Все акустические системы производят звук как в ближнем поле (рядом с динамиком) и дальнем поле, когда расстояние увеличивается. Ближнее и дальнее поле, также известно как, соответственно, поле Френеля и Фраунгофера. Обычные точечные источники генерируют сферический волновой фронт и слушатель находится полностью в дальнем поле время, в то время как для линейных массивов слушатель может находиться как в ближнем, так и в дальнем поле. На рисунке показан переход от ближнего поля к дальнему с увеличением расстояния от линейного источника звука. Высота звуковой колонны – h, расстояние от источника звука к слушателю – r.
В ближнем поле звуковое давление падает на 3дБ при удвоении расстояния, при переходе в дальнее поле в звуковое давление начинает падать на 6дБ при удвоении расстояния.
Также следует обратить внимание, что в ближнем поле излучение распространяется перпендикулярно оси излучателя и незначительно уходит по сторонам. Соответственно мало энергии будет уходить в стороны и отражаться от потолка и пола помещения.
В дальнем поле излучение расширяется с увеличением расстояния, что может вызвать появление нежелательных отражений.
Очень важно понимать, где находится граница между ближним и дальным полем для линейного излучателя. Ее можно определить по приближенной формуле: D=1.5*f*h2.
Где f – частота, кГц; h – высота массива, метры; D – дистанция, метры. Для наглядности приведена таблица, показывающая расстояние до границы перехода ближнее/дальнее поле:
Эти подсчеты справедливы для открытых площадок. В помещениях отражения, возникающие от потолка и пола. виртуально удлиняют линейный источник, увеличивая расстояние до границы ближней/дальней зоны. В зависимости от длины источника, расстояния до пола и потолка и их отражающей способности виртуальное удлинение может составить до 3 раз. Но для эффективного использования этого эффекта расстояние от концов массива до потолка и пола должно быть не более одной длины волны звука требуемой частоты ( например для 340Гц расстояние до пола и потолка должно быть не более 1м.
Подводя итоги можно сказать, что для коротких массивов (0,5м) говорить о цилиндрической волне и затухании 3дБ с удвоением дистанции не приходится вовсе ни на каких частотах.
Граница между ближней и дальней зоной для массива длиной 1 м (это типичная длина массива на 8 динамиков диаметром 4”) на частоте 1кГц может находится на расстоянии всего 1,5-2метра.
Эффективно работать могут только массивы большей длины - 2м. Для них, с учетом малого расстояния от верхушки массива до потолка ближняя зона длиной 6 метров может быть расширена до частоты 100-120Гц.
Эти расчеты подходят для низких частот. С ростом частоты ситуация начинает изменяться. Компактный массив состоит из отдельных излучателей, расположенных с определенным шагом (например, при использовании 4” излучателей шаг составит 120мм)
Выше определенной частоты происходит отклонение от идеального поведения массива, проявляющееся в окрашивании звука в ближнем поле (из-за интерференции между отдельными динамиками в зоне, где преобладает деструктивная интерференция) и появлением дополнительных лепестков на диаграмме направленности в дальней зоне.
Более подробно о высоких частотах расскажу немножко позже.