音箱的指向性

2006-12-20 李查德 INFOAV CHINA

大部分音频方面的专家都了解，有些房间必须要安置具有指向性的音箱系统，还有一些则建议使用全向性的音箱系统。最终选择哪种系统将取决于两个因素，即音箱的位置和房间的内部结构，但总的来说，在反馈直接与音箱的指向性因数Q成比例的前提下，可以根据下面的等式得出最大的声波增益值。在下列等式中，Q指音箱在某一特定指向上传播声音，及防止声音散射的能力。特定情况下，Q等于从发声器到某一固定距离和特定方位的声压平方与同一距离所有方向上的声压平方平均值的比。Q与理想情况下音箱的水平方向和垂直方向辐射角度有关，计算公式为：Q=180/这里θ=水平方向辐射角度，φ=垂直方向辐射角度。

虽然Q在计算声音增益时是有用的，但知道不同频率下的有效水平和垂直辐射角度对于系统设计则更有帮助。刚才所提到的“不同频率”是一个关键因素，因为任何音箱或音箱系统的指向性总是随着频率的不同而有变化。下面我们将帮助你了解在不同频率时指向性的变化，并给出一个理想参数，以及关于指向性性能方面一些夸大的说辞，以免轻信产品厂商的广告。

惠更斯定律
任何在其表面具有恒定相位的声辐射器，如低频锥形喇叭或静电板式喇叭在低频下工作时，声音向四面散射，随着频率越高则指向性越强。具有指向性的原因可通过Huygen定律来解释，即任何反射表面都可被细分为由若干独立的小平面组成，每个小平面都是向四面反射。我们假设锥形表面的其中一处为A，另一处为B(如图2)，那么就可得出A和B到任意一个指定接听点P的声音传播效果。

图2：如何计算指向性

如果振膜表面的两点到接听点的距离相等，则这两点传输过来的声波在接听点将会叠加。如果在某个频率下，来自A点的声波传输时间比来自B点的声波传输时间多半个周期，则接听点处这两个声波的相位将互相抵消。通过对其微积分，就可得出在任何接听点处，锥形喇叭或任何喇叭的整体频响。在某一频率下，锥形喇叭的整体频响可被分解为不同的定向辐射模式(图4)。

图4：辐射瓣的指向性

图4根据不同的ka值进行了分类，ka为锥形喇叭的半径和波数的乘积。(k=2πf/c，其中f是频率，c是声速)通过计算，我们发现ka只是周长与波长的比。我们知道，1kHz声波的波长约为1英尺，且波长与频率是成反比的，因此，对于1个15英寸的喇叭而言，周长约为4英尺，所以就可将ka等于1的图用在一个250Hz的15英寸喇叭上，如果是一个12英寸的喇叭，则相应的频率应为333Hz。

要注意的是，当频率高于ka=1时的频率值时，声音才会具有指向性。通常来说，在ka<=1的频率下，锥形喇叭辐射声波时就像在进行活塞运动一样，整个振动表面以同相向外辐射声波。但当频率高于上面所提到的值时，现实中锥形喇叭整个振动面将不会同相辐射声波，所以ka>=1时图2的曲线图基本上在现实情况下是不适用的。