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揚聲器系統尺寸與指向性關(guān)系
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發(fā)布時(shí)間：2022-06-02 18:08:05
目前，很多廠(chǎng)家在書(shū)架箱和一些小音箱的保真和輸出方面的技術(shù)取得了較大的提升，但是在它的物理屬性方面卻沒(méi)有什么改變。涉及到覆蓋模式控制的時(shí)候，音箱的尺寸仍然是一個(gè)問(wèn)題。應用中，倒相式音箱和線(xiàn)陣列備受關(guān)注。這并不奇怪——因為它們又大又響，還非常有魅力。但這類(lèi)設備若沒(méi)有一只兩分頻揚聲器系統作為補聲是不行的，該兩分頻揚聲器系統可以由一只12英寸或者15英寸的低音單元和一只號角組成。小型兩分頻音箱日常工作時(shí)可以用于主擴聲，不管是舞臺監聽(tīng)、鼓聲補聲、前區補聲還是裝在支架上補聲。
使用者利用這些音箱的特性是理所當然的，但如果能真正理解它們的指向特性及其工作原理，那么，使用起來(lái)就會(huì )得到更出色的效果。
1、決定覆蓋模式分配的因素
小型音箱的指向性經(jīng)常被標注為90°×60°或者其他不確定的參數。不過(guò)90°×60°是什么頻率的指向性呢?當然不是從DC(0Hz)到20kHz。有四個(gè)主要因素決定著(zhù)這些揚聲器系統的覆蓋模式分配，分別是錐形驅動(dòng)器、高音號角、分頻器以及箱體。
下面依次分析這些因素，評估一下各自的作用。列舉這些因素之前，先回顧一些基本知識。
任何設備的指向性對聲波的影響直接與該設備的大小及聲波的長(cháng)短成比例關(guān)系。為理解這一關(guān)系，深入了解給定頻率的正弦波大小至關(guān)重要。
溫度為72攝氏度時(shí)，海平面的聲波約以1130英尺每秒的速度傳播。用赫茲來(lái)表示頻率活每秒產(chǎn)生的圓周(正弦波)。如果波的頻率是1HZ，波長(cháng)為1130英尺，從邏輯上計算，10HZ的波頻率其波長(cháng)為113英尺，100HZ的波頻率其波長(cháng)為11.3英尺，1000HZ的波頻率其波長(cháng)為1.13英尺，依次類(lèi)推。
只要給出頻率，就能算出波長(cháng)，這并不難。有一種老套的“秘訣”叫“5-2-1法則”：
20HZ=50英尺，50HZ=20英尺，100HZ=10英尺，200HZ=5英尺，500HZ=2英尺，1000HZ=1英尺，2000HZ=0.5英尺，5000HZ=0.2英尺，10000HZ=0.1英尺。
這樣表示雖然不完全準確，但適用于應急時(shí)的計算。物理學(xué)表明一個(gè)聲源尺寸比波長(cháng)大，為的是增強期其指向性控制。
2、控制問(wèn)題
注意，對前導向揚聲器系統而言，其低頻驅動(dòng)單元控制聲波分布的唯一方式就是錐形驅動(dòng)器直徑(較少一部分通過(guò)邊界效應控制)。
100HZ時(shí)，相對于10英寸的波長(cháng)來(lái)說(shuō)驅動(dòng)器尺寸顯得很小，幾乎沒(méi)有指向性可言。
若頻率逐漸增加，達到1000HZ時(shí)，12英寸的驅動(dòng)器不會(huì )突然影響聲波的輻射角度控制模式，而是跟驅動(dòng)器本身的尺寸一致。然而，隨著(zhù)頻率變得越來(lái)越高，波長(cháng)越來(lái)越短，其影響也越來(lái)越明顯。
在這個(gè)頻率點(diǎn)，錐體驅動(dòng)器實(shí)際上產(chǎn)生大約90度的水平指向性。但因為輻射模式是圓錐形的(驅動(dòng)器是圓的)，所以，不會(huì )產(chǎn)生60度的特定垂直角度。
隨著(zhù)頻率的增加，驅動(dòng)器對輻射模式的影響力度越來(lái)越大，直到高頻段聲輻射開(kāi)始出現“波束”形狀。等波束窄到一定程度時(shí)，就會(huì )在分頻點(diǎn)之上。
這主要影響到箱體的極圖特性，尤其在垂直區域，所以，這里討論分頻點(diǎn)指的是從1000HZ-1500HZ這個(gè)頻段。
3、決定波長(cháng)的因素
號角設計中有好幾個(gè)因素使它能夠在給定的頻率點(diǎn)實(shí)現輻射圖案控制。其中一些因素包括喉管的幾何結構、長(cháng)度以及開(kāi)口比率等。但最顯著(zhù)的因素是喇叭口的尺寸(與錐形驅動(dòng)器的影響因素一樣，都是尺寸問(wèn)題)。
喇叭口尺寸必須足夠大以便能決定波長(cháng)，從而在該頻率點(diǎn)提供完整的指向性。如果一只號角的喇叭口尺寸是寬6英寸、高3英寸，1000HZ時(shí)就接近全指向。
只有水平面頻率達到2000HZ，垂直面頻率達到3000HZ時(shí)才會(huì )影響聲波。3000HZ以上的輻射角度為90度*60度，但低頻段幾乎沒(méi)有指向性。
錐形驅動(dòng)器和號角本身只是老套的設備，并不新奇。但將兩者結合使用就具挑戰性。首先設計到物理抵消問(wèn)題。典型的2分頻箱體中，驅動(dòng)單元是一只位于另一只上面，而且兩只單元的縱向距離可能也不同。
盡管可以利用延時(shí)對軸線(xiàn)上的兩只驅動(dòng)單元進(jìn)行時(shí)間校準，其他一些垂直角度也會(huì )使來(lái)自號角和錐形驅動(dòng)器的到達時(shí)間產(chǎn)生偏離。因為帶通和驅動(dòng)器的垂直分布圖案在分頻點(diǎn)區域會(huì )交疊，因此，在軸線(xiàn)外的任何垂直角度都有可能聽(tīng)到兩只驅動(dòng)器反相后發(fā)出的聲音。這就意味著(zhù)必定會(huì )產(chǎn)生波瓣和空值。
基于驅動(dòng)器抵消模式控制，分頻點(diǎn)斜度，疊加以及延時(shí)分布設置等，這些波瓣的方向和靈敏度會(huì )變動(dòng)，但只是在多驅動(dòng)器的箱體內發(fā)生，而且這些聲源彼此分開(kāi)。
如果將一只音箱放在它傍邊，水平方向產(chǎn)生的現象是一樣的。那地面監聽(tīng)音箱呢，會(huì )有什么現象?
同軸音箱中出現重現現象只有一種原因。
因為聲源之間沒(méi)有垂直偏移，使用者只能糾正錐形驅動(dòng)器和號角驅動(dòng)器的聲源間的深度變化量，而且這個(gè)距離跟軸外的聽(tīng)音位保持恒定。權衡之計就是多種同軸設計使用圓錐形驅動(dòng)單元作為號角來(lái)產(chǎn)生高頻。對于監聽(tīng)音箱或近場(chǎng)場(chǎng)所也許可行，但是，如果擴聲，往往需要更精確的覆蓋角度控制。
4、擋板、邊界
指向性問(wèn)題的最后一個(gè)因素就是箱體本身，以及箱體安裝所產(chǎn)生的邊界效應。當空間減少，音箱往里輻射時(shí)就會(huì )產(chǎn)生分數空間負載。低頻是全向的所以音箱放在地板上時(shí)，低頻輻射空間就有效地減少了一半。這就在半球體上額外產(chǎn)生了3DB的輸出。
在給定的頻率點(diǎn)上，如果音箱箱體上的擋板足夠大，那么，就可以將它實(shí)為邊界，產(chǎn)生半個(gè)空間載荷。有時(shí)候這叫“擋板效應”。如今的箱體中，擋板往往不及安裝在其內部的驅動(dòng)器尺寸大，因為首先要考慮的是重量、支架為止、吊掛硬件等因素。
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