指向性角度可調(diào)線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)

徐新國

（三基音響企業(yè)億達(dá)音響制造有限公司，廣東 東莞 523121）

1 指向性的形成和要求

任何一個聲源①在一定頻率范圍都有一定的指向性，指向性是聲源的固有特性，指向性對揚(yáng)聲器系統(tǒng)而言有好處，也有壞處。使用線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)聲最主要目的是充分利用線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)能夠產(chǎn)生較低頻率的指向性。揚(yáng)聲器系統(tǒng)發(fā)聲機(jī)理、結(jié)構(gòu)外形、聲波的傳輸特性決定了指向性的大小，由于機(jī)理和聲波特性無法改變，現(xiàn)在音響廠家大多是通過改變外形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)指向性的改變。

線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)可以傳輸很遠(yuǎn)的距離，主要原因是對高、中、低頻段的指向性有所控制，控制了指向性就是控制了聲壓級，控制了聲壓級就是控制了衰減特性和傳輸距離。②聲源指向性特性與聲壓級的關(guān)系特性見圖1。從圖中看出當(dāng)指向性從360°變化到45°時，聲壓級增加了6 dB，其擴(kuò)聲距離增加了一倍。這就是控制指向性的原因。

對于普通的揚(yáng)聲器系統(tǒng)而言，指向性的軸線見圖2。其特點(diǎn)是指向性角度的軸線與揚(yáng)聲器是垂直的。如果要調(diào)整揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性角度就要去調(diào)整揚(yáng)聲器系統(tǒng)的軸線方向，③因此，比較復(fù)雜，特別是對線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)而言更是復(fù)雜。這樣，在目前的線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)中就出現(xiàn)弧線形陣列、J形陣列等很多不同的安裝形式，其目的都是為了滿足覆蓋角度的要求。幾種線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)安裝方式見圖3。

從圖3中可以看出，要想改變線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性角度必須要改變揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)形式。對于不同人數(shù)的覆蓋區(qū)域，須調(diào)整結(jié)構(gòu)形式，來滿足不同的要求，因此，運(yùn)用調(diào)整非常復(fù)雜，這也是線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)運(yùn)用范圍有限的原因。為了解決這個問題，指向性可以調(diào)整的線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。

2 改變指向性的方法

指向性是由于聲波的干涉所形成的。如果能夠控制聲波的干涉形態(tài)，就可以控制指向性。從圖3線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)指向性的形成中可看到，當(dāng)線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)處于垂直狀態(tài)時，指向性的軸線是與陣列垂直的；當(dāng)處于其他狀態(tài)時，指向性的軸線偏離了水平狀態(tài)，出現(xiàn)了與地面有一定角度的指向性。④

因此，要改變揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性角度就要改變揚(yáng)聲器系統(tǒng)的軸線偏移角度。如圖4所示，從偏移的角度可以看出線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)由上至下累積后有一個位置的偏移。這個偏移就是聲像的位置移動（延時距離），根據(jù)這種現(xiàn)象，可以在不改變線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)軸線偏移，僅僅將單個的揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行聲音的逐步延時，產(chǎn)生一個虛擬的軸線，這樣就可以實(shí)現(xiàn)改變線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)指向性的角度。

3 應(yīng)用產(chǎn)品介紹

三基音響企業(yè)根據(jù)上述原理研發(fā)，推出了一款垂直和水平指向性角度都可以調(diào)整的有源線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)X4a+XP4。

X4a是一款4英寸單元和鋁合金外殼以及純功放組件（為了安全電源外置）組成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。配合XP4（外置電源和DSP前景控制）處理器進(jìn)行擴(kuò)聲。X4a的外形見圖5，XP4的外形見圖6。X4a的箱體是成型的鋁合金材料，對于功放組件的散熱有很大的好處，與箱體配套的專用連接附件可以使揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行水平方向的180°的旋轉(zhuǎn)。XP4是與X4a配合使用的一個控制器，為了安全，在設(shè)計上將供電系統(tǒng)外置，和DSP控制系統(tǒng)一起組成一個XP4。

當(dāng)將X4a+XP4作為線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)使用時，采用配套的延時計算軟件，將圖4中“擴(kuò)聲覆蓋距離”、“系統(tǒng)的長度”、“離地高度”3個參數(shù)輸入，則出現(xiàn)第2、第3、第4個揚(yáng)聲器系統(tǒng)需要的延時時間，將延時時間拷貝到DSP中，則指向性角度自動形成。

根據(jù)連接方式的不同，指向性角度可調(diào)線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)可分區(qū)運(yùn)用、組合應(yīng)用，還可應(yīng)用于劇院、會堂等廳堂，或在小型場所擴(kuò)聲。以X4a+XP4為例，圖7為X4a+XP4實(shí)現(xiàn)的分區(qū)廣播控制，圖8為其在室內(nèi)的運(yùn)用，圖9為一個最少配置的運(yùn)用系統(tǒng)，圖10為2個系統(tǒng)的運(yùn)用，圖11為最大系統(tǒng)的運(yùn)用。

因?yàn)椴恍枰淖兙€性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的安裝方式即可調(diào)整系統(tǒng)的指向性角度，可滿足不同擴(kuò)聲覆蓋范圍的要求，具有很大的便利性，所以，該系統(tǒng)被廣泛看好。

注釋：

① 丁永生，翁泰來，張斌，崔廣中.聲系統(tǒng)工程［M］.北京 中國電子學(xué)會/中國聲學(xué)會 聲頻工程分會北京電視電聲雜志社《電聲技術(shù)》編輯部 內(nèi)部資料

② 胡秉奇，曾山，王以真.國家體育館揚(yáng)聲器系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、使用（一）［J］.電聲技術(shù)，2009，33（5）：15-17

③ 胡秉奇，曾山，王以真.國家體育館揚(yáng)聲器系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、使用（二）［J］.電聲技術(shù)，2009，33（6）：15-17

④ 胡秉奇，曾山，王以真.國家體育館揚(yáng)聲器系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、使用（三）［J］.電聲技術(shù)，2009，33（7）：20-23