Cohedra Coherent Dynamic Response Array. Das akustische Konzept 1) Grundlagen der Line Array...

Cohedra

Coherent Dynamic Response Array™

Das akustische Konzept

1) Grundlagen der Line Array Technologie

2) Bisherige Lösungen mit Analysen

3) Pflichtenheft und die Umsetzung

4) Grundlagen dynamische Eigenschaften

5) Dynamische Kohärenz bei Cohedra

1) Grundlagen der Line Array Technologie

Sphärische Welle – Kohärente Welle

Konventionelle PA Systeme bilden sphärische Wellen.

Line Arrays produzieren kohärente Wellen.

Sphärische Wellen verlieren auf der jeweils doppelten Entfernung 6dB Schalldruck. (Reduktion auf 1/4 der Leistung.)

Kohärente Wellen verlieren auf der jeweils doppelten Entfernung 3dB Schalldruck.(Reduktion auf ½ der Leistung)

Somit hat die kohärente Welle gegenüber der sphärischen Welle einen Vorteil:

Sphärische Wellen haben normalerweise vertikale Abstrahlwinkel zwischen 40°-90°.

Kohärente Wellen haben einen vertikalen Abstrahlwinkel von 0°.

Nahfeld - Fernfeld

Der Übergang von kohärenter Welle (Zylinderwelle) in eine sphärische (kugelförmige) Welle erfolgt kontinuierlich.

Nahfelder (Länge der Zylinderwelle) bei Line Arrays sind abhängig von der abgestrahlten Frequenz und der Gesamtlänge des Linienstrahlers.

Die Formel zur Errechnung des Nahfeldes (Zylinderwelle) lautet wie folgt:

sm

flrn /3402

2

Formel nach Ureda.

Nahfeld - Fernfeld

22

)3(

11

2

3

lflfrn

Formel nach Heil

Nahfeld - Fernfeld

Vertikale Abstrahlcharakteristik für ein 4m Line Array für verschiedene Frequenzen (Seitenansicht)

1.5 3 6 11 23 47 Meter

Die kohärente Welle

Um eine kohärente Welle zu erzeugen, müssen die akustischen Zentren mehrerer benachbarter Lautsprecher (Quellen) näher als die halbe Wellenlänge der zu betrachtenden Frequenz zusammen sein.

Bass Lautsprecher übertragen in PA-Systemen normalerweise keine Frequenzen oberhalb 150 Hz.Die Wellenlänge von 150 Hz ist ca. 2.20 Meter. Die halbe Wellenlänge (Lambda/Halbe) ist daher ca. 1.10 mDeshalb müssen die akustischen Zentren von Basslautsprechern näher als 1.10 Meter zusammen sein, um eine kohärente Welle zu erzeugen.

Im Mitteltonbereich wird die Angelegenheit schon schwieriger, weil die Speaker wesentlich enger zusammen müssen.

Beispielhaft eine Mid/High Unit mit einem 1,4”er als Hochtöner und einer Trennfrequenz von 800 Hz zum Mitteltöner: > die akustischen Zentren der Mitteltöner müssen somit näher zusammen sein als Lamba/Halbe von 800 Hz = 0.22 Meter.Der größtmögliche Speaker kann somit höchstens ein 8”er mit einem Durchmesser von ca. 0.20 Meter sein.

Die kohärente Welle

Der Hochtonbereich soll noch Frequenzen weit über 10 000 Hz übertragen.

Lambda Halbe von 10 000 Hz ist ca. 1.7 cm. Wie soll jetzt eine kohärente Welle entstehen?

Die kohärente Welle

Wenn es im Hochtonbereich nicht möglich ist, die Treiber nahe genug zusammen zu bringen, muss eine kohärente Welle auf anderem Wege erzeugt werden.

Welche Welle erzeugt denn eigentlich ein konventionelles Hochtonhorn?

Die kohärente Welle

Ein Horn erzeugt eine sphärische Welle und kann somit nicht die Lösung zur Erzeugung einer kohärenten Welle sein.

Wenn es jetzt gelingt die Wellenfront in der Mitte des Hornes so zu verzögern, daß sie gleichzeitig mit der Wellenfront am äußeren Rand ankommt, erzeugt man ein kohärente Welle.

Die kohärente Welle

Mittels dieses “Waveguides” entsteht am Austrittsschlitz des “neuen Horns” eine kohärente Welle.

Die Kirchenzeile das Line Array der 1. Geneneration

Mehrere Einzelautsprecher in einer Zeile bilden ein

Line Array

Ein Einzellautsprecherstrahlt sphärisch ab

Dieses Line Array strahlt

vertikal mit 0° ab.

Frequenzberechnung für kohärente Welle amBeispiel einer Kirchenzeile (Line Array 1.Generation)

Ab einer Frequenz größer Lambda/Halbe entstehen Sidelobs und die kohärente Welle reißt schließlich ab. Jetzt verlieren wir wieder 6dB auf der doppelten Entfernung.

bis zum Abreißen der kohärentenWelle

Kohärent bis ca. 1500Hz

Abstand akust. Zentrenzw.Speakern: 13 cm

danach entstehenSidelobs

Nahfeldberechnungen bei Line Arrays

Bass-Array

sm

flrn /3402

2

Von 50 bis 130HzLänge des Bass-Arrays ca. 4 m

Nahfeld 50 Hz => ca. 1.20 mNahfeld 130 Hz => ca. 3.10 m

Mid-Array

von 130 to 900 HzMid-Array Länge ca. 4.0 Meter

Nahfeld 130 Hz => ca. 3.10 mNahfeld 900 Hz => ca. 21.00 m

sm

flrn /3402

2

High-Array

High-Array von 900 to 16,000 HzHigh-Array Länge ca. 4.0 Meter

Nahfeld 900 Hz => ca. 21.0 mNahfeld 16,000 Hz => ca. 376.0 m

sm

flrn /3402

2

Kohärent – Sphärisch:

Schalldruckverlust Sphärisch

Schalldruckverlust Kohärent

-6 -12 -18 -24 -30

-3 -6 -9 -12 -17

Nahfeld 4m Line Array für Frequenz 900 Hz : ca. 21m

Der Unterschied nach 32 Metern sind 13 dB. Diese kohärente Welle erzeugt somit mehr als den16fachen Schalldruck nach 32m bei gleichem Ausgangspegel.

Wie bedeutsam ist der Unterschied?

2 4 8 16 32 Meter

Meine akustische Eindrücke von Line Arrays

2) Bisherige Lösungen analysiert

Erste Impression eines Line Arrays zweiter Generation:

V-DOSC

V-Dosc erzeugt somit eine Zylinderwelle am Austrittsspalt des “Waveguide” Transformers.

V-DOSC Hochton

V-DOSC hat einen Waveguide” Transformer, um eine Zylinderwelle für den Hochtöner zu formen.

V-DOSC Mitten

V-DOSC arbeitet im Mitteltonbereich mit 6.5“ Speakern, die gleichzeitig als Hornfläche für den Hochtonbereich dienen. Die Horn- ist nachvollziehbar nicht ideal.

Die 6.5”er bewegen sich, was zusätzlich zu Doppler-effekten (Frequenzänderung) im Hochtonbereich führt.Wie Tontechniker bestätigt haben, ist der Eindruck der hohen Windempfindlichkeit richtig.

JBL Vertec

JBL Vertec Hochton

Vertec hat keinen Transformer, sondern nur einen engen langen Schlitz (=Horn) > Sidelobs > keine echte kohärente (Zylinder-) Welle.

Es gibt ein kurzes Horn vor dem Treiber, das jedoch keine CD Charakteristik besitzt. Es ist recht kurz und fördert somit ein frühes Klirren

Vertec hat recht schnelle, trockene Mitten.

Noch stärker als beim V-Dosc blieb der Eindruck dynamischer Verzerrungen.

JBL Vertec Mitten

Bei keinem der derzeitigen Line Arrays habe ich einen Bassbereich gehört, der mir wirklich gefallen hat.

Line Array Bässe

Ein prägendes Basserlebnis

Wo gibt es die beste akustische Performance beim Darstellen von Bassfrequenzen?

Bis dato auf keiner PA der Welt, sondern nur bei Instrument selbst.

Der beliebteste Lautsprecher beim Bassisten ist der 10” Speaker.

Weitere Line Array Analysen

Schnellschussaktionen bei neuen Technologien sind selten auf den Punkt!

Beispiele?

Was ist die Ursache?

Beispiel 1

15“ 2“ 15“

Schlechte(!) Mitten (400-900 Hz); Verzicht auf eine von 8 Oktaven.

Handling ?

Beispiel 1

Hier clustert man die Boxen vorne auf! Bei 5° entspricht dies ca. 5 cm.

Lambda 1/2 = 10 cm: dies entspricht der Frequenz von 1.75 kHz. Somit wird oberhalb 1.75 kHz keine kohärente Welle gebildet.

Hinzu kommt noch ein Abstand von ca. 2 mal 2.5 cm: Transformer zur Boxenaußenwand.

Beispiel 1 und die Line Array Theorie

Ein Mid/High Line Array soll eine kohärente Welle über alle Frequenzen abstrahlen.

Dieses Line Array ist mit drei 1” Treibern und zwei 6.5“ Mitteltönern ausgestattet. Die Trennfrequenz beträgt 3,000 Hz.Der Durchmesser des 6.5“ er ist 16.5 cm. Bei 3,000 Hz (crossover), ist die halbe Wellenlänge ca. 5.5 cm. Dies ist der maximal mögliche Abstand zwischen den akustischen Zentren der Speaker bei einem echten Line Array.Das bedeutet, dass zwischen 1,000 und 3,000 Hz keine kohärente Welle entsteht. Unser Gehör ist in diesem

Frequenzbereich am empfindlichsten.

Beispiel 2

Diese beiden Treiber mit konventionellen Hörnern bilden alles andere als eine kohärente Welle.

Nicht alle Boxen die quer untereinander hängen sind Line Arrays. Auch nicht, wenn die Hersteller ihre Produkte nachhaltig so nennen.

Beispiel 3

Zusammenfassung

Der Hochtonbereich des V-Dosc war die zu überbietende Referenz.

Die trockenen Mitten des Vertec galt es mindestens zu erreichen.

Im Bassbereich war eine dem Instrument gleiche Dynamikübertragung die Messlatte.

3) Pflichtenheft und die Umsetzung

Coherent Dynamic Response Array

Dynamik mit höchstem Echtheitsgrad

Der Hochtöner soll mittels einer Akustiklinse kohärente Wellen abstrahlen.

Darüberhinaus soll die Phasenlage feingetuned und in Einklang mit dem Mitteltöner gebracht werden, um ein Maximum an natürlichem Sound zu gewährleisten. Um eine gleichmäßige Schallverteilung zu erreichen, soll ein CD-Horn im Anschluss an die Akustiklinse arbeiten. Dieses darf keine ungewollten Beugungseffekte und andere Verzerrungen erzeugen. Die Windanfälligkeit soll massiv reduziert werden.

Cohedra Hochton

Dopplereffekte, erzeugt durch die Mitteltöner, dürfen die Ausbreitung der Hochtonwelle nicht destruktiv beeinflussen.

Cohedra Hochton

Das Lautsprechergitter für die Mitteltöner ist gleichzeitig das CD Horn für den Hochtontreiber.

An zwei Kanten wird die Beugung des Hochton Schallanteils ganz gezielt erzeugt, um eine gute Directivity zu erzielen.Die Hornöffnung des CD Horns ist ausreichend um gute Ergebnisse hinsichtlich Klirrfaktor zu erreichen.

Ein 1.4” B&C Treiber, produziert mit seiner Akustiklinse keine kohärente Welle am Austrittsschlitz des Transformers !

Cohedra Hochton

Cohedra baut seine kohärente Welle an einem anderen Ort auf!

Akustiklinse Cohedra Akustiklinse mit Horn Cohedra Compact

Die konkave Welle, die durch die AcousticLens in jeder einzelnen Mid/High Unit entsteht, ergibt eine qualitative hochwertige kohärente Welle beim Gesamtarray.

Cohedra Hochton

Akustiklinse Cohedra Akustiklinse mit Horn Cohedra Compact

Cohedra Gesamtwelle.exe

Wie erreiche ich eine Crossover Frequenz von 800 Hz bei Verwendung von 1” Treibern?

Um eine kohärente Welle über den gesamten Frequenzbereich einer 8”+ 1” Box zu erreichen, ist eine Crossover Frequenz von 800 Hz die höchst mögliche.

Co_Compact_1“.exe

Warum hat Cohedra Compact eigentlich 1” Treiber?

Cohedra Compact Hochton

Mittenfrequenzen sollen kurz und trocken projiziert werden. Ein homogene Dynamik-Ansprache, die in Einheit mit dem Hochtontreiber steht, ist gewünscht.

Das Mid-High System soll ein “Leichtgewicht” sein und die komplette Flughardware beinhalten .

Ebenso wie im Hochtonbereich durch die Akustiklinse, sollen die Frequenzen des Mitteltöners phasenkorrekt als kohärente Welle zum 1.4” Treiber abgestrahlt.

Cohedra Mitten

Das Gitter ist gleichzeitig Teil einer Kompressionskammer. Diese Kammer erzeugt einen Bandpass

Die Kompressionskammer erzeugt die trockene und tighte Ansprache der Low-Mids. Es ist in der Tat nicht der Speaker selbst.

Cohedra Mitten

Das Mid/High System hat ein (Compact) / zwei (Cohedra) 8” Neodymium Speaker.

CO_KOMPA.EXE

Bessere Dynamik Performance zwischen 100-800Hz.

Ohne Bandpass – (keine Kompressions-Kammer)

Mit Bandpass – mit Kompression-Kammer

Cohedra Mitten

Cohedra benuzt deshalb als Basslautsprecher 10” Speaker mit kräftiger Beschleunigung und hoher Bremswirkung.

Cohedra Bass

Bassenergie muss schneller und mit höchstmöglicher Präzision an die Luft.

Der Abstand zwischen den akustischen Zentren darf max. 1.10 Meter sein.

Cohedra Bass

Wünschenswert ist ein Bass Array mit einem großen Naheld.

sm

flrn /3402

2

Nahfeld 50 Hz => 30 Meter (statt 1.20 Meter)Nahfeld 130 Hz => 76 Meter (statt 3.10 Meter)

Bass Array mit einer Länge von ca. 20 Meter

Die über den Bassreflexkanal abgestrahlten Frequenzen sollen kontrolliert an das unendliche Schallfeld = Luft angepasst werden, damit sie sich als homogene Welle auch wirklich zu den vom Speaker direkt abgestrahlten Frequenzen ergänzen.

Cohedra Bass

4) Grundlagen dynamischer Ereignisse in Beschallungssystemen

.

.

CROSSOVER

Lautsprecher verhalten sich nicht wie die Luft als Ü-Medium.Verschiedene Lautsprecher (z.B. 18”-12”-2”) haben wegen der unterschiedlichen bewegten Massen verschiedene Ein- & Ausschwingzeiten.

5) Kohärente Dynamikwiedergabe bei Cohedra

Die dynamische korrekte Projektion der Frequenzbereiche Bass, Mid und High fand bis dato nicht die ihr zustehende Bedeutung!

Cohedra erzeugt allein schon mit der Auswahl der Speaker und den damit verbundenen bewegten Massen ein sehr homogenes Klangbild.

Kohärente Dynamikwiedergabe

Bewegte Massen – dynamisches Gefälle

Kohärente Dynamikwiedergabe

ideal

18“

10“

Dynamische Ansprache der Cohedra Bässe

Kohärente Dynamikwiedergabe

Einige wenige Line Arrays haben eine mechanische Laufzeitkorrektur für den Hochtontreiber, keines aber für den Mittenbereich.

Das Controlling der derzeitigen Line Arrays berechnet Frequenzgang-Korrekturen mittels IIR Filtern, ohne Phasenlagen zu korrigieren.

Kohärente Dynamikwiedergabe

Ein höchstmöglicher Echtheitsgrad in der Dynamik-Projektion wird erreicht mittels:

Frequenzweiche, EQ und Limiter zum Schutz der Speaker und Elektronik sowie eine Fernsteuermöglichkeit wie bei herkömmlichen Controllern reichen uns nicht aus, um einen großen Schritt nach vorne zu realisieren.

Warum baut HK AUDIO seine eigenen Controller?

Was kann der HK AUDIO DFC mehr als andere Controller?

Nur eine komplette Phasenentzerrung kann den großen Schritt zur natürlichen Wiedergabe leisten.

Kohärente Dynamikwiedergabe

- kompletter Phasenlinearität (nicht nur Time Alignment)- akustisch ausgelegten Limiterstrukturen

Ein Beispiel für Phasenprobleme hervorgerufen durch analoge oder herkömmliche Digital Controller.

+ 12dB at 100 Hz / -12dB at 1000 Hz Resultierende Phasenverschiebung

Kohärente Dynamikwiedergabe

In diesem Beispiel wird die Frequenz von 100 Hz 13.1 ms delayed zu Ober- und Untertönen (z.B. 200 & 3ooHz) wiedergegeben.

Resultierende Gruppenlaufzeit

Kohärente Dynamikwiedergabe

FIR Filterung mit DFC sorgt für ideale Phasenkorrektur im Mid/ High Bereich

Rot: analoge Filterung

Blau: FIR - DFC controlled

Kohärente Dynamikwiedergabe

DFC phasenkorrigiertes Cohedra im Vergleich zu einem Wettbewerber.

Kohärente Dynamikwiedergabe

IIR: Infinite Impulse Response - FIR: Finite Impulse Response

IIR Filter mit unendlicher Impulsantwort. Diese Filter enthalten Rückkopplungen. Sie arbeiten mit sehr wenigen Filterkoeffizienten.Ihr Nachteil ist die Instabilität und die Schwingneigung.

Kohärente Dynamikwiedergabe

FIR Filter mit endlicher Impulsantwort. Diese Filter sind ohne Rückkopplungen. FIR Filterkoeffizienten werden vom Filter-algorithmus abgearbeitet und die Impulsantwort ist zu Ende. FIR Filter schwingen also nicht, benötigen aber für tiefe Eckfrequenzen sehr viele Filterkoeffizienten. Wenn die Impulsantwort bekannt ist, erfolgt eine inverse Fouriertransformation. Der große Vorteil beim FIR Filter ist die Möglichkeit, neben einer exakten Frequenzgang-korrektur auch eine Entzerrung des Phasenganges vorzunehmen.

Thermolimiter

RMS / Peak Limiter

Overshootlimiter

Kohärente Dynamikwiedergabe

Limiter spielen als akustische Komponente eine große Rollein der dynamischen Übertragung!

Cohedra Speaker erhalten mehr Leistung (>Nominalpower), begrenzt durch den RMS Limiter: höherer Schalldruck.

Dieser kalkuliert auf der Basis Frequenz und Zeit. Der Thermolimiter reduziert Leistung ggf. langsam und unhörbar.

Ein Thermolimiter muss dafür sorgen, dass keine thermische Überlastung erfolgt.

Kohärente Dynamikwiedergabe

Der Overshoot-Limiter im DFC / VX 2400 “Motor” ermöglicht einen High Power Output für kurze Zeit. Er lässt schnelle und laute akustische Ereignisse wie Snare Drum, Kick Drum usw. durch.

Kohärente Dynamikwiedergabe

Das Klangbild bleibt in der akust. Wahrnehmung natürlich (dynam).

Danke für die Aufmerksamkeit