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線陣列音箱知識(shí)一二三
以往為了解決大場(chǎng)地(如大型體育館、體育場(chǎng)和廣場(chǎng))擴(kuò)聲的需要，常采用幾十只或上百只音箱組成大型的“音箱陣”或“音墻”，來(lái)滿足場(chǎng)地?cái)U(kuò)聲聲壓級(jí)和聲場(chǎng)覆蓋的要求。這種方式沿用了許多年，直至今天仍有使用。只是隨著時(shí)間的延續(xù)，組陣的單元音箱在不斷地進(jìn)步與更替。后來(lái)人們逐漸發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的組陣方式雖然在總體上可以滿足大場(chǎng)地?cái)U(kuò)聲的需要，但是有兩個(gè)突出的問(wèn)題暴露出來(lái)：一是大型組陣現(xiàn)場(chǎng)搭建繁雜，使用不便;二是擴(kuò)聲聲場(chǎng)存在明顯的聲干涉現(xiàn)象。顯然這些問(wèn)題的存在對(duì)某些使用場(chǎng)合，特別是對(duì)重放音質(zhì)要求高的場(chǎng)所將不能滿足使用要求。
1. 線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的提出
為了能解決這些問(wèn)題，近十幾年來(lái)，聲學(xué)家和揚(yáng)聲器廠商又開始“重溫”美國(guó)著名聲學(xué)家H.F奧爾森(Olson)在1957年出版的《聲學(xué)工程》(AcousticalEngineering) -書中關(guān)干線陣列的論述，即“線陣列系統(tǒng)具有良好的垂直指向性覆蓋和遠(yuǎn)距離聲輻射的特點(diǎn)”。但是如何能完成寬音域聲音的重放?只有伴隨揚(yáng)聲器新技術(shù)、新的設(shè)計(jì)與加工工藝的進(jìn)步才能得以實(shí)現(xiàn)。法國(guó)L-ACOUSTICS公司于1993年首先推出了V-DOSC系統(tǒng)。在隨后的幾年里，一些國(guó)際著名的揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠商也陸續(xù)推出了各自品牌的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)。自2002年起。一些國(guó)內(nèi)揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠商也相繼研發(fā)出自己的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
2. 什么是線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以把線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)看成是一個(gè)“大型的全頻揚(yáng)聲器”。它是借助線陣列( Line Array)的基本理論，在一定條件下予以近似而開發(fā)出的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。需要注意的是，不能簡(jiǎn)單地把“線陣列”等同于實(shí)際的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)。 線陣列基本上是由一組排列戍直線、間隔緊密的輻射單元構(gòu)成。這些輻射單元的聲輻射應(yīng)具有相同的振幅和相位。
2.1 形成線陣列的基本條件
線陣列要實(shí)現(xiàn)一個(gè)近似理想的“線聲源”或“連續(xù)帶狀聲源”其基本點(diǎn)是：
�、訇嚵械拿總�(gè)聲輻射器以一個(gè)同相位平面形波陣面工作;
�、陉嚵械穆曒椛淦鞯穆曋行闹g的間距應(yīng)小于最高輻射頻率波長(zhǎng)的一半。
2.2 從線陣列理論出發(fā)，實(shí)際的線陣列系統(tǒng)只是低中頻的線陣列
隨著頻率的增高(即波長(zhǎng)的減小)需要輻射器的尺寸更小、間距更緊密來(lái)保持系統(tǒng)的指向性(即必須滿足上述“聲中心之間的間距應(yīng)小于最高輻射頻率波長(zhǎng)的一半”的條件)。因而實(shí)際的辦法是，高頻部分采用高指向性的帶有“波導(dǎo)號(hào)角”的驅(qū)動(dòng)器來(lái)配合中低頻單元。這樣一種“組合方式”可以在寬頻帶內(nèi)恒定地保持窄的垂直指向性。
2.3 線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)與傳統(tǒng)組陣系統(tǒng)的主要區(qū)別
傳統(tǒng)組陣的單元音箱是通用型產(chǎn)品，它既可以用于組陣也可以單獨(dú)使用。而線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的單元音箱是根據(jù)線陣列的要求專門研發(fā)的單元產(chǎn)品，不能單獨(dú)使用。這是兩者在功能上的區(qū)別。如果就擴(kuò)聲聲場(chǎng)而言，傳統(tǒng)組陣雖然在物理尺度上能夠很好地組合在一起，但是系統(tǒng)的聲輻射圖形(如指向性、頻率特性)是很難控制的。因而會(huì)造成觀眾區(qū)聲場(chǎng)不均勻，恃別是擴(kuò)聲聲場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)明顯的聲干涉。這些會(huì)給擴(kuò)聲質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面效果，或者說(shuō)這是傳統(tǒng)組陣在擴(kuò)聲應(yīng)用中最“致命”的缺陷。線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)保持了傳統(tǒng)組陣可提供大聲壓級(jí)和遠(yuǎn)距離供聲的特點(diǎn)，而聲輻射圖形容易控制。它的水平覆蓋取決于單元音箱，垂直覆蓋(或角度)是由單元音箱的數(shù)量和音箱間吊掛的角度來(lái)確定的。線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)具有良好的指向特性，供聲聲場(chǎng)均勻，聲場(chǎng)的聲干涉也小，因而有利于提高擴(kuò)聲質(zhì)量。此外，各種品牌的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)都能提供各自專門的吊掛機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝吊掛非常方便，這也是傳統(tǒng)組陣所欠缺的。
3. 關(guān)于線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)在近區(qū)與遠(yuǎn)區(qū)的聲場(chǎng)覆蓋
通常的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)上方大部分呈直線排列，提供較遠(yuǎn)聽眾區(qū)域的供聲。陣列下方向內(nèi)略彎曲呈“J“字形，對(duì)較近聽眾區(qū)實(shí)現(xiàn)較寬展角的聲場(chǎng)覆蓋。
線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)距離供聲具有明顯的優(yōu)越性，因?yàn)閷?duì)于遠(yuǎn)區(qū)而言，所有的陣列輻射單元作為一個(gè)體共同起作用，陣列輻射單元(或箱體單元)的數(shù)量每增加一倍，聲壓級(jí)相應(yīng)增加6 dB。
理論上，一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的陣列才能形成圓柱形波陣面(即柱面波)，對(duì)于通常僅有幾米長(zhǎng)的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的聲輻射不可能形成完整的、理想的柱面波。實(shí)際的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)，也會(huì)表現(xiàn)出近場(chǎng)聲壓級(jí)衰減3 dB的區(qū)域。這是因?yàn)�，線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)依照線陣列的基本理論在一定條件下的“近似性”所帶來(lái)的結(jié)果。
線陣列對(duì)于近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)聲輻射的聲衰減是不一樣的，當(dāng)離開聲源的距離以倍增時(shí)，近場(chǎng)的聲壓衰減為3 dB;而遠(yuǎn)場(chǎng)聲波呈球面波輻射，此時(shí)每增加一倍距離聲壓衰減為6 dB。在遠(yuǎn)近場(chǎng)的交匯點(diǎn)，距陣列的距離我們暫且稱作“交匯距離”(D)，它是線陣列長(zhǎng)度和信號(hào)頻率的圈數(shù)。可以用下面的關(guān)系式來(lái)表示： D= L2×f/2×340 (式中，L為線陣列的總長(zhǎng)度，f是信號(hào)頻率，340是聲波在空氣中的平均傳播速度(m/s)為常數(shù)項(xiàng)。)
對(duì)于線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)聲波輻射的衰變過(guò)程，不能簡(jiǎn)單地“套用”上面的公式進(jìn)行計(jì)算。正如南京大學(xué)聲學(xué)研究所趙其昌教授在《線陣列的柱面波及其發(fā)散》-文中對(duì)柱面波發(fā)散的問(wèn)題進(jìn)行了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并指出了應(yīng)用計(jì)算公式的適用條件：上面的計(jì)算式“只是對(duì)柱面波源適用”;“計(jì)算公式，對(duì)線陣列的認(rèn)識(shí)和使用或許有參考價(jià)值”。所以，不能籠統(tǒng)地說(shuō)，“線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)供聲的優(yōu)越性就在于，當(dāng)離開聲源之距離以倍增時(shí)聲壓的衰減為3 dB……”。在線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的應(yīng)用中要全面理解線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的基本特性，即它能提供高聲壓輸出、輻射距離遠(yuǎn)、指向性可控，以及覆蓋的聲場(chǎng)較均勻等。
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