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图说点声源和线声源的区别
1. 线声源扬声器的产生背景
扬声器的发展目标是在很宽的频带内产生高声压的、均匀的、清晰的、不失真的声音。早在多年前，世界各主要专业扬声器、音箱公司，纷纷推出各自的线阵列扬声器系统。因为线阵列扬声器有很多非常实用的特点，如对于大型扩声需求，在相同的地方以相同的音量扩声时，线阵列扬声器系统可能体积更小、更轻便、更加容易吊装。结合演出地点的具体形状，将线阵列扬声器恰当的吊挂、瞄准和弯曲，能够对大多数的观众提供准确的供声。因此在许多流动扩声领域，正逐步替代传统扬声器。
线阵列扬声器是由一串距离相等的驱动器（音圈，后同）组成。大家都知道，线阵列扬声器的运用基于其非常小的垂直指向角。若其垂直扩散为0°，即“圆柱波”，大多数人都知道，每当声源距离增加一倍圆柱波的能量会衰减3 dB，而声源距离增加，“球面波”能量会相应衰减6 dB。这是线声源区别于点声源最明显的声学特征。许多扬声器厂商在推出大型线阵列扬声器系统成功之后，也陆续开发出中小型线阵列扬声器系统并且在一些室内的扩声中得到了应用。但以目前的技术，还未能真正实现理想化的“圆柱波”。
大型会堂、会展中心、教堂和体育馆等大容积场所，其声学环境常常表现为混响时间较长的特点，从而造成语言清晰度、音乐明晰度明显下降，因而造成听闻困难。因此在室内扩声中获得均匀的、清晰的声音仍然是目前扬声器发展所要面对的问题。
在室内高混响空间的扩声领域要求使用高Q值的设备；将直达声直接传达到聆听者的耳朵（D值），与此同时要减低由墙壁、天花及其他对声音反射的声能（R值）。直、混能量比值必须足够高，使语言可懂度和音乐的感染力足够强。低Q值音箱发出过高声强的声能会产生很大扩散范围，以致造成厅堂内很多面均有高强度反射，聆听者只有在近场时才能听清并享受这个系统的声音。获得高性价比的解决方法是使用数量少的高Q值音箱系统，它们可远离听音者，且有效地覆盖更多的区域。从单纯的声学观点看，把声音的能量直接给观众，远离墙、地面、天花板，在技术上不是问题，不论音箱系统是否包含了大号角，还是在室内流动系统中常见的曲线“线阵列”，都可以利用比较先进的计算机声场仿真软件进行设计，达到所需要的结果。
当系统使用数量少的高Q值音箱系统时，可以做到音质和系统花费上的平衡，那为什么没有看到大号角阵列或线阵列音箱在上面提到的大混响空间中使用呢？简而言之就是建筑师是用他们的眼睛做建筑设计的，而不是耳朵。号角和线阵列有足够高的Q值，可以发出可接受的声音，但它们的尺寸比大多数建筑固有环境的安装空间大得多，不能调和外形和内部设计的颜色。很少的建筑师或建筑拥有者愿意最后时刻打乱建筑的内部形状，或同意在空间中央吊挂一个或更多的外形奇怪的大物体，除非建筑拥有者有意识地仔细考虑了与视觉的相关感受。
图1 典型线阵列扬声器系统
图2 典型柱形扬声器系统
柱式音箱（声柱）是妥协方案，这是因为柱式音箱在传统建筑和现代建筑环境中便于隐藏，如图2所示。它们可以快速地安装在墙上，音箱可以涂上与附近面相配的颜色而便于隐藏。对于建筑来说，这是个很有吸引力，可接受的解决方法，经常可以在大型公共建筑，如机场、火车站、教堂、法庭及博物馆等场所见到音柱扩声的实例。
2. 传统声柱的声学特性
Hany F.Olson在1957年第一次出版的着作《声学工程》中进行数学计算，描述了连续线声源的指向特性。传统的柱式音箱（声柱）通常利用线声源的指向性，如图3。
图3连续线声源指向性，Harry F.Olson 1957年在《声学工程》中描述
图3显示了连续线声源的指向特性是与声轴线对称的，且是长度和波长的函数。指向性图形描述的是在固定长距离，声压与角度的函数。统一选取0°角的声压级一致，相应方向垂直于0°角的线。三维指向特性是关于轴线旋转的。
传统“柱式扬声器系统”的声学特性由驱动器的声学特性和箱体的物理特性决定，其中：
1) 柱的高度决定了垂直覆盖上全频段控制时的最低频率；
2) 驱动器之间的间隙决定了作为线声源阵列而不是分散声源集合的最高频率；
3) 水平覆盖是固定的，在选择驱动器时决定了水平覆盖角；
4) 其他驱动器特性，如带宽、承受功率、灵敏度将决定系统对应表现的特性。
由这些特性得出一个不好的结论，传统柱式音箱的功率响应是不平坦的。它将很多低频能量传到室内，低频能量产生出更宽的垂直扩散，使临界距离更短，这是因为混响能量中包含了更多低频能量，听音者更难分辨高频的声音，如辅音成分或乐器敲击的瞬间。
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作为成本较低的解决方案，常规柱形线声源阵列扬声器系统仍然是目前解决大型或建声条件不良厅堂的较佳工具。
国外众多著名的扬声器、扬声器系统厂商也都具有相关产品的发布，如JBL、EAW、Fohhn、HK AUDIO、K-ARRAY等等；反观国内众多扬声器厂家，相关产品则相对较少，音柱主要见于公共广播类产品，其因制造成本及相关技术的限制，往往给使用者及听众造成频带窄、音质不佳的负面感觉。而能应用于厅堂扩声领域甚至多功能用途，柱形扬声器系统在频率响应、覆盖范围、承受功率、输出声压级等诸多参数均有着与传统扬声器系统一样的要求，国内能出成品的厂家为数极少。其中，国内某品牌是比较突出的代表，其产品能在保持声柱优良声学特性及外形优势的同时，达至音质与成本的多个综合参量的平衡。
3. 声柱产品目前的发展
前文已述，传统“柱式扬声器系统”的声学特性由驱动器的声学特性和箱体的物理特性决定，其中可控频率下限由声柱的高度决定，频率上限由发声点的间距（扬声器单元的中心间距）决定。由此可简单看成因扬声器单元的使用数量决定着可控频率的下限，而扬声器的尺寸必须足够小才能有更紧密的发声点间隙，此为一个在传统技术下采用单一种类扬声器单元的声柱较难克服的矛盾点。同时，在声压级要求比较高的应用，小尺寸的单元不可能满足要求。也因此，在国内外众多有志研发声柱系统的厂家推出各种解决方案，主要有如下两种措施：
1) 混合线声源的应用
此方案采纳了传统扬声器“分频”的概念，将安装在同一声柱箱体的扬声器单元分为中低频及中高频两段（甚至多频段），全频信号经由分频器分成窄带频段由相应的扬声器单元组成的线声源发声，在空间内再混合成全频声。
混合线声源技术能很好在成本与声学特性上取得良好的平衡，其难点在于中高频段的处理以及分频点附近两种扬声器的耦合问题。具体实现方式与常见的模块式线阵系统有点类似，采用多驱动器的声透镜波阵发生器。采用了混合线声源技术的声柱能在保持声柱特性的同时获得非常好的听感以及声学特性，也能在成本上有很大的优势。
某品牌的最新产品TM408正是采用了混合线声源技术的声柱。多年来，该品牌一直致力于开发和研究高品质的线阵列扬声器系统。目标是将模块化的线阵列系统的优势转化为紧凑的系统形式，而这一切已经随着TL系列的扬声器系统的开发成功而变得很容易实现。要实现这些目标需要一个全新的系统形式，关键在于在较高水平下对原始声源信号进行放大和重放，这一全新的概念和系统形式是结合了模块化线阵列系统的所有优点而发展出来的。音箱以柱的形状的外观结构，是合乎逻辑和线声源原理的结果。然而，当需求的系统声压级及对音质有比较严苛要求时，新的设计就需要使用更性能强大尺寸更大的中低频扬声器结合号角压缩驱动器来实现。该品牌专门为此开发的4×1英寸压缩驱动器适配的垂直非对称波导系统，能完美地实现在分频耦合时中低频线声源与高频线声源在不同传输距离下一致的扩散和衰减特性。
此品牌TM408系统有一个基于经典的两路扬声器和模块化线阵列的组合，并采用两者的功能优势混合设计。大型线阵列的高频驱动系统，波导结构和压缩驱动器需要非常深的安装空间以实现高Q值的波导要求，这样的配置是不可能直接用于TM408系统的，因为会增加箱体的厚度。这是一个极其复杂的项目，该品牌花费了一年多的时间，采用全新的思路和方法终于开发HWC技术（horn-loaded wavefront converter号角负载波前转换器），以适应在有限的箱体空间内实现优良的声学性能、体积、重量这三个重要的要素。在HWC技术下，四个独立的1英寸压缩驱动器被耦合成同一个垂直波阵面，且四个压缩驱动器的垂直耦合角度精确地稍弯曲，实现了精准的垂直20°覆盖范围。最特殊的设计，是此垂直20°的波阵面还被设计成向下7°的非对称能量扩散波束，以实现整条柱形扬声器系统在垂直安装时仍具有合适的中轴指向性。以机械特性的角度来看，尺寸和重量通过壳体材料和磁铁系统和其他组件的适当运用，已经被减少到最低限度。
一流的音响效果及优良动态响应
无论是用于现场演出扩声，或为要求苛刻的语音应用，TM408系统均能保证卓越的音质，并且优于其他同类扬声器系统。
在品牌混合线声源技术下实现全频带均匀分布
与传统系统相比，声音能够在扩声有效涵盖范围内分布更均匀，前区具有清晰、均衡的声音，并且一直持续到后区仍然能保持舒适的音响效果。
卓越的语音清晰度
声音可以对观众进行专门的针对性投射，避免从天花板或地板不必要的反射。对于听众，结果是清脆动听，令语音清晰度大大提高。
完美融入房间的建筑和舞台设计
优雅的扬声器外形以及可定制的外观颜色整合，能非常顺利融入周围环境。柱形扬声器较小的视觉体积不会干涉建筑设计和舞台设计或影响到拍摄效果。
无干扰的收听体验
优良的声学特性，即使在复杂的麦克风使用条件下也会令声反馈的抑制不在成为扩声难题。
运输方便，快捷的系统组建流程
TM408扬声器系统都配备了先进单元组件，全部采用最先进的轻量级钕扬声器技术。箱体均配置有非常便利的手柄，确保快速安全设置。在不降低声学性能的前提下设计出非常紧凑的箱体尺寸，大大减少所需的储存和运输的空间。
无需昂贵的索具或吊挂组件
有别于传统模块化线阵列系统，无需使用昂贵的吊挂安装或地面堆叠所必须的组件。所有的线阵列技术被集成到单个壳体中，从而实现快速和容易的安装。
2) 利用DSP技术的垂直特性电子调整阵列
阵列产生指向性是因为声波的干涉作用，即在声场的不同位置上，各扬声器辐射出声波之间的声程差不相同。延时指的是阵列中的每一个单元并不是同相位的辐射声波，而是有一定的时间差。这个时间差产生附加相位差就可以改变阵列固有的指向性因子。通常的阵列具有中轴线的指向性。通过使用延时可使指向性偏离中轴线。: U( M2 f/ x7 B4 e. O. T( i
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但是，简单的延时阵列会造成另一个不可克服的问题，采用IIR滤波器的延时阵列在改变了声柱波束指向性后，会造成不同频率下不同程度的波束旁瓣及多余轴外扩散，为此，有些厂家使用了目前最高级的FIR滤波器以及优化的算法。利用FIR的“去相关”甚至更高级“无相关”技术，实现精确的波束指向、旁瓣抑制、分波束等功能，且在改变声柱垂直扩散特性的时候对音质以及声学特性的负面影响减至最小。在优秀的DSP技术下，该声柱系统进化出很多高级功能，例如垂直指向性非中轴对称（可上、下调整波束的指向）、垂直覆盖范围电子调整、在同一个箱体或整条声柱系统内分出两个甚至多个独立波束、分波束特性独立可调等等，这些先进的产品特性能为声频工程师处理复杂声场时提供更精确的可用的工具。
在电子可调垂直特性声柱阵列领域，比较具代表性且大家较熟知的品牌有德国Fohhn的Focus系统，美国Renkus-Heinz的ICONYX系统，德国CVS的evo系统，意大利DURAN的Intellivox系统（已被哈曼集团整体收购并冠以JBL品牌）。国内对此产品的研发仍处于摸索阶段，相信在不久的将来也会出现优秀的产品。
