流动扩声扬声器系统的选型

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一套完整的扩声系统离不开好的设计理念，它完成了从工程设计到服务于艺术表演的演艺设备的完美转变，从而带给观众完美的听觉享受。
1 引言
扩声系统是将声音转换成电信号，再将电信号转换成更大的声音的设备组合，所以系统中的薄弱环节是系统中的换能设备，即系统最前端负责将声音转换成电信号的设备——传声器，以及系统最末端负责将电信号转换成更大的声音的设备——扬声器系统。本文仅讨论扬声器系统的相关使用问题。
2 扬声器系统应用的分类
扬声器系统按分频的方式主要分为单扬声器扬声器系统、二分频扬声器系统、三分频扬声器系统、四分频扬声器系统、多分频扬声器系统、超低音扬声器系统、低音炮，以及目前被广泛应用的组合式扬声器系统——线阵列扬声器系统。随着科学技术的不断发展，扬声器系统的形制、种类也在不断变化。按其发展的沿革来看，大致有以下三大类。
2.1 分频扬声器系统
传统的分频扬声器系统（三分频或二分频）就是按照不同频段把音频信号分成高、中、低音或高、低音，如图1所示。二分频器由一个高通滤波器和一个低通滤波器组成。三分频器是在二分频器的基础上又增加了一个带通滤波器。滤波器在分频点附近呈现出有一定斜率的衰减特性。二分频扬声器系统内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器。扬声器系统将传送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，馈给相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动。在听感上，三分频扬声器系统比二分频扬声器系统更加明亮圆润，更加丰满，歌声相对舒畅，人声的位置靠前，更具灵气。
传统的分频扬声器系统

图1  传统的分频扬声器系统

2.2 同轴扬声器系统
高、低音单元共轴的同轴扬声器系统是在分频扬声器系统的基础上发展而来的，如图2所示。同轴扬声器系统将高音巧妙地放置在低音振膜的中心处，能保证高、低音的声学中心是同一个点，从而解决了相位偏差的问题。同轴扬声器系统较一般扬声器系统有频段宽广的优势，但较同档次多分频扬声器系统则有高音劣势。一只同轴扬声器系统就能构成回放效果较好的扬声器系统，而一般扬声器系统想要达到同轴档次的声音则需要两只不同频段的扬声器。同轴扬声器系统的定位较准，声音比较细腻，适合人声和小提琴等要求解析度较高的场合，但它的缺点是爆发力不足，低音动态较差，不太适合较激烈的音乐。

同轴扬声器系统

图2  同轴扬声器系统

2.3 线阵列扬声器系统
线阵列扬声器系统是由一组排列成直线（或近似直线）、间隔紧密、振幅相同（同口径同类型）、相位相同的若干扬声器单元及相应结构构件等组成，具有某种特殊指向特性的扬声器系统，一般吊挂在固定支架上，如图3所示。它保持了传统组阵可提供大声压级和远距离扩声的特点，而且声辐射特性容易控制，如图4所示。其水平覆盖取决于单元，垂直覆盖（或角度）是由扬声器的数量和扬声器系统吊挂的角度来确定的。线阵列扬声器系统具有良好的指向性，声场均匀．声场的声干涉小，因而有利于提高扩声质量。此外，线阵列扬声器系统都有各自专门的吊挂机构，现场安装吊挂非常方便。

图3  线阵列扬声器系统

线阵列扬声器系统辐射的声波图形

图4  线阵列扬声器系统辐射的声波图形

3 扬声器系统在扩声系统中的应用
如果单从面世的时间来看，似乎出现的时间越晚，技术越先进。那么，线阵列扬声器系统的技术先进程度到底如何，可以从以下三个方面比较论证。
3.1 扬声器系统选择的原则和指标
扬声器系统的最大声压级及传播衰减特性是衡量扬声器系统技术水平的重要指标。剧院、礼堂等室内的扩声系统，由于舞台离观众的最远距离只有三、四十米，扬声器系统的传播衰减特性相对来说并不是重点，只要扬声器系统有足够的最大声压级，演出效果就可以保证。随着文化演出形式的不断发展丰富，一些大型的文艺演出或演唱会都选择在大型体育场馆举办，其舞台区到观众席的距离达到几十米至上百米。此时，扬声器系统的最大声压级及传播衰减特性，尤其是后者，就显得尤为重要，会直接影响演出效果。
由于传统的高、低音单元分离的分频扬声器系统在水平及垂直方向上都有声扩散，可以理解为分频扬声器系统的声音是以球面波方式扩散传播的。当一个球面的半径增加l倍，表面积会增加4倍。所以，由于扬声器系统的声压级是一定的，当声音的传播距离增加1倍，覆盖的面积就增加4倍，那么分配到每个点的声压级就只有原先的1/4，即衰减了4倍，以对数形式的声压级表示就是-6dB，也就是说，传统分频扬声器系统的传播衰减是每倍频程-6 dB。
线阵列扬声器系统的扩散特性是水平或垂直方向的草一扩散，另一方向没有扩散。因此，可认为线阵列扬声器系统是以柱面波方式扩散传播的，故线阵列扬声器系统的传播衰减是每倍频程-3dB，线阵列扬声器系统的衰减特性大大提高了声场的不均匀度的指标。如果在体育馆中使用，假设扬声器系统到观众席的距离是64 m，则传统分频扬声器系统的衰减值是-36 dB，而线阵列扬声器系统的衰减值只有-18dB，按GB 50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中要求的一级标准——扩声最大声压级应大于或等于106dB来计算，理论上传统分频扬声器系统的最大声压级必须达到142dB才有可能达到标准，而线阵列扬声器系统只需要124dB就能满足要求。也就是说，如果这两种扬声器系统的最大声压级都是135dB的话，传统分频扬声器系统的差值为7dB。这就意味着至少要6只（声音提高1倍增加3dB）以上的传统分频扬声器系统才有可能满足使用要求；而一组线阵列扬声器系统的最大声压级就达到117 dB，远远超出了国标要求。
因此，线阵列扬声器系统比传统分频扬声器系统的效率及效果（声场不均匀度方面）要高出很多，它能以相对较少的数量达到较佳的效果。对于流动扩声系统，相对较少的设备数量能为系统设备的仓储、搬运、安装、拆除及日常维护提供方便，支出费用也相对较小。
3.2 扬声器系统应用的特性分析
首先，线阵列扬声器系统中各扬声器系统的声音到达同一聆听点有时间差，线阵列扬声器系统的位置到某一观察点有距离差。时间差、距离差会引起干涉，在频率响应曲线上出现峰谷值。
其次，扬声器系统还音的解析度是衡量扬声器系统技术水平的另一个重要指标。传统分频扬声器系统由于其高、低音单元是分离安装的，单元间有一定的距离（产生相位差），所以会有声干涉的现象出现。特别是多只扬声器系统组合成矩阵时，这种声干涉会以明显的梳状滤波的形式表现出来，对还音解析度的影响是致命的。虽然现在各扬声器系统厂家都在努力改进，但由于传统分频扬声器系统的基本形制所限，不能从根本上避免这种现象，这也是出现同轴扬声器系统的原因之一。由于同轴扬声器系统的高、低音单元是共轴的，单元间只存在微小的距离差，只需要相对简单的处理就能在很大程度上避免声干涉的出现，从而有效地提高扬声器系统的还音解析度。由于同轴扬声器系统为锥型指向特性，其声波以球面扩散，因此，其传播衰减特性也是每倍频程-6dB。也就是说，同轴扬声器系统是还音更好的分频扬声器系统，但作为提供大声压级的主扩声扬声器系统的效率并不高，所以，此类扬声器系统往往是舞台监听扬声器系统的首选。
对于近十几年才开始出现的线阵列扬声器系统，各个生产厂家都在以不同的技术手段完善其主要产品，但不管使用何种技术，其核心理论基础之一就是：严格控制声音在某一方向上的扩散，使其声波以柱面形式传播。这样，扬声器系统按一定方式组合成阵列时，扬声器系统间的干涉能控制到最小，从而使扩声、还音效果达到最佳。
3.3 扬声器系统的安装
作为流动扩声系统，演出前扬声器系统安装的快捷性以及安装完成后的安全性是至关重要的。在大型体育场馆演出，如果使用传统分频扬声器系统，其数量庞大的扬声器系统以矩阵形式堆叠，在堆叠过程中涉及到人力、物力，以及堆叠完成后的安全问题和拆卸问题。线阵列扬声器系统一般是成串吊装或是成串落地安装，扬声器系统之间有必要的安装结构件，可以非常安全、方便地安装、拆卸，不需要大量的人力、物力，隐患较少。
综上所述，就流动扩声系统而言，线阵列扬声器系统有诸多优势，更适合演出场所不固定的流动扩声的特点，已经在世界各地普遍应用。

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学习了。