水平和垂直指向性可調(diào)音響系統(tǒng)的介紹

【摘要】
任何一個(gè)音響工程完工后有些客觀的測(cè)試指標(biāo)相對(duì)來說都是固定不變，特別是水平和垂直指向性。我們都知道對(duì)于一個(gè)音響系統(tǒng)一旦其指向性固定就相當(dāng)于音響系統(tǒng)的有效擴(kuò)聲范圍的固定，對(duì)于一個(gè)擴(kuò)聲場(chǎng)所由于人數(shù)會(huì)不斷變化，其擴(kuò)聲覆蓋范圍如果能夠變化，那么這個(gè)音響系統(tǒng)將會(huì)多好啊！我們?nèi)�基音響企業(yè)的技術(shù)人員通過幾年的研究和實(shí)驗(yàn)終于生產(chǎn)出了可變指向性的音響系統(tǒng)X4a+XP4。
【關(guān)鍵詞】指向性，可調(diào)，覆蓋范圍，
【中圖分類號(hào)】                           【文獻(xiàn)標(biāo)示碼】

1 引言  
    不是所有的裝修都是按照設(shè)計(jì)要求來完成的，在后期的工作中，有些經(jīng)銷商向我們咨詢，他們現(xiàn)在的裝修發(fā)生了變化，有的是高度發(fā)生了變化，有的是擴(kuò)聲覆蓋的范圍發(fā)生了改變，怎么樣去調(diào)整線性陣列音響系統(tǒng)的安裝角度來滿足現(xiàn)有的擴(kuò)聲范圍？根據(jù)經(jīng)銷商這樣問題我們就有必要提供一個(gè)音響系統(tǒng)安裝完工后其指向性在不需要去改變線性陣列音響系統(tǒng)的安裝方式的時(shí)候去改變音響系統(tǒng)的指向性，來滿足擴(kuò)聲覆蓋范圍要求的相關(guān)產(chǎn)品。

2 指向性的形成和要求
    任何一個(gè)聲源在一定頻率范圍都有一定的指向性，同樣任何一個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)也存在指向性，指向性是由于聲波的相互干涉而出現(xiàn)的，指向性對(duì)揚(yáng)聲器系統(tǒng)而言有好處，也有壞處。我們?yōu)槭裁匆�用線性陣列音響系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)聲最主要目的是充分利用線性陣列音響系統(tǒng)能夠產(chǎn)生較低頻率的指向性。揚(yáng)聲器系統(tǒng)本身的原理，結(jié)構(gòu)外形，聲波的傳輸特性決定了指向性的大小，由于原理和聲波特性無(wú)法改變，現(xiàn)在人們都是通過改變外形結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)指向性的改變！
    線性陣列音響系統(tǒng)為什么會(huì)有很高的聲壓級(jí)，很遠(yuǎn)的傳輸距離？其主要原因是線性陣列音響系統(tǒng)對(duì)高，中，低頻段的指向性有所控制（怎么樣控制指向性是線性陣列音響系統(tǒng)的關(guān)鍵），控制了指向性就是控制了聲壓級(jí)，控制了聲壓級(jí)就是控制了衰減特性和傳輸距離。聲源指向性特性與聲壓級(jí)的關(guān)系特性見圖1。從圖中我們看出當(dāng)指向性從360變化到45度時(shí)聲壓級(jí)增加了6dB,對(duì)于擴(kuò)聲距離而言，其距離增加了1倍。這就是為什么要控制指向性的原因。
 

圖1 指向性與聲壓級(jí)的變化關(guān)系

    對(duì)于普通的揚(yáng)聲器系統(tǒng)而言，其指向性的軸線見圖2。其特點(diǎn)是指向性軸線與揚(yáng)聲器是垂直的關(guān)系。大于揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的指向性為360度圓形（較低頻率）。如果要調(diào)整揚(yáng)

    聲器系統(tǒng)的指向性角度就要去調(diào)整揚(yáng)聲器的軸線方向，因此比較復(fù)雜。特別是對(duì)線性陣列音響系統(tǒng)而言更是復(fù)雜。這樣在目前的線性陣列音響系統(tǒng)當(dāng)中就出現(xiàn)弧線形陣列，J形陣列等很多不同的安裝形式，都是為了滿足指向性的要求。幾種線性陣列音響系統(tǒng)安裝方式見圖3。

    從圖3中可以看出要想改變線性陣列音響系統(tǒng)的指向性必須要改變揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)于不同人數(shù)的覆蓋區(qū)域，還要經(jīng)常的去調(diào)整結(jié)構(gòu)形式，來滿足不同覆蓋區(qū)域的要求，因此運(yùn)用調(diào)整非常復(fù)雜，這也是線性陣列音響系統(tǒng)運(yùn)用范圍有限的原因，為了解決這個(gè)問題，我們開發(fā)出了指向性角度可以調(diào)整的線性陣列音響系統(tǒng)。

3 怎樣才能改變指向性
    指向性的形成是由于聲波的干涉所形成的，那么我們?nèi)绻�能夠控制聲波的干涉形態(tài)，那我們不就可以控制指向性了嗎？從圖3中線性陣列音響系統(tǒng)的指向性的形成我們看到，線性陣列音響系統(tǒng)的當(dāng)處于垂直狀態(tài)時(shí)指向性的軸線是與陣列垂直的，當(dāng)線性陣列音響系統(tǒng)處于其他狀態(tài)時(shí)，指向性的軸線偏離了水平狀態(tài)，出現(xiàn)了與地面有一定角度的指向性。
 

    因此要改變揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性角度就要改變揚(yáng)聲器系統(tǒng)的軸線偏移角度，見圖4（線
性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性角度與系統(tǒng)軸線角度的關(guān)系）從偏移的角度我們我們看出線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)從上面到下面的揚(yáng)聲器系統(tǒng)累積后有一個(gè)位置的偏移。這個(gè)位置的偏移就是一個(gè)聲像的位置移動(dòng)(延時(shí)距離)，根據(jù)這種現(xiàn)象，我們可以在不改變線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)軸線偏移，僅僅將單個(gè)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行聲音的逐步延時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)虛擬的軸線，這樣就可以達(dá)到改變線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)指向性的角度。

4 X4a+XP4的實(shí)物介紹
    根據(jù)上面的介紹原理，經(jīng)過1年多的時(shí)間，我們推出了一種垂直和水平指向性角度都可以調(diào)整的一個(gè)有源線性陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)X4a+XP4。
   X4a是一款4英寸單元和鋁合金外殼以及純功放組件（為了安全電源外置）組成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。配合XP4（外置電源和DSP前景控制）處理器進(jìn)行擴(kuò)聲。見圖5，X4a的外形。

    X4a的箱體是成型的鋁合金材料，對(duì)于功放組件的散熱有很大的好處，與箱體配套的專用連接附件可以使揚(yáng)聲器系統(tǒng)進(jìn)行水平方向的180度的旋轉(zhuǎn)。
    XP4是與X4a配合使用的一個(gè)控制器，為了安全在設(shè)計(jì)上我們有進(jìn)行一些改革，將供電系統(tǒng)外置和DSP控制系統(tǒng)一起組成一個(gè)XP4。見圖6，XP4的外形每一個(gè)XP4可以單獨(dú)輸出4路電源（4X150W）和控
制信號(hào)每一路最多可以接入4只X4a(點(diǎn)聲源)。一個(gè)XP4可以接入16只X4a。
    XP4的各種參數(shù)的調(diào)整可以直接在操作面板上進(jìn)行，也可以通過USB接口配合專門的控制界面軟件非常直觀的進(jìn)行調(diào)節(jié)�？梢赃M(jìn)行信號(hào)選擇，增益調(diào)整，延時(shí)控制，分頻處理，均衡調(diào)節(jié)，壓限處理。
當(dāng)將X4a+XP4作為線性陣列音響系統(tǒng)使用時(shí)，采用我們的延時(shí)計(jì)算軟件，將圖4中“擴(kuò)聲覆蓋距離”，“系統(tǒng)的長(zhǎng)度”，“離地高度”3個(gè)參數(shù)輸入，則出現(xiàn)第2，3，4個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)需要的延時(shí)時(shí)間，將延時(shí)時(shí)間拷貝到DSP中，則指向性角度自動(dòng)形成。
                                                        

     我們的X4a+XP4雖然加入了很多的簡(jiǎn)單操作，但我們還是提醒，對(duì)于專業(yè)音響的使用和操作還是需要一些經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)的！

5  X4a+XP4的運(yùn)用介紹

X4a+XP4的連接運(yùn)用有如下幾種方式：
5.1 分區(qū)運(yùn)用
XP4每一路可以連接4只X4a，有4路輸出，每一路輸出都是獨(dú)立控制的。輸入部分可以進(jìn)行4個(gè)信號(hào)源的選擇，XP4可以很方便的實(shí)現(xiàn)分區(qū)廣播控制,見圖7。

5.2 劇院以及會(huì)議或小型擴(kuò)聲運(yùn)用
XP4+X4a的組合還可以運(yùn)用在劇院以及會(huì)議或小型擴(kuò)聲場(chǎng)所，加上一個(gè)有源低音揚(yáng)聲器系統(tǒng)，就可以滿足一般的運(yùn)用要求，非常適合室內(nèi)運(yùn)用。見圖8

5.3 可變指向性角度的最少系統(tǒng)的運(yùn)用
       XP4+X4a其水平和垂直指向性角度是可以隨意調(diào)整的，但水平指向性要事先確定好！垂直指向性的角度調(diào)整是可以通過控制軟件來進(jìn)行調(diào)整的，其組成可以根據(jù)運(yùn)用需要進(jìn)行大小不同的選擇組合，圖9就是一個(gè)最少配置的運(yùn)用系統(tǒng)，XP4每一路只有一個(gè)X4a，組成雖然很少，但控制的頻率也很高，大于1kHz。

5.4 可變指向性角度的2個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)用見圖10

5.5 可變指向性角度最大系統(tǒng)的運(yùn)用見圖11
XP4+X4a垂直指向性角度是可以隨意調(diào)整的，其組成可以根據(jù)運(yùn)用需要進(jìn)行大小不同的選擇組合，圖11就是一個(gè)最大配置的運(yùn)用系統(tǒng)，XP4每一路有4個(gè)X4a，共有16只音箱組成，雖然成本增加了，但控制的頻率也很低，大于70Hz。這時(shí)候的低頻能量會(huì)有很大的加強(qiáng)作用。如果還要增加系統(tǒng)數(shù)量，只需要在增加同樣的一組系統(tǒng)就可以了。