Cohedra

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• Cohedra
• Coherent Dynamic Response Array

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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
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1) Grundlagen der Line Array Technologie
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Sphärische Welle Kohärente Welle
Konventionelle PA Systeme bilden sphärische
Wellen.
Sphärische Wellen verlieren auf der jeweils
doppelten Entfernung 6dB Schalldruck. (Reduktion
auf 1/4 der Leistung.)
Line Arrays produzieren kohärente Wellen.
Kohärente Wellen verlieren auf der jeweils
doppelten Entfernung 3dB Schalldruck.(Reduktion
auf ½ der Leistung)
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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.
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Nahfeld - Fernfeld
Der Übergang von kohärenter Welle (Zylinderwelle)
in eine sphärische (kugelförmige) Welle erfolgt
kontinuierlich.
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Nahfeld - Fernfeld
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
Formel nach Heil
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Nahfeld - Fernfeld
Vertikale Abstrahlcharakteristik für ein 4m Line
Array für verschiedene Frequenzen (Seitenansicht)
1.5 3 6 11
23 47
Meter
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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 m
Deshalb müssen die akustischen Zentren von
Basslautsprechern näher als 1.10 Meter zusammen
sein, um eine kohärente Welle zu erzeugen.
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Die kohärente Welle
Im Mitteltonbereich wird die Angelegenheit schon
schwieriger, weil die Speaker wesentlich enger
zusammen müssen.
Beispielhaft eine Mid/High Unit mit einem 1,4er
als Hochtöner und einer Trennfrequenz von 800 Hz
zum Mitteltöner gt 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 8er mit einem Durchmesser von ca. 0.20 Meter
sein.
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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?
Wenn es im Hochtonbereich nicht möglich ist, die
Treiber nahe genug zusammen zu bringen, muss eine
kohärente Welle auf anderem Wege erzeugt werden.
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Die kohärente Welle
Welche Welle erzeugt denn eigentlich ein
konventionelles Hochtonhorn?
Ein Horn erzeugt eine sphärische Welle und kann
somit nicht die Lösung zur Erzeugung einer
kohärenten Welle sein.
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Die kohärente Welle
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.
Mittels dieses Waveguides entsteht am
Austrittsschlitz des neuen Horns eine kohärente
Welle.
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Die Kirchenzeile das Line Array der 1.
Geneneration
Mehrere Einzelautsprecher in einer Zeile bilden
ein Line Array
Ein Einzellautsprecher strahlt sphärisch ab
Dieses Line Array strahlt vertikal mit 0 ab.
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Frequenzberechnung für kohärente Welle
am Beispiel einer Kirchenzeile (Line Array
1.Generation)
bis zum Abreißen der kohärentenWelle
Kohärent bis ca. 1500Hz
Abstand akust. Zentren zw.Speakern 13 cm
danach entstehen Sidelobs
Ab einer Frequenz größer Lambda/Halbe entstehen
Sidelobs und die kohärente Welle reißt
schließlich ab. Jetzt verlieren wir wieder 6dB
auf der doppelten Entfernung.
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Nahfeldberechnungen bei Line Arrays
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Bass-Array
Von 50 bis 130Hz Länge des Bass-Arrays ca. 4 m
Nahfeld 50 Hz gt ca. 1.20 m Nahfeld 130 Hz gt
ca. 3.10 m
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Mid-Array
von 130 to 900 Hz Mid-Array Länge ca. 4.0 Meter
Nahfeld 130 Hz gt ca. 3.10 m
Nahfeld 900 Hz gt ca. 21.00 m
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High-Array
High-Array von 900 to 16,000 Hz High-Array Länge
ca. 4.0 Meter
Nahfeld 900 Hz gt ca. 21.0 m Nahfeld 16,000
Hz gt ca. 376.0 m
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Kohärent Sphärisch
Wie bedeutsam ist der Unterschied?
Nahfeld 4m Line Array für Frequenz 900 Hz ca.
21m
-3 -6 -9 -12
-17
Schalldruckverlust Kohärent
2 4 8 16
32 Meter
Schalldruckverlust Sphärisch
-6 -12 -18 -24
-30
Der Unterschied nach 32 Metern sind 13 dB. Diese
kohärente Welle erzeugt somit mehr als
den16fachen Schalldruck nach 32m bei gleichem
Ausgangspegel.
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2) Bisherige Lösungen analysiert
Meine akustische Eindrücke von Line Arrays
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Erste Impression eines Line Arrays zweiter
Generation V-DOSC
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V-DOSC Hochton
V-Dosc erzeugt somit eine Zylinderwelle am
Austrittsspalt des Waveguide Transformers.
V-DOSC hat einen Waveguide Transformer, um eine
Zylinderwelle für den Hochtöner zu formen.
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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 6.5er bewegen
sich, was zusätzlich zu Doppler-effekten
(Frequenzänderung) im Hochtonbereich führt.
Wie Tontechniker bestätigt haben, ist der
Eindruck der hohen Windempfindlichkeit richtig.
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JBL Vertec
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JBL Vertec Hochton
Vertec hat keinen Transformer, sondern nur einen
engen langen Schlitz (Horn) gt Sidelobs gt 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
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JBL Vertec Mitten
Vertec hat recht schnelle, trockene Mitten.
Noch stärker als beim V-Dosc blieb der Eindruck
dynamischer Verzerrungen.
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Line Array Bässe
Bei keinem der derzeitigen Line Arrays habe ich
einen Bassbereich gehört, der mir wirklich
gefallen hat.
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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.
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Weitere Line Array Analysen
Schnellschussaktionen bei neuen Technologien sind
selten auf den Punkt!
Beispiele?
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Beispiel 1
Schlechte(!) Mitten (400-900 Hz) Verzicht auf
eine von 8 Oktaven.
Was ist die Ursache?
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Beispiel 1
Handling ?
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Beispiel 1 und die Line Array Theorie
Hier clustert man die Boxen vorne auf! Bei 5
entspricht dies ca. 5 cm.
Hinzu kommt noch ein Abstand von ca. 2 mal 2.5
cm Transformer zur Boxenaußenwand.
Lambda 1/2 10 cm dies entspricht der Frequenz
von 1.75 kHz.
Somit wird oberhalb 1.75 kHz keine kohärente
Welle gebildet.
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Beispiel 2
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.
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Beispiel 3
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.
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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.
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3) Pflichtenheft und die Umsetzung
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Coherent Dynamic Response Array
Dynamik mit höchstem Echtheitsgrad
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Cohedra Hochton
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.
Dopplereffekte, erzeugt durch die Mitteltöner,
dürfen die Ausbreitung der Hochtonwelle nicht
destruktiv beeinflussen.
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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.
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Cohedra Hochton
Ein 1.4 BC Treiber, produziert mit seiner
Akustiklinse keine kohärente Welle am
Austrittsschlitz des Transformers !
Akustiklinse Cohedra
Akustiklinse mit Horn Cohedra Compact
Cohedra baut seine kohärente Welle an einem
anderen Ort auf!
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Cohedra Hochton
Cohedra Gesamtwelle.exe
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.
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Cohedra Compact Hochton
Co_Compact_1.exe
Um eine kohärente Welle über den gesamten
Frequenzbereich einer 8 1 Box zu erreichen,
ist eine Crossover Frequenz von 800 Hz die höchst
mögliche.
Warum hat Cohedra Compact eigentlich 1 Treiber?
Wie erreiche ich eine Crossover Frequenz von 800
Hz bei Verwendung von 1 Treibern?
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Cohedra Mitten
Mittenfrequenzen sollen kurz und trocken
projiziert werden.
Ein homogene Dynamik-Ansprache, die in Einheit
mit dem Hochtontreiber steht, ist gewünscht.
Ebenso wie im Hochtonbereich durch die
Akustiklinse, sollen die Frequenzen des
Mitteltöners phasenkorrekt als kohärente Welle
zum 1.4 Treiber abgestrahlt.
Das Mid-High System soll ein Leichtgewicht
sein und die komplette Flughardware beinhalten .
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Cohedra Mitten
CO_KOMPA.EXE
Das Mid/High System hat ein (Compact) / zwei
(Cohedra) 8 Neodymium Speaker.
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.
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Cohedra Mitten
Bessere Dynamik Performance zwischen 100-800Hz.
Ohne Bandpass (keine Kompressions-Kammer)
Mit Bandpass mit Kompression-Kammer
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Cohedra Bass
Bassenergie muss schneller und mit
höchstmöglicher Präzision an die Luft.
Cohedra benuzt deshalb als Basslautsprecher 10
Speaker mit kräftiger Beschleunigung und hoher
Bremswirkung.
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Cohedra Bass
Wünschenswert ist ein Bass Array mit einem großen
Naheld.
Bass Array mit einer Länge von ca. 20 Meter
Der Abstand zwischen den akustischen Zentren darf
max. 1.10 Meter sein.
Nahfeld 50 Hz gt 30 Meter (statt 1.20 Meter)
Nahfeld 130 Hz gt 76 Meter (statt 3.10 Meter)
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Cohedra Bass
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.
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4) Grundlagen dynamischer Ereignisse in
Beschallungssystemen
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C R O S S O V E R
. .
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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.
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5) Kohärente Dynamikwiedergabe bei Cohedra
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Kohärente Dynamikwiedergabe
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.
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Bewegte Massen dynamisches Gefälle
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Dynamische Ansprache der Cohedra Bässe
ideal
10
18
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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.
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Warum baut HK AUDIO seine eigenen Controller?
Was kann der HK AUDIO DFC mehr als andere
Controller?
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.
Nur eine komplette Phasenentzerrung kann den
großen Schritt zur natürlichen Wiedergabe
leisten.
Ein höchstmöglicher Echtheitsgrad in der
Dynamik-Projektion wird erreicht mittels
- kompletter Phasenlinearität (nicht nur Time
Alignment)
- akustisch ausgelegten Limiterstrukturen
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Ein Beispiel für Phasenprobleme hervorgerufen
durch analoge oder herkömmliche Digital
Controller.
12dB at 100 Hz / -12dB at 1000 Hz
Resultierende Phasenverschiebung
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Resultierende Gruppenlaufzeit
In diesem Beispiel wird die Frequenz von 100 Hz
13.1 ms delayed zu Ober- und Untertönen (z.B.
200 3ooHz) wiedergegeben.
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Kohärente Dynamikwiedergabe
FIR Filterung mit DFC sorgt für ideale
Phasenkorrektur im Mid/ High Bereich
Rot analoge Filterung
Blau FIR - DFC controlled
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Kohärente Dynamikwiedergabe
DFC phasenkorrigiertes Cohedra im Vergleich zu
einem Wettbewerber.
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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.
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.
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Limiter spielen als akustische Komponente eine
große Rolle in der dynamischen Übertragung!
RMS / Peak Limiter
Thermolimiter
Overshootlimiter
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Kohärente Dynamikwiedergabe
Cohedra Speaker erhalten mehr Leistung
(gtNominalpower), begrenzt durch den RMS Limiter
höherer Schalldruck.
Ein Thermolimiter muss dafür sorgen, dass keine
thermische Überlastung erfolgt.
Dieser kalkuliert auf der Basis Frequenz und
Zeit. Der Thermolimiter reduziert Leistung ggf.
langsam und unhörbar.
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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.
Das Klangbild bleibt in der akust. Wahrnehmung
natürlich (dynam).
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Danke für die Aufmerksamkeit