干货 | 球面波、柱面波在扩声中的区别

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本文以美国SLS音箱为例说明。

现在市场上扬声器大多都是球面波的扩声形式，球面波在扩声中声音以三维方向传播，距离加倍时声压级衰减6dB。

球面波传输特性

线声源由一串距离相等的单元组成，一个理想的线声源所发出的声音会形成柱面波。柱面波的波阵面则只在两维方向传播，距离加倍时声压级衰减3dB。

柱面波传输特性

柱面波与球面波相比，柱面波更容易控制声音的方向，并且传播距离更远。真正的线阵列扬声器正是利用了柱面波随距离变化衰减较少的特性，而在大型场所得到广泛的应用。

柱面波形成的前提是线声源。线声源为了保证高度的一致性，对单元中心点距离要求很高，因为只有把声波控制在垂直投射角度为“0”度时，线声源才能成立，才能发出理想的柱面波。

柱面波

用传统的号筒挤压方式，无法改变球面波传播的物理特性，每个单元的投射角度最小达到垂直“10”度左右，离耦合条件需要几乎为“0”度有很大差距。为了克服这个缺陷，传统做法都会借助于声波导管类器材，力求将形成的球面波压制在一个集中空间内。

波导管（8个路径长度和8个声中心）

带有金属波导管结构的堆叠

这时球状单元仿照平面单元的设计隐藏于箱体中的波导管后。由此带来的最大缺点是存在严重的相位异常，并且更多的波通道会引起更多的异常。

一堆传统扬声器单元在简单堆砌的情况下，是不可能作为线声源使用的。而SLS品牌音箱，采用独特的带式高音专利技术让真正的线声源成为可能。与传统球形单元相比，带式高音单元的平面结构决定了其单元间距离更小，每个单元的投射角度几乎为“0”度，因此，单元间可以在没有干扰的情况下自然耦合，相位一致性得到了极大的提升。

带式高音与球状单元的声波比较

通过上述比较，我们可以得到如下结论：与传统的球状单元相比较，无论是单元间距、单元垂直辐射角度，还是声波耦合程度上，带式高音单元都拥有先天的结构优势，能够创造更完美的柱面波，为线阵列音箱的开发和应用奠定了良好的基础。

SLS线阵列音箱就是在此基础上诞生的，它的出现为大型扩声系统与会议扩声领域提供了更广泛、更完美的解决方案。当前大型扩声系统的趋势是既要达到很高的声压级，又拥有理想的覆盖范围。

传统解决方案只是简单得增加音箱个数和功率，音箱之间辐射的球面波并不能有条理地耦合，容易形成混乱声场、出现严重干涉，影响到声音得有效覆盖，不同位置的听众的听感差异很大。

混乱声场的模拟图

作为线声源的SLS线阵列音箱，可使所形成的柱面波覆盖范围更远、更精确，并且不同位置的听众的听觉感应差异不大。在这种方案下，较远距离的听众可以体验到前场听音享受的高保真度和非凡的清晰度，主观上，音箱好像离你非常近而且声音就在你面前。仿佛线阵列可以“看到”每个听众位置，并且无阻碍的“投射”声音。

SLS线阵列音箱声场覆盖示意图

另一方面，基于精确可控的指向性，SLS线阵列音箱可以对柱面波覆盖区域之外形成高声压级抑制，大大的降低了环境噪声带来的影响。例如：露天演出场地与居民住宅区靠的很近时。

在会议扩声中，会议用小型线阵列音箱的优势更加突出。由于中小型会议室、报告厅、礼堂多数墙壁装修比较光滑，混响很重。用传统音箱的情况下，由于球面波的辐射角不好控制，因此，语言清晰度不够而且容易形成声反馈。

但是，SLS音柱所形成的柱面波可以使直达声得到加强，主覆盖区域的声音更清晰，减少了混响带来的干扰。

LS音柱声场模拟图

另外，由于SLS音柱垂直角度控制的很好，因此，抗啸叫能力极为突出，啸叫音量比传统音箱高出近20dB。

总之，柱面波因其优秀的传输特性、固有的精确指向性、灵活可预测性，为声学设计展现了全新的扩声理念。

来源：艾维音响网公众号（ID：av010com），原文摘编自《数字音视工程》杂志，作者：海翼国际。