线阵列扬声器技术详解

xycad

※ 线阵技术概念－1   
一般人所认为的线性阵列，就是声透镜模块垂直阵列。
线性阵列最容易迷惑人，因为很多人不知道如何区分，要想鉴别，主要有两个方法：
第一， 高音垂直控制角度不能大于1度，否则85米以后必然产生干涉，同时必须说明是用什么方式控制的角度，否则一定只能是准线性阵列。
第二，在150米以后，能否清晰听出10KHZ以上的高频，往往多数人不会有机会在150米以外试听线性阵列，因此，很多品牌，都可以通过近听效果来迷惑别人。
扩声的趋势已经是既增加音乐会中实际的SPL（声压级），又增加所覆盖的听从范围，这就不可避免地导致扬声器数量的增加。常规的号筒负载扬声器通常以每个音箱的水平覆盖角度来决定组合成扇形阵列，以减少导致相互抵消干涉的重叠覆盖区域，在这样的排列下，在同一个方向上只能用一个音箱来提供清晰度高的声音。为了达到最远的距离和更高的SPL（声压级）而采取的“使阵列平直”的设计，导致在不可控制的方向上的严重干涉。影响声音的质量，分析力，覆盖范围，即使按说明书排列（总是“最佳”的折中，因为单独号筒的极坐标响应随频率而变），音箱之间辐射的声波仍不能有条理地耦合，因此传统系统方案从根本上是有缺陷的，更麻烦的是由连贯性声源产生的混乱声场，浪费了声能，所以为了要达到与一个单独的清晰的声透镜垂直阵列相同的声压级，传统阵列就需要比这个声透镜垂直阵列所用音箱多几倍的数量和更大的功率，即使这样音量够大但不等于声音质量够好。
为了说明这个原理，想想我们向水中扔石子时会发生什么，如果我们向水中扔一块石子，就会从石子入水的地方扩展开圆形的波纹，如果我们向水中仍一把石子，我们会看到什么是所谓混乱的波场。
如果我们向水中扔一块与那把石子一样大小和重量的大石头，我们就会看到跟扔一块小石子一样的圆波纹，不同的是其振幅非常大。如果把那把单独的石子全部粘到一起，则其效果和大石子是一样的。这说明了我们的想法，如果我们能用一些可分别运输和操作的单独的扬声器，创建一个单个的声源，那么我们就达到了我们的目标，即可以提供一个总体上连贯的、可预测的声场。所以我们通过此项研究和开发，研制出完全模块化，并可调整的单一声源为特性的声透镜垂直阵列，它的意义和价值是显而易见的。
传统的大品牌音箱厂，为了证明自己的技术实力纷纷开发出自己的线性阵列，还有一些高档品牌，为了脸面，也要有线性阵列，但是声透镜垂直阵列的核心技术不是头脑一热就能做到的。根据1933年的理论，线性阵列的核心技术就是高音6K以上的耦合技术，这是世界难题，因为只有把高音的声波控制在垂直投射角度为“0”度时，线性阵列才会成立，如果真的能做到的话，那这个厂家将成为世界音响行业的老大
   
       普通音箱可以组成阵列，但是音箱与音箱之间的声干涉较严重。线性阵列音箱经过与普通音箱不同的设计，使垂直辐射角度很小。组成阵列后音箱与音箱之间的声干涉较小。
   
线性阵列音箱小史
    线性阵列音箱以柱式音箱的形式存在以来已经有半个世纪了，除了美国Rudy Bozak的产品以外，其它产品大多仅仅是一种声音范围模式。它们通常是使用在一引起高回响空间，它们的狭窄垂直散射可以避免刺激这类空间的回响区域，可以提供一个较高的Q（狭窄散射模型），并以此来可以提高声音的清晰度。
    法国生产的L-Acoustics V-DOSC扬声器一直在欧洲和美国非常流行，它无疑是第一个向音乐会音响世界展示出阵列线音箱能够用较少的驱动器却可以达到更高的声音水平并能得到更平滑的频率响应的线性阵列音箱产品。当大家都认识到在一个给定的收听区域中；驱动器之间在水平面，且大多数情况下在垂直面都不会产生相消性干扰冲突时，竞赛就开始了。
    圆柱状波形
    一般来说，一个线性声源将会建立一个声压波阵面，在一个特定范围的波长（频率）下，这个波阵面呈松散的圆信状。它的形状正像一个蛋糕上的一部分，因为波阵面的表面区域仅在水平面上扩张，所以每当距离加倍时，其影响的范围也加倍，这等于说每当距离加倍，声压级水平将损失3dB。
    球状波形
    一个理想状态下的点声源，例如一个扬声器或者是一个非线性音箱簇会发射出一个球状波形而不是一个圆柱状波形。这种波形的波阵面在每个加们距离上其影响的范围为四倍水平，等于每当距离加倍，声压级水平将损失6dB。这就是通常说的反区间法则，这个法则适用于所有点声源发射的能量。因此说阵列线音箱的最大优势就是在给定数目扩音器的情况下，它的长距离传送水平会比非线性阵列音箱，或者点声源音箱系统强大很多。

干扰图形
    这是一个在离散模型，或者是一个阵列线音箱所球反弹现象下使用的术语。简单的说来就是当你将一些扬声器码放在一起时，由于单个驱动器在垂直平面的位置离轴而使得它们脱离相位，这样它们的垂直散射角度就会减小。码放的高度越高，垂直散射的角度就越小，同时轴线上的灵敏度会越高。在水平面上，一个多驱动器阵面会和一个单独驱动器有着同样的极性图形。有些人认为线性阵列音箱的水平图形会比音个驱动器的图形来的宽阔些，但他们错了，他们被由于多个驱动器较高的灵敏度而带来的声音更加响亮这个现象给迷惑了。总之，线性阵列音箱的极性图形和单个驱动器的图形是一致的。
线性阵列的长度
    除了将垂直覆盖角度变窄以外，线性阵列的长度也能够决定这个被狭窄处理后的散射之波长。阵列线越长，这种模式下所控制的频率（较波长为长）越低。
    临界距离
    对于在每个加倍距离将损失3dB声压级这个理论还有一个限制条件，那就是线性阵列音箱要处在一个距离足够远的位置，在这个点上线性阵列音箱才会表现为超过一个的点声源并且其声压级开始不按照反区间法则在每个加倍距离上损失6dB。这两个区间之间的距离就被称为线性阵列音箱的临界距离。临界距离之内的区间被称为Fresnel区间，而超出临界距离的区间则被称为Fraunbofer区间，它们是分别被L-Acoustics的Christian Heil 命名的。
    对于一个给定的线性阵列音箱长度，其临界距离和波长（频率）成反比。在止期的文章中我们曾经深入的研究过这个问题，较短的波长（高频）比较长的波长（低频）有着更加远的临界距离。从学术的角度来说，在一个比较远的距离上，相对与低频内容，一个阵列线音箱会保持更多的高频内容。然而，空气对高频内容的衰减作用会会抵消掉这种特性。
    铰接的阵列
    铰接是用来描绘可以变曲变形的阵列线的术语。现在大部分厂家提供的，非常流行的J-Array形状就是这种类型。到目前为止，DURAN aUDIO Intellivox 系统是唯一使用直线，头悬其方式而能够覆盖从非常近到远距离坐席的线性阵列音箱。（如果能和你的客户谈论铰接线性阵列音箱，寻么你的工资就该涨了，而且你的工作头衔也会将从“音响技术员”变成“音响工程师了”。）
    螺旋阵列
    这也是用来描述一种特别类型的变曲阵列线音箱的术语。螺旋阵列线说的是一种通过从一端到另一端采用不断啬 的环绕角度而成曲线的线性阵列音箱，它正象从头到脚采用通用的J-Array曲线的线性阵列音箱。
    螺旋线性阵列音箱的算法
    JBL的顾问Mark Ureda算术地定量了螺旋线性阵列音箱应该如何逐渐增加角度才能达到更好的工作效果。例如，在线性阵列音箱的顶端，音响间张开的角度为0度，顺着线性阵列音箱向下走，元素音箱的张开角度渐变为1度，2度，3度，等。或者也可以按照2度增量来进行（如2度，4度6度等）。这些都是螺旋线性阵列音箱角度应该如何增加的算法。
凸角
    凸角的操纵
    操纵凸角是件很费力的事，凸角随着FOH控制者使用操纵杆来改变扬声器的覆盖面而变换着不同版本。凸角的操纵一般是通过在阵列线音箱中增加延时驱动器而实现。这只有在声源（驱动器）波长是给定的频率下的1/2以上时才强能实现，而且只在线性阵列轴线方向失效，如果用常见的9英寸直径现场演出用高频驱动器为例，这就意味着它们不可能在被靠得很近的摆放的情况下还能操纵任何高于750Hz的频率，但是，可以通过使用适当的孔径来模拟较小声源的一个长线来达到操纵较短波长的目的。
    侧凸角
    侧凸角是线性阵列音箱的产物。虽然它们被称为侧凸角，但是如果从一个现在普遍使用的，典型的阵列线音箱来看，其实它们是由阵列上下末端发出来的，它们的产生是由于音个元素音箱处于一个特殊的角度及一些阵列线主凸角离轴位置的波长造成的。侧凸角是有可能被消除的，但是从线性阵列音箱中消除侧凸角还有些限制并会带来一些其它后果。
    梯度侧凸角
   
    这是侧凸角的一个同义词。梯度描绘是这些凸角是如何在线性阵列方向形成角度和级差的。专业术语使用意见：尽量在技术讲解中使用梯度侧凸角而不要用侧凸角这个术语，否则有些死脑筋的人会和你纠缠不清。
    驱动器空间
    线性阵列音箱的另外一个基础参数是元素音箱个体之间的空间距离。炒了保持线性阵列音箱有很好的工作状态，可以接受的限度是声源点之间不能有超过给定频率波长的1/2。这意味这扬声器产生的较长波长可以在没有失真退化的情况下被远距离传送。但是由于15kHz波长的1/2只有半个英寸以下，高频驱动器不可能靠的那么近。一个生产厂家也因此认为线性阵列音箱不会真正在频率很高的状态下工作。然而，我却不同意这种说法，因为即便是一个非常短的波长，每加倍距离损失3dB声压级的法则仍然适用，而这个才是确定线性阵列音箱功效的主要因素。（个人意见）驱动器之间的距离超过波长的一半将会带来更大的梯度侧凸角。
对数驱动器空间安排
    Duran 的Intellivox系列阵列线音箱采用了对数驱动器空间安排技术。这个技术可以在短波长情况下为驱动器提供更稠密的空间，同时在长波情况下可以按照不断啬的对数增量安排驱动器并可以节省驱动器的用量。
    等相线孔径
    等相线孔径是我最近很喜欢的高科技术语。它指的是负载一些阵列线音箱高频区喇叭声的相位特性。一个出色的线性阵列音箱驱动器，特别是那些为非常短波长服务的驱动器是一个带子状的驱动器，正像SLS Loudspeakers 使用的那种。压缩驱动器就更加粗旷些而且比一个带子状驱磕头器的输出能力更高些，但是它们就没有在喇叭口上的线性相位信号了。
    NEED Image Caption Here
    理想的来讲，在驱动器喇叭口顶部和底部的信号最好能够与喇叭口中央出来的信号同时到达以模拟带子状驱动器的特性。因为喇叭口中央位置比顶部和底部更贴近于驱动器的振动膜，所以越靠近驱动器喇叭中央通道的信号就越一定要被延时处理以便能够和通道较长的喇叭顶部和底部信号同时到达。有两种方法能够解决这个问题。
    第一个方法是通过使用一个相位插件类型的设备使得越靠近中央位置的通道长度越长。这项技术曾被旧式JBL“slot tweeter"的超级高间扩音器所采用，Heil在V-DOSC系统中也使用它为波长在1000Hz以上的信号服务。其他线性阵列生产厂商也曾使用过类似设备。
    另外的一种方法是使用可变密度的塑料泡沫，越靠近喇叭中央位置的密度越大，这样通过密度高的塑料泡沫时信号的速度就会被降低。Electro-Voice和McCauley（美嘉声）使用这项技术为他们的线性阵列音箱提供一个等相线喇叭区域。
    也许用一个等相线设备的最有意思的技术是Adamson的专利技术中，高频孔径。它采用了增加通道长度的方法，并且还使用了方向叶片来防止过量的垂直方向散射。这种方法在他们的线性阵列音箱系统中被同时使用到高频和中频区域。中频能量通过两个分别置于高频退出狭槽两侧的中频区狭槽两侧的中频区狭槽，但是两个狭槽之间的相互衍射可能会成为一个非常棘手的问题。然而，Brock Adamson 却想出了一个特别的解决方案：将中频和高频的分频点进行搭接。这就可以为一个狭槽提供即时的压力面来阻止频率范围内的衍射干扰并消除因此而可能带来的问题。
频率渐缩
    “渐缩”这个术语也通常被称为“渐退”。他们之间从本质上讲是一致的。频率渐缩是线性阵列音箱能够有很好的效果所使用权的第一批手段之一。我最早接触到这项技术是通过Electro-Voice LR-4B柱式音箱。在低/中频率上，它采用了使用低通滤波器的6英寸和9英寸锥形驱动器随着扬声器离柱子的边端越远，频率也逐渐下降。这样的结果就是一个较长的柱式音箱会有较长的波长而较短的柱式音箱会有较短的波长，而它们可以为所有的频率产生相似的散射曲线和临办距离，这样就可以在所有的听众距离位置上产生一个更加平衡的回应。
    振幅修整
    另外的一项渐缩/渐退技术是振幅修正。这项技术被广泛使用在现在的线性阵列音箱产品中以使得JArray 底端部分能够覆盖特别近距离的听众位置来实现前部区域的覆盖。这项技术只要简单地降低阵列线音箱中覆盖近距离坐席的扬声器音量而同时让负责远距离传送的扬声器的音量相对比较高就可以了。
    发散渐退
    一些线性阵列音箱系统为线性阵列中单个元素音箱个体的垂直散射提供一个以上的选择。他们将此作为覆盖大部分场馆中近距离和超近距离坐席的一种解决方案。它可以提供可配合垂直散射和输出电平的两种不同型号产品，这样驱动器通过阵列就可以产生相等到的口部声压级。通过增加这些元素音箱的覆盖角度就可以避免覆盖近距离听众驱动器的发散渐退。为什么避免发散渐退很重要呢？
    按照EAW研究和开发董事David Gunness的说法：当两个有着不同声压的波阵面混合在一起时，两个阵面接合点就会产生不连贯性。这种不连贯性会在听觉上产生这是一个分开的，不相干声源（延时扬声器）的感觉。这会导致瞬间的拖影和不均匀的频率回应。发散渐退提供了一个有变曲变化的波阵面，但是其声压数量却没有变化。因此在没有进行延时处理的信号就回产生延时效果了。
    水平对称阵列
    大多数有的阵列线音箱系统是水平对称的。理想的说，每个波段通道宽度应该是通过阵列全长的波长的1/2。这样的好处是可以避免分频器--频率波段的水平凸角。它还要求有对称的内层中频和外层低频驱动器从侧面连接高频带子状音箱。
    这种方式的缺点是为了达到中频驱动器之间的距离是波长的一半，它们必须要连接到高频喇叭的喇叭口内。通常90度的角度会导致中频驱动器之间的反射，而不连贯的喇叭墙也会导致高频问题。


水平不对称阵列
    EV，Meyer（在他们的小型系统上），和NEXO都选择了不对称设计。这种方式避开了中频在喇叭口的问题并且能够免除对称设计中分频器的水平凸角的问题。你来做你自己的选择吧/。
心型和下型低频区
    线性阵列音箱在垂直轴线上有很好的方向控制。包括自身很长的波长的超重低音系统，如果没有线性阵列，那么她们就没有任何的方向控制。即使是线性阵列中每个元素都有的全方向特性，但是它们没有从前到后的方向性。这导致舞台上声音的浑浊不清和低频反馈方面的问题进入到心型和下心型低频区。
    需要标注如下：
    心型和下心型扬声器系统和麦克风相似，只不过是反过来罢了。就扬声器而论，它有两个变频器，它们在外壳内分开并保持一个精确的距离，其延时设备在后面的驱动器里，这样就可以建立起一个有方向性的发射模式。心型类在它们背后，180度最大的电平消除设施，而下心型则在其离轴120度位置有最大电平消除设施。举例来说，Meyer使用的是心型低频区而NEXO采用的则是下心型。
    以FIR为基础和以IIR为基础的数码信号处理过滤过程
    在一个数码信号处理器IIR（无限脉部响应）过滤器的功能正象是模拟信号分频器和均衡过滤器。它们的振幅和相位特征都有一个固定的关系。过多的推进或者是抑制都会使相位回应产生响应的变化。
    FIR(有限脉冲应过滤器)能够独立操控振幅的相位，如果每个驱动器都在一个独立的数码信号处理器控制之下，那么它还可以矫正驱动器之间在相关距离下的取消功能。有一些系统如Intellivox,使用了独立的数码处理过程并且为阵列线中的每一个驱动器进行放大。这种类型的系统预示着扬声器技术今后大踏步前进的方向。
BOSE的是音柱好多喇叭排在一起根据声干涉和叠加原理使用指向性比较好有利于语言清晰度

杨炎晓

学习啊 学习就是不太懂不是我笨就是太深了.............要是能有谢老师面授就好了 .

jumpboy25

一下子消化不了,打印了慢慢捉磨吧, 多谢楼主! 平时在工作中经常有接触到线阵音箱, 只是我非科班出身,对这些理论知识知之甚少, 由于近期的工作重点转到流动演出的音响工程上, 所以就到处恶补了, 原来做过很多演出,但大部分都只是吊吊喇叭,走走线, 嘿哈嘿哈试试咪, 吊喇叭都是大师说吊那个角度就吊哪个角度,只知其然不知其所以然,  现在公司到我做主导了, 吊喇叭就依葫芦画瓢,结果碰到大师不是说我把近场打到远场就是远场打近场, 要不就说我把声音都打到天上去了, 想起来真是汗颜啊呀! 去年跟了八站刘德华的巡演, 整场都是由日本鬼子接了, 音响由日本MSI公司做, 因分AB两组,他们人手不够就从公司掉我过去帮手, 这是第一次接触到V-DOSC, 系统安装起来很方便, 六组箱三个人一下午就吊挂完毕, 我们B组第一站是南宁, 刚开始小日本不给我们碰他箱, 后来慢慢熟了也就交给我们吊, 调试完一出声就有点惊呆,只能用一个爽字来形容,声音温暖圆润,有点出水的感觉,低频弹性十足,听过很多箱都没有这种感觉, 之前都有常听JBL 和美嘉声的线阵. 中间休息了半个月回广州刚好赶上了十一广州卫兰演唱会, 音响是美嘉声的线阵, 卫兰的做作和美嘉声的表现让人直起鸡皮, 演出去了下前场就躲在后台不想再出去了, 后来和一些行家提起他们都说跟调音和系统没做好有很大关系, 原来TWINS的国内演唱会大多都用美嘉声, 不过一直没什么特别深的印象. 后来华仔在上海八万人体育场的演唱会用了文广的JBL做远场补音, JBL离V-DOSC主箱有九十米左右的距离, 小日本竟然把Delay做到天衣无缝, 在离舞台约一百三十米处来回走动听不出很明显的两组箱的区别, 再想想07年广州的同一首歌,同样也用了Delay箱, 在远场的看台区简直就是惨不忍听, 我想关了Delay箱远远好过开了吧, 因为两种声音混在一起都不知道在听什么, 在技术上和做事态度上该好好向鬼子学习了. 呵呵, 不知不觉说了这么多,本人虽然功力不够, 但见的和接触的多一点, 国内流动演出有很多奇奇怪怪的事, 有些很不正常的情况想讲出来大家交流一下.

284130516

好文章,消化不了先收藏啦,谢谢楼主........................

vosx

真是受益匪浅

tqk1209

深奥啊  不过学习了

long780925

学习 学习！！！对线阵了解不是很多！！！

山東男孩

好文章,消化不了先收藏啦,谢谢

djturbo

其实真正的研发线阵列产品还是很难的。

zr67330

现在不上套线阵见人都不好意思说是做音响的……