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什么是真正的線陣列揚聲器?
更新時間:2019-10-26 10:16:54 編輯:溫情 文章來源:音響網 調整文字大小:【
[導讀] 簡介:早期采用線性陣列概念的音箱,例如1967年的Shure Vocal Master系統,采用了VA300-S揚聲器柱,據其用戶手冊描述,是一種“具有高指向性,寬水平覆蓋范圍和具備線性輻射特性”的揚聲器。而在那個年代,這種技術基本局 ...

 

早期采用線性陣列概念的音箱,例如1967年的Shure Vocal Master系統,采用了VA300-S揚聲器柱,據其用戶手冊描述,是一種“具有高指向性,寬水平覆蓋范圍和具備線性輻射特性”的揚聲器。而在那個年代,這種技術基本局限于公共廣播系統的應用,在最初并沒有應用于大型擴聲場合。隨著各方面條件的日趨成熟,線性陣列技術才在過去幾十年的大型戶外演出中逐步流行起來,而如何實現聽音區域內的均勻覆蓋是一個相當大的挑戰。 簡單的來講,線陣列是具有相同頻率及相位響應且彼此于垂直方向緊湊安裝的一系列揚聲器。

線陣列的關鍵在于,揚聲器在被配置為稍微有所不同的垂直角度時,它們能夠比單個PA揚聲器更加一致地覆蓋更大的場地。 最終結果是無論他們是在后排,中間或場地的前面,觀眾都會聽到類似的聲音, 這樣場地中的絕大多數人都可以獲得更好的體驗。 如果你在較大的空間工作,需要相當高的SPL(聲壓級)和清晰度,那么這是一個你應該考慮的選擇。

線性陣列音箱是如何工作的?
線陣列如何工作可以是一個相當深入的討論。 在這里,我們將不會過于詳盡的解釋整個理論的細節。下面,筆者將用簡單的語言和數學計算,讓大家首先了解典型的揚聲器發出的聲音是如何隨著距離的增大而分散傳播的。

反平方定律
聲學中反平方定律的內容即:在自由場內,每當聽音者離特定強度的聲源的距離加倍(意味著沒有最終邊界)時,聽音位置的SPL會下降6dB。 這是我們通常情況下使用的揚聲器的表現,雖然實際和理論會有很多細微差別。

 

點聲源



 

反平方定律的前提是假設揚聲器能夠全向輻射。 而對于實體揚聲器來說,這種情況很少見,除非揚聲器發出很低的頻率(這也是我們為什么一直強調低音或者超低音沒有指向性的原因)。 然而,隨著聲音傳播距離的增加,即使典型的定向揚聲器(例如具有90°水平覆蓋角和90°垂直覆蓋角的號筒揚聲器)也會遵從于反平方定律而像理論上的點聲源一樣進行聲音的擴散(即全向輻射)。

 

線聲源

線性陣列音箱的聲壓覆蓋則靠近所謂的線聲源理論,每當聽音距離加倍時,電平不會下降6dB。 從理論上來講,它只會下降3dB,但在實際應用中,結果并沒有這樣理想。關于為什么會有這些差別,本文不作詳細論述。但即便如此,相對于點聲源揚聲器而言,線性陣列音箱在垂直覆蓋角度上有著得天獨厚的優勢。具有線性聲源輻射特點的揚聲器可以達到如下效果:您可以在大廳或戶外空間的后方區域感受到相對比較大的聲壓級,而為了做到這一點,你不需要像操作普通點聲源音箱一樣,特意加大其功率以致于讓前方離PA系統比較近的人聽到過于大的聲音。它的優勢在于聲音垂直擴散角度復雜多變的可控性。

 

如何實現線性聲源輻射

相位抵消

相位抵消通常是在音響系統中需要工程師們嘗試去避免的事情之一,但它對線陣揚聲器在一起工作時能夠提供具有較窄的垂直覆蓋角度起著中心作用。 即使使用了高級別的揚聲器箱體設計來塑造垂直方向的覆蓋,在線陣列中的揚聲器之間仍然有很多實際上的重疊。換句話說,線陣列揚聲器的垂直覆蓋角度并非是單只喇叭就可以形成的,它是多只揚聲器在出口處形成有效干涉的結果。 然而,現實狀況中,每個線陣列揚聲器與觀眾之間的距離會稍有不同,這樣就會引起小程度的相位抵消。當然,你也可以通過引入電子延時的手段,對線陣列音箱的垂直覆蓋角度進行人工干預,并進行細微調整(EAW Anya和Anna系統則應用了此項技術)。

 

線陣列系統使用的注意事項

雖然應用相位抵消可以形成揚聲器在線陣列中的垂直覆蓋角度收窄的效果,但是它們的水平覆蓋角度是不受影響的。 因此,現實中的線陣列中的單個揚聲器可以有90°水平覆蓋角,而僅以20°(例如)或者更小的角度進行垂直覆蓋。 此外,即使相位抵消可以實現線源分布并且顯著地改善長距離覆蓋,但是隨著距離增加,線陣列也會開始呈現點源特性,并屈服于反平方定律距離每增大一倍衰減6dB的規律 。

 

線陣列具有近似線源函數的能力,但也有一些局限性和需要注意的事項。 首先,陣列總體從上到下的長度確定了具有線聲源覆蓋特性的最低頻率。 這是因為隨著波長變長,在收聽位置處,聲音從不同揚聲器單元到達聽音者位置的相對應時間之間的差距必須更大才能得以以實現線性聲源的效果。 這樣便需要一個更大的陣列長度。 在頻譜的另一端,波長變得如此短以至于驅動器太大而不能足夠靠近地放置在一起,因此相對相位差變得太大以致不能實現線源功能。 在這些情況下,各大廠家都會使用波導結構用于實現從點聲源向線聲源功能的轉換。雖說所有的波導結構都是為了實現同樣的目的,但是每個廠家幾乎都使用了不同的結構,并且都有自己的專利用于保護自己的知識產權。這也是一個廠家在研發線性陣列音箱的過程中,難度最大的一個環節。

額外的獲益
線陣列在聲學上具有挑戰性的空間中非常有用,因為您可以控制它們的垂直擴散并減少聲音的反射。 想辦法讓聲音的覆蓋區域離開天花板和地板是一個很好的開端,然后選擇具有特定水平覆蓋角度的揚聲器,這將幫助你保持多余的聲音遠離側面墻壁,從而得到更好的室內擴聲清晰度。

 

線陣列的形態

因為每個揚聲器的垂直輻射非常窄,所以可以有效地將聽音空間分成從前到后的多個部分,前部僅由少量揚聲器覆蓋,而更多的揚聲器可以覆蓋后部。 依據這個想法,形成了非常流行的J形排布的線陣列,這在音樂廳和戶外場所中經常出現。

 

根據實際情況設計線陣列安裝參數

線陣列確切的安裝形狀將根據需要覆蓋的區域的布局和尺寸而變化。一般情況下,前排的覆蓋因為距離近的緣故只需要少量的幾只就可以滿足聲壓要求,但是因為考慮到均勻覆蓋的因素線陣列之間的安裝角度也需要設計的比較大。而中后方因為距離比較遠的原因,則需要更多數量的音箱集中角度安裝,這樣才可以達到遠距離覆蓋的效果。剛才大致概括描述的這種做法,有助于提高整體覆蓋的一致性。 近些年也發展出了用戶可以通過調節傳送到每個揚聲器箱的功率來進行細微的能量分布調整的辦法——這種技術通常被稱為功率漸層。

 

線陣列的挑戰和局限性

雖然線陣列可以幫助解決某些空間的問題,但它們有復雜的限制。 除了需要足夠的長度以控制較低頻率的覆蓋角度這一挑戰之外,線陣列有時可能會遭受到奇怪的異常,例如某些頻率可能在陣列正上方和下方的區域形成波瓣。而如果這種情況恰巧發生在一個不良的聲學空間,則可能會帶來很嚴重的后果。例如你的聲樂話筒放置在線陣列下方,你可能會遇到反饋問題。

 

線陣列設置

線陣列要能很好的發揮其作用,需要經過嚴格的機械安裝設計,并設置正確的電子分頻及校正程序。 由于涉及復雜的相互作用,這一切顯得都很重要:每個箱體的確切安裝角度,確切的吊掛點和吊掛高度,以及每只箱體單獨的驅動程序和延時、相位、增益甚至高低通濾波器設置都必須精確以實現最佳性能。好在現有的大品牌生產廠家大都有針對自己產品的依據虛擬空間進行聲音覆蓋模擬的軟件。而EASE Focus也讓沒有獨立軟件開發能力的公司有了一個針對自己產品的低成本的擬算方案。

 

聲音質量

即使在最好的情況下,線陣列也不可能與高質量的單驅動器揚聲器或者單只的兩分頻或者三分頻驅動揚聲器所發出的聲音的純度相媲美。這也是為什么它們在較小空間中不大可能出現的一個原因。小場合的擴音,能夠發聲的音箱數量如果能做到較少會更加合適。 當然,成本和空間也是考慮因素。

 

微型線陣列

雖然線陣列技術最常見于專業的大型室內外擴聲應用,但有許多公司,如Bose,Fishman,Turbosound等,提供小型的個人PA系統,使用小型揚聲器的微型陣列(通常為2"-4"的尺寸)以產生相同的線源覆蓋效應。 正確的使用這些系統,可以讓它們在小型場地提供良好的覆蓋。

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