柱體式線性陣列技術(shù)特性與設(shè)計(jì)應(yīng)用

在討論柱體線性陣列之前，讓我們先了解一下線性陣列的兩大主要種類。線性陣列主要分為模塊式線性陣列(Modular Line Array)和柱體式線性陣列(Column Line Array)兩種。首先，讓我們來談一談什么是模塊式線形陣列。

模塊式線性陣列又被稱為“音樂會(huì)”線性陣列（Concert Line Array）。最初，當(dāng)模塊式線性陣列出現(xiàn)在音響市場(chǎng)的時(shí)候，主要是用于音樂會(huì)的擴(kuò)聲，由此，”音樂會(huì)”線性陣列這個(gè)名字就沿用了下來。模塊式線性陣列是指把獨(dú)立的音箱單元（或模塊Module）縱向排列起來,結(jié)合所有獨(dú)立音箱的聲音傳播特性，產(chǎn)生一個(gè)線性陣列特有的，寬廣的橫向，和狹窄的縱向聲音覆蓋。（請(qǐng)注意：線性陣列不是嚴(yán)格意義上的縱向排列系統(tǒng)，它有時(shí)也以橫向排列的形式出現(xiàn)，比如說心型超低音線性陣列）。我們會(huì)經(jīng)�？吹叫螤钕褡帜窲的模塊式線性陣列(JArray)。顯而易見，那是為了增加線性陣列底部的縱向覆蓋范圍，從而使前排聽音區(qū)域得到一個(gè)較好的聲音覆蓋。根據(jù)不同的應(yīng)用和不同生產(chǎn)商的原始設(shè)計(jì)，每個(gè)獨(dú)立音箱單元之間的角度可以從1度延伸到12度。但是角度越大，某些頻段的線性陣列特性就會(huì)丟失越多。同時(shí)，為了滿足不同的應(yīng)用需求，模塊式線性陣列還分為大型模塊式與小型模塊式等不同的類型與型號(hào)。比較有代表性的大型模塊式線性陣列有JBL的Vertec,小型的有QSC的WideLine8等。圖片1是一個(gè)10度傾斜的字母J模塊式線性陣列。

下面我們來談一談什么是柱體式線性陣列(Column Line Array)。

我們也許可以把柱體式線性陣列叫作柱體音箱，它同樣有著線性陣列的聲音傳播特性。不象模塊式線性陣列把獨(dú)立的音箱單元（或模塊Module）縱向排列在一起，柱體音箱是把相同的驅(qū)動(dòng)單元依次排列在一個(gè)獨(dú)立的柱型箱體內(nèi)，以達(dá)到線性陣列所需要的物理環(huán)境。目前市場(chǎng)上的柱體音箱分為有源主動(dòng)式和無源被動(dòng)式兩種。比較有代表性的有源柱體音箱有Duran Audio的Intellivox和Renkus-Heinz的Iconyx，無源的柱體音箱有Bose的MA12等。圖片2是柱體音箱的側(cè)面透視圖。
在了解了線形陣列和柱體音箱的基本特性與構(gòu)造以后，我想把討論的焦點(diǎn)放在柱體音箱在音響工程中的應(yīng)用。在這個(gè)過程中，我想用簡(jiǎn)單的語言來討論一些技術(shù)應(yīng)用問題。這次的討論不包括覆蓋率公式，或語音清晰度的計(jì)算。如果你想學(xué)習(xí)和了解線性陣列的公式計(jì)算原理，我推薦你去讀一讀MarkS.Ureda在2001年五月發(fā)表在在ASE年會(huì)發(fā)表的論文Line Arrays:Theory and Applications.（線性陣列：理論和應(yīng)用）
柱體音箱的應(yīng)用場(chǎng)所與環(huán)境：

柱體音箱具有極強(qiáng)的聲音縱向覆蓋控制能力。在長(zhǎng)混響時(shí)間的聲學(xué)環(huán)境中，它可以準(zhǔn)確的把直達(dá)聲傳送到聽音區(qū)域，而不是傳送到天花板，側(cè)墻體，或地面。從而避免了強(qiáng)反射聲對(duì)聲音質(zhì)量和語音清晰度的影響。例如：機(jī)場(chǎng)大廳，火車站候車廳，及任何具有長(zhǎng)混響時(shí)間，高反射聲學(xué)環(huán)境的大型公共場(chǎng)所，都適合使用柱體音箱來建造主擴(kuò)聲系統(tǒng)。

柱體音箱應(yīng)用在天花板較低的房間，同樣可以發(fā)揮出線性陣列的聲音特性優(yōu)勢(shì)。例如：會(huì)議室，視聽室等。由于高度和空間的限制，不允許在房間前方吊裝，或側(cè)墻安裝普通點(diǎn)聲源音箱。即使可以，也因?yàn)橐粝涓叨鹊南拗�，中部和后部聽音區(qū)不能從前方音箱得到足夠的直達(dá)聲覆蓋。如果要解決這個(gè)問題，必須加裝延時(shí)音箱來覆蓋中，后部聽音區(qū)。這種做法雖然可以解決中，后部聽音區(qū)直達(dá)聲的覆蓋問題，但是破壞了真實(shí)的聲音圖像定位和增加了后期系統(tǒng)調(diào)試難度，同時(shí)也增加了工程造價(jià)與工程施工時(shí)間。在這種情況下，如果使用柱體音箱來建造主擴(kuò)聲系統(tǒng)，剛才的一系列問題都可以得到解決。把柱體音箱安裝在前方或兩側(cè)的墻體，用它們來覆蓋整個(gè)聽音區(qū)域。因?yàn)橹�體音箱的線性陣列特性使它在近場(chǎng)倍數(shù)距離處，直達(dá)聲壓只減少3dB,所以柱體音箱可以把聲音傳送的更遠(yuǎn)，在不需要加裝延時(shí)音箱的前提下，柱體音箱可以平均的覆蓋整個(gè)聽音區(qū)域。同時(shí)，由于它有著低調(diào)的纖細(xì)箱體，使安裝更簡(jiǎn)單，外觀也比點(diǎn)聲源音箱美觀很多。

以這種應(yīng)用為例，柱體音箱的另外一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是抗回授(feedback)。通常，在使用點(diǎn)聲源音箱系統(tǒng)的會(huì)議室，或其他相似的應(yīng)用環(huán)境，聲音系統(tǒng)容易產(chǎn)生回授。因?yàn)辄c(diǎn)聲源音箱有著擴(kuò)散式的聲音傳播特性，或者說它不具備良好的覆蓋控制能力，所以很容易把過多的音箱直達(dá)聲傳送到麥克風(fēng)所在的區(qū)域，從而使聲音系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)瞬態(tài)無窮大的信號(hào)回路，也就是回授。柱體音箱正好相反，它具有超強(qiáng)的聲音縱向覆蓋控制能力，直達(dá)聲傳送軌跡容易控制，麥克風(fēng)區(qū)域不會(huì)受到太多的干擾，從而避免產(chǎn)生回授。即使把麥克風(fēng)放置在離柱體音箱特別近的地方，麥克風(fēng)收到的聲音只是柱體音箱眾多驅(qū)動(dòng)單元中一到兩個(gè)單元的直達(dá)聲。雖然這時(shí)麥克風(fēng)收到的聲壓級(jí)很高，但它并不是整個(gè)柱體音箱的總輸出能量，所以也不容易產(chǎn)生回授。圖片3是點(diǎn)聲源音箱與柱體音箱在2000Hz的三維球形聲音對(duì)比圖像。

柱體音箱由于具備線性陣列的聲音特性和低調(diào)纖細(xì)的箱體，使它在多種應(yīng)用中表現(xiàn)出色。但是柱體音箱也有它的應(yīng)用局限性。首先，柱體音箱的最大聲壓級(jí)輸出要比點(diǎn)聲源音箱小很多，不適合需要高聲壓級(jí)場(chǎng)所的應(yīng)用。其次，無源式柱體音箱的聲音傳送面和箱體成固定90度，因?yàn)樗�有著狹窄的縱向覆蓋角度，所以音箱不能安裝過高，或在音箱安裝位置較高的情況下，箱體向下傾斜角度也不建議大于5度。同時(shí)，無源式柱體音箱只能提供一個(gè)聲音覆蓋面，不能象點(diǎn)聲源那樣組成音箱組，以創(chuàng)建一個(gè)復(fù)合的聲音覆蓋面。比如說，用六只點(diǎn)聲源音箱組成一個(gè)音箱組，上面三只覆蓋劇場(chǎng)樓廳聽音區(qū)，下面三只覆蓋第一層聽音區(qū)。然而，有源式柱體音箱可以通過設(shè)定每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的延時(shí)量，來達(dá)到在箱體垂直安裝的情況下，覆蓋范圍向下傾斜-35度的效果，甚至更低。這樣就解決了柱體音箱不能安裝過高的問題。使用延時(shí)調(diào)節(jié)功能，還可以把柱體音箱分成兩個(gè)不同的聲音覆蓋面。也就是說，音箱上部的驅(qū)動(dòng)單元形成一個(gè)向上的覆蓋面，用來覆蓋樓廳聽音區(qū)。下部的驅(qū)動(dòng)單元形成一個(gè)直的或向下的覆蓋面，用來覆蓋第一層聽音區(qū)。但是，有源式柱體音箱價(jià)格高的驚人，這使許多想使用它的客戶都望而卻步。在另外一方面，目前市場(chǎng)上的柱體音箱，基本上都是使用全頻，或兩分頻驅(qū)動(dòng)單元設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)單元之間的距離不能根據(jù)不同頻段的波長(zhǎng)得到優(yōu)化，從而不能得到一個(gè)穩(wěn)定的寬頻線性陣列響應(yīng)特性，導(dǎo)致丟失某些頻段的覆蓋控制。這個(gè)問題至今困擾著很多柱體音箱設(shè)計(jì)師。最后，柱體音箱由于不具備防水性，所以不適合室外應(yīng)用。

幸運(yùn)的是美國(guó)Community音響公司在經(jīng)過多年的市場(chǎng)調(diào)研和產(chǎn)品開發(fā)后，在美國(guó)InfoComm2008年會(huì)上推出了世界上第一只三分頻全天候柱體音箱Entasys。它不僅綜合了柱體音箱現(xiàn)有的特性優(yōu)勢(shì)，而且解決了現(xiàn)有柱體音箱的設(shè)計(jì)缺陷。從而大大提高了柱體音箱的可使用性。無論是在室內(nèi)，還是戶外，它都有著出色的表現(xiàn)，自從Entasys在歐美音響市場(chǎng)發(fā)行以來，它受到眾多的著名系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和終端用戶的追捧。圖片4是CommunityEntasys全頻和低頻柱體音箱。
Entasys分為全頻音箱，和低頻音箱兩種型號(hào)。他們有著相同的尺寸與外觀，但是不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過不同的疊加方式把全頻音箱與低頻音箱組合起來，得到不同的覆蓋效果，來滿足各樣的應(yīng)用需求。全頻音箱包含6只3.5英寸低頻單元，18只2.5英寸中頻單元，和42只Community專利CRE高頻單元(compactRibbonEmulators)。低頻音箱包含6只3.5寸低頻單元。強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)單元組合，使一只Entasys全頻音箱在100英尺處，直達(dá)聲壓級(jí)可以達(dá)到96dBSPL，解決了普通柱體音箱聲壓級(jí)不足的問題。同時(shí)，因?yàn)槭褂萌�分頻的設(shè)計(jì)，使每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的距離得到完全優(yōu)化，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的寬頻線性陣列響應(yīng)特性。在戶外防水處理方面，Entasys使用了Community世界領(lǐng)先的音箱防水處理技術(shù)。它使用鋁制仿水外殼，所有的驅(qū)動(dòng)單元使用防水材料制造。這種防水的設(shè)計(jì)，完全實(shí)現(xiàn)了柱體音箱戶外的擴(kuò)聲應(yīng)用。為了得到有源式柱體音箱的復(fù)合覆蓋面功能，Community的工程師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過對(duì)低頻音箱和全頻音箱的復(fù)合疊加，創(chuàng)造了一個(gè)和有源式柱體音箱相似的復(fù)合覆蓋面效果，使用戶在使用價(jià)格相對(duì)低廉的無源式柱體音箱時(shí)，獲得有源式柱體音箱特有的功能。Entasys推薦疊加數(shù)高達(dá)五只。我們可以把五只Entasys疊加起來，組成柱體陣列（上下各兩只全頻，中間一只低頻），用上面兩只全頻音箱覆蓋樓廳聽音區(qū)，下面兩只全頻音箱覆蓋一樓聽音區(qū)，中間一只低頻把上下全頻連接起來，用于保持線性陣列的物理特性和創(chuàng)造兩個(gè)不同的覆蓋面，同時(shí)獲得更低的低頻控制。Entasys全頻音箱的驅(qū)動(dòng)單元使用模塊式設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)需要，把驅(qū)動(dòng)單元模塊調(diào)節(jié)成垂直結(jié)構(gòu)，上下單獨(dú)彎曲結(jié)構(gòu)，或上下同時(shí)彎曲結(jié)構(gòu)（Entasys的出廠設(shè)置）。使用這些調(diào)節(jié)功能，可以使它的縱向覆蓋角度從6度擴(kuò)展到12度。根據(jù)應(yīng)用需要，使它朝上，朝下或整體得到一個(gè)更寬的縱向覆蓋范圍。Entasys低頻音箱在創(chuàng)造一個(gè)復(fù)合覆蓋面的柱體陣列時(shí)，是必不可少的。同時(shí)，在Entasys全頻音箱上方，或下方疊加低頻音箱，也可以使柱體陣列得到一個(gè)更低的可控制低頻率。在這里，我想介紹一下Entasys低頻音箱的另外一個(gè)主要功能：低頻覆蓋控制。

Entasys的低頻音箱不是用來提升系統(tǒng)低頻響應(yīng)的，因?yàn)樗�不是一只超低音音箱。它的主要作用是為了得到一個(gè)更低的頻率控制范圍。我們知道，線性陣列的橫向覆蓋角度極寬，縱向覆蓋角度極窄。但是在實(shí)際應(yīng)用中，線性陣列的低頻段往往不具備這種特性。線形陣列可控制的最低頻率和整個(gè)陣列的長(zhǎng)度成正比，陣列越長(zhǎng)，可控制的低頻越低。基于這種原理，如果需要加強(qiáng)柱體陣列對(duì)低頻覆蓋的控制，可以在柱體陣列上疊加Entasys低頻音箱，增加陣列的整體長(zhǎng)度，獲得更低的頻率控制，以避免過多的低頻泄露，產(chǎn)生低頻強(qiáng)反射，從而觸發(fā)房間的低頻共振(roommode)和系統(tǒng)低頻回授。當(dāng)為一個(gè)有著長(zhǎng)混響時(shí)間的房間設(shè)計(jì)聲音系統(tǒng)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)低頻的覆蓋控制尤為重要。這里有一個(gè)問題，為什么不用Entasys全頻音箱來增加柱體陣列的整體長(zhǎng)度呢？就像我在前邊提到的，Entasys全頻音箱可以提供一個(gè)出色的長(zhǎng)距離縱深覆蓋和高聲壓級(jí)輸出。很多時(shí)候，使用一到兩只Entasys全頻音箱，已經(jīng)完全可以滿足對(duì)縱深覆蓋距離和直達(dá)聲壓級(jí)的設(shè)計(jì)要求。在原有的柱體陣列上疊加一到兩只Entasys全頻音箱當(dāng)然也可以增加陣列的整體長(zhǎng)度，達(dá)到加強(qiáng)控制低頻的目的。但是與此同時(shí)，疊加的全頻音箱產(chǎn)生了過多的縱深覆蓋，和直達(dá)聲壓（和點(diǎn)聲源音箱不同，線形陣列聲源增加一倍，直達(dá)聲提升6dB）。結(jié)果是，觸發(fā)了更多的聲反射，增加了聲學(xué)環(huán)境的復(fù)雜性，最終破壞了工程的聲音質(zhì)量。所以，在柱體陣列的縱深覆蓋距離和直達(dá)聲壓級(jí)已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)要求，只是需要加強(qiáng)對(duì)低頻的控制時(shí)，使用低頻音箱疊加是正確的選擇。另外，節(jié)省了工程預(yù)算，因?yàn)槿�頻音箱的價(jià)格要比低頻音箱貴一些。圖片5.1是一只Entasys全頻音箱在50米處陣列特性圖像。在圖片中我們可以看到，250Hz以下的低頻基本不受控制。圖片5.2是一只Entasys全頻音箱和兩只低頻音箱的疊加在50米處的陣列特性圖像，我們可以看到，低頻的最低控制頻率已經(jīng)到了125Hz。從Entasys柱體音箱的設(shè)計(jì)中，我們可以感受到Community首席設(shè)計(jì)工程師BruceHowze的深厚設(shè)計(jì)功力，和整個(gè)Community設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)

“以技術(shù)服務(wù)客戶”的設(shè)計(jì)理念。