ACOUS'TIPS #05 - Cardioïde opstellingen tegen geluidsoverlast

Het merendeel van de evenementen waarbij Pikip-systemen worden gebruikt, vindt buiten plaats, in sommige gevallen dicht bij woningen of in stadscentra, wat in sommige gevallen geluidsoverlast voor de buurt kan veroorzaken.

Dit is des te kritischer sinds 2018 en de toepassing van het Decreet van 7 augustus 2017 in het Franse Staatsblad, het zogenaamde "geluid"-decreet, over de geluidsniveaulimieten in en rond een evenement ( hier >>).

Om deze overlast te vermijden, bestaat er een oplossing: directiviteitscontrole. Het gaat erom de geluidsenergie te concentreren op het publiek, in plaats van dat deze bij de buren terechtkomt. Terwijl geluidsoverlast relatief weinig voorkomt bij hoge frequenties door hun nauwere directiviteit, zijn lage frequenties meer omnidirectioneel en is er wat vernuft nodig. Door meerdere omnidirectionele luidsprekers te combineren, is het mogelijk de globale directiviteit van het systeem aan te passen (net zoals bij microfoons!).

NB: Binnen maakt directiviteitscontrole het ook mogelijk de nagalm tijdens een concert in een akoestisch ongeschikte zaal te verminderen. Het maakt het mogelijk een geluidsgolf enkel naar de nuttige zone te sturen en de reflecties op de achterwanden te beperken.

Het controleren van de directiviteit helpt ook om te vermijden dat er te veel laagfrequente energie op het podium aanwezig is, wat het comfort van de muzikanten verbetert door een teveel aan bas te vermijden.

Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om omnidirectionele luidsprekers te combineren. Onder de bekendste zijn de omgekeerde gradiënt en de lijngradiënt (cardioïde) opstelling, en de end-fire (pseudo-cardioïde) opstelling. Elke methode heeft voor- en nadelen, en toepassingsgevallen afhankelijk van de grootte van het podium en het aantal luidsprekers, maar ze hebben allemaal als doel de geluidsverspreiding te beperken en de akoestische energie te focussen op de gewenste zone.

De Cardioïde in gradiëntopstelling

Er bestaan twee types gradiëntopstellingen: de lijngradiënt (met twee elementen) en de omgekeerde gradiënt (drie elementen). De omgekeerde gradiënt wordt het meest gebruikt, en het is deze methode die we hier zullen beschrijven.

Samengevat:

• Eenvoudig op te zetten
• Goede directiviteitscontrole
• Goede impulsrespons
• Vereist niet veel luidsprekers.

Dit systeem werd voor het eerst beschreven door Harry Olson in 1973 in het artikel "Gradient Loudspeakers". Het wordt veel gebruikt bij concerten dankzij het gemak van implementatie en de relevantie ervan.

Voor een omgekeerde gradiënt cardioïde is het concept als volgt: het gaat om twee luidsprekers die geluid naar het publiek sturen en een omgekeerde luidspreker die een golf in fase-oppositie genereert, vertraagd, aan de achterkant om het geluid te annuleren (destructieve interferentie).

Werking in detail

Op de luidsprekers gericht naar het publiek wordt geen vertraging toegepast en de polariteit is normaal, wat betekent dat er geen verwerking wordt toegepast op het signaal dat ze ontvangen.

Het signaal van de omgekeerde luidspreker heeft omgekeerde polariteit. Bovendien wordt het vertraagd met een vertraging die overeenkomt met de volgende formule:

Vertraging = d/c

d is de afstand tussen de luidsprekerdriver van de naar voren gerichte luidspreker en de driver van de luidspreker die met de rug naar het publiek staat, en c de geluidssnelheid in m.s-1, oftewel 343 m.s-1 bij 20°C, rekening houdend met de totale grootte van het systeem dat de golf moet omzeilen.

NB: Er moet worden opgemerkt dat de betreffende omnidirectionele luidsprekers in werkelijkheid een demping van bijna -6 dB aan de achterkant hebben, en dat is waarom het nuttig is een luidspreker om te draaien.

Wat de voorgolf betreft, creëert de combinatie van de naar voren gerichte luidsprekers en de omgekeerde luidspreker eenvoudigweg een zeer lichte faseverschuiving. Dit resulteert in een toename van 0,5 dB, in plaats van 3,5 dB als er drie luidsprekers in fase naar het publiek gericht zouden staan.

In het geval van PikiP zijn onze subwoofers pseudo-omnidirectioneel om de realisatie van het cardioïde patroon te vergemakkelijken. Hier zijn de resultaten voor een stack van 4 VTL118 in omgekeerde gradiëntconfiguratie:

De andere opstellingen:

Lijngradiënt

De lijngradiënt bestaat uit twee luidsprekers, op een afstand d van elkaar geplaatst. Het signaal dat naar de achterste luidspreker wordt gestuurd, wordt in fase-oppositie gezet en vertraagd met een vertraging die overeenkomt met de afstand d.

End-fire

De end-fire opstelling lijkt op de lijngradiëntopstelling door de uitlijning van de luidsprekers, maar is heel anders in de manier waarop de golven aan de achterkant worden geannuleerd. Het gaat om minimaal vier luidsprekers, op een afstand d van elkaar geplaatst. De vertragingen worden zo toegepast dat alle golven aan de voorkant in fase zijn. De achterste golven hebben willekeurige fases, wat een breedbandannulering creëert.

Conclusie:

De omgekeerde gradiëntopstelling maakt het mogelijk om op efficiënte wijze en met weinig middelen een cardioïde directiviteit te creëren. Er bestaat een andere configuratie die al deze problemen vermijdt: de end-fire opstelling. Deze biedt goede directiviteitscontrole, terwijl de energie-efficiëntie en de impulsrespons van de luidsprekers alleen behouden blijven.

Pikip biedt presets voor de omgekeerde gradiëntopstelling, die het meest veelzijdig en eenvoudig te implementeren is. Als de omstandigheden het toelaten, is een end-fire opstelling natuurlijk mogelijk, en aanbevolen, met Pikip-luidsprekers!