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[技巧] 点声源与线声源

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发表于 2019-1-15 12:18:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
点声源与线声源 / y8 j9 d. d# k/ ewww.zghifi.com zghifi.com


/ a3 N: m4 B! }9 f/ z" e& V了解过线阵列扬声器系统的朋友都知道,线阵列扬声器系统与常规扬声器系统(为区别于线阵列扬声器系统的非标准名称)不同的是:常规扬声器系统所辐射的声波波阵面图形类似球状波,近似于点声源;而线阵列扬声器系统所辐射的声波波阵面图形类似柱状波,近似于线声源,但前提条件是在临界距离之内,在临界距离之外则与常规扬声器系统一样,开始由柱状波渐变过渡为球状波,因此,如果组阵是直线形并且各换能器的驱动信号是相等的,则响应是距离的函数,线阵列扬声器系统在临界距离内符合距离加倍,声压级衰减3dB,在临界距离外符合距离加倍,声压级衰减6dB的声压级衰减规律,这个声压级衰减量从3dB过渡到6dB的距离称为临界距离。临界距离与重放的频率和线阵列的长度有关,在满足标准线阵列条件的前提下,临界距离与重放的频率和线阵的长度平方成正比。低频信号发散距离较短,高频信号发散距离较长,有利于高频的传播。线阵列长度越长,柱面波发散成为球面波的距离越远。因此,在实际应用中,为取得有效的中低频传播距离,应使用较长的线阵列。6 Z' ?( v; J8 J  L$ uwww.zghifi.com zghifi.com

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  任何一个有限大小的声源在自由空间的辐射,其波阵面总是要发散的,柱面波最终会发散成为球面波,即由距离增加1倍声压级减小3dB,变为距离增加1倍声压级减小6dB。4 y+ {1 z. X! o$ O# ?5 Mwww.zghifi.com zghifi.com


4 b% A- O1 \! X( U; W  柱面体的表面积计算公式如下:
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. W, e  k/ k: m* ]0 K+ J  当r 延伸为原来的2倍时,则表面积变化为:A圆柱≤2π(2r)h>/(2πrh)=2。即:当r 延伸为原来的2倍时,圆柱表面积变化为原来的2倍。声强变化为原来的1/2,计算10Lg(1/2)=-3dB,即声压级衰减3dB。5 x9 L2 T. M% P+ b7 g7 @www.zghifi.com zghifi.com


/ B& y9 N; \% n" d7 ~+ I  球面体的表面积计算公式如下:3 ^# W$ P7 q- J. C3 i& q' zwww.zghifi.com zghifi.com


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  当r 延伸为原来的2倍时,则表面积变化为:A球面≤4π(2r)>/(4πr2)=4。即:当r 延伸为原来的2倍时,球面表面积变化为原来的4倍。声强变化为原来的1/4,计算10Lg(1/4)=-6dB,即声压级衰减6dB。8 Q! q" H2 ~7 k( Mwww.zghifi.com zghifi.com

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  以下为图解:
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  图1 柱面波与球面波的几何分析
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  图2 三种声辐射波阵面的几何模型
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8 }& j# I3 V  Z6 T% ]  E1 r$ R  线性阵列简述
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2 x* u: J; W1 ~& `7 Y" h  “线性阵列系统”——线性阵列的基本原理源于“线性声源”理论,即:只有符合“线性声源理论”,满足其构成条件的音箱阵列系统,才叫“线性阵列系统”。 线声源阵列的理论早在1957年美国声学工程师HanyF.Olson就已在发表的论文《声学工程》中有所描述。Olson等人在声学研究中发现垂直阵列中声音辐射体,在垂直平面内有指向性增强的作用。
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  图3 1只单元与2只单元覆盖模式图5 b+ E$ d/ P* J1 ?( Gwww.zghifi.com zghifi.com

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  1992年3月,MarcelUrban教授和ChristianHeil博士在维也纳92届AES会议上展示了线阵列研究成果,说明了如何把点声源产生的球面波校正到同相相加的圆柱面波,说明了线声源阵列的指向特性与声源模块之间的距离、线声源的长度和工作波长之间的关系。1 j5 C% E% U' t( Ywww.zghifi.com zghifi.com


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  图4 波源间距与干涉图样8 C# p# o. N3 ]. j' H8 hwww.zghifi.com zghifi.com


/ t) ]7 @" |3 d; _  经典的线声源的数学分析是:假定声源是由无限多个、间距极小(声源的间距与工作频率的波长相比很小,即间距小于工作频率的半个波长),并且连续同相位、等声强振动单元按无限长度的一条直线排列组成,其声学波阵面为近似柱面波。
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% i0 ~0 ]/ ?' t7 \4 d  m! i 8d0f3c5ed7764c228438ffd3468323f0.jpg 2 X) ]" v1 ?$ j% J; C+ K$ Kwww.zghifi.com zghifi.com

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  图5 线声源的雏形模型
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  构成线声源阵列的必要条件:  w. F( n7 d! L; D: i; `; [www.zghifi.com zghifi.com


% p; N- }' q* Z9 U+ ?, x+ ^) I9 M( r  声源之间的间隔距离d 小于工作频率范围内*频率波长λ 的一半,即d≤λmin/2;
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; F. j) p0 Q  H3 p  线声源阵列的长度L 应大于工作频率范围内*频率波长λ 的一半,即L≥λmax/2;
- C; P7 {4 l7 Q2 ?0 c* z0 f
: ~" l' F1 A8 y) K  线声源阵列中各频段的扬声器单元必须排在一条直线上,即声柱状态,并且声源开口面积之和至少等于阵列面板面积的80%以上。' p7 N4 m$ A2 x7 Y% t3 M" hwww.zghifi.com zghifi.com

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  赠送小菜一碟:0 K( Q/ R" S. K& u0 [3 d5 Gwww.zghifi.com zghifi.com

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  点声源、线声源、面声源,这是三种不同的声源辐射状态,孰优孰劣?提出这样的疑问,貌似要掀起一场声源之战,笔者的观点是,没有*的声源,*的答案取决于你要解决的棘手问题是什么?简单的讲,点声源为实现*的声音还原奠定了*的基础,线声源和面声源为实现*的指向控制奠定了*的基础,各自拥有独特的优势。其目的都是在设法改善声音的品质,这个“品质”是从广义的角度而言。例如:线声源和面声源是通过控制指向达到增加直达声的比例,进而提升声音清晰度,这个清晰度是相对于被反射声干扰的声音而言。* f/ n8 [9 F( o# Kwww.zghifi.com zghifi.com

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  站在应用的角度,笔者向来主张因地制宜,换句话说,应该把最棘手的问题优先考虑解决,适合的就是*的。
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