淺析超低音揚(yáng)聲器陣列的指向性控制

羅琦

摘 要： 當(dāng)今社會，揚(yáng)聲器的應(yīng)用越發(fā)廣泛，其在各個場合中都有廣泛的應(yīng)用，對于各項(xiàng)事務(wù)的進(jìn)行起到了積極的指導(dǎo)作用。對于揚(yáng)聲器而言，為了保證其聲音傳遞方向正確，需要加大力度控制揚(yáng)聲器的指向性，尤其是超低音揚(yáng)聲器?；诖?，本文就超低音揚(yáng)聲器陣列指向性控制展開研究，首先闡述了其控制原理和結(jié)構(gòu)，其次進(jìn)行了仿真分析，以期能夠?yàn)槠潢嚵兄赶蛐钥刂铺峁┯行У膮⒖肌?/p>

關(guān)鍵詞： 超低音揚(yáng)聲器陣列;指向性控制;相位差

【中圖分類號】TB556 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）11-0225-01

超低音揚(yáng)聲器一般為全指向，周邊范圍的聲壓級是相同的，在進(jìn)行擴(kuò)聲時(shí)，需要保證聲音能夠全面覆蓋，但是由于低頻聲波傳輸是全方位擴(kuò)散的，聲波輻射范圍難以把控，在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，有些聲音能量輻射無法滿足需求，甚至可能出現(xiàn)負(fù)面影響。因此，在設(shè)計(jì)陣列時(shí)，必須要重點(diǎn)考慮其指向性，提高觀眾聽覺感受，增強(qiáng)擴(kuò)聲意義，以達(dá)到擴(kuò)聲實(shí)際目的。

1 超低音揚(yáng)聲器陣列指向性控制原理及其結(jié)構(gòu)

1.1 原理

聲音信號間頻率相同，彼此有相位差，此時(shí)聲波疊加會出現(xiàn)聲干涉現(xiàn)象，不同范圍彼此相位差有所差異，出現(xiàn)的疊加程度不同。2個聲音信號，若是其相位差為0°，則聲壓會上升到6dB;若是相位差是180°，則疊加會抵消，理論上其聲壓為0。由此可見，超低音揚(yáng)聲器陣列能抵消掉揚(yáng)聲器輻射不到區(qū)域的低頻量，增強(qiáng)輻射區(qū)域能量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指向性控制[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)

超低音揚(yáng)聲器陣列結(jié)構(gòu)包括以下3種：

（1）端射陣列。①End Fire陣列。陣列揚(yáng)聲器數(shù)量至少為2個，前后一字排開，聲音期望指射區(qū)域?yàn)橛^眾席，彼此之間有一定距離，一般是主受控中心頻率波長的1/4。該陣列設(shè)置時(shí)，在觀眾席中設(shè)置測量點(diǎn)，同時(shí)將與舞臺最近的揚(yáng)聲器作為基準(zhǔn)點(diǎn)，逐步向觀眾席推進(jìn)測量基準(zhǔn)揚(yáng)聲器與其他各揚(yáng)聲器之間的時(shí)間差，在此基礎(chǔ)上設(shè)置延時(shí)，使各個揚(yáng)聲器之間能夠?qū)崿F(xiàn)重疊，確保各超低音揚(yáng)聲器所輻射的聲音能夠與測試點(diǎn)時(shí)間保持一致。若是該陣列中的揚(yáng)聲器為3個，則在觀眾區(qū)，聲壓級會增加9dB，舞臺方向揚(yáng)聲器相位關(guān)系為120-240°，總能量能夠相互抵消。②End Fire拓展陣列。前后一字排列揚(yáng)聲器，數(shù)量一般為2-4個，間距為中心頻率波長1/4.測量點(diǎn)位于舞臺區(qū)，將觀眾區(qū)揚(yáng)聲器作為基準(zhǔn)點(diǎn)，在加載延時(shí)處理通道時(shí)，每只揚(yáng)聲器等效重疊至與觀眾區(qū)最接近的揚(yáng)聲器，確保其輻射聲音與測試點(diǎn)到達(dá)時(shí)間相同。之后，對靠近舞臺區(qū)的揚(yáng)聲器輸入通道進(jìn)行反相處理，2個揚(yáng)聲器面向舞臺所釋放的能量相反，進(jìn)而使能量相互抵消，關(guān)中區(qū)域能量釋放有所增強(qiáng)，陣列前后存在聲壓級差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指向性控制[2]。

（2）梯度陣列。Front/Back陣列垂直排列，揚(yáng)聲器上下彼此堆疊，至少為3個，從上到下，第1、3揚(yáng)聲器面向觀眾，位于陣前，第2個揚(yáng)聲器面向舞臺，位于陣后，測試1、3和2之間的傳播時(shí)間差，并在此基礎(chǔ)上對早測試點(diǎn)的揚(yáng)聲器通道進(jìn)行加載延時(shí)處理，使兩組揚(yáng)聲器能夠?qū)崿F(xiàn)相位對其，且反相處理早到測試點(diǎn)的揚(yáng)聲器，輻射到舞臺區(qū)域的低頻能力優(yōu)于聲壓相近、相位相反，可以被抵消掉，觀眾區(qū)域所接受到的能量與2個揚(yáng)聲器同時(shí)打開產(chǎn)生的聲壓級，第2個揚(yáng)聲器能力可以完全將第1、3個揚(yáng)聲器輻射的能量抵消掉。

2 超低音揚(yáng)聲器陣列指向性仿真分析

2.1 3種陣列仿真

本文采用EASE聲學(xué)模擬軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)頻率為100Hz，監(jiān)理3D指向性圖與極坐標(biāo)圖，以判斷陣列指向性。

（1）End Fire陣列仿真中，揚(yáng)聲器有3個，根據(jù)上述理論，陣列中心頻率是80Hz，間距1/4波長為1.08m，在與舞臺方向最近距離的揚(yáng)聲器中添加6.3ms延時(shí)，在中間揚(yáng)聲器中添加3.1ms延時(shí)。3D指向性仿真模擬如1所示，其在100Hz下陣列的指向性呈現(xiàn)心形，前后聲壓級之差是10dB。

（2）End Fire拓展陣列仿真中，揚(yáng)聲器2個，中心頻率是80Hz，間距1/4波長為1.08m，在與舞臺方向最近距離的揚(yáng)聲器中添加3.1ms延時(shí)與反相處理。3D指向性仿真模擬如2所示。

（3）Front/Back陣列仿真中，揚(yáng)聲器3個，垂直豎向排列，第1、3揚(yáng)聲器面向觀眾，第2只揚(yáng)聲器面向舞臺，上下、前后間距0.6m和0.7m，第1、3只揚(yáng)聲器與第2只揚(yáng)聲器呈現(xiàn)垂直對齊，第2只揚(yáng)聲器添加2ms延時(shí)和反相處理。D指向性仿真模擬如3所示。

2.2 結(jié)果分析

3種陣列經(jīng)過試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)：

（1）聲壓級對比中，End Fire陣列所獲取的前方能量和效率最大，其他兩種陣列需要相應(yīng)數(shù)量的揚(yáng)聲器才能夠?qū)㈥嚭笮孤赌芰康窒?，因此，陣前要想達(dá)到同等級的聲壓級需要配置更多的超低音揚(yáng)聲器。列陣前后聲壓級差對比中，三種陣列的前后聲壓級差的效果從高到低分別為Front/Back陣列、End Fire拓展陣列、End Fire陣列。

（2）陣后抵消對比中，End Fire陣列陣后抵消受到揚(yáng)聲器中心頻率影響，中心頻率區(qū)抵消效果最明顯，但無法實(shí)現(xiàn)完全抵消，相較于其他頻率而言，相位散亂，能量會相應(yīng)被抵消，但是減幅對比中心頻率要小。其他兩種陣列陣后抵消不受某頻率影響，衰減幅度相對End Fire陣列更大，舞臺泄露低頻能量更低，對舞臺拾音和返送影響更小。

（3）陣列設(shè)置和安裝對比中，前兩種陣列受到場地限制，需要前后排放，需要空間大。而Front/Back陣列可垂直也可水平排放，節(jié)省空間，揚(yáng)聲器對距離無要求，可以彼此連接，該陣列方法超低音指向性效果更好和安裝方法可行性更大。

結(jié)束語：通過對3中超低音揚(yáng)聲器陣列分析發(fā)現(xiàn)，組合陣列方式能夠?qū)Τ鸵魮P(yáng)聲器陣列起到指向性控制作用，選擇陣列方式時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求因地制宜選擇應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 杰夫·貝里曼，何青青.淺析低音線陣列[J].演藝科技，2011，000（008）：28-32.

[2] 王齊祥，廣州市迪士普音響科技有限公司廣州.揚(yáng)聲器陣列靈敏度特性初探[J].2008年聲頻工程學(xué)術(shù)交流會，2009.