線性陣列揚聲器系統(tǒng)綜述

什么是線性陣列(Line Array)

   揚聲器系統(tǒng)的技術(shù)和制造，多年來波瀾不興，一直在平穩(wěn)發(fā)展。最近情況有了變化，在世界許多大型運動會、大型演出現(xiàn)場出現(xiàn)了線性陣列揚聲器系統(tǒng)。2001年11月在廣州奧林匹克體育中心的開幕式上就采用了Apogee的線性陣列揚聲器系統(tǒng)。這個有80000座位的體育場，據(jù)說采用了4組共30只ALA9音箱。覆蓋整個運動場，效果滿意。

    近年來，世界各主要專業(yè)揚聲器、音箱公司，紛紛推出各自的線性陣列揚聲器系統(tǒng)。其中有：L—a．coustics V-DOSC／dv-DOSC， JBL VerTec，Meyersound M3D， Duran Audio intelliVox， EAWKF760，Sound Z—Line， Apogee ALA， Adamson Y—XIC， EV X—Line，Stageaccompany Newton，NexoGeo，McCauley Sound MLA5，LLW Insider 665，Martin Audio W 8L。這些系統(tǒng)名稱不同，但原理和特性卻大同小異。同時又各自標新立異，或在結(jié)構(gòu)、或在箱體工藝、單元選擇等方面八仙過海，各顯神通。既避免 專利、模仿、抄襲的困擾，又獨樹一幟，宣揚本公司的賣點。這就自然引起國內(nèi)同行的興趣和關(guān)注。不斷人提出問題，但目前國內(nèi)刊物中資料很少，有必要討論。

    1.

    線性陣列是一組排列成直線、間隔緊密的輻射單元，并具有相同的振幅與相位。

    圖1(a)和(b)是線性陣列揚聲器系統(tǒng)的示意圖。雖說是按直線排列，但覆蓋面排列的角度有所不同。線性陣列的概念并不是今天才有的，最初是由美國著名聲學(xué)專家H．F奧爾森提出的。1957年奧爾森先生出版了經(jīng)典聲學(xué)專著『聲學(xué)工程』（AcousticalEngineering）中，論述了線性陣列特別適合遠距離聲輻射。這是因為線性陣列能夠提供非常良好的垂直覆蓋面的指向性，以取得良好的聲效果。

    到了70年代出現(xiàn)了最早的線性陣列揚聲器系統(tǒng)，不過當時尚不完善。是以“聲墻”形式出現(xiàn)的。數(shù)十只甚至上百只音箱水平堆積、垂直疊放形成聲墻，上萬瓦的功率一開起來確實地動山搖、氣勢不凡。但人們很快發(fā)現(xiàn)了它的不足，不僅需要太多音箱，而且音箱之間的相互干涉，使得音質(zhì)變壞，指向性、覆蓋面都受到影響。1983年在歐洲AES會上，Philips公司介紹了一種Bessel函數(shù)陣的概念采用一種簡單的加權(quán)因子來解決這一問題。但是要制造Bessel陣必須從Philips公司得到許可證，也要付出相應(yīng)代價。有趣的是采用線性陣列揚聲器系的各公司對Bessel陣不置一詞、諱莫如深。目前用的線性陣列揚聲器系統(tǒng)已經(jīng)充分改進，與初期不可同日而語。在結(jié)構(gòu)上也相當實用。例如幾十只箱，在一小時之內(nèi)，即可完成組裝、吊掛、接線，馬投人使用。

線性陣列的原理

    2. 線性陣列的原理

    線性陣列不僅用在專業(yè)音箱中，也用于Hi—Fi音箱中。最近Dynaudio推出的信心(confidence)系列音箱采用了一種DDC(Dynaudio Directivity Control丹拿指向性控制)其實是6只揚聲器組成一個小型的線性陣列。

    回顧線性陣列的產(chǎn)生背景，在一個大型運動場，希望四周看臺的觀眾都能聽到均勻、清晰的聲音。一個常用的辦法是分散擴聲，在運動場四周多裝多組揚聲器系統(tǒng)，這就需要多組分散揚聲器系統(tǒng)。另外，當在主舞臺演唱時，所聽到的聲音方向出于商業(yè)目的或其它，一些介紹資料有言過實際方向不一致，影響聆聽效果。在對遠距離輻射時，采用大功率音箱，如600W，不但價格昂貴，還有一個大功率失真問題。線性陣列可以解決這一問題。

    奧爾森當時所稱的直線聲源，是由大量分布在直線上間隔相同，但非常小的等強同相點聲源組成。如果點聲源的數(shù)量趨近于無窮大，點聲源間距趨近于零，并有關(guān)系nd=l式中，n為聲源的數(shù)量；d為聲源間距離；f為直線聲源長度。

    直線聲源的指向性圖如圖2所示。它是長波長的函數(shù)，這是用極坐標表示的在一定距離角變化的聲壓曲線。相應(yīng)于零度角的方向垂直線，在三維空間的指向特性是以直線為軸旋轉(zhuǎn)面。從這一組曲線可以看出，線性聲源的揚聲器的數(shù)目愈多，指向圖愈尖銳。

    近年來，制造的線性陣列揚聲器系統(tǒng)是由若干音箱在垂直面重疊組合，形成一個水平方向角度一定(一般為90。)垂直方向較窄的波束。一個室外運動場(距離可在100m以上)，有這樣4條線性陣列系統(tǒng)就足以滿足聲場覆蓋的要求，這就是線性陣列系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。線性陣列系統(tǒng)常常有一點稍稍的彎曲，如圖1(a)，(b)所示。目的是為得到更大的覆蓋角。主體部分對遠場，彎曲部分對近場。使垂直指向性不對稱，可在高頻不足的部分聚集一些聲能。

    3 線性陣列的優(yōu)點與不足

    線性陣列擴聲系統(tǒng)的優(yōu)點是明顯的。

    (1)由于線性陣列的特點，在主軸垂直平面指向性呈窄波束，能量疊加可以遠距離輻射。而線性列的彎曲部分下端覆蓋近區(qū)，形成自近而遠的覆蓋。如圖2所示。

    (2)線性陣列擴聲音箱的改進更符合技術(shù)、工藝、安裝的要求00。

    中間高頻部分比較特殊，2只(JBL)或3只(V)高頻揚聲器出口連在一起fJ2j，JBL公司稱之為聲波形成器，E-V公司稱之為平面波產(chǎn)生器。根據(jù)用MAPP軟件分析，線性陣列的指向性隨著頻率升高指向性愈尖銳。到達一定頻率，如2kHz時，指向性呈放射狀，即指向性圖出現(xiàn)波瓣。這時高頻揚聲器組成的聲波形成器就起作用，使高頻指向性疊加加強。

    (3)線性陣列無法忽視相互的干涉，線性陣列本身并沒有改善音質(zhì)。

    4 線性陣列的相互干涉  處于商業(yè)目的的或其它考慮，一些介紹資料有言過其實之處。線性陣列各音箱到達同一聆聽點有時間差 。線性陣列到某一觀察點有距離差，如圖3所示。

    距離差、時間差會引起干涉，在頻率響應(yīng)曲線上出現(xiàn)峰谷值。這在理論上早就有明確結(jié)論。JBL公司的Mark R。Gander先生的實際測試更說明了這一點。他分別用2只音箱、4只音箱、9只音箱各種不同擺法、不同相對位置，分別測量它的軸向頻率響應(yīng)及偏軸l2．5。，25。，37．5。，50。等不同角度的頻率響應(yīng)，可以很清楚地看到許多峰谷出現(xiàn)，在高頻還伴隨著輸出下降。

    5 結(jié)束語

    筆者只是對線性陣列粗淺的、初步探討。由于手頭沒有MAPP軟件，又不具備JBL那種實驗條件和手段。紙上得來終覺淺，加上時間、精力等有限，還有許多想做的題目，條件不成熟，只好暫時到此為止。