列陣揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南

［轉(zhuǎn)帖］列陣揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南恰當(dāng)設(shè)計(jì)并安裝的線陣列揚(yáng)聲器可以提供平直的頻率響應(yīng)、高質(zhì)量的還音效果以及很強(qiáng)的、可控的覆蓋特性。本質(zhì)上，線陣列就是從不同的驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的相同輸出信號(hào)，在整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)滿足“同相”的要求。這聽起來可能很簡(jiǎn)單，但要實(shí)現(xiàn)這樣的技術(shù)參數(shù)絕不是一件簡(jiǎn)單的事。了解線陣列的基本原理是重要的，因?yàn)檫@可以幫助你更好的運(yùn)用這種設(shè)備。線陣列的確可以表現(xiàn)出完美的聲音，但這只有在徹底的了解和正確的配置以后才行。首先要了解它的基本概念。大家知道聲音是在空氣中傳播的周期性變化的波。換句話說，聲音在空氣中傳播，而空氣本身并不產(chǎn)生移動(dòng)。因此，在討論聲輸出時(shí)，所有表述聲音是“空氣移動(dòng)”的觀點(diǎn)都是錯(cuò)誤的。這是很重要的一個(gè)特點(diǎn)。另一個(gè)要了解的基本概念是“斷點(diǎn)頻率”。在此頻率之上，可以通過控制輻射體的度數(shù)（在本文中，就是線陣列的度數(shù)）來控制它的指向性。斷點(diǎn)頻率與揚(yáng)聲器長(zhǎng)度和輻射角度成反比。斷點(diǎn)頻率的公式（如下）是適用于所有揚(yáng)聲器的一個(gè)基本概念。對(duì)于線性陣列，音頻專業(yè)人員可以借此估算線陣列的尺寸以及指向性可控的起始頻率。-6必includedmerageangle(degrees)frequency(Hz)lengthoftheerraysegment㈣BF=24,000/bIs其中：①表示-6dB所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)聲器覆蓋角度Is表示線陣列的長(zhǎng)度，單位：米喇叭和線陣列為了更好的了解斷點(diǎn)公式，想象一下把線陣列中取出一段作為單個(gè)揚(yáng)聲器模型。每個(gè)線陣列喇叭的覆蓋限制都取決于頻率。單個(gè)喇叭在低頻上是沒有指向性的；頻率指向性取決于輻射元件的尺寸。這些喇叭通過可調(diào)整的垂直張角組合在一起，箱體的范圍就可以直接決定線陣列的效果。例如，一個(gè)典型的（經(jīng)過適當(dāng)設(shè)計(jì)的）喇叭在6kHz可以確保20度的垂直覆蓋，而在12kHz就只能覆蓋到一半了。這只隨著頻率的變化而改變，也稱為垂直覆蓋的“單調(diào)收縮”。所以如果我們知道線陣列的長(zhǎng)度，就可以根據(jù)斷點(diǎn)公式中的頻率很容易的計(jì)算出垂直面上的-6dB覆蓋角。相對(duì)的，知道了-6dB覆蓋角以及對(duì)應(yīng)的頻率，我們就能夠算出其他頻率下的覆蓋角度。0-6=24000/fl其中：0-6=-6dB對(duì)應(yīng)的覆蓋角（單位：度）F=頻率（單位：赫茲）1=線陣列片段長(zhǎng)度（單位：米）線陣列的類型線陣列有兩種組合方式：直線型和曲線形。直線型表現(xiàn)了“純粹的”線陣列特性，但是在實(shí)際使用中，必須進(jìn)行彎曲以滿足高頻的覆蓋要求。以下是幾種常用的線型結(jié)構(gòu)：直線排列（圖1）:這種排列下，垂直覆蓋范圍是單調(diào)收縮的——線陣列越長(zhǎng)，覆蓋角越小。因此，直線排列具有非常窄的高頻垂直輻射寬度，投射的距離與頻率大小以及陣列長(zhǎng)度是成正比的。這一排列是“最佳聽音位置”以及遠(yuǎn)聲場(chǎng)之間聲音最一致的陣列。不過因?yàn)檫h(yuǎn)處的高頻覆蓋太窄并且難以控制，所以很少在實(shí)際中被采用。圖1 圖2弓形（恒定半徑曲線）排列（圖2）:將排列以一個(gè)恒定的半徑進(jìn)行彎曲，可以得到一致的指向性，但將削弱聲音的相干性?！跋喔尚浴睉?yīng)該理解為一種“相干”的狀態(tài)。相干，根據(jù)定義，是指具有相似的指向、大小和相位這三個(gè)條件的聲波。許多情況下，使用的弓形曲線都經(jīng)過了折中處理。例如：一個(gè)八只喇叭組成的線陣列，每只喇叭之間張角為1度，那么它總的垂直覆蓋角度大約為7度。因此，對(duì)于斷點(diǎn)頻率之上所有頻譜的指向性，這種排列會(huì)有恒定的指向特性。同時(shí)，微小的張角同樣意味著良好的相干性。如果兩個(gè)喇叭之間的張角增大到5度，垂直覆蓋角就增大到35度，這時(shí)指向性仍然不變，但相干性就會(huì)減弱。原因很簡(jiǎn)單：彎曲的程度越大，遠(yuǎn)處聽音者所聽到的喇叭就越少，在一個(gè)特定的聽音軸向上，各個(gè)喇叭的輸出就有延時(shí)，于是相干性就減少了。因此，任何過于極端的曲線都是不可取的。最好是通過移動(dòng)揚(yáng)聲器的位置并采用較平和的曲線來得到想要的覆蓋角度。J形線（圖3）：線陣列的使用者們最早發(fā)現(xiàn)直線型在靠近舞臺(tái)處無法提供足夠的高頻聲音，所以他們就讓陣列下方的喇叭指向下方。這在陣列中產(chǎn)生了一個(gè)“突變”，事實(shí)上這樣使得陣列不能很好的組合，導(dǎo)致了陣列的分離。指向性也受到了影響。一些使用者嘗試通過應(yīng)用分離的信號(hào)處理來適應(yīng)各種區(qū)域以“糾正”這種情況，但是無法修正在兩個(gè)不同的排列部分之間的轉(zhuǎn)變所造成的中斷。漸開線（圖4）：漸開線是J型線的一種改進(jìn)型。改變喇叭的張角來除去J型線中生硬的中斷。漸開線提供了恒定的指向性和一致的覆蓋角，而且總的覆蓋角相當(dāng)于各個(gè)張角之和。在垂直方向上，從線陣列底部的指向到頂部的指向，漸開線的轉(zhuǎn)變是平穩(wěn)的。覆蓋性與相干性影響線陣列位置和配置的選擇的最主要因素是覆蓋性和相干性。在圖5中，顯示了一個(gè)吊掛在頂部的漸開型陣列，到最近和最遠(yuǎn)聽眾的距離是差不多相等的。那么在揚(yáng)聲器覆蓋范圍內(nèi)前后方的聲壓級(jí)和頻率響應(yīng)就差不多也是一致的。因?yàn)榇怪备采w角度很寬，所以對(duì)于絕大部分聽眾來說，直達(dá)聲和混響聲的比例也是一致的。但是從聲音的角度來看，這個(gè)位置是不自然的。因?yàn)檫@個(gè)聲音的'定位”不是聲源的實(shí)際位置，它可能會(huì)使人們的注意力離開舞臺(tái)上正在進(jìn)行的表演。一個(gè)解決的好辦法是在舞臺(tái)前方增加揚(yáng)聲器，就可以把聲像從最靠近舞臺(tái)的觀眾的頭頂來回到舞臺(tái)上來?，F(xiàn)在來看圖6,這個(gè)陣列的位置要低得多，各個(gè)喇叭的張角也小得多。在前后區(qū)的聲壓級(jí)更加平衡，頻響也更平直，直達(dá)聲和混響聲的比例也得到了改善。這種情況使得聽音場(chǎng)地本身的聲能控制更加方便，引起反射的空間也更少。在室外工作時(shí)，這種方法也減少了空氣的影響。陣列形狀中的曲線越少，聲音受到風(fēng)和溫度的影響就越小。這是什么呢？因?yàn)槁曇羰窃谝粋€(gè)很寬的范圍內(nèi)輻射的，聲波在傳播過程中會(huì)在不同溫度和風(fēng)速的交界處發(fā)生折射和“彎曲”現(xiàn)象。所以當(dāng)增大垂直輻射角度時(shí)，就增大了聲音在空氣中的傳輸范圍，就更容易受到溫度的影響。近場(chǎng)VS.遠(yuǎn)場(chǎng)在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，線陣列的作用是完全兩樣的。近場(chǎng)是一個(gè)干涉場(chǎng)，當(dāng)兩個(gè)線陣列靠近時(shí)，損失的頻率成分就越來越多。這些損失的增大甚至?xí)绊懙酵凰捷S。

圖7顯示了選取一條陣列上的八個(gè)喇叭以及近場(chǎng)的四個(gè)不同點(diǎn)所建的模型。在距離最遠(yuǎn)的“D”點(diǎn)，響應(yīng)是相對(duì)平坦的。但是，在靠近陣列時(shí)，高頻就開始衰減，因?yàn)闇y(cè)試點(diǎn)受到邊上聲源的影響。在最近的“A”點(diǎn)，只有兩個(gè)喇叭的高頻才能覆蓋到這個(gè)測(cè)試點(diǎn)，而低頻卻是所有的喇叭都能覆蓋到。所以低于100Hz的頻率，遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)基本一致，但是當(dāng)頻率升高時(shí)，遠(yuǎn)場(chǎng)的頻響會(huì)飛快的增大。圖7：中圖A點(diǎn)，下圖D點(diǎn)

因此這個(gè)陣列的所有遠(yuǎn)場(chǎng)有效區(qū)域是聽音者能夠聽到全部陣列輸出的所有頻率的點(diǎn)的集合。由此又可以得到很簡(jiǎn)單的一點(diǎn)：你距離線陣列越近，你所聽到的高頻就越少，這就導(dǎo)致了頻響的不平衡。這就是在室內(nèi)做混音時(shí)不能坐在近場(chǎng)的原因一一這里所聽到陣列發(fā)出的聲音肯定是不正確的?？梢酝ㄟ^線陣列的頻率因素比較電平衰減和距離。圖8以三個(gè)頻率：100Hz、1kHz以及10kHz顯示了這一點(diǎn)。（注意本圖已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以說明在100米遠(yuǎn)處電平的差異）本圖清楚的顯示了當(dāng)聲音的頻率改變時(shí)電平所發(fā)生的變化。圖9：組成線陣列的喇叭數(shù)，上線為8個(gè)，中線為4個(gè)，下線為2從另一個(gè)角度來看，圖9描述了不同長(zhǎng)度的直線性陣列在8kHz時(shí)的不同數(shù)據(jù)。如果把一格標(biāo)準(zhǔn)化為1米，就可以很方便得看到在遠(yuǎn)場(chǎng)處高頻輸出的巨大差別。遠(yuǎn)場(chǎng)的距離與頻率以及陣列的長(zhǎng)度是成正比的。下面是這個(gè)公式表示的是直線型陣列，但也可以用于計(jì)算帶有弧度的陣列到遠(yuǎn)場(chǎng)位置的距離：DF=fl2/700其中：DF表示到遠(yuǎn)場(chǎng)的距離（單位：米）f表示頻率（單位：Hz）l表示線陣列揚(yáng)聲器的長(zhǎng)度（單位：米）另外一個(gè)需要考慮的因素是喇叭之間的交疊。在圖10中，注意這一串陣列之間的交疊。在底部的喇叭之間交疊部分很少，在某些頻率上，會(huì)使得只有個(gè)別喇叭發(fā)聲。圖10曲線銳利的陣列每個(gè)喇叭的邊緣在高頻覆蓋上就可能碰到這些問題，但是，因?yàn)榍€本身會(huì)有保護(hù)所以這些問題并不會(huì)一起出現(xiàn)。同時(shí)，直線型和高曲度型陣列在頻響的平衡中會(huì)有相當(dāng)多的不同點(diǎn)。這種情況下一般的解決方法是把底部喇叭分開進(jìn)行處理，但必須非常小心。喇叭與喇叭之間是逐漸變化的，但是趨向是用同樣的處理使所有的喇叭達(dá)到同樣的工作狀態(tài)?？諝庖彩且环N因素，空氣對(duì)高頻的吸收會(huì)減輕遠(yuǎn)場(chǎng)用喇叭和近場(chǎng)用喇叭在高頻平衡上的一些不同之處。顯然，有許多能直接使覆蓋均勻并相干的因素，和頻譜的平衡——遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)中都要平衡——所以所有環(huán)節(jié)都要仔細(xì)的進(jìn)行考慮。衰減VS.距離圖11比較了直線型陣列和弓形陣列載4kHz處的頻響。直線陣列長(zhǎng)5米，弓形陣列采用45度、半徑

8米的弓形，總長(zhǎng)也是5米。我們看到直線型陣列在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)距離每增大一倍電平衰減6dB，而在之前距離每增大一倍電平衰減3dB的區(qū)域產(chǎn)生了柱狀濾波效應(yīng)。圖11另一方面，弓形陣列極少產(chǎn)生梳狀濾波效應(yīng)，它的轉(zhuǎn)折也更加柔和。我們?cè)賮砜磮D12，這里比較了三種不同的陣列（分別由兩個(gè)喇叭、四個(gè)喇叭和八個(gè)喇叭所組成），陣列內(nèi)喇叭的張角保持一致（7.5度）。因此，這三個(gè)陣列的角度分別為15度、30度和60度。注意比較三種陣列中距離變化所對(duì)應(yīng)的衰減量。在40米遠(yuǎn)的測(cè)量點(diǎn)，弓形陣列在每倍距離衰減3dB到每倍距離衰減6dB之間的轉(zhuǎn)折是非常連貫的。圖12線陣列的校正最基本的理解來看，“校正”線陣列揚(yáng)聲器就是指運(yùn)用物理或電子的方法，形成或調(diào)整一個(gè)陣列的有效覆蓋區(qū)以使其滿足特定的聽音需求。有好幾種方法可以校正線陣列：1、 分散校正是用來調(diào)節(jié)各喇叭之間的張角2、 放大校正是用來調(diào)節(jié)喇叭的電平3、 有效的延時(shí)校正可以改變線陣列的虛擬形狀所有這些方法在使用時(shí)都有所限制。多元補(bǔ)償（也就是在每個(gè)喇叭上用不同的補(bǔ)償）同樣也是一種放大校正的形式，不過卻是基于頻率的方法。分散校正大概是最可靠的校正方法。一般來說，直接指向聽音者的喇叭不用嘗試電子方式控制輸出，導(dǎo)致了最好主觀聽覺感受一一除了諸如溫度梯度和相對(duì)濕度等環(huán)境因素造成的小小的影響，這些因素可能對(duì)高頻產(chǎn)生很大的影響。延時(shí)校正可以很好地調(diào)整被單個(gè)喇叭的垂直覆蓋范圍所限制的頻率段。想象一下你要進(jìn)行延時(shí)校正的陣列中的喇叭的最大垂直覆蓋角為40度。另外，你還想把這個(gè)喇叭