PA系统中扬声器系统的水平与垂直辐射图案

编译/何青青

PA系统中扬声器系统的水平与垂直辐射图案

编译/何青青

声场调试中，扬声器系统的摆放位置和辐射角度对声场的影响。

扬声器；摆放；反射声；舞台；覆盖；声级

1 扬声器系统的水平辐射图案

扬声器系统总是放在舞台前面或表演区，从演员指向观众区辐射。

扬声器系统经常以图1的方式排列：摆在舞台两侧笔直朝前辐射。蓝色阴影区域表明这一区域是由高频水平辐射角度为90°的扬声器系统覆盖（-6 dB等压线内）。这是一种比较常见的辐射图案。

这种方式也有几个弊端：

（1）舞台前面有一大块区域高频没有覆盖到。

（2）从最近的侧墙过来的直接反射声影响到大半个听音区（如图1所示）。这造成声染色，从而降低了语言清晰度，而反射声的整体声级增加了。

（3）扬声器系统前面有一块区域的覆盖面是没有重叠的。这意味着实际上听音区内的大部分都只能听到1只扬声器系统的声音。有些观众听到的声音像是从扬声器系统里传出来的，而不是来自演员。同样，对于观众席前区的观众来说（立体声覆盖损失较多），任何立体声效果都不好（比如混响效果）。

通过将扬声器系统向内稍微移动一个角度，这些不利的效果就会大大减少。图2中，与图1同款的扬声器系统向内侧移了25°。

由此产生了几点变化：

（1）观众席前区的“空洞”明显减小。

（2）受直接反射影响的区域也减少了很多，而且扬声器系统与早期反射声的距离更远了（这样可以减少房间混响的整体声级，减少受这些效果影响的座席数）。

（3）大部分观众区都能同时听到来自2只扬声器系统的声辐射。偏离中心位置的听众会处于离他远的那只扬声器系统的辐射轴线上，而偏离于相对靠近他的那只扬声器系统轴线。大部分观众区的声级都差不多（而不像图1中靠近扬声器系统的位置声音更响）。

现实情况中，声级分界线不像图中所示的那么分明，但是整体效果还是比较明显的。最佳的水平辐射角度显然是取决于房间的尺寸和形状，以及扬声器系统的辐射图案（向内角度不宜过大，以免舞台前面的传声器落入扬声器覆盖范围内）。然而，向内侧移一个角度往往会收效甚大。

这就有助于将反射声减到最少。但将扬声器系统靠近侧墙摆放有几个弊端：

（1）“中间空洞”现象会更明显。

（2）靠近舞台的侧墙反射声更接近。

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（3）需要向内侧移一个较大角度（传声器可能会落入扬声器覆盖范围内）。

（4）扬声器系统可能不得不摆放在舞台之外，因此，可能无法将扬声器系统提升到足够高度，以便实现最佳垂直摆位。

2 扬声器系统的垂直辐射图案

扬声器系统安装的高度和角度会影响整个声场。

安装扬声器系统时增加安装高度有很多优势。如果扬声器系统不能吊挂安装（通常取决于现场是否可吊挂），那么势必要安装在合适的支架上，而不是就放在桌子、椅子或者啤酒箱上。除非支架可以摆在舞台上，最高高度限制在2 m内（高音号角大概离地面2.5 m），但并不理想。同样，有些场所天花板较低，也不理想。其他一些提升扬声器系统高度的技巧不是特别安全（比如在扬声器支架的每只脚上垫一把椅子），而且也不应该去尝试。

下图显示的是在一个典型的小厅里，不同的扬声器系统摆位所产生的不同声场效果。图3是垂直辐射角度为60°的扬声器安装在支架上，支架放在与观众席平等的地面上。高音号角离地面2 m高。

影响最大的就是声级。在自由空间里，距离每增加一倍，声级就减少6 dB。如果以扬声器系统前1 m处为参考点（0 dB），扬声器系统的声级比后墙处衰减了24 dB。如果扬声器系统在1 m处产生110 dB的声级，那么最后面的声级只有86 dB。大部分摇滚歌迷肯定不喜欢现场的音量只有晚宴舞会那么大。但如果最后一排期待听到110 dB的声级，那前排的观众耳朵就要被震聋了。

尽管房间界面的反射声会降低上述效果（混响声场可以提高后排区域的整体声压），但还是会存在不可忽略的问题：前排区域直达声过多，后排区域直达声则不足。这可能导致后排的声音不但不够响亮，还会不够清晰。

图3中，舞台高度（1 m）加上原来扬声器系统的安装高度2 m，使得扬声器离地面的总高度变为3 m。前排听众站在与图3相同的位置（距离舞台1 m），但已偏离轴线（高频衰减6 dB），且他们的耳朵距离扬声器2 m（又衰减6 dB）。

而后排的听众只是稍微有点偏离轴线，这里可能比显示的-24 dB低1 dB～2 dB（虽然这将因混响声场而抵消）。然而，从前区到后区，声级已经减半（24 dB衰减至12 dB）。这存在两个弊端：

（1）后墙的反射声正好在轴线上：发射声可能会给舞台上的演员带来麻烦。

（2）需要平衡扬声器系统的输出，使得后区跟前区的声级尽量保持一致。

然而，总体上大部分观众应该能认识到前后声级差得到了改善。

如果扬声器系统略微向下倾斜安装，那么效果会更好一些。（支架本身绝不要倾斜。要达到适当的倾斜角度——大概5°左右。）

如图5所示，扬声器系统向下倾斜4°。直达声正好相差12 dB，而且混响声场会进一步减少声级差。同样，来自墙面的反射声也不再处于轴线上，从而减少了发射回舞台上的声级。

如果将支架伸展开，增加扬声器系统的安装高度及倾斜角度，那么声场改善更佳。

这里又将扬声器系统提高了1 m（总高度为4 m），向下倾斜角度增加至6°。这就使得听音者离扬声器的距离更远了，而且离轴线距离也更远。舞台上的反射声减少得更多，除去混响声场的影响外，此刻前后区的声级差只有7 dB。

将扬声器系统吊挂起来效果更好：

如7所示，扬声器系统被吊挂在天花板上（距离地面高度为5 m），向下倾斜角度为9°，而且前后两个听音位之间的距离增加了，但是声级差却减少为6 dB。

最后，不同的辐射角度可能会产生更好的效果：

这里，扬声器系统的垂直角度是50°，向下倾斜角度增加到15°。观众区的前半部分声级差只有1 dB，这让人几乎感觉不到差别，而且整个观众区的总体声级（包括混响声场）非常稳定。

在图3～图6的例子中，天花板的反射声可能会使厅堂后半部分的声级有所下降。而在图8的例子中，所有来自天花板的初次反射声都穿过了观众的头顶。

与水平角度的影响因素一样，最佳的垂直角度显然是取决于房间的尺寸和形状，以及扬声器系统的辐射模式。然而，提高扬声器系统安装高度和向下倾斜一个角度同样也是改善辐射的条件，而且会获得更多的直达声，使整个观众区的声级和音色保持一致。

（本文编译自www.astralsound.com相关文章。）

Horizontal and Vertical Loudspeaker Pattern in PA Systems

Translate/HE Qing-qing

The paper introduced the effect of speakers be placed by different positions and angles.

speaker; place; reflection; stage; dispersion；level of sound

10.3969/j.issn.1674-8239.2012.07.005

（编辑 张 翔）