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线源阵列音响系统的特质与运作机制

2024-10-24 | 来源:朗慕信息

近期,线性阵列音响系统因其独有的优势,被频繁应用于众多大型扩声场合。这类系统是根据市场的需求而生,同时也是尖端技术下的产物,从而吸引了广泛的关注。

 

线阵列扬声器系统的特点

1.单元箱规则排列

        线阵列音响系统由一系列按特定规则排列的音箱单元构成,它们可以被布置成直线型或“J”字型,以适应不同的声场需求。音箱单元的数量取决于扩声场地的具体要求,但至少要满足形成线阵列的基本条件,即线阵列的长度需超过所辐射声波波长的一半。每个音箱单元的声辐射特性需严格遵守特定的标准,包括辐射声功率、频率响应、水平指向性、失真度和线性相位等,以确保它们符合线阵列的整体性能要求。
2.功率大、投射距离远
        例如,EAW KF761型号的音箱单元中,低频单元可以承受1200W的功率,灵敏度为96dB;中频单元的功率为500W,灵敏度达到107dB;高频单元的功率为150W,灵敏度则为112dB。当这些音箱单元组成线阵列时,由于它们之间的相互作用,扬声器的辐射阻抗得到增强,从而提高了辐射效率。因此,使用线阵列扬声器系统作为声源,在100米之外获得超过100dB的声压级是相对容易实现的。

3.覆盖声场均匀,干涉区域小,重放分辨率高

        线阵列扬声器系统以其精确的垂直指向性而著称,通常在10°左右,有些甚至可达到3°的极窄角度。这种窄辐射声束意味着声音能直接、强烈地传送到目标听众区域,同时保持较远的传输距离。在广阔的区域内,声压级的变化保持较小,确保了声音的一致性。

        线阵列对旁瓣的控制能力减少了辐射声场的重叠区域,从而降低了声波相互干扰的区域,即干涉面。在以直达声为主的区域内,听众能享受到更好的听感,声音更清晰,分辨率更高。这种直达声的优势为听众提供了优质的音频体验,使得每个座位都能获得均衡、清晰的音质。

 

线性阵列音箱是如何运行

        线阵列如何工作可以是一个相当深入的讨论。 在这里,我们将不会过于详尽的解释整个理论的细节。下面将用简单的语言和数学计算,让大家首先了解典型的扬声器发出的声音是如何随着距离的增大而分散传播的。

 

 

1.反平方定律
声学中的反平方定律描述了声强度与听音位置和声源之间距离之间的关系。具体来说,声强度与距离的平方成反比。这意味着,如果听音者与声源的距离加倍,声压级将减少6分贝(dB)。这个定律是理解声音在空间中传播的基本规则,对于预测和计算不同距离上的声压级非常有用。
2.点声源
       确实,反平方定律的基本假设是声源能够均匀地向所有方向辐射声波,这在实际情况中很少见,因为大多数扬声器都有一定的指向性。扬声器的指向性是指它在不同方向上辐射声波的强度,这通常受到扬声器设计和频率的影响。 对于低频声音,由于声波的波长较长,它们更容易绕过障碍物,因此低频扬声器往往表现出较小的指向性,或者说在较大范围内近似全向辐射。这就是为什么低音或超低音扬声器通常被认为没有明显的指向性。 然而,随着频率的增加,声波的波长变短,扬声器的指向性变得更加明显。对于典型的定向扬声器,如具有特定水平和垂直覆盖角度的号筒扬声器,它们在近距离内的声音传播受到指向性的影响。但随着传播距离的增加,这些扬声器的声波覆盖区域也会扩大,最终在足够远的距离上,它们的声音扩散模式也会趋向于全向辐射,从而遵循反平方定律。 这意味着在足够远的距离上,即使是具有明显指向性的扬声器,其声音强度的衰减也会类似于点声源,即声压级随着距离的平方增加而减少。这个距离取决于多种因素,包括扬声器的指向性特性、环境的反射条件以及听音区域的大小。在实际应用中,了解扬声器的指向性特性和它们如何随着距离变化对于设计有效的音响系统至关重要。

3.线声源

       线阵列扬声器系统依据接近线声源理念的声压覆盖模式运作,当听音位置的距离增加一倍时,声压级不会像传统点声源那样减少6分贝,理论上仅降低3分贝。尽管实际应用中可能不会完全达到这一理想状态,但相比传统点声源扬声器,线阵列扬声器在垂直覆盖角度上展现出其独特的优势。

 

 

       具备线性声源发射特性的扬声器系统能够实现这样的效果:在大型厅堂或开阔的户外空间中,即使在远离主音响系统的区域,听众也能体验到较高的声压级。这种系统的优势在于,它不需要像传统的点声源扬声器那样增加功率,从而避免了对靠近音响系统的前排听众造成过大音量的困扰。线性声源扬声器的垂直扩散角度经过精心设计,可以根据需要进行调整,确保声音的有效传播和覆盖。这种可控性使得线性声源扬声器在提供均匀声场的同时,还能保持声音的清晰度和平衡性。
那么如何实现线性声源辐射?答案是相位抵消。
       相位抵消是音响工程师在设计和调试音响系统时需要特别注意的现象。尽管通常需要避免,但在线性阵列扬声器系统中,相位抵消对于实现窄垂直覆盖角度至关重要。这是因为线性阵列中的扬声器单元相互之间在垂直方向上有一定的重叠,通过精确的相位控制,可以实现扬声器之间的有效干涉,从而形成较窄的垂直覆盖角度。
 
       在实际操作中,由于每个线性阵列扬声器与听众之间的距离存在细微差异,可能会引起一定程度的相位抵消。为了解决这个问题,工程师可以采用电子延时技术,对线性阵列扬声器的垂直覆盖角度进行精确调整。通过这种方式,可以优化声音的传播,确保声音能量更集中地覆盖目标听众区域,同时减少不必要的声音扩散。
 
       例如,EAW Anya和Anna系统就采用了这种技术,通过电子延时来调整扬声器之间的相位关系,从而精确控制声音的垂直覆盖角度。这种技术的应用使得线性阵列扬声器系统能够更好地适应不同的场地和听众布局,提供更加均匀和清晰的音质体验。通过这种方式,线性阵列扬声器系统能够在保持高音质的同时,实现对声音传播的有效控制。
 
 

 

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