雨夜飘红
发表于 2007-1-13 20:03:00
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如何使扬声器尽量在向前的方向上传递声音，同时尽力避免在向后的方向传递声音，对音频工程师们来说一直是一个艰巨挑战。
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从扬声器的覆盖角度来看，这个问题似乎很难解决。因为超低音扬声器都是全指向的，所以这几乎是不可能完成的任务。
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相位驱动
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End fire的定义：扬声器以一定的间隔进行布置，它们之间存在着一定的信号延迟，以便在扬声器的前面造成信号的叠加增强，在扬声器的后方造成信号的异相并相互抵消。延迟时间的设定是用来补偿扬声器前面声源之间的位移差的。处于最前面的单元延迟最高，越往后延迟越低。' M' c! q! L5 l. r# i. f
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A0 G! U n _3 r在我们这次的讨论中，我使用了四个扬声器单元（当然您也可以使用更多的或者更少的扬声器单元 – 扬声器单元越多指向性就越强）并将这些扬声器单元相互隔开1米。所需的延迟是2.9毫秒的倍数，以便保持它们的信号在扬声器前方同步。摆放位置如图1所示。
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# N4 f) U% i1 N9 `$ D a接下来要看的是，在我们所需的频率范围内，单个扬声器单元的辐射特性。Meyer Sound MAPP曲线是1/12倍频程，对于全指向扬声器来说可能看起来有点过分，但是我们必须使用较高的分辨率来观察相位的驱动效果。
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3 d' ], N) B, s/ A考虑到一个倍频程分辨率图中包含了2：1的波长范围。为了能够更清楚地看到相位的驱动效果，在数据中不能存在2：1的斜率。
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/ l# p9 g. u2 l1 V7 w9 m" S从图2, 图3和图4中我们可以看出：随着频率的增加，全指向性逐渐的降低。这意味着随着频率的提高，我们将同时获得声压级和相位转向的控制力。$ H7 C" `, P& B6 y5 W- F
* d. g. J2 S; t0 b$ @3 x尚未完成的产品9 t2 |9 m9 }: O5 ]' f
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接下来我们来看看错误的示范。如果我们保持扬声器单元的间隔在1米（面向右侧），但是没有引入延迟，那么响应会是什么样的？我们可以把它称为end-no-fire 阵列或者是begin-fire阵列，您可以自行决定。. x% j/ x$ \8 \ T; S# Z
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图5a
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+ d" M1 _) P8 W& j. s2 s之所以这样做，是为了看到振幅的变化。答案是：它会跟随相位的变化而变化。现在让我们看一下图5a中的31 Hz的响应。我们能够在空的MAPP图上看到相位波长。如果扬声器是100％全指向的，那么这就是我们寻找声音的去向时唯一需要知道的条件。
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9 j4 ?7 X; U4 Q3 y7 W& F曲线交叉的位置就是它们相位相同的位置。扬声器的正面指向图中的右侧，但是通过颠倒相位，我们可以让main lobe上下移动。$ ]2 b. u. d7 }# P5 o% ?
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' E9 n- p# P$ a* A/ M图5b中显示了四个扬声器的组合响应，实际上最强的声音是朝北和朝南的。然而，它们的转向并不怎么极端。这是为什么？答案依然隐藏在相位当中。扬声器之间依次相差32度（2.9毫秒，31赫兹）。
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* V, Z( z9 M1 n' [4 Q左右方向上的响应并不是完全的异相 – 并没有180度那样的相位差存在。因此，扬声器单元之间的关系更像是缺乏合作的关系，而不是敌人之间的关系。$ `, _7 B* M# O! Y
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当我们将频率提高到63 Hz（图6a和6b）时，波长减半。扬声器间的间距（1 m）仍然相同，但是现在每个扬声器单元的相位偏移为64度。到第四个扬声器单元时，相位偏移已经达到了192度。第一个扬声器单元的信号和第四个扬声器单元的信号几乎是完全冲突。( ?3 z- C5 \7 Z/ |$ w7 t& n
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所以在图的侧面的可以看到信号的挤压，这样是有利于上下方向的信号的。其中所有四个扬声器单元的相位均为100％。当我们绕着圆，从顶部开始移动时，我们可以看到线条逐渐的分开了。同时随着我们向两侧移动，信号的能量也逐渐降低。
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接下来是125Hz的情况（图7a和7b）。波长再次缩小了一半。现在我们发现四个扬声器的信号在两侧相互叠加，并在角落中均匀的展开。完整laps在侧面增加 - 与不同相的扬声器的信号混合时 – 会产生推/拉的情况。这就是建立side lobe的方式。在对角线上，我们能够看到最明显的信号抵消。( s9 C7 E5 d$ `0 k. [
" f2 s0 L8 d- u% j- i$ N有延迟的情况
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现在让我们为信号添加延迟。我们能够看到圆圈的一部分经过电子设备（延迟），这意味着信号在距离扬声器较短距离处完成了第一圈，并从此时开始继续循环下去。$ f6 q) q8 ~! M1 J1 N
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在图8a和8b中，我们首先看到的是31Hz的情况。在右侧四个扬声器完全同相（扬声器前方）。每个信号传输的距离都不同，但是每个信号都有不同的electronic head start。结果是这些信号都在同一个位置完成了它们的第一圈，然后继续前进。1 X) n( w" Y- `0 C# L- A
2 h" v |6 @3 M+ i2 M- l( O在扬声器的背面，electronic head start仍然起作用 - 但是物理上head start是相反的。结果是相位响应会更快地彼此分开，扬声器A和D相隔197度。
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: \6 X; N8 N) @, j6 ~图9a和9b中显示的是63Hz的情况。扬声器前方的情况是相同的，但是现在扬声器背面的信号传播超过了一整圈。当我们从前向后移动时，侧面（屏幕的顶部和底部）的信号逐渐分开，产生增量转向，能量集中向前方和后方倾斜。线条会聚的地方是能量高的地方，它们在向着哪里传播，哪里就是蓝色的。
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在达到125Hz（图10a和10b）时，曲线在扬声器的后侧甚至是侧面都转了很多圈。在这里扬声器的指向性也是很小的。
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# ] J; e$ J+ u- @" q希望通过这篇文章中的图形演示能够帮助您理解端射低音音箱阵列的一些特点。 |
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