一种新型柱体式线阵列扬声器

    [摘要]  柱体式线阵列扬声器体积小、声压级高、同时符合线声源原理，解决了常规音柱的声压级偏小的问题和常规线阵列音箱体积大的问题，为我们的扩声系统设计工程师在实际应用中，解决各种声学难题方面提供更大的帮助。

    [关键词]  点声源；线声源；柱体式线阵列扬声器；声压级；体积。

引言

    近年来随着科技水平的提高，各音箱厂家的研发水平也有着很大的提升。已经从常规的点声源音箱，发展到适合于大、中型扩声的线阵列音箱。这为我们扩声领域的发展作出巨大贡献。但随着现代扩声环境的多样化，对扬声器也提出了更高的要求。

现有扬声器的分类及概述

    总体而言，目前扬声器主要分为点声源扬声器和线声源扬声器。点声源扬声器是指以点声源的方式扩散，其特点是覆盖角度大、声压衰减快，通常距离增加一倍，声压级减少6dB，如图1所示。在实际运用中点声源扬声器也可以组成阵列，但由于垂直覆盖角大，音箱之间干涉较严重，不能均匀覆盖整个声场，组成阵列后同样以-6dB衰减，所以扩声效果不及线阵列扬声器。线阵列扬声器是指以线声源的方式扩散，其特点是单只扬声器垂直角度小，有效解决扬声器之间的声干涉问题，同时线阵列扬声器声压衰减慢、传输距离远，通常距离增加一倍，声压级只减少3dB，如图2所示。 

图1 点声源音箱的声压衰减示意图

图2 线声源音箱的声压衰减示意图

    虽然线阵列扬声器解决了声干涉和声压级小等问题，但也存在着音箱体积大，影响外观视觉的缺陷。根据国内实际情况，一些单位报告厅、会议厅等场所，由于业主的要求要保证会议厅的庄严和视觉效果，有的甚至要求隐藏安装，这对于常规的线阵列音箱来说，显然是不适合的。其主要只用于大、中型扩声环境，如：剧场、户外扩声等。为解决这一问题，一种适合于小型扩声的线声源扬声器——音柱出现了。如：SEEBURG Acoustic Line、JBL、EAW、Renkus-Heinz、Radia Pro等。就现在市场上的音柱而言，虽然体积较常规线阵列音箱小，但普遍存在着声压级偏小、频率响应窄等特点。大多用于会议室、机场、车站等语言类扩声场所。 

    关于音柱的论述文章，已经有国内多位专家进行过讨论，笔者在此就不再重复。重点以德国SEEBURG Acoustic Line公司(以下简称SAL公司)的GL 系列柱体式线阵列扬声器为例，介绍一种可适合于多种应用场合的柱体式线阵列扬声器。德国SAL公司早在2007年法兰克福灯光音响展(Prolight+Sound)就推出了该系列产品，GL系列包括两大家族，分别为GL 16(4×6.5″LF/ 16×1″HF)和GL 24(6×6.5″LF/ 24×1″HF)，每个家族又分有源、无源、内置分频、外置分频等多个版本，同时也分(图3)i版(垂直版本，投射角度 [水平/垂直]  100O×7O)和(图4)c版(弧形版本，投射角度 [水平/垂直]  100O×30O)，可谓是家族成员众多。

柱体式线阵列扬声器概述

    柱体式线阵列扬声器有着体积小、声压高、同时也符合线声源原理，与常规音柱的区别在于可以多只扬声器组成垂直阵列，实现扬声器之间的无缝连接。如上所说的点声源音箱有声干涉严重，传播距离近的缺陷，常规线阵列扬声器存在体积大等不足，音柱则存在声压级小等问题，而新型柱体式线阵列扬声器克服了上面的各项不足，因而是很有价值的产品。 

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    从表1我们可以看出，在声压、频响、体积等各项参数SAL GL16表现都非常优秀的。

    柱体式扬声器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音色和语音清晰度的影响(图5)。应用在层高较低的房间，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。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和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，如果使用柱体式扬声器来建造主扩声系统，以上的一系列问题都可以得到解决。把柱体式扬声器安装在前方或两侧的墙体，用它们来覆盖整个听音区域。因为柱体式扬声器的线声源特性使它在离近场倍数距离处，直达声压只减少3dB，所以柱体扬声器可以把声音传送得更远，在不需要加装延时音箱的前提下，可以均匀地覆盖整个听音区域。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。 

GL16 EASE Focus 1000HZ声压分布图

    柱体式扬声器的另外一个重要优势是抗声反馈(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圆锥式扩散的声音传播特性，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，也就是正反馈。柱体式扬声器正好相反，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，从而避免产生正反馈。即使把麦克风放置在离扬声器特别近的地方，麦克风收到的声音只是柱体式扬声器众多驱动单元中的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，所以也不容易产生反馈。

柱体扬声器的应用环境

    柱体式线阵列扬声器有着灵活的阵列组装模式，可以单只使用也可以根据现场情况进行多只组装阵列。如图6-图12所示为SAL GL16的多种扩声模式组合及EASE Focus模拟分析。其中图6-图10为中、小型扩声模式，图11、图12则可适用于大、中型厅堂或户外扩声使用。

    正因为柱体式线阵列扬声器有着声压级高、指向性强、同时具有纤细的箱体及灵活的组装方式，使其不仅能胜任中、小型厅堂的扩声，同样在大型厅堂及户外演出扩声的表现都是非常出色的。图13-14分别为SAL GL16在国外大型剧场和户外演出的应用实例。 

单只垂直阵列GL16i扩声模式，及EASE Focus模式模拟分析

单只弧形列阵GL16c扩声模式，及EASE Focus模拟分析

两只垂直阵列GL16扩声模式，及EASE Focus模拟分析


一只垂直列阵GL16i与一直弧形列阵GL16c扩声模式，及EASE Focus模拟分析

两只弧形阵列GL16c扩声模式，及EASE Focus模拟分析

四只垂直列阵GL16i扩声模式，及EASE Focus模拟分析

四只垂直列阵GL16i与两只弧形列正GL16c扩声模式，及EASE Focus模拟分析

Theater Uim（阿尔姆剧场）

    同时德国SAL公司与德国AFMG公司进行了充分的合作，并委托德国AFMG公司为其GL系列柱体式线阵列扬声器开发专用声场模拟分析软件EASE Focus。这也成为目前全球最早拥有EASE Focus的柱体式线阵列扬声器品牌之一。通过EASE Focus线阵列专用软件，可根据演出的规模、观众台高度、最远距离等参数来快速设计扬声器数量、安装高度、垂直角度等。为扩声系统设计师提供最直接的参考，同时也为演出前快速安装音响系统赢得宝贵时间。图15为SAL GL16 EASE Focus线阵列专用模拟分析软件界面。 

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结束语

    柱体式线阵列扬声器是目前扩声领域非常热门的新型扬声器，目前国内外各大音响厂家都在研究和开发类似产品。相信在不久的将来会有更多的类似产品与我们见面。期待拥有更多的柱体式线阵列扬声器，为我们的扩声系统设计工程师在实际应用中，解决各种声学难题方面提供更大的帮助。