aes131, ls7 - subwoofer arrays - excelsior audio · 131st aes convention –new york october 2011...

34
Excelsior Audio Live Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering Subwoofer Arrays & Applications Subwoofer Arrays & Applications © 2011 Excelsior Audio Design & Services, LLC 131st AES Convention – New York October 2011 www.excelsioraudio.com 1

Upload: nguyentu

Post on 07-Sep-2018

224 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Subwoofer Arrays & ApplicationsSubwoofer Arrays & Applications

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 1

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Directivity is a Result of Source SizeDirectivity is a Result of Source Size

80 Hz polar graph of 8x dual 18” subwoofers 80 Hz polar graph of 16x dual 18” subwoofers

When the array size is one wavelength or greater there is substantial directivity control

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 2

When the array size is one wavelength or greater there is substantial directivity control.

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Steering the Main LobeSteering the Main LobeMechanical Steering – the array is tilted

Note that the rear lobe also follows the orientation of the array It points in the opposite direction

30° Up 30° Down

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 3

Note that the rear lobe also follows the orientation of the array.  It points in the opposite direction of the front lobe.

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Steering the Main LobeSteering the Main LobeElectrical Steering – the same incremental delay is applied to each box

1.8 ms

1.5 ms

1.2 ms

2.1 ms

0.3 ms

0.6 ms

0.9 ms

0 ms

0.9 ms

0.6 ms

0.3 ms

0 ms

1.2 ms

1.5 ms

1.8 ms

2.1 ms

Note that the rear lobe is pointing in the same direction as the front lobe

10° Up 10° Down

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 4

Note that the rear lobe is pointing in the same direction as the front lobe.

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Steering the Main LobeSteering the Main LobeElectrical Steering – the same incremental delay is applied to each box

5.4 ms

4.5 ms

3.6 ms

6.3 ms

0.9 ms

1.8 ms

2.7 ms

0 ms

2.7 ms

1.8 ms

0.9 ms

0 ms

3.6 ms

4.5 ms

5.4 ms

6.3 ms

Note that as the steering increases the front and rear lobes begin to merge

30° Up 30° Down

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 5

Note that as the steering increases the front and rear lobes begin to merge.

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Steering the Main LobeSteering the Main LobeEnd‐Fire Array – when the inter‐box delay is equal to the inter‐box spacing 

10.5 ms

8.7 ms

7.0 ms

12.2 ms

1.7 ms

3.5 ms

5.2 ms

0 ms

5.2 ms

3.5 ms

1.7 ms

0 ms

7.0 ms

8.7 ms

10.5 ms

12.2 ms

Each individual box is delayed back to the rear box so that on axis all of the energy arrives at the

90° Up 90° Down

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 6

Each individual box is delayed back to the rear box so that, on‐axis, all of the energy arrives at the same time.

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeCurving the array will decrease the directivity and broaden the coverage pattern.pa e

Often there may not be sufficient space for a curved subwoofer array or time to accurately position each box in the array.e o accu a e y pos o eac bo e a ay

16 Box Straight Array 16 Box Circular Curved Array

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 7

16 Box Straight Array  16 Box Circular Curved Array

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeThe array can be curved electrically, instead of mechanically, by using delay.

The boxes farther from the center must be delayed progressively more.  The curve is symmetrical so one delay output can drive two boxes.

16 Box Straight Array 16 Box Circular Curved Array

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 8

16 Box Straight Array  16 Box Circular Curved Array

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeThe array is configured mechanically as a straight line.

The amount of delay can be varied to yield any amount of curvature from 0°to 180°. 

0°15°30°45°90°

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 9

015304590

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main Lobe

h = r – ½(4r2 – c2)½

y1= h

c/2 = x1 ,     c = 2x1

h = r – ½(4r2 – 4x12)½( 1 )

h = r – (r2 – x12)½

y1 = r – (r2 – x12)½

Line curved fully to 180° arc.  Maximum curvature allowed.

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 10

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main Lobe

For a smaller angle of curvature the radius has a larger value.

r = xL / sin(θ)

(0° ≤ θ ≤ 90°)(0 ≤ θ ≤ 90 )

yn = r – (r2 – xn2)½

Line only partially curved to an angle of 2θ.

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 11

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeDelay times required for 60° curvature

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 12

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeDelay times required for various curvatures

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 13

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeComparison of straight array with various amounts of curvature via delay

16 Box Straight Array, No Delay Curvature 16 Box Straight Array, Curved 30° with Delay 

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 14

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeComparison of straight array with various amounts of curvature via delay

16 Box Straight Array, Curved 45° with Delay  16 Box Straight Array, Curved 90° with Delay 

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 15

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Wave Front Shaping – Broadening the Main LobeWave Front Shaping – Broadening the Main LobeComparison of straight array with various amounts of curvature via delay

On‐Axis Magnitude ResponsePolar Response at 80 Hz

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 16

16 Box Straight Array, Curved with Delay 

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Cardioid Array – Controlling Rear RadiationCardioid Array – Controlling Rear RadiationSources must be physically offset by ¼ wavelength at the highest frequency to be used.o be used

Rear source must be delayed by ¼ wavelength at the highest frequency to be used.

Polarity of rear source must be inverted.

3 Box Cardioid Array

Vertical symmetry keeps vertical pattern symmetrical.

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 17

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Conventional Stacks Split Left & RightConventional Stacks Split Left & RightLarge room (walls, floor, & ceiling are non‐reflective; direct field only)Stage approx. 60 ft (18.3 m) wide.  Subs spaced approx. 80 ft (24.4 m).S age app o 60 ( 8 3 ) de Subs spaced app o 80 ( )

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 18

Conventional 2 x 3 stack on left & right side of the stage

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Conventional Stacks Split Left & RightConventional Stacks Split Left & Right

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 19

Conventional 2 x 3 stack on left & right side of the stage

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Conventional Stacks Split Left & RightConventional Stacks Split Left & Right

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 20

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

End Fire Arrays Split Left & RightEnd‐Fire Arrays Split Left & RightLarge room (walls, floor, & ceiling are non‐reflective; direct field only)Stage approx. 60 ft (18.3 m) wide.  Subs spaced approx. 80 ft (24.4 m).S age app o 60 ( 8 3 ) de Subs spaced app o 80 ( )

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 21

6 box end‐fire array on left & right side of the stage

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

End Fire Arrays Split Left & RightEnd‐Fire Arrays Split Left & Right

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 22

6 box end‐fire array on left & right side of the stage

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

End Fire Arrays Split Left & RightEnd‐Fire Arrays Split Left & Right

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 23

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

End Fire Arrays Split Left & RightEnd‐Fire Arrays Split Left & RightEach array rotated 15°

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 24

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

End Fire Arrays Split Left & RightEnd‐Fire Arrays Split Left & RightEach array rotated 15°.  Center 3 box cardioid array added.

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 25

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center ArrayCenter ArrayLarge room (walls, floor, & ceiling are non‐reflective; direct field only)Stage approx. 60 ft (18.3 m) wide. S age app o 60 ( 8 3 ) de

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 26

12 box straight array in center position

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center ArrayCenter Array

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 27

12 box straight array in center position

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center ArrayCenter ArrayStraight array (12 box) with no electronic curvature

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 28

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center ArrayCenter ArrayStraight array (12 box) with 90° electronic curvature

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 29

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center Cardioid ArrayCenter Cardioid ArrayLarge room (walls, floor, & ceiling are non‐reflective; direct field only)Stage approx. 60 ft (18.3 m) wide. S age app o 60 ( 8 3 ) de

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 30

3x8 box straight array in center position

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center Cardioid ArrayCenter Cardioid Array

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 31

3x8 box straight array in center position

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

Center ArrayCenter ArrayStraight array (3x 8 box stack) with 90° electronic curvature & cardioid

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 32

SPL Map

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

ComparisonComparison

Conventional split left & right Center cardioid array eCurved 90°

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 33

Excelsior AudioLive Sound Seminar LS7 – Subwoofer Arrays & Beam Steering

RecapRecap

Steering of the main lobe can be done electrically by applying delay to the individual subwoofer boxes.

Wave front shaping can be used to broaden the directivity, or coverage pattern, and can yield fairly constant directivity.  This can also be done using delay in a DSP.

Split left & right stacks of subwoofers will always cause comb filtering & lobing.

A center array can be used to eliminate the comb filtering & lobing.

A long center cardioid array can be electronically curved to yield even coverage that is a good match to the audience area & decrease the SPL on the stage area.

© 2011 Excelsior Audio Design& Services, LLC

131st  AES Convention – New YorkOctober 2011

www.excelsior‐audio.com 34