什么是低頻揚(yáng)聲器間的相互耦合？

    你會注意到，在大型的現(xiàn)場活動中，聲學(xué)工程師會將低頻揚(yáng)聲器集中放置在地面上或者舞臺的一側(cè)，又或是線陣列的頂部。這樣做是有什么好處嗎？原理又是什么呢？在回答這個問題前，讓我們先來復(fù)習(xí)一下關(guān)于聲音的基礎(chǔ)知識。

聲音波長

    首先，來復(fù)習(xí)一下聲音速度“C”的定義（在海平高度，溫度為攝氏21°，并且處于正常的大氣環(huán)境中時。聲音的速度公式為C = f λ，“f”代表的是頻率，‘λ’為波長，此時音速C= 344 m/s）

    那么什么是波長呢？從物理學(xué)來說，波長是指周期波型在一個振動周期內(nèi)傳播的距離。它是波上同一相位的連續(xù)對應(yīng)點之間的距離，如兩個相鄰的波峰、波谷或零交叉點。

    當(dāng)聲音通過空氣傳播時，空氣被從音源傳出的聲波所壓縮或變稀薄。當(dāng)那些壓縮或稀薄的空氣撞擊你的耳膜時，它會與空氣中的壓縮波一樣振動，從而讓你聽到聲音。人耳正常的聽覺頻率為（20Hz-20kHz），此時的波長分別在大約17m到17mm之間。

相互耦合現(xiàn)象

    相互耦合是理論上會發(fā)生在所有發(fā)聲單元之間的一種物理現(xiàn)象，無論它們的大小。然而本文的重點是低頻單元之間發(fā)生的相互耦合，讓我們回到正題。

    當(dāng)兩個或以上的揚(yáng)聲器單元發(fā)出相同的信號，同時聲音源的中心緊密相連，指向又一樣并且波長小于聲源中心之間的距離時，就會發(fā)生相互耦合現(xiàn)象。在這種情況下，組合成的聲壓會像一個聲波一樣向前傳播，好像所有的揚(yáng)聲器單元都組合成了一個更大的單元。

    比如只用兩個揚(yáng)聲器單元，原則就是它們的聲學(xué)中心必須離得很近，要在它們發(fā)出的聲音頻率的1/4波長到1/2波長之間。波長越短頻率越高，兩個聲學(xué)中心之間建立相互耦合的必要距離就越小。

    圖1：（左邊）兩個單元間的聲學(xué)中心距離大于波長的1/2. （右邊）兩個單元間的聲學(xué)中心距離小于波長的1/2。

    現(xiàn)在讓我們來看看兩種不同的情況。首先如果兩個單元間的聲學(xué)中心距離大于波長的1/2，那么平均軸和離軸點上測量的輸出加成可達(dá)3dB是原功率的兩倍。但是隨著兩個單元的不斷靠近至小于波長的1/2距離時，就會出現(xiàn)相互耦合效應(yīng)，此時同點的測量輸出加成可達(dá)到6dB。

優(yōu)勢的運用

    為了說明上述現(xiàn)象，我們用QSC KS118有源低頻揚(yáng)聲器作為例子。其頻率響應(yīng)（-6dB）從41Hz延伸到98Hz。因此如前所述，我們需要參考這個低頻揚(yáng)聲器所能產(chǎn)生的最高頻率來計算最短的波長使用公式C = f λ。

    在98Hz時的1/2波長=1.75m

    因此只要兩個KS118低頻揚(yáng)聲器的聲學(xué)中心放置的距離小于或等于1.75米，相互耦合現(xiàn)象就會發(fā)生，就能得到6dB的加成。

結(jié)論

    正如大家所看到的，要讓低頻揚(yáng)聲器從相互耦合中獲益是挺簡單的，因為很容易就可以把它們近距離的放置在一起，這樣它們相互間的距離就會遠(yuǎn)短于它們多產(chǎn)生的最高頻率聲波的1/2波長。這就是為什么行業(yè)內(nèi)都習(xí)慣將低頻揚(yáng)聲器靠近彼此放置在一起，這樣可以在使用較少低頻揚(yáng)聲器數(shù)量的情況下就能在低頻上獲得較高的聲壓級。這可是一個免費獲得分貝加成的好方法！