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水平和垂直指向性可调音响系统的介绍

【摘要】
任何一个音响工程完工后有些客观的测试指标相对来说都是固定不变，特别是水平和垂直指向性。我们都知道对于一个音响系统一旦其指向性固定就相当于音响系统的有效扩声范围的固定，对于一个扩声场所由于人数会不断变化，其扩声覆盖范围如果能够变化，那么这个音响系统将会多好啊！我们三基音响企业的技术人员通过几年的研究和实验终于生产出了可变指向性的音响系统X4a+XP4。
【关键词】指向性，可调，覆盖范围，
【中图分类号】                           【文献标示码】

1 引言  
    不是所有的装修都是按照设计要求来完成的，在后期的工作中，有些经销商向我们咨询，他们现在的装修发生了变化，有的是高度发生了变化，有的是扩声覆盖的范围发生了改变，怎么样去调整线性阵列音响系统的安装角度来满足现有的扩声范围？根据经销商这样问题我们就有必要提供一个音响系统安装完工后其指向性在不需要去改变线性阵列音响系统的安装方式的时候去改变音响系统的指向性，来满足扩声覆盖范围要求的相关产品。

2 指向性的形成和要求
    任何一个声源在一定频率范围都有一定的指向性，同样任何一个扬声器系统也存在指向性，指向性是由于声波的相互干涉而出现的，指向性对扬声器系统而言有好处，也有坏处。我们为什么要用线性阵列音响系统进行扩声最主要目的是充分利用线性阵列音响系统能够产生较低频率的指向性。扬声器系统本身的原理，结构外形，声波的传输特性决定了指向性的大小，由于原理和声波特性无法改变，现在人们都是通过改变外形结构来实现指向性的改变！
    线性阵列音响系统为什么会有很高的声压级，很远的传输距离？其主要原因是线性阵列音响系统对高，中，低频段的指向性有所控制（怎么样控制指向性是线性阵列音响系统的关键），控制了指向性就是控制了声压级，控制了声压级就是控制了衰减特性和传输距离。声源指向性特性与声压级的关系特性见图1。从图中我们看出当指向性从360变化到45度时声压级增加了6dB,对于扩声距离而言，其距离增加了1倍。这就是为什么要控制指向性的原因。
 

图1 指向性与声压级的变化关系

    对于普通的扬声器系统而言，其指向性的轴线见图2。其特点是指向性轴线与扬声器是垂直的关系。大于扬声器系统结构尺寸的指向性为360度圆形（较低频率）。如果要调整扬

    声器系统的指向性角度就要去调整扬声器的轴线方向，因此比较复杂。特别是对线性阵列音响系统而言更是复杂。这样在目前的线性阵列音响系统当中就出现弧线形阵列，J形阵列等很多不同的安装形式，都是为了满足指向性的要求。几种线性阵列音响系统安装方式见图3。

    从图3中可以看出要想改变线性阵列音响系统的指向性必须要改变扬声器的结构形式，对于不同人数的覆盖区域，还要经常的去调整结构形式，来满足不同覆盖区域的要求，因此运用调整非常复杂，这也是线性阵列音响系统运用范围有限的原因，为了解决这个问题，我们开发出了指向性角度可以调整的线性阵列音响系统。

3 怎样才能改变指向性
    指向性的形成是由于声波的干涉所形成的，那么我们如果能够控制声波的干涉形态，那我们不就可以控制指向性了吗？从图3中线性阵列音响系统的指向性的形成我们看到，线性阵列音响系统的当处于垂直状态时指向性的轴线是与阵列垂直的，当线性阵列音响系统处于其他状态时，指向性的轴线偏离了水平状态，出现了与地面有一定角度的指向性。
 

    因此要改变扬声器系统的指向性角度就要改变扬声器系统的轴线偏移角度，见图4（线
性阵列扬声器系统的指向性角度与系统轴线角度的关系）从偏移的角度我们我们看出线性阵列扬声器系统从上面到下面的扬声器系统累积后有一个位置的偏移。这个位置的偏移就是一个声像的位置移动(延时距离)，根据这种现象，我们可以在不改变线性阵列扬声器系统轴线偏移，仅仅将单个的扬声器系统进行声音的逐步延时，产生一个虚拟的轴线，这样就可以达到改变线性阵列扬声器系统指向性的角度。

4 X4a+XP4的实物介绍
    根据上面的介绍原理，经过1年多的时间，我们推出了一种垂直和水平指向性角度都可以调整的一个有源线性阵列扬声器系统X4a+XP4。
   X4a是一款4英寸单元和铝合金外壳以及纯功放组件（为了安全电源外置）组成的扬声器系统。配合XP4（外置电源和DSP前景控制）处理器进行扩声。见图5，X4a的外形。

    X4a的箱体是成型的铝合金材料，对于功放组件的散热有很大的好处，与箱体配套的专用连接附件可以使扬声器系统进行水平方向的180度的旋转。
    XP4是与X4a配合使用的一个控制器，为了安全在设计上我们有进行一些改革，将供电系统外置和DSP控制系统一起组成一个XP4。见图6，XP4的外形每一个XP4可以单独输出4路电源（4X150W）和控
制信号每一路最多可以接入4只X4a(点声源)。一个XP4可以接入16只X4a。
    XP4的各种参数的调整可以直接在操作面板上进行，也可以通过USB接口配合专门的控制界面软件非常直观的进行调节。可以进行信号选择，增益调整，延时控制，分频处理，均衡调节，压限处理。
当将X4a+XP4作为线性阵列音响系统使用时，采用我们的延时计算软件，将图4中“扩声覆盖距离”，“系统的长度”，“离地高度”3个参数输入，则出现第2，3，4个扬声器系统需要的延时时间，将延时时间拷贝到DSP中，则指向性角度自动形成。
                                                        

     我们的X4a+XP4虽然加入了很多的简单操作，但我们还是提醒，对于专业音响的使用和操作还是需要一些经验和专业知识的！

5  X4a+XP4的运用介绍

X4a+XP4的连接运用有如下几种方式：
5.1 分区运用
XP4每一路可以连接4只X4a，有4路输出，每一路输出都是独立控制的。输入部分可以进行4个信号源的选择，XP4可以很方便的实现分区广播控制,见图7。

5.2 剧院以及会议或小型扩声运用
XP4+X4a的组合还可以运用在剧院以及会议或小型扩声场所，加上一个有源低音扬声器系统，就可以满足一般的运用要求，非常适合室内运用。见图8

5.3 可变指向性角度的最少系统的运用
       XP4+X4a其水平和垂直指向性角度是可以随意调整的，但水平指向性要事先确定好！垂直指向性的角度调整是可以通过控制软件来进行调整的，其组成可以根据运用需要进行大小不同的选择组合，图9就是一个最少配置的运用系统，XP4每一路只有一个X4a，组成虽然很少，但控制的频率也很高，大于1kHz。

5.4 可变指向性角度的2个系统的运用见图10

5.5 可变指向性角度最大系统的运用见图11
XP4+X4a垂直指向性角度是可以随意调整的，其组成可以根据运用需要进行大小不同的选择组合，图11就是一个最大配置的运用系统，XP4每一路有4个X4a，共有16只音箱组成，虽然成本增加了，但控制的频率也很低，大于70Hz。这时候的低频能量会有很大的加强作用。如果还要增加系统数量，只需要在增加同样的一组系统就可以了。