淺談線陣列揚聲器擴聲效果分析

來源：數字音視工程網編輯：ann 2012-05-03 05:00:06 加入收藏咨詢

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　　線陣列揚聲器具有水平覆蓋均勻、垂直指向性強、輻射區(qū)內聲能衰減較小等數個非常實用的特點，在許多擴聲領域正逐步替代傳統(tǒng)揚聲器陣列。對于在相同的地方以相同的音量擴聲時，線陣列揚聲器系統(tǒng)可能體積更小、更輕便、更加容易吊裝。線陣列揚聲器還可結合演出地點的具體形狀，將其恰當的吊掛、瞄準和彎曲，能夠對大多數的觀眾提供杰出的音質表現(xiàn)?，F(xiàn)各品牌揚聲器廠商所推出的線陣列揚聲器，其設計原理、驅動單元組合方式、尺寸結構均有所不同。在此筆者以波導設計的角度對典型品牌的線陣列揚聲器進行了分析，希望能加深大家對其的認識。

　　線聲源是由一串距離相等的驅動器組成。其最初應用的雛形產生于十九世紀五十年代，當初是為了提高在混響廳堂內的語言清晰度而設計的。線聲源的運用是基于其非常小的垂直指向角。若其垂直指向為0度，這就是我們所說的“圓柱波”。每當聲源距離增加一倍圓柱波的能量會衰減3dB，然而聲源距離增加一倍“球面波”能量會相應衰減6dB[1]。

　　但是構成線聲源有兩個必需條件：1、其線性長度最少為所輻射波長的4倍以上，這才能保證其在垂直方向上的指向波形接近于平面波。2、與上一條件相反，其要求相鄰揚聲器單元中心之間的距離小于半波長。Olsoni于十九世紀四十年代推算出了兩個距離小于1/4波長的鄰近同相球狀的輻射圖形。在1/4波長和1/2波長之間是不會出現(xiàn)旁瓣(即副極大值，這種干涉波形通常是由破壞性的干涉導致)的，這一現(xiàn)象會持續(xù)直到間距大于1/2波長。

　　這在實際應用中意味著只有非常長的線陣列才能在低頻段符合線聲源的工作原理，同時只有使用非常小口徑的揚聲器單元才能達到在高頻段的耦合。而在現(xiàn)實應用中，大多數線陣列實際符合線聲源工作原理的重放頻段不超過一個倍頻程。所以線陣列幾乎不能認為是線聲源。

　　線陣列的出色能力在于它能夠從觀眾席的前排至后排提供一致均勻的聲壓覆蓋。其從后排到前排的聲壓級幾乎都是一樣的。若要究其原因，首先讓我們回顧一些使用常規(guī)號筒和壓縮驅動器設計的擴聲系統(tǒng)的例子。水平陣列中使用的揚聲器在設計時將其球面輻射波形壓縮為餡餅狀，例如60°x40°、90°x40°或其它類似的設計，使其對場地的擴聲提供良好的覆蓋。如果定向的覆蓋小面積的區(qū)域，可以通過將揚聲器的輻射主軸對準最后排，–6dB衰減角對準前排來得到一致均勻的聲壓覆蓋。如果吊掛點的高度足夠，可以通過固定揚聲器的位置和角度的方式，使得第一排至號筒的距離為最后一排至號筒的距離的一半。這時，號筒本身對其輻射角度的離散控制能力能夠很好的平衡這一切，從而使前后場得到一致均勻的聲壓覆蓋和效果。

　　如果建筑師們能夠將公共場所建造的普遍適合號筒的輻射特性，且區(qū)域足夠的小的話，那么一只揚聲器就能夠覆蓋觀眾區(qū)的每一側，從而我們也就不需要線陣列了。當然，場地尺寸、形狀的多樣化決定了這是不可能的。線陣列比普通的單一揚聲器的聲壓輸出多18到24dB，而其的垂直指向可通過彎曲陣列的方式以適應不同場地的擴聲。就好像適當的固定傳統(tǒng)號筒式揚聲器位置和角度的方式一樣，正確的彎曲線陣列能夠對相同的觀眾區(qū)釋放相同的聲功率。這意味著當你離線陣列越近，其每一個揚聲器模塊的輻射角度應該越大，所以陣列從上至下箱體之間的間隔角度也應該是逐漸增大的。所以，對大多數場所而言，為了從前排至后排具有一致的聲壓覆蓋，陣列的形狀都普遍類似于“J”形[4]。

　　當我們結合線聲源耦合時的聲學要求以及“J”形在實際應用的益處，線陣列揚聲器模塊的設計目標就變得清晰了。

　　●全頻帶的重放范圍。

　　●獨特的驅動器的選擇和箱體設計，要求在其分頻點以下紙盆驅動器之間的中心距離小于1/2波長。

　　●對于單元之間的中心距離大于1/2波長的部分，要求波導能夠提供平直或十分狹窄的垂直指向(<10°)。

　　●為產生一個持續(xù)的波陣面，波導的出口高度不得小于揚聲器模塊高度的80%。

　　●在允許的輸出功率的前提下具有最小的尺寸和重量。

　　●簡單、快速、安全可靠的吊掛件。

　　●簡單、快速、明了的線路和信號路由流程。

　　●配套的陣列設計軟件能夠方便設置陣列的長度、位置、指向方向、彎曲角度。同時，對場地提供正確的覆蓋關系預測。

　　●在指定頻段內(人耳的可聞域)的多單元的使用，要求單元之間的水平距離盡可能的小，以在重放頻帶內提供持續(xù)的輻射擴散。