A Line Array Theory Q&A
What is a Line Array?
何が、ラインアレイ (Line Array) であるか？

　ラインアレイは、同レベル、同位相で操作される、狭い間隔のストレートラインで放射状に出るエレメント配列の集団です。1957年の古い文献、オルソンのAcoustical Engineeringによって説明されている。ラインアレイは、音を長距離まで届かさなければならない、アプリケーションとしては、有効である。これは、ラインアレイが縦の方向に対して、非常に鋭い指向範囲を与えて、このように効率的に音を届かせるからである。


Fig 1 16個の無指向性の音源を8mロングアレイされた指向性


　Fig 1のMAPPプロットは、均等に0.5m間隔離れた16個の無指向性の音源で構成された,
ラインアレイの直線的な特性を示す。このアレイは５００ヘルツまで、高い指向性を示す；それより上では、直線的な特性は、つぶれ始める。
低い周波数では、強い後方への回り込みがある。これは、このレンジでは無指向性なので、全ての従来のラインアレイは、この現象を示すでしょう。５００ヘルツにおいて、同じく強い縦方向の回り込みに気付きなさい。（このシステムの水平なパターンは垂直線から独立していて、すべての周波数において、無指向性を示す。）


図２　３２個の無指向性の音源を８メートルの長さにアレイされたの指向性


　Fig 2は、０.２５メートルに間隔をあけた、３２個の音源のラインを示す。
このアレイが、強い縦方向の回り込みが現われる１ kHz までに、その直線的な特性を維持することに気付きなさい。
これは、高い周波数においての指向性が、次第にいっそう注意深く、狭い間隔に置かなければならないことを必要とするという事実を例証する。

How Do Line Arrays Work?
どのようにラインアレイは,作動するか？

　ラインアレイは、構成的(合成)な、そして、破壊的(打ち消し)な干渉を通して、指向性を達成する。 どのようにこれが起こるか、単純な考えの実験で例示する。

　1個の１２インチのコーン ラジエータを構成しているエンクロージャー スピーカーで、考えなさい。 我々は経験から、このスピーカーの指向性が、周波数で変化することを知っている：低い周波数において、それは無指向性である；音波長がより短くなるにつれて、その指向性は狭くなる；そして、およそ２ kHz以上では 、それは、たいていのアプリケーションのために過激な ビーム状になる。これは、実用的なシステムデザインで、オーディオの周波数帯の全般に多かれ少なかれ一貫した指向性を達成するために、クロスオーバーと複数のエレメントを使用する理由である。

　1台の上にスタッキングした、2台のスピーカで、同じ信号で駆動すると、異なった放射パターンの結果がでる。２台のスピーカの軸上、ポイントにおいては、構成的(合成)な干渉であり、音圧は、1本のユニットと比較して６デシベル増加する。 軸上以外のポイントでは、距離の方向の違いにより、キャンセルを引き起こし、低い音圧レベル結果をもたらしている。
実際、もし、あなたが、サイン波形で両方のユニットを駆動するなら、キャンセルが完全であるポイント（これは、無響音の部屋で最も良く証明される）があるであろう。 これは、破壊的な干渉であり、それは、しばしばコンミングであると述べられる。

　ラインアレイは、アレイの軸上で、構成的(合成)な干渉が起こり、破壊的(打ち消し)な干渉(コンミング)は、サイドに向けられるような、慎重に間隔を置いて、並べられたウーハーのラインです。 コンミングは、伝統的に好ましくないと考えられて来ましたが、ラインアレイが働くためにコンミングを使う：コンミング無しで、指向性が得られないのである。

Can a Line Array Form Cylindrical Waves?
ラインアレイは、円筒状の波形を形成することができるか？

　いいえ。

　ラインアレイに関しての共通の誤解は、それらが、どういうわけか魔術的に音波形を作りだし、特別な伝搬特性で、一つの「円筒状の波形」を形成して、結合することができるようにするということである。 線形な音響理論の下では、これは不可能である：この主張は、科学ではなく、マーケティング策略である。

　非線形である、浅い、水の波形は、新しい波形の形式のために結合することが、できるのと異なり、‖音の波形は、サウンドレインフォースメントでの共通の圧力に関して、共に結合することができない。逆に、それらは、まっすぐに、お互いを通過する。それどころか、コンプレッション　ドライバーのスロートに存在している高いレベルにおいて、音の波形は、線形の理論に従い、お互い、トランスペアレントに通過する。 １３０デシベルの音圧レベルにおいてさえ、非線形の歪み率は、１％以下である。

　Fig 3の MAPPプロットは、ペアーのMeyer MSL-4 スピーカを交差して、設置している、このポイントを例示する。図のＡというラベルがはられているエリアにおいて、交差領域で、黒く表示されているエリアに重要な破壊的(打ち消し)な干渉がある。
Ｂというラベルがはられているエリアにおいては、対応する MSL - ４のアウトプットは、完全に交差放射させたユニットに影響されない。波形は、Ａにおいては、干渉されるけど、干渉は、スペース内の限られたエリアに限られている、そして、それらは、影響されずに、お互いを通過する。 実際、交差領域ユニットをoffにしても、Ｂのエリアにおいて、事実上、まったく変化を聞くことができなかった。


Fig 3 交差配置された MSL-４スピーカー


　この実験は、無響音の部屋で、あるいは、周り何もないフィールド屋外で、表面を反射することから離れて最も旨くゆく。 MSL-４が、指向性を失い始める、およそ５００ヘルツ以下のインフォメーションを削除するために、ローカットのフィルターを用いることは、同様に賢明である。

But don't line arrays produce waves that only drop 3dB with every doubling of the distance from the array?
けれども、ラインアレイは、アレイからの距離が２倍になることで、ただ ３dB落とすだけである波形を作り出さないか？

　この極端に単純化したマーケティング主張は、実際的なシステムに典型的なラインアレイ理論の誤用であるように思われる。 典型的なライン アレイ数学は、発散されたエネルギーの波長と、比べて、非常に大きい、無限に小さいライン、完全に無指向性音源を想定する。 明らかに、実際的なシステムが、これらの状態に取り組むことができないし、彼らの行動は、若干のオーディオ会社の販売促進者が提案するより、はるかにいっそう複雑である。

　Bessel 関数（ピストンとして説明する）で、15インチwoofer の動作をモデリングし、 Meyer Soundは、カスタムコンピュータに、色々な間隔で、種々の数のラウドスピーカーと共に　ラインアレイ モデルコードに書き込みました。 この計算は、理論的に、低い周波数理論を理解するオーディオラインアレイを組み立てることは、可能であることを示す。しかし、それは、１,０００個以上の中心と中心の間隔を２０インチにした15インチドライバーを必要とする！

　短縮された、連続しているラインアレイは、ニアーフィールドに置いて、距離を２倍にするごとに、３dB減衰波形を作り出すであろう。しかし、ニアーフィールドの範囲は、周波数とアレイの長さに、依存する。 いくらかは、我々が、混成のコーン / 波形ガイドシステムのために、ニアーフィールドの範囲が高い周波数において、何百メートルもを拡張すると信頼するようにするであろう。 それは、数学上、１インチ間隔で並べられた、１００個の小さい無指向性の音源のラインについて、本当であるということを明らかにされることができる、しかし、それは、サウンドレインフォースメントのための実際的なシステムではなくて、波形ガイドの動作のためのモデルでもない。

　同様に、純粋に理論的な計算は、高い周波数において、空気の吸収とその効果の現実を反映しない。 下のテーブルは、１インチ間隔をおいた、１００個の1インチピストンアレイからのいろいろな距離においての減衰を表している。 Bessel 関数を使って設計したものです。
５００ヘルツと、その上の周波数では、ANSI 水準 S１.２６ - １９９５（このテーブルのための状態は、２０℃の周囲の温度と１１％相対的な湿度である）で与えられた計算を使って、空気の吸収が 含まれるとき、それは、同様に完全な衰弱を示す。16KHzにおいて、Bessel 関数によって、設計されたアレイが、距離を２倍にするごとに、３dB 衰弱に近づくに対して、空気の吸収は、その実際の動作に関して、距離を２倍にするごとに、６dB減衰に近かずくことを確認してください。

Table 1　1インチ間隔の100個の1インチピストンのラインアレイから、様々な距離におけるオクターブ周波数帯域の減衰量(デシベル)


　実際的に、１６台のキャビネット(15インチ低域コーンを使用)のリアルラインアレイで、わずかな"円筒状波形" 効果は、アレイから2~4mの間に3dBのドロップがある350Hzにおいて、測定する事が出来る。 しかしながら、アレイから4m以上では、音は、球状に広がり、距離が2倍に成るごとに、6dBづつロスって行きます。 この動作は、 実際のラウドスピーカーで、測定した指向性を使うことで、MAPPで確認することができる。

　１００ヘルツ以下の周波数において、実際的なラインアレイの中のドライバーは、無指向性であるであろう、しかし、アレイ長さは、音波長と比較して小さく、システムは、ラインアレイ理論通りにはならないであろう。 およそ４００ヘルツ以上で、低周波数のコーンは、再び、理論の仮定にそむいて、指向性を示す。さらに、高い周波数では、それぞれの実際的なシステムは、ラインアレイ理論を使って、説明する事が出来ない動作である、指向性を示す、ウエーブガイドを使う。

　要するに、本当のオーディオのラインアレイの幾何学は、はるかにアンテナ理論によって、正確に設計されるには、あまりにも複雑である。 それらは、ただ、正確に実際のラウドスピーカーの、 MAPP のような複雑な指向性の高い解像度の測定を使うコンピュータコードによって設計されることができるだけである。

　連続したラインアレイ方程式が、適用されるかどうかにかかわらず、実用的なラインアレイシステムが、非常に有用な道具である。それらは、有効な指向性を示す制御を達成する。そして、熟練したデザイナーが、ロングスローのアプリケーションで、それらを大変、上手に動作させることができる。

How Do Practical Line Array Systems Handle High Frequencies?
どのように、実際的なラインアレイ (Array) システムが、高い周波数を処理するか？

　Fig 1 とFig2 は、ラインアレイ理論が、低い周波数において、最も良く、動作する事を現わしている。 音波長が短くなるにつれて、指向性を保守するために、より多くのドライバー、より小さいサイズの、そして、いっそう多く接近した、間隔で置かれたドライバーが、要求される。 これは、いずれかのラインアレイシステムが、ミッドレンジのための８インチのドライバーをクロスオーバーさせている理由である。 しかし、例えば、何百という接近して間隔を置かれた１インチのコーンを使うことは、非実用的である。

　従って、実際的なラインアレイシステムは、低域と中域の周波数でだけ、ラインアレイの役を務める。 高い周波数のために、低域と中域に合わした指向性を示す特性を達成するために、何か他の方法で、用いられなくてはならない。 強化システムのための最も実際的な方法は、ウエーブガイド（ホルン）とコンプレッションドライバーを結びつけた物を使うことである。

　構成的な(合成)と破壊的な(打ち消し)干渉を使うよりむしろ、指定された指向範囲パターンの中に、音を反射するホーンの方が、指向性を達成する。 適切に設計されたラインアレイシステムで、そのパターンは、アレイの低い周波数の直線的な特性(非常に狭い縦の指向範囲と広い水平な指向範囲)とぴったりと合わせるべきである。 （狭い縦の指向範囲は、明瞭度を害する多数の到達音を最小にする利点を持っている） もし、ウエーブガイドエレメントを適切なイコライゼーションやクロスオーバーと共に、ラインアレイの中に統合化できれば、高い周波数からのビームと低い周波数の構成的な(合成)干渉による指向性が、適切に配列され、安定した指向範囲で、均一な指向性を達成することが出来る。

Can Line Array Loudspeakers Be Used Singly?
ラインアレイ (Array) ラウドスピーカが、１台ずつ使うことができるか？

　いいえ、ラインアレイラウドスピーカーでのコーンドライバーは指向性を作るためのアレイで、他のコーンドライバーを必要とする。 1台のキャビネットのコーンは、他のタイプのラウドスピーカーで、同等のコーンドライバーと比べて同じ指向性を示す特性を持っている。
言い替えれば、ラインアレイでのそれぞれのキャビネットが「円筒状の波形のスライス」を作り出していない。それは、科学的なものではなく、マーケティング概念である。

Can You Curve a Line Array to Get Wider Coverage?
より広い指向範囲を得るために、ラインアレイをカーブさせることができるか？


　穏やかなラインアレイのカーブ(キャビネットの間で、５度以下、)は、より広いエリアをカバーすることができる。 しかしながら、根本的にラインアレイをカーブさせることは、問題をもたらす。

　最初に、もし、高周波数セクションが、連続したアレイ動作を作ることを必要する、狭い垂直パターンを持っていたなら、アレイをカーブさせることは、ホット(強い)スポットと弱い、高周波数の指向範囲を作り出すことになる。 第二に、湾曲がより広いエリアに高周波数を届けることができるのに対して、湾曲が長い波長において影響がないから、低周波数には何も変化を与えず、低周波数の指向性は、そのままである。

　Fig ４が、これらのポイントを例証する。 左は、カーブさせられたアレイの一連の MAPP プロットである、そして、右は、連続したアレイのプロットである。 両方のアレイは、４５度の垂直のパターンの高域ホーンと１２インチコーンの低域ドライバーとを持っている、同一のラウドスピーカーから作られる。

　左のプロットで注目するのは、より広範にホーンが広がることで、高い周波数が広がっているのに対して、それが、干渉のために同じく顕著な lobing(突起状の漏れ) をもたらすということである。 １ kHzとその下において、アレイは、ラインアレイ理論に従って、高度に指向性を示すままでいる。 実際は、この動作は、カバーエリア全般に周波数特性が、変化し、ほとんどない低域のエネルギーを持つ、広大なエリアを伴った、非常に不均等な指向範囲を作り出すであろう。

　プロットの右は、カーブしたアレイのために考案した、適度に広い指向範囲のホーンを持っているラウドスピーカーが、まっすぐなアレイで不完全に動作する事を明らかしています。
アレイが、強い指向性を示すのに対して、顕著な垂直の lobing(突起状の漏れ) が、１ kHz とその上に、起こる。これらの強いサイドローブは、意図された指向範囲エリアから、エネルギーの流れを変えて、明瞭度を減少させて、過度に反射(残響)フィールドを引き起こすであろう。


Fig 4 垂直４５度のパターンを持つ、高域ホーンを使った、ラインアレイのカーブ(左)と直線(右)の指向特性


Can You Combine Line Arrays With Other Types of Speakers?
ラインアレイ (Arrays) を、他のタイプのスピーカーと一緒にすることができるか？

　はい、ダイレクトラジエータあるいは、ウエーブガイドによって、作られるかどうかかかわらず、線形の波形は、お互いに通過するので、それらの位相特性が、ラインアレイスピーカーと一致する限り、他のタイプのラウドスピーカーとラインアレイシステムとを組み合わせることは、可能である。 ラインアレイが、作る音波形については、何も特別なものはない。
それらはただ、ラインアレイ理論を使って間隔を置かれた低域コーンと高域ウエーブガイドのアウトプットである。従って、適切なツールを持っている熟練したデザイナーが、短距離のエリアをカバーするために、互換性がある他のタイプのラウドスピーカーを柔軟に組み合わせることができる。


Fig 5　M３D ラインアレイの下に吊された CQ - １が、ダウンフィル指向範囲をカバーする。



How Do Line Arrays Behave in the Near and Far Field?
どのように、ラインアレイ (Arrays) は、近距離や遠距離のフィールドで動作するか？


　我々が見たように、実際的な"ラインアレイ"システムは、ハイパワーのアプリケーションで使われた場合、実際には、低い周波数のために「クラシカル」なラインアレイと、高い周波数のための強い、直線的ウエーブガイドとの組合わせである。この混成の性質のために、クラシカルなラインアレイ理論から、オーディオスペクトル全体にわたる予測をくだすことは難しい。にもかかわらず、ラインアレイシステムは、、遠距離と適度にアレイに近いフィールドの両方ともで、相応に、上手に動作させることができる。

　遠いフィールドから見ると、ラインアレイでの個々のソースのアウトプットは、有効に結合して、１つのソースとして、機能しているように思われる。
Fig 6 が、この概念を示す。図は、遠いフィールドでの2,4,8個の無指向性のラジエータ（1台の無指向性特性は、リファレンスとして、載せている。)を0.4ｍ間隔で、ラインアレイしたときの周波数特性を示す。 エレメントの数をそれぞれの２倍にすることで、オペレーションの全周波数レンジにわたり、そのままの特性で、６dB レベルが上がることに気付きなさい。
高い周波数特性は、滑らかであるが、空気の吸収（摂氏２０度、相対的な湿度５０％）のために、自然にロールオフしている。



Fig 6　多数の数のソースをラインアレイしたときの遠いフィールドの周波数特性。高域は、空気による吸収と湿度により、ロスしている。



　実際的なラインアレイのニアーフィールドの動作は、むしろ複雑である。
ニアーフィールドのどんな既定のポイントでも、1つの非常に鋭い指向性を示す高域ホーンの軸上であっても、それでもなお、アレイでのキャビネットの大部分から来る低域エネルギーが、"見える"。この理由のために、アレイにキャビネットを加えることは、フィールドに近い低域エネルギーを引き上げる、しかし、高い周波数は、同じのままでいる。

　これは、ラインアレイシステムが高域上昇イコライゼーションを必要とする理由を説明している。 遠いフィールドで、イコライゼーションは、効率的に空気のロスを補正する。 近距離のフィールドで、それは、指向性を示す高域波形ガイドの近接特性と、低い周波数の構成的な増加との補正する。


The Meyer 3D (M3D)

　Fig７は、どのように低域ラインアレイと高域波形ガイドが、旨く働き、一体化しているシステムを構成するために、組み合わせられてるか例示する。 それは、１６台のメイヤー (Meyer) 3D（ M３D ）ラインアレイ ラウドスピーカーからなる、ラインアレイの指向特性を現わしている。 M３DのREM & trade；（リボン エミュレーション マニホールド）と コンスタントQ ホーンによって、高域放射パターンは、密接に低域周波数と一致している。

同じく、低域周波数において、重要な後方への回り込みの少なさにも気付きなさい。
これは、M３D の BroadbandQ 低域指向性技術の利点を例証する。 ５００ヘルツに事実上、垂直の ローブがない。（Fig １の 無指向性アレイで、見られたように）なぜなら、１５インチのコーンドライバーと高域ホーンは、一緒に動作するこの帯域と軸外のエネルギーを抑制することで、バランスが取られている。



Fig ７ １６台のメイヤー (Meyer) ３D（M３D）ラインアレイ ラウドスピーカーの８メートル ロングアレイの動作指向特性

　　MeyerのHPにある、Line Arrayに関する本文の訳です。

　皆さんから、MeyerのLine Arrayに関する、質問があり、取り急ぎ、訳しました。　　

　直訳部分が多くて、分かりづらい点が、あるかと思いますが、皆さんで、想像して解釈をお願いできればと思います。

　　MeyerさんのLine Arrayに関しての考え方が、理解できれば幸いです。

　今までの観念で、距離が2倍になれば、6dB減衰すると言う事が、改めて理解していただけたかと思います。

　また、高域ドライバーとしては、Line Arrayに関して、理想とされるリボンタイプのドライバーは、今回は、除外されました。

それは、Power的な問題と、取り扱いの難しさが、あったためと聞いています。

　それぞれのSystemにおいて、いろいろな考え方が、あるのは事実です。

どれが良くて、どれが悪いと言うことは、ありません。それよりも、そのSystemをいかに有効に利用するかが、私たちエンジニアの技量ではないでしょうか？

　私たちが、そのためのお手伝いが、できれば幸いです。

　最後まで読んでいただき、有難うございました。

　また、音響に関して分かりにくい点、普段疑問に思っていることがありましたら、私が答えられる範囲で対応したいと考えています。
　

　今後ともよろしくお願い致します。

Meyer Sound Laboratories

**質問、感想等が有りましたら、ast@ast-osk.comまでお願いいたします。**