曲线阵列
为了使线阵列有足够的辐射角度以覆盖听众席,常用方法是把它设置成弯曲的组合结构,如图10。
曲线列阵
通过仿真运算也证明了弯曲的阵列能有效扩展指向宽度。图11是一个半径(R)和波长(λ)在不同比例下的均匀60度圆弧声源的极轴指向响应曲线图。
曲线列阵
显然,圆弧声源的指向响应比直线声源平滑许多(见图2)。但较高频率时,旁瓣的干扰依然明显,曲折的曲线也反映出声场内部存在较强的扰动。图12是一个高度2米、圆弧角为60度的均匀曲线声源压力场模拟图(范围是100米x100米)。
曲线列阵
它直观的反应出其阵列的圆弧角与指向覆盖角度是基本相同的;虽然声场的波动状况依然存在,但其旁瓣与直线阵列相比明显减弱了许多,这表明了圆弧阵列的先天优势与潜力。
与直线阵列相似,曲线阵列也可以通过使用函数振幅束控来解决旁瓣干扰问题,但曲线阵列使用的束控函数不同于直线阵列。据有关专家在声纳探测方面的研究(如Peter H.Rogers 和 A.L.Van Buren 在1977年发表的《New approach to a constant beamwidth transducer》等),提出了将勒让德函数束控用于圆弧曲线(或球冠面)阵列。使用束控的圆弧曲线阵列,不但能消除副波瓣还能将辐射角度控制在一个恒定的范围(即 CBT 阵列 Constant Beamwidth Transducer)。D. B. (DON) KEELE, JR 将其应用于音响系统并做了大量的应用研究及实践(见2000年发表的《The Application of Broadband Constant Beamwidth Transducer (CBT) Theory to Loudspeaker Arrays》)。
通过图13所示这组无束控和有束控的圆弧阵列结构的模拟对比,能直观的看到勒让德函数束控在圆弧曲线阵列中应用的效果。图中圆弧曲线阵列是由100声源构成的,高度2.5米(弧长约2.8米),圆弧角为90度。
对比这两组图会发现,带有勒让德束控的CBT圆弧阵列与无束控的相比,其垂直面声压分布是非常均匀的,在8000Hz内完全消除了旁瓣干扰和声场内部波动,从500Hz起基本保持了恒定的波束宽度。
注意在达到16kHz时的声场碎片化了,这是单元的间距造成的。这意味着一定弧长里阵列单元的数量决定了高频端的质量(类似情况在第一节里已经说过)。
关于勒让德函数在此就不展开了(高等数学超复杂),为了实际应用把它简化成了个近似式:
y=1+0.066*x-1.8*x^2+0.734*x^3
x=0~1
其中y是阵列中某一单元的相对振幅强度(y=1时为振幅最大值),x是从圆弧阵列中央到某一单元的相对弧长(x=0为中心点,x=1为达到端点的弧长)。
此公式对应的图形曲线如图15所示。图16是转化为分贝级曲线。图17为圆弧曲线阵列的结构。
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