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線源陣列音響系統的特質與運作機制

2024-10-24 | 來源:朗慕信息

近期,線性陣列音響系統因其獨有的優勢,被頻繁應用于眾多大型擴聲場合。這類系統是根據市場的需求而生,同時也是尖端技術下的產物,從而吸引了廣泛的關注。

 

線陣列揚聲器系統的特點

1.單元箱規則排列

        線陣列音響系統由一系列按特定規則排列的音箱單元構成,它們可以被布置成直線型或“J”字型,以適應不同的聲場需求。音箱單元的數量取決于擴聲場地的具體要求,但至少要滿足形成線陣列的基本條件,即線陣列的長度需超過所輻射聲波波長的一半。每個音箱單元的聲輻射特性需嚴格遵守特定的標準,包括輻射聲功率、頻率響應、水平指向性、失真度和線性相位等,以確保它們符合線陣列的整體性能要求。
2.功率大、投射距離遠
        例如,EAW KF761型號的音箱單元中,低頻單元可以承受1200W的功率,靈敏度為96dB;中頻單元的功率為500W,靈敏度達到107dB;高頻單元的功率為150W,靈敏度則為112dB。當這些音箱單元組成線陣列時,由于它們之間的相互作用,揚聲器的輻射阻抗得到增強,從而提高了輻射效率。因此,使用線陣列揚聲器系統作為聲源,在100米之外獲得超過100dB的聲壓級是相對容易實現的。

3.覆蓋聲場均勻,干涉區域小,重放分辨率高

        線陣列揚聲器系統以其精確的垂直指向性而著稱,通常在10°左右,有些甚至可達到3°的極窄角度。這種窄輻射聲束意味著聲音能直接、強烈地傳送到目標聽眾區域,同時保持較遠的傳輸距離。在廣闊的區域內,聲壓級的變化保持較小,確保了聲音的一致性。

        線陣列對旁瓣的控制能力減少了輻射聲場的重疊區域,從而降低了聲波相互干擾的區域,即干涉面。在以直達聲為主的區域內,聽眾能享受到更好的聽感,聲音更清晰,分辨率更高。這種直達聲的優勢為聽眾提供了優質的音頻體驗,使得每個座位都能獲得均衡、清晰的音質。

 

線性陣列音箱是如何運行

        線陣列如何工作可以是一個相當深入的討論。 在這里,我們將不會過于詳盡的解釋整個理論的細節。下面將用簡單的語言和數學計算,讓大家首先了解典型的揚聲器發出的聲音是如何隨著距離的增大而分散傳播的。

 

 

1.反平方定律
聲學中的反平方定律描述了聲強度與聽音位置和聲源之間距離之間的關系。具體來說,聲強度與距離的平方成反比。這意味著,如果聽音者與聲源的距離加倍,聲壓級將減少6分貝(dB)。這個定律是理解聲音在空間中傳播的基本規則,對于預測和計算不同距離上的聲壓級非常有用。
2.點聲源
       確實,反平方定律的基本假設是聲源能夠均勻地向所有方向輻射聲波,這在實際情況中很少見,因為大多數揚聲器都有一定的指向性。揚聲器的指向性是指它在不同方向上輻射聲波的強度,這通常受到揚聲器設計和頻率的影響。 對于低頻聲音,由于聲波的波長較長,它們更容易繞過障礙物,因此低頻揚聲器往往表現出較小的指向性,或者說在較大范圍內近似全向輻射。這就是為什么低音或超低音揚聲器通常被認為沒有明顯的指向性。 然而,隨著頻率的增加,聲波的波長變短,揚聲器的指向性變得更加明顯。對于典型的定向揚聲器,如具有特定水平和垂直覆蓋角度的號筒揚聲器,它們在近距離內的聲音傳播受到指向性的影響。但隨著傳播距離的增加,這些揚聲器的聲波覆蓋區域也會擴大,最終在足夠遠的距離上,它們的聲音擴散模式也會趨向于全向輻射,從而遵循反平方定律。 這意味著在足夠遠的距離上,即使是具有明顯指向性的揚聲器,其聲音強度的衰減也會類似于點聲源,即聲壓級隨著距離的平方增加而減少。這個距離取決于多種因素,包括揚聲器的指向性特性、環境的反射條件以及聽音區域的大小。在實際應用中,了解揚聲器的指向性特性和它們如何隨著距離變化對于設計有效的音響系統至關重要。

3.線聲源

       線陣列揚聲器系統依據接近線聲源理念的聲壓覆蓋模式運作,當聽音位置的距離增加一倍時,聲壓級不會像傳統點聲源那樣減少6分貝,理論上僅降低3分貝。盡管實際應用中可能不會完全達到這一理想狀態,但相比傳統點聲源揚聲器,線陣列揚聲器在垂直覆蓋角度上展現出其獨特的優勢。

 

 

       具備線性聲源發射特性的揚聲器系統能夠實現這樣的效果:在大型廳堂或開闊的戶外空間中,即使在遠離主音響系統的區域,聽眾也能體驗到較高的聲壓級。這種系統的優勢在于,它不需要像傳統的點聲源揚聲器那樣增加功率,從而避免了對靠近音響系統的前排聽眾造成過大音量的困擾。線性聲源揚聲器的垂直擴散角度經過精心設計,可以根據需要進行調整,確保聲音的有效傳播和覆蓋。這種可控性使得線性聲源揚聲器在提供均勻聲場的同時,還能保持聲音的清晰度和平衡性。
那么如何實現線性聲源輻射?答案是相位抵消。
       相位抵消是音響工程師在設計和調試音響系統時需要特別注意的現象。盡管通常需要避免,但在線性陣列揚聲器系統中,相位抵消對于實現窄垂直覆蓋角度至關重要。這是因為線性陣列中的揚聲器單元相互之間在垂直方向上有一定的重疊,通過精確的相位控制,可以實現揚聲器之間的有效干涉,從而形成較窄的垂直覆蓋角度。
 
       在實際操作中,由于每個線性陣列揚聲器與聽眾之間的距離存在細微差異,可能會引起一定程度的相位抵消。為了解決這個問題,工程師可以采用電子延時技術,對線性陣列揚聲器的垂直覆蓋角度進行精確調整。通過這種方式,可以優化聲音的傳播,確保聲音能量更集中地覆蓋目標聽眾區域,同時減少不必要的聲音擴散。
 
       例如,EAW Anya和Anna系統就采用了這種技術,通過電子延時來調整揚聲器之間的相位關系,從而精確控制聲音的垂直覆蓋角度。這種技術的應用使得線性陣列揚聲器系統能夠更好地適應不同的場地和聽眾布局,提供更加均勻和清晰的音質體驗。通過這種方式,線性陣列揚聲器系統能夠在保持高音質的同時,實現對聲音傳播的有效控制。
 
 

 

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