線陣列音箱在音響工程中的應用
近年來，在專業音響領域，你會發現線陣列揚聲器系統以它獨特的優勢廣泛用于各種大型的擴聲場所，比如大型年會、音樂演唱會、體育賽事、戶外實景演出等場合。線陣列揚聲器系統是應市場需求而產生的，也是高新技術的產物，因此備受人們的關注。
那么，到底什么是“線陣列”？線陣列揚聲器系統是如何產生的？它有什么特點？線性陣列音箱是又如何工作的？什么場所可以使用線陣列音箱？帶著這些問題，今天小編為大家來系統梳理一下跟線陣列有關的技術知識。
什么是線陣列
聲學工程師Olson在其1957年的著作中描述：“線陣列是一組振幅相等并同相緊密地排成一條直線的聲輻射元素”。由于該陣列具有垂直指向性，從而有效地投射聲音，因此適用于大型、遠距離的擴聲系統。
圖1（MAPP）顯示了16個全指向的0.5米間隔點聲源的指向特性。該線陣列具有很強的指向性，能達到500Hz的頻率段；一旦高于500Hz，其指向性就開始分散。留意圖中線陣列在低頻段后部有很強的分布，500Hz處也是如此。
所有傳統的線陣列都是這樣，因為它們在這個范圍內是全指向的。（該系統的水平指向圖形不受垂直指向的影響，水平指向圖形在任何頻率都是全指向的）。
圖2所示的是一組由32個間隔為0.25米的點聲源線陣列聲場分布圖。注意該陣列能保持其指向特性到1kHz處，該處出現強烈垂直指向，這說明要突出高頻的指向性需要更多的密集的單元。
01、線陣列揚聲器系統的產生
上世紀六七十年代在歐美興起了以“披頭士”樂隊為代表的搖滾樂，到廣場上看搖滾音樂會的觀眾多達幾十萬，擴聲是個大問題。比如，1977年9月3日在英國的New Jersey舉行的一場搖滾音樂會就有60萬人參加。擴聲系統采用多只音箱疊放在一起組成的“音塔”，安裝調試非常麻煩。經過精心設計和調試，花費了很多精力，擴聲效果總是不盡人意。這種現象提供了一個市場信息，大型巡回演出需要功率大、安裝調試方便的擴聲系統。
一些大公司看準市場需求，致力于開發大功率、遠投射的擴聲系統。從聲學角度來考慮，有兩種方法可以獲得大功率、遠投射的效果。
一種是號筒，使聲能量通過號筒集中在一個方向輻射出去，控制指向性，提高輻射效率，達到遠投射的效果。例如20世紀50年代，我們對金門、馬祖的廣播系統就曾經采用過大號筒，一個號筒長達十幾米，傳播距離達幾公里。
另一種是20世紀30年代就提出的揚聲器陣，利用干涉原理控制指向性。事實上，當時已經流行一種柱型音箱——聲柱。聲柱具有比較窄的垂直指向性，但是功率不夠大，投射不遠，聲音的動態和頻寬等還存在一些需要克服的問題。一些大公司根據自己的情況，各有側重。
號筒的研究成功地開發了恒指向性號筒揚聲器、多驅動單元的號筒揚聲器等。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，工作原理類同于聲柱。其垂直指向性可控制，由單元箱的數目決定，水平輻射角120°。每只單元箱的頻響為50Hz～18kHz±3dB，功率1500W，靈敏度134dB。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。現在線陣列已是號筒技術和陣列技術的結合，使得輻射性能更完美。
02、線陣列揚聲器系統的特點
1）單元箱規則排列
線陣列揚聲器系統是由一列單元箱組成，這些單元箱按一定規則排列，根據聲場需要可以排成直線、弓形（恒定半徑曲線）、“J”字形和漸開線等。
單元箱的數目由擴聲聲場的需求決定，但是必須滿足形成線陣列的基本要求，即線陣列的長度至少應大于輻射聲波的波長的一半。
每一只單元箱的輻射特性有嚴格的要求。例如，輻射聲功率、頻率特性、水平指向性、失真和線性相位等必須滿足線陣列對它的要求。
2）功率大、投射距離遠
例如，一套線陣列揚聲器系統單元箱中的低頻單元承受功率1200W，靈敏度96dB；中頻單元功率500W，靈敏度107dB；高頻單元功率150W，靈敏度 112dB。單元箱組成陣列以后，由于單元箱之間的相互作用，使得揚聲器的輻射阻抗得到了提升，提高了輻射效率。因此，采用線陣列揚聲器系統作為聲源在100m以外希望獲得100dB以上的聲壓級是輕而易舉的。
3）覆蓋聲場均勻，干涉區域小，重放分辨率高
線陣列的垂直指向性很尖銳，一般在10°左右，最窄的可達3°。輻射的聲束窄，到達相應的觀眾區域的直達聲比較強，輻射的距離又比較遠，在很大的區域內的聲壓級的變化比較小。由于線陣列的旁瓣控制使得輻射聲場的重疊區相對比較小，干涉面小。直達聲為主的區域，聽感好、聲音清晰、分辨率高。
03、線性陣列音箱如何工作
線陣列如何工作可以是一個相當深入的討論，下面將用簡單的語言和數學計算，讓大家首先了解典型的揚聲器發出的聲音是如何隨著距離的增大而分散傳播的。
1）反平方定律
聲學中反平方定律的內容是，聲強度的大小和聽音位置與聲源之間距離呈平方反比。其結果是聽音者距離點聲源的距離每增加一倍，聲壓衰減6dB。這是我們通常情況下使用的揚聲器的表現，雖然實際和理論會有很多細微差別。
2）點聲源
反平方定律的前提是假設揚聲器能夠全向輻射。而對于實體揚聲器來說，這種情況很少見，除非揚聲器發出很低的頻率（這也是我們為什么一直強調低音或者超低音沒有指向性的原因）。
然而，隨著聲音傳播距離的增加，即使典型的定向揚聲器（例如具有90°水平覆蓋角和90°垂直覆蓋角的號筒揚聲器）也會遵從于反平方定律，像理論上的點聲源一樣進行聲音的擴散（即全向輻射）。
3）線聲源
線性陣列音箱的聲壓覆蓋則靠近所謂的線聲源理論，每當聽音距離加倍時，電平不會下降6dB。從理論上來講，它只會下降3dB，但在實際應用中，結果并沒有這樣理想。即便如此，相對于點聲源揚聲器而言，線性陣列音箱在垂直覆蓋角度上有著得天獨厚的優勢。
具有線性聲源輻射特點的揚聲器可以達到如下效果：您可以在大廳或戶外空間的后方區域感受到相對比較大的聲壓級，而為了做到這一點，你不需要像操作普通點聲源音箱一樣，特意加大其功率以致于讓前方離PA系統比較近的人聽到過于大的聲音。它的優勢在于聲音垂直擴散角度復雜多變的可控性。
那么如何實現線性聲源輻射？答案是相位抵消。
相位抵消通常是在音響系統中需要工程師們嘗試去避免的事情之一，但它對線陣揚聲器在一起工作時能夠提供具有較窄的垂直覆蓋角度起著中心作用。
即使使用了高級別的揚聲器箱體設計來塑造垂直方向的覆蓋，在線陣列中的揚聲器之間仍然有很多實際上的重疊。
換句話說，線陣列揚聲器的垂直覆蓋角度并非是單只喇叭就可以形成的，它是多只揚聲器在出口處形成有效干涉的結果。
然而，現實狀況中，每個線陣列揚聲器與觀眾之間的距離會稍有不同，這樣就會引起小程度的相位抵消。當然，你也可以通過引入電子延時的手段，對線陣列音箱的垂直覆蓋角度進行人工干預，并進行細微調整。
04、線陣列揚聲器系統的應用
線性聲源陣列揚聲器適用體育場、戶外廣場等擁有眾多的觀眾席的室外擴聲；也適用室內較大的場地，如體育館、多功能廳、宴會廳、劇場劇院、大型會堂等的擴聲。同時，臨時擴聲系統，由于線性聲源陣列揚聲器具有運輸、組合方便，安裝、調試簡單等特點，依然得到廣大用戶的青睞。
1）室外的使用
室外使用是線性聲源陣列揚聲器系統的首選應用場所，如體育場、戶外演出、娛樂聚會、大型公益活動、群眾集會、大型比賽等。線陣列音箱在戶外流動擴聲領域已成為主流產品，但在室外使用時建議注意以下問題：線性聲源陣列揚聲器組吊裝桁架的安全性、可靠性問題。注意線性聲源陣列揚聲器數量和組的布置位置與演出區域、演出聲像和傳聲增益的問題。
注意線性聲源陣列揚聲器組吊裝桁架的安全性、可靠性問題。
注意線性聲源陣列揚聲器數量和組的布置位置與演出區域、演出聲像和傳聲增益的問題。
如遇到有大型視頻投影銀幕或者其它顯示屏也吊掛在揚聲器組的吊裝桁架上，須考慮相互位置沖突和承重荷載（特別是動荷載）問題。
考慮風、雨、雪、雹等不利天氣的影響。（Wharfedale Pro WLA系列防水音箱，IP6X國際防水等級設計，全天候、全防水，能夠適應最嚴苛的戶外環境，風、雨、雪、雹，全然不懼！）
2）室內的使用
由于線陣列揚聲器所具有的若干特點，近年來已得到大力的發展和應用，以下小編歸納了幾點線陣列揚聲器在室內使用的優勢。
A、室內聲場分布更加均勻
利用線陣列揚聲器的指向性因數及其強指向性，可以補償遠處因距離加大而使聲壓級衰減過多的缺陷，可使室內聲場分布趨向于更加均勻。同時，由于室內混響的作用，其混響聲能的產生，能夠在此基礎上進一步改善室內聲場的均勻性。
B、降低廳堂內的有效混響時間
線陣列在廳堂內使用時，可使廳堂內的有效混響時間縮短。這是因為線陣列揚聲器具有較強的指向性，將主聲束射向觀眾席，可加強直達聲能，減少了房間的聲學比，從而降低了有效混響時間。尤其是大型體育館混響時間普遍偏長，為滿足比賽及文藝演出要求，保證清晰度，使用線陣列揚聲器具有很大的優勢。
C、提高整個擴聲系統的傳聲增益
眾所周知，在擴聲系統中經過放大由揚聲器輻射出來的聲音反饋到傳聲器就會引起失真和嘯叫，聲反饋嚴重影響整個擴聲系統的使用。
為抑制聲反饋，增大傳聲增益，除采用具有強指向性的傳聲器外，具有超強指向性的揚聲器的使用也是一個重要環節。
由于線陣列揚聲器具有極強的垂直指向性，在其有效覆蓋角之外聲壓級迅速衰減，對于增加傳聲增益，抑制聲反饋常常可以取得良好的效果。結合本特點可更好的滿足室內擴聲系統聲學特性指標關于傳聲增益要求。
以上各種措施，都可減少不需要的側向聲輻射的影響，提高擴聲效率，保證較好的聲波覆蓋均勻度和良好的聽感，增加傳聲增益。當然，具體應用時還是需要根據現場的建筑結構、音響系統的投資造價、現有設備的條件等多方面因素，因地制宜，選擇最經濟、效果最好的方案。
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