 度でボックスが 12 個ある場合、各ホーンは 5 度の垂直カバレッジを持つ必要があります。(垂直カバレッジが狭いと、明瞭度を損なう多重到達が最小限に抑えられるという利点があります。) これを実現できれば、導波管要素をライン アレイに統合し、適切なイコライゼーションとクロスオーバーを使用して、高周波からのビームと低周波の建設的干渉を揃えて、結果として得られるアレイ システムが一貫したカバレッジを提供するようにすることができます。^[13]

あまり使用されない 2 つの構成は、直線アレイと曲線アレイです。曲線アレイの問題点は、平均的な会場にはあまり適していないことです。下半分は下向きに傾けてステージの前方に近い場所でのカバー範囲を広げますが、上半分は天井に向かって上向きに傾けられます。また、直線アレイの問題点は、高周波数ではビームが狭すぎることです。両方のアレイの最高の機能を利用するには、曲線アレイまたは「J」アレイを使用します。これは、通常、下部にある直線部分と曲線部分で構成されます。これにより、比較的遠くにいる人に対してロングスローの直線コンポーネントが提供され、下部の曲線は、アレイの下の領域を埋める役割を果たします。この領域は、通常は無視されます。

スパイラルアレイは J アレイの次の発展型であり、周波数がシフトしても極性パターンが類似しているため、周波数応答が優れている一方、J アレイが提供するロングスローとインフィルの利点は保持されています。概念としては、スパイラルアレイはアレイ全体にわたって湾曲していますが、曲線は漸進的です。つまり、アレイの上部はほぼ直線で、ボックス間の角度は 1° で、下部では 6° から約 10° に増加します。適切に設計されたスパイラルアレイは、周波数に対してほぼ一定の指向性パターンを持ち、低周波数ではいくつかの小さなローブが見られます。^[14]

ラージフォーマットのラインアレイは、アリーナや円形劇場のツアー、大規模な会場、野外フェスティバル向けに設計されています。これらのボックスには通常、垂直に並んだ複数の高周波コンプレッションドライバーと、コンプレッションドライバーの周囲に対称的に配置された複数の中音域および低音域ドライバーが含まれています。低音域ドライバーの直径は通常 15 インチまたは 18 インチです。ミッドフォーマットのラインアレイは通常 2 ウェイまたは 3 ウェイで、10 インチまたは 12 インチの低音域ドライバーを使用します。水平カバレッジは通常 90 度ですが、システムによっては、アレイの上部に狭いボックスを使用したり、下部に広いボックスを使用したりします。システムエンジニアは、トランジションフレーム (異なるシステムのリギングを揃える) を使用して、ミッドフォーマットのボックスをラージフォーマットのボックスの下に吊り下げ、最も近い観客をカバーする場合があります。各システムには特定の「ボイシング」があり、それが単一のメーカーに共通する場合もあるため、異なるメーカーのスピーカーボックスが混在することはありません。

メーカーは通常、アレイを設計するためのスプレッドシートまたはカスタムプログラムを提供します。例としては、L-Acoustics SOUNDVISION、^[15] Adamson Blueprint、^[16] Electro-Voice LAPS (ラインアレイ予測ソフトウェア)、^[17] d&b audiotechnik ArrayCalc、JBL Vertec Line Array Calculator などがあります。^[18] Renkus Heinz は、EaseFocus というプログラムを提供しています。これは EASE に似ていますが、ラインアレイに特有の機能と計算のみを備えています。EaseFocus には多数のメーカーのデータがあり、複数のスピーカーシステムを比較できます。EaseFocus を使用する他のラインアレイブランドには、Bose Professional、Community Professional Loudspeakers、Electro-Voice、QSC、RCF、VUE Audiotechnik などがあります。Meyer Sound は、MAPP Online Pro というオンラインシステムを提供することで、異なるソリューションを提供しています。^[19] Nexo は 3D モデリングソフトウェア NS1 を提供しています。EAW も Resolution という独自のソフトウェアを提供しています。

設計プロセスは、部屋の寸法と必要な音圧レベルを入力することから始まります。次に、プログラムがボックスの数と配置を提案します。また、一部のプログラムでは、ボックスの数を入力すると、部屋のさまざまな部分で生じる音圧レベルが予測されます。

設計が終わると、リギング ポイントが構造物から吊り下げられ、続いてチェーン モーター (またはブロック)、フライング フレーム、スピーカーが吊り下げられます。個々のボックスは、1 つずつ接続することも、地上で一緒にリギングしてから引き上げることもできます。アレイが持ち上げられると、個々のボックスの角度がアレイ予測プログラムに合わせて調整されます。上部のフレームには、フレームの角度を確認するための傾斜計や、アレイの上部の照準点を示すレーザーが取り付けられている場合があります。

高さやリギングポイントの不足によりスピーカーをフライングできない場合、スピーカーは通常、カスタムスタッキングフレームを使用してステージ上またはサブウーファー^[20]上に積み重ねられます。ラインアレイの積み重ねは、小規模な会場や一時的な設置でよく使用されます。フライングスピーカーと比較して、前方から後方までをカバーするために必要な垂直方向の拡散が少なく、結果として得られるアレイの曲率がほとんどありません。