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 如何实现扬声器阵列的波束控制——次低频阵列和应用 发表日期:2016-02-24 

    如何实现扬声器阵列的波束控制?如何配置心型阵列与End-fire扬声器阵列?如何在舞台中央配置扬声器阵列,这种配置方式与传统的左右两侧摆放方式有何区别?请阅读本文。

1.    声源尺寸决定指向特性

当声源尺寸等于或大于波长时就可以实现对次低频指向性的控制

2.    扬声器阵列的波束控制 


机械控制方式 – 扬声器阵列倾斜摆放 

需要注意的是扬声器阵列后方的波束指向也与扬声器阵列的指向有关系。扬声器阵列后方的波束指向与扬声器阵列前方波束相反的方向。

电子控制方式 – 每只扬声器的延时量依次递增 

扬声器阵列后方的波束指向与前方波束指向相同。

当延时步进增加时,扬声器阵列前方的波束开始和后方的波束耦合。

End-Fire扬声器阵列 – 扬声器之间的延时与扬声器之间的间距成正比

每只扬声器的延时都根据它与最后一只扬声器之间的距离来确定。在扬声器阵列轴向上,所有扬声器发出的声波在同一时间到达。 

 

3.    波束控制 – 增加主波束的覆盖范围 


 

增加扬声器阵列的曲率会减弱对波束指向性的控制能力,但同时会加宽波束的覆盖范围。 
但是,在实际应用当中我们通常没有足够的空间来摆放曲面扬声器阵列或者没有足够的时间来对阵列中每一只扬声器的最佳安装位置进行仔细调整。 
在这种情况下,我们可以通过加入延时的电子方式取代机械摆放方式来实现对扬声器阵列曲率的控制。 
距离中点最远的一只扬声器的延时时间最长。由于扬声器阵列的曲面是对称的,因此每一个延时线可以控制两只扬声器。
 
 
通过电子方式控制曲率的扬声器阵列的实际摆放方式为直线型,通过加入不同程度的延时,可以实现从0度到180的曲率。
 
 
 

阵列曲率为180度,通过电子手段控制的极限状态

 

扬声器阵列曲率较小时,圆周半径越大 

阵列曲率为2θ

曲率为60度时所需延迟时间:

 

多种曲率所需延迟时间:

 

直线扬声器阵列与通过电子手段改变曲率的扬声器阵列的极性响应对比:

 

4.    心型阵列 – 对向后方辐射的能量控制 

各声源必须在最高可控频点的1/4波长区域形成相互抵消。 
向后方辐射的声源必须根据最高可控频点的1/4波长来确定延时时间。 
向后方辐射的声源必须设置为反相。
 

5.    传统的左/右两侧摆放安装方式 

下图是在一个面积较大的房间内(假设墙面、地板和天花都不会产生反射,仅考虑直达声)。舞台大约60英尺(18.3m)宽,扬声器组之间的距离大约为80英尺(24.4m)。
 

舞台左/右两侧摆放的2x3次低频阵列

6.    舞台左/右两侧摆放的End-Fire扬声器阵列 

下图是在一个面积较大的房间内(假设墙面、地板和天花都不会产生反射,仅考虑直达声)。舞台大约60英尺(18.3m)宽,扬声器组之间的距离大约为80英尺(24.4m)。 

舞台左/右两侧各摆放1组由6只扬声器组成的End-Fire扬声器阵列

 

将扬声器阵列指向各旋转15度

将扬声器阵列指向各旋转15度,并在舞台中间增加一组由3只扬声器组成的心型指向阵列

7.    舞台中央摆放的扬声器阵列 


下图是在一个面积较大的房间内(假设墙面、地板和天花都不会产生反射,仅考虑直达声),舞台大约60英尺(18.3m)宽。 
 
由12只扬声器组成的直线扬声器阵列摆放在舞台中央区域

直线型扬声器阵列(共12只次低频扬声器),未经延时处理

直线型扬声器阵列(共12只次低频扬声器),经延时处理形成90度曲面

8.    舞台中央摆放的心型指向扬声器阵列 

下图是在一个面积较大的房间内(假设墙面、地板和天花都不会产生反射,仅考虑直达声),舞台大约60英尺(18.3m)宽。
 
3x8直线扬声器阵列摆放在舞台中央区域

直线型扬声器阵列(3x8心型指向扬声器阵列),经延时处理形成90度曲面

9.    对比 

传统的左右两侧摆放方式

摆放在舞台中间区域,并通过电子手段形成90度扬声器阵列曲率


 

10. 回顾 

波束控制可以通过对扬声器阵列中的各只扬声器模块加入延时的电子手段实现。 

可以通过DSP信号处理设备加入延时的方式扩展波阵面对覆盖范围或增加覆盖叫度。同时,也可以获得令人满意的恒定指向特性。 

左/右两侧分开摆放的次低频扬声器摆放方式会形成梳妆滤波。 

可以通过增加一组摆放在舞台中间区域的扬声器阵列的方式来消除梳妆滤波。 

放置在舞台中间区域的、尺寸较长的心型指向扬声器阵列可以通过电子手段虚拟曲面阵列,能够在听众区获得比较均匀的声场覆盖,并且能够有效衰减舞台上的次低频声压。
 

来源:录音工程师协会(AES131_LS7)         翻译:易科国际金磊
文章出处:http://www.ezprointl.com/,转自 midifan

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