文/[美]布魯斯·梅恩 編譯/何青青

目前，小音箱輸出和保真度方面的技術(shù)得到了較快提升，但是物理屬性并沒有發(fā)生改變，涉及覆蓋模式控制時，音箱尺寸仍然是個問題。

應(yīng)用中，倒像式音箱和線陣列備受關(guān)注。這并不奇怪——因為它們又大又響，還非常有魅力。但這類設(shè)備若沒有一只兩分頻揚聲器系統(tǒng)作為補聲是不行的，該兩分頻揚聲器系統(tǒng)可以由一只12英寸或者15英寸的低音單元和一只號角組成。小型兩分頻音箱日常工作時可以用于主擴聲，不管是舞臺監(jiān)聽、鼓聲補聲、前區(qū)補聲還是裝在支架上補聲。

使用者利用這些音箱的特性是理所當然的，但如果能真正理解它們的指向特性及其工作原理，那么，使用起來就會得到更出色的效果。

1 決定覆蓋模式分配的因素

小型音箱的指向性經(jīng)常被標注為90°×60°或者其他不確定的參數(shù)。不過90°×60°指的是什么頻率的指向性呢？當然不是從DC（0 Hz）到20 kHz。有四個主要因素決定著這些揚聲器系統(tǒng)的覆蓋模式分配，分別是錐形驅(qū)動器、高音號角、分頻器以及箱體。

下面依次分析這些因素，評估一下各自的作用。列舉這些因素之前，先回顧一些基本知識。

任何設(shè)備的指向性對聲波的影響直接與該設(shè)備的大小及聲波的長短成比例關(guān)系。為理解這一關(guān)系，深入了解給定頻率的正弦波大小至關(guān)重要。

溫度為72℃時，海平面的聲波約以1 130 英尺/秒的速度傳播。用赫茲來表示頻率或每秒產(chǎn)生的圓周（正弦波）。如果波的頻率是1 Hz，波長為1 130英尺，從邏輯上計算，10 Hz的波頻率其波長為113英尺，100 Hz的波頻率其波長為11.3英尺，1 000 Hz的波頻率其波長為1.13英尺，依此類推。

只要給出頻率，就能算出波長，這并不難。有一種老套的“秘訣”叫“5-2-1法則”：20 Hz = 50英尺，50 Hz = 20英尺，100 Hz = 10英尺，200 Hz = 5英尺，500 Hz = 2英尺，1 000 Hz = 1英尺，2 000 Hz=0.5英尺，5 000 Hz = 0.2英尺，10 000 Hz = 0.1英尺。

這樣表示雖然不完全準確，但適用于“應(yīng)急”時的計算。物理學(xué)表明一個聲源尺寸比波長大，為的是增強其指向性控制。以下分析一只號角為90°×60°，低音為12英寸的2分頻音箱的低頻指向性。

2 控制問題

注意，對前導(dǎo)向揚聲器系統(tǒng)而言，其低頻驅(qū)動單元控制聲波分布的惟一方式就是錐形驅(qū)動器直徑（較少一部分通過邊界效應(yīng)控制）。

100 Hz時，相對于10英尺的波長來說驅(qū)動器尺寸顯得很小，幾乎沒有指向性可言（如圖1）。

圖1 12英寸2分頻揚聲器系統(tǒng)在100 Hz時的水平指向性輻射球形圖（箱體正面朝左）

若頻率逐漸增加，達到1 000 Hz（1英尺）時，12英寸的驅(qū)動器不會突然影響聲波的輻射角度控制模式，而是跟驅(qū)動器本身的尺寸一致。然而，隨著頻率變得越來越高，波長越來越短，其影響也越來越明顯（如圖2、圖3）。

圖2 12英寸2分頻揚聲器系統(tǒng)在500 Hz時的水平指向性輻射球形圖（箱體正面朝左）

圖3 12英寸2分頻揚聲器系統(tǒng)在800 Hz時的水平指向性輻射球形圖（箱體正面朝左）

在這個頻率點（圖3顯示的800 Hz），錐體驅(qū)動器實際上產(chǎn)生大約90°的水平指向性。但因為輻射模式是圓錐形的（驅(qū)動器是圓的），所以，不會產(chǎn)生60°的特定垂直角度。

隨著頻率的增加，驅(qū)動器對輻射模式的影響力度越來越大，直到高頻段聲輻射開始出現(xiàn)“波束”形狀。等波束窄到一定程度時，就會在分頻點之上。圖3的揚聲器系統(tǒng)分頻點大概在球形頻率之上半個倍頻程處。

這主要影響到箱體的極圖特性，尤其在垂直區(qū)域，所以，這里討論分頻點指的是從1000 Hz1500 Hz這個頻段。

3 決定波長的因素

號角設(shè)計中有好幾個因素使它能夠在給定頻率點實現(xiàn)輻射圖案控制。其中一些因素包括喉管的幾何結(jié)構(gòu)、長度以及開口比率等。但最顯著的因素是喇叭口的尺寸（與錐形驅(qū)動器的影響因素一樣，都是尺寸問題）。

喇叭口尺寸必須足夠大以便能決定波長，從而在該頻率點提供完整的指向性。如果一只號角的喇叭口尺寸是寬6英寸、高3英寸，1 000 Hz時就接近全指向。

只有水平面頻率達到2 000 Hz，垂直面頻率達到3 000 Hz時才會影響聲波。3 000 Hz以上的輻射角度為90°×60°，但低頻段幾乎沒有指向性。

錐形驅(qū)動器和號角本身只是老套的設(shè)備，并不新奇。但將兩者結(jié)合使用就具挑戰(zhàn)性。首先涉及到物理抵消問題。典型的2分頻箱體中，驅(qū)動單元是一只位于另一只上面，而且兩只單元的縱向距離可能也不同。

盡管可以利用延時對軸線上的兩只驅(qū)動單元進行時間校準，其他一些垂直角度也會使來自號角和錐形驅(qū)動器的到達時間產(chǎn)生偏離。因為帶通和驅(qū)動器的垂直分布圖案在分頻點區(qū)域會交疊，因此，在軸線外的任何垂直角度都有可能聽到兩只驅(qū)動器反相后發(fā)出的聲音。這就意味著必定會產(chǎn)生波瓣和空值（圖4、圖5）。

利用對稱的林克維茲·瑞利（Linkwitz-Riley）函數(shù)24 dB斜度衰減，圖中這只音箱的分頻點在1 350 Hz?；隍?qū)動器抵消模式控制，分頻點斜度，疊加以及延時分布設(shè)置等，這些波瓣的方向和靈敏度會變動，但只是在多驅(qū)動器的箱體內(nèi)發(fā)生，而且這些聲源彼此分開。

如果將一只音箱放在它旁邊，水平方向產(chǎn)生的現(xiàn)象是一樣的。那地面監(jiān)聽音箱呢，會有什么現(xiàn)象？

同軸音箱中出現(xiàn)重現(xiàn)現(xiàn)象只有一種原因。

圖4 12英寸2分頻揚聲器頻率在1 250 Hz，分頻點在1 350 Hz時的垂直方向輻射球形圖（箱體正面朝左）

圖5 12英寸2分頻揚聲器頻率在1 600 Hz，分頻點在1 350 Hz時的垂直方向輻射球形圖（箱體正面朝左）

因為聲源之間沒有垂直偏移，使用者只能糾正錐形驅(qū)動器和號角驅(qū)動器的聲源間的深度（縱向距離）變化量，而且這個距離跟軸外的聽音位保持恒定。權(quán)衡之計就是多種同軸設(shè)計使用圓錐形驅(qū)動單元作為號角來產(chǎn)生高頻。對于監(jiān)聽音箱或者近場場所也許可行，但是，如果擴聲，往往需要更精確的覆蓋角度控制。

4 擋板、邊界

指向性問題的最后一個因素就是箱體本身，以及箱體安裝所產(chǎn)生的邊界效應(yīng)。當空間減少，音箱往里輻射時就會產(chǎn)生分數(shù)空間負載。正如圖1所示，低頻是全向的，所以將音箱放在地板上時，低頻輻射空間就有效地減少了一半。這就在半球體上額外產(chǎn)生了3 dB（兩倍功率）的輸出。

在給定的頻率點上，如果音箱箱體上的擋板足夠大，那么，就可以將它視為邊界，產(chǎn)生半個空間載荷。有時候這叫“擋板效應(yīng)（baffle step）”。如今的箱體中，擋板往往不及安裝在其內(nèi)部的驅(qū)動器尺寸大，因為首先要考慮的是重量、支架位置、吊掛硬件等因素。