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淺談線陣列揚(yáng)聲器擴(kuò)聲效果分析

線陣列揚(yáng)聲器具有水平覆蓋均勻、垂直指向性強(qiáng)、輻射區(qū)內(nèi)聲能衰減較小等數(shù)個(gè)非常實(shí)用的特點(diǎn)，在許多擴(kuò)聲領(lǐng)域正逐步替代傳統(tǒng)揚(yáng)聲器陣列。對(duì)于在相同的地方以相同的音量擴(kuò)聲時(shí)，線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)可能體積更小、更輕便、更加容易吊裝。線陣列揚(yáng)聲器還可結(jié)合演出地點(diǎn)的具體形狀，將其恰當(dāng)?shù)牡鯍臁⒚闇?zhǔn)和彎曲，能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)的觀眾提供杰出的音質(zhì)表現(xiàn)?，F(xiàn)各品牌揚(yáng)聲器廠商所推出的線陣列揚(yáng)聲器，其設(shè)計(jì)原理、驅(qū)動(dòng)單元組合方式、尺寸結(jié)構(gòu)均有所不同。在此筆者以波導(dǎo)設(shè)計(jì)的角度對(duì)典型品牌的線陣列揚(yáng)聲器進(jìn)行了分析，希望能加深大家對(duì)其的認(rèn)識(shí)。

線聲源是由一串距離相等的驅(qū)動(dòng)器組成。其*初應(yīng)用的雛形產(chǎn)生于十九世紀(jì)五十年代，當(dāng)初是為了提高在混響廳堂內(nèi)的語(yǔ)言清晰度而設(shè)計(jì)的。線聲源的運(yùn)用是基于其非常小的垂直指向角。若其垂直指向?yàn)?度，這*是我們所說(shuō)的“圓柱波”。每當(dāng)聲源距離增加一倍圓柱波的能量會(huì)衰減3dB，然而聲源距離增加一倍“球面波”能量會(huì)相應(yīng)衰減6dB[1]。

但是構(gòu)成線聲源有兩個(gè)必需條件：1、其線性長(zhǎng)度*少為所輻射波長(zhǎng)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(yáng)聲器單元中心之間的距離小于半波長(zhǎng)。Olsoni于十九世紀(jì)四十年代推算出了兩個(gè)距離小于1/4波長(zhǎng)的鄰近同相球狀的輻射圖形。在1/4波長(zhǎng)和1/2波長(zhǎng)之間是不會(huì)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(dǎo)致)的，這一現(xiàn)象會(huì)持續(xù)直到間距大于1/2波長(zhǎng)。

這在實(shí)際應(yīng)用中意味著只有非常長(zhǎng)的線陣列才能在低頻段符合線聲源的工作原理，同時(shí)只有使用非常小口徑的揚(yáng)聲器單元才能達(dá)到在高頻段的耦合。而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，大多數(shù)線陣列實(shí)際符合線聲源工作原理的重放頻段不超過(guò)一個(gè)倍頻程。所以線陣列幾乎不能認(rèn)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(jí)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(hào)筒和壓縮驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的擴(kuò)聲系統(tǒng)的例子。水平陣列中使用的揚(yáng)聲器在設(shè)計(jì)時(shí)將其球面輻射波形壓縮為餡餅狀，例如60°x40°、90°x40°或其它類(lèi)似的設(shè)計(jì)，使其對(duì)場(chǎng)地的擴(kuò)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(guò)將揚(yáng)聲器的輻射主軸對(duì)準(zhǔn)*后排，–6dB衰減角對(duì)準(zhǔn)前排來(lái)得到一致均勻的聲壓覆蓋。如果吊掛點(diǎn)的高度足夠，可以通過(guò)固定揚(yáng)聲器的位置和角度的方式，使得*排至號(hào)筒的距離為*后一排至號(hào)筒的距離的一半。這時(shí)，號(hào)筒本身對(duì)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(chǎng)得到一致均勻的聲壓覆蓋和效果。

如果建筑師們能夠?qū)⒐矆?chǎng)所建造的普遍適合號(hào)筒的輻射特性，且區(qū)域足夠的小的話，那么一只揚(yáng)聲器*能夠覆蓋觀眾區(qū)的每一側(cè)，從而我們也*不需要線陣列了。當(dāng)然，場(chǎng)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(yáng)聲器的聲壓輸出多18到24dB，而其的垂直指向可通過(guò)彎曲陣列的方式以適應(yīng)不同場(chǎng)地的擴(kuò)聲。*好像適當(dāng)?shù)墓潭▊鹘y(tǒng)號(hào)筒式揚(yáng)聲器位置和角度的方式一樣，正確的彎曲線陣列能夠?qū)ο嗤挠^眾區(qū)釋放相同的聲功率。這意味著當(dāng)你離線陣列越近，其每一個(gè)揚(yáng)聲器模塊的輻射角度應(yīng)該越大，所以陣列從上至下箱體之間的間隔角度也應(yīng)該是逐漸增大的。所以，對(duì)大多數(shù)場(chǎng)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(lèi)似于“J”形[4]。

當(dāng)我們結(jié)合線聲源耦合時(shí)的聲學(xué)要求以及“J”形在實(shí)際應(yīng)用的益處，線陣列揚(yáng)聲器模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)*變得清晰了。

●全頻帶的重放范圍。

●獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)器的選擇和箱體設(shè)計(jì)，要求在其分頻點(diǎn)以下紙盆驅(qū)動(dòng)器之間的中心距離小于1/2波長(zhǎng)。

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

●為產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的波陣面，波導(dǎo)的出口高度不得小于揚(yáng)聲器模塊高度的80%。

●在允許的輸出功率的前提下具有*小的尺寸和重量。

●簡(jiǎn)單、快速、安全可靠的吊掛件。

●簡(jiǎn)單、快速、明了的線路和信號(hào)路由流程。

●配套的陣列設(shè)計(jì)軟件能夠方便設(shè)置陣列的長(zhǎng)度、位置、指向方向、彎曲角度。同時(shí)，對(duì)場(chǎng)地提供正確的覆蓋關(guān)系預(yù)測(cè)。

●在指定頻段內(nèi)(人耳的可聞?dòng)?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(nèi)提供持續(xù)的輻射擴(kuò)散。

線陣列揚(yáng)聲器具有水平覆蓋均勻、垂直指向性強(qiáng)、輻射區(qū)內(nèi)聲能衰減較小等數(shù)個(gè)非常實(shí)用的特點(diǎn)，在許多擴(kuò)聲領(lǐng)域正逐步替代傳統(tǒng)揚(yáng)聲器陣列。對(duì)于在相同的地方以相同的音量擴(kuò)聲時(shí)，線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)可能體積更小、更輕便、更加容易吊裝。線陣列揚(yáng)聲器還可結(jié)合演出地點(diǎn)的具體形狀，將其恰當(dāng)?shù)牡鯍?、瞄?zhǔn)和彎曲，能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)的觀眾提供杰出的音質(zhì)表現(xiàn)。