点音源喇叭夹角计算

8966023 · 发表于 2021-2-23

点音源喇叭夹角计算

点音源喇叭的水平涵盖通常有60、75、90、95°等几种常见角度，在遇到较宽阔的场地时，我们也常会做横向并接来增加喇叭在水平横向的涵盖区域。

水平并接喇叭须注意，喇叭的两侧外观切角与真正的喇叭水平涵盖角度是无关的，而且往往涵盖角度大于外观切角。所以如果直接以两个喇叭的侧边靠拢并接，往往会在两喇叭间产生共同涵盖交集的区域（图中灰色区），虽然交集区域能量会累加，但也相对因为时间差的关系、带来Comb Filter的干扰、抵销某些频率能量。然而因为喇叭靠得很近、产生的时间差很小，往往影响的都是较高频率的能量抵消与涵盖不均的问题。

如果我们并接两只Yamaha DXR15喇叭在舞台两侧，如图：

我们只开一支喇叭，用与人声清晰度息息相关的2kHz、单频率来分析音压图：

接着开两支喇叭，便可以开始看到频率能量上的干扰：

设定量测点在两只喇叭中间点（蓝色十字标），分析频率响应，对比单只喇叭（红色曲线），我们看到两只喇叭（蓝色曲线）刚好呈现能量倍数累加的曲线，但往两边移动量测时，就会看到明显的能量抵销产生Power Alley。

从下面影片更可以清楚看出，在量测点（黑十字标）一开始在两只喇叭中间点，右侧的频率响应图呈现理想的曲线，但当量测点一路往场地侧边移动时，频率响应开始出现Comb Filter现象，而且可听音范围内的Notch抵消点越来越多、且第一个Notch频率出现在越来越低的频点。

与完整能量累加的蓝色曲线相比，往旁边偏5.5米、7.5米、11.5米处量测，偏离越远喇叭的时间差越大，每个量测点的第一个抵销Notch出现在越来越低的频率（绿色→ 橘色→ 此色），频率响应图出现的抵销点也越来越多。11.5米处的时间差为0.46ms，第一个Notch在1.09kHz位置，10kHz前可以看到有5个Notch点。

为了避免Comb Filter，势必让交集区域减少，我们可以试着把外侧的喇叭尽可能向外投射。最理想的想法当然是零交集，亦即所谓的Unity Splay，但以DXR15这种90°水平涵盖的喇叭，除非两只喇叭成垂直并接，是不容易做到Unity Splay的。

我们折中、试着让外侧喇叭向外60°投射、再进行分析。其音压涵盖图如下：

外侧喇叭向外60°投射后，交集区域仅剩下两只喇叭中间的浅绿色区域，再去分析原本几个量测点的频率响应，如下图，可以发现原本严重的Comb Filter几乎都消失，以音压图来判断，我们增加外侧喇叭希望涵盖到的侧区也都成功涵盖了。

最重要的是，从两张音压图的比对，可以看到，向外60°的场地内音压涵盖要平均的多。原本两只喇叭并接时，整个场地2kHz的平均音压是93dB，改成向外60°时，平均音压变成95dB，因为抵销的能量几乎完全被要回，整场平均音压能量反而多了2dB，你跑音场仿真软件就能体会，有时就算多一倍的喇叭数，整场平均音压都不一定能多2dB。

将喇叭投射扩散开后，涵盖区域变广、变平均，相对地，要注意的就是能量外溢或是能量打在墙上反射的问题。

假定这个场地是个户外搭帐篷起来的临时活动用，主办单位会担心喇叭向外后，大量的能量会外溢到场外、造成环境噪音而受罚，这是在承接外场时常会遇到的现象。因此我们就要做进一步的分析与调整。

8966023 · 发表于 2021-2-23

第一个调整重点是，喇叭间的理想夹角是多少？可以让向外的喇叭投射能量尽可能沿着帐篷边涵盖侧区、而不外溢。

这个我们可以用公式来计算理想角度。我们需要四个数据，SPa、SPb为两个喇叭规范上的水平涵盖角度，以DXR15来说是90°。另外InD是内侧喇叭到预定涵盖的观众区末端之距离，假定是40米。OtD是外侧喇叭到侧边墙面的距离，假定是11米。

这样我们可以套公式求出理想夹角，如下：

喇叭离墙边距离越近、算出来的理想夹角就会越小，这样才能让外侧喇叭的能量投射，尽可能贴着墙面向前、而非向外溢射。如下图，当喇叭离墙边（或是场地侧边)距离缩为3米时，理想夹角也会缩小为7°）。

用25°来向外投射，音压图如下：

能量会稍往中间靠拢，所以交集区变大，从下图频率响应分析可以看出抵销点变多了，但由于交集区仍旧比一开始喇叭单纯并接时来的小很多，所以2kHz的平均音压仍维持在95dB，抵销点的问题我们有方法可以来尝试解决。

图片

接着来比对一下侧边的能量变化。在左侧墙边设定四个量测点：侧边的5米、10米、20米，加上两喇叭中间投射到观众区末端点。

向外60°的音压为：

向外25°的音压为：

两种摆法，向外25°的方式除了20米侧边稍大0.2dB外，其余侧边均较小，而且对于观众区末端的照顾而言，还比向外60°大了2.3dB。相对之下，修正向外角度可以拥有较少的侧边能量外溢、较多的末端能量投射，整体场地内的2kHz平均音压仍可维持相同，虽然有较多的抵销点出现，但这可以用下一个调整来修正。

下一个要调整的是外侧喇叭的能量。我们可以让外侧喇叭Gain稍降，反正它离侧边近，适当的降低，除了再降低能量外溢，还可以让喇叭音压涵盖更平均、而且同时改善抵消的问题。

一样用公式来计算，同样地，外侧喇叭越靠近侧墙，需要衰减的能量越大。

我们这次用较宽的频率带来分析音压能量的分布变化，使用1kHz、3oct带宽来绘制音压图，这样做主要是因为以1kHz为中心频率、3oct带宽时，涵盖354~2.8kHz范围，几乎涵盖人声（男声、女声）的整个基础频率范围。

我们比较外侧喇叭Gain调整前后音压分布与各点的音压：

调整前

调整后

调整后虽然外侧喇叭Gain降低11.2dB，但实际对场地的平均音压仅减少1.7dB，重要的是音压平均度从±5.6dB变成±4.7dB，而且场地末端与侧边四个量测点，最大、最小音压误差从3.9dB降低到2dB，不仅可以改善侧边外溢音压，而且让场地内平均度更好。

另外一个重点，那就是可以改善原本因为向外改25°、交集区变大导致的抵销点增多问题。

我们知道Comb Filter的产生有两个诱因，时间差、能量对等。当能量不对等时抵销就会变得不明显。

所以Gain调整后，我们回头再以2kHz单频率来分析抵消的状况，

从喇叭间中间轴线点、往旁边偏5.5米、7.5米、11.5米处共四个量测点，可以看到原本向外25°所产生的抵销现象，Gain调整后都获得非常好的改善。

运用这个方式，我们可以求取点音源间理想的喇叭夹角与最外侧喇叭的理想Gain调整方式，让喇叭能够涵盖想要的区域、改善音压平均度、降低场地外不需要的能量外溢、还同时改善了可能的能量抵销现象，是一举数得的作法。

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