音箱的指向性

2006-12-20 李查德 INFOAV CHINA

大部分音頻方面的專家都了解，有些房間必須要安置具有指向性的音箱系統，還有一些則建議使用全向性的音箱系統。最終選擇哪種系統將取決于兩個因素，即音箱的位置和房間的內部結構，但總的來說，在反饋直接與音箱的指向性因數Q成比例的前提下，可以根據下面的等式得出最大的聲波增益值。在下列等式中，Q指音箱在某一特定指向上傳播聲音，及防止聲音散射的能力。特定情況下，Q等于從發聲器到某一固定距離和特定方位的聲壓平方與同一距離所有方向上的聲壓平方平均值的比。Q與理想情況下音箱的水平方向和垂直方向輻射角度有關，計算公式為：Q=180/這里θ=水平方向輻射角度，φ=垂直方向輻射角度。

雖然Q在計算聲音增益時是有用的，但知道不同頻率下的有效水平和垂直輻射角度對于系統設計則更有幫助。剛才所提到的“不同頻率”是一個關鍵因素，因為任何音箱或音箱系統的指向性總是隨著頻率的不同而有變化。下面我們將幫助你了解在不同頻率時指向性的變化，并給出一個理想參數，以及關于指向性性能方面一些夸大的說辭，以免輕信產品廠商的廣告。

惠更斯定律
任何在其表面具有恒定相位的聲輻射器，如低頻錐形喇叭或靜電板式喇叭在低頻下工作時，聲音向四面散射，隨著頻率越高則指向性越強。具有指向性的原因可通過Huygen定律來解釋，即任何反射表面都可被細分為由若干獨立的小平面組成，每個小平面都是向四面反射。我們假設錐形表面的其中一處為A，另一處為B(如圖2)，那么就可得出A和B到任意一個指定接聽點P的聲音傳播效果。

圖2：如何計算指向性

如果振膜表面的兩點到接聽點的距離相等，則這兩點傳輸過來的聲波在接聽點將會疊加。如果在某個頻率下，來自A點的聲波傳輸時間比來自B點的聲波傳輸時間多半個周期，則接聽點處這兩個聲波的相位將互相抵消。通過對其微積分，就可得出在任何接聽點處，錐形喇叭或任何喇叭的整體頻響。在某一頻率下，錐形喇叭的整體頻響可被分解為不同的定向輻射模式(圖4)。

圖4：輻射瓣的指向性

圖4根據不同的ka值進行了分類，ka為錐形喇叭的半徑和波數的乘積。(k=2πf/c，其中f是頻率，c是聲速)通過計算，我們發現ka只是周長與波長的比。我們知道，1kHz聲波的波長約為1英尺，且波長與頻率是成反比的，因此，對于1個15英寸的喇叭而言，周長約為4英尺，所以就可將ka等于1的圖用在一個250Hz的15英寸喇叭上，如果是一個12英寸的喇叭，則相應的頻率應為333Hz。

要注意的是，當頻率高于ka=1時的頻率值時，聲音才會具有指向性。通常來說，在ka<=1的頻率下，錐形喇叭輻射聲波時就像在進行活塞運動一樣，整個振動表面以同相向外輻射聲波。但當頻率高于上面所提到的值時，現實中錐形喇叭整個振動面將不會同相輻射聲波，所以ka>=1時圖2的曲線圖基本上在現實情況下是不適用的。