线阵声音

2020-05-04 18:39 shenhua

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  线阵音响是扬声器系统,它的的技术和制造,多年来波澜不兴,一直在平稳发展。最近情况有了变化,在世界许多大型运动会、大型演出现场出现了线性阵列扬声器系统。

  世界各主要专业扬声器、音箱公司,纷纷推出各自的线性阵列扬声器系统。其中有:Meyersound M3D、Deliya-Sound-la210 、EV X—Line 、SVS L、Martin Audio W 8L、CODA LA系列。这些系统名称不同,但原理和特性却大同小异。同时又各自标新立异,或在结构、或在箱体工艺、单元选择等方面八仙过海,各显神通。既避免专利、模仿、抄袭的困扰,又独树一帜,宣扬自己公司的卖点。这就自然引起国内同行的兴趣和关注。不断有人提出问题,但国内刊物中资料很少,有必要讨论。

  图1(a)和(b)是线性阵列扬声器系统的示意图。虽说是按直线排列,但覆盖面排列的角度有所不同。线性阵列的概念并不是而今才有的,最初是由美国著名声学专家H.F奥尔森提出的。1957年奥尔森先生出版了经典声学专著『声学工程』(AcousticalEngineering)中,论述了线性阵列特别适合远距离声辐射。这是因为线性阵列能够提供非常良好的垂直覆盖面的指向性,以取得良好的声效果。

  到了70年代出现了最早的线性阵列扬声器系统,不过当时尚不完善。是以“声墙”形式出现的。数十只甚至上百只音箱水平堆积、垂直叠放形成声墙,上万瓦的功率一开起来确实地动山摇、气势不凡。但人们很快发现了它的不足,不仅需要太多音箱,而且音箱之间的相互干涉,使得音质变坏,指向性、覆盖面都受到影响。1983年在欧洲AES会上,Philips公司介绍了一种Bessel函数阵的概念采用一种简单的加权因子来解决这一问题。但是要制造Bessel阵必须从Philips公司得到许可证,也要付出相应代价。有趣的是采用线性阵列扬声器系的各公司对Bessel阵不置一词、讳莫如深。而今用的线性阵列扬声器系统已经充分改进,与初期不可同日而语。在结构上也相当实用。例如几十只箱,在一小时之内,即可完成组装、吊挂、接线,马上投入使用。

  (1)由于线性阵列的特点,在主轴垂直平面指向性呈窄波束,能量叠加可以远距离辐射。而线性列的弯曲部分下端覆盖近区,形成自近而远的覆盖。如图2所示。

  中间高频部分比较特殊,2只(JBL)或3只(V)高频扬声器出口连在一起fJ2j,JBL公司称之为声波形成器,E-V公司称之为平面波产生器。根据用MAPP软件分析,线性阵列的指向性随着频率升高指向性愈单一。到达一定频率,如1000Hz时,指向性呈放射状,即指向性图出现波瓣。这时高频扬声器组成的声波形成器就起作用,使高频指向性叠加加强。

  线性阵列不仅用在专业音箱中,也用于Hi—Fi音箱中。最近Dynaudio推出的信心(confidence)系列音箱采用了一种DDC(Dynaudio Directivity Control丹拿指向性控制)其实是6只扬声器组成一个小型的线性阵列。

  回顾线性阵列的产生背景,在一个大型运动场,希望四周看台的观众都能听到均匀的声音。一个常用的办法是分散扩声,在运动场四周多装多组扬声器系统,这就需要多组分散扬声器系统。另外,当在主舞台演唱时,所听到的声音方向出于商业目的或其它,一些介绍资料有言过实际方向不一致,影响聆听效果。在对远距离辐射时,采用大功率音箱,如600W,不但价格昂贵,还有一个大功率失真问题。线性阵列可以解决这一问题。

  奥尔森当时所称的直线声源,是由大量分布在直线上间隔相同,但非常小的等强同相点声源组成。如果点声源的数量趋近于无穷大,点声源间距趋近于零,并有关系nd=l式中,n为声源的数量;d为声源间距离;f为直线声源长度。

  直线所示。它是长波长的函数,这是用极坐标表示的在一定距离角变化的声压曲

  线。相应于零度角的方向垂直线,在三维空间的指向特性是以直线为轴旋转面。从这一组曲线可以看出,线性声源的扬声器的数目愈多,指向图愈单一。

  近年来,制造的线性阵列扬声器系统是由若干音箱在垂直面重叠组合,形成一个水平方向角度一定(一般为90。)垂直方向较窄的波束。一个室外运动场(距离可在100m以上),有这样4条线性阵列系统就足以满足声场覆盖的要求,这就是线性阵列系统的优势所在。线性阵列系统常常有一点稍稍的弯曲,如图1(a),(b)所示。目的是为得到更大的覆盖角。主体部分对远场,弯曲部分对近场。使垂直指向性不对称,可在高频不足的部分聚集一些声能。

  处于商业目的的或其它考虑,一些介绍资料有言过其实之处。线性阵列各音箱到达同一聆听点有时间差 。线性阵列到某一观察点有距离差,如图3所示。

  距离差、时间差会引起干涉,在频率响应曲线上出现峰谷值。这在理论上早就有明确结论。JBL公司的Mark R。Gander先生的实际测试更说明了这一点。他分别用2只音箱、4只音箱、9只音箱各种不同摆法、不同相对位置,分别测量它的轴向频率响应及偏轴l2.5。,25。,37.5。,50。等不同角度的频率响应,可以很清楚地看到许多峰谷出现,在高频还伴随着输出下降。