漸變指向性陣列揚聲器新技術在專業劇場擴聲中的應用

　　漸變指向性(xing)陣列揚聲器(qi)新技(ji)術(shu)在專業(ye)劇場擴聲中的(de)應(ying)用

　　封志剛,Ph.D. ¹ 李晴 ²  張馳 ³

　　(1-3.美國(guo) 公司專業(ye)系統(tong)部)

　　摘要

　　目前(qian)廣泛(fan)使用于(yu)大型戶外(wai)演出的(de)(de)(de)傳統線(xian)陣列(lie)揚(yang)聲(sheng)(sheng)器系統被應(ying)用于(yu)劇(ju)場等室內環(huan)境(jing)時，由于(yu)建筑聲(sheng)(sheng)學條件(jian)，如反射和(he)(he)混響(xiang)，以及(ji)(ji)陣列(lie)化和(he)(he)增益的(de)(de)(de)影響(xiang)，導(dao)致揚(yang)聲(sheng)(sheng)器系統的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)及(ji)(ji)觀眾(zhong)實際聽感遇到極大挑戰。本文回顧了(le)常(chang)規線(xian)陣列(lie)揚(yang)聲(sheng)(sheng)器系統的(de)(de)(de)原理和(he)(he)性能(neng)(neng)，探討理想(xiang)陣列(lie)揚(yang)聲(sheng)(sheng)器的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)學特性，從(cong)而引入一種全新的(de)(de)(de)陣列(lie)揚(yang)聲(sheng)(sheng)器理論和(he)(he)技術——漸(jian)變指向性陣列(lie)，并將此技術及(ji)(ji)解(jie)決方(fang)案(an)應(ying)用于(yu)實際劇(ju)場擴(kuo)聲(sheng)(sheng)案(an)例，可以克服(fu)室內環(huan)境(jing)帶來(lai)的(de)(de)(de)復雜影響(xiang)，獲(huo)得最佳的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)場覆蓋均(jun)勻度(du)，進一步提(ti)升音(yin)色平衡性和(he)(he)語言清(qing)晰度(du)。

　　關鍵詞：陣(zhen)列揚聲(sheng)器，建筑(zhu)聲(sheng)學，漸變指向性陣(zhen)列，音色平衡，聲(sheng)場均勻度(du)(du)，語言(yan)清晰(xi)度(du)(du)

　　引言

　　線性陣(zhen)列(lie)揚(yang)(yang)聲(sheng)(sheng)器是一組(zu)排列(lie)成直線、間(jian)隔緊密(mi)的(de)(de)輻射(she)單元(yuan)，并具(ju)有(you)(you)相(xiang)(xiang)同的(de)(de)振(zhen)幅與相(xiang)(xiang)位，通(tong)過線性傳輸方式(shi)，提高傳輸距離，降低聲(sheng)(sheng)音傳輸過程中的(de)(de)衰(shuai)減度。線性陣(zhen)列(lie)揚(yang)(yang)聲(sheng)(sheng)器系統下(xia)端常常有(you)(you)一點稍稍的(de)(de)彎曲(qu)，目的(de)(de)是為(wei)得到更(geng)大(da)的(de)(de)垂(chui)直覆蓋角。主體部分對遠場，彎曲(qu)部分對近(jin)場。線性陣(zhen)列(lie)的(de)(de)概念并不(bu)是而今(jin)才有(you)(you)的(de)(de)，最初是由美(mei)國(guo)著名聲(sheng)(sheng)學專(zhuan)家H.F提出(chu)的(de)(de)。

　　1957 年，奧爾(er)森先生出版了(le)經(jing)典聲學專著『聲學工程』(AcousticalEngineering)，論述了(le)線(xian)性(xing)陣(zhen)列適合(he)遠(yuan)距離(li)聲輻射。這是因為線(xian)性(xing)陣(zhen)列能夠提供非常良好(hao)的垂直覆蓋面的指向性(xing)，以取得良好(hao)的擴聲效果。

　　線陣音箱的主要應用場合是大型戶外演出，在90年代初被提出，并且迅速在戶外巡回演唱會的應用方面普及。傳統的線陣列音箱主要是為大型戶外搖滾音樂會而開發的，這種演出的場地大，觀眾多，導致聲壓的遠距離傳輸損耗問題嚴重。該系統對這類應用很有效，因為線陣列揚聲器陣列位于舞臺的兩側(ce)，使(shi)得(de)大部分觀眾都處于垂直(zhi)于揚聲器陣(zhen)列的主要覆蓋(gai)區(qu)域內，水平覆蓋(gai)范圍足(zu)夠寬，以便為所有現場觀眾提供(gong)足(zu)夠的聲能量，包括(kuo)舞臺兩側(ce)以及正(zheng)面的觀眾，這已經(jing)成為巡回演出擴聲應用領(ling)域的標準。

　　這項新技術很快就開始用于固(gu)定安(an)裝，尤(you)其在(zai)(zai)劇場(chang)演出場(chang)地(di)。但是(shi)，當我們利用傳(chuan)統(tong)(tong)線陣(zhen)列(lie)(lie)模塊(kuai)構建(jian)揚聲(sheng)(sheng)(sheng)器系統(tong)(tong)用于室(shi)(shi)內(nei)(nei)擴(kuo)聲(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)定安(an)裝時，存在(zai)(zai)兩個重大(da)問題。第一(yi)個問題是(shi)，為了(le)適應(ying)室(shi)(shi)內(nei)(nei)觀眾(zhong)座位布(bu)局，揚聲(sheng)(sheng)(sheng)器陣(zhen)列(lie)(lie)必(bi)(bi)須(xu)(xu)掛高，并(bing)且(qie)具有(you)(you)很大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)垂(chui)(chui)直(zhi)覆蓋角，觀眾(zhong)不(bu)(bu)(bu)再位于傳(chuan)統(tong)(tong)線陣(zhen)列(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)輻(fu)(fu)射(she)平(ping)面，而傳(chuan)統(tong)(tong)線陣(zhen)列(lie)(lie)模塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)通常為0度(du)，陣(zhen)列(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)半部(bu)分(fen)音(yin)箱(xiang)必(bi)(bi)須(xu)(xu)散(san)開形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)個有(you)(you)弧度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(J 形(xing)陣(zhen)列(lie)(lie))，以覆蓋增加的(de)(de)(de)(de)(de)垂(chui)(chui)直(zhi)角度(du)，音(yin)箱(xiang)間(jian)出現間(jian)隔和(he)縫(feng)隙，造成(cheng)(cheng)聲(sheng)(sheng)(sheng)干涉(she)即梳(shu)狀濾(lv)波效(xiao)應(ying)。而陣(zhen)列(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)上半部(bu)分(fen)也要(yao)求(qiu)形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)個弧形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)狀，而不(bu)(bu)(bu)是(shi)直(zhi)線，以避(bi)免耗散(san)多余的(de)(de)(de)(de)(de)能量。同時，由于室(shi)(shi)內(nei)(nei)觀眾(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)，必(bi)(bi)須(xu)(xu)對不(bu)(bu)(bu)同模塊(kuai)進行增益(yi)(yi)調節(jie)，否(fou)則會造成(cheng)(cheng)近場(chang)觀眾(zhong)區聲(sheng)(sheng)(sheng)壓級過大(da)，而遠場(chang)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓級過小，而增益(yi)(yi)調節(jie)進一(yi)步影(ying)響聲(sheng)(sheng)(sheng)場(chang)分(fen)布(bu)和(he)音(yin)色平(ping)衡(heng)。簡(jian)單地(di)說，傳(chuan)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)線陣(zhen)列(lie)(lie)揚聲(sheng)(sheng)(sheng)器系統(tong)(tong)已經無法完全(quan)滿足室(shi)(shi)內(nei)(nei)擴(kuo)聲(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)需要(yao)，傳(chuan)統(tong)(tong)線陣(zhen)列(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)非(fei)預(yu)期使用，使得不(bu)(bu)(bu)同輻(fu)(fu)射(she)方向(xiang)上的(de)(de)(de)(de)(de)頻率響應(ying)差別很大(da)。第二個問題與水平(ping)覆蓋控制有(you)(you)關。傳(chuan)統(tong)(tong)線陣(zhen)列(lie)(lie)具有(you)(you)寬廣的(de)(de)(de)(de)(de)水平(ping)覆蓋，滿足大(da)型(xing)戶外場(chang)地(di)的(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)聲(sheng)(sheng)(sheng)需求(qiu)，但這一(yi)特性(xing)在(zai)(zai)固(gu)定安(an)裝的(de)(de)(de)(de)(de)室(shi)(shi)內(nei)(nei)環境(jing)里造成(cheng)(cheng)來自側(ce)墻和(he)天花板(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)反射(she)，極大(da)影(ying)響主(zhu)(zhu)觀眾(zhong)區內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)音(yin)色平(ping)衡(heng)性(xing)和(he)清(qing)晰度(du)。

　　如上所述，傳(chuan)統線列陣揚聲(sheng)(sheng)器系(xi)統用(yong)于(yu)劇場等(deng)室(shi)內擴聲(sheng)(sheng)遇到建聲(sheng)(sheng)環境帶來的挑戰，無法(fa)滿(man)足室(shi)內擴聲(sheng)(sheng)的特(te)殊要求(qiu)，從而清楚地(di)(di)表明，我們迫切需要一種全新(xin)的陣列技術(shu)解決這些問題(ti)，必須提(ti)供以下性能特(te)點，才能理想地(di)(di)應用(yong)于(yu)室(shi)內固定安裝(zhuang)的擴聲(sheng)(sheng)系(xi)統。

　　•

　　陣列的(de)每個(ge)模塊的(de)覆蓋角度模式能覆蓋其指(zhi)向的(de)座位區域。

　　每個模(mo)塊提供的(de)指向性可變具有不同覆(fu)(fu)蓋角度的(de)模(mo)塊必須(xu)易于排列(lie)從而(er)提供復雜的(de)覆(fu)(fu)蓋面形狀來與(yu)房間(jian)相(xiang)匹配

　　在水平和垂直(zhi)方向的(de)覆蓋控制都(dou)必須下(xia)潛(qian)至1kHz 或以下(xia)，從而最大限度地減少房間特性對音色平衡性的(de)影(ying)響(xiang)

　　•

　　由模塊構成的(de)揚(yang)聲器(qi)陣(zhen)列必須真正地(di)陣(zhen)列化，無論大小和(he)結構如何

　　由多個(ge)模(mo)塊形成的(de)(de)虛(xu)擬(ni)聲源(yuan)必須(xu)(xu)是真(zhen)正(zheng)連(lian)續的(de)(de)，要(yao)避免(mian)模(mo)塊之間(jian)的(de)(de)接縫每(mei)個(ge)模(mo)塊的(de)(de)幅度和相(xiang)位必須(xu)(xu)完全相(xiang)同以形成真(zhen)正(zheng)相(xiang)干(gan)的(de)(de)虛(xu)擬(ni)聲源(yuan)，使得在陣列的(de)(de)主(zhu)要(yao)覆蓋區域內具有一致的(de)(de)音(yin)色(se)平衡性

　　1.建筑(zhu)聲(sheng)學對音色平衡性的(de)影(ying)響

　　1.1揚聲器(qi)模塊投(tou)射角度(du)控制對音(yin)色平(ping)衡(heng)性(xing)的影響

　　為了討論室內建筑聲學特性對揚聲器系統音色平衡性的影響，對比了同一個房間在三種不同的平均吸聲系數的情況下的頻率響應。對四種不同類型的揚聲器系統進行比較，每個都具有不同的投射角度控制特性，分別是：全指向性，隨頻率變化的中等指向性(典型的紙盆揚聲器)，小規格號角(典型的線陣列)以及中等規格號角(更好的覆蓋角控制)。中等規格號角的覆蓋范圍已在所有頻段(1kHz及以上)被設置為與觀眾座位區的形狀一致，而小規格號角在4kHz恰好覆蓋觀眾區域，在更低頻的范圍則變寬。研究中使用了BoseModeler聲場仿真軟件，因為其計算的準確性已被認證 ¹¹⁾ 。圖(tu)(tu)1以1k-4kHz的(de)(de)(de)(de)平均(jun)聲壓(ya)級圖(tu)(tu)對(dui)比展示了各種(zhong)(zhong)類型的(de)(de)(de)(de)揚聲器(qi)系統向地(di)面、墻(qiang)壁(bi)和天花(hua)輻射(she)的(de)(de)(de)(de)能量。頻(pin)率(lv)響應是在(zai)同(tong)一房(fang)(fang)間的(de)(de)(de)(de)相同(tong)位置(zhi)計(ji)算(suan)得到的(de)(de)(de)(de)，房(fang)(fang)間有(you)三種(zhong)(zhong)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)平均(jun)吸聲系數(shu)(a=0.10,0.17,0.40)。顯然，當揚聲器(qi)的(de)(de)(de)(de)指向性幾(ji)乎不采取控(kong)制(zhi)時，更多的(de)(de)(de)(de)能量被投射(she)到墻(qiang)壁(bi)和天花(hua)板上。圖(tu)(tu)c和圖(tu)(tu)d則清楚地(di)顯示中(zhong)等(deng)號角的(de)(de)(de)(de)投射(she)角度控(kong)制(zhi)優(you)于(yu)小(xiao)規格(ge)號角，可以進(jin)一步減少能量的(de)(de)(de)(de)損耗。

　　圖(tu)1：房(fang)間內不同類型的(de)(de)揚聲器系統(tong)的(de)(de)輻射特性的(de)(de)比(bi)較(1k-4kHz的(de)(de)平均聲壓級圖(tu))

　　不同類型(xing)的(de)揚聲(sheng)器由于房間的(de)吸聲(sheng)特性不同而造成頻(pin)率響應(ying)的(de)變化，結(jie)果(guo)如圖2所(suo)示。

　　請注意，這些(xie)頻(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應已相(xiang)對于(yu)直(zhi)達聲響(xiang)(xiang)應進行(xing)了歸一化(hua)。結果顯示(shi)，采用較少指(zhi)向性控制的揚聲器系統的頻(pin)響(xiang)(xiang)更容易受到房間(jian)特(te)性的影響(xiang)(xiang)，特(te)別是(shi)平均吸(xi)聲系數降低時。

　　圖(tu)2：不同類(lei)型的(de)(de)揚聲(sheng)器系統由(you)于房間聲(sheng)學而引起的(de)(de)頻響變化的(de)(de)比(bi)較(jiao)這(zhe)清(qing)楚地表明(ming)，在較(jiao)寬頻帶具有(you)更好(hao)的(de)(de)指向性控(kong)制性能(neng)的(de)(de)揚聲(sheng)器，在保(bao)持(chi)音色平(ping)衡性方面(mian)有(you)顯著的(de)(de)優(you)點(dian)，可(ke)以不受房間特(te)性的(de)(de)影響。

　　2.陣列化(hua)對一致(zhi)的音色(se)平(ping)衡性的影響

　　2.1模塊之間的(de)相(xiang)位疊加和相(xiang)位抵消效(xiao)應

　　沒有方(fang)法能(neng)夠完全(quan)(quan)避免(mian)兩(liang)(liang)個(ge)(ge)(ge)具有一(yi)(yi)定物理(li)間(jian)(jian)(jian)(jian)隔的(de)(de)(de)(de)聲源(yuan)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位抵(di)(di)消。兩(liang)(liang)個(ge)(ge)(ge)聲源(yuan)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)距離(li)(li)必須足(zu)夠小(xiao)，以(yi)(yi)確(que)保(bao)在(zai)有用的(de)(de)(de)(de)頻(pin)段內，相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)于(yu)聲音(yin)傳(chuan)播的(de)(de)(de)(de)距離(li)(li)，兩(liang)(liang)條聲路徑(jing)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)距離(li)(li)差足(zu)夠小(xiao)。換句(ju)話說，傳(chuan)播距離(li)(li)越短，相(xiang)(xiang)(xiang)位抵(di)(di)消效應(ying)就(jiu)越嚴重。有趣的(de)(de)(de)(de)是，線陣列利用這(zhe)些現(xian)(xian)象非常有效地在(zai)垂直于(yu)陣列高度(du)方(fang)向的(de)(de)(de)(de)平(ping)面內控制輻(fu)射方(fang)向。當一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)線陣列的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播距離(li)(li)相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)于(yu)自(zi)身(shen)尺寸超過一(yi)(yi)定范(fan)(fan)圍(wei)時，線陣列就(jiu)轉(zhuan)變為(wei)(wei)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)點(dian)源(yuan)。在(zai)技術(shu)上不(bu)(bu)可(ke)(ke)(ke)能(neng)完全(quan)(quan)消除相(xiang)(xiang)(xiang)位抵(di)(di)消效應(ying)，除非我(wo)們(men)(men)能(neng)找到一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)沒有物理(li)尺寸的(de)(de)(de)(de)聲源(yuan)。實際(ji)上，如果我(wo)們(men)(men)能(neng)夠把相(xiang)(xiang)(xiang)位抵(di)(di)消現(xian)(xian)象移動(dong)至主要可(ke)(ke)(ke)聽(ting)聲的(de)(de)(de)(de)頻(pin)段以(yi)(yi)上，這(zhe)將大(da)有裨益。自(zi)然(ran)，這(zhe)里會牽涉到關于(yu)何為(wei)(wei)主要可(ke)(ke)(ke)聽(ting)聲頻(pin)率上限的(de)(de)(de)(de)爭議，然(ran)而(er)我(wo)們(men)(men)經過一(yi)(yi)些比(bi)較(jiao)，認(ren)為(wei)(wei)只要把抵(di)(di)消現(xian)(xian)象移至10kHz以(yi)(yi)上，就(jiu)能(neng)得到不(bu)(bu)錯的(de)(de)(de)(de)性能(neng)，而(er)且比(bi)目(mu)前市場(chang)上的(de)(de)(de)(de)其它解決方(fang)案要好。這(zhe)意味著，兩(liang)(liang)個(ge)(ge)(ge)聲源(yuan)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播距離(li)(li)之差必須小(xiao)于(yu)17.0mm(10kHz頻(pin)率對應(ying)的(de)(de)(de)(de)波(bo)長的(de)(de)(de)(de)1/2)。考慮到擴聲揚聲器(qi)的(de)(de)(de)(de)典型(xing)應(ying)用，我(wo)們(men)(men)還假(jia)設最(zui)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)播距離(li)(li)為(wei)(wei)10米。有了這(zhe)些假(jia)設，兩(liang)(liang)個(ge)(ge)(ge)聲源(yuan)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)最(zui)大(da)間(jian)(jian)(jian)(jian)距離(li)(li)就(jiu)可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)計(ji)算出(chu)來，如果我(wo)們(men)(men)限制最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)目(mu)標角度(du)覆蓋(gai)范(fan)(fan)圍(wei)為(wei)(wei)正負30度(du)(合計(ji)60度(du))，就(jiu)應(ying)為(wei)(wei)33.9mm或(huo)更小(xiao)。這(zhe)就(jiu)意味著，兩(liang)(liang)個(ge)(ge)(ge)相(xiang)(xiang)(xiang)鄰(lin)模塊(kuai)的(de)(de)(de)(de)波(bo)導管喉部(bu)邊緣的(de)(de)(de)(de)間(jian)(jian)(jian)(jian)距必須在(zai)30mm左右，以(yi)(yi)避免(mian)模塊(kuai)之間(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)“可(ke)(ke)(ke)聞音(yin)縫”。

　　一(yi)種獨特(te)的具有(you)可(ke)變號角(jiao)喉部(bu)的導波(bo)管結(jie)構已被(bei)BOSE公司開發出(chu)來，如圖3所(suo)示，它可(ke)以裝配到被(bei)稱作連(lian)續弧形衍射單縫的裝置(zhi)中，以使(shi)我(wo)們能(neng)夠實(shi)現(xian)這一(yi)有(you)富挑戰性的目標。

　　圖(tu)3：連續弧形(xing)衍射單縫歧管

　　喉部適配(pei)器(qi)出口的(de)實際尺寸為(wei)(wei)60mm(高)x15mm(寬)。相鄰揚聲器(qi)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)喉部適配(pei)器(qi)的(de)中心距(ju)離為(wei)(wei)90.0mm(從模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)喉部適配(pei)器(qi)下緣(yuan)到(dao)其下面的(de)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)喉部適配(pei)器(qi)上緣(yuan)相距(ju)30.0mm)，包括兩(liang)個模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)頂板(ban)和底板(ban)。這種獨特的(de)結構使我們(men)得(de)以將模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)添加(jia)到(dao)陣列中而不引(yin)起10kHz以下的(de)相位抵消，同時能夠獨立地從0到(dao)60度配(pei)置(zhi)每個模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)垂直覆(fu)蓋角。

　　2.2不同類型(xing)的(de)揚(yang)聲器(qi)(qi)模塊構成的(de)陣(zhen)(zhen)列(lie)的(de)輻射特(te)性比較為了在預期(qi)覆蓋角(jiao)內(nei)觀察陣(zhen)(zhen)列(lie)頻率響應的(de)一致性，由不同類型(xing)揚(yang)聲器(qi)(qi)模塊構成的(de)陣(zhen)(zhen)列(lie)的(de)輻射特(te)性通過Modeler可用的(de)算法(fa)進行了計算。各(ge)類型(xing)的(de)揚(yang)聲器(qi)(qi)模塊的(de)構造(zao)和設定如圖4所示。

　　圖4：用于(yu)陣(zhen)列輻射特性比較的揚聲器模(mo)塊的結構和(he)設定

　　目標垂直覆蓋角度設定為80度，進行的比較如下：兩個具有40 度垂直覆蓋角的模塊用來表示一個典型的點聲源揚聲器解決方案。同時使用了兩種不同類型的線陣列模塊，一個具有0度的波陣面，另一個具有5度的波陣面。每個模塊內的虛擬聲源被設置得足夠小，以實現模塊內的連續源假設。八個模塊用以實現80度的覆蓋角。相鄰模塊的號角喉部的頂部與底部之間的距離被設定為90mm，以表示當今線陣列模塊的典型結構 ^13)14)15) 。

　　我們(men)使用了(le)八個(ge)BOSE公司專利(li)的(de)(de)(de)新型揚(yang)聲(sheng)器(qi)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(每一個(ge)都(dou)具有10度(du)輻射角(jiao)且由6只可變(bian)號角(jiao)適(shi)配器(qi)構成)，每個(ge)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間有30mm 的(de)(de)(de)間距。每種類(lei)型的(de)(de)(de)揚(yang)聲(sheng)器(qi)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)響應計算結果以極坐標形式(shi)示于(yu)圖(tu)5。由點聲(sheng)源(yuan)揚(yang)聲(sheng)器(qi)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)構成的(de)(de)(de)陣(zhen)列表現(xian)(xian)出顯著的(de)(de)(de)相位(wei)(wei)(wei)抵(di)消(xiao)(xiao)(xiao)現(xian)(xian)象，每個(ge)頻帶都(dou)會(hui)(hui)在一些特(te)定的(de)(de)(de)輻射角(jiao)出現(xian)(xian)相位(wei)(wei)(wei)抵(di)消(xiao)(xiao)(xiao)，而對于(yu)線(xian)陣(zhen)列，在每個(ge)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)接縫處都(dou)觀察到相位(wei)(wei)(wei)抵(di)消(xiao)(xiao)(xiao)，與例(li)子中所(suo)用模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)波(bo)陣(zhen)面角(jiao)度(du)無關(guan)。每個(ge)線(xian)陣(zhen)列模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)軸線(xian)方向不會(hui)(hui)出現(xian)(xian)相位(wei)(wei)(wei)抵(di)消(xiao)(xiao)(xiao)。然而，無論(lun)每個(ge)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)波(bo)陣(zhen)面角(jiao)度(du)如(ru)何，線(xian)陣(zhen)列模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間的(de)(de)(de)聲(sheng)源(yuan)的(de)(de)(de)不連續性(xing)產生了(le)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間的(de)(de)(de)音縫。當增加模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間的(de)(de)(de)擴張角(jiao)度(du)以實現(xian)(xian)更(geng)寬的(de)(de)(de)垂直覆蓋角(jiao)，或者對于(yu)同樣(yang)的(de)(de)(de)垂直角(jiao)度(du)減(jian)少模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)數(shu)目時，情(qing)況將(jiang)會(hui)(hui)變(bian)得更(geng)糟。與此相反(fan)，正如(ru)我們(men)所(suo)預(yu)期的(de)(de)(de)，如(ru)果陣(zhen)列由多個(ge)BOSE獨特(te)導波(bo)管技術模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)構成，則(ze)在所(suo)有頻段范圍內，相位(wei)(wei)(wei)抵(di)消(xiao)(xiao)(xiao)效應幾乎被(bei)完(wan)全消(xiao)(xiao)(xiao)除(chu)。

　　圖5：由(you)不同類(lei)型的揚聲(sheng)器模塊(kuai)構(gou)成(cheng)陣列的響應，由(you)極坐標表(biao)示

　　3.增益調節對(dui)音色平衡性的影響

　　對個別揚聲器模塊的增益調節通常用來補償遠距離投射模塊與近距離投射模塊之間的距離損失 ¹⁷⁾¹⁸⁾ 。這會(hui)避免在靠近(jin)(jin)揚聲(sheng)(sheng)器陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)眾處(chu)產生過大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)壓(ya)級，同(tong)(tong)時為(wei)(wei)離(li)(li)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)很(hen)遠(yuan)位置(zhi)處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)觀(guan)眾輸送足(zu)夠大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)壓(ya)級。近(jin)(jin)場(chang)和(he)遠(yuan)場(chang)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳播距(ju)離(li)(li)之(zhi)差通常為(wei)(wei)4倍(例(li)如到(dao)(dao)房間(jian)前(qian)部為(wei)(wei)6米(mi)而(er)到(dao)(dao)后部為(wei)(wei)24米(mi))或更大。傳播距(ju)離(li)(li)4倍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差異意味(wei)著對于(yu)近(jin)(jin)場(chang)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)有12dB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)，而(er)這一(yi)衰(shuai)減(jian)意味(wei)著揚聲(sheng)(sheng)器模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)和(he)功(gong)率放大器僅有不足(zu)10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)可被(bei)利用，反過來說(shuo)有90%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)被(bei)浪費。對陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)每(mei)個(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)進行衰(shuai)減(jian)也意味(wei)著每(mei)個(ge)(ge)(ge)聲(sheng)(sheng)源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)振幅(fu)都會(hui)發生變化(hua)。另外，對陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各個(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)使(shi)用特(te)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)濾波(bo)，包括(kuo)FIR濾波(bo)，陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)中(zhong)(zhong)各聲(sheng)(sheng)源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)位也會(hui)發生變化(hua)。但是(shi)可以理解，保(bao)持每(mei)個(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)以相(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)幅(fu)度和(he)相(xiang)位，是(shi)在很(hen)寬(kuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)帶(dai)提供預(yu)期的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)輻(fu)射特(te)性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)。這點很(hen)重(zhong)要，因為(wei)(wei)頻(pin)帶(dai)內(nei)均等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)輻(fu)射才(cai)能(neng)(neng)得(de)到(dao)(dao)目標覆(fu)蓋(gai)(gai)角(jiao)內(nei)一(yi)致的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)音(yin)色平衡性(xing)。我們給每(mei)個(ge)(ge)(ge)聲(sheng)(sheng)源(模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai))施(shi)加(jia)不同(tong)(tong)大小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)量(liang)，然后計算(suan)不同(tong)(tong)類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)所構(gou)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)極(ji)坐標響應。目標垂直覆(fu)蓋(gai)(gai)角(jiao)被(bei)設定為(wei)(wei)60度。我們使(shi)用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)源類型包括(kuo)線陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)、J 形(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)、恒(heng)定陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)曲率(恒(heng)定方向性(xing))和(he)一(yi)個(ge)(ge)(ge)螺旋(xuan)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)結構(gou)。其中(zhong)(zhong)螺旋(xuan)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)每(mei)個(ge)(ge)(ge)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目標覆(fu)蓋(gai)(gai)角(jiao)連續變化(hua)，從(cong)而(er)能(neng)(neng)夠補償距(ju)離(li)(li)損(sun)失的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)差異，以將能(neng)(neng)量(liang)分配到(dao)(dao)不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)座(zuo)位區。上述螺旋(xuan)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)(ge)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)類比(bi)，就(jiu)是(shi)由號(hao)角(jiao)構(gou)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)，其具有40x20度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)近(jin)(jin)場(chang)投(tou)射，60x40的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)(zhong)場(chang)投(tou)射，以及(ji)90x60的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)遠(yuan)場(chang)投(tou)射。研究中(zhong)(zhong)使(shi)用具有不同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)垂直覆(fu)蓋(gai)(gai)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)BOSE新型陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)以排(pai)除模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不連續性(xing)。線陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)和(he)弧形(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)間(jian)隙同(tong)(tong)理被(bei)也認為(wei)(wei)是(shi)零。被(bei)測試的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)結構(gou)和(he)垂直覆(fu)蓋(gai)(gai)角(jiao)如圖6所示。

　　圖6：用于增益研究的(de)陣列(lie)的(de)結(jie)構和目標覆(fu)蓋(gai)角(jiao)(60度)

　　本(ben)研(yan)究分別以(yi)(yi)如(ru)(ru)下(xia)(xia)三(san)種條件計算(suan)出的(de)(de)極坐標(biao)響應：第一(yi)(yi)種是(shi)沒(mei)有(you)(you)增(zeng)(zeng)益(yi)衰減(jian)(jian)，第二(er)種是(shi)給整(zheng)個陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)施(shi)以(yi)(yi)6dB增(zeng)(zeng)益(yi)差，最后(hou)(hou)一(yi)(yi)種是(shi)給整(zheng)個陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)施(shi)加(jia)12dB增(zeng)(zeng)益(yi)差。每種結構(gou)(gou)施(shi)加(jia)增(zeng)(zeng)益(yi)后(hou)(hou)的(de)(de)極坐標(biao)響應如(ru)(ru)圖(tu)7所示。我們(men)馬上可(ke)(ke)以(yi)(yi)看到，即(ji)使使用(yong)了(le)增(zeng)(zeng)益(yi)，線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)也(ye)無法提(ti)(ti)供一(yi)(yi)致(zhi)的(de)(de)音色平衡性(xing)。這(zhe)(zhe)(zhe)是(shi)線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)的(de)(de)性(xing)質使然。J 形陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)用(yong)于克(ke)服線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)的(de)(de)這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)(yi)限制。然而，施(shi)加(jia)增(zeng)(zeng)益(yi)使得(de)目標(biao)區(qu)域內(nei)(nei)不同頻(pin)帶(dai)之間的(de)(de)輻射(she)(she)方(fang)(fang)向(xiang)圖(tu)的(de)(de)一(yi)(yi)致(zhi)性(xing)更差。另一(yi)(yi)方(fang)(fang)面，弧形陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)在沒(mei)有(you)(you)施(shi)加(jia)增(zeng)(zeng)益(yi)的(de)(de)情況下(xia)(xia)，提(ti)(ti)供了(le)目標(biao)區(qu)域內(nei)(nei)與(yu)頻(pin)率無關(guan)的(de)(de)一(yi)(yi)致(zhi)的(de)(de)輻射(she)(she)方(fang)(fang)向(xiang)圖(tu)。這(zhe)(zhe)(zhe)背(bei)后(hou)(hou)是(shi)恒(heng)指向(xiang)性(xing)號角的(de)(de)理論。當施(shi)加(jia)增(zeng)(zeng)益(yi)以(yi)(yi)補償距離(li)損失時，輻射(she)(she)方(fang)(fang)向(xiang)圖(tu)開(kai)始(shi)變(bian)(bian)化。與(yu)此相反，由新型陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)模塊構(gou)(gou)成(cheng)的(de)(de)螺旋陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)有(you)(you)漸變(bian)(bian)的(de)(de)輻射(she)(she)角，可(ke)(ke)以(yi)(yi)提(ti)(ti)供近場輻射(she)(she)的(de)(de)衰減(jian)(jian)，以(yi)(yi)及各個頻(pin)帶(dai)一(yi)(yi)致(zhi)的(de)(de)輻射(she)(she)方(fang)(fang)向(xiang)圖(tu)。當施(shi)加(jia)增(zeng)(zeng)益(yi)以(yi)(yi)提(ti)(ti)供對距離(li)損失更強的(de)(de)補償時，這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)(yi)優勢(shi)就(jiu)被破壞了(le)。

　　4.常規陣列與漸變指向性陣列在實際應用中的對比

　　4.1漸變指向性陣列的定(ding)義

　　當構(gou)成(cheng)揚(yang)(yang)聲(sheng)器(qi)陣(zhen)(zhen)列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)塊各自(zi)在水平和(he)垂(chui)直方向均(jun)有獨特的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)輻(fu)射角度，以(yi)(yi)(yi)適應(ying)目標區域(yu)(yu)時，就(jiu)可以(yi)(yi)(yi)選擇每個(ge)模(mo)塊的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度，從而幫助補(bu)償每各模(mo)塊間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)距離損(sun)失。這(zhe)樣做是很自(zi)然的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為向近(jin)場觀眾區輻(fu)射能(neng)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)塊需(xu)要寬廣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向，而指(zhi)向遠場輻(fu)射的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)塊則是相(xiang)(xiang)反(fan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求。輻(fu)射角度越窄，指(zhi)向性(xing)指(zhi)數就(jiu)越高。有了這(zhe)個(ge)概念，室(shi)內(nei)建(jian)筑聲(sheng)學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響可以(yi)(yi)(yi)消除，從而獲(huo)得預期的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)而且(qie)一(yi)致的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)頻率響應(ying)。使(shi)用(yong)新(xin)型導(dao)波(bo)管來消除模(mo)塊間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)位(wei)抵(di)消也(ye)(ye)同(tong)樣重(zhong)要，因(yin)為相(xiang)(xiang)位(wei)抵(di)消也(ye)(ye)同(tong)樣可以(yi)(yi)(yi)劣化在陣(zhen)(zhen)列覆蓋區域(yu)(yu)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)音色平衡的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)致性(xing)。到此，我們(men)終于(yu)提(ti)出(chu)了一(yi)種新(xin)型陣(zhen)(zhen)列揚(yang)(yang)聲(sheng)器(qi)系(xi)統(tong)(tong)，稱(cheng)為漸變指(zhi)向性(xing)陣(zhen)(zhen)列(ProgressiveDirectivity Array,PDA)，用(yong)以(yi)(yi)(yi)實現(xian)上述特征和(he)要求。這(zhe)就(jiu)建(jian)立(li)了一(yi)種全新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)陣(zhen)(zhen)列揚(yang)(yang)聲(sheng)器(qi)系(xi)統(tong)(tong)類(lei)別，并且(qie)相(xiang)(xiang)比于(yu)現(xian)存的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)陣(zhen)(zhen)列揚(yang)(yang)聲(sheng)器(qi)系(xi)統(tong)(tong)能(neng)夠為劇場等室(shi)內(nei)擴聲(sheng)提(ti)供更好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)。

圖7：不同增(zeng)益情況下陣列的極坐標響應(ying)(10dB/div.)

　　4.2漸變(bian)指(zhi)向性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)和傳統(tong)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)覆(fu)蓋(gai)控制(zhi)和增益的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)要求利用(yong)漸變(bian)指(zhi)向性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)概(gai)念的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模塊(kuai)(kuai)所(suo)構(gou)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)揚聲器陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)好處總結如圖8，與由(you)具有固(gu)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)垂直和水平指(zhi)向的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳統(tong)揚聲器模塊(kuai)(kuai)構(gou)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)進行對比。由(you)漸變(bian)指(zhi)向性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)模塊(kuai)(kuai)構(gou)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)能夠在目標(biao)區域提供精確的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)覆(fu)蓋(gai)控制(zhi)和均勻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)聲壓級，但是一個由(you)固(gu)定(ding)覆(fu)蓋(gai)角(jiao)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)模塊(kuai)(kuai)所(suo)構(gou)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)則要求其近場和中(zhong)場投射模塊(kuai)(kuai)分(fen)別有8dB和4dB的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)，然(ran)而漸變(bian)指(zhi)向性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)所(suo)有模塊(kuai)(kuai)則都不衰(shuai)減(jian)。

　　圖(tu)(tu)8：分別(bie)由(you)(a)具有(you)單一的輻射方向(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)的傳統揚聲器模(mo)塊和(he)(b)漸變(bian)指(zhi)(zhi)向(xiang)(xiang)性(xing)模(mo)塊構成(cheng)的揚聲器陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)比(bi)較(jiao)4.3典型的線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)配(pei)置與漸變(bian)指(zhi)(zhi)向(xiang)(xiang)性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)之間整(zheng)體性(xing)能的比(bi)較(jiao)兩個(ge)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)，分別(bie)由(you)典型的線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)模(mo)塊和(he)漸變(bian)指(zhi)(zhi)向(xiang)(xiang)性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)模(mo)塊構成(cheng)，被設計用于比(bi)較(jiao)實際應用中的性(xing)能。目標覆蓋區域與之前研(yan)究中出現(xian)的相(xiang)同(如圖(tu)(tu)8a所(suo)示(shi))，因此陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的結(jie)構也(ye)相(xiang)同。這(zhe)一比(bi)較(jiao)中所(suo)用的七個(ge)線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)模(mo)塊形(xing)成(cheng)70度(du)的垂直覆蓋角(jiao)，每(mei)個(ge)模(mo)塊的擴散(san)角(jiao)設為10度(du)。兩個(ge)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的覆蓋圖(tu)(tu)(1-4kHz均值)如圖(tu)(tu)9所(suo)示(shi)。線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的每(mei)個(ge)模(mo)塊均被施加增益，以補償距離損失，而漸變(bian)指(zhi)(zhi)向(xiang)(xiang)性(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)(lie)的各模(mo)塊的輸出都相(xiang)同。

　　圖9：由線陣列(lie)模塊(kuai)(kuai)和漸(jian)變指(zhi)向性(xing)陣列(lie)模塊(kuai)(kuai)構成的陣列(lie)的覆蓋圖比較(1–4kHz)

　　從(cong)這(zhe)(zhe)一比(bi)較(jiao)中(zhong)可以(yi)得出(chu)許(xu)多有(you)用的(de)結論(lun)。由線陣(zhen)(zhen)列(lie)模(mo)塊構成的(de)陣(zhen)(zhen)列(lie)的(de)覆(fu)蓋(gai)圖表現(xian)出(chu)模(mo)塊之(zhi)間的(de)接(jie)縫，覆(fu)蓋(gai)既有(you)過度又有(you)不足，然而(er)漸變指向性陣(zhen)(zhen)列(lie)則表現(xian)出(chu)非常平滑的(de)覆(fu)蓋(gai)而(er)沒有(you)接(jie)縫，與目標區域匹配更好。施(shi)加到(dao)線陣(zhen)(zhen)列(lie)的(de)每個(ge)(ge)模(mo)塊上的(de)增益(yi)，從(cong)第(di)一個(ge)(ge)到(dao)下面最后(hou)一個(ge)(ge)模(mo)塊，分別為(wei)-1.5dB,-3.0dB,-5.0dB,-7.5dB,-9.5dB,-12.0dB。這(zhe)(zhe)意味(wei)著線陣(zhen)(zhen)列(lie)65%的(de)輸出(chu)功率被浪費了。

　　圖10顯示了覆蓋區域內(nei)六(liu)個位置(zhi)的頻(pin)率(lv)響(xiang)應的比較。參考響(xiang)應是這六(liu)個位置(zhi)的響(xiang)應的平均值(zhi)。清楚地表明，利用線陣(zhen)列(lie)(lie)模塊，并施加增益以(yi)效仿弧(hu)形(xing)陣(zhen)列(lie)(lie)，在頻(pin)率(lv)響(xiang)應的平滑度和一致性以(yi)及效率(lv)等方面都(dou)不能提供與漸變指向性陣(zhen)列(lie)(lie)同(tong)樣的性能。

　　圖10：分(fen)別由(you)線陣(zhen)列(lie)模塊和漸(jian)變(bian)指向性陣(zhen)列(lie)模塊構(gou)成(cheng)的(de)(de)陣(zhen)列(lie)的(de)(de)六個位置的(de)(de)頻響變(bian)化的(de)(de)比較

　　5.漸變指向性(xing)陣(zhen)列在(zai)藝(yi)海(hai)劇場擴(kuo)聲中的(de)應用

　　藝海劇院地處上海市靜安區江寧路466號、康定路交匯處，與靜安體育中心毗鄰，建成于2001年。此次歷時一年多的修繕是藝海劇院建成以來的首次大修，劇院將定位于音樂劇專屬劇場，集演出、排練、孵化于一體。大劇場的座位也從999 座增加到了1038 座。藝海劇院整個觀眾廳呈扇形，觀眾席深約為22m，寬約25m，地面到頂部裝飾面高約12m，舞臺口寬約15m。觀眾席有二層眺臺深約8m，舞臺前部有升降樂池，整(zheng)體(ti)結構上是一個中(zhong)型劇院。

　　藝海劇院改造項目(mu)(mu)的(de)(de)(de)擴(kuo)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)設計環(huan)節，業主對揚聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)安(an)(an)(an)裝位(wei)置有(you)著嚴苛的(de)(de)(de)要求，因(yin)為是(shi)改造項目(mu)(mu)，安(an)(an)(an)裝位(wei)置和聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)橋(qiao)的(de)(de)(de)開孔(kong)尺寸都有(you)限制，必須將擴(kuo)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)揚聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)安(an)(an)(an)裝在這些(xie)固(gu)定好的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)橋(qiao)內(nei)，同時又要要滿足均(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)覆(fu)蓋，清晰的(de)(de)(de)人(ren)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)表現及(ji)一(yi)致的(de)(de)(de)音(yin)樂平(ping)衡性。因(yin)此，我們通(tong)過(guo)Bose的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)場(chang)(chang)模擬(ni)分析軟件(jian)Modeler，對揚聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)安(an)(an)(an)裝位(wei)置及(ji)角度(du)進行多次聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)場(chang)(chang)模擬(ni)分析，最終采用(yong)非(fei)對稱水平(ping)角度(du)的(de)(de)(de)弧形曲率(lv)陣列(lie)揚聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)來實現最佳的(de)(de)(de)音(yin)色(se)平(ping)衡，減少側墻反(fan)射(從圖11可(ke)以(yi)看出，打在側墻的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)量(liang)幾乎(hu)沒有(you))，對不同位(wei)置的(de)(de)(de)聽音(yin)區(qu)(qu)提供均(jun)勻(yun)的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)覆(fu)蓋(從圖12可(ke)以(yi)看出，整個觀眾(zhong)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)場(chang)(chang)覆(fu)蓋非(fei)常均(jun)勻(yun))。

　　圖11：藝海劇院墻面和觀眾區直達聲覆(fu)蓋圖(1-4kHz)

　　圖12：藝海劇院平面(mian)直達聲(sheng)覆(fu)蓋圖(1-4kHz)

　　在該(gai)項目的(de)擴聲設計中，我們采用(yong)了非對稱(cheng)DeltaQ陣列揚聲器作為主擴聲揚聲器組，其中6只(zhi)(zhi)2組作為左右聲道，4只(zhi)(zhi)1組作為中央聲道，分(fen)別用(yong)了3種不同的(de)水平角度(du)和(he)3種不同的(de)垂(chui)直角度(du)，將聲線精確(que)地(di)投射到(dao)不同區(qu)域的(de)觀眾席，減少不必要(yao)的(de)反(fan)射聲，提高語言(yan)清(qing)晰(xi)度(du)(圖(tu)13)和(he)音色平衡一致性(xing)(圖(tu)14)。

　　圖13：藝(yi)海劇(ju)院觀(guan)眾席(xi)語言清晰度(du)(平均(jun)值0.58)

　　圖14：藝(yi)海(hai)劇院(yuan)全場七(qi)個(ge)(ge)不同位置的頻率響應(ying)曲線(xian)和七(qi)個(ge)(ge)位置示意圖

　　為量(liang)化體(ti)現不同位置的(de)頻響曲線的(de)差異，我們引入一個(ge)概念：FRVI(FrequncyResponseVariation Index，頻響變化系數)，定義(yi)如下：

　　其中(zhong)Lireference為(wei)七點平(ping)均(jun)的聲壓級(ji)(ji)數值，Lisubject為(wei)每一個位(wei)(wei)置的聲壓級(ji)(ji)數值，i是各1/3倍頻(pin)程中(zhong)心頻(pin)率(lv)(lv)點，從(cong)1(31Hz)到28(16kHz)。據(ju)此(ci)，我們導出了這(zhe)七個位(wei)(wei)置上(shang)28個1/3倍頻(pin)程中(zhong)心頻(pin)率(lv)(lv)點(從(cong)31Hz到16kHz)的聲壓級(ji)(ji)數值。并根據(ju)這(zhe)些數據(ju)和上(shang)述公式計算得出各點的FRVI，然后求出平(ping)均(jun)FRVI數值，僅為(wei)1.12，亦即不同位(wei)(wei)置上(shang)的頻(pin)率(lv)(lv)響應曲線的差(cha)異僅在±1dB左右(you)。

　　6.結論

　　傳統(tong)線陣(zhen)列揚聲(sheng)器系統(tong)用于(yu)(yu)劇(ju)場等(deng)室內固定安裝的(de)(de)擴(kuo)聲(sheng)場景中面臨諸多(duo)困(kun)難，為了解決(jue)這(zhe)些難題，本文提出一種新(xin)型(xing)漸變指向性陣(zhen)列技術，完美(mei)地解決(jue)建筑聲(sheng)學，陣(zhen)列化及增益調(diao)節等(deng)方面的(de)(de)挑戰，提供(gong)一致的(de)(de)音色(se)平衡性，等(deng)同于(yu)(yu)理想環境下單獨模塊的(de)(de)音質。我們總結(jie)了實現(xian)這(zhe)一目標的(de)(de)五個重要(yao)的(de)(de)性能。

　　靈活地控制各(ge)模(mo)塊的(de)輻射角度，以滿(man)足每個模(mo)塊的(de)目標覆蓋區域。

　　對每個模塊進行有效(xiao)的角度控制，控制的頻率(lv)降至(zhi)1kHz或更(geng)低，以(yi)減少建聲的影響。

　　陣列可以由具有不(bu)同角(jiao)度的模塊構成，使陣列的覆蓋范圍(wei)與房(fang)間內聽音區(qu)域相匹配。

　　通過適(shi)當(dang)地為模(mo)塊分配不同的指(zhi)向性指(zhi)數，實現對距離(li)損失的物理補償。

　　模塊以特(te)定方式連續排(pai)列(lie)而不(bu)產生間(jian)隙，避免模塊間(jian)接縫引(yin)發相位抵消(xiao)現象。

 　　最后(hou)，這一新型陣列(lie)揚聲器(qi)系統作為(wei)一種(zhong)優秀的解(jie)決方案被藝海劇場采(cai)用(yong)，對每個聲學指(zhi)標的評估結果(guo)都清楚地(di)表(biao)明漸變指(zhi)向性陣列(lie)在(zai)劇場等室內(nei)擴聲應用(yong)中具有獨一無二(er)的特點和(he)優勢。