线阵列音箱在音响工程中的应用

上世纪六七十年代在欧美兴起了以“披头士”乐队为代表的摇滚乐，到广场上看摇滚音乐会的观众多达几十万，扩声是个大问题。比如，1977年9月3日在英国的New Jersey举行的一场摇滚音乐会就有60万人参加。扩声系统采用多只音箱叠放在一起组成的“音塔”，安装调试非常麻烦。经过精心设计和调试，花费了很多精力，扩声效果总是不尽人意。这种现象提供了一个市场信息，大型巡回演出需要功率大、安装调试方便的扩声系统。

一些大公司看准市场需求，致力于开发大功率、远投射的扩声系统。从声学角度来考虑，有两种方法可以获得大功率、远投射的效果。

一种是号筒，使声能量通过号筒集中在一个方向辐射出去，控制指向性，提高辐射效率，达到远投射的效果。例如20世纪50年代，我们对金门、马祖的广播系统就曾经采用过大号筒，一个号筒长达十几米，传播距离达几公里。

另一种是20世纪30年代就提出的扬声器阵，利用干涉原理控制指向性。事实上，当时已经流行一种柱型音箱——声柱。声柱具有比较窄的垂直指向性，但是功率不够大，投射不远，声音的动态和频宽等还存在一些需要克服的问题。一些大公司根据自己的情况，各有侧重。

号筒的研究成功地开发了恒指向性号筒扬声器、多驱动单元的号筒扬声器等。法国L-Acoustics公司于1993年首先推出了V- DOSC系统，它是由一列单元音箱组成的阵列，工作原理类同于声柱。其垂直指向性可控制，由单元箱的数目决定，水平辐射角120°。每只单元箱的频响为50Hz～18kHz±3dB，功率1500W，灵敏度134dB。高频单元通过波导管向外辐射。这是最早推出的线阵列产品，一开始就引起了人们的关注。

市场的需求，高新技术的发展和应用，使得线阵列扬声器系统成为各公司显耀自己实力的标志性产品。现在线阵列已是号筒技术和阵列技术的结合，使得辐射性能更完美。

02、线阵列扬声器系统的特点

1）单元箱规则排列

线阵列扬声器系统是由一列单元箱组成，这些单元箱按一定规则排列，根据声场需要可以排成直线、弓形（恒定半径曲线）、“J”字形和渐开线等。

单元箱的数目由扩声声场的需求决定，但是必须满足形成线阵列的基本要求，即线阵列的长度至少应大于辐射声波的波长的一半。

每一只单元箱的辐射特性有严格的要求。例如，辐射声功率、频率特性、水平指向性、失真和线性相位等必须满足线阵列对它的要求。

2）功率大、投射距离远

例如，一套线阵列扬声器系统单元箱中的低频单元承受功率1200W，灵敏度96dB；中频单元功率500W，灵敏度107dB；高频单元功率150W，灵敏度 112dB。单元箱组成阵列以后，由于单元箱之间的相互作用，使得扬声器的辐射阻抗得到了提升，提高了辐射效率。因此，采用线阵列扬声器系统作为声源在100m以外希望获得100dB以上的声压级是轻而易举的。

3）覆盖声场均匀，干涉区域小，重放分辨率高

线阵列的垂直指向性很尖锐，一般在10°左右，最窄的可达3°。辐射的声束窄，到达相应的观众区域的直达声比较强，辐射的距离又比较远，在很大的区域内的声压级的变化比较小。由于线阵列的旁瓣控制使得辐射声场的重叠区相对比较小，干涉面小。直达声为主的区域，听感好、声音清晰、分辨率高。

03、线性阵列音箱如何工作

线阵列如何工作可以是一个相当深入的讨论，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。

声学中反平方定律的内容是，声强度的大小和听音位置与声源之间距离呈平方反比。其结果是听音者距离点声源的距离每增加一倍，声压衰减6dB。这是我们通常情况下使用的扬声器的表现，虽然实际和理论会有很多细微差别。

反平方定律的前提是假设扬声器能够全向辐射。而对于实体扬声器来说，这种情况很少见，除非扬声器发出很低的频率（这也是我们为什么一直强调低音或者超低音没有指向性的原因）。

然而，随着声音传播距离的增加，即使典型的定向扬声器（例如具有90°水平覆盖角和90°垂直覆盖角的号筒扬声器）也会遵从于反平方定律，像理论上的点声源一样进行声音的扩散（即全向辐射）。

线性阵列音箱的声压覆盖则靠近所谓的线声源理论，每当听音距离加倍时，电平不会下降6dB。从理论上来讲，它只会下降3dB，但在实际应用中，结果并没有这样理想。即便如此，相对于点声源扬声器而言，线性阵列音箱在垂直覆盖角度上有着得天独厚的优势。

具有线性声源辐射特点的扬声器可以达到如下效果：您可以在大厅或户外空间的后方区域感受到相对比较大的声压级，而为了做到这一点，你不需要像操作普通点声源音箱一样，特意加大其功率以致于让前方离PA系统比较近的人听到过于大的声音。它的优势在于声音垂直扩散角度复杂多变的可控性。

相位抵消通常是在音响系统中需要工程师们尝试去避免的事情之一，但它对线阵扬声器在一起工作时能够提供具有较窄的垂直覆盖角度起着中心作用。

即使使用了高级别的扬声器箱体设计来塑造垂直方向的覆盖，在线阵列中的扬声器之间仍然有很多实际上的重叠。

然而，现实状况中，每个线阵列扬声器与观众之间的距离会稍有不同，这样就会引起小程度的相位抵消。当然，你也可以通过引入电子延时的手段，对线阵列音箱的垂直覆盖角度进行人工干预，并进行细微调整。

线性声源阵列扬声器适用体育场、户外广场等拥有众多的观众席的室外扩声；也适用室内较大的场地，如体育馆、多功能厅、宴会厅、剧场剧院、大型会堂等的扩声。同时，临时扩声系统，由于线性声源阵列扬声器具有运输、组合方便，安装、调试简单等特点，依然得到广大用户的青睐。

室外使用是线性声源阵列扬声器系统的首选应用场所，如体育场、户外演出、娱乐聚会、大型公益活动、群众集会、大型比赛等。线阵列音箱在户外流动扩声领域已成为主流产品，但在室外使用时建议注意以下问题：线性声源阵列扬声器组吊装桁架的安全性、可靠性问题。注意线性声源阵列扬声器数量和组的布置位置与演出区域、演出声像和传声增益的问题。

考虑风、雨、雪、雹等不利天气的影响。（Wharfedale Pro WLA系列防水音箱，IP6X国际防水等级设计，全天候、全防水，能够适应最严苛的户外环境，风、雨、雪、雹，全然不惧！）

2）室内的使用

由于线阵列扬声器所具有的若干特点，近年来已得到大力的发展和应用，以下小编归纳了几点线阵列扬声器在室内使用的优势。

A、室内声场分布更加均匀

利用线阵列扬声器的指向性因数及其强指向性，可以补偿远处因距离加大而使声压级衰减过多的缺陷，可使室内声场分布趋向于更加均匀。同时，由于室内混响的作用，其混响声能的产生，能够在此基础上进一步改善室内声场的均匀性。

B、降低厅堂内的有效混响时间

线阵列在厅堂内使用时，可使厅堂内的有效混响时间缩短。这是因为线阵列扬声器具有较强的指向性，将主声束射向观众席，可加强直达声能，减少了房间的声学比，从而降低了有效混响时间。尤其是大型体育馆混响时间普遍偏长，为满足比赛及文艺演出要求，保证清晰度，使用线阵列扬声器具有很大的优势。

C、提高整个扩声系统的传声增益

众所周知，在扩声系统中经过放大由扬声器辐射出来的声音反馈到传声器就会引起失真和啸叫，声反馈严重影响整个扩声系统的使用。

为抑制声反馈，增大传声增益，除采用具有强指向性的传声器外，具有超强指向性的扬声器的使用也是一个重要环节。

由于线阵列扬声器具有极强的垂直指向性，在其有效覆盖角之外声压级迅速衰减，对于增加传声增益，抑制声反馈常常可以取得良好的效果。结合本特点可更好的满足室内扩声系统声学特性指标关于传声增益要求。

以上各种措施，都可减少不需要的侧向声辐射的影响，提高扩声效率，保证较好的声波覆盖均匀度和良好的听感，增加传声增益。当然，具体应用时还是需要根据现场的建筑结构、音响系统的投资造价、现有设备的条件等多方面因素，因地制宜，选择最经济、效果最好的方案。