2.1 超低音音箱的指向性
2.1.1 低音的指向性特征
一般来讲频率越低，音箱辐射越不具有指向性，如图2-1所示。
图2-1 某低音音箱的指向性特征
将一只单18寸的超低音音箱放置在一个自由声场，其低频能量辐射将呈点声源的特征。图2-1以色谱形式描述了某单18寸超低音音箱在4个不同频率情况下的指向特性。图中红色区域表示声压级最大、深蓝色表示声压级最小，可以看到其辐射规律是：在31.5～63Hz的范围内，声辐射角度接近圆形，而随着频率的增高，声能趋于向音箱的前方辐射。
实质上全频音箱也是如此，随着频率的升高，音箱的指向性会逐渐明显，图2-2来自世界著名的监听音箱制造商真力Genelec，在其提供给用户的说明书中描述了产品的指向性特点。
图2-2 真力音箱给出的指向性参考
一般在同等声功率的情况下，具有指向性的波能够传播得更远。而一般的单18寸或15寸的超低音音箱的辐射角度接近球形，所以可将其视为一个点声源，声音的衰减规律符合声压级平方反比定律：距离增加一倍，声压级衰减6dB。
2.1.2 两只超低音音箱组合
在一定距离内，将超低音音箱并列摆放在一起时，声压级会增加，其规律为音箱数量增加一倍，声压级增加6dB。但超过一定的距离后，它们之间会发生干涉，一些能量会彼此抵消。图2-3是使用EASE Focus模拟两只超低音音箱相距1m、2m、6m、10m处80Hz的声场内分布情况，可以看出，摆放距离远了以后，两音箱声音开始互相干涉，波瓣效应出现了。
当两只超低音音箱有间隔地摆开时，若想知道某观众位置是否为波瓣的波谷，可由下式计算：
式中：C为声速、
为音箱1到听音者的距离、
为音箱2到听音者的距离，且
大于
。
根据上面的公式，求图2-4观众站立位置的抵消频率。
图2-3 不同间距摆放的超低音音箱在80Hz发生的干涉
图2-4 听音点频率抵消
观众站立点的抵消频率为56.66Hz。但这个抵消量跟两声压级之差有关系，若两路声音到达观众处声压级之差超过10dB，可以认为无抵消。
摆设音箱时，对于一些重要区域要考虑到抵消问题，例如鼓手的位置刚好在底鼓力度所在频率的抵消点上，鼓手打鼓时会感觉力度不足，可以通过改变鼓手位置来解决，而不是通过均衡器来解决。
2.1.3 墙面增益与抵消
墙面增益
对于点声源来说，当靠近反射面时，反射声与声源直达声叠加可使声压级有规律地增加，如图2-5所示。
音箱的“指向性因数”是说明音箱指向特性的一个参数：它表明一个具有辐射角度的音箱与一个理想的全指向点声源相比较，当两者的辐射功率相等且在同样的辐射距离上，音箱与无方向性声源声强级之差，标记为Q。
声强表示单位面积上的声功率，由于不同频率会有不同的辐射角度，所以Q与辐射的频率有关。
图2-5 墙面增益
指向性因数一般由厂家提供，倘若厂家未提供可通过下列公式计算得到一个近似值。
式中：V为音箱的垂直覆盖角度（Vertical）,H为水平覆盖角度（Horizontal）。
例如某音箱垂直角度为50°，水平角度为80°，指向性因数为多少？答案是约为11.42。
“指向性指数（DI）”是指用分贝表示的指向性因数。它等于指向性因数以10为底的对数乘以10。
对于音响系统来说，因为低频没有指向性，若靠墙放置能量会辐射到墙壁而产生墙面增益，而高音号角即使靠墙也是背对着墙面，能量向前方传播，故而不存在墙面增益。
墙面抵消
音箱离开障碍物一定的距离后也有可能发生抵消现象，如图2-6所示。
图2-6 墙面抵消
当音箱与音箱背后的墙面有一定距离时，声波会垂直辐射到墙面，然后沿原路线被反射回来。假如某一频率波长的 1/4 恰好等于音箱前面板到后墙的距离，那么后墙的反射声将与音箱辐射的直达声相位相反，部分直达声将会在音箱前方被反射声抵消，导致这一频率出现衰减。衰减量取决于音箱到后墙的距离以及墙面反射的声能大小。
音箱发生墙面抵消时前方衰减频率计算公式如下：
衰减频率=声速÷距离÷4
例如，若某超低音扬声器振膜距离墙1.2m，那么在音箱前方被衰减的频率是多少？
340÷1.2÷4=70.83Hz
若想低音扬声器摆放时距离墙壁1.2m，若墙壁发生声反射，将抵消部分以70.83Hz为中心频率的频段的能量。
在工程安装中，线阵列配备次低音或超低音音箱吊挂在空中时，需要注意墙面抵消对低频的影响，如果离墙面1.2m左右，70Hz将会无力，而且是无法通过均衡来增加能量的，因为当70Hz被提升时，墙面的反相能量也会增加，这点在音箱定位时需要注意。
2.1.4 室内摆放
减少声反射，使脉冲响应更佳
摆放超低音或者次低音音箱时，应尽可能减少后部或者左右两侧墙面的不利影响，并设法利用墙面增加音箱的效率。
图2-7中，a比b低音更清晰，因为b会比a多一个反射面。另外，由于a中超低音音箱靠近混凝土砌成的舞台，因而会较b增加3dB的墙面增益，低音效率更高。
图2-7 超低音音箱位置的影响示意图
若舞台是临时搭建的，低音音箱放在地面上仍然是最佳选择，放置在舞台上的低音音箱与地面会形成一定的距离从而有产生“地面抵消”的可能。
减少共振，使脉冲响应更佳
在一些音响工程的施工中，甲方会要求扬声器暗装，如果处理不当，也会导致低音脉冲响应变差，如图2-8所示。
将超低音音箱放置在一个空腔中时，音箱中的某些频率将会激励空腔产生共振，使低音听起来“拖泥带水”。另外，扬声器干声与共振也可能会形成干涉，导致梳状滤波器效应的发生。将空腔部分用吸声材料填充可有效抑制共振，因此图2-8中a效果更佳。
图2-8 空腔共振导致低音混浊
控制声场混响时间，使脉冲响应更佳
在音响工程的设计过程中，控制室内反射声可使音箱发出的声音较少被影响，而无声学处理或者不科学的声学处理，会导致房间混响过大，引起声音发虚、语音可懂度降低，如图2-9所示。
图2-9 声学控制使低音更干净
小建议：在与甲方签订音响工程安装协议时，建议添加如下条款：“音响设备的最终效果与建筑的声学装修有着密不可分的关系，如果因为房间内声学装修达不到国家标准（例如混响时间过长，有乒乓延时等问题）导致音质劣化的，甲方应当积极改善，由此引发的音质问题乙方不承担责任”。
避开驻波易发区，使音频再现精度更佳
超低音音箱在室内使用时，与房间几何形状相关的“驻波”会成为影响超低系统声音精度的因素。
“驻波”是指频率相同、传输方向相反的两种波（其中的一个波一般是另一个波的反射波），沿传输线形成的一种能量分布状态。在两者能量相加点会出现波腹，在两者能量相减的点形成波节。在波形上，波节和波腹的位置始终是不变的，给人“驻立不动”的印象，因而称为驻波。
音箱发声时，若在某反射体之间形成了驻波，这时音箱继续产生新的声波，其能量与驻波相结合后，会形成一个声波叠加的恶性循环，从而导致房间内驻波区域产生声学“热点”：在这里某个低频的能量过大；相反也会在一些区域出现“安静点”：该频率在这里则几乎听不见。此“热点”和“安静点”随频率而变化，并且每个房间都有所不同。
图2-10描述了在一般的室内超低音音箱位置与驻波的关系：红色区域摆放音箱时易发生驻波；绿色区域是比较理想的避开驻波的摆放区域，灰色区域为不建议摆放的区域。
图2-10可知，虽然墙角处能够获得最大的低音能量，但是也是驻波较为严重的区域，一般建议不要为了墙面增益而牺牲声音的精度。
图2-10 房间驻波与超低音箱摆放
集中摆放
多只超低音音箱摆放在一起称为“集中摆放”，在一定的摆放距离或摆放高度内，集中摆放可呈现最佳的脉冲响应，摆放的音箱数量可以是2只、4只、8只甚至更多只，如图2-11所示。
图2-11 4只超低音音箱集中摆放
集中摆放时，超低音音箱的指向与其组合尺寸有关。组合在一起的水平音箱越多，水平辐射的角度就越小，垂直组合的音箱越多则垂直辐射的角度越小。通俗来说就是音箱摆得越宽辐射角反而越窄，音箱堆得越高，辐射角反而越低，如图2-12所示。
图2-12 音箱组合宽度与辐射角度（Top view）
图2-13所示是笔者在EASE Focus上分别模拟的1只、2只、4只、8只超低音音箱组成的水平阵列，在63Hz辐射模拟状态下，可以验证超低音音箱摆放越宽，其辐射角度越窄。
集中摆放方式在排练厅、音乐吧以及乐队小型室外演出是很常见的。在一些场地中，如果想要控制波束变得更窄，可尝试将超低音音箱间隔摆放，通过EASE Focus 软件可以模拟出这些指向性数据，如图2-14所示。
图2-13 1只、2只、4只、8只超低音音箱63Hz指向图（Top view）
但是集中摆放的问题是比较难以将低频的能量平均分配到较宽的演出场地，因此在大型的演出场馆也常常会采用分散式的低音音箱摆放方式。
图2-14 集中摆放和间隔摆放
对称分散摆放
分散摆放可以弥补集中摆放的声压级不均匀的问题，在大型的演出现场较为实用。
波瓣问题
分散摆放是把超低音音箱分开摆放，通常对称摆放在舞台两侧，如图2-15所示。但对称摆放带来了新的问题，首先就是波瓣效应的形成。当两组超低音音箱组合以对称的形式摆放在两侧时，位于舞台中心的轴线上的能量总是最强最清晰的，我们把这个区域称为“功率轴线”，这个位置往往是调音师所在的调音位，因此在这条轴线上调音师感觉非常好，除此之外在不同位置的观众席却对低音有着不同的体验，处于一些波瓣波谷的观众会感觉非常糟糕，如图2-16所示。
图2-15 对称分散摆放
图2-16 对称摆放与波瓣效应
将两组超低音音箱摆放在10m宽舞台的两侧，即发生图2-16的干涉现象。可以看出：40Hz （红色）、70Hz（蓝色）、100Hz（绿色）3个频率在不同位置存在波瓣效应，因而不同位置的听众将听到不同的低音效果。但是在功率轴线上，可以看到3个频率重叠。
一些音乐性的小活动会把中间留出一条通道来，这样恰恰把低频辐射最好的中间区域给浪费了，建议在不影响消防规则的情况下，将功率轴线位置留给观众。
当采用左右对称式堆叠摆放时，要通过摆位、延时、相位等调整手段来降低波瓣效应的影响，目的就是将左右两组超低音音箱的共同覆盖的范围内的波瓣效应降到最低。
时间误差
由于超低音音箱最终需要和主音箱（全频音箱）进行时间校准，对称摆放时如果能够将超低音音箱和全频音箱摆在同一Y轴线上，可以让全频音箱与超低音音箱在全场时间误差最小（如图2-17a所示），而如果没有在同一Y轴线上则会导致不同聆听地点的时间差变得不同，从而影响整场听感的统一性。
图2-17 超低音音箱与主音箱造成的时间差
在图2-17中可以看出这两种摆放对于不同位置观众的影响。图2-16a中只要把A点时间对齐， B点就可以获得相似的结果，因此整场时间误差最小；而图2-16b中左侧观众先听到主音箱的声音，右侧先听到超低音音箱的声音，如果按照左侧校准超低音音箱与全频音箱的时间，右侧时间差更大，故图2-17a总体效果更理想。