BT LU/VU Assignments 2023

Message 1:

Betrifft: LV 17.0036 23S 1SSt LU Beschallungstechnik WF
Hi,

The 1st assignment is to be done alone or in groups of 2, and you can use the description "### AUFGABE 1" further below. Please document, because I want us to discuss the different solutions obtained, so you should be able to briefly present what you have found.

Therefore, there is a deadline for assignment1: our meeting at May 4th, 10:30-12:00, where I will ask all of you/groups of 2 to briefly present the resulting mappings and design strategies found in assignemnt 1. (If there are questions on the way, I am certainly available to help....
and for the star-wars fans: "May the 4th be with you".)
I hope May 4th fits all your calendars.

For assignment 2, you will get another message.

### AUFGABE 1:
In der ersten Aufgabe soll man einmal selber eine Beschallungsanlage für ~1000-2000 Personen geplant haben. Die Ergebnisse der verschiedenen Gruppen sollten Anfang Mai fertig sein, wir werden dazu eine gemeinsame LV-Einheit am 4. Mai abhalten.

Freiluftgelände der Grazer Messe 😄

Dort finden häufig (noch) riesige Open-Air Events statt.

https://www.google.com/maps/place/Messe+Graz/@47.0575677,15.4498993,263m/data=!3m1!1e3!4m5!3m4!1s0x0:0xcee5f3e0ec7ecb!8m2!3d47.0569384!4d15.4482717

Bitte aus Google Maps herausmessen, wie groß das Gelände ist, ggf. die Hälfte davon für Bühne und Publikumsbereich verwenden, abzüglich von nötigen Bewegungsbereichen, z.b. 5-10m breit an den hinteren und seitlichen Publikumsrändern.

Die Bühne kann auf 1.5m Höhe (Ohrhöhe) angesetzt werden, und als 15m breit und ein Rahmen über die Bühne bildet ein Bühnendach und reicht bis 8m oberhalb des Bühnenbodens/der Ohrhöhe, sodass an der Front der Bühne auf h=7m Lautsprecher über Ohrhöhe aufgehängt werden können.

Zum Entwurf/Simulation des Direktschallpegels einer Anlage aus mehreren Teilsystemen (Linkes und rechtes Line-Source Array, front fills, subwoofer) kann eines der unten angeführten Softwarpakete verwendet werden. Die meisten sind frei verwendbar, und wenn sich eines nicht bedienen lässt: einfach das nächte ausprobieren.

Teilsyyteme:

1. System: Linke und rechte Linienschallquelle, Haupt-PA:

- ein linkes und rechtes Line-Source Array kann von from h=7m pberhalb der Bühne aufgehängt werden, und es kann z.B. 10m Abstand zwischen dem linken und rechten Lautsprechersystem sein.
Wieviele Elemente sind nötig/sinnvoll, um eine möglichst flache Direktschallpegelversorgung im Publikum zu erreichen? In den Oktav- oder Terzbändern von zum Beispiel 250Hz, 1kHz, 4kHz, 8kHz sollte sich der Schallpegel im gesamten, möglichst großen Publikumsbereich um nicht mehr als 6 dB unterscheuden.
Wie müssen die einzelnen Elemente beide Line-Source Arrays dazu ausgerichtet werden, wohin sollen das linke und rechte spielen?
Eine geeignete Wahl der Winkel zwischen den Line-Source Array-Elementen und des obersten Lautsprechers sollte dabei helfen; in manchen Programmen lassen sich die Zielrichtungen der einzelnen Elemente interaktiv an eine Stelle der Publikumsfläche ziehen.

Falls das intuitiv nicht gelingt, könnte es helfen, so vorzugehen:
- Wir nehmen an, dass die am weitesten entfernte Stelle im Publikum
fast 8 mal so weit entfernt ist wie die nächstgelegene.
Nehmen wir an, dass bei der Aufhänghöhe von h=7m über dem Publikum der nächstgelegene Ort im Publikum bei x=7m Abstand zur Bühne liegen soll.
Dort sollte der unterste Lautsprecher hin zeigen. Auf den entferntesten Punkt im Publikum, also ca. x=8*7=56m von der Bühne entfernt, sollten also 8 mal so viele Lautsprecher zeigen.
Der oberste Lautsprecher im Line-Source-Array sollte dort hin zeigen, die 7 darunter liegenden Lautsprecher auch in etwa dort hin, und verlaufend auf eine Entfernung dazwischen, z.B. x=3*7=21m könnten etwa 3 Lautsprecher zeigen. Das wären in Summe 8+3+1=12 Elemente, also in etwa eine Line-Source Array, das vermutlich 3.6m hoch ist, also im aufgehängten Zustand etwa von 3.4...7m Höhe über der Bühne baumelt.
Ähnliche Strategien können auch verwendet werden, wenn die beiden Systeme aus 7...13 Elementen aufgebaut sind.
(bei 7: z.B. ca 1LS auf x=2h, ca 2ls auf x=4h, ca 4ls auf x=8h, usw.)

Bitte auch unbedingt versuchen, den Array-Designer von Lukas Gölles zu verwenden:
https://enimso.iem.sh/post/line-array-designer/
Der sollte gleich Anhaltspunkte für einen guten Entwurf liefern, und die etsprechenden "splay anlges" zwischen den Arraylautsprechern.

Wir benötigen auf der Publikumsfläche die Abbildungen mit dem Direktschallpegelverlauf in einigen Oktav-/Terzbändern, wenn beide Arrays, Links+Rechts, in MONO aktiviert sind.

2. System: Center/front Fills:

Das System 1 wird Lücken im Schallpegelverlauf in der Mitte nahe der Bühne haben. Diese sollten stets ausgefüllt werden.
Dazu können
- entweder auf der Bühnenkante aufgelegte, einzelne Lautsprecher verwendet werden (z.B. 4....6),
- oder an der Front des Bühnendachs ein kleines, zentrales Line-Source Array in der Mitte zwischen den Links/Rechts Arrays auf einer Höhe von h=7m aufgehängt werden.

Wenn die Front Fills / das Center-Fill Array mit geeigneter Lautsärke in Betrieb ist: Wie verbessern sich die Abbildungen der Direktschallversorgung; wir brauchen wiederum Bilder davon.

Sind jetzt die bis auf 6 dB konstant geforderten Schallpegel erreichbar?

3. System: Subwoofer

Für die beiden Oktaven von 40 bis 80Hz sollen 4-10 Subwoofer eingesetzt werden. Wohin sollten die am besten verteilt werden?
Es gibt ein paar mögliche Strategien:
- Subwoofer können unter der Bühnenkante angeordnet werden, und zwar möglichst gleichmäßig verteilt. Gelingt es auf diese Weise, den Schallpegelverlust nach hinten hin besser in den Griff zu bekommen, als wenn nur links und rechts Subwoofer verwendet werden?
- Subwoofer könnten links und rechts als stehende Stacks angeordnet werden.
- Top-Elemente der gehängten Line-Source Arrays auf h=7 könnten Subwoofer sein, oder auch eigene Line-Source Arrays aus Subwoofern aufgehängt werden.

Wie laut ist der erreichte Schallpegel des Gesamtsystems aus allen 3 Teilen? Werden 93...99 dBA SPL im gesamten Publikum erreicht?
Ist das der lautest mögliche Schallpegel?

## Simulations-Software (ggf. gibt es auch Alternativen dazu):
* EASE focus https://focus.afmg.eu
Nexo NS-1 https://www.nexo-sa.com/systems/software/
* L-acoustics soundvision https://www.l-acoustics.com/en/software/soundvision-presentation/
* d&b ArrayCalc https://www.dbaudio.com/global/en/products/software/arraycalc/
* JBL Line Array Calculator III https://jblpro.com/en/softwares/line-array-calculator-iii-v3-5-0-windows
* Martin-Audio Display 1.7 https://martin-audio.com/support/software
* Meyer Sound MAPP XT https://meyersound.com/product/mapp-xt/
* EASE (an IEM laptop with EASE license can be borrowed for limited duration, if this is interesting for you)
...

Best regards
Franz

Message 1:

Hi,

### ASSIGNMENT 2
I got a room for the second assignment, which will include measurements that we do all together in a group.

We got Hörsaal i9, Inffeldgasse 13, on Tue May 9th, 15:00 and 18:45 to do these measurements together (this is after our first meeting Thu May 4th in which we descuss your results to assignment 1).

For assignment 2: Please go to the array designer at
https://enimso.iem.sh/post/line-array-designer/
and use the settings for the cabinet height d=8.2cm, and for instance
12 elements to get a 1m long line-source array.
The target range for constant SPL should be within 1m...10m.
Check which splay angles and aimings you got for the individual loudspeakers.
We will try to adjust the line array according to that.

The tasks of the assignment consist of preparing an array design individually, and doing the measurement together, and finally to evaluate and plot the results and check if they can meet the design targets, individually or as a large group, and document the results.

We could use the Room Equalization Wizard (REW) to do the measurements. You can dowload it, test it, and check out the short tutorial video I made https://iaem.at/kurse/pool/beschallungstechnik-sound-reinforcement/video-tutorials/rew.mov/view
In practice, it might be more useful to use multiple exponential sweeps to measure impulse responses. We'll see. I can prepare that.

All transducers of our mini line array can be measured individually, in terms of impulse responses, which would allow us later tweaking with time delays, for instance, but also to cut away wall/floor reflections. The impulse responses can be superimposed if all loudspeakers are supposed to be driven by the same signal, and we can evaluate sound pressure levels in the frequency domain via FFT and gathering octave-band energies. Or we do bandpass filtering and take the RMS values of resulting responses for every band to inspect the sound pressure levels (SPL) accross different distances at different frequencies.


For documentation/report:
You might want to use python or MATLAB for the closer inspection of the results.
I could book the studio in Petersgasse in May for that purpose, and we should meet by the end of May to discuss the results together.

We are interested in whether our array shape reaches its goals: within which distance range, in which frequency bands?
We are interested in what the effect of spatial aliasing is, which start at about L/lambda=1/2,
i.e. f > c/(2d), so we would probably need to analyze the signal in the frequency domain or by bandpass filtering.
Is the effect somehow tied to the near-field/far-field limit at r = f L^2 / 2, when, e.g. the array is L = 12 x 8.2cm = 98.4m long,
and the speed of sound is c=343 m/s.


Best regards
Franz