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柱体线形阵列的特性与应用(上)

2009-10-26 张涛 依马狮视听网


    在讨论柱体线性阵列之前,让我们先了解一下线性阵列的两大主要种类。线性阵列主要分为模块式线性阵列  (Modular Line Array) 和柱体式线性阵列 (Column Line Array) 两种。首先,让我们来谈一谈什么是模块式线形阵列。
柱体线形阵列的特性与应用(上)    模块式线性阵列又被称为“音乐会”线性阵列( Concert Line Array)。最初,当模块式线性阵列出现在音响市场的时候,主要是用于音乐会的扩声,由此,“音乐会”线性阵列这个名字就沿用了下来。模块式线性阵列是指把独立的音箱单元(或模块Module) 纵向排列起来,结合所有独立音箱的声音传播特性,产生一个线性阵列特有的,宽广的横向和狭窄的纵向声音覆盖。(请注意:线性阵列不是严格意义上的纵向排列系统,它有时也以横向排列的形式出现, 比如说心型超低音线性阵列)。我们会经常看到形状像字母J的模块式线性阵列(J Array)。显而易见,那是为了增加线性阵列底部的纵向覆盖范围,从而使前排听音区域得到一个较好的声音覆盖。根据不同的应用和不同生产商的原始设计,每个独立音箱单元之间的角度可以从1度延伸到12度。但是角度越大,某些频段的线性阵列特性就会丢失越多。同时,为了满足不同的应用需求,模块式线性阵列还分为大型模块式与小型模块式等不同的类型与型号。比较有代表性的大型模块式线性阵列有JBL的Vertec, 小型的有QSC的Wide Line 8等。图1是一个10度倾斜的字母J模块式线性阵列。
    下面我们来谈一谈什么是柱体式线性阵列 (Column Line Array)。
    我们也许可以把柱体式线性阵列叫作柱体音箱, 它同样有着线性阵列的声音传播特性。不像模块式线性阵列把独立的音箱单元(或模块Module)纵向排列在一起,柱体音箱是把相同的驱动单元依次排列在一个独立的柱型箱体内, 以达到线性阵列所需要的物理环境。目前市场上的柱体音箱分为有源主动式和无源被动式两种。比较有代表性的有源柱体音箱有Duran Audio的Intellivox 和 Renkus-Heinz的Iconyx, 无源的柱体音箱有Bose的MA12等。图2是柱体音箱的侧面透视图。
在了解了线形阵列和柱体音箱的基本特性与构造以后,我想把讨论的焦点放在柱体音箱在音响工程中的应用。在这个过程中,我想用简单的语言来讨论一些技术应用问题。这次的讨论不包括覆盖率公式,或语音清晰度的计算。如果你想学习和了解线性阵列的公式计算原理,我推荐你去读一读Mark S. Ureda在2001年五月发表在在ASE年会发表的论文Line Arrays: Theory and Applications. (线性阵列:理论和应用)
    柱体音箱的应用场所与环境:
    柱体音箱具有极强的声音纵向覆盖控制能力。 在长混响时间的声学环境中,它可以准确地把直达声传送到听音区域,而不是传送到天花板,侧墙体或地面。从而避免了强反射声对声音质量和语音清晰度的影响。例如:机场大厅,火车站候车厅,及任何具有长混响时间,高反射声学环境的大型公共场所,都适合使用柱体音箱来建造主扩声系统。
柱体线形阵列的特性与应用(上)    柱体音箱应用在天花板较低的房间,同样可以发挥出线性阵列的声音特性优势。例如:会议室、视听室等。 由于高度和空间的限制,不允许在房间前方吊装,或侧墙安装普通点声源音箱。 即使可以,也因为音箱高度的限制,中部和后部听音区不能从前方音箱得到足够的直达声覆盖。如果要解决这个问题,必须加装延时音箱来覆盖中,后部听音区。这种做法虽然可以解决中、后部听音区直达声的覆盖问题,但是破坏了真实的声音图像定位,增加了后期系统调试难度,同时也增加了工程造价与工程施工时间。 在这种情况下,如果使用柱体音箱来建造主扩声系统,刚才的一系列问题都可以得到解决。把柱体音箱安装在前方或两侧的墙体,用它们来覆盖整个听音区域。因为柱体音箱的线性阵列特性使它在近场倍数距离处,直达声压只减少3dB, 所以柱体音箱可以把声音传送的更远,在不需要加装延时音箱的前提下,柱体音箱可以平均的覆盖整个听音区域。同时,由于它有着低调的纤细箱体,使安装更简单,外观也比点声源音箱美观很多。[Page]

柱体线形阵列的特性与应用(上)

柱体线形阵列的特性与应用(上)

    以这种应用为例,柱体音箱的另外一个重要优势是抗回授(feedback)。通常,在使用点声源音箱系统的会议室,或其他相似的应用环境,声音系统容易产生回授。因为点声源音箱有着扩散式的声音传播特性,或者说它不具备良好的覆盖控制能力,所以很容易把过多的音箱直达声传送到麦克风所在的区域, 从而使声音系统产生一个瞬态无穷大的信号回路, 也就是回授。柱体音箱正好相反,它具有超强的声音纵向覆盖控制能力,直达声传送轨迹容易控制,麦克风区域不会受到太多的干扰, 从而避免产生回授。 即使把麦克风放置在离柱体音箱特别近的地方,麦克风收到的声音只是柱体音箱众多驱动单元中一到两个单元的直达声。虽然这时麦克风收到的声压级很高,但它并不是整个柱体音箱的总输出能量,所以也不容易产生回授。图3是点声源音箱与柱体音箱在2000Hz 的三维球形声音对比图像。
    柱体音箱由于具备线性阵列的声音特性和低调纤细的箱体,使它在多种应用中表现出色。但是柱体音箱也有它的应用局限性。首先,柱体音箱的最大声压级输出要比点声源音箱小很多,不适合需要高声压级场所的应用。其次,无源式柱体音箱的声音传送面和箱体成固定90度,因为它有着狭窄的纵向覆盖角度,所以音箱不能安装过高,或在音箱安装位置较高的情况下,箱体向下倾斜角度也不建议大于5度。同时,无源式柱体音箱只能提供一个声音覆盖面,不能象点声源那样组成音箱组,以创建一个复合的声音覆盖面。比如说,用六只点声源音箱组成一个音箱组,上面三只覆盖剧场楼厅听音区,下面三只覆盖第一层听音区。 然而,有源式柱体音箱可以通过设定每个驱动单元的延时量,来达到在箱体垂直安装的情况下,覆盖范围向下倾斜-35度的效果,甚至更低。这样就解决了柱体音箱不能安装过高的问题。使用延时调节功能,还可以把柱体音箱分成两个不同的声音覆盖面。也就是说,音箱上部的驱动单元形成一个向上的覆盖面,用来覆盖楼厅听音区。下部的驱动单元形成一个直的或向下的覆盖面,用来覆盖第一层听音区。但是,有源式柱体音箱价格高的惊人,这使许多想使用它的客户都望而却步。在另外一方面,目前市场上的柱体音箱,基本上都是使用全频,或两分频驱动单元设计。这种设计的缺点是,驱动单元之间的距离不能根据不同频段的波长得到优化,从而不能得到一个稳定的宽频线性阵列响应特性,导致丢失某些频段的覆盖控制。这个问题至今困扰着很多柱体音箱设计师。最后,柱体音箱由于不具备防水性,所以不适合室外应用。 (未完下期等续)

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