两种线阵列的对比分析和应用

龙洪亮

随着科技的日新月异，现代音响设备得到迅猛发展，尤其是最近几年，线阵列音箱系统在各类综艺晚会节目的扩声中得到广泛应用，如：中国金鹰电视艺术节、湖南电视台春晚、“快乐女生”、“花儿朵朵”等。我台于2000年至2008年陆续购买了世界顶级品牌之一的法国L-ACOUISTIC VDOS阵列系统。相比传统扩声系统来讲，线阵列音箱系统最大的优点在于能快速安装，快速调试完毕，且较容易提供清晰的高声压级。特别是多个扬声器吊装在一起时，声音听感上像是来至于一只扬声器(这可能与产品质量相关)，这一点若是用常规声源音箱是很难做到的，首先宽角度的点声源音箱就很难避免覆盖角度重叠而引起的干涉问题。这就是以前用”音墙”形式来做大型扩声会出现某些位置声音”空幻”的现象，主要原因就是干涉在作怪。线阵列却正是利用了声波干涉这一现象来控制垂直辐射角度，从而实现远距离高声压的投射，线阵列音箱的垂直指向非常的尖锐，一般在3度到10度之间(D&B;的Q系列是垂直角度是15度，是比较例外的一种，因此也有人认为他应该属于远程点声源)，到达相应观众区域的直达声较强，辐射距离比较远，在很大区域内的声压级的变化较小，由于线阵列的旁瓣控制使得辐射声场的重叠区域相对比较小，干涉面小，直达声为主的区域听感较好，声音清晰分辨率很高。为了能用好这套线阵列，我还特地研读了购买时厂家提供的详细技术手册。下面我将结合自己的经验分析一下这套传奇的线阵列鼻祖 VDOS系统。

法国L-Acoustics公司于1993年首先推出了V-DOSC系统，它是由一列单元音箱组成的阵列，工作原理类同于早期的声柱。其垂直指向性可控制，由单元箱体的数量决定，水平辐射角90°。每只单元箱的频响为40Hz～20kHz±3dB，功率1500W，最大声压134 dB。高频单元通过波导管向外辐射。这是最早推出的线阵列产品，一开始就引起了人们的关注。市场的需求，高新技术的发展和应用，使得线阵列扬声器系统成为各公司显耀自己实力的标志性产品，如MEYER SOUND 的M3D， D&B; J系列等。现在线阵列已是号筒技术和阵列技术的结合，使得辐射性能更加完美。事实上整个线阵列的设计核心除了扬声器单元本身的品质外，应该就是中高频部分的波导系统，这也是各家用来炫耀自己产品高科技的所作，也是所谓的核心技术，例如MEYERSOUND用于M3D的REM带状仿真复合音孔的波导技术，L-ACOUSTICS用于VDOS的DOSC波导技术，各家工厂研发的最高技术多是用于自己的拳头产品上。首先来看MEYERSOUND的REM， REM带状仿真复合波导跟一个压缩驱动器耦合，在垂直方向产生一束声辐射窄波束，水平方向产生宽覆盖角度，正像所取的名字那样，它允许标准的压缩驱动器模仿带状高音单元。

所有Meyer Sound工厂生产的压缩驱动器出口都是圆形，且所有压缩驱动器的声压输出出口都是等相的。等相简单地意味着压缩驱动器出口产生的声波跟单只振动膜产生的声波相似(尽管声压级较高)，REM波导的输出等相且呈圆形，并将它分成四个独立的波导，每一通道的声音送到四个呈直线排列的其中一个输出出口。因为两个出口之间距离很小，这些多个靠拢的出口产生严密的指向性控制，其波长比起REM波导的长度要短的多， 每只波导通道的长度和形状都经过精心设计，并确保正每个不同波导通道的输出能跟其它通道输出同相。四路波导通道从压缩驱动器喉部到出口的长度要相同，四路同相输出进一步耦合到其他号角波导来改善窄垂直覆盖角度以及宽水平覆盖角度，得出的结果是，测量出的REM波导极性频响是一个非常窄的垂直覆盖模式，在低频段，随着线阵列长度的增加，指向性控制也增加，而且当线阵列的长度超过所产生频率的波长时，垂直覆盖角度会变窄。M3D低频的另一惊人之举在于它在音箱的前面使用了两只15寸低音，在箱体的后面也使用了两只相同的低音，这是为何？既增加扬声器的成本也增加功率放大器的成本？答案还是在于指向控制。原来箱体后面的两只驱动器是用来产生反向低频，用来抵消前面两只低频所产生的背后辐射部分，这样就不会在舞台上产生变态高声压的低频，更有利于舞台声音的清晰，当然这样做的代价不仅在于成本的大大提升，也相应的增加了扬声器的重量，单只M3D箱子达到惊人的188KG在高频段，REM波导从压缩驱动器出来，产生的一个声场，其垂直角度较窄，水平角度较宽——跟多个直接辐射的低频换能器总和所产生的窄垂直覆盖角度相同。这种垂直方向较窄的声场对于减少线阵列相邻之间的干涉及增加耦合允许能量远投非常有必要，那么，我们VDOS的DOSC波导又是如何工作的呢？DOSC波导是对压缩驱动器出口的波路径进行仔细分析后设计出来的，通过波导技术，以及设备出口产生的波前沿形状。

关于上图，从号角涌出来的波前沿是驱动器出口辐射出的所有可能的波路径在恒定时间到达所产生的结果.上图举的两个例子中，或多或少会出现弯曲的波前，很明显，这就满足不了第一种WST标准。

通过对比，DOSC波导充当一个时间校准塞，在长方形设备的出口处尽可能地延迟每个波路径的到达时间，使之的值相同。内部的塞子是一个截断的圆锥体块，形状像一个“石斧”。该塞子以及它的外壳是根据深度，高度和锥体角度之间特定的比例精确塑造的，以便产生持续平坦的相位波前。在DOSC波导的制作中，使用电脑辅助设计和制造技术(CAD/CAM)可以得到紧密的制造公差，正如AES预印本“波前像差技术”中显示的一样，在高频段平坦波前产生的误差必须小于λ/4——这相当于16kHz时曲率小于5毫米。实验表明，DOSC波导在此频率点则能提供小于4毫米的曲率，DOSC波导技术在国际上获得专利。从以上两个代表线阵列最有影响力的两个厂家应用于各自拳头产品的两种专利技术来看，线阵列的核心设计技术就在于此。其实最近引进国内的美国CLAIR BROTH的I212 以及I218的核心技术也在于此，它的巧妙在于他把中频部分的扬声器和高频的压缩驱动器以及波导进行了集成，做成一个模块化的零件，应用在他的其它的阵列上，多是异曲同工之作。当然，成就V DOS音箱非凡品质的还有它单元本身的美妙音色，以及巧妙科学的箱体结构设计，下面我们来看看VDOS的箱体结构。 15英寸音箱，低音单元之间的间隔不超过0.75米，分频点频率为200Hz，对应的λ/2=0.85米，7英寸单元，单元之间的间隔不超过0.17米，分频点频率为1300Hz，对应的λ/2=0.13米。

高频段要达到第一种WST标准，因为无法满足第二种标准，波长太短，整个HF带宽(1.3-18kHz)高频压缩驱动小于λ/2声学中心，通过在每只驱动器的出口安装DOSC波导可以实现——将波前沿形状变成长方形，相位声源保持不变.DOSC波导创建一条平坦的等相线满足第一种WST标准，即总辐射面积比目标区域多80%，箱体之间的角度小于5度，V-DOSC或者dV-DOSC等系统，基本上是单元尺寸决定了音箱的垂直高度，声学中心的距离.使用额定直径为8"、12"、15"以及18"单元的音箱，加上箱体上下的两块木板的厚度，因此产生下列表格中的STEP距离。ARF设置为80%，因为受WST条件1的限制，而且计算出的最大角度为两个听音位的最小距离:dmin=10米或者20米。

15"前载系统如V-DOSC，从表格中可以看出，dmin=10米时允许的最大角度为4.8度，dmin=20米时允许的最大角度为6度，这就解释了为什么V-DOSC最大的ANGLE STRAP值为5.5度。

8"前载系统如dV-DOSC，从表格中可以看出，dmin=10米时允许的最大角度为11度，dmin=20米时允许的最大角度为11.7度，尽管dVDOSC的最大值可能保持在7.5度，这个值与3米处的最小听音位相对应，允许听音者靠近系统到场地的下区补声甚至更近的区域。

搞明白音箱系统本身的原理对于实践应用有很好的理论指导作用，研读各个厂家产品核心技术对了解设备以及用好该设备具有很大的帮助，因此在这次”2010年花儿朵朵”的现场扩声中，我有意地去改变了各个箱体之间的垂直角度，并调整现场扩声声压的均匀度。此次是演播室室内用线阵列音箱系统扩声，音箱离观众席很近，加上演播室观众席角度很陡.角度改变前后清晰度的直观感受具有明显变化，这也验证了线阵列音箱较窄的垂直角度不是很适合做近距离的扩声，因此结合常规音箱和线阵列音箱组合使用将成为新的一种扩声方式，这有待于以后使用和总结。

(作者单位：湖南广播电视台制作调度中心）

责任编辑：晓芳