解析吊掛線陣列與梯度線陣列

文/[美]杰夫·貝里曼 編譯/何青青

專業(yè)音響領域有幾種超低音線陣列，本文主要討論吊掛線陣列和梯度線陣列。

1 吊掛線陣列

1.1 吊掛線陣列的解決方案

吊掛線陣列通常只有1只（最多2只）音箱那么寬。因此，它們具有較寬的水平覆蓋角度。同時，這種線陣列的長度往往比較長，這就使得垂直覆蓋角度變得較窄。尤其是聽眾區(qū)座位第一排位置有可能缺少低音。其解決方案是:

（1）在垂直平面方向使線陣列彎曲，如圖1和圖2所示的水平覆蓋情況。

從外觀上講，彎曲方式往往可行，這么做目的是使得低音組和中高音組的前面板保持在一條直線上。然而，只有高度非常高的音箱組堆疊起來才會出良好的效果。

（2）在舞臺中心加幾只低音音箱，堆放在地板上。將它們的音量開得盡可能大，以便覆蓋受影響的不良區(qū)域。

通過調(diào)整延時和電平可以使前10排～20排座位區(qū)的覆蓋曲線平坦些。這是一種比較常見的方法，但是調(diào)整也需要技巧。

（3）使用波束形成技術。這對于吊掛線陣列來說通常算是最有效的方法。

圖3～圖5是來自LAPS線陣列模型的測試結(jié)果，顯示的是在典型的兩層露臺劇院里吊掛的一組低音線陣列（由8只EV XLC-215低音音箱組成）所采取的各種方案。這些圖顯示了一個低音堆疊起來的垂直覆蓋角度模式，它不包括任何將會出現(xiàn)的水平波瓣效應，但是垂直波瓣的挑戰(zhàn)性可想而知。

圖3所示的是一組簡單的吊掛線陣列，沒有彎曲、傾斜，也沒有使用波束形成技術。前排座位的低音問題比較明顯。

圖4的線陣列跟圖3的一樣，只是另外加了2只XLC-215低音音箱堆放在舞臺前面。前區(qū)補聲低音做了2.0 ms的延時。曲線的形狀對延時值相當敏感。性能更好，但不算優(yōu)秀。

圖5闡明簡單的波束形成技術如何產(chǎn)生不錯的結(jié)果。底部2只音箱做了4 ms的延時。沒有采取其他措施。

所有這些方案中，舞臺前區(qū)到后區(qū)總的低音電平相差12 dB ～14 dB。這對于大多數(shù)應用場所來說低音表現(xiàn)都不能滿足需求，很難找到完美的解決方案。

如果場地尺寸允許的話，高位安裝（high trim）是惟一能夠使前區(qū)到后區(qū)的低音聲壓曲線變平坦的有效方法。前面的插圖中，陣列頂部的距地高度（trim height）為32英尺（約10 m）。圖6和圖5一樣，使用的是經(jīng)波束形成技術處理過的線陣列，但是至音箱組頂部的實際高度為65英尺（約20 m）。前區(qū)到后區(qū)的聲壓差就減少很多。

1.2 中心吊掛低音線陣列

舞臺和繩索允許的話，一組中心吊掛超低音線陣列可以給出極好的聲音效果。輻射圖沒有一點波瓣，水平覆蓋角度基本上為360°，垂直覆蓋角度可以通過波束形成技術得到很好的控制。

圖7是一組由12只EV Xsub音箱組成的中心吊掛低音線陣列，應用于競技場。低音音箱吊掛成一條直線，采用優(yōu)化的波束延時技術，也運用了電平遮蔽功能（level shading）。結(jié)果，整個聽音區(qū)的低音覆蓋范圍一直保持音調(diào)平衡。

這個例子中，延時是成對運用的，也就是相鄰的每一對低音音箱有一個驅(qū)動通道。這比每只低音音箱配備單獨的驅(qū)動和放大通道要經(jīng)濟得多。然而，若每只低音音箱配備獨立驅(qū)動通道可行，便可能有更好的覆蓋范圍。

2 梯度線陣列

梯度線陣列是以不同振幅、不同相位驅(qū)動的揚聲器組，這種方式可以抵消聲音在不必要方向的輻射（見圖8）。

只有當梯度線陣列的尺寸與波長相比很小時才可用。它跟波束形成技術和端射線陣列正好相反，這兩種尺寸必須比較大。原因是梯度揚聲器是通過控制不同聲波之間的聲壓差進行工作，因此，尺寸必須足夠小，以便能工作在波“內(nèi)部”。

梯度揚聲器和普通指向性傳聲器極為相似， 傳聲器通過拾取不同聲波之間的聲壓差進行工作。

梯度技術是采用小型線陣列時實施低音模式控制惟一可行的辦法。要是設置仔細且正確，那么梯度線陣列可以提供一些有用的覆蓋模式，其低音覆蓋范圍明顯要比同尺寸的普通線陣列所能達到的更好。

2.1 實例

圖9是一對EV Xsub低音音箱組成的基本的梯度結(jié)構(gòu)。每只揚聲器系統(tǒng)有各自的驅(qū)動器。箱體背對背放置，間隔4英寸（約10 cm）。后面的箱體反向驅(qū)動，且延時4.65 ms。結(jié)果線陣列出現(xiàn)心型指向的覆蓋圖案。

盡管該例子中揚聲器系統(tǒng)背對背安裝，但不需要總這樣做。只要前后箱體之間的間距夠使后面的揚聲器不被遮擋、出聲就行，后面的箱體朝前或者朝后安裝均可。它們的間距至少18英寸（約46 cm）。任何情況下，延時值必須一直調(diào)整到與揚聲器單元之間的間距相匹配。

若圖9中的每一只Xsub都是一列Xsub低音音箱，而不是單只的，那么就是一組梯度線陣列了。梯度線陣列具有實用的特性，下面還會討論。

2.2 梯度線陣列的特性

2.2.1 覆蓋角度模式選擇

實例給出的這對梯度線陣列，其覆蓋模式可以通過改變后面音箱的延時而改變?？蛇x的模式與傳聲器相似：心型、超心型（多種）以及8字型。

圖10和圖11顯示的是可供實例中2只背對背安裝的Xsub低音音箱選擇的4種覆蓋模式。

2.2.2 箱體間距、輸出和波寬

在組建梯度線陣列時，理解箱體之間的間距作用很重要?！跋潴w間距”指前后揚聲器單元之間的距離。

箱體之間的間距越大，則會增強低音輸出，卻降低了最大工作頻率；箱體之間的間距越小，則會減弱低音輸出，卻會增加最大工作頻率。

圖12所示的例子，箱體之間的間距是62英寸（約157 cm），提供的最大工作頻率約90 Hz。超過高頻限值后覆蓋模式急劇惡化。

2.2.3 相鄰界面效應

若梯度線陣列組位于墻面或者其他反射面之前，就不能正常工作。

圖13顯示的是2對Xsub音箱放在距離墻面2英尺遠時（約61 cm）的情況。墻面在圖中是用中心那條垂直線表示。左邊的2只音箱是虛擬箱體——由墻面反射所產(chǎn)生的聲學影像，右邊2只音箱是實體音箱。

2.2.4 混響聲場音調(diào)平衡

大多低音線陣列在低頻段指向性變?nèi)?。因此，當頻率下降時，舞臺的混響聲場輸出也相應更多。這就導致混響聲場中低音過量（有時叫“低音過盛”）。

梯度揚聲器系統(tǒng)跟其他類型的揚聲器系統(tǒng)不一樣，它在最低頻率點都保持模式控制。因此，在需要飽滿低音效果的場所就很有用，不過沒有太多低頻混響能量。

2.2.5 單元驅(qū)動電平和低音數(shù)量

在實際的梯度線陣列中，后面音箱的輸出比前面音箱的輸出約小6 dB時，會發(fā)現(xiàn)后面這只音箱的輻射此刻達到最小值。

2.3 先進的梯度線陣列驅(qū)動

在低頻段，利用延時技術來創(chuàng)造指向性模式是一種有效的方法，但是沒有考慮到揚聲器箱體形狀對聲波的影響。結(jié)果，越接近線陣列工作頻率范圍的頂端，其輻射模式越偏離想要達到的形狀。

當前后揚聲器結(jié)合成1只箱體時（如EV的XCS-312心型超低音音箱），便可能用先進的驅(qū)動處理方法來糾正這些效應，以使揚聲器在全頻段保持特定指向性。

這些驅(qū)動系統(tǒng)利用頻率相關延時技術（也叫“全通濾波器”）來補償箱體周圍的聲傳播效應。

2.4 梯度線陣列的指向性

當梯度揚聲器組成線陣列時，產(chǎn)生的指向性同時具有梯度和寬邊揚聲器的指向特性。

圖14顯示的是一組只有2只箱體高度的梯度線陣列的輻射模式圖，線陣列本身太短，以致于無法展示寬邊線陣列的特性。輻射模式是一個普通的立體心型圖。

圖15顯示的是體型較長的梯度線陣列覆蓋圖，因為尺寸足夠長，所以能表現(xiàn)出寬邊特性。這是一張扁平的立體心型圖。

當前，我國在環(huán)境風險評價方面，已經(jīng)開始針對處理技術進行研發(fā)，呈現(xiàn)特定性的定量模式，并且評價范圍具備區(qū)域性的特點，可拓寬具體的評價渠道。在生態(tài)保護方面，我國的環(huán)境風險評價已經(jīng)創(chuàng)建了生態(tài)系統(tǒng)與生物群落的評價機制，并針對污染物數(shù)量進行合理分析，保證在群體與個體分析的過程中，充分發(fā)揮環(huán)境風險評價的復合性作用，不僅可以實現(xiàn)科學的管理工作，還能針對生態(tài)風險進行科學評價與控制。

實際操作中，梯度線陣列可以由特意的梯度揚聲器系統(tǒng)組成，比如EV XCS-312超低音音箱，或者2組傳統(tǒng)的揚聲器系統(tǒng)，將它們一個接一個地堆疊或吊掛起來。

波束延時技術可以應用于梯度線陣列中，通過傾斜箱體來控制覆蓋角度。波束延時技術同樣必須應用于線陣列中每對梯度音箱的前后單元。

圖16顯示的是一組梯度線陣列加延時來實現(xiàn)下傾效果。該覆蓋模式可以稱為成旋轉(zhuǎn)體的扁平心型或傾斜心型。采用先進的延時剖面技術，可以形成更復雜的垂直模式圖。

2.5 梯度線陣列的應用

正如上面提到的那樣，梯度揚聲器用于組成小型低音線陣列以及水平尺寸較小、垂直尺寸較大的線陣列。

小型線陣列主要有以下兩類問題：由于左右低音組之間的重疊所產(chǎn)生的波瓣；覆蓋角度極寬。同樣，當音箱后部的低音輻射出現(xiàn)問題時，梯度線陣列就非常有用。其最常見的問題表現(xiàn)在：舞臺上低音過多；延時所產(chǎn)生的多余的音箱后部輻射聲。

2.5.1 左右擺放的線陣列

對于低音組或者左右吊掛低音系統(tǒng)，使用梯度線陣列朝舞臺外輻射有助于減少波瓣。圖17是將舞臺兩側(cè)Xsub音箱堆疊的覆蓋圖和同型號梯度結(jié)構(gòu)的覆蓋圖作對比。

2.5.2 舞臺低音

盡管圖17沒有顯示出來，但有角度的超心型指向結(jié)構(gòu)的線陣列在舞臺上所產(chǎn)生的低音少于簡單分布的線陣列所產(chǎn)生的低音。

對于左圖的簡單結(jié)構(gòu)，站在中心舞臺的演員聽到的低音是兩邊低音組的輸出總和，其他地方的低音都不及舞臺中心點多；而右圖結(jié)構(gòu)中，梯度低音音箱的超心型空值直接橫穿舞臺前區(qū)輻射。典型的結(jié)構(gòu)中，將使舞臺前部中心的低音減少15 dB甚至更多。

2.5.3 小型線陣列覆蓋角度的控制

對于平坦地面的小場所，低音組在靠近舞臺的聽眾區(qū)往往產(chǎn)生過多低音。這對于俱樂部來說也許沒關系，但對于公司的音視頻展示會就不能達到要求了。這種情況下，將1只小型的低音音箱進行中心吊掛，就會出現(xiàn)相當好的覆蓋角度而不至于產(chǎn)生過大電平。然而，如果使用普通的低音音箱，它是全向的，那就意味著大量的低音能量輻射進入混響聲場，從而產(chǎn)生渾濁的聲音，而且舞臺上的低音過重。相反，將1只心型指向或者超心型指向的低音音箱懸掛在舞臺上空就會使得低音能量進入需要的區(qū)域——觀眾區(qū)，并且保持低音能量處于混響聲場外面，遠離舞臺。

圖18顯示的是1只120°的超心型指向的低音音箱。如果將圖示看成1個極坐標軸，就會發(fā)現(xiàn)大量的低音能量涌入舞臺前區(qū)，而不是進入無用的方向。如果將它看成是1個垂直坐標，就會發(fā)現(xiàn)超心型空值指向舞臺。

2.5.4 大型中心線陣列族

演出中，盡管大型中心低音線陣列本身可以提供出色的聲音效果，但仍然可以從梯度技術中受益，無需360°低音覆蓋角度。在這些演出中，采用低音線陣列組作為梯度線陣列意味著少量低音能量輻射進入混響聲場。根據(jù)聲學理論，與全向低音音箱相比，梯度低音音箱會減少4 dB ～6 dB的低音混響能量。

2.5.5 延時線陣列族

在大型場所，尤其是室外體育場，延時線陣列族普遍用于增加遠距離觀眾區(qū)的聲音電平和音質(zhì)。這些線陣列族的主要目的是增加高頻電平，減少空氣對高頻能量的高度吸收。然而，有時延時線陣列族有必要提供額外的低頻能量，而這樣做，常規(guī)的揚聲器就會出現(xiàn)問題。低頻時，一般的延時線陣列族基本上都是全向的，因此，有相當一部分的聲音是朝舞臺后區(qū)輻射。這些后區(qū)輻射聲跟主揚聲器輻射出的直達聲不會同步，但會發(fā)生有害干涉。

解決這一問題的方法就是使用梯度揚聲器做低頻延時處理。該覆蓋角度模式為心型，因此，后部輻射的電平很低。

2.6 端射線陣列（Endfi re array）

端射線陣列是多只音箱排列在一條共同的軸上進行驅(qū)動，使主要的聲音輻射在主軸方向。

每只音箱驅(qū)動時有各自的延時，所有的音箱極性相同。在圖19這個簡單的例子中，音箱之間的間距相等，且箱體之間的延時時間就是聲波從1只音箱傳播到另1只所用的時間。圖20顯示的是其特性。

圖20中，最大輸出任意顯示為0 dB。事實上，線陣列越長，遠距離處越有可能投射出功率更大、更具指向性的低音。

（本文編譯自www.prosoundweb.com相關文章。）