兩種線陣列的對比分析和應用

龍洪亮

隨著科技的日新月異，現代音響設備得到迅猛發展，尤其是最近幾年，線陣列音箱系統在各類綜藝晚會節目的擴聲中得到廣泛應用，如：中國金鷹電視藝術節、湖南電視臺春晚、“快樂女生”、“花兒朵朵”等。我臺于2000年至2008年陸續購買了世界頂級品牌之一的法國L-ACOUISTIC VDOS陣列系統。相比傳統擴聲系統來講，線陣列音箱系統最大的優點在于能快速安裝，快速調試完畢，且較容易提供清晰的高聲壓級。特別是多個揚聲器吊裝在一起時，聲音聽感上像是來至于一只揚聲器(這可能與產品質量相關)，這一點若是用常規聲源音箱是很難做到的，首先寬角度的點聲源音箱就很難避免覆蓋角度重疊而引起的干涉問題。這就是以前用”音墻”形式來做大型擴聲會出現某些位置聲音”空幻”的現象，主要原因就是干涉在作怪。線陣列卻正是利用了聲波干涉這一現象來控制垂直輻射角度，從而實現遠距離高聲壓的投射，線陣列音箱的垂直指向非常的尖銳，一般在3度到10度之間(D&B;的Q系列是垂直角度是15度，是比較例外的一種，因此也有人認為他應該屬于遠程點聲源)，到達相應觀眾區域的直達聲較強，輻射距離比較遠，在很大區域內的聲壓級的變化較小，由于線陣列的旁瓣控制使得輻射聲場的重疊區域相對比較小，干涉面小，直達聲為主的區域聽感較好，聲音清晰分辨率很高。為了能用好這套線陣列，我還特地研讀了購買時廠家提供的詳細技術手冊。下面我將結合自己的經驗分析一下這套傳奇的線陣列鼻祖 VDOS系統。

法國L-Acoustics公司于1993年首先推出了V-DOSC系統，它是由一列單元音箱組成的陣列，工作原理類同于早期的聲柱。其垂直指向性可控制，由單元箱體的數量決定，水平輻射角90°。每只單元箱的頻響為40Hz～20kHz±3dB，功率1500W，最大聲壓134 dB。高頻單元通過波導管向外輻射。這是最早推出的線陣列產品，一開始就引起了人們的關注。市場的需求，高新技術的發展和應用，使得線陣列揚聲器系統成為各公司顯耀自己實力的標志性產品，如MEYER SOUND 的M3D， D&B; J系列等。現在線陣列已是號筒技術和陣列技術的結合，使得輻射性能更加完美。事實上整個線陣列的設計核心除了揚聲器單元本身的品質外，應該就是中高頻部分的波導系統，這也是各家用來炫耀自己產品高科技的所作，也是所謂的核心技術，例如MEYERSOUND用于M3D的REM帶狀仿真復合音孔的波導技術，L-ACOUSTICS用于VDOS的DOSC波導技術，各家工廠研發的最高技術多是用于自己的拳頭產品上。首先來看MEYERSOUND的REM， REM帶狀仿真復合波導跟一個壓縮驅動器耦合，在垂直方向產生一束聲輻射窄波束，水平方向產生寬覆蓋角度，正像所取的名字那樣，它允許標準的壓縮驅動器模仿帶狀高音單元。

所有Meyer Sound工廠生產的壓縮驅動器出口都是圓形，且所有壓縮驅動器的聲壓輸出出口都是等相的。等相簡單地意味著壓縮驅動器出口產生的聲波跟單只振動膜產生的聲波相似(盡管聲壓級較高)，REM波導的輸出等相且呈圓形，并將它分成四個獨立的波導，每一通道的聲音送到四個呈直線排列的其中一個輸出出口。因為兩個出口之間距離很小，這些多個靠攏的出口產生嚴密的指向性控制，其波長比起REM波導的長度要短的多， 每只波導通道的長度和形狀都經過精心設計，并確保正每個不同波導通道的輸出能跟其它通道輸出同相。四路波導通道從壓縮驅動器喉部到出口的長度要相同，四路同相輸出進一步耦合到其他號角波導來改善窄垂直覆蓋角度以及寬水平覆蓋角度，得出的結果是，測量出的REM波導極性頻響是一個非常窄的垂直覆蓋模式，在低頻段，隨著線陣列長度的增加，指向性控制也增加，而且當線陣列的長度超過所產生頻率的波長時，垂直覆蓋角度會變窄。M3D低頻的另一驚人之舉在于它在音箱的前面使用了兩只15寸低音，在箱體的后面也使用了兩只相同的低音，這是為何？既增加揚聲器的成本也增加功率放大器的成本？答案還是在于指向控制。原來箱體后面的兩只驅動器是用來產生反向低頻，用來抵消前面兩只低頻所產生的背后輻射部分，這樣就不會在舞臺上產生變態高聲壓的低頻，更有利于舞臺聲音的清晰，當然這樣做的代價不僅在于成本的大大提升，也相應的增加了揚聲器的重量，單只M3D箱子達到驚人的188KG在高頻段，REM波導從壓縮驅動器出來，產生的一個聲場，其垂直角度較窄，水平角度較寬——跟多個直接輻射的低頻換能器總和所產生的窄垂直覆蓋角度相同。這種垂直方向較窄的聲場對于減少線陣列相鄰之間的干涉及增加耦合允許能量遠投非常有必要，那么，我們VDOS的DOSC波導又是如何工作的呢？DOSC波導是對壓縮驅動器出口的波路徑進行仔細分析后設計出來的，通過波導技術，以及設備出口產生的波前沿形狀。

關于上圖，從號角涌出來的波前沿是驅動器出口輻射出的所有可能的波路徑在恒定時間到達所產生的結果.上圖舉的兩個例子中，或多或少會出現彎曲的波前，很明顯，這就滿足不了第一種WST標準。

通過對比，DOSC波導充當一個時間校準塞，在長方形設備的出口處盡可能地延遲每個波路徑的到達時間，使之的值相同。內部的塞子是一個截斷的圓錐體塊，形狀像一個“石斧”。該塞子以及它的外殼是根據深度，高度和錐體角度之間特定的比例精確塑造的，以便產生持續平坦的相位波前。在DOSC波導的制作中，使用電腦輔助設計和制造技術(CAD/CAM)可以得到緊密的制造公差，正如AES預印本“波前像差技術”中顯示的一樣，在高頻段平坦波前產生的誤差必須小于λ/4——這相當于16kHz時曲率小于5毫米。實驗表明，DOSC波導在此頻率點則能提供小于4毫米的曲率，DOSC波導技術在國際上獲得專利。從以上兩個代表線陣列最有影響力的兩個廠家應用于各自拳頭產品的兩種專利技術來看，線陣列的核心設計技術就在于此。其實最近引進國內的美國CLAIR BROTH的I212 以及I218的核心技術也在于此，它的巧妙在于他把中頻部分的揚聲器和高頻的壓縮驅動器以及波導進行了集成，做成一個模塊化的零件，應用在他的其它的陣列上，多是異曲同工之作。當然，成就V DOS音箱非凡品質的還有它單元本身的美妙音色，以及巧妙科學的箱體結構設計，下面我們來看看VDOS的箱體結構。 15英寸音箱，低音單元之間的間隔不超過0.75米，分頻點頻率為200Hz，對應的λ/2=0.85米，7英寸單元，單元之間的間隔不超過0.17米，分頻點頻率為1300Hz，對應的λ/2=0.13米。

高頻段要達到第一種WST標準，因為無法滿足第二種標準，波長太短，整個HF帶寬(1.3-18kHz)高頻壓縮驅動小于λ/2聲學中心，通過在每只驅動器的出口安裝DOSC波導可以實現——將波前沿形狀變成長方形，相位聲源保持不變.DOSC波導創建一條平坦的等相線滿足第一種WST標準，即總輻射面積比目標區域多80%，箱體之間的角度小于5度，V-DOSC或者dV-DOSC等系統，基本上是單元尺寸決定了音箱的垂直高度，聲學中心的距離.使用額定直徑為8"、12"、15"以及18"單元的音箱，加上箱體上下的兩塊木板的厚度，因此產生下列表格中的STEP距離。ARF設置為80%，因為受WST條件1的限制，而且計算出的最大角度為兩個聽音位的最小距離:dmin=10米或者20米。

15"前載系統如V-DOSC，從表格中可以看出，dmin=10米時允許的最大角度為4.8度，dmin=20米時允許的最大角度為6度，這就解釋了為什么V-DOSC最大的ANGLE STRAP值為5.5度。

8"前載系統如dV-DOSC，從表格中可以看出，dmin=10米時允許的最大角度為11度，dmin=20米時允許的最大角度為11.7度，盡管dVDOSC的最大值可能保持在7.5度，這個值與3米處的最小聽音位相對應，允許聽音者靠近系統到場地的下區補聲甚至更近的區域。

搞明白音箱系統本身的原理對于實踐應用有很好的理論指導作用，研讀各個廠家產品核心技術對了解設備以及用好該設備具有很大的幫助，因此在這次”2010年花兒朵朵”的現場擴聲中，我有意地去改變了各個箱體之間的垂直角度，并調整現場擴聲聲壓的均勻度。此次是演播室室內用線陣列音箱系統擴聲，音箱離觀眾席很近，加上演播室觀眾席角度很陡.角度改變前后清晰度的直觀感受具有明顯變化，這也驗證了線陣列音箱較窄的垂直角度不是很適合做近距離的擴聲，因此結合常規音箱和線陣列音箱組合使用將成為新的一種擴聲方式，這有待于以后使用和總結。

(作者單位：湖南廣播電視臺制作調度中心）

責任編輯：曉芳