 声学工程师Olson在其1957年的著作中描述：“线阵列是一组振幅相等并同相紧密地排成一条直线的声辐射元素”。由于该阵列具有垂直指向性，从而有效地投射声音，因此适用于大型，远距离的扩声系统。 图1 –16个全指向性声源组成8米长线阵列的指向特征 图1（MAPP）显示了16个全指向的0.5米间隔点声源的指向特性，该线阵列具有很强的指向性，能达到500 Hz的频率段; 一旦高于500 Hz， 其指向性就开始分散。留意图中线阵列在低频段后部有很强的分布，500 Hz处也是如此。所有传统的线阵列都是这样，因为他们在这个范围内是全指向的。（该系统的水平指向图形不受垂直指向的影响，水平指向图形在任何频率都是全指向的）。 图2 –32个全指向性声源组成8米长线阵列的指向特征 图2 所示的是一组由32 个间隔为0.25 米的点声源线阵列声场分布图。注意该阵列能保持其指向特性到1 kHz处，该处出现强烈垂直指向。这说明要突出高频的指向性需要更多的密集的单元。 线阵列的特点是相互叠加与抵消一个简单的实验将说明这一点。 以一个12英寸纸盆的扬声器为例，我们知道扬声器的指向性随频率而变化在低频的时候是全指向性。随着波长越来越短，指向也就越来越窄; 当超过2 kHz时，开始呈放射性。因此很多实际系统都采用分频和多单元设计以在音频范围内获得或多或少的一致指向性。 将一只音箱放在另一只音箱上并用同一个信号来驱动，会出现不同的辐射模式。两只音箱的轴线点上有相加的干涉， 其声压比单一的音箱增加了6 dB. 在其他非轴线点上，路径长度差异产生抵消，结果是较低的声压级。事实上，如果用同一个正弦波来同时驱动这两只音箱时，相位就会出现完全抵消(消声室内能很好的证明)。这种破坏性的干涉，就是通常所说的梳状滤波。 线阵列是一排周密地间隔的低音扬声器，在阵列的主轴上产生相加的干涉，而削弱性的干涉(梳状效应)则位于两边。梳状效应通常被认为是不利的，但是线阵列却依靠此工作，因为没有梳状效应，也就没会有指向性。 简单说，不能。 线阵列经常被误认为能够神奇地结合成声波，形成一种具有独特传播特性的圆柱波信号。然而，对于线性的声学理论来说，这是不可能的:这不是科学，只是一种市场炒作。 不象非线性的、能够结合形成新波的水波，普通压力下的声波是不能结合的，而是一个接一个的线性的通过。即使通过高度压缩驱动器的号角喉管，声波仍然遵照线性的理论很明显的一个接一个的通过。即使是130dB的声压级，非线性的失真也小于1%。 图3 – 干涉的 MSL-4音箱 图3的MAPP坐标图所示的是一对MSL-4 扬声器， 图中标记A区的阴影部分有明显的破坏性干涉。然而B点的MSL-4 完全没有对交叉单元产生任何影响。虽然声波在A点产生干涉， 但这种干涉能够经过另外一点而不对对方造成影响。事实上， 就算关掉交叉点的音箱，在B点也听不出任何变化。 该实验无论在消音室内或远离反射面的开阔地的户外来看都很成功。也可以采用高通滤波器移除500 Hz以下的信息， 在500 Hz以下的频段，MSL-4 开始丧失指向性。 这种太单纯的市场宣传明显是滥用了经典的线阵列原理在实际的系统上。经典的线阵列数学假设完美的全指向声源构成一条无穷小的线， 该声源相对放射能量的波长是相当大的。很明显现实系统不可能达到那种境界， 而且它们的特性比一些音响公司市销售人员所描述的情况要复杂得多。 在建立具有贝塞尔函数（用于描述扬声器的活塞运动）的15英寸低音特性模型的基础上，Meyer Sound已经编写了精确的计算机源代码，可以模拟由不同数量、不同间距扬声器组成的线阵列，计算显示出理论上在低频段建立这样一个线阵列的可能性。但需要超过1千只15英寸的单元，并且每只音箱的中心距离相距20英寸才能实现。 一个缩短的、连续的线阵列能在近区产生每增加一倍距离就下降3 dB的声压，但近区的范围则取决于频率和阵列的长度。有些情况让我们相信，一个混合纸锥/波导的系统， 其近区在高频段能延伸到几百米远。这可以通过100个相距1 英寸的无指向性声源来计算证明，但从实际扩声系统的角度来讲，这是很难实现的，并且不是一个波导特性的模型。 纯粹的理论计算无法反映出空气吸收的高频对线阵列的影响。下面这个表格用贝塞尔函数模拟出相隔1 英寸的100个声源所组成的阵列在不同距离产生的衰减。在500 Hz和500Hz 以上，考虑了ANSI（美国国家标准化组织）S1.26-1995 (周围温度为20° C，相对湿度是11%)标准的前提下，列表显示出空气吸收对声压产生衰减的情况。注意在16 kHz时，其声压级每增加一倍距离的衰减为3 dB， 但空气吸收使实际的衰减接近6 dB。
表1 – 由100个1英寸口径的扬声器，以1英寸的距离组成的线阵列在不同距离和频段下的衰减分贝数。 实践证明，16只(每只采用的是15 英寸纸盆低频的) 音箱组成的阵列， '圆柱波'效应（距离增加一倍，声压级降低3dB）能在约350 Hz， 距阵列2米到4米的地方测量到。然而在超过4米时，声波呈球面辐射，每增加一倍距离，衰减6 dB。这能通过使用MAPP测量实际扬声器的指向性得到。 当频率低于100 Hz时， 实际的线阵列将会是全指向性，但由于阵列的长度小于声波的波长，因此该系统并不遵守线阵列理论。高于400 Hz 时，低频开始具有指向性， 线阵列理论在高频率并不适用，所有实际系统使用的都是具有指向性的波导，这种情况是不能使用线阵列理论来说明的。 简而言之， 实际线阵列的几何学太复杂，无法用波动理论来进行精确模拟。他们只能通过一种计算机代码进行精确模拟，而这种代码是通过一种高标准的测量方式测量实际扬声器的复杂指向性得到的，如MAPP（多功能声学预测软件）。也就是说，在不考虑这种线阵列方程式适用性的情况下，仍可获得有效的指向性控制，有经验的设计师仍能让它们在远距离的扩声使用中表现十分出色。 图1和图2表明线阵列理论在低频最为适用。随着波长的减少，需要更多尺寸更小，间距更紧密的驱动器来保持系统的指向性。这就是一些线阵列系统把8英寸驱动器用于中频的原因。但这最终还是脱离实际的，例如数百只紧密间距摆放的1英寸纸盆驱动器就不适用现实当中。 实际的线阵列系统只是低中频的线阵列。高频段必须采用一些方法来加强其指向性来配合低中频。最实际的方法是使用波导(号角) 来连接的压缩驱动器。 号角通过反射声波到特定的覆盖区域所取得的指向性要胜于相加和相消的干涉。设计适当的线阵列。这种模式应该和阵列的低频指向特性配合紧密:很窄的垂直覆盖角和宽水平覆盖角(窄垂直覆盖角的好处在于最小化声反射路径，提高声音的可懂度)。如果做到了这一点， 高频的束状传播在适当的均衡和分频条件下，波导原理可以完整地应用到线阵列中，低频的干涉能让线阵列在各频段保持一致的覆盖。 不能，在一个线阵列中的纸锥驱动器需要其它的纸锥驱动器才能产生指向性。同其它类型音箱的纸锥驱动器相比，一个单个的线阵列箱体中的纸锥都具有相同的指向性。 换句话说，同一阵列中的每一个音箱都不可能产生'圆柱波的一部分。' 该话是市场概念，并不科学。 事实上， 一定范围（不超过5度）内的角度改变是可以达到这种效果的。然而角度过大会出现问题。 首先， 如果垂直线阵列的高频部分具有垂直窄角度的模式，则通过弯曲该阵列能够在高频覆盖不足的区域产生聚集的声斑（hot spots）。第二，弯曲阵列能够使高频传播到更大的区域，但这和仍具有指向性的低频是没有关系的， 因为这样的曲度在波长很长时是微不足道的。 图4 就能说明这几点。左图是一列弯曲线阵列的MAPP 图， 右图为垂直线阵列。两种阵列都由同样的扬声器组成：12英寸纸锥低频驱动器和垂直45度的高频号角。 图4 – （左图）有弧度阵列的指向特性（右图）使用高频垂直45度号角的垂直线阵列 注意左图显示的，当使用更宽号角来增强高频的覆盖范围时，干涉效应也会显著加强。按照线阵列理论，在1 kHz或更低时， 阵列仍将保持很强的指向性。事实上， 这种情况会产生很不均匀的覆盖， 这是因为通过覆盖区域的频率响应不同，而且在很大的覆盖范围内几乎都收不到低频能量。 右边的一系列图所显示的是，一个为弯曲阵列设计的具有适当宽角度号角的扬声器在垂直线阵列中的表现并不尽人意。虽然阵列有很强的指向性， 但在1 kHz或更高时在垂直方向产生了很强的无效覆盖，这些无效覆盖会将声能量从目标覆盖区转移，而且可能会激发过多的回响，降低声音的清晰度。  可以，由于线性的声波不管是由直接辐射体还是由波导产生都能互相穿透，因此线阵列和其他类型的扬声器结合是可能的，只要他们的相位响应吻合。线阵列创造的声波并不特别，其输出低频采用的是锥形纸盒，用阵列理论间隔，高频采用波导。因此，熟练的设计师使用正确的工具就能够使其他类型的扬声器与线阵列相兼容覆盖近投（short-throw）区域。
图5 – CQ-1吊挂在M3D线阵列下面作下部覆盖（downfill） 如我们所看到的， 实际大功率的'线阵列' 系统是低频线阵列和高指向的高频波导的结合。正是因为这种复合的特点，所以它很难通过贯穿整个声频谱范围的经典线阵列理论来预计。虽然如此， 线阵列系统还是能在远区和近区产生较好的音响效果。 从远区的角度讲， 输出是阵列中各个独立的声源的有机结合，而且可以看作是一个声源。图6 就说明了这一点，图中显示的是间隔0.4米的2、4、8个全指向声辐射体（包括1个的响应供参考）组成线阵列在远区的频率响应。注意在全频范围内，每增加一倍的音箱就会导致6 dB 的增益。高频响应很平滑，但是反映了空气吸收造成的自然滚降（20摄氏度和50%的相对湿度）。
图6 – 不同数目声源线阵列的远区频率响应反映出由于空气吸收和湿度引起的高频损失 实际阵列的近区覆盖就要复杂得多。虽然任何近场特定的点都在强指向高频号角的传声主轴上，但是却可接收到阵列中绝大多数音箱的低频能量。因此增加音箱数量只能使近场的低频效果增强，却不会改变高频。 这就是阵列系统需要增加高频以达到均衡的原因。远场的均衡有效地补偿了空气的吸收损耗。在近场补偿了相加的干涉，使之更接近于具有方向性的高频波导。 |
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