线性阵列扬声器系统综述

xiaotuzi

扬声器系统的技术和制造，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。2001年11月在广州奥林匹克体育中心的开幕式上就采用了Apogee的线性阵列扬声器系统。这个有80000座位的体育场，据说采用了4组共30只ALA9音箱。覆盖整个运动场，效果满意。

近年来，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：L—a．coustics V-DOSC／dv-DOSC， JBLVerTec，Meyersound M3D， Duran Audio intelliVox， EAWKF760，Sound Z—Line，Apogee ALA， Adamson Y—XIC， EV X—Line，StageaccompanyNewton，NexoGeo，McCauley Sound MLA5，LLW Insider 665，Martin Audio W8L。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，宣扬本公司的卖点。这就自然引起国内同行的兴趣和关注。不断人提出问题，但目前国内刊物中资料很少，有必要讨论。

1. 什么是线性阵列(Line Array)

线性阵列是一组排列成直线、间隔紧密的辐射单元，并具有相同的振幅与相位。

                               
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图1

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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今天才有的，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。目前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，马投人使用。

2. 线性阵列的原理

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、清晰的声音。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。

直线声源的指向性图如图2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，指向图愈尖锐。

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。

3 线性阵列的优点与不足

线性阵列扩声系统的优点是明显的。

(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。

                               
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图2

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(2)线性阵列扩声音箱的改进更符合技术、工艺、安装的要求00。

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尖锐。到达一定频率，如2kHz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。

(3)线性阵列无法忽视相互的干涉，线性阵列本身并没有改善音质。

4 线性阵列的相互干涉  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。

                               
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图3

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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MarkR。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。

5 结束语

笔者只是对线性阵列粗浅的、初步探讨。由于手头没有MAPP软件，又不具备JBL那种实验条件和手段。纸上得来终觉浅，加上时间、精力等有限，还有许多想做的题目，条件不成熟，只好暂时到此为止。

绝代摔跤

楼猪V5啊