浅谈指向性超低音

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我们知道，超低音由于波长很长的缘故，其绕射能力使得指向性很弱，越低的频率其指向性越弱，几乎是全向性辐射，如果用角度表示指向特性的话，会写成：360°H×360°V，在实际应用的时候，特别是音乐演出现场，强大的超低音声浪倒是让观众区很过瘾了，可是舞台区的超低音却是震得让人难以接受，同时也令乐器演奏的低音部分严重失衡。
面对这种现象，我们真的束手无策了吗？非也！我们只需要利用最基本的声学知识，就可以实现具有指向性的超低音。相信不少朋友在一开始听到这个名称的时候，会难以置信，没关系，接下来我们就以两只超低音音箱（相同规格）为例，简单的分析在不同设置条件下的基本状态。
假设在自由声场中，超低音音箱A与超低音音箱B（以下简称A、B）以某间距背向摆放（注意：这里为了便于讲解示意，按照如图所示摆放A与B，背向是为了对称，同向亦可），并且A和B分别获得完全相同的信号，我们分四种情况分析：
1、 A和B输入的信号均不作任何设置。
结果：
（1） 、在与A、B等间距的位置，呈现完全叠加状态。
以此类推，当我们按照相同的摆放方式（为了不产生破坏性干涉，扬声器的声中心间距应小于上限工作频率的半波长），继续增加超低音扬声器系统时，那么在扬声器系统之间对称轴线上的声压级将会更大。这就是所谓的：阵列型超低音！

（2）、在A和B的两个方向上，传输路径差正好等于某个频率的半波长（A的负半周与B的正半周，以及B的负半周与A的正半周，呈反相状态），这个频率的声波呈现为抵消状态。
    （3）、直线阵列型超低音的两端声压级较弱（声程差导致），但是在大型现场中，听众分布并不仅限于舞台的正前方区域，我们期望超低音能够覆盖到两端的听众区域。因此，我们可以通过渐进延时方式，使超低音分布于虚拟弧线上来适度改善，这就是：弧线阵列超低音！
   
    说明：图中有两条弧线（分别是两个圆的一半），实线弧线用于计算公式的推导，而虚线弧线代表我们实际设置时的趋势。
       a为两端各超低音模块与中央参考超低音模块的间距；
       r为圆的半径，要求大于最外端超低音模块与中央超低音模块的间距长度；
       Dn为各超低音模块与弧线虚拟点间距。
    我们通过示意图发现：Dn=r-b，b=√（c²-a²），c=r；
    因此，推导出计算公式为：Dn=r-√（r²-a²）；
    延迟时间为：Td=Dn/声速≈Dn/344；
    中央超低音模块可以是一只，也可以两只，皆可作为参考。

    经过渐进延时后，各超低音模块在虚拟弧线上的位置。当然，也可以通过物理方式来实现相同的效果。
2、A和B其中任意一个输入的信号作反相设置。
结果：
（1）、在与A、B等间距的位置，呈现完全抵消状态。

（2）、在A和B的两个方向上，传输路径差正好等于某个频率的半波长（A的负半周与B的负半周，以及B的正半周与A的正半周，呈同相状态），这个频率的声波呈现为叠加状态。
3、A和B其中任意一个输入的信号作延时（信号传输时间差）设置。
结果：
在与A、B等间距的位置，呈现抵消状态。在不作延时的一方，既不叠加，也不抵消。在作延时的一方，呈现加强状态。
以此类推，当我们按照相同的摆放方式，继续增加超低音扬声器系统时，并且依次递增对应的延时，那么在作延时的一方声压级将会更大。这就是所谓的：端射型超低音！

4、A和B其中任意一个输入的信号作延时（信号传输时间差）及反相设置。
结果：
在与A、B等间距的位置，呈现叠加状态。在不作延时的一方，既不叠加，也不抵消。在作延时的一方，呈现减弱状态，原因为A与B之间的距离造成声压级的衰减。通过电平调整使得测量点所测得的A、B声压级相等时，呈现完全抵消状态。理论上，在作延时的一方，从不作延时的一方辐射而来的任何频率都可以被抵消。这就是所谓的：心形指向性超低音！

    图中所示超低音扬声器系统的摆放方式并非唯一，基本有以下四种：

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