הפיזור של מערכת Point source הוא רב כיווני. דמיינו את הרמקול במרכזו של כדור ענקי, הוא משמיע לכל עבר ועוצמתו פוחתת לחצי בכל פעם שאנחנו מגדילים ממנו את המרחק פי 2 (Inverse Square Law) כפי שרואים באיור הבא:
הפיזור הרב כיווני הוא תלוי תדר, כלומר לכל גל קול יש אורך גל וברגע שאורך הגל קצר מקוטר האלמנט ברמקול הוא הופך בהדרגה לכיווני, לפניכם מספר רכיבי רמקול עם התדר ההתחלתי שבו מתחילה כיווניות הרכיב:
ככל שהתדירות מתרחקת כלפי מטה מהתדירות שבה מתחילה כיווניות הרכיב, כך התדירות הופכת לפחות ופחות כיוונית ולהיפך ככל שהתדירות עולה מעבר לתדירות תחילת הכיווניות כך הכיווניות גדלה.
אם הצלחתם לעקוב עד כאן, אז תוכלו להבין שבמערכת Point source תדרי האמצע והגבוהים פונים באופן יחסי לכיוון הקהל, אולם התדרים הנמוכים נשמעים מלפנים ומאחור בעוצמה כמעט זהה ולכן הם מגיעים אל הבמה בעוצמה גבוהה יותר מזו שהם מגיעים אל הקהל וזאת בשל הקרבה לבמה והמרחק שבין הרמקולים לקהל.
בנוסף קיימת בעיה נוספת, בכדי שהשורות האחרונות יצליחו לקבל עוצמת האזנה סבירה, אנחנו חייבים להגביר מאוד את הרמקולים, כתוצאה מכך השורות הראשונות סובלות מעוצמה חזקה מדי ואילו בשורות האחרונות העוצמה חלשה משמעותית (Inverse Square Law).
תופעת לוואי מצערת של שיטת הגברה זו היא רגישות יתר לפידבקים ממיקרופונים על הבמה, שכן העוצמה שמגיעה מהרמקולים הקדמיים לבמה חזקה גם כן ומאפשרת לפידבקים להיווצר בקלות רבה.
ומה עושים כשעדיין אין מספיק עוצמה? מוסיפים מערכת נוספת. בכל פעם שאנחנו מכפילים פי 2 את כמות הרמקולים בכל צד, אנחנו מקבלים הגבר של 3dB. זה גם מאוד הגיוני שאם מוסיפים רמקולים העוצמה גדלה, אבל ברגע שנשים רמקולים האחד ליד השני, ובהתחשב בעובדה שהרמקולים מאבדים את הכיווניות שלהם ככל שהתדירות יורדת ובהתחשב בעובדה שנוצרים הפרשי זמן קטנים מאוד בין שני רמקולים שנמצאים האחד ליד השני ביחס למאזין, תדרים מסויימים עלולים להתבטל ואילו תדרים אחרים עשויים להתגבר (בהתאם לאורכי הגל ביחס למקום שבו נמצא המאזין). לתופעה הזאת קוראים Comb Filter והיא מציקה יותר כששורות רמקולים פרוסות לרוחב בגלל שהאזניים שלנו מיומנות בזיהוי צלילים מסביבנו בגלל סיבות אבולוציוניות.
ממש בקצרה, מנגנון השמיעה שלנו התפתח כך שיצליח לזהות קירבה של טורפים אפשריים, מאחר והטורפים הגיעו מגובה הקרקע ולא מהשמיים, מנגנון השמיעה האנושי התאים את עצמו לזיהוי מיקום מדויק מסביב לראש אבל לא מעליו.
אל תחשבו שמערכות Point source הן מערכות לא טובות, הן דווקא מערכות מצוינות כי הן מאוד קלות לתפעול, ניתנות להתקנה על ידי אדם בודד או צוות ממש קטן, ונשמעות מצוין בתנאים המתאימים להן, כלומר מקומות לא מאוד גדולים ובטח אם קיימת תקרה נמוכה.
מערכות Line Array
מערכת Line Array היא מערכת שמורכבת מכמות גדולה של רמקולים אותם תולים האחד מעל השני במצב שכיבה כך שלרוב נוצרת צורת האות J. אם ניקח למשל רמקול אחד בודד מהמערכת, הוא יתפקד כ Point source לכל דבר. לפניכם מערכות Line Array בטכנולוגיית Wavefront Precision של חברת Martin Audio:
וכך למשל נראה רמקול אחד של המערכת הזאת ללא הכיסוי הקדמי:
כאמור, את הרמקולים הללו תולים על מתקני הרמה ייעודיים ועורמים אותם לגובה. הפיזור שלהם לא קורה בצורה רב כיוונית כמו ה Point source, אלא בצורת גליל, כלומר הרמקולים לא מפזרים צליל מעל או מתחת לערימת הרמקולים אלא קדימה אחורה ולצדדים בהתאם לכיווניות גלי הקול המתקבלת מאורכי הגל של התדרים ביחס לגודל רכיבי הרמקול.
גם הפחתת העוצמה ביחס למרחק אינה פועלת בהתאם ל Inverse Square Law, שכן הפיזור כגליל גורם לכך שבהכפלת המרחק פי 2 הפחתת העוצמה היא של 3dB בלבד.
בואו נתעכב על הנתון הזה לרגע, נניח שבמרחק של 10 מטרים מהרמקולים מדדנו עוצמה של 100dB SPL, אם על כל הכפלה פי 2 של המרחק הפחתת העוצמה היא 3dB, הרי שבמרחק 20 מטרים נאבד 3dB, במרחק 40 מטר נאבד רק 6dB ואילו במרחק של 80 מטרים נאבד 9dB בלבד ועוצמת ההאזנה תהיה 91dB SPL.
קחו בחשבון שמערכת Line Array מותקנת לרוב בתלייה בגובה רב מעל הקהל, כלומר מרחק של 10 מטרים מתייחס בדרך כלל לשורות הראשונות של הקהל. מערכת Point source לרוב תונח על הבמה במרחק של מטרים ספורים מהשורות הראשונות ובשביל למדוד 100dB SPL במרחק של 10 מטרים, המערכת תצטרך להשמיע לשורות הראשונות עוצמה של כ 106dB SPL לפחות ובמרחק של 80 מטרים עוצמתה תפחת ב 18dB, כלומר עוצמת ההאזנה תהיה 82dB SPL בלבד.
חכו, זו רק ההתחלה, בואו ניקח לדוגמא מערכת line Array שמורכבת מעמודה של 16 רמקולים, אנחנו מבינים כבר שבכל פעם שאנחנו מכפילים את כמות הרמקולים אנחנו מקבלים הגבר של 3dB, אז מה צריכה להיות במקרה הזה העוצמה של כל יחידה נפרדת בכדי להגיע ל 100dB SPL?
זה יחסית חישוב פשוט, אם 100dB SPL נוצרים על ידי 16 רמקולים, אז 8 יתנו 3dB פחות ושוב 4 יתנו 3dB פחות ו 2 יתנו 3dB פחות ובסוף יחידה אחת תיתן 3dB פחות, כלומר 100-12=88dB SPL. כלומר בהתאם לדוגמא הקודמת, בשביל לקבל את אותה העוצמה במרחק של 10 מטרים מהרמקולים, מערכת Point Source תצטרך להגביר על הבמה 106dB SPL ואילו במערכת Line Array כל יחידה נפרדת תצטרך להיות מוגברת לעוצמה של 88dB SPL בלבד.
זו הסיבה שלמרות שממרחק מערכת Line Array עשויה להישמע חזקה מאוד, עדיין כשמתקרבים אל הרמקולים הם נשמעים חלשים באופן יחסי והיתרון המובהק של המערכת במקרה הזה היא דחיית פידבקים כי העוצמה על הבמה לא גבוהה.
אורכה של עמודת ה Line Array קובע את התדר הנמוך שבו תתפקד המערכת כמערכת עם פיזור גלילי ולא ספרי. ישנן שיטות חישוב שונות וברור שהמעבר מגלילי לספרי הוא הדרגתי, אך ככלל אורך העמודה חייב להיות לפחות כמו אורך הגל הנדרש. לדוגמא: מערכת של 1 מטר אפקטיבית כליין אריי עד 340 הרץ כתדר תחתון ובכדי לאפשר מערכת ראויה שתגיע עד ל 100 הרץ (שם תהיה נקודת החיתוך אל הסאב וופרים), האורך יהיה 3.4 מטר.
קיים יתרון בשימוש ברכיבים רבים שיצרו אורך על פני שימוש במערכת קצרה עם יחידות גדולות שיתנו הספק ונצילות גבוהים, אך לא ישרתו את הרצון לספק מערכת ארוכה ככל הניתן שתיתן היענות למרחק גם בתחום ה LOW MID.
ככל שעורמים יותר רמקולים בעמודה, כך משתפרת הכיווניות של התדרים הנמוכים קדימה וזווית הפיזור כלפי מעלה ומטה הופכת לצרה יותר. מסיבה זו מגיעה מעט מאוד זליגה לכיוון הבמה ועיקר האנרגיה מופנית לכיוון הקהל. שוב היתרון הוא בשיפור בדחיית פידבקים וסביבת עבודה שקטה יותר על הבמה.
יתרון נוסף בשימוש ברמקולים פחות גדולים במערכות אקונומיות בעיקר, הוא בתנועה מהירה יותר של הרמקול ולכן ה Transient Response של המערכת משתפר וכן מתקבלת שליטה עדיפה בבעיית ה Comb Filter ביחוד ברמקולים סימטריים בהן מותקנים וופרים משני צדי הטוויטרים. החיסרון בשימוש באלמנטים קטנים הוא ביכולת הדינמית והספק המערכת שעלולים לדעוך בשימוש ברמקול בקוטר קטן יותר.
נשארה לנו תעלומה אחת לפתור והיא צורת האות J שבה תולים לרוב את מערכות ה Line Array:
כפי שציינתי המערכות הללו מפזרות בצורת גליל, כך שהשורות הראשונות אמורות לקבל פחות עוצמה בדיוק כמו הבמה, בכדי לפתור את הבעיה מפנים את 2 היחידות התחתונות ישירות לכיוון השורות הראשונות. מתקן התלייה של המערכת מאפשר כיוון של כל יחידה לזווית נדרשת, למשל היחידות העליונות יופנו ישר בזווית של 90 מעלות.
זה גם מאפשר למתכנן המערכת ליצור פיזור עוצמה זהה לכל הקהל, למשל אם אנחנו משתמשים ב 2 יחידות לקדמת במה באזור 1 במרחק של 10 מטרים ולעומת זאת משתמשים ב 4 יחידות עליונות (3dB+) לאזור 4 במרחק של 80 מטרים, התוצאה שתתקבל תהיה נפילה של 6dB בלבד לקהל שנמצא במרחק של 80 מטרים ביחס לקהל שבשורות הראשונות.
אז האם מערכות Line Array הן הפתרון המושלם להגברה? כמעט, קחו בחשבון שבכדי לתלות מערכת כזו נדרש צוות גדול ומנופים מתאימים ומאובטחים מפני נפילה. חייבים גובה, במקום סגור עם תקרה נמוכה הרמקולים יגיעו לרצפה. נדרשות המון יחידות (ולא הזכרתי בכלל את ענין הסאבים) והרבה מגברים כך שהעלות המצטברת גבוהה ואם כל זה לא מספיק אז גם נדרשת מיומנות ויכולת לכוון נכון מערכת כזו כדי שתשמע טוב, זו איננה מערכת חבר ושכח.