解析吊掛線陣列與梯度線陣列

文/[美]杰夫·貝里曼 編譯/何青青

專業(yè)音響領(lǐng)域有幾種超低音線陣列，本文主要討論吊掛線陣列和梯度線陣列。

1 吊掛線陣列

1.1 吊掛線陣列的解決方案

吊掛線陣列通常只有1只（最多2只）音箱那么寬。因此，它們具有較寬的水平覆蓋角度。同時(shí)，這種線陣列的長(zhǎng)度往往比較長(zhǎng)，這就使得垂直覆蓋角度變得較窄。尤其是聽眾區(qū)座位第一排位置有可能缺少低音。其解決方案是:

（1）在垂直平面方向使線陣列彎曲，如圖1和圖2所示的水平覆蓋情況。

從外觀上講，彎曲方式往往可行，這么做目的是使得低音組和中高音組的前面板保持在一條直線上。然而，只有高度非常高的音箱組堆疊起來(lái)才會(huì)出良好的效果。

（2）在舞臺(tái)中心加幾只低音音箱，堆放在地板上。將它們的音量開得盡可能大，以便覆蓋受影響的不良區(qū)域。

通過(guò)調(diào)整延時(shí)和電平可以使前10排～20排座位區(qū)的覆蓋曲線平坦些。這是一種比較常見的方法，但是調(diào)整也需要技巧。

（3）使用波束形成技術(shù)。這對(duì)于吊掛線陣列來(lái)說(shuō)通常算是最有效的方法。

圖3～圖5是來(lái)自LAPS線陣列模型的測(cè)試結(jié)果，顯示的是在典型的兩層露臺(tái)劇院里吊掛的一組低音線陣列（由8只EV XLC-215低音音箱組成）所采取的各種方案。這些圖顯示了一個(gè)低音堆疊起來(lái)的垂直覆蓋角度模式，它不包括任何將會(huì)出現(xiàn)的水平波瓣效應(yīng)，但是垂直波瓣的挑戰(zhàn)性可想而知。

圖3所示的是一組簡(jiǎn)單的吊掛線陣列，沒有彎曲、傾斜，也沒有使用波束形成技術(shù)。前排座位的低音問題比較明顯。

圖4的線陣列跟圖3的一樣，只是另外加了2只XLC-215低音音箱堆放在舞臺(tái)前面。前區(qū)補(bǔ)聲低音做了2.0 ms的延時(shí)。曲線的形狀對(duì)延時(shí)值相當(dāng)敏感。性能更好，但不算優(yōu)秀。

圖5闡明簡(jiǎn)單的波束形成技術(shù)如何產(chǎn)生不錯(cuò)的結(jié)果。底部2只音箱做了4 ms的延時(shí)。沒有采取其他措施。

所有這些方案中，舞臺(tái)前區(qū)到后區(qū)總的低音電平相差12 dB ～14 dB。這對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)所來(lái)說(shuō)低音表現(xiàn)都不能滿足需求，很難找到完美的解決方案。

如果場(chǎng)地尺寸允許的話，高位安裝（high trim）是惟一能夠使前區(qū)到后區(qū)的低音聲壓曲線變平坦的有效方法。前面的插圖中，陣列頂部的距地高度（trim height）為32英尺（約10 m）。圖6和圖5一樣，使用的是經(jīng)波束形成技術(shù)處理過(guò)的線陣列，但是至音箱組頂部的實(shí)際高度為65英尺（約20 m）。前區(qū)到后區(qū)的聲壓差就減少很多。

1.2 中心吊掛低音線陣列

舞臺(tái)和繩索允許的話，一組中心吊掛超低音線陣列可以給出極好的聲音效果。輻射圖沒有一點(diǎn)波瓣，水平覆蓋角度基本上為360°，垂直覆蓋角度可以通過(guò)波束形成技術(shù)得到很好的控制。

圖7是一組由12只EV Xsub音箱組成的中心吊掛低音線陣列，應(yīng)用于競(jìng)技場(chǎng)。低音音箱吊掛成一條直線，采用優(yōu)化的波束延時(shí)技術(shù)，也運(yùn)用了電平遮蔽功能（level shading）。結(jié)果，整個(gè)聽音區(qū)的低音覆蓋范圍一直保持音調(diào)平衡。

這個(gè)例子中，延時(shí)是成對(duì)運(yùn)用的，也就是相鄰的每一對(duì)低音音箱有一個(gè)驅(qū)動(dòng)通道。這比每只低音音箱配備單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)和放大通道要經(jīng)濟(jì)得多。然而，若每只低音音箱配備獨(dú)立驅(qū)動(dòng)通道可行，便可能有更好的覆蓋范圍。

2 梯度線陣列

梯度線陣列是以不同振幅、不同相位驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器組，這種方式可以抵消聲音在不必要方向的輻射（見圖8）。

只有當(dāng)梯度線陣列的尺寸與波長(zhǎng)相比很小時(shí)才可用。它跟波束形成技術(shù)和端射線陣列正好相反，這兩種尺寸必須比較大。原因是梯度揚(yáng)聲器是通過(guò)控制不同聲波之間的聲壓差進(jìn)行工作，因此，尺寸必須足夠小，以便能工作在波“內(nèi)部”。

梯度揚(yáng)聲器和普通指向性傳聲器極為相似， 傳聲器通過(guò)拾取不同聲波之間的聲壓差進(jìn)行工作。

梯度技術(shù)是采用小型線陣列時(shí)實(shí)施低音模式控制惟一可行的辦法。要是設(shè)置仔細(xì)且正確，那么梯度線陣列可以提供一些有用的覆蓋模式，其低音覆蓋范圍明顯要比同尺寸的普通線陣列所能達(dá)到的更好。

2.1 實(shí)例

圖9是一對(duì)EV Xsub低音音箱組成的基本的梯度結(jié)構(gòu)。每只揚(yáng)聲器系統(tǒng)有各自的驅(qū)動(dòng)器。箱體背對(duì)背放置，間隔4英寸（約10 cm）。后面的箱體反向驅(qū)動(dòng)，且延時(shí)4.65 ms。結(jié)果線陣列出現(xiàn)心型指向的覆蓋圖案。

盡管該例子中揚(yáng)聲器系統(tǒng)背對(duì)背安裝，但不需要總這樣做。只要前后箱體之間的間距夠使后面的揚(yáng)聲器不被遮擋、出聲就行，后面的箱體朝前或者朝后安裝均可。它們的間距至少18英寸（約46 cm）。任何情況下，延時(shí)值必須一直調(diào)整到與揚(yáng)聲器單元之間的間距相匹配。

若圖9中的每一只Xsub都是一列Xsub低音音箱，而不是單只的，那么就是一組梯度線陣列了。梯度線陣列具有實(shí)用的特性，下面還會(huì)討論。

2.2 梯度線陣列的特性

2.2.1 覆蓋角度模式選擇

實(shí)例給出的這對(duì)梯度線陣列，其覆蓋模式可以通過(guò)改變后面音箱的延時(shí)而改變。可選的模式與傳聲器相似：心型、超心型（多種）以及8字型。

圖10和圖11顯示的是可供實(shí)例中2只背對(duì)背安裝的Xsub低音音箱選擇的4種覆蓋模式。

2.2.2 箱體間距、輸出和波寬

在組建梯度線陣列時(shí)，理解箱體之間的間距作用很重要。“箱體間距”指前后揚(yáng)聲器單元之間的距離。

箱體之間的間距越大，則會(huì)增強(qiáng)低音輸出，卻降低了最大工作頻率；箱體之間的間距越小，則會(huì)減弱低音輸出，卻會(huì)增加最大工作頻率。

圖12所示的例子，箱體之間的間距是62英寸（約157 cm），提供的最大工作頻率約90 Hz。超過(guò)高頻限值后覆蓋模式急劇惡化。

2.2.3 相鄰界面效應(yīng)

若梯度線陣列組位于墻面或者其他反射面之前，就不能正常工作。

圖13顯示的是2對(duì)Xsub音箱放在距離墻面2英尺遠(yuǎn)時(shí)（約61 cm）的情況。墻面在圖中是用中心那條垂直線表示。左邊的2只音箱是虛擬箱體——由墻面反射所產(chǎn)生的聲學(xué)影像，右邊2只音箱是實(shí)體音箱。

2.2.4 混響聲場(chǎng)音調(diào)平衡

大多低音線陣列在低頻段指向性變?nèi)酢Ｒ虼耍?dāng)頻率下降時(shí)，舞臺(tái)的混響聲場(chǎng)輸出也相應(yīng)更多。這就導(dǎo)致混響聲場(chǎng)中低音過(guò)量（有時(shí)叫“低音過(guò)盛”）。

梯度揚(yáng)聲器系統(tǒng)跟其他類型的揚(yáng)聲器系統(tǒng)不一樣，它在最低頻率點(diǎn)都保持模式控制。因此，在需要飽滿低音效果的場(chǎng)所就很有用，不過(guò)沒有太多低頻混響能量。

2.2.5 單元驅(qū)動(dòng)電平和低音數(shù)量

在實(shí)際的梯度線陣列中，后面音箱的輸出比前面音箱的輸出約小6 dB時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)后面這只音箱的輻射此刻達(dá)到最小值。

2.3 先進(jìn)的梯度線陣列驅(qū)動(dòng)

在低頻段，利用延時(shí)技術(shù)來(lái)創(chuàng)造指向性模式是一種有效的方法，但是沒有考慮到揚(yáng)聲器箱體形狀對(duì)聲波的影響。結(jié)果，越接近線陣列工作頻率范圍的頂端，其輻射模式越偏離想要達(dá)到的形狀。

當(dāng)前后揚(yáng)聲器結(jié)合成1只箱體時(shí)（如EV的XCS-312心型超低音音箱），便可能用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)處理方法來(lái)糾正這些效應(yīng)，以使揚(yáng)聲器在全頻段保持特定指向性。

這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用頻率相關(guān)延時(shí)技術(shù)（也叫“全通濾波器”）來(lái)補(bǔ)償箱體周圍的聲傳播效應(yīng)。

2.4 梯度線陣列的指向性

當(dāng)梯度揚(yáng)聲器組成線陣列時(shí)，產(chǎn)生的指向性同時(shí)具有梯度和寬邊揚(yáng)聲器的指向特性。

圖14顯示的是一組只有2只箱體高度的梯度線陣列的輻射模式圖，線陣列本身太短，以致于無(wú)法展示寬邊線陣列的特性。輻射模式是一個(gè)普通的立體心型圖。

圖15顯示的是體型較長(zhǎng)的梯度線陣列覆蓋圖，因?yàn)槌叽缱銐蜷L(zhǎng)，所以能表現(xiàn)出寬邊特性。這是一張扁平的立體心型圖。

當(dāng)前，我國(guó)在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面，已經(jīng)開始針對(duì)處理技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，呈現(xiàn)特定性的定量模式，并且評(píng)價(jià)范圍具備區(qū)域性的特點(diǎn)，可拓寬具體的評(píng)價(jià)渠道。在生態(tài)保護(hù)方面，我國(guó)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已經(jīng)創(chuàng)建了生態(tài)系統(tǒng)與生物群落的評(píng)價(jià)機(jī)制，并針對(duì)污染物數(shù)量進(jìn)行合理分析，保證在群體與個(gè)體分析的過(guò)程中，充分發(fā)揮環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的復(fù)合性作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管理工作，還能針對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)與控制。

實(shí)際操作中，梯度線陣列可以由特意的梯度揚(yáng)聲器系統(tǒng)組成，比如EV XCS-312超低音音箱，或者2組傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，將它們一個(gè)接一個(gè)地堆疊或吊掛起來(lái)。

波束延時(shí)技術(shù)可以應(yīng)用于梯度線陣列中，通過(guò)傾斜箱體來(lái)控制覆蓋角度。波束延時(shí)技術(shù)同樣必須應(yīng)用于線陣列中每對(duì)梯度音箱的前后單元。

圖16顯示的是一組梯度線陣列加延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)下傾效果。該覆蓋模式可以稱為成旋轉(zhuǎn)體的扁平心型或傾斜心型。采用先進(jìn)的延時(shí)剖面技術(shù)，可以形成更復(fù)雜的垂直模式圖。

2.5 梯度線陣列的應(yīng)用

正如上面提到的那樣，梯度揚(yáng)聲器用于組成小型低音線陣列以及水平尺寸較小、垂直尺寸較大的線陣列。

小型線陣列主要有以下兩類問題：由于左右低音組之間的重疊所產(chǎn)生的波瓣；覆蓋角度極寬。同樣，當(dāng)音箱后部的低音輻射出現(xiàn)問題時(shí)，梯度線陣列就非常有用。其最常見的問題表現(xiàn)在：舞臺(tái)上低音過(guò)多；延時(shí)所產(chǎn)生的多余的音箱后部輻射聲。

2.5.1 左右擺放的線陣列

對(duì)于低音組或者左右吊掛低音系統(tǒng)，使用梯度線陣列朝舞臺(tái)外輻射有助于減少波瓣。圖17是將舞臺(tái)兩側(cè)Xsub音箱堆疊的覆蓋圖和同型號(hào)梯度結(jié)構(gòu)的覆蓋圖作對(duì)比。

2.5.2 舞臺(tái)低音

盡管圖17沒有顯示出來(lái)，但有角度的超心型指向結(jié)構(gòu)的線陣列在舞臺(tái)上所產(chǎn)生的低音少于簡(jiǎn)單分布的線陣列所產(chǎn)生的低音。

對(duì)于左圖的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，站在中心舞臺(tái)的演員聽到的低音是兩邊低音組的輸出總和，其他地方的低音都不及舞臺(tái)中心點(diǎn)多；而右圖結(jié)構(gòu)中，梯度低音音箱的超心型空值直接橫穿舞臺(tái)前區(qū)輻射。典型的結(jié)構(gòu)中，將使舞臺(tái)前部中心的低音減少15 dB甚至更多。

2.5.3 小型線陣列覆蓋角度的控制

對(duì)于平坦地面的小場(chǎng)所，低音組在靠近舞臺(tái)的聽眾區(qū)往往產(chǎn)生過(guò)多低音。這對(duì)于俱樂部來(lái)說(shuō)也許沒關(guān)系，但對(duì)于公司的音視頻展示會(huì)就不能達(dá)到要求了。這種情況下，將1只小型的低音音箱進(jìn)行中心吊掛，就會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)好的覆蓋角度而不至于產(chǎn)生過(guò)大電平。然而，如果使用普通的低音音箱，它是全向的，那就意味著大量的低音能量輻射進(jìn)入混響聲場(chǎng)，從而產(chǎn)生渾濁的聲音，而且舞臺(tái)上的低音過(guò)重。相反，將1只心型指向或者超心型指向的低音音箱懸掛在舞臺(tái)上空就會(huì)使得低音能量進(jìn)入需要的區(qū)域——觀眾區(qū)，并且保持低音能量處于混響聲場(chǎng)外面，遠(yuǎn)離舞臺(tái)。

圖18顯示的是1只120°的超心型指向的低音音箱。如果將圖示看成1個(gè)極坐標(biāo)軸，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的低音能量涌入舞臺(tái)前區(qū)，而不是進(jìn)入無(wú)用的方向。如果將它看成是1個(gè)垂直坐標(biāo)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)超心型空值指向舞臺(tái)。

2.5.4 大型中心線陣列族

演出中，盡管大型中心低音線陣列本身可以提供出色的聲音效果，但仍然可以從梯度技術(shù)中受益，無(wú)需360°低音覆蓋角度。在這些演出中，采用低音線陣列組作為梯度線陣列意味著少量低音能量輻射進(jìn)入混響聲場(chǎng)。根據(jù)聲學(xué)理論，與全向低音音箱相比，梯度低音音箱會(huì)減少4 dB ～6 dB的低音混響能量。

2.5.5 延時(shí)線陣列族

在大型場(chǎng)所，尤其是室外體育場(chǎng)，延時(shí)線陣列族普遍用于增加遠(yuǎn)距離觀眾區(qū)的聲音電平和音質(zhì)。這些線陣列族的主要目的是增加高頻電平，減少空氣對(duì)高頻能量的高度吸收。然而，有時(shí)延時(shí)線陣列族有必要提供額外的低頻能量，而這樣做，常規(guī)的揚(yáng)聲器就會(huì)出現(xiàn)問題。低頻時(shí)，一般的延時(shí)線陣列族基本上都是全向的，因此，有相當(dāng)一部分的聲音是朝舞臺(tái)后區(qū)輻射。這些后區(qū)輻射聲跟主揚(yáng)聲器輻射出的直達(dá)聲不會(huì)同步，但會(huì)發(fā)生有害干涉。

解決這一問題的方法就是使用梯度揚(yáng)聲器做低頻延時(shí)處理。該覆蓋角度模式為心型，因此，后部輻射的電平很低。

2.6 端射線陣列（Endfi re array）

端射線陣列是多只音箱排列在一條共同的軸上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使主要的聲音輻射在主軸方向。

每只音箱驅(qū)動(dòng)時(shí)有各自的延時(shí)，所有的音箱極性相同。在圖19這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中，音箱之間的間距相等，且箱體之間的延時(shí)時(shí)間就是聲波從1只音箱傳播到另1只所用的時(shí)間。圖20顯示的是其特性。

圖20中，最大輸出任意顯示為0 dB。事實(shí)上，線陣列越長(zhǎng)，遠(yuǎn)距離處越有可能投射出功率更大、更具指向性的低音。

（本文編譯自www.prosoundweb.com相關(guān)文章。）