不要誤導(dǎo)線陣列揚聲器系統(tǒng)的應(yīng)用

1、不要誤導(dǎo)線陣列揚聲器系統(tǒng)的應(yīng)用信息產(chǎn)業(yè)部電視電聲研究所 教授級高級工程師 王福津摘要本文針對近一段時間以來,線陣列揚聲器系統(tǒng)在應(yīng)用方面所出現(xiàn)的一些誤導(dǎo)的現(xiàn)象,應(yīng)如何正確理解和把握其中的一些基本問題在此作了簡要地討論。關(guān)鍵詞線陣列、線聲源、圓柱形波陣面、聲場控制、聲干涉、梳狀濾波。自 二十世紀九十年代以來,揚聲器產(chǎn)品大家族中又增加了一個新的成員線陣列揚聲器系統(tǒng)。在使用中如果配置適當(dāng)，線陣列揚聲器系統(tǒng)在寬帶范圍內(nèi)可以提供一個 平滑的水平覆蓋,以及一個“可控”的并具有很強的垂直指向特性。同時它可提供高聲壓級，適合于大場地遠距離供聲。特別是線陣列揚聲器系統(tǒng)在現(xiàn)場安裝、吊掛 方便，這些顯而易見的優(yōu)異性能

2、在現(xiàn)代的大型流動演出中深受使用者的喜愛。然而也要看到近一段時間以來,線陣列揚聲器系統(tǒng)在應(yīng)用方面,出現(xiàn)了一些誤導(dǎo)的現(xiàn) 象。主要表現(xiàn)為：1.有些揚聲器制造廠商在推介自身產(chǎn)品的特點時不夠嚴謹，使人感到有商業(yè)性之嫌；2.有的演出單位在刊物上介紹體育場、 廣場使用線陣列揚聲器系統(tǒng)的體會時,有的論據(jù)不夠準確,例如“線陣列揚聲器系統(tǒng)的傳輸特性與常規(guī)的系統(tǒng)不同,它的自由行程距離每增加一倍聲音只衰減 3dB。在200 米處的遠場擴聲聲壓級比常規(guī)揚聲器系統(tǒng)會高出20dB 以上-”。3.有些工程公司在一些劇院項目中,給業(yè)主方擬制的擴聲系統(tǒng)方案中推介使用了線陣列揚聲器系統(tǒng)，如果在建筑、室內(nèi)裝修等方面條件允許的情況下或

3、許是一個不錯的方案。問題是僅以使用了線陣列揚聲器系統(tǒng)，就稱之為“代表了系統(tǒng)的先進性”的提法值得商榷。至 于有些文章在介紹線陣列揚聲器系統(tǒng)時,過于“理想化”或更多的闡述理論上推演的結(jié)果,并未有針對性的指出推演結(jié)果的近似條件和實際使用中的近似性,容易使 一些讀者誤把“理想的線陣列”與“實際的線陣列揚聲器系統(tǒng)”相等同。需要指出的是，線陣列在理論上推演出的結(jié)果與線陣列揚聲器系統(tǒng)的特性之間在實際應(yīng)用中 會有較大的距離，但是理論上的闡述和推演出的結(jié)論，對于我們正確理解、認識和把握線陣列揚聲器系統(tǒng)的應(yīng)用是有幫助的。一.線陣列揚聲器系統(tǒng)的提出以 往為了解決大場地，如大型體育館、體育場和廣場擴聲的需要，常采用幾

4、十只或上百只音箱組成大型的“音箱陣”或“音墻”來滿足場地擴聲聲壓級和聲場覆蓋的要 求。這種方式延用了許多年直至今天還有使用，隨著時間的延續(xù)組陣的單元音箱在不斷地進步與更替。后來人們逐漸發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的組陣方式雖然在總體上可以滿 足大場地擴聲的需要，但是有兩個最突出的問題顯露出來。一是大型組陣現(xiàn)場搭建繁雜使用不便；二是擴聲聲場存在有明顯的聲干涉。顯 然這些問題的存在對某些使用場合，特別是對重放音質(zhì)要求高的場所將不能滿足使用要求。為了能解決這些問題，近十幾年來聲學(xué)家和揚聲器廠商又開始“重溫” 美國著名聲學(xué)家H.F奧爾森(Olson)在1957 年出版的聲學(xué)工程(Acousticalngineeri

5、ng)一書中關(guān)于線陣列的論述,即“線陣列系統(tǒng)具有良好的垂直指向性覆蓋和遠距離聲輻射的特 點”。但是如何能完成寬音域聲音的重放?只有伴隨揚聲器新技術(shù)、新的設(shè)計與加工工藝的進步才能得以實現(xiàn)。法國L-ACOUSTICS 公司于1993 年首先推出了V-DOSC 系統(tǒng)，在隨后的幾年里國際上一些著名的揚聲器生產(chǎn)廠商也陸續(xù)推出了各自品牌的線陣列揚聲器系統(tǒng)，自2002 年國內(nèi)以銳豐音響公司為代表的一些國內(nèi)揚聲器生產(chǎn)廠商,也相繼研發(fā)出自己的線陣列揚聲器系統(tǒng)。二.什么是線陣列揚聲器系統(tǒng)簡 單來說,可以把線陣列揚聲器系統(tǒng)看成是一個“大型的全頻揚聲器”，它是借助線陣列（Line Array）的基本理論，在一定條件下

6、予以近似而開發(fā)出的揚聲器系統(tǒng)。需要注意的是,不能簡單地把“線陣列”等同于實際的線陣列揚聲器系統(tǒng)。線陣列基本上 是由一組排列成直線，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。1.形成線陣列的基本條件線陣列要實現(xiàn)一個近似理想的“線聲源”或“連續(xù)帶狀聲源”其基本點是:(1).陣列的每個聲輻射器以一個同相位平面形波陣面工作(2).陣列的聲輻射器它們的聲中心之間的間距應(yīng)小于最高輻射頻率波長的一半2. 從線陣列理論出發(fā),實際的線陣列系統(tǒng)只是低中頻的線陣列。隨著頻率的增高(即波長的減小)需要輻射器的尺寸更小,間距更緊密來保持系統(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

7、輻射頻率波長的一半”的條件)。因而實際的辦法是，高頻部分采用高指向性的帶有“波導(dǎo)號角”的驅(qū)動器來配合中低頻單 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。3.線陣列揚聲器系統(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，它即可以用于組陣也可以單獨使用。而線陣列揚聲器系統(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)品不能單獨使用，這是兩者在形式上的區(qū)別。如果就擴聲聲場而言，傳統(tǒng)組陣雖在物理尺度上能夠很好的組合在一起，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。因而會造成觀眾區(qū)聲場不均勻，特別是擴聲聲場會出現(xiàn)明顯 的聲干涉。這些會給擴聲質(zhì)量帶來負面效果，

8、或許說這是傳統(tǒng)組陣在擴聲應(yīng)用中最“致命”的缺陷。線陣列揚聲器系統(tǒng)保持了傳統(tǒng)組陣可提供大聲壓級和遠距離供聲 的特點，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確定的。線陣列揚聲器系統(tǒng)具有良 好的指向特性，供聲聲場均勻，聲場的聲干涉也小，因而有利于提高擴聲質(zhì)量。此外，各種品牌的線陣列揚聲器系統(tǒng)都能提供各自專門的吊掛機構(gòu)，系統(tǒng)現(xiàn)場安裝吊 掛非常方便，這也是傳統(tǒng)組陣所不能比的。三.關(guān)于線陣列揚聲器系統(tǒng)在近區(qū)與遠區(qū)的聲場覆蓋通常的線陣列揚聲器系統(tǒng)上方大部分呈直線排列,提供較遠聽眾區(qū)域的供聲。陣列下方向內(nèi)略彎曲呈J 字形，對較近聽眾區(qū)實現(xiàn)較寬

9、展角的聲場覆蓋。線陣列揚聲器系統(tǒng)對遠距離供聲具有明顯的優(yōu)越性，因為對于遠區(qū)所有的陣列輻射單元作為一個整體共同起作用，陣列輻射單元(或箱體單元)的數(shù)量每增加一倍,聲壓級相應(yīng)增加6dB。理 論上一個無限長的陣列才能形成圓柱形波陣面(即柱面波),對于通常僅有幾米長的線陣列揚聲器系統(tǒng)的聲輻射不可能形成完整的、理想的柱面波。實際的線陣列揚 聲器系統(tǒng)在一定范圍內(nèi),也會表現(xiàn)出有近場聲壓級衰減3dB 的區(qū)域,這是因為線陣列揚聲器系統(tǒng)依照線陣列的基本理論在一定條件下的“近似性”所帶來的結(jié)果。線陣列對于近場與遠場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,近場的聲壓衰減為3dB，而遠場聲波呈球面波輻射,

10、此時每增加一倍距離聲壓衰減為6dB。在遠近場的交匯點距陣列的距離我們暫 且稱做“交匯距離” D,它是線陣列長度和信號頻率的函數(shù)?？梢杂孟旅娴年P(guān)系式來表示：DL2 ×f/2×340（注按標(biāo)準公式應(yīng)該為D= L2×f/2×340 -可能是轉(zhuǎn)載時錯誤引起-廖喇叭）式中，L 為線陣列的總長度,f 是信號頻率,340 是聲波在空氣中的平均傳播速度(米/秒)為常數(shù)項。對于線陣列揚聲器系統(tǒng)聲波輻射的衰變過程,不能簡單地“套用”上面的公式進行計算。正如趙其昌先生在他 撰寫的文章“線陣列的柱面波及其發(fā)散”12一文中,對柱面波發(fā)散的問題進行了嚴格的數(shù)學(xué)推導(dǎo),并指出了應(yīng)用計算

11、公式的適用條件,上面的計算式“只是對 柱面波源適用”；“計算公式, 對線陣列的認識和使用或許有參考價值”。所以不能籠統(tǒng)地說，“線陣列揚聲器系統(tǒng)供聲的優(yōu)越性就在于，當(dāng)離開聲源之距離以倍增時聲壓的衰減為 3dB-”。在線陣列揚聲器系統(tǒng)的應(yīng)用中要全面理解線陣列揚聲器系統(tǒng)的基本特性，即它能提供高聲壓輸出、輻射距離遠、指向性可控以及覆蓋的聲場 較均勻等。四.線陣列揚聲器系統(tǒng)均衡的必要性從前面的計算式可以看出，線陣列要擴大近場的范圍就必需增大陣列的長度。一般來說，高頻信號 會比低頻信號傳播的更遠。這是根據(jù)計算式計算出的理想數(shù)據(jù)，實際情況是，由于大氣中的聲吸收會帶來信號傳播過程高頻衰減的更快，因而高頻不可能

12、“永恒”維 持在每增加一倍距離聲壓衰減3dB 的數(shù)值上，有可能是衰減6dB 或更多。依照線陣列的理論,美國Meyer Sound 公司曾經(jīng)用計算機做過如下的計算,以貝賽爾函數(shù)模擬一組由100 個口徑為一英寸的揚聲器,其間隔距離也是一英寸組成的線陣列,該陣列從125Hz16kHz 的聲輻射在空氣中傳播聲壓衰減的數(shù)值(dB)隨距離變化,見下表:頻率/距離 2m 4m 8m 16m 32m 64m 128m 256m125Hz 0 5.5 11 17 23 29 35 41250Hz 0 5 11 17 23 29 35 41500Hz 0 2.3 7.2 13 19 25 31 37計入空氣吸收

13、381kHz 0 1.3 3.2 8.2 14 20 26 32計入空氣吸收 15 21 28 352kHz 0 3 5.2 7 12 18 24 30計入空氣吸收 8 13 21 29 414KHz 0 2.7 6.3 9 11 16 21 27計入空氣吸收 3.1 7.1 11 14 23 35 598kHz 0 2.8 5 8.6 11 13 18 24計入空氣吸收 3.5 6 12 17 25 42 7216kHz 0 3.1 6.6 8.2 12 14 16 21計入空氣吸收 4.1 8.6 12 20 33 49 88以3dB 倍數(shù)增加 0 3 6 9 12 15 18 21以6d

14、B 倍數(shù)增加 0 6 12 18 24 30 36 42該表是參照美國ANSI 標(biāo)準，采用環(huán)境溫度為200C，相對濕度是11條件下計算的結(jié)果。從表中可以看出:1 在不計入空氣吸收的情況下,250Hz 以下的低頻段距離每增加一倍,聲壓衰減6dB。2kHz以上的高頻段在一定距離內(nèi)，距離每增加一倍,聲壓衰減3dB，頻率越高延伸的距離越遠；2 當(dāng)計入空氣吸收的情況下, 2kHz 以上的高頻段不再滿足距離每增加一倍,聲壓衰減3dB而更接近衰減6dB，頻率越高衰減得越快延伸的距離也越近。同樣線陣列揚聲器系統(tǒng)的聲輻射也會有類似的情況，為了補償在較遠距離高頻因空氣吸收所帶來的過快衰減，對線陣列揚聲器系統(tǒng)進行均

15、衡是必要的。為此，各揚聲器廠商在自己的線陣列揚聲器系統(tǒng)中，大都配有專門的信號處理器，依據(jù)不同的使用需要對高頻進行均衡。五.線陣列揚聲器系統(tǒng)是揚聲器產(chǎn)品大家族中的一員綜 上所述,線陣列揚聲器系統(tǒng)所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能,使它在室內(nèi)外擴聲中得了廣泛的使用，特別是大型場地的流動擴聲。但是我們也應(yīng)該看到線陣列揚聲器系統(tǒng)仍是揚 聲器產(chǎn)品大家族中的一員。換句話說，它不可能完全取代常規(guī)揚聲器系統(tǒng)，應(yīng)該說線陣列揚聲器系統(tǒng)更適合于能充分發(fā)揮它的“特長”的場合。1.許多揚聲器廠商在推出大型線陣列揚聲器系統(tǒng)之后,也陸續(xù)開發(fā)出中小型線陣列揚聲器系統(tǒng)并且在一些劇院的擴聲中取得了成功。然而不能因此得出這樣的結(jié)論：“線陣列揚聲器

16、系統(tǒng)重放的聲音會比常規(guī)系統(tǒng)更好”；更不能籠統(tǒng)地說“線陣列揚聲器系統(tǒng)是揚聲器中最先進的產(chǎn)品”等等。2.線陣列揚聲器系統(tǒng)同樣存在有擴聲聲場的聲干涉。如前所述, 線陣列揚聲器系統(tǒng)與傳統(tǒng)的大型揚聲器系統(tǒng)組陣相比,會明顯 地減少擴聲聲場的聲干涉,有利于音質(zhì)的改善，但它同樣存在有聲干涉的問題。特別是在一些大型場地需要多組陣列同時工作的情況下，陣列間如果處理的不好擴聲 聲場的聲干涉會很嚴重。此外，為了解決近區(qū)的覆蓋，通常將線陣列揚聲器系統(tǒng)的下部彎曲呈J 形。近區(qū)陣列中的各單元會形成干涉產(chǎn)生梳狀濾波；陣列彎曲后影響了它的指向特性，而且對不同頻段的影響也各不相同，反映在不同觀眾區(qū)域會有不同的音質(zhì)效 果。所以有人

17、提出在陣列的彎曲部分可以用常規(guī)音箱代替以覆蓋近區(qū)，這不失為一種好辦法。3.國內(nèi)外不同品牌線陣列揚聲器系統(tǒng)的性能和實際 擴聲效果存在有較大的差異，鑒別這些產(chǎn)品最好的方法是在典型的場地親自去感受它的聲音效果。在有條件時也可以帶上測試儀器做些現(xiàn)場測量，主要有：陣列的指 向性控制，陣列聲輻射的衰變過程（或聲場的均勻性）以及不同區(qū)域的梳狀濾波情況等。主要參考文獻：1馬大猷、沈壕 著 聲學(xué)手冊修訂版 2004 年 <科學(xué)出版社>2H.F 奧爾森 著. 聲學(xué)工程 1964 年 <科學(xué)出版社> (中譯本).3王福津. “淺述減少擴聲聲場的聲干涉及線性陣在擴中的應(yīng)用”“電聲技術(shù)”2003 年2 期.4. 曾山、楊華 編譯. “關(guān)于線陣列的問答” “電聲技術(shù)”2002 年 4 期5. 曾山 編譯. “MEYER SOUND M3D 線陣列音箱” “電聲技術(shù)”2002 年 5 期.6. 項鈺、錢祥 編譯. “JBL Ver Tec 新一代線陣列系統(tǒng)”