【技術(shù)分享】心形陣列原理及應用淺談

　　從古典音樂(lè )到現代音樂(lè )，人類(lèi)的音樂(lè )種類(lèi)越來(lái)越多，不同的音樂(lè )種類(lèi)對音頻系統有著(zhù)不同的要求。猶如奧林匹克運動(dòng)會(huì )所提倡的，更高更快更強一樣，在音頻領(lǐng)域，我們也想不斷去突破一個(gè)個(gè)極限。

　　總的來(lái)說(shuō)，現在的音源所含的頻率范圍越來(lái)越廣。在早期，人聲帶振動(dòng)頻率的范圍限制了音源的頻率范圍;步入文明化社會(huì )后，頻率范圍又受到了樂(lè )器制作工藝的限制;直到現在步入數字化時(shí)代，我們對于音源的制作，幾乎已經(jīng)沒(méi)有了任何的限制。那么在音源的回放問(wèn)題上，就對系統有著(zhù)更高的要求。同時(shí)，聲音回放的模式也變得多種多樣，從骨傳導、入耳式耳機發(fā)展到近場(chǎng)家庭影院，再到最大型的音樂(lè )節類(lèi)的演出，音頻系統也變得越來(lái)越復雜多樣，由此而產(chǎn)生的各類(lèi)問(wèn)題也變得非常繁多。在這里，我們僅對“集會(huì )”類(lèi)演出中的音頻系統一個(gè)非常小的問(wèn)題，即低頻全指向擴散的問(wèn)題進(jìn)行一點(diǎn)探討。

L-Acoustics 5XT頻率擴散表

　　眾所周知，低頻指向性相比于高頻來(lái)說(shuō)，更趨近于全指向性擴散?？梢詮膱D上看出來(lái)，不同頻段的擴散角度之間的差別。如果想控制低頻的擴散角度，喇叭的尺寸就要做得非常大，而在現實(shí)應用中，會(huì )帶來(lái)諸多不便，比如音箱整體的重量，尺寸，功放的功率都必然大大超出現有條件。

　　基于低頻呈球形擴散的物理原因，會(huì )產(chǎn)生一些聲學(xué)上的問(wèn)題，常見(jiàn)的就是舞臺上的串音及回授。

　　那么我們如何盡量避免這樣的問(wèn)題呢?這就利用到了我們聲波的物理特性了。兩個(gè)揚聲器播放相同的音源，朝向同一方向，如果是高頻，我們可能會(huì )擔心兩個(gè)并列揚聲器的干涉問(wèn)題。

　　但是由于我們現在的應用場(chǎng)景屬于遠場(chǎng)投射，且討論的頻段是低頻頻段，可以視為在同一位置的兩個(gè)點(diǎn)聲源。

　　我們將一場(chǎng)演出的物理區域分為舞臺區和觀(guān)眾區，然后我們先來(lái)看三種情況。

　　(一) 兩個(gè)在同一位置的點(diǎn)聲源播放同一頻率的正弦波朝向一致的情況(舞臺區及觀(guān)眾區的能量得到最大的疊加，觀(guān)眾區域能量充足)。

　　(二) 兩個(gè)在同一位置的點(diǎn)聲源播放同一頻率的正弦波朝向相反的情況(舞臺區及觀(guān)眾區的能量得到最大的衰減，舞臺區域能量最小)。

　　(三 )兩個(gè)以某一頻段的1/4波長(cháng)作為間距的點(diǎn)聲源播放同一頻率的正弦波，朝向一致的情況。

　　我們可以看到在最后一種情況的時(shí)候，波形并不是完全抵消或完全疊加的，那么我們是否可以利用聲波的周期性來(lái)做一些對于我們有利的事情呢?

　　我們知道正弦波的疊加和抵消是由1/2個(gè)周期決定的。那么我們現在的距離為1/4個(gè)波長(cháng)的距離(可用80Hz為例)。有什么辦法可以讓兩個(gè)點(diǎn)聲源間按照我們的想法產(chǎn)生疊加或抵消呢?

　　答案就在時(shí)域上，我們來(lái)看一下，當對A或B音箱做延時(shí)的時(shí)候，分別會(huì )出現什么情況。

　　(一) 對A做1/4聲速時(shí)間的延時(shí)

　　(二) 對B做1/4聲速時(shí)間的延時(shí)

　　通過(guò)上圖可以看到，通過(guò)改變時(shí)間，對于舞臺區和觀(guān)眾區的影響是不一樣的。當對A做延時(shí)的時(shí)候，我們得到了最想要的情況，即觀(guān)眾區聲波疊加，舞臺區聲波減少。而B(niǎo)情況剛好相反。那么在對A做延時(shí)之后，問(wèn)題真的都解決了嘛?實(shí)際上不是的，由于我們討論的是單頻率正弦波的情況。在對A做延時(shí)之后，我們只是對某一頻段在舞臺區域起到了抵消的作用。而對于其他低于該頻率的正弦波是不起作用的。所以對于舞臺區域的衰減是不完全的。但對于觀(guān)眾區的疊加卻是完全的。

　　那我們再來(lái)看一下對B做延時(shí)的情況，對B做延時(shí)之后，我們得到了一個(gè)舞臺區域疊加，觀(guān)眾區域衰減的效果，如果我們再對B做一次反相。

　　我們就得到了一個(gè)想要的結果，即舞臺區抵消，觀(guān)眾區疊加。那這次我們是否可以對其他頻段起到同樣的作用呢?我們從圖上可以看出，對于舞臺區域來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)延時(shí)的B音箱，在空間當中的虛擬位置已經(jīng)和A音箱完全重疊，且完全反相，所以任何的頻率的聲音從理論上來(lái)說(shuō)，都應該是完全抵消的。這樣一來(lái)我們就解決了舞臺區串音及回授的問(wèn)題。

　　以上就是對于心形陣列的一個(gè)簡(jiǎn)單的設置，對于L-Acoustics系統來(lái)說(shuō)，我們可以將次低頻揚聲器按照需要正反擺放好音箱就可以在處理器當中一鍵設置心形陣列，達到所需求的效果，簡(jiǎn)單易用效果好。不需要進(jìn)行以上相對繁瑣的設置和擺放就可以達到更好的效果。

李健演唱會(huì )現場(chǎng)的SB28

　　當然心形陣列也不是萬(wàn)能的，我們在以上的情況僅僅用了正弦波來(lái)說(shuō)明理論，而且也僅討論了在軸向上的延時(shí)情況。當偏軸時(shí)，或播放真實(shí)音源的情況下，實(shí)際上并不能達到完全的衰減或疊加，而且相對于觀(guān)眾區來(lái)說(shuō)了低頻的清晰度會(huì )有一點(diǎn)點(diǎn)的影響。所以心形陣列并不能夠完美的解決所有的問(wèn)題，具體問(wèn)題還需要具體分析。