Subwoofer-Arrays nutzen akustische Prinzipien, um die Verteilung von Niederfrequenzenergie zu steuern. Eine sachgemäße Konstruktion verwandelt omnidirektionale Quellen in gerichtete Systeme durch Welleninterferenzeffekte, die durch lange Wellenlängen (3,43–11,32 m) skaliert werden.
Kardioid-Konfigurationen erreichen eine asymmetrische Abstrahlung durch Phasenmanipulation. Rückwärts abstrahlende Subwoofer arbeiten mit invertierter Polarität und erzeugen hinter dem Array destruktive Interferenz, wodurch die vordere Energieaddition mit gleichzeitiger Dämpfung nach hinten ermöglicht wird. Digitale Signalprozessoren erlauben eine präzise Phasenanpassung für frequenzadaptive Korrektur.
Der Abstand beeinflusst direkt die Wellenfrontkohärenz. Für die Wiedergabe bei 100 Hz (λ=3,43 m) müssen die Elemente einen Abstand von weniger als 1,7 m aufweisen, um destruktive Interferenz und Nebenkeulen zu vermeiden. Ein kompakter Abstand gewährleistet kohärente Addition über der gesamten Zuschauerebene.
Die physische Länge definiert die horizontale Abstrahlbreite. Eine Verdopplung der Array-Länge reduziert die Abstrahlbreite um 50 % und erhöht dadurch die Richtwirkung. Ein 8 m langes Array bei 40 Hz (λ=8,6 m) erreicht eine Abdeckung von ±15° – ideal für Stadien, bei denen eine gezielte Energieabgabe erforderlich ist.
Wichtige Zusammenhänge:
| Parameter | Auswirkungen auf die Abstrahlung | Praktische Bedeutung |
|---|---|---|
| Abstand > λ/2 | Destruktive Nebenkeulen | Inkonsistente Abdeckung |
| Array-Länge – | Öffnungswinkel – | Erhöhte Richtwirkung |
| Phaseninversion hinten | Kardioid-Bildung | Bühnengeräuschreduktion |
Das vertikale Stacking von Subwoofer-Gehäusen nutzt die gegenseitige Kopplung, um die Bassausgabe zu verstärken. Es ergeben sich bis zu 6 dB Gewinn pro Verdopplung der Gehäuseanzahl, sofern die Treiber in Phase arbeiten. Eine übermäßige Stapelhöhe begünstigt vertikale Lobes und erfordert eine baustatische Prüfung.
Rück-zu-Rück-Konfigurationen erfordern eine Phasensynchronisation innerhalb von 0,1 Millisekunden, um die Kohärenz der Wellenfront aufrechtzuerhalten. Genaue Zeitverzögerungen, die den Abständen zwischen den Gehäusen entsprechen, sind für eine effektive Rückunterdrückung unerlässlich.
Die Öffnungswinkel zwischen Subwoofer-Paaren bestimmen die horizontale Abstrahlung. Schmale Winkel (45°–60°) verstärken die Richtwirkung nach vorne, während breite Winkel (90°–120°) die Abdeckung auf große Zuschauerzonen verteilen und Streuverluste außerhalb der Achse um 5–8 dB reduzieren.
Eine effektive Kontrolle der tiefen Frequenzen erfordert präzise Verzögerungsstrategien, um Polardiagramme zu formen und die Energieaddition nach vorne zu verbessern.
Moderne DSP-Plattformen verwenden Algorithmen, die Verzögerungen zwischen den Elementen im Bereich von 0,5–4 ms berechnen. Optimierte zeitliche Abstimmung verbessert die Summationseffizienz um bis zu 3 dB im Frequenzbereich von 40–100 Hz, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Phasenkohärenz.
Endfire-Konfigurationen verwenden gestufte Verzögerungszeiten, um virtuelle Quellverschiebungen zu erzeugen, wodurch die horizontale Abstrahlung um 15–20° reduziert wird. Diese Technik ist vorteilhaft für Anwendungen mit großer Reichweite, erfordert jedoch eine sorgfältige EQ-Kompensation über 80 Hz.
Polaritätswechsel mit Viertelwellen-Verzögerungen erreicht eine Rückunterdrückung von 12–15 dB zwischen 40–80 Hz. Wichtige Parameter sind:
BEM-Simulationen modellieren die Ausbreitung niederfrequenter Wellen mit 92%iger Genauigkeit bei der Vorhersage des Richtungsverhaltens und der Grenzflächenwechselwirkungen, wie aus Studien zum Bereich Akustik-Engineering aus 2023 hervorgeht.
Tests unter Halbraum-Bedingungen minimieren Umgebungsreflexionen und ermöglichen einen direkten Vergleich zwischen empirischen Daten und Simulationen.
Kardioide-Anordnungen erreichen bei 40 Hz einen Richtindex von 4,2 dB und übertreffen Endfire-Konfigurationen in kontrollierten Umgebungen um 1,8 dB.
Die Erweiterung von Anordnungen erhöht den Schalldruck um 3–6 dB pro Verdopplung, verschärft jedoch Probleme mit der Phasenjustierung. Veranstaltungsorte, die mehr als 120 dB Ausgangsleistung benötigen, weisen typischerweise eine Reduktion der Rückdruckeffizienz um 30–40 % auf.
Die Richtwirkung bricht unterhalb von 50 Hz zusammen – die 15°-Bügelausrichtung eines 6-Elemente-Arrays bei 80 Hz wird unterhalb von 45 Hz omnidirektional. Kommerzielle Systeme weisen eine Pegeldifferenz von 10–15 dB zwischen Front und Rückseite im Frequenzbereich von 30–100 Hz auf.
Tonalitätsinkonsistenzen entstehen, wenn Subwoofer-Arrays schlecht mit Vollbereichssystemen gekoppelt sind. Zeitliche Abgleichprobleme erzeugen Phasenabweichungen von mehr als 90°, was zu einer Schwankungsbreite von 8–12 dB in der Niederfrequenzantwort über verschiedene Veranstaltungsorte hinweg führt. Moderne Lösungen setzen zunehmend hybride Konfigurationen für Abdeckungs- beziehungsweise Leistungs-Zonen ein.
Ein Subwoofer-Array ist eine Anordnung mehrerer Subwoofer-Lautsprecher, die zusammenarbeiten, um tieffrequenten Schall effektiver zu steuern und zu lenken als es ein einzelner Subwoofer könnte.
Kardioidale Subwoofer-Arrays arbeiten damit, die Phase der rückwärtigen Subwoofer zu manipulieren, welche auf invertierte Polarität eingestellt sind, wodurch eine Abschirmung nach hinten und eine Verstärkung nach vorne ermöglicht wird.
Ein ordnungsgemäßer Abstand verhindert destruktive Interferenzen und Lobing-Artefakte und stellt sicher, dass kohärente Schallwellenfronten den Zuschauerbereich erreichen.
Digitale Signalprozessoren werden für eine präzise Phasenanpassung und frequenzadaptive Korrekturen verwendet, um die Leistung von Subwoofer-Arrays zu optimieren.
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