Бағытталған дыбыс: Технологиялар мен қолданылуы

Кіріспе

Көптеген хабарламалардан аз таралатын дыбыс өрістері. Бағытталған дыбыс – бұл әртүрлі құрылғыларды пайдалану арқылы дәстүрлі, кіші динамиктерден гөрі аз таралатын дыбыс өрістерін жасау концепциясы. Мұны іске асыру үшін бірнеше техника бар, және әрқайсысының өз артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Соңында, бағытталған дыбыс құрылғысын таңдау, оның қолданылатын ортасына және қайта өңделетін контентке тікелей байланысты. Осы факторларды ескере отырып, бағытталған дыбыс технологияларын бағалау кезінде ең жақсы нәтижелерге қол жеткізуге болады. Төтенше жағдайларда эвакуацияланатын адамдарды қызғылт шу арқылы шығуларға бағыттайтын жүйелер де жиі "бағытталған дыбыс" жүйелері деп аталады.

Негізгі теория

Барлық толқын тудыратын көздерде кез келген көздің бағытталуы, ең көп дегенде, оның тудыратын толқын ұзындығына шаққанда көздің мөлшерімен анықталады: Дыбыс толқындарының толқын ұзындығына қарағанда көз неғұрлым ірі болса, соғұрлым бағытталған сәуле пайда болады. Нақты трандукция әдісі нәтижедегі дыбыс өрісінің бағытталуына ешқандай әсер етпейді; талдау тек Huygens-Fresnel принципіне сәйкес көздің апертуралық функциясына негізделеді. Ультрадыбыстық құрылғылар естілетін дыбысты жоғары жиілікті ультрадыбысқа модуляциялау арқылы жоғары бағытталуға қол жеткізеді. Жоғары жиілікті дыбыс толқындарының толқын ұзындығы қысқа болғандықтан, олар соншалықты жылдам таралмайды. Осы себепті, осы құрылғылардың нәтижесіндегі бағытталуы кез келген дыбыс шығару жүйесімен физикалық түрде мүмкін болатыннан әлдеқайда жоғары. Дегенмен, олардың төмен жиілікті дыбыстарды қайрақтап беру қабілеті шектеулі екені хабарланады. Толық ақпарат алу үшін ультрадыбыс дыбысын қараңыз.

Дауыс беруші массивтері

Үлкен дыбыс шығарушы өзінің үлкен өлшеміне байланысты табиғи түрде бағытталғанрақ болады, бірақ дәл сол бағыттылыққа ие көзді дәстүрлі кішкентай дыбыс шығарушылардың массивін пайдалану арқылы жасауға болады, олардың барлығы бір фазада жұмыс істейді. Акустикалық тұрғыдан үлкен динамикке тең болатын бұл құрылым толқын ұзындығына қарағанда үлкен көз өлшемін құрайды, нәтижесінде пайда болатын дыбыс өрісі жалғыз кішкентай динамикке қарағанда тартылады. Үлкен динамик массиштері жүздеген ареналық дыбыс жүйелерінде әдетте жақын маңайдағы аудандарға таралатын шуды азайту үшін, сондай-ақ мұражайлар сияқты кейбір бағыттылық қажет болатын басқа да қолдануларда қолданылады. Дәстүрлі динамик массиштерін кез келген пішінде немесе мөлшерде жасауға болады, бірақ физикалық өлшемнің кішіреюі (толқын ұзындығына қатысты) сол өлшемдегі бағыттылықты төмендетеді. Динамик массиві неғұрлым үлкен болса, соғұрлым бағытталған, ал динамик массивінің көлемі неғұрлым кіші болса, соғұрлым бағыттылығы төмен болады. Бұл физиканың негізгі заңы, оны тіпті фазалық массистер немесе басқа да сигналды өңдеу әдістерін қолдану арқылы айналып өту мүмкін емес. Өйткені кез келген толқын көзінің бағыттылық сипаттамасы – бұл бастапқы функцияның Фурье түрлендірілісі. Фазалық массивтің дизайны кейде сәулені бағыттау немесе жанама лепектерді азайту үшін пайдалы, бірақ мұндай ыңғайласулар міндетті түрде бағыттылықты төмендетеді. Акустикалық тұрғыдан динамик массиштері дыбыс күмбездерімен бірдей, олар да ондаған жылдар бойы қолданылып келеді; күмбездің ашылуының мөлшері бірдей диаметрдегі үлкен динамиктің (немесе, баламалы түрде, бірдей диаметрдегі үлкен динамик массивінің) акустикалық қасиеттерін имитациялайды. Дегенмен, күмбездер салыстырмалы динамик массиштерінен әлдеқайда жеңіл (өндірушінің веб-сайттарына сәйкес, 15 фунтқа қарсы 37 фунт) және әлдеқайда арзан. Электростатикалық динамиктер сияқты басқа да үлкен динамик панельдері жоғарыда аталған себептерге байланысты кішкентай динамиктерге қарағанда бағытталғанрақ болады; олар физикалық тұрғыдан көптеген қолданыстағы динамиктерге қарағанда үлкен болғандықтан ғана біршама бағытталған. Сәйкесінше, кішкентай дәстүрлі динамик мөлшеріндегі электростатикалық динамик бағытталмайды. Әртүрлі көздердің мөлшері мен пішініне байланысты бағыттылық туралы мәліметтер келтірілген. Бағыттылық тек көздің мөлшері мен пішініне байланысты, қолданылған түрлендіргіштің нақты түріне емес екені көрсетілген.

While a large loudspeaker is naturally more directional because of its large size, a source with equivalent directivity can be made by utilizing an array of traditional small loudspeakers, all driven together in phase. Acoustically equal to a large speaker, this creates a larger source size compared to wavelength, and the resulting sound field is narrowed compared to a single small speaker. Large speaker arrays have been used in hundreds of arena sound systems to mitigate noise that would ordinarily travel to adjoining neighborhoods, along with limited applications in other applications where some degree of directivity is helpful, such as museums or similar display applications that can tolerate large speaker dimensions. Traditional speaker arrays can be fabricated in any shape or size, but a reduced physical dimension (relative to wavelength) will inherently sacrifice directivity in that dimension. The larger the speaker array, the more directional, and the smaller the size of the speaker array, the less directional it is. This is fundamental physics, and cannot be bypassed, even by using phased arrays or other signal processing methods. This is because the directivity pattern of any wave source is the Fourier Transform of the source function. Phased array design is, however, sometimes useful for beamsteering, or for sidelobe mitigation, but making these compromises necessarily reduces directivity. Acoustically, speaker arrays are essentially the same as sound domes, which have also been available for decades; the size of the dome opening mimics the acoustic properties of a large speaker of the same diameter (or, equivalently, a large speaker array of the same diameter). Domes, however, tend to weigh much less than the weight of comparable speaker arrays (15 lbs vs. 37 lbs, per the manufacturer's websites), and are far less expensive. Other types of large speaker panels, such as electrostatic loudspeakers, tend to be more directional than small speakers, for the same reasons as above; they are somewhat more directional only because they tend to be physically larger than most common loudspeakers. Correspondingly, an electrostatic loudspeaker the size of a small traditional speaker would be non directional. The directivity for various source sizes and shapes is given in. The directivity is shown to be a function only of the source size and shape, not of the specific type of transducer used.