最近把有關(guān)家用音柱（小型化線陣列）的一些技術(shù)認識做了整理。因涉及的技術(shù)方面太多而俺的文筆又不咋地，所以就只挑重點寫了些。水平所限，對不對的僅供大家交流討論。

大型的線陣列系統(tǒng)通常用于室外、影院、大型會場等需要大聲壓并兼顧聲場分布的場所。但若把線陣列式音響小型化作為室內(nèi)家用，則不是為了有多么大的聲音(聲壓)，而是為了更低的失真和更均勻的聲場，這在原理上與大型線陣列有相似之處，但在性能需求上卻有著不同的側(cè)重，而在高頻段的設(shè)計處理上更是完全不同。

就現(xiàn)在的音響技術(shù)來說，盡管電子信息技術(shù)高度發(fā)達，對聲音信號的傳輸處理已做到極低的失真水平（0.01%以下），但在最后揚聲器的電-聲環(huán)節(jié)卻將失真增大到了1%~5%甚至更高的程度。有許多產(chǎn)品宣稱其失真在1%左右（這已是極品的指標），可這是指在功率不大（多指1瓦之內(nèi)）的情況下，只要音量加大，失真便隨之增大。

動圈揚聲器的失真是其原理及結(jié)構(gòu)決定的，各類的失真幾乎都與輸入功率相關(guān)聯(lián)。大致上說，揚聲器的總失真（THD）隨輸入功率變化的情況可分為兩個階段，在小于額定功率時，失真率的增量與振膜振幅呈正比（線性）；在輸入功率超過額定功率時，失真率對振幅呈指數(shù)式增加。為了在大功率下有良好的音質(zhì)就不得不使用更強勁的揚聲器（大功率、長沖程、復合材料振膜等等），但這樣一來，不但揚聲器的品質(zhì)變得更加關(guān)鍵同時還會引起其它問題。（對音質(zhì)造成影響的因素還有許多，這里不展開了）。

就一般中小功率揚聲器而言，把振膜振幅控制在一定范圍內(nèi)可以獲得很低的失真，但這樣就難以得到足夠的聲壓（音量），為解決此矛盾，采用增加揚聲器數(shù)量的辦法——用一群揚聲器協(xié)同工作來代替單一的揚聲器單元工作，就可得到很低的失真和足夠的聲壓。這就是揚聲器陣列的主要優(yōu)勢潛力之一，另一項優(yōu)勢是由陣列的多只單元所累積的尺度，能對聲場形成有效的控制。

線陣列式音響的結(jié)構(gòu)相對復雜、成本較高，其工藝難度略超過普通音響系統(tǒng)。再有是涉及的技術(shù)比較復雜，各揚聲器單元之間的相互干擾和線聲源特有的指向性等問題可能會影響音質(zhì)。正是這些問題，限制了陣列式音響系統(tǒng)的應(yīng)用。但出于對更高音質(zhì)的追求，線陣列的優(yōu)勢仍然是明顯且很有潛力的。其實，在測試設(shè)備和工藝技術(shù)已有長足進步的今天，制作成本及工藝問題已不再突出，剩下的就是要設(shè)法有效解決陣列單元間的干擾及指向性問題。關(guān)于線陣列技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究，幾十年來已有大量的文獻資料，可以為我們的應(yīng)用實踐提供參考和指導：

基本直線陣列——均勻等強度陣列與普通音箱以頻率響應(yīng)為設(shè)計出發(fā)點不同，小型陣列是以聲場分布為出發(fā)點的。就是說，首先要考慮用什么樣的聲場來適應(yīng)環(huán)境。所以我們要對陣列的聲波輻射特性（指向性）有一些了解。

揚聲器安置成一列就成了最基本的直線陣列，但它的聲輻射特性卻不是那么簡單。首先讓我們通過一組指向性圖（極坐標）與壓力場圖（軸向垂直面2D）來認識一個均勻的直線聲源的輻射特點，其目的是為了讓我們對“指向性圖”與“壓力場圖”的對應(yīng)關(guān)系有個形象直觀的理解。

這是一個豎直在空中（自由場）的、由100只單元組成的、長度2米的直線陣列，每只單元的信號強度相等。圖組1顯示了其軸向垂直面上在各頻率時的指向性（圖1a）和與之對應(yīng)的壓力場分布（圖1b）。

（圖1a）

（圖1b）

此圖組表明，即便線陣列單元密度如此之高(間距2cm)，聲場也不可避免的產(chǎn)生強烈的叉指狀分裂（圖1b），這在指向性圖中（圖1a）表現(xiàn)為主波瓣兩側(cè)的大量旁瓣（又稱：副瓣、側(cè)瓣等等）。在4000Hz以上頻率的聲場，其正前方看似均勻，其實內(nèi)部依然充滿擾動。

出現(xiàn)的旁瓣對實際聽感會造成明顯的影響。這里用一個指向性圖來做說明，見圖2。

（圖2）

旁瓣I的強度比主波瓣低了13.5db，這對大型場所（落地式、無頂棚）的應(yīng)用影響不大，但作為家用HiFi系統(tǒng)其影響就不容忽視。旁瓣的存在不僅是影響聲場的均勻，其滯后的相位會使瞬態(tài)變差。而“窄而深”的空值區(qū)域會隨振膜的振動而位移，這會產(chǎn)生調(diào)幅失真。當環(huán)境反射將這些作用混合后，聽感就會顯得渾濁（所謂的“梳狀頻響”就是主瓣與旁瓣的干涉造成的）。所以，避免產(chǎn)生旁瓣或弱化其作用就成了小型陣列的設(shè)計要點。

上述（圖1）的陣列，也反映出一個有限長度的等振幅直線陣列的輻射特性，即使單元數(shù)量再多也是如此?？匆粋€均勻直線聲源在長度與波長不同比例下的數(shù)學模型所得出的指向性響應(yīng)曲線（圖3）。

（圖3）

圖3所示，隨著線聲源的長度（l）與波長（λ）的比例變大，指向性變窄，并且出現(xiàn)了旁瓣，這也與圖1的聲場壓力圖相一致。顯然，改變線陣列的長度不會抑制旁瓣的產(chǎn)生，只是改變了產(chǎn)生旁瓣的頻率點（在1~2個波長之間）。顯然，有限長度的直線聲源并不能像預期那樣產(chǎn)生“柱面波”。

圖3中也揭示出了線聲源（或陣列）的低頻的下限。注意圖中第一幅與第二幅，指向性由開始的近似“圓形”（指的是全向范圍）迅速收窄（-6dB角不到90度）。這意味著聲輻射能量在軸向（正前方）加倍了，聲壓在這個頻段就會產(chǎn)生一個+6db的躍升（指向增益），以頻率倒序來看，就是低音在此頻率處截至了（即-6db）。所以，線陣列的低頻截至頻率就是以陣列長度為波長的頻率。

與理論線聲源不同的是，現(xiàn)實的陣列并不是連續(xù)的，而是由一個個單元所組成，通過數(shù)學模型可看出，陣列單元的間距對整體的指向性是有很大影響的。

下面我把[長度為1米的直線聲源]、[長度為1米的12單元陣列（間距8.5cm，相當于12只3寸單元）]、[長度為1米的5單元陣列（間距20cm，相當于5只8寸單元）]來做個比較，以此對陣列中單元的密度對指向性的影響有個比較直觀的認識（圖4）。

（圖4）

如圖4所示，這三組圖里在1000hz以下是基本相同的，12單元組在4000hz以上時出現(xiàn)了大型旁瓣，5單元組在2000hz時就出現(xiàn)了大型旁瓣（柵瓣），這種情況就是單元間距造成的，如果不限制頻寬就會對聲場及音質(zhì)帶來嚴重影響。所以對于圖4中的12單元陣列（間距8.5cm），最高可用頻率約為4000hz；5單元陣列（間距20cm）最高可用頻率為1500~2000hz。顯然，以單元的中心間距作為最高可用頻率的波長是合理的。

以上就是對直線陣列指向性特點的一些基本描述，這些分析都是全頻帶的，這與實際的揚聲器單元會有些偏差。普通錐形盆揚聲器單元有高頻上限，比如，通常8寸單元在8000hz時已沒多少聲輻射了。錐形盆揚聲器在指向變窄時產(chǎn)生的旁瓣也許不如理論上那么嚴重，但還未到可忽略程度。

順便一提，在圖4里的高頻段出現(xiàn)的凸指狀柵瓣，和相同間距的兩只單元所形成的合成指向性有些相似，因為其本質(zhì)就是直線聲源與局部點聲源指向性的合成（乘積定理）。顯然，提高單元的密度可以增大工作頻寬。

總之，無論是增加單元密度還是增加長度，都不能有效解決旁瓣的出現(xiàn)，這是有限長度的均勻直線聲源的本質(zhì)特性決定的（簡單的說，旁瓣出現(xiàn)的根本原因就是：線聲源在到達端點時的突然截止所造成的“截斷效應(yīng)”）。

而這些旁瓣干擾正是線陣列音箱的最大問題所在，也是在聽感上難以提高的根源。所以在本節(jié)里只是說說基本特性和存在的問題，并沒有任何實際實施的推薦。那么……該咋整呢？（請看下回：林教頭風雪山神廟　陸虞候火燒草料場…… ）