CBT的原理與探索

王天玨

摘 要 大型陣列在場館擴聲中比較常見，而小型陣列室內應用的并不常見。文章對常見的陣列及其變形進行了詳細的分析，比較了各種陣列的優缺點，并進行了實際實驗測試，為曲線陣列小型化實用化提出了使用方案。

關鍵詞 均勻等強度陣列；束控陣列；曲線陣列；束控曲線陣列

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）215-0082-02

采用一群揚聲器協同工作來代替單一的揚聲器單元工作，降低每個揚聲器的振膜振幅就可得到很低的失真和足夠的聲壓，這就是揚聲器陣列的主要優勢。大型的線陣列系統通常用于室外、大型會場等需要大聲壓并兼顧聲場分布的場所，相關的基礎理論研究已經很透徹。但若把線陣列式音響小型化作為室內監聽來獲得更低的失真和更均勻的聲場，就成了一個新課題。為此，我們對于束控曲線列陣的小型化室內應用做個比較深入的探討。

1 基本直線陣列——均勻等強度陣列

揚聲器安置成一列就成了最基本的直線陣列。這是一個豎直在空中的由100只單元組成的、長度2米的直線陣列，每只單元的信號強度相等。圖組1顯示了其軸向垂直面上在各頻率時的指向性和與之對應的壓力場分布。

圖1表明，即便線陣列單元密度如此之高，聲場也不可避免的產生強烈的叉指狀分裂，這在指向性圖中表現為主波瓣兩側的大量旁瓣。旁瓣的存在不僅是影響聲場的均勻，其滯后的相位會使瞬態變差，聽感就會顯得渾濁。所以，避免產生旁瓣就成了小型陣列的設計要點。

2 先進直線陣列——束控陣列

隨著計算機仿真技術的應用，通過引入“束控”技術的方法終于解決了部分線陣列的旁瓣干擾問題。這項技術為提高線陣列音響的品質提供了理論基礎。我們通過兩個相同尺度的線陣列仿真模擬來對比看看它們的不同特性。圖2是兩個線陣列結構，都是由100只單元組成，2.5m高。圖中左右分別是沒有使用束控和帶有漢恩窗函數束控的陣列。

圖3顯示了上述兩個陣列的二維壓力場圖。對比會發現無束控陣列的垂直聲場寬度隨頻率升高而收窄并出現了聲壓快速變化的叉指狀波動。而帶有單元振幅束控的線陣列，在垂直面上的輻射的表現是相當好的，完全消除了聲場的擾動，其旁瓣干擾在大部分頻帶內已不存在了。只是波束的寬度比無束控的線陣列要窄一些。

3 曲線陣列

為了使線陣列有足夠的輻射角度以覆蓋聽眾席，常用方法是把它設置成彎曲的組合結構。通過仿真運算可以證明了彎曲的陣列能有效擴展指向寬度。圖4中，圓弧聲源的指向響應比直線聲源平滑許多。但較高頻率時聲場的波動狀況依然存在，但其旁瓣與直線陣列相比明顯減弱了許多，這表明了圓弧陣列的先天優勢與潛力。

4 小型化束控曲線陣列

綜合以上優勢，束控曲線陣列（即 CBT 陣列Constant Beamwidth Transducer）不但能消除副波瓣還能將輻射角度控制在一個恒定的范圍。圖5顯示了上述兩個圓弧陣列的垂直面二維壓力場圖，帶有束控的CBT圓弧陣列與無束控的相比，其垂直面聲壓分布是非常均勻的，在8 000Hz內完全消除了旁瓣干擾和聲場內部波動。

如圖5所示，如果考慮到利用地面反射，我們可以只是用一半的長度。這樣實際的曲線線陣可以小型化很多。看得出這種帶束控的圓弧陣列的聲場是非常均勻的，可以達到兩倍長度直線陣列所能實現的聲場覆蓋，這對小型房間內使用是很有利的。

5 CBT束控曲線陣列的實際應用

我們的具體試驗品為cbt36，整體高度約1.7m，弧度36°。整個線陣由中低頻和高頻兩條揚聲器構成，中低頻采用了14只4寸單元組成，高頻采用了23只1寸絲膜單元組成。低音14個單元，每個單元占用2.5°的弧面。高頻23只單元，每個單元占用1.5°的弧面。我們可以采取臺階式CBT36音柱信號加權方案。近似于曲線，就是一種CBT36的實用簡化方案，它可以滿意的實現恒定聲束寬度的目標。所有單元采用電阻衰減網絡做加權。超低頻則采取了雙單元獨立箱體的推挽工作方式。為方便調試，我們采取林克威姿-24db主動分音，分頻點最后確定為180Hz、2 000Hz，每路100W功放驅動。

6 結論

這是一次有益的嘗試，實際效果非常令人滿意。經實際試聽，聲場分布均勻，整個聽音場地基本均為皇帝位，并且聲音清澈透明分辨率很高，這種被音樂包圍的感覺是過去普通音箱那種點聲源無法呈現的。但是，這個束控曲線列陣由于梳妝效應和障板效應造成的頻響起伏，需要用聲學測試設備測量最后需要用均衡器來校準平衡，這是影響到應用推廣中遇到的一個問題，需要進一步探索解決。

參考文獻

[1]蘇彬.CBT的新發展[J].中國民航飛行學院學報，2000（2）：27-28.