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淺析球面波與柱面波在擴聲中的區別

更新時間：2011-3-29 8:58:49 　（編輯：溫情）【大中小】

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前言: 以美國SLS音箱為例說明

　　【音響網資訊】
現在市場上揚聲器大多都是球面波的擴聲形式，球面波在擴聲中聲音以三維方向傳播，距離加倍時聲壓級衰減6dB。

球面波傳輸特性

　　線聲源由一串距離相等的單元組成，一個理想的線聲源所發出的聲音會形成柱面波。柱面波的波陣面則只在兩維方向傳播，距離加倍時聲壓級衰減3dB。

柱面波傳輸特性

　　柱面波與球面波相比，柱面波更容易控制聲音的方向，并且傳播距離更遠。真正的線陣列揚聲器正是利用了柱面波隨距離變化衰減較少的特性而在大型場所得到廣泛的應用。
柱面波形成的前提是線聲源。線聲源為了保證高度的一致性，對單元中心點距離要求很高，因為只有把聲波控制在垂直投射角度為“0”度時，線聲源才能成立，才能發出理想的柱面波。

柱面波

　　用傳統的號筒擠壓方式，無法改變球面波傳播的物理特性，每個單元的投射角度最小達到垂直“10”度左右，離耦合條件需要幾乎為“0”度有很大差距。為了克服這個缺陷，傳統做法都會借助于聲波導管類器材，力求將形成的球面波壓制在一個集中空間內。

波導管(8 個路徑長度和8個聲中心)

帶有金屬波導管結構的堆疊

　　這時球狀單元仿照平面單元的設計隱藏于箱體中的波導管后。由此帶來的最大缺點是存在嚴重的相位異常，并且更多的波通道會引起更多的異常。

　　一堆傳統揚聲器單元在簡單堆砌的情況下，是不可能作為線聲源使用的。而SLS品牌音箱，采用獨特的帶式高音專利技術讓真正的線聲源成為可能。與傳統球形單元相比，帶式高音單元的平面結構決定了其單元間距離更小，每個單元的投射角度幾乎為“0”度，因此，單元間可以在沒有干擾的情況下自然耦合，相位一致性得到了極大的提升。

帶式高音與球狀單元的聲波比較

　　通過的上述的比較，我們可以得到如下結論：與傳統的球狀單元相比較，無論是單元間距、單元垂直輻射角度，還是聲波耦合程度上，帶式高音單元都擁有先天的結構優勢，能夠創造更完美的柱面波，為線陣列音箱的開發和應用奠定了良好的基礎。

　　SLS線陣列音箱就是在此基礎上誕生的，它的出現為大型擴聲系統與會議擴聲領域提供了更廣泛、更完美的解決方案。當前大型擴聲系統的趨勢是既要達到很高的聲壓級，又擁有理想的覆蓋范圍。
傳統解決方案只是簡單得增加音箱個數和功率，音箱之間輻射的球面波并不能有條理地耦合，容易形成混亂聲場、出現嚴重干涉，影響到聲音得有效覆蓋，不同位置的聽眾的聽感差異很大。

混亂聲場的模擬圖

　　作為線聲源的SLS線陣列音箱，可使所形成的柱面波覆蓋范圍更遠、更精確并且不同位置的聽眾的聽覺感應差異不大。在這種方案下，較遠距離的聽眾可以體驗到前場聽音享受的高保真度和非凡的清晰度，主觀上，音箱好像離你非常近而且聲音就在你面前。仿佛線陣列可以“看到”每個聽眾位置，并且無阻礙的“投射”聲音。

SLS線陣列音箱聲場覆蓋示意圖

　　另一方面，基于精確可控的指向性,SLS線陣列音箱可以對柱面波覆蓋區域之外形成高聲壓級抑制，大大的降低了環境噪聲帶來的影響。例如：露天演出場地與居民住宅區靠的很近時。

　　在會議擴聲中，會議用小型線陣列音箱的優勢更加突出。由于中小型會議室、報告廳、禮堂多數墻壁裝修比較光滑，混響很重。用傳統音箱的情況下，由于球面波的輻射角不好控制，因此，語言清晰度不夠而且容易形成聲反饋。

　　但是，SLS音柱所形成的柱面波可以使直達聲得到加強，主覆蓋區域的聲音更清晰，減少了混響帶來的干擾。

LS音柱聲場模擬圖

　　另外，由于SLS音柱垂直角度控制的很好，因此，抗嘯叫能力極為突出，嘯叫音量比傳統音箱高出近20dB。

　　總之，柱面波因其優秀的傳輸特性、固有的精確指向性、靈活可預測性，為聲學設計展現了全新的擴聲理念。

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