指向性角度可調線性陣列揚聲器系統

徐新國

（三基音響企業億達音響制造有限公司，廣東 東莞 523121）

1 指向性的形成和要求

任何一個聲源①在一定頻率范圍都有一定的指向性，指向性是聲源的固有特性，指向性對揚聲器系統而言有好處，也有壞處。使用線性陣列揚聲器系統進行擴聲最主要目的是充分利用線性陣列揚聲器系統能夠產生較低頻率的指向性。揚聲器系統發聲機理、結構外形、聲波的傳輸特性決定了指向性的大小，由于機理和聲波特性無法改變，現在音響廠家大多是通過改變外形結構來實現指向性的改變。

線性陣列揚聲器系統可以傳輸很遠的距離，主要原因是對高、中、低頻段的指向性有所控制，控制了指向性就是控制了聲壓級，控制了聲壓級就是控制了衰減特性和傳輸距離。②聲源指向性特性與聲壓級的關系特性見圖1。從圖中看出當指向性從360°變化到45°時，聲壓級增加了6 dB，其擴聲距離增加了一倍。這就是控制指向性的原因。

對于普通的揚聲器系統而言，指向性的軸線見圖2。其特點是指向性角度的軸線與揚聲器是垂直的。如果要調整揚聲器系統的指向性角度就要去調整揚聲器系統的軸線方向，③因此，比較復雜，特別是對線性陣列揚聲器系統而言更是復雜。這樣，在目前的線性陣列揚聲器系統中就出現弧線形陣列、J形陣列等很多不同的安裝形式，其目的都是為了滿足覆蓋角度的要求。幾種線性陣列揚聲器系統安裝方式見圖3。

從圖3中可以看出，要想改變線性陣列揚聲器系統的指向性角度必須要改變揚聲器的結構形式。對于不同人數的覆蓋區域，須調整結構形式，來滿足不同的要求，因此，運用調整非常復雜，這也是線性陣列揚聲器系統運用范圍有限的原因。為了解決這個問題，指向性可以調整的線性陣列揚聲器系統便應運而生。

2 改變指向性的方法

指向性是由于聲波的干涉所形成的。如果能夠控制聲波的干涉形態，就可以控制指向性。從圖3線性陣列揚聲器系統指向性的形成中可看到，當線性陣列揚聲器系統處于垂直狀態時，指向性的軸線是與陣列垂直的；當處于其他狀態時，指向性的軸線偏離了水平狀態，出現了與地面有一定角度的指向性。④

因此，要改變揚聲器系統的指向性角度就要改變揚聲器系統的軸線偏移角度。如圖4所示，從偏移的角度可以看出線性陣列揚聲器系統由上至下累積后有一個位置的偏移。這個偏移就是聲像的位置移動（延時距離），根據這種現象，可以在不改變線性陣列揚聲器系統軸線偏移，僅僅將單個的揚聲器系統進行聲音的逐步延時，產生一個虛擬的軸線，這樣就可以實現改變線性陣列揚聲器系統指向性的角度。

3 應用產品介紹

三基音響企業根據上述原理研發，推出了一款垂直和水平指向性角度都可以調整的有源線性陣列揚聲器系統X4a+XP4。

X4a是一款4英寸單元和鋁合金外殼以及純功放組件（為了安全電源外置）組成的揚聲器系統。配合XP4（外置電源和DSP前景控制）處理器進行擴聲。X4a的外形見圖5，XP4的外形見圖6。X4a的箱體是成型的鋁合金材料，對于功放組件的散熱有很大的好處，與箱體配套的專用連接附件可以使揚聲器系統進行水平方向的180°的旋轉。XP4是與X4a配合使用的一個控制器，為了安全，在設計上將供電系統外置，和DSP控制系統一起組成一個XP4。

當將X4a+XP4作為線性陣列揚聲器系統使用時，采用配套的延時計算軟件，將圖4中“擴聲覆蓋距離”、“系統的長度”、“離地高度”3個參數輸入，則出現第2、第3、第4個揚聲器系統需要的延時時間，將延時時間拷貝到DSP中，則指向性角度自動形成。

根據連接方式的不同，指向性角度可調線性陣列揚聲器系統可分區運用、組合應用，還可應用于劇院、會堂等廳堂，或在小型場所擴聲。以X4a+XP4為例，圖7為X4a+XP4實現的分區廣播控制，圖8為其在室內的運用，圖9為一個最少配置的運用系統，圖10為2個系統的運用，圖11為最大系統的運用。

因為不需要改變線性陣列揚聲器系統的安裝方式即可調整系統的指向性角度，可滿足不同擴聲覆蓋范圍的要求，具有很大的便利性，所以，該系統被廣泛看好。

注釋：

① 丁永生，翁泰來，張斌，崔廣中.聲系統工程［M］.北京 中國電子學會/中國聲學會 聲頻工程分會北京電視電聲雜志社《電聲技術》編輯部 內部資料

② 胡秉奇，曾山，王以真.國家體育館揚聲器系統的研究、設計、制造、使用（一）［J］.電聲技術，2009，33（5）：15-17

③ 胡秉奇，曾山，王以真.國家體育館揚聲器系統的研究、設計、制造、使用（二）［J］.電聲技術，2009，33（6）：15-17

④ 胡秉奇，曾山，王以真.國家體育館揚聲器系統的研究、設計、制造、使用（三）［J］.電聲技術，2009，33（7）：20-23