超低音阵列实用指南

超低音阵列实用指南作者:Jeff Berryman

XYCAD文献译制组

2011-11

目录

1. 引言 (3)

2. 声学原理 (3)

2.1 波长 (3)

2.2 最基本的指向性规律 (4)

2.3. 水平-垂直独立性 (4)

2.4. 多声源及波瓣 (5)

2.5. 波束成形（Beamforming） (7)

3. 增益遮挡 (8)

4. 图形化阵列设计工具 (8)

5. 低音阵列的类型 (9)

5.1 侧射阵列 (9)

6. 地面摆放阵列 (11)

7. 吊装阵列 (14)

8. 梯度阵列 (18)

8.1 示例 (19)

8.2. 梯度阵列的特性 (20)

8.3. 高级梯阵驱动 (22)

8.4. 梯阵线阵列 (22)

8.5. 梯度阵列的应用 (24)

8.6. 端射阵列 (27)

附录A：超低音分频器的设置 (29)

附录B：超低音的均衡 (33)

附录C：波束失真 (35)

1. 引言

在音响系统中，如果音箱能像聚光灯那样，根据需要选择合适的指向角度，就可以简单地将声音控制在所需投射的范围内，那该有多好啊。当然，事实并非如此，尤其是低音音箱。

低音音箱在其工作频率范围内通常近似为全指向，不过，如果把若干低音音箱堆放在一起，就能够表现出更加复杂的指向特性。将低音音箱比作灯泡的话，我们可以想象一下，一个“灯泡”能够把整个房间照亮，但是如果把四个“灯泡”排成一排，却只会照亮房间中某个区域。你能想象么？

问题是，如果你使用多只低音堆放在一起，比如放在舞台左右两侧，这时候会引起声波干涉（也叫“梳状滤波效应”），从而导致听音区内不同位置在不同频率上出现峰谷变化。如果灯光也存在这种干涉，那你在一间屋里打开两个白色灯泡，房间中会随着位置不同出现各色的彩虹。

除此之外，还有混响方面的问题，也会在时域方面叠加其特有的干扰和染色。这个就不好用灯光做比喻了。

针对上述情况，音响技术人员应当如何设计低音阵列，从而确保得到所需的覆盖和音质？

如果我们能够成功做出这种设计，那么：

l低音将非常清晰，并且在整个听众区域内都非常平衡。

l低音的声压级在整个听众区域内都能和中高频保持平衡。

l混响和反射造成的不利情况将会降到最低。

l设备的效能将得到最大程度的发挥。

本文说明了如何获得良好的低音的原理和技巧。这里我们所关注的频率范围大约是20Hz到150Hz。

2. 声学原理

2.1 波长

扬声器阵列声学方面主要跟波长有关。一个“大”阵列是指其整体尺寸（或某个局部方向的尺寸）大于1.5倍的声波波长；而“小”的概念则是指尺寸小于某个波长的三分之一。

下面是一些典型的波长。

在常温常压下，波长公式为：

波长=340/频率（单位：米）

2.2 最基本的指向性规律

对于一般的声源来说，指向性和其尺寸有关。如果声源很小，则其指向性很宽；如果声源很大，则其指向性很窄。参见图1。

记住，这里的“大”和“小”是跟波长有关的，而不是实际的尺寸。

2.3. 水平-垂直独立性

基本指向性规律可以独立应用于水平和垂直方向上。比如，一列水平超低音箱的水平尺寸很“大”，但是垂直尺寸很“小”。因此，它的指向性在水平方向上会很窄，而垂直方向上会很宽，如图2。

2.4. 多声源及波瓣

很多项目中采用两组超低音阵列分别安装在舞台两侧。这些阵列有的直接堆放在地板上，有的则采用吊装的方式。无论哪种情况，此类多声源声场中都会存在物理上称之为“声波干涉”的情况。音响人管种情况叫做“梳状滤波效应”或者“波瓣”

图3所示的是单只EV的Xsub低音音箱在50Hz的指向特性。图中，舞台的尺寸是40X20（英尺）。红色的线是极坐标指向曲线，同心圆之间的差值是6dB。可以看出，Xsub的指向性基本上是全指向的。

图4给出的，则是在舞台另一侧再增加一只Xsub时的情况。结果差别很大，而且效果变差了。

由于低音是全指向的，所以每个位置的听众都可以听到两个低音的声音。但是由于每个低音音箱到听众的距离存在差别（除了中轴线上的听众外），当这个距离差等于半波长的奇数倍时，两个低音的直达声声波相互抵消，听众基本听不到低音，至少听不到来自低音音箱的直达声。

这些波瓣会在声场中引起低音的不平衡。在室内声场中，音调不平衡的问题会被混响声弥补一些，但是清晰度降低的问题却依然存在。而在室外声场中，由于没有混响，这个问题会非常明显。

图5所示的是两个实际案例：一个是地面成排摆放的超低音箱，另一个是吊装的超低音箱线阵列。

唯一在整个频率范围内都不受波瓣影响的区域就是舞台中轴线上的位置。在这条中轴线上低音最强劲也最清晰。这就是所谓的“功率胡同”效应，它使得调

音位上听到的低音很好，却让调音师忽略了其它观众席位的听感。

应对波瓣问题的最好办法，是采用单组中置音箱簇来取代左右分别堆放的方式，组成垂直或水平阵列皆可。但是，这种方式因为某些搭台安装方面的因素，通常不太实用。

当采用左右摆放形式时，可以通过调整摆位、波束成形和/或梯阵低音方式来降低波瓣的影响。总之，我们要做的就是将两组低音共同覆盖范围内的干涉效应降到最低。

2.5. 波束成形（Beamforming）

波束成形是控制大型阵列射出声波的瞄向和波束形状的一种技术。在一列波束成形阵列中，每只音箱单元独立（或分小组）驱动，并且每路驱动信号都具备独立的延迟和电平参数。

图6和图7给出的是一个典型的中型超低音阵列的波束成形效果。图示的阵列中包含四只EV的Xsub超低音音箱。图6中该阵列没有使用波束成形技术；图7中对有关延迟参数进行了设置，来控制低音的辐射范围。这是一种常见的增强侧面覆盖的方法。

波束成形技术只能用在大（相对于波长，参见2.1节）阵列中。对小阵列的指向控制需要采用梯阵技术（参见第8节）