谈谈柱体线形阵列的特性与应用

xia0h123 · 发表于 2005-11-24 02:56:00

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在讨论柱体线性阵列之前，让我们先了解一下线性阵列的两大主要种类。线性阵列主要分为模块式线性阵列（Modular Line Array）和柱体式线性阵列（Column Line Array）两种。首先，让我们来谈一谈什么是模块式线形阵列。

模块式线性阵列又被称为“音乐会”线性阵列（Concert Line Array）。最初，当模块式线性阵列出现在音响市场的时候，主要是用于音乐会的扩声，由此，“音乐会”线性阵列这个名字就沿用了下来。模块式线性阵列是指把独立的音箱单元（或模块Module）纵向排列起来，结合所有独立音箱的声音传播特性，产生一个线性阵列特有的，宽广的横向，和狭窄的纵向声音覆盖。（请注意：线性阵列不是严格意义上的纵向排列系统，它有时也以横向排列的形式出现，比如说心型超低音线性阵列）。我们会经常看到形状像字母J的模块式线性阵列（J Array）。显而易见，那是为了增加线性阵列底部的纵向覆盖范围，从而使前排听音区域得到一个较好的声音覆盖。根据不同的应用和不同生产商的原始设计，每个独立音箱单元之间的角度可以从1度延伸到12度。但是角度越大，某些频段的线性阵列特性就会丢失越多。同时，为了满足不同的应用需求，模块式线性阵列还分为大型模块式与小型模块式等不同的类型与型号。比较有代表性的大型模块式线性阵列有JBL的Vertec,，小型的有QSC的Wide Line 8等。图片1是一个10度倾斜的字母J模块式线性阵列。

下面我们来谈一谈什么是柱体式线性阵列 (Column Line Array)。

我们也许可以把柱体式线性阵列叫作柱体音箱，它同样有着线性阵列的声音传播特性。不象模块式线性阵列把独立的音箱单元（或模块Module）纵向排列在一起，柱体音箱是把相同的驱动单元依次排列在一个独立的柱型箱体内，以达到线性阵列所需要的物理环境。目前市场上的柱体音箱分为有源主动式和无源被动式两种。比较有代表性的有源柱体音箱有Duran Audio的Intellivox 和 Renkus-Heinz的Iconyx，无源的柱体音箱有Bose的MA12等。图片2是柱体音箱的侧面透视图。

柱体音箱的应用场所与环境：

柱体音箱具有极强的声音纵向覆盖控制能力。在长混响时间的声学环境中，它可以准确的把直达声传送到听音区域，而不是传送到天花板，侧墙体，或地面。从而避免了强反射声对声音质量和语音清晰度的影响。例如：机场大厅，火车站候车厅，及任何具有长混响时间，高反射声学环境的大型公共场所，都适合使用柱体音箱来建造主扩声系统。

柱体音箱应用在天花板较低的房间，同样可以发挥出线性阵列的声音特性优势。例如：会议室，视听室等。由于高度和空间的限制，不允许在房间前方吊装，或侧墙安装普通点声源音箱。即使可以，也因为音箱高度的限制，中部和后部听音区不能从前方音箱得到足够的直达声覆盖。如果要解决这个问题，必须加装延时音箱来覆盖中，后部听音区。这种做法虽然可以解决中，后部听音区直达声的覆盖问题，但是破坏了真实的声音图像定位和增加了后期系统调试难度，同时也增加了工程造价与工程施工时间。在这种情况下，如果使用柱体音箱来建造主扩声系统，刚才的一系列问题都可以得到解决。把柱体音箱安装在前方或两侧的墙体，用它们来覆盖整个听音区域。因为柱体音箱的线性阵列特性使它在近场倍数距离处，直达声压只减少3dB, 所以柱体音箱可以把声音传送的更远，在不需要加装延时音箱的前提下，柱体音箱可以平均的覆盖整个听音区域。同时，由于它有着低调的纤细箱体，使安装更简单，外观也比点声源音箱美观很多。

以这种应用为例，柱体音箱的另外一个重要优势是抗回授(feedback)。通常，在使用点声源音箱系统的会议室，或其他相似的应用环境，声音系统容易产生回授。因为点声源音箱有着扩散式的声音传播特性，或者说它不具备良好的覆盖控制能力，所以很容易把过多的音箱直达声传送到麦克风所在的区域，从而使声音系统产生一个瞬态无穷大的信号回路，也就是回授。柱体音箱正好相反，它具有超强的声音纵向覆盖控制能力，直达声传送轨迹容易控制，麦克风区域不会受到太多的干扰，从而避免产生回授。即使把麦克风放置在离柱体音箱特别近的地方，麦克风收到的声音只是柱体音箱众多驱动单元中一到两个单元的直达声。虽然这时麦克风收到的声压级很高，但它并不是整个柱体音箱的总输出能量，所以也不容易产生回授。图片3是点声源音箱与柱体音箱在2000Hz 的三维球形声音对比图像。

音箱由于具备线性阵列的声音特性和低调纤细的箱体，使它在多种应用中表现出色。但是柱体音箱也有它的应用局限性。首先，柱体音箱的最大声压级输出要比点声源音箱小很多，不适合需要高声压级场所的应用。其次，无源式柱体音箱的声音传送面和箱体成固定90度，因为它有着狭窄的纵向覆盖角度，所以音箱不能安装过高，或在音箱安装位置较高的情况下，箱体向下倾斜角度也不建议大于5度。同时，无源式柱体音箱只能提供一个声音覆盖面，不能象点声源那样组成音箱组，以创建一个复合的声音覆盖面。比如说，用六只点声源音箱组成一个音箱组，上面三只覆盖剧场楼厅听音区，下面三只覆盖第一层听音区。然而，有源式柱体音箱可以通过设定每个驱动单元的延时量，来达到在箱体垂直安装的情况下，覆盖范围向下倾斜-35度的效果，甚至更低。这样就解决了柱体音箱不能安装过高的问题。使用延时调节功能，还可以把柱体音箱分成两个不同的声音覆盖面。也就是说，音箱上部的驱动单元形成一个向上的覆盖面，用来覆盖楼厅听音区。下部的驱动单元形成一个直的或向下的覆盖面，用来覆盖第一层听音区。但是，有源式柱体音箱价格高的惊人，这使许多想使用它的客户都望而却步。在另外一方面，目前市场上的柱体音箱，基本上都是使用全频，或两分频驱动单元设计。这种设计的缺点是，驱动单元之间的距离不能根据不同频段的波长得到优化，从而不能得到一个稳定的宽频线性阵列响应特性，导致丢失某些频段的覆盖控制。这个问题至今困扰着很多柱体音箱设计师。最后，柱体音箱由于不具备防水性，所以不适合室外应用。

幸运的是美国Community音响公司在经过多年的市场调研和产品开发后，在美国InfoComm 2008年会上推出了世界上第一只三分频全天候柱体音箱Entasys。它不仅综合了柱体音箱现有的特性优势，而且解决了现有柱体音箱的设计缺陷。从而大大提高了柱体音箱的可使用性。无论是在室内，还是户外，它都有着出色的表现，自从Entasys在欧美音响市场发行以来，它受到众多的著名系统设计师和终端用户的追捧。图片4是Community Entasys 全频和低频柱体音箱。

Entasys分为全频音箱，和低频音箱两种型号。他们有着相同的尺寸与外观，但是不同的内部结构。通过不同的叠加方式把全频音箱与低频音箱组合起来，得到不同的覆盖效果，来满足各样的应用需求。全频音箱包含6只3.5英寸低频单元，18只2.5英寸中频单元，和42只Community 专利CRE高频单元 (compact Ribbon Emulators)。低频音箱包含6只3.5寸低频单元。强大的驱动单元组合，使一只Entasys全频音箱在100英尺处，直达声压级可以达到96dB SPL，解决了普通柱体音箱声压级不足的问题。同时，因为使用三分频的设计，使每个驱动单元的距离得到完全优化，从而得到一个稳定的宽频线性阵列响应特性。在户外防水处理方面，Entasys 使用了Community世界领先的音箱防水处理技术。它使用铝制仿水外壳，所有的驱动单元使用防水材料制造。这种防水的设计，完全实现了柱体音箱户外的扩声应用。为了得到有源式柱体音箱的复合覆盖面功能，Community的工程师在系统设计中，通过对低频音箱和全频音箱的复合叠加，创造了一个和有源式柱体音箱相似的复合覆盖面效果，使用户在使用价格相对低廉的无源式柱体音箱时，获得有源式柱体音箱特有的功能。Entasys推荐叠加数高达五只。我们可以把五只Entasys叠加起来，组成柱体阵列（上下各两只全频，中间一只低频），用上面两只全频音箱覆盖楼厅听音区，下面两只全频音箱覆盖一楼听音区，中间一只低频把上下全频连接起来，用于保持线性阵列的物理特性和创造两个不同的覆盖面，同时获得更低的低频控制。Entasys全频音箱的驱动单元使用模块式设计，用户可根据需要，把驱动单元模块调节成垂直结构，上下单独弯曲结构，或上下同时弯曲结构（Entasys的出厂设置）。使用这些调节功能，可以使它的纵向覆盖角度从6度扩展到12度。根据应用需要，使它朝上，朝下或整体得到一个更宽的纵向覆盖范围。

Entasys低频音箱在创造一个复合覆盖面的柱体阵列时，是必不可少的。同时，在Entasys全频音箱上方，或下方叠加低频音箱，也可以使柱体阵列得到一个更低的可控制低频率。在这里，我想介绍一下Entasys低频音箱的另外一个主要功能：低频覆盖控制。

Entasys的低频音箱不是用来提升系统低频响应的，因为它不是一只超低音音箱。它的主要作用是为了得到一个更低的频率控制范围。我们知道，线性阵列的横向覆盖角度极宽，纵向覆盖角度极窄。但是在实际应用中，线性阵列的低频段往往不具备这种特性。线形阵列可控制的最低频率和整个阵列的长度成正比，阵列越长，可控制的低频越低。基于这种原理，如果需要加强柱体阵列对低频覆盖的控制，可以在柱体阵列上叠加Entasys 低频音箱，增加阵列的整体长度，获得更低的频率控制，以避免过多的低频泄露，产生低频强反射，从而触发房间的低频共振 (room mode)和系统低频回授。当为一个有着长混响时间的房间设计声音系统时，加强对低频的覆盖控制尤为重要。这里有一个问题，为什么不用Entasys全频音箱来增加柱体阵列的整体长度呢？就像我在前边提到的，Entasys全频音箱可以提供一个出色的长距离纵深覆盖和高声压级输出。很多时候，使用一到两只Entasys全频音箱，已经完全可以满足对纵深覆盖距离和直达声压级的设计要求。在原有的柱体阵列上叠加一到两只Entasys全频音箱当然也可以增加阵列的整体长度，达到加强控制低频的目的。但是与此同时，叠加的全频音箱产生了过多的纵深覆盖，和直达声压（和点声源音箱不同，线形阵列声源增加一倍，直达声提升6dB）。结果是，触发了更多的声反射，增加了声学环境的复杂性，最终破坏了工程的声音质量。所以，在柱体阵列的纵深覆盖距离和直达声压级已经满足了设计要求，只是需要加强对低频的控制时，使用低频音箱叠加是正确的选择。另外，节省了工程预算，因为全频音箱的价格要比低频音箱贵一些。

图片5.1是一只Entasys全频音箱在50米处阵列特性图像。在图片中我们可以看到，250Hz以下的低频基本不受控制。图片5.2是一只Entasys全频音箱和两只低频音箱的叠加在50米处的阵列特性图像，我们可以看到，低频的最低控制频率已经到了125Hz。从Entasys 柱体音箱的设计中，我们可以感受到Community首席设计工程师Bruce Howze的深厚设计功力，和整个Community设计团队“以技术服务客户”的设计理念。

下面让我们一起看两个Entasys柱体音箱的设计实例。

实例一：图片6是一个低天花板的小型会议室。平时用于会议，演讲，视频播放，和小型的演出。它的讲台（或称它为舞台）在房间的中间，靠着后墙。墙高2.4米。在经过一些房间声学处理后，房间的中频率混响时间在0.5到0.9秒之间。房间的声音系统主要用于语音扩声和音乐回放。天花板的高度和听音区的范围决定了使用柱体音箱来建造主声音系统是最好的选择。由于房间的混响时间相对较短，所以不需要叠加Entasys 低频音箱。在房间两侧墙面各安装一只Entasys全频率音箱。它的120度的横向覆盖范围使每一排座位都得到了一个平均的直达声覆盖。在Entasys全频音箱下的两只Community VLF208狭槽负载式超低音箱为音乐回放提供出色的低频。

图片7 显示了一只Entasys全频音箱1000Hz到4000Hz的纵向覆盖图像。图片8显示了Entasys系统500Hz到2000Hz的平面覆盖图像（图片中所显示的直达声压级，为客户要求的实际人耳听音设计标准，并非系统最大输出声压级）。在图片中我们可以看到，在90%的听音区域中，直达声覆盖率变化不超过+-1.5dB。在完成系统安装和调试后，实地测量结果为：听音区域宽频率最大声压级稳定在101-105dB之间. 2000Hz的STI是0.68 。

实例二：图片9是一个带楼厅的拱顶式建筑

拱形天顶，中频混响时间大约是2秒钟，500Hz以下的混响时间长达3.5-4秒。声音系统用于语音扩大和音乐回放。因为楼厅听音区需要得到和一楼听音区近似的声音效果，所以设计一个复合覆盖面音箱系统是首先需要考虑的。由于房间混响时间长，叠加一只低频音箱，用于增加柱体阵列长度，以加强200Hz以下的低频控制，减少低音的泄漏与反射，同时创建一个复合的覆盖面。基于以上实际情况，在舞台的两侧安装五只Entasys 音箱，用他们来覆盖楼厅听音区和一楼听音区，将会得到一个平均的声压级覆盖，和理想的SIT。音箱从上到下的排列为：上弯曲全频音箱-垂直全频音箱-低频音箱-垂直全频音箱-下弯曲全频音箱。在Entasys全频音箱下方的两只Community VLF212狭槽负载式超低音箱为音乐回放提供出色的低频。图片10 是Entasys 柱体阵列1000Hz到4000Hz的纵向覆盖图像，从图片中我们可以看到两个分离的覆盖范围。图片11是Entasys 系统 500Hz到2000Hz的平面覆盖图像。在完成系统安装调试后，实地测量结果为：一楼前排听音区宽频最大声压级为107dB SPL, 后排听音区宽频最大声压级为102dB SPL. 楼厅听音区宽频最大声压级为101-102 dB SPL. 2000Hz STI 为0.52。

两个应用实例是远远不能把柱体音箱的应用优势完全表现出来的。但是, 我希望通过这一次的讨论，使大家对柱体音箱有一次较为全面的认识。在设计以柱体音箱为主的声音系统时，更好的发挥它们的优势，去解决复杂声学环境带给扩声系统的一系列问题。

橡皮榔头 · 发表于 2017-9-26 11:07:51

分享，谢谢楼主发布，我收藏了啊

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[全频箱] 谈谈柱体线形阵列的特性与应用

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