Za co odpowiada subwoofer w systemie koncertowym?

Subwoofer odpowiada za reprodukcję najniższej części pasma, której system główny nie jest w stanie odtworzyć z odpowiednią wydajnością lub dynamiką. To nie tylko „więcej basu”, lecz odciążenie zestawów głównych i stworzenie kompletnego systemu pełnopasmowego.

W praktyce subwoofery odtwarzają m.in. podstawę energetyczną:

• stopy perkusji,
• gitary basowej,
• syntezatorów,
• elektronicznego kicku,
• efektów niskoczęstotliwościowych.

Granica podziału pomiędzy subwooferami a main PA zależy od konkretnego systemu i jego konfiguracji DSP.

Dobrze zaprojektowana sekcja niskotonowa powinna być postrzegana jako część całego PA, a nie niezależny system grający „obok”. Jeżeli bas jest wyraźnie lokalizowany w innym miejscu niż reszta miksu albo ma zupełnie inną dynamikę w różnych sektorach, problem zwykle leży w konfiguracji, a nie tylko w ilości subwooferów. 

Jak nisko naprawdę powinien grać system?

Dolny zakres systemu powinien wynikać z materiału muzycznego i oczekiwanego efektu. Nie każdy koncert wymaga reprodukcji ekstremalnie niskich częstotliwości z pełnym poziomem.

W muzyce akustycznej znacznie większe znaczenie może mieć naturalność i kontrola górnego basu niż bardzo rozbudowane pasmo subsoniczne. W rocku czy popie ważna jest energia stopy i basu, natomiast muzyka elektroniczna może zawierać istotną zawartość znacznie niżej.

Nie należy więc oceniać subwoofera wyłącznie po najniższej częstotliwości podanej w specyfikacji. Liczy się również to, z jakim poziomem i zniekształceniami zestaw potrafi pracować w tym zakresie.

Subwoofer, który nominalnie schodzi niżej, ale szybko traci użyteczny output przy wysokim poziomie, nie musi być lepszym rozwiązaniem koncertowym niż konstrukcja o nieco wyższym dolnym paśmie, ale większej wydajności.

Dlatego dobór powinien obejmować nie tylko pytanie „jak nisko?”, ale również „jak głośno i z jakim zapasem?”. 

Dlaczego gatunek muzyczny wpływa na wymaganą sekcję LF?

Gatunek muzyczny wpływa na ilość energii w niskich częstotliwościach, dynamikę sygnału i oczekiwania publiczności.

Koncert zespołu jazzowego i duża impreza EDM mogą odbywać się na tej samej widowni, ale wymagania sekcji subwooferowej będą zupełnie inne.

Przy muzyce elektronicznej subbas często jest jednym z podstawowych elementów aranżacji. System musi zachować duży headroom w niskim paśmie przez długi czas.

W rocku i popie duże znaczenie mają transienty stopy oraz relacja między basem a całym systemem. Subwoofer musi reagować dynamicznie, a nie jedynie generować wysoki średni poziom.

Przy wydarzeniach opartych głównie na mowie rozbudowana sekcja LF może być wręcz zbędna.

To pokazuje, dlaczego nie istnieje uniwersalna konfiguracja „na 1000 osób”. System dla tej samej liczby uczestników może potrzebować zupełnie innej sekcji niskotonowej zależnie od repertuaru. 

Maksymalny SPL i headroom subwooferów

Maksymalny SPL mówi więcej o użyteczności subwoofera niż sama moc wzmacniacza czy średnica przetwornika, ale również nie powinien być analizowany jako jedna oderwana liczba.

Ważne jest:

• w jakim paśmie osiągany jest wysoki poziom,
• jak długo system może utrzymywać wymagany output,
• jak zachowuje się limiter,
• jakie są zniekształcenia,
• jak wiele zestawów będzie współpracować.

Headroom oznacza zapas pomiędzy typowym poziomem pracy a granicą możliwości systemu.

Jeżeli sekcja subwooferowa przez cały koncert pracuje na limiterach, nie ma już miejsca na dynamiczne szczyty. Bas może wtedy wydawać się głośny, ale jednocześnie spłaszczony i mniej precyzyjny.

Dobrze dobrany system nie powinien wymagać ciągłej pracy na maksymalnym poziomie.

Dotyczy to szczególnie dużych eventów plenerowych, gdzie odległości są większe i sekcja LF musi obsłużyć dużą powierzchnię.

Czy istnieje prawidłowy stosunek liczby subwooferów do systemu głównego?

Nie istnieje uniwersalny stosunek typu „jeden subwoofer na dwa moduły line array” albo „dwa suby na jedną górkę”.

Takie proporcje mogą działać w konkretnym systemie, ale nie są zasadą elektroakustyczną.

Różne zestawy:

• mają inny maksymalny SPL,
• pracują w różnych pasmach,
• różnią się skutecznością,
• mają różną kompresję mocy,
• są projektowane do innych zastosowań.

Do tego dochodzi repertuar i sposób rozmieszczenia.

Cztery wydajne subwoofery w korzystnej konfiguracji mogą zapewnić lepszy rezultat niż sześć słabszych zestawów ustawionych przypadkowo. Z drugiej strony nawet bardzo mocny pojedynczy subwoofer nie zastąpi odpowiedniej liczby źródeł, jeśli projekt wymaga kontrolowania pokrycia na dużym terenie.

Właśnie dlatego przy doborze systemu nagłośnienia do dużej imprezy plenerowej sekcję LF analizuje się jako część całego projektu, a nie jako prosty dodatek do liczby mainów.

Gdzie ustawić subwoofery?

Pozycja subwooferów wpływa na rozkład niskich częstotliwości równie mocno jak ich liczba. Te same zestawy ustawione w różnych miejscach mogą dać zupełnie inny rezultat na widowni.

Lewo/prawo

Ustawienie subwooferów po obu stronach sceny jest proste logistycznie i często wygodne, ale może powodować charakterystyczne interferencje pomiędzy lewą i prawą grupą.

W osi symetrii sygnały mogą się sumować, natomiast poza nią różnica dróg propagacji powoduje częstotliwościowe maksima i minima.

Słuchacz poruszający się w poprzek widowni może więc słyszeć wyraźne zmiany poziomu basu.

Im większa odległość pomiędzy grupami, tym bardziej widoczne mogą być te zjawiska w części pasma niskotonowego.

Centralnie

Centralny klaster subwooferów eliminuje problem interferencji pomiędzy szeroko rozstawioną lewą i prawą sekcją.

Może zapewnić bardziej symetryczny rozkład poziomu w poziomie, szczególnie przy zwartej widowni.

Nie zawsze jest jednak możliwy ze względów scenicznych, wizualnych czy konstrukcyjnych. Środek przed sceną może być potrzebny na przejście, barierki, pit fotograficzny lub inne elementy infrastruktury.

Centralne ustawienie nie oznacza też automatycznie idealnej równomierności — nadal trzeba analizować zachowanie całego układu.

Linia przed sceną

Rozmieszczenie subwooferów w linii na szerokości sceny pozwala wykorzystać interferencję wielu źródeł do kształtowania charakterystyki.

Odstępy między zestawami wpływają jednak na kierunkowość zależnie od częstotliwości. Jeśli są zbyt duże względem długości fali, mogą pojawiać się dodatkowe listki promieniowania i nierównomierne pokrycie.

Dlatego linia subwooferów powinna być projektowana jako array, a nie jako zestawy ustawione w przypadkowych odstępach.

Systemy flown

Niektóre projekty wykorzystują subwoofery podwieszone razem z systemem głównym lub w osobnych gronach.

Może to pomóc m.in. w lepszym zintegrowaniu części niskotonowej z systemem głównym i zmianie rozkładu energii w pionie.

Flown sub nie jest jednak automatycznie lepszy od zestawów ustawionych na ziemi. Dochodzą kwestie masy, riggingu, wydajności w najniższym zakresie i różnic w zachowaniu wynikających z braku bezpośredniego kontaktu z powierzchnią gruntu.

W praktyce spotyka się również systemy hybrydowe: część subwooferów flown, część ground stacked.

Dlaczego bas rozchodzi się inaczej niż wysokie częstotliwości?

Niskie częstotliwości mają znacznie większą długość fali niż wysokie, dlatego pojedynczy subwoofer jest zwykle znacznie mniej kierunkowy niż zestaw odtwarzający średnie i wysokie pasmo.

To właśnie dlatego można stać za pojedynczym subwooferem i nadal słyszeć dużą ilość basu, podczas gdy wysokie częstotliwości z main PA są zdecydowanie mocniej skierowane w stronę publiczności.

Duża długość fali powoduje też, że istotne stają się fizyczne odległości pomiędzy źródłami.

Przy kilku subwooferach różnice dróg propagacji mogą prowadzić do:

• sumowania,
• wygaszania,
• tworzenia kierunkowości,
• pojawiania się listków bocznych.

Te zjawiska nie są błędem samym w sobie. W konfiguracjach kierunkowych wykorzystuje się je celowo.

Problem zaczyna się wtedy, gdy interferencja jest wynikiem przypadkowego ustawienia, a nie projektu.

Jak działają konfiguracje kierunkowe?

Konfiguracje kierunkowe wykorzystują położenie subwooferów, opóźnienia, polaryzację i poziom w taki sposób, aby uzyskać większą energię w pożądanym kierunku i mniejszą w innym.

Nie istnieje jeden uniwersalny układ cardioid lub end-fire odpowiedni dla wszystkich zestawów. Parametry powinny wynikać z konkretnego modelu, geometrii i docelowego pasma pracy.

Cardioid

Układ cardioid ma za zadanie uzyskać większy poziom z przodu i redukcję za systemem.

Może być realizowany na różne sposoby, m.in. poprzez odpowiednie ustawienie zestawów skierowanych w przeciwnych kierunkach oraz zastosowanie opóźnień i odpowiedniej polaryzacji.

Efektem jest kierunkowa interferencja: w jednym kierunku sygnały sumują się, a w drugim częściowo wygaszają.

Cardioid może być szczególnie przydatny, gdy chcemy ograniczyć bas trafiający na scenę.

Nie należy jednak traktować go jak magicznej ściany. Stopień tłumienia za systemem zależy od częstotliwości i konkretnej konfiguracji.

End-fire

End-fire wykorzystuje kilka subwooferów ustawionych jeden za drugim w osi promieniowania.

Poszczególne źródła otrzymują odpowiednio dobrane opóźnienia, dzięki którym w kierunku publiczności sygnały mają się sumować, a w przeciwnym powstaje częściowe wygaszanie.

Odległości między zestawami oraz delay są powiązane z długością fali i zakresem częstotliwości, dla którego projektujemy konfigurację.

End-fire może zapewnić wysoką kierunkowość, ale wymaga odpowiedniej ilości miejsca przed lub pod sceną.

Gradient

Konfiguracje gradientowe również wykorzystują różnice położenia i processing między źródłami w celu uzyskania charakterystyki kierunkowej.

W praktyce wiele gotowych konfiguracji cardioid stosowanych przez producentów jest właśnie opartych na zasadach gradientowych.

Najważniejsze z perspektywy organizatora jest to, że kierunkowość subwooferów jest wynikiem całego układu, a nie cechą wynikającą wyłącznie z liczby zestawów.

Przy większych wydarzeniach projekt kierunkowej sekcji LF powinien być częścią kompletnego systemu nagłośnienia koncertowego, a nie decyzją podejmowaną dopiero podczas ustawiania sprzętu.

Jak ograniczyć bas na scenie i poza terenem imprezy?

Bas na scenie można ograniczać przede wszystkim przez kontrolę kierunkowości sekcji LF. Ma to znaczenie zarówno dla muzyków, jak i dla monitorowca oraz mikrofonów znajdujących się na scenie.

Duża ilość niskich częstotliwości za systemem może:

• pogarszać komfort muzyków,
• wpływać na mikrofony,
• zwiększać poziom na monitor world,
• powodować drgania elementów sceny.

Na plenerze dochodzi problem emisji poza teren wydarzenia.

Niskie częstotliwości propagują się skutecznie na duże odległości i trudniej je ograniczyć prostym skierowaniem pojedynczego zestawu.

Pomocne są:

• konfiguracje cardioid,
• end-fire,
• odpowiednie położenie całego arraya,
• właściwe skierowanie głównej osi systemu,
• kontrola poziomu w paśmie LF.

Nie oznacza to, że można całkowicie zatrzymać bas na granicy publiczności. Celem jest ograniczenie niepotrzebnej energii tam, gdzie jest to możliwe.

Jak wyrównać subwoofery czasowo z systemem głównym?

Subwoofery i main PA powinny współpracować w zakresie częstotliwości, w którym ich pasma się nakładają. Jeśli relacja czasowa i fazowa jest niewłaściwa, w rejonie crossovera może pojawić się osłabienie zamiast oczekiwanego sumowania.

Nie wystarczy automatycznie ustawić delay na podstawie fizycznej odległości obudów.

Znaczenie mają również:

• wewnętrzny processing zestawów,
• filtry crossover,
• ich charakterystyki fazowe,
• pozycja akustycznego źródła,
• punkt pomiarowy.

Dlatego alignment wykonuje się pomiarowo.

Celem jest uzyskanie właściwej relacji fazowej w zakresie, w którym system główny i subwoofery współpracują.

Nie oznacza to, że istnieje jedno prawidłowe opóźnienie dla całej widowni. Relacja przestrzenna zmienia się wraz z położeniem słuchacza, dlatego projekt zawsze jest kompromisem dotyczącym docelowego obszaru.

Najczęstsze błędy w projektowaniu sekcji niskotonowej

Najczęstszym błędem jest traktowanie subwooferów jako prostego dodatku ilościowego do systemu głównego.

Problemy powodują szczególnie:

• dobór na podstawie samej średnicy przetwornika,
• porównywanie wyłącznie mocy wzmacniacza,
• przyjmowanie stałego stosunku liczby subwooferów do main PA,
• przypadkowe ustawienie lewo/prawo,
• zbyt duże odstępy w linii,
• kopiowanie delayów z innego systemu,
• brak predykcji konfiguracji kierunkowej,
• brak pomiarowego wyrównania z main PA,
• projektowanie basu wyłącznie dla jednego punktu widowni,
• ignorowanie poziomu na scenie i poza terenem wydarzenia.

Istotnym błędem jest również założenie, że większa liczba subwooferów zawsze oznacza lepszy bas.

Dodatkowe źródła dają większe możliwości, ale jednocześnie zwiększają złożoność interferencji. Więcej subwooferów pomaga tylko wtedy, gdy ich wzajemna praca została zaprojektowana.

Podsumowanie

Dobór subwooferów do koncertu lub wydarzenia plenerowego wymaga analizy pasma, wymaganego SPL, repertuaru, wielkości widowni i możliwości konkretnych zestawów. Sama średnica przetwornika, moc wzmacniacza czy liczba mainów nie wystarczają do określenia prawidłowej sekcji LF.

Równie ważne jak liczba subwooferów jest ich rozmieszczenie. Ustawienie lewo/prawo, centralny klaster, linia czy konfiguracja kierunkowa dają inne pokrycie i inne konsekwencje dla sceny oraz otoczenia.

Cardioid, end-fire i układy gradientowe pozwalają świadomie kształtować kierunkowość basu, ale wymagają poprawnej geometrii i processingu. Na końcu sekcję niskotonową trzeba jeszcze wyrównać czasowo i fazowo z systemem głównym. Dlatego dobrze zaprojektowany bas jest wynikiem całego projektu PA, a nie prostego dokładania kolejnych subwooferów.

Najczęściej zadawane pytania