线列阵技术详解
列阵扬声器系统设计指南
[转帖]列阵扬声器系统设计指南恰当设计并安装的线阵列扬声器可以提供平直的频率响应、高质量的还音效果以及很强的、可控的覆盖特性。
本质上，线阵列就是从不同的驱动器发出的相同输出信号，在整个覆盖区域内满足“同相”的要求。
这听起来可能很简单，但要实现这样的技术参数绝不是一件简单的事。
了解线阵列的基本原理是重要的，因为这可以帮助你更好的运用这种设备。
线阵列的确可以表现出完美的声音，但这只有在彻底的了解和正确的配置以后才行。
首先要了解它的基本概念。
大家知道声音是在空气中传播的周期性变化的波。
换句话说，声音在空气中传播，而空气本身并不产生移动。
因此，在讨论声输出时，所有表述声音是“空气移动”的观点都是错误的。
这是很重要的一个特点。
另一个要了解的基本概念是“断点频率”。
在此频率之上，可以通过控制辐射体的度数(在本文中，就是线阵列的度数)来控制它的指向性。
断点频率与扬声器长度和辐射角度成反比。
断点频率的公式(如下）是适用于所有扬声器的一个基本概念。
对于线性阵列，音频专业人员可以借此估算线阵列的尺寸以及指向性可控的起始频率。
BF ＝24,000/Φ*Is其中：Φ表示-6dB所对应的扬声器覆盖角度Is表示线阵列的长度，单位：米喇叭和线阵列为了更好的了解断点公式，想象一下把线阵列中取出一段作为单个扬声器模型。
每个线阵列喇叭的覆盖限制都取决于频率。
单个喇叭在低频上是没有指向性的；频率指向性取决于辐射元件的尺寸。
这些喇叭通过可调整的垂直张角组合在一起，箱体的范围就可以直接决定线阵列的效果。
例如，一个典型的（经过适当设计的）喇叭在6kHz可以确保20度的垂直覆盖，而在12kHz就只能覆盖到一半了。
这只随着频率的变化而改变，也称为垂直覆盖的“单调收缩”。
所以如果我们知道线阵列的长度，就可以根据断点公式中的频率很容易的计算出垂直面上的-6dB覆盖角。
相对的，知道了- 6dB覆盖角以及对应的频率，我们就能够算出其他频率下的覆盖角度。
线阵的特点
线阵的特点：一个线性声源将会建立一个声压波阵面，在一个特定范围的波长（频率）下，这个波阵面呈松散的圆信状。
它的形状正像一个蛋糕上的一部分，因为波阵面的表面区域仅在水平面上扩张，所以每当距离加倍时，其影响的范围也加倍，这等于说每当距离加倍，声压级水平将损失3dB。
线性阵列的长度除了将垂直覆盖角度变窄以外，线性阵列的长度也能够决定这个被狭窄处理后的散射之波长。
阵列线越长，这种模式下所控制的频率（较波长为长）越低。
临界距离对于在每个加倍距离将损失3dB声压级这个理论还有一个限制条件，那就是线性阵列音箱要处在一个距离足够远的位置，在这个点上线性阵列音箱才会表现为超过一个的点声源并且其声压级开始不按照反区间法则在每个加倍距离上损失6dB。
这两个区间之间的距离就被称为线性阵列音箱的临界距离。
临界距离之内的区间被称为Fresnel区间，而超出临界距离的区间则被称为Fraunbofer区间，它们是分别被L-Acoustics的ChristianHeil命名的。
对于一个给定的线性阵列音箱长度，其临界距离和波长（频率）成反比。
在止期的文章中我们曾经深入的研究过这个问题，较短的波长（高频）比较长的波长（低频）有着更加远的临界距离。
从学术的角度来说，在一个比较远的距离上，相对与低频内容，一个阵列线音箱会保持更多的高频内容。
然而，空气对高频内容的衰减作用会会抵消掉这种特性。
频率渐缩“渐缩”这个术语也通常被称为“渐退”。
他们之间从本质上讲是一致的。
频率渐缩是线性阵列音箱能够有很好的效果所使用权的第一批手段之一。
我最早接触到这项技术是通过Electro-VoiceLR-4B柱式音箱。
在低/中频率上，它采用了使用低通滤波器的6英寸和9英寸锥形驱动器随着扬声器离柱子的边端越远，频率也逐渐下降。
这样的结果就是一个较长的柱式音箱会有较长的波长而较短的柱式音箱会有较短的波长，而它们可以为所有的频率产生相似的散射曲线和临办距离，这样就可以在所有的听众距离位置上产生一个更加平衡的回应。
线列阵技术详解
这样令整个听音区域更平衡.
Ideal Ribbon Shaped Sound Source.
Line Array Theory
理想化的带状发声声源.
Reproduces all audible frequency
range. About 90ºof Horizontal coverage. Narrow Vertical coverage that fits to the audience area needs.
20 log 4 = 6dB This means that each doubling of distance, sound pressure loss is 6dB. 球体表面积 = 2 p r2 (2 p (2r)2) / (2 p r2) = 4 每增加一倍距离, 能量将散播到相 当于之前的4倍球面积. 20 log 4 = 6dB 这就意味着每增加一倍距离，声压 就会衰减6dB.
How to approach to this ideal system?
Line Array Theory
如何去实现这种理想的系统呢?
Line Array Theory is an intent to approach to the ideal sound source by the use of traditional speakers and compression drivers. 线性阵列理论完全可以使用传统的扬声器单元及压缩驱动器去实 现这种理想的声源。
How to approach to this ideal system?
Line Array Theory
如何去实现这种理想的系统呢?
To approximate an array of conventional individual sound sources to an ideal sound source, the following conditions must be accomplished: 如果想达到这种理想传统的点声源效果, 紧接着必须符合以下几 点:
反潜巡逻机声呐浮标巡逻搜索标准线列阵及布阵方法
图 １ 布听异步标准单列阵分析示意图
（海 军 大连 舰艇 学 院舰船 指挥 系 ，辽 宁 大 连 １ １６０１８）
针对如 何提 高反潜巡逻机 巡逻搜 索效率 的 问题 。提 出了标 准单 列 阵和 标准 复列阵的概 念 ，构建 了标 准单 （复 ）列 阵参 数确 定模 型 ，通过 模型 分 析 和计算 给 出了标 准单 （复 ）列 阵的实用参数 ；提 出了多机 协 同布设 线列 阵应 遵循 的基 本原则 ，给 出 了多机 协 同布设 单列阵 的“两类 四种方 法 ”和综合 布 设复 列阵的方 法 ，为反潜巡逻 机巡逻搜 索筹划提供 了方法依据 。
最大 能力 浮标 阵 ，是 巡逻 搜 索 时 兵 个线列阵 的能力 。
力需求 与兵 力分配筹划的基础 。
１．１ 标 准单 列阵
事 ，军事系统 工程专 业委员 会委 员 ，火 １ 巡 逻 搜 索 标 准 线 列 阵
根据布阵 与听 阵方式 及 相互之
力 与指 挥 控 制 专 业 委 员 会 委 员 。 长 期 从 事 军 事 运 筹 学 、作 战 指 挥 学 和 兵 种 战 术 学 的教 学 与 科 研 工 作 ，在 军 事 运 筹 、 作 战指 挥 、兵种 战术 等 领 域 有 较 深 入 的 研 究。 发 表 学 术 论 文 １００余 篇 。出 版 专 著 ２部 ，主持完成军队重点科研项 目４０ 余 项 ，获 军 队科 技 进 步 一 等 奖 ２项 、二 等 奖 ７项 。全军 优秀博 士学位论 文 奖。 荣 立 三 等 功 ３次 。
反潜巡逻机 监听所布设浮标 的能力。
当采用先布 没 单列阵 后监 听单
反潜 巡 逻 机 的 浮 标 携 带 量 是 一 列阵 的方 法 时 ，反潜 巡 逻 机监 听单
阵列完全教程
首先还是介绍一下阵列吧:关于阵列特征在创建阵列时，通过改变某些指定尺寸，可创建选定特征的实例。
选定用于阵列的特征称为阵列导引。
阵列有如下优点：创建阵列是重新生成特征的快捷方式。
阵列是参数控制的。
因此，通过改变阵列参数，比如实例数、实例之间的间距和原始特征尺寸，可修改阵列。
修改阵列比分别修改特征更为有效。
在阵列中改变原始特征尺寸时，系统自动更新整个阵列。
对包含在一个阵列中的多个特征同时执行操作，比操作单独特征，更为方便和高效。
例如，可方便地隐含阵列或将其添加到层。
系统允许只阵列一个单独特征。
要阵列多个特征，可创建一个“局部组”，然后阵列这个组。
创建组阵列后，可取消阵列或取消分组实例以便可以对其进行独立修改。
阵列类型有多种方法可以阵列特征：尺寸(Dimension) - 通过使用驱动尺寸并指定阵列的增量变化来控制阵列。
尺寸阵列可以为单向或双向。
表(Table) - 通过使用阵列表并为每一阵列实例指定尺寸值来控制阵列。
参照(Reference) - 通过参照另一阵列来控制阵列。
要使用阵列功能，可1.右键点击要阵列的特征，选择pattern；2.Feature->Pattern注：用野火的朋友还有填充这一类型！(本教程以2001为主，但方法是相通的)如何使用相同，变化，一般！如果你要阵列的特征仅仅是位置的不同，特征本身尺寸不变，特征之间也不干涉，可用相同（Identical)！如果你要阵列的特征本身尺寸有变化，但彼此间不干涉，可用可变(Varying)!如果阵列的特征不公本身尺寸有变化，且存在干涉，则需用一般(general)!其关系如图：第一种：尺寸阵列创建“尺寸”阵列时，可选取特征尺寸，并指定这些尺寸的增量变化以及阵列中的特征实例数。
“尺寸”阵列可以是单向阵列（如孔的线性阵列），也可以是双向阵列（如孔的矩形阵列）。
换句话说，双向阵列将实例放置在行和列中。
根据所选取的要更改尺寸，阵列可以是线性的或角度的。
稀疏阵列原理
稀疏阵列原理是一种用于空间信号处理的技术，它通过在空间中布置一组相对稀疏的接收天线来提高信号处理性能。
下面我将从背景介绍、工作原理、应用场景和局限性四个方面来阐述稀疏阵列原理。
一、背景介绍阵列信号处理是一种在无线通信、雷达、声纳等领域广泛应用的技术。
阵列由一组天线组成，每个天线都可以看作一个传感器，能够接收来自不同方向上的信号，通过调整天线间的相位和幅度关系，可以对信号进行增强、滤波等处理。
传统的阵列天线通常采用均匀线阵（ULA）或多天线阵列，这些阵列中的天线排列密集，可以提供较高的空间分辨率和较好的信号处理性能。
然而，密集阵列的天线数量较多，制作成本高，且在某些应用场景下可能并不需要如此高的空间分辨率。
稀疏阵列原理正是针对这些问题提出的。
二、工作原理稀疏阵列原理通过选择相对稀疏的阵列排列方式，利用阵列增益的原理来提高信号处理性能。
在稀疏阵列中，天线之间的距离较大，每个天线的空间分辨率较低，但通过合理地调整天线的相位和幅度关系，可以获得较高的空间协方差矩阵增益，从而提高信号处理性能。
具体来说，稀疏阵列通过优化天线排列和相位、幅度控制，使得阵列输出的协方差矩阵的特征值集中在较大的特征值附近，从而获得较高的空间协方差矩阵增益。
这种增益的提升可以增强信号的强度，提高信噪比（SNR），进而改善通信质量或雷达性能。
三、应用场景稀疏阵列原理在以下场景中具有广泛的应用前景：1. 无线通信：在无线通信中，稀疏阵列可以通过提高信噪比来改善通信质量，特别是在信号较弱或干扰较多的环境中。
2. 雷达：稀疏阵列雷达可以通过提高目标检测性能和降低噪声干扰来提高雷达性能。
3. 声纳：在水中探测目标的声纳系统中，稀疏阵列可以提高声纳信号的分辨率和信噪比。
四、局限性尽管稀疏阵列原理具有许多优点，但也存在一些局限性：1. 天线数量相对较少，可能无法提供高空间分辨率。
2. 对天线设计和相位、幅度控制的要求较高，需要精确的计算和调整。
天线第四讲-直线阵I
I
I
d
2
South China University of Technology
[例4-2] 画出两个沿x方向排列，间距为λ/2，且平 行于z轴放置的半波振子，在等幅同相激励时的H 面方向图。
解: 等幅同相激励时, d=λ/2, ζ=0, 则其H面方向图
函数为
FH
( )
cos(
2
cos)
在垂直于天线阵轴的方向( =±π/2), 两个振子的场 同相相加, 而在 =0、π方向，, 两阵元的间距所引 入的波程差为λ/2, 相位差为180°, 故场相互抵消, 辐射场为零。称之为边射阵。
解: 将d=λ/4、ζ= −π/2 代入，
得到H面和E面方向图函数为
FH ()
cos[ 4
(cos
1)]
FE ( )
cos( cos )
2
sin
| cos
4
(sin
1) |
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
South China University of Technology
[例4-3] 画出两个沿x方向排列间距为λ/2、且平行于 z 轴放置的半波振子，在等幅反相激励时的H面方 向图。
解:等幅反相激励时, d=λ/2, ζ= π，得到其H面方向 图函数为：
FH ()
cos(
2
(cos
1)
sin(
2
4.1 二元天线阵
由若干天线按某种方式排列所构成的系统称为天 线阵(antenna array)。
阵列天线分析与综合-1
阵列天线分析与综合前言任何无线电设备都需要用到天线。
天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。
天线的性能直接影响到无线电设备的使用。
现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。
阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。
如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。
平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。
在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。
例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。
天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。
对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。
在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。
在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。
随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。
等等。
综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：■容易实现极窄波束，以提高天线的方向性和增益；■易于实现赋形波束和多波束；■易于实现波束的相控扫描；■易于实现低副瓣电平的方向图。
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Different levels on top and bottom.
重放所有频段真实的声音. 约 90º 的水平覆盖角度. 极窄的垂直覆盖角度能更有效地控制听音区域 范围. 在顶端和底端控制不同的发声电平. 象这样的声源就可以获得圆柱体状的发生状况.
Ideal Ribbon Shaped Sound Source.
20 log 4 = 6dB This means that each doubling of distance, sound pressure loss is 6dB. 球体表面积 = 2 p r2 (2 p (2r)2) / (2 p r2) = 4 每增加一倍距离, 能量将散播到相 当于之前的4倍球面积. 20 log 4 = 6dB 这就意味着每增加一倍距离，声压 就会衰减6dB.
Line Array Theory
理想化的带状发声声源.
From a sound source as such, a Cylindrical wave would be obtained instead of the typical Spherical wave produced by a conventional cabinet. 象这样的带状声源就可以生成柱面波，足以 甚至超越传统结构的扬声器系统发出的球面波
Special device to produce plane
waves from a spherical source: SERPIS adapter.
为实现平面波专门设计的号筒设备: SERPIS 适配器.
Line Array condition nº 3.
Line Array Theory
With traditional systems, coverage of a specific area is achieved by aiming each one of the boxes in a particular direction.
The waves generated by units that make up the cluster do not sum coherently, creating zones of interference. To avoid such interference in a line array, a special adapter between the driver and the horn must be devised to produce plane waves. 对于传统的音响系统，是靠每个独立的音箱单体各自的覆盖角 度来控制准确的覆盖范围。 每个单体释放声波的过程中，必须留有足够的空间，否则会产 生严重的声干涉. 为了避免声干涉,线性阵列改变了传统的结构，在号筒和驱动器 之间做了特殊的设计，更有效于发出平面波.
Cylindrical Wave.
柱面波.
Line Array Theory
Cilinder Surface = 2 p r L
(2 p 2r L / 2 p r L) = 2 Each doubling of distance, energy spreads in 2 times the previous Surface. 20 log 2 = 3dB This means that each doubling of distance, sound pressure loss is 3dB. 圆柱体表面积 = 2 p r L (2 p 2r L / 2 p r L) = 2 每增加一倍距离, 能量将散播到相当 于之前的2倍球面积. 20 log 2 = 3dB 这就意味着每增加一倍距离，声压只 会衰减3dB.
Line Array condition nº 2.
Line Array Theory
线性阵列的具体情况 （二）.
H1B+ H2B+ H3B+... HiB+ 0.8HtotalB
Line Array condition nº 3.
Line Array Theory
线性阵列的具体情况 （三）.
How to approach to this ideal system?
Line Array Theory
如何去实现这种理想的系统呢?
To approximate an array of conventional individual sound sources to an ideal sound source, the following conditions must be accomplished: 如果想达到这种理想传统的点声源效果, 紧接着必须符合以下几 点:
Line Array condition nº 3.
Line Array Theory
线性阵列的具体情况 （三）.
Traditional. 传统声源. Line array. 线列阵声源.
Line Array condition nº 3.Line ArFra bibliotekay Theory
线性阵列的具体情况 （三）.
Line Array condition nº 2.
Line Array Theory
线性阵列的具体情况 （二）.
For high frequency radiators coupled to horns, the sum of
all areas corresponding to the single sources must be at least 80% of the total area that lies between the first and last element of the line array. The separation between sound sources must be minimal. 在线性阵列音箱组中，号筒式高音单体是主要控制声源射程 及范围的重点，也就是说在同组阵列中各音箱单体的距离越短 就越接近理想点声源，而且必须是各高音单体的发声号筒在同 一平面上所占的面积为号筒垂直轴线总面积的80%以上. 意味着组成阵列的各音箱中高音发声单体的距离越近越理 想.
Line Array condition nº 1.
Line Array Theory
线性阵列的具体情况 （一）.
To produce a cylindrical wave, distance between centres of speakers must be approximately equal or lower than half the wavelength corresponding to the maximum frequency to be reproduced. 产生柱面波, 必须满足以下公式的要求，可以看出不是随便就能达到要求，音箱 的结构在一定程度上决定了频率. l/2 or c/2f fmax c/2 Example: Distance between speakers is 0.46m fmax c/2 340/2* 0.46 369Hz
How to approach to this ideal system?
Line Array Theory
如何去实现这种理想的系统呢?
Line Array Theory is an intent to approach to the ideal sound source by the use of traditional speakers and compression drivers. 线性阵列理论完全可以使用传统的扬声器单元及压缩驱动器去实 现这种理想的声源。
Spherical Wave.
球面波.
Line Array Theory
Sphere Surface = 2 p r2 (2 p (2r)2) / (2 p r2) = 4
Each doubling of distance, energy spreads in 4 times the previous Surface.
线性阵列的具体情况 （三）.
The deviation of the wave front with respect to a flat one must be lower than a quarter of the minimum wavelength to be reproduced. S< C/F X 0.25 S代表平面声波，C代表声波在空气中的传播速度， F代表人耳反应的最高频率 从而推出：S < (340 / 20000) X 0.25 S < 4.25mm
The “ideal” Sound Source “理想化” 的声 源.
Line Array Theory
Horizontal Coverage wide enough with one unique sound source. 唯一的点声源有足够宽的水平覆盖角度. Level control over different audience areas. 不同的听音区域电平控制得更平均.
Line Array Theory
The “ideal” Sound Source.“理想化” 的声源.
Line Array Theory
One unique Sound Source. 点声源理论
No destructive interference between different sound sources reproducing the same freq range. 相同的声音频段内不同的声源之间不会产 生声干涉现象. Sound source vibrates in phase over its whole surface (Coherent wavesound ). 平面波理论令声音不存在相位差异. No distortion due to crossover network effects. 在分频网络中不容易产生失真.