扬声器线阵列分析

" 电声技术 ２００４－１２ !
扬声器与传声器
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指向性可看成是同样排列的无指向性点声源组成阵列 的指向性与单个声源指向性的乘积 !示意图见图 ! " 通常 ! 将柱面波的区域称为近场 &*+,-.,/$ 区 ! 球面 波的区域称为远场 &*+01.234,+ $ 区 ! 将柱面波传播和球 面波传播的分界处至声源的距离称为过渡距离 !"’ 过 渡距离计算公式为
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熟悉其特点和使用方法 ’ 有关扬声器线阵列的基本原 理 ( 测量方法 (实现方法等研究越来越深入 ’ 为了保护 知识产权 !世界各国纷纷申请发明专利 ’
参考文献
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引言
辐射源呈线状 ’ 辐射声波在高频时能够形成均匀
可懂度 ) 当时 !为优化扬声器阵列的高频指向性 ! 提出 了螺旋形阵列和声负载阵列 ) 螺旋形阵列通过旋转布 置的扬声器单元缩短高频时 扬声器阵列的有效长度 !
的线状波阵面 ! 具有某种特殊指向特性的扬声器或扬 声器组合 !可称为扬声器线阵列 ( 近年来 !扬声器线阵列的研究与应用发展很快 ! 国 内外许多机构纷纷开展研究 ! 一些有关扬声器线阵列 的技术和产品相继推出 ! 如 .Q> 的 R9@67;4G F9;3,+G+!
拖尾也越严重 ’ 所以如果在较近的地方聆听一个线阵 列的声音 !会觉得声音浑浊不清 ’ 扬声器线阵列的拖尾也会对扬声器的频响产生影 响 ’ 具体地说 ! 线阵列会使高频以每倍频程 O] 1a 衰 减 ’ 而该衰减的截止频率随距离的变化而变化 ’ 离线阵 列越近 !截止频率越低 ! 高频的损失也越大 ’ 所以当用 来投射 ]i : 的线阵列摆放在距离观众 只 有 ] : 远 的 地方时 !高频大部分都被衰减了 !声音会变得很糟糕 ’
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展望
扬声器线阵列得到越来越多的应用 ! 工程师逐渐
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= 形扬声器阵列是直线形和弧线形扬声器阵 列的
组合 ! 上半部分为直线形阵列 ! 下半部分为弧线形阵 列 " = 形扬声器阵列兼有直线形阵列的远投优势和弧 线形阵列均匀的指向性 " 直线形阵列辐射特点是距离 增加时声压级衰减较小 ! 但是辐射指向性较差 " 弧线形 阵列辐射特点是距离增加时声压级衰减较直线形阵列 大 !但辐射指向性较好 " 渐进式扬声器阵列由上而下弯曲 ! 没有完全是直 线的部分 " 若选取不同的曲率 ! 渐进式扬声器阵列可能 有无数种数学表达式 " 渐进式扬声器阵列在不同频段 具有较为均匀的指向性 "
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其中 !$ 为工作频率 &9:; $!# 为阵列长度 &<$"
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直线形 (弧线形 )* 形 )渐进式阵列 $+,!+!& 扬声器线阵列的外在形式多种多样 ! 常见的有直
线形 %弧线形 %= 形 %渐进式阵列等 !如图 > 所示 " 弧线形扬声器阵列的声压级衰减特性则介于柱面 #"$ 积分模型 当相邻的声源 # 幅度均匀 % 同相 $间距小于半波长 ! 或者声源覆盖的长度超过声源中心间距的 #$% 时 ! 离 散的声源可认为等同于连续声源 ! 此时可以用积分模 型 " 其示意图及指向性计算公式见图 "" 波和球面波之间 " 与直线形阵列相比 ! 弧线形扬声器阵 列可以覆盖更宽的辐射范围 " 弧线形扬声器阵列的声 场特性与线阵列的曲率半径及张角有关 "
响特性等 # $ 关键词 % 扬声器 $ 线阵列 $ 声柱 $ 中图分类号 % )*+!#,! $ 文献标识码 % -
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文章编号 !!""#$%&%’ "#""’ #!#$""#’$"(
扬声器与传声器
扬声器线阵列分析
沈 勇! 江 超 " 南京大学 声学研究所 近代声学国家重点实验室 ! 江苏 南京 !"##$% # $摘
论文 ’ (
要 % 分 析了 扬 声 器线 阵 列 的特 性 ! 包 括基 本 形 式 " 数 学 模 型 " 远 近 场 与波 的 传 播形 式 " 超 近场 概 念 及瞬 态 与 频
超近距离声场特性分析 当观察点距离扬声器阵列小于阵列长度的一半
时 ! 可视为超近距离 " 此时 *+,-.,/ 近似和 *+01.234,+ 近似均不适用 " 这是由于 *+,-.,/ 近似和 *+01.234,+ 近 似均基于一种前提 ! 即观察点到声源上每一点距离相 差不大 ! 因此积分时 ! 忽略振幅部分 的差异 ! 只保留相 位部分的差异 " 即近似认为声源上每一点在观察点上 所产生的声压大小相同 ! 仅相位有差异 " 而当观察点非 常近时 !上述假设不成立 " 所以 !在离声源超近距离处 ! 计算声压即不能按照远场的公式也不能按照近场的公 式 !而应该采用数值计算或其它方法 " 否则将会产生较 大的误差 "
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阵列的指向性可用点声源的叠加得到 ) 求和模型的示 意图及指向性计算公式见图 ") *!#乘积理论 考虑到阵列中每个声源都有指向性 ! 整个阵列的
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扬声器与传声器
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瞬态特性和频率响应 线阵列各点到观察点距离不同 ! 因此声源上各点
同时发出的声信号并不同时到达观察点 ! 而有一个拖 尾 " 所以线阵列会使扬声器的瞬态特性变差 " 由数学计 算可以知道 ! 观察点离声源越近 ! 声源线度越 长 ! 这个
电声技术 ２００４－１２
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求和模型 &乘积理论和积分模型 B+C *"#求和模型 将阵列中的各个声源看成是无指向性的点声源 ! 则
"$%# 年 T+G:9 !/P 和 A4G69@ !> 的论文 VXW 就研究分析了点
源 ’ 线源 ’曲线源 ’ 平面源的指向特性 ) 后来 ! 许多专家 学者发表著述论及扬声器阵列 ! 如 SG5+,J ’P&Q9@4,9I !
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<G9HH9@ 等设计的声负载 阵 列 通 过 铺 设 吸 声 材 料 缩 短
阵列的高频有效长度 !改善了指向性V]W) 近年来 !优化扬 声器阵列指向性的方法更为丰富有效 ! 螺旋形阵列和 声负载阵列已鲜有应用 )
-= ’A9=9@ &+8,B 的 A/>S 高能量曲线阵列 ’(0T 的第
二代线阵列技术 U7E9@-9,;9 &34B7,- 等 V""%W) 扬声器线阵列并不是最近才开始研究的) 早在
23@75674, ’97G 和 [48G Q48K4, &A4@IP&PD@9B4 等 V\""!W)
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扬声器线阵列的特性及分析
声柱 &螺旋形阵列和声负载阵列 早在 !# 世纪六七十年代 ! 声柱由于可在一个平面
内获得较好的指向性等优点而获流行 ) 声柱可在混响 较长的房间里代替单个锥形扬声器 ! 以大大提高语言
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球面波与柱面波$%& 球面波的波阵面在 " 个维度传播 ! 距离加倍时声 压级衰减 & ’( " 柱面波是一种特殊的波 ! 其波阵 面只 在 ! 个维度传播 ! 距离加倍时声压级衰减 " ’(" 严格 说来 ! 只有无限长的线声源才能产生真正的柱面波 " 平 直 % 连续且恒相位的有限长线声源辐射的声波总是经 过一段的柱面波后 ! 逐渐过渡到球面波 " 球面波和柱面 波示意图见图 ) "