超低音阵列实用指南作者:Jeff BerrymanXYCAD文献译制组2011-11目录1. 引言 (3)2. 声学原理 (3)2.1 波长 (3)2.2 最基本的指向性规律 (4)2.3. 水平-垂直独立性 (4)2.4. 多声源及波瓣 (5)2.5. 波束成形（Beamforming） (7)3. 增益遮挡 (8)4. 图形化阵列设计工具 (8)5. 低音阵列的类型 (9)5.1 侧射阵列 (9)6. 地面摆放阵列 (11)7. 吊装阵列 (14)8. 梯度阵列 (18)8.1 示例 (19)8.2. 梯度阵列的特性 (20)8.3. 高级梯阵驱动 (22)8.4. 梯阵线阵列 (22)8.5. 梯度阵列的应用 (24)8.6. 端射阵列 (27)附录A：超低音分频器的设置 (29)附录B：超低音的均衡 (33)附录C：波束失真 (35)1. 引言在音响系统中，如果音箱能像聚光灯那样，根据需要选择合适的指向角度，就可以简单地将声音控制在所需投射的范围内，那该有多好啊。

当然，事实并非如此，尤其是低音音箱。

低音音箱在其工作频率范围内通常近似为全指向，不过，如果把若干低音音箱堆放在一起，就能够表现出更加复杂的指向特性。

将低音音箱比作灯泡的话，我们可以想象一下，一个“灯泡”能够把整个房间照亮，但是如果把四个“灯泡”排成一排，却只会照亮房间中某个区域。

你能想象么？问题是，如果你使用多只低音堆放在一起，比如放在舞台左右两侧，这时候会引起声波干涉（也叫“梳状滤波效应”），从而导致听音区内不同位置在不同频率上出现峰谷变化。

如果灯光也存在这种干涉，那你在一间屋里打开两个白色灯泡，房间中会随着位置不同出现各色的彩虹。

除此之外，还有混响方面的问题，也会在时域方面叠加其特有的干扰和染色。

这个就不好用灯光做比喻了。

针对上述情况，音响技术人员应当如何设计低音阵列，从而确保得到所需的覆盖和音质？如果我们能够成功做出这种设计，那么：l低音将非常清晰，并且在整个听众区域内都非常平衡。

l低音的声压级在整个听众区域内都能和中高频保持平衡。

l混响和反射造成的不利情况将会降到最低。

l设备的效能将得到最大程度的发挥。

本文说明了如何获得良好的低音的原理和技巧。

这里我们所关注的频率范围大约是20Hz到150Hz。

2. 声学原理2.1 波长扬声器阵列声学方面主要跟波长有关。

一个“大”阵列是指其整体尺寸（或某个局部方向的尺寸）大于1.5倍的声波波长；而“小”的概念则是指尺寸小于某个波长的三分之一。

下面是一些典型的波长。

在常温常压下，波长公式为：波长=340/频率（单位：米）2.2 最基本的指向性规律对于一般的声源来说，指向性和其尺寸有关。

如果声源很小，则其指向性很宽；如果声源很大，则其指向性很窄。

参见图1。

记住，这里的“大”和“小”是跟波长有关的，而不是实际的尺寸。

2.3. 水平-垂直独立性基本指向性规律可以独立应用于水平和垂直方向上。

比如，一列水平超低音箱的水平尺寸很“大”，但是垂直尺寸很“小”。

因此，它的指向性在水平方向上会很窄，而垂直方向上会很宽，如图2。

2.4. 多声源及波瓣很多项目中采用两组超低音阵列分别安装在舞台两侧。

这些阵列有的直接堆放在地板上，有的则采用吊装的方式。

无论哪种情况，此类多声源声场中都会存在物理上称之为“声波干涉”的情况。

音响人管种情况叫做“梳状滤波效应”或者“波瓣”图3所示的是单只EV的Xsub低音音箱在50Hz的指向特性。

图中，舞台的尺寸是40X20（英尺）。

红色的线是极坐标指向曲线，同心圆之间的差值是6dB。

可以看出，Xsub的指向性基本上是全指向的。

图4给出的，则是在舞台另一侧再增加一只Xsub时的情况。

结果差别很大，而且效果变差了。

由于低音是全指向的，所以每个位置的听众都可以听到两个低音的声音。

但是由于每个低音音箱到听众的距离存在差别（除了中轴线上的听众外），当这个距离差等于半波长的奇数倍时，两个低音的直达声声波相互抵消，听众基本听不到低音，至少听不到来自低音音箱的直达声。

这些波瓣会在声场中引起低音的不平衡。

在室内声场中，音调不平衡的问题会被混响声弥补一些，但是清晰度降低的问题却依然存在。

而在室外声场中，由于没有混响，这个问题会非常明显。

图5所示的是两个实际案例：一个是地面成排摆放的超低音箱，另一个是吊装的超低音箱线阵列。

唯一在整个频率范围内都不受波瓣影响的区域就是舞台中轴线上的位置。

在这条中轴线上低音最强劲也最清晰。

这就是所谓的“功率胡同”效应，它使得调音位上听到的低音很好，却让调音师忽略了其它观众席位的听感。

应对波瓣问题的最好办法，是采用单组中置音箱簇来取代左右分别堆放的方式，组成垂直或水平阵列皆可。

但是，这种方式因为某些搭台安装方面的因素，通常不太实用。

当采用左右摆放形式时，可以通过调整摆位、波束成形和/或梯阵低音方式来降低波瓣的影响。

总之，我们要做的就是将两组低音共同覆盖范围内的干涉效应降到最低。

2.5. 波束成形（Beamforming）波束成形是控制大型阵列射出声波的瞄向和波束形状的一种技术。

在一列波束成形阵列中，每只音箱单元独立（或分小组）驱动，并且每路驱动信号都具备独立的延迟和电平参数。

图6和图7给出的是一个典型的中型超低音阵列的波束成形效果。

图示的阵列中包含四只EV的Xsub超低音音箱。

图6中该阵列没有使用波束成形技术；图7中对有关延迟参数进行了设置，来控制低音的辐射范围。

这是一种常见的增强侧面覆盖的方法。

波束成形技术只能用在大（相对于波长，参见2.1节）阵列中。

对小阵列的指向控制需要采用梯阵技术（参见第8节）3. 增益遮挡“遮挡”指的是修改阵列中某些单元或是阵列末端某些单元的驱动参数。

“增益遮挡”是指调整（特指减小）阵列某一端的一个或多个单元的驱动增益。

对于很长的阵列来说，通常的遮挡形式是把每一段的最后两到三个单元的增益从0dB逐步降低至-6dB。

进行遮挡之后，阵列的整体覆盖范围更加规则，而且不同频率对指向性变化的影响也降低了。

可以参见图21的实例。

4. 图形化阵列设计工具本文中所有的指向曲线图都是采用EV的LAPS 2.2A程序制作而成。

LAPS是EV的线阵列设计软件。

从2.2A版本开始，LAPS增加了一个超低音指向建模页面。

LAPS有一个姊妹程序叫做EVADA，即“Expandable Vertical Array Design Assistant”（可扩展的垂直阵列设计助手），它是LAPS的一个精简版本，用于Electro-Voice的EVA音箱阵列辅助设计。

EVADA有着与LAPS相同的超低音建模页面。

LAPS和EVADA都是基于微软Excel的程序，可以在EV的网站上免费下载，。

运行它们需要IBM PC（或同类仿真环境），Microsoft Excel 2000或更高版本，以及Windows 2000或更高版本。

5. 低音阵列的类型在专业音响领域，我们总结有三种类型的低音阵列：1、侧射阵列（Broadside Array）。

侧射阵列中，很多低音音箱排成一排，阵列的主指向与其排列方向垂直。

这是在绝大多数场所下最常见的一种典型低音阵列，可以地面摆放（水平成排）或是吊装（垂直成排）。

目前的实际应用中，侧射阵列绝对是最常见的形式。

2、梯度阵列（Gradient Array）。

梯度阵列采用特别的排列和驱动方式，从而提供了一种类似话筒的指向特性，常见的比如心形或超心形。

此类阵列采用多通道驱动低音，包含延迟、滤波和/或极性反转等处理手段，来达到所需的效果。

梯度阵列可以买到单件成品，也可以通过分立低音音箱自行搭建。

3、端射阵列（Endfire Array）。

端射阵列中，多只低音音箱排布成列，排列方向直指辐射方向，并通过依次增加延迟的方式，来制造出一种非常窄的指向特性。

它可以类比于话筒中的枪式指向特性。

端射阵列比较少见，只用在特殊的需要远距离投射的场合，户外或巨型场地内。

5.1 侧射阵列侧射阵列是将箱体排成一排或一列，其声波指向基本与排列方向垂直。

侧射阵列可以是直线型、弧线型或阶梯型。

侧射阵列易于设计安放，因而成为最常用的低音阵列类型。

不过，为了在很大范围内获得良好的低音效果，需要对基本型侧射阵列稍加调整，如下。

图9到图12给出了侧射阵列的基本原理。

图9表明，长阵列指向较窄，而短阵列指向较宽。

图10表明，直线阵列的指向随频率的增加而变窄，并且波瓣也增多。

而足够长度的曲线阵列，其指向性更加稳定。

图11可以看出，阶梯排列其实等效于斜向排列。

在某些不方便倾斜排列低音音箱的场所，也可以采用阶梯排列。

图12说明，在需要加宽指向时，阶梯型排列可以用来替代曲线排列。

而且此时，阶梯排列的效果更好一些。

6. 地面摆放阵列覆盖宽度。

对于地面摆放的水平阵列，其覆盖宽度通常有所争议。

直线低音阵列长度超过3米时，其指向覆盖角度对于绝大部分场合来说已经过于狭窄了。

例如，图9所示的阵列，采用4只EV Xsub低音音箱（整体阵列大约3.7米长），此时其覆盖角度在60Hz仅有90°。

如果频率再高点，覆盖角度还会更窄。

图10的左侧图中，是一个更加严重的情况，6只Xsub低音音箱组成的阵列。

阵列的物理长度达到7.3米。

此例中，60Hz的指向角度只有60°，而且指向性随频率变化明显。

如果想让指向特性变得更宽而且更平滑，可以采用曲线或阶梯阵列（参见图12），或者采用波束成形技术。

采用左右阵列的系统对于使用左右阵列的系统，我们需要了解单侧阵列的指向特性，但是，对于优化设计而言，需要同时考虑两侧阵列的共同覆盖。

如果我们能够做到完美的指向性控制，那么我们可能希望左侧阵列仅覆盖观众席左半边，右侧阵列则仅覆盖观众席右半边。

不过这是不现实的，实际覆盖范围相互交叠，并引发波瓣。

系统设计的重点就是在确保整个观众席良好覆盖的同时，尽可能减少波瓣。

当阵列长度超过3米时，你可以利用此时的指向变窄，来抑制波瓣的产生。

将左右两侧波束偏向舞台外侧，可以减少中央的交叠区域，并使得整体的覆盖角度变宽。

如图13所示。

在右侧的图中，低音阵列偏向舞台外侧30°打出。

该图中，波束抵消区变浅，同时90Hz的覆盖角度也有所改善。

波束成形技术可以做到类似上述偏轴束射的效果。

图14中所示的，是给图13的阵列增加了波束成形延迟后的效果。

结果非常不错。

大型中央摆放阵列在露天舞台或大型室内场所中，通常便于将超低音箱在舞台前摆成一列。

如果在这类扬声器簇中应用波束成形技术，效果会非常出色。

图15所示的，就是一排12只EV Xsub低音音箱通过优化延迟后的指向特性。

图15所示的波束成形技术细节值得牢记于心。

如果你仔细观察表格中的延迟值，你会发现延迟时间并非等值步进，而是在阵列两端的音箱延迟大很多。

这是很典型的情况。