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佳联:什么是低频扬声器间的相互耦合?

2021年09月10日 16:11  来源:中国数字视听网  字体【   

【数字视听网讯】你会注意到,在大型的现场活动中,声学工程师会将低频扬声器集中放置在地面上或者舞台的一侧,又或是线阵列的顶部。这样做是有什么好处吗?原理又是什么呢?在回答这个问题前,让我们先来复习一下关于声音的基础知识。 

 

 

声音波长

首先,来复习一下声音速度“C”的定义(在海平高度,温度为摄氏21°,并且处于正常的大气环境中时。声音的速度公式为C = f λ,“f”代表的是频率,‘λ’为波长,此时音速C= 344 m/s)

那么什么是波长呢?从物理学来说,波长是指周期波型在一个振动周期内传播的距离。它是波上同一相位的连续对应点之间的距离,如两个相邻的波峰、波谷或零交叉点。

当声音通过空气传播时,空气被从音源传出的声波所压缩或变稀薄。当那些压缩或稀薄的空气撞击你的耳膜时,它会与空气中的压缩波一样振动,从而让你听到声音。人耳正常的听觉频率为(20Hz-20kHz),此时的波长分别在大约17m到17mm之间。 

 


相互耦合现象

相互耦合是理论上会发生在所有发声单元之间的一种物理现象,无论它们的大小。然而本文的重点是低频单元之间发生的相互耦合,让我们回到正题。

当两个或以上的扬声器单元发出相同的信号,同时声音源的中心紧密相连,指向又一样并且波长小于声源中心之间的距离时,就会发生相互耦合现象。在这种情况下,组合成的声压会像一个声波一样向前传播,好像所有的扬声器单元都组合成了一个更大的单元。

比如只用两个扬声器单元,原则就是它们的声学中心必须离得很近,要在它们发出的声音频率的1/4波长到1/2波长之间。波长越短频率越高,两个声学中心之间建立相互耦合的必要距离就越小。 

 

 

图1:(左边)两个单元间的声学中心距离大于波长的1/2. (右边)两个单元间的声学中心距离小于波长的1/2。

现在让我们来看看两种不同的情况。首先如果两个单元间的声学中心距离大于波长的1/2,那么平均轴和离轴点上测量的输出加成可达3dB是原功率的两倍。但是随着两个单元的不断靠近至小于波长的1/2距离时,就会出现相互耦合效应,此时同点的测量输出加成可达到6dB。

优势的运用

为了说明上述现象,我们用QSC KS118有源低频扬声器作为例子。其频率响应(-6dB)从41Hz延伸到98Hz。因此如前所述,我们需要参考这个低频扬声器所能产生的最高频率来计算最短的波长使用公式C = f λ。

在98Hz时的1/2波长=1.75m

因此只要两个KS118低频扬声器的声学中心放置的距离小于或等于1.75米,相互耦合现象就会发生,就能得到6dB的加成。

结论

正如大家所看到的,要让低频扬声器从相互耦合中获益是挺简单的,因为很容易就可以把它们近距离的放置在一起,这样它们相互间的距离就会远短于它们多产生的最高频率声波的1/2波长。这就是为什么行业内都习惯将低频扬声器靠近彼此放置在一起,这样可以在使用较少低频扬声器数量的情况下就能在低频上获得较高的声压级。这可是一个免费获得分贝加成的好方法!

(编辑:bingjiling)

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