Special: Line Array

Bei mittleren und großen Beschallungen werden heute fast ausschließlich Line Arrays verwendet. Aber warum hat sich gerade die Technologie mit den bananenförmigen Lautsprechern durchgesetzt? Das erklären wir anhand einer kleinen Geschichts- und Physik-Stunde.

Am Anfang war der Lautsprecher. So könnte man die Geschichte des Line Arrays beginnen. Denn am Anfang der Entwicklung gab es schlicht und ergreifend nur den klassischen Lautsprecher, den wir zur Vereinfachung als Punktschallquelle definieren. Natürlich fand man bereits vor 50 Jahren Säulenlautsprecher in Kirchen und Plenarsälen, allerdings waren diese Systeme noch recht weit vom heutigen Line Array entfernt und nur für die Sprachbeschallung optimiert.
Auch wenn die Leistungsdaten der Lautsprecher aus den ersten Tagen der großen Rock-´n´-Roll-Produktionen schon sehr ähnlich der Daten aktueller Lautsprecher waren, brauchte man doch jede Menge Holz, um große Menschenmassen zu beschallen. Und das war die Herausforderung in den Zeiten von Woodstock und Pink Floyd.

Um die nötige Leistung aus den Schallwandlern zu bekommen wurden riesige Boxentürme aufgebaut. Die Firma Hanley Sound um den Beschallungs-Pionier Bill Hanley baute eigens für das Woodstock-Festival Boxen mit den Maßen 180 x 90 x 100 cm, mit einem Gewicht von 500 kg pro Stück – die unter dem Namen „Woodstock-Bins“ bekannt wurden. Bei diesen Konstruktionen wurden bereits Hochton-Hörner genutzt, um mehr Energie im Hochtonbereich zu bekommen.

Bands wie The Grateful Dead setzten auf die “Wall of Sound”, eine Wand aus Lautsprechern, die auch gleich den Bühnenhintergrund bildete. Da man jedoch feststellte, dass der Sound dieser Beschallungsanlage nicht wirklich prickelnd war, wurden die Lautsprecher-Cluster mit einzelnen Wegen angefahren. Ein Teil der Lautsprecher gab zum Beispiel nur den Gesang, ein anderer Teil nur die Gitarren wieder. So war weder ein Monitoring-System noch ein Mischpult nötig. Die Musiker spielten einfach in ihre zugewiesenen PA-Cluster.

Da auch die hinteren Ränge gut beschallt werden wollten, wurden die Lautsprechertürme in die Höhe gebaut. Die Lautsprechertürme auf dem Woodstock-Festival waren 21 Meter hoch. Ohne das heutige Rigging-Know-how eine Meisterleistung – und nicht ungefährlich.
Die Herangehensweise „Viel Holz bringt viel“ sollte sich in den kommenden Jahren kaum ändern. Trotz des Umstands, dass solche teils wild zusammengewürfelten Lautsprecher-Cluster immer Abstriche beim Sound bedeuteten. Hier und da konnte durch technische Innovationen im Laufe der Zeit optimiert werden. Nicht zu Unrecht sind klassische Punktschallquellen bei kleineren Beschallungsaufgaben nach wie vor die erste Wahl. Punktschallquellen liefern bis heute die beste Auflösung und den besten Dynamikumfang. Allerdings werden solche Systeme heute meist geflogen und die Komponenten sind perfekt auf den Einsatz abgestimmt. Mit digitalen Delays sind bei heutigen Beschallungsanlagen auch Delaylines möglich.

Durchdachte Line Arrays

Die Idee, viele Punktschallquellen miteinander zu verbinden, um mehr Leistung und einen größeren Abstrahlwinkel zu erreichen, ist also nicht neu. Sie ist allerdings mit einigen Nachteilen behaftet. Der Zeitversatz, mit dem der Schall von den verschiedenen Quellen beim Zuhörer eintrifft, verschlechtert das Impulsverhalten. Die Überschneidungen der Abstrahlwinkel führen im schlechtesten Fall zu Kammfiltereffekten - und viele, große, schwarze Holzkisten sind schwer zu transportieren und zu verbauen.
In den 80er-Jahren war es dann soweit. Die ersten Line-Array-Systeme wurden gesichtet. Und diese Technik, die bis heute weiter optimiert wird, veränderte die Welt der Großbeschallungen auf einen Schlag. Aber was steckt hinter dieser damals bahnbrechenden Idee?

Von einer Punktschallquelle aus verbreiten sich die Schallwellen gleichmäßig in alle Richtungen. Wir gehen der Einfachheit halber von einer ungerichteten Abstrahlung aus. Stellt man nun zwei Punktschallquellen ohne großes Überlegen einfach direkt übereinander auf, entstehen Überlagerungen. Einige Frequenzbereiche werden verstärkt, andere ausgelöscht. Das Ergebnis hört sich im schlimmsten Fall an, wie ein Phaser-Effekt auf der Beschallungsanlage. Je nach Hörerposition verändert sich auch der Sound. Noch dazu ist dieser Effekt frequenzabhängig. Musik hören über solch ein System ist nicht wirklich ein Genuss.

Akustische Koppelung

Ist der Abstand der Schallquellen in Bezug auf die wiedergegebene Wellenlänge sehr gering, tritt ein für Beschaller äußerst vorteilhaftes physikalisches Phänomen auf: Die Schallwellen werden akustisch gekoppelt. Das bedeutet, die Schallwellen aus zwei Schallquellen werden übertragen, als kämen sie aus nur einer Quelle. Dabei verdoppelt sich - durch die Verdoppelung der Schallquellen - auch die Leistung.
Genau das ist der Grund, warum bei Line Arrays der Abstand zwischen den Lautsprechern so gering wie möglich gehalten wird. Erreicht wird das durch den Aufbau der Beschallungsanlage: Meist sind die Hochton-Hörner in der Mitte der Box und die Tieftöner seitlich daneben angeordnet. Untereinander gehängt ergibt sich ein Array aus vielen Lautsprechern, die durch den geringen Abstand zueinander „koppeln“, wie man umgangssprachlich sagt.

Da diese Koppelung jedoch frequenzabhängig funktioniert, müssen die Komponenten eines Line Arrays perfekt aufeinander abgestimmt sein. So kommt es zu den klassischen Line-Array-Treiber-Bestückungen wie 8“ Tiefton, 0,75“ Hochton.

Allerdings kommen wir hier gleich zur nächsten Problematik: Selbst ein 0,5“-Hochtöner kann nicht nah genug an seinen Kollegen gebaut werden, damit eine Koppelung problemlos funktioniert. Um also den Hochtonbereich in den Griff zu bekommen, werden Waveguides verwendet. Das sind Plastik-Hörner, die vor dem Hochton-Treiber befestigt werden, um sein Abstrahlverhalten zu steuern. Sie begrenzen auch die vertikale Abstrahlung so weit wie möglich oder nötig.

Aus der Kugelwelle des Hochtontreibers wird durch die Waveguides eine Linienwelle. Diese „Linie“ kann mit beliebig vielen Lautsprechern immer weiter vergrößert werden. Dazu tritt ein weiterer, äußerst hilfreicher Effekt ein. Die durch die einzelnen Linienstrahler kombinierte Wellenfront verliert nur noch 3 dB an Energie pro zehn Meter, nicht 6 dB, wie bei Punktschallquellen üblich.
Daraus ergibt sich nun ein System, das vor allem bei großen Entfernungen gut einsetzbar ist. Daher werden Line Arrays auch hauptsächlich geflogen.

Aber was passiert im Nahfeld? Um das Publikum nahe der Bühne zu erreichen, werden die einzelnen Lautsprecher der Beschallungsanlage nach unten hin „gekrümmt“ aufgehängt. Der Fachmann spricht von „curved“. So können die vertikal sehr gerichtet abstrahlenden Lautsprecher direkt auf den zu beschallenden Bereich gerichtet werden. Es entsteht die gewohnte Optik einer Banane.

Durch das stark gerichtete Abstrahlverhalten der Lautsprecher ergibt sich noch ein weiterer Vorteil: Es wird hauptsächlich der Bereich beschallt, der auch beschallt werden soll. Die Wände der Hallen bekommen weniger Direktschall ab, was zu weniger starken Reflexionen führt und den Sound in der Halle verbessert. Im Open-Air-Einsatz freuen sich die Anwohner und an den zu beschallenden Flächen angrenzende Bereiche. Im Backstage-Bereich kann man sich wieder ungestört unterhalten.  
Das Endergebnis der Line-Array-Entwicklung ist also ein System, das aus – im Vergleich zu den klassischen Systemen – kompakten Lautsprechern besteht und durch die Verwendung des immer gleichen Lautsprecher-Typs problemlos skalierbar ist. Über die kompakten Maße dieser Beschallungsanlage freuen sich die Logistiker.

Line Array - ohne Digital geht es nicht

Im Prinzip ist unser Line Array nun fertig. Würden wir ein System so wie beschrieben fertigen und aufbauen, käme jedoch die Ernüchterung wie ein Schlag mit dem Dampfhammer. Steht man nun vor einem dieser Arrays, so ist der unterste Lautsprecher des Systems fast auf Augenhöhe, die obersten Lautsprecher (je nach Systemgröße) ein gutes Stück entfernt.
Und was wissen wir über zwei unterschiedlich entfernte Lautsprecher? Richtig, der Schall der Boxen kommt nicht gleichzeitig beim Hörer an. Das Resultat: Phasenverschiebungen, Auslöschungen und so weiter.
Also muss digital nachgeholfen werden. Time Alignment nennt das der Profi. Auch die letzten Unsauberkeiten, die durch das spezielle Design der Waveguides entstehen können, oder durch nicht ganz sauberes Koppeln der Lautsprecher, werden mit digitalen Delays und Filtern ausgeglichen.
Bei der Berechnung der Systemgröße im Vorfeld einer Beschallungsaufgabe sind digitale Hilfsmittel nötig. Eine Software übernimmt die Berechnung der Systemgröße, also wie viele Lautsprecher benötigt werden, in welchem Winkel die Lautsprecher am unteren Ende des Arrays gecurved werden, bis hin zu den Einstellungen der Filter.

Für eine Array-Kalkulation können bei fast allen Software-Versionen auch CAD-Daten der Halle eingelesen und verwendet werden. Solche Daten stellen die Betreiber großer Hallen oft zur Verfügung. Bei großen Produktionen ist bereits das Bühnendesign als CAD-Datei verfügbar.
Im Idealfall lädt man einfach die Grundrisse der Halle, oder des Open-Air-Bereichs in die Software, gibt den zu beschallenden Bereich und das gewählte System an und erhält alle Aufbauanweisungen, System-Setups und manchmal auch gleich eine komplette Artikelliste für die Logistik, mit allen für den Aufbau der Beschallungsanlage nötigen Teilen.
Line Arrays können nur mit der passenden Software der Hersteller kalkuliert werden. Normale Akustik-Kalkulationsprogramme kennen die genauen Spezifikationen der Systeme nicht gut genug, um korrekte Ergebnisse zu liefern. Die Software gibt es meist kostenlos zum Download auf der Herstellerseite oder mit dem Line Array mitgeliefert.

Zusammengefasst: Line Arrays - die Problemlöser-Systeme

Am Anfang dieses Artikels standen wir da, mit schweren, unhandlichen und nicht besonders leistungsstarken Systemen, die teilweise noch mit Sound-Problemen zu kämpfen hatten.
Inzwischen haben wir erfahren, dass Line Arrays genau die Bereiche beschallen, die wir auch beschallt haben wollen, über genug Leistung auch für Großbeschallungen verfügen, einfach zu konfigurieren, zu transportieren und aufzubauen sind und dabei erstklassigen Sound liefern können.

Warum ist das Line Array als Problemlöser-System nicht bei jeder Beschallungsaufgabe anzutreffen? Die Punktschallquelle, der wir am Anfang des Artikels begegneten, ist nicht nur das Alpha, sondern auch das Omega des guten Sounds, wenn es um die möglichst natürliche Wiedergabe geht.
Das Line Array kann seine Stärken nur bei größeren Beschallungen ausspielen, da es im Idealfall geflogen werden sollte. Natürlich sind Line Arrays auch stackbar, was gerne als Frontfill oder Monitoring-Sidefill genutzt wird. Alle Vorteile der Technik entfalten jedoch nur die geflogenen Systeme.

Für viele Anwendungen wäre ein solches System überdimensioniert. Zudem sollte ein Line Array nur von erfahrenen System-Engineers eingesetzt werden, da das komplexe Setup, auch wenn der Computer viel Arbeit abnimmt, auch viele Fehlerquellen zulässt. Ein Stack konventioneller Lautsprecher pro Seite neben der Bühne bekommt auch der Musiker selbst noch problemlos und fachlich korrekt aufgestellt.

Für viele Spezialfälle gibt es außerdem spezielle Lösungen in Form von intelligenten Schallzeilen oder Kompaktsystemen, mit denen in diesen Fällen bessere Ergebnisse erzielt werden können. Das Line Array ist nicht die Antwort auf alle Probleme. Aber es ist die beste Lösung für die meisten mittleren und großen Beschallungen. Und somit für das Brot-und-Butter-Geschäft der meisten Dienstleister.

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