在庆祝建国十周年的前夕,天安门广场扩建了,为了解决广场以及与广场相接的东西长安街的扩音问题,沿着广场和东西长安街安装了很多大型扬声器——音柱。这是华北无线电器材厂的职工鼓足干劲在短期内完成的庆祝建国十周年的许多献礼项目之一。安装在天安门广场的音柱,每个长约2.7米,功率100瓦,由8只12.5瓦扬声器组成;扬声器的直径为300毫米;经初步测试,在输入标称功率的情况下,在轴线上150米处,400周时的声压约70多分贝。东西长安街所用的音柱每个75瓦,由6只12.5瓦扬声器组成,工人体育场所用的音柱每个50瓦,由4只12.5瓦扬声器组成,在输入标称功率的情况下,400周时,距轴线55米处初步测得的声压均在72分贝以上。为了使读者对音柱有一些概念,下面介绍一些有关音柱的知识。
为了改善扬声器的音质并提高它的效率,在扩音系统方面常把若干个扬声器线合成一个单元使用,这种由扬声器群组成的单元,常见的一种叫做“音柱”。下面简单介绍一下它的基本构造和工作原理。
音柱一般由数只同相位工作的纸盆扬声器排成一列而成,它比单只扬声器有显著的方向性。原因是所有扬声器同相位工作,在它的轴线上远处某一点A点处(图1甲)的声压,等于各只扬声器所产生声压的总和,声压大,当然声音也比较响;在近处(例如B点),从各只扬声器传到该点的声波不一定存在同相关系,这一点上的声压不再等于各只扬声器声压的总和,声压较小,声音比同等功率的单只扬声器较轻;而在音柱轴线以外的任一点C,由于这一点和各只扬声器的距离都不相同,因此传到该点的声波不是同相,而是相互削弱或抵消,于是声音最轻。
如果每只扬声器的方向性都是球形的,音柱声场的分布是一个水平的扇面形,也就是说,音柱在水平方向性和单只扬声器的方向性一样,但在垂直面内由于若干只扬声船组合的结果,大大加强了它在这方面的方向性(图1乙)。

在一般情况下,3米长的音柱由12只纸盆扬声器组成,1.5米长的音柱由6只扬声器组成。3米长音柱的近似方向性如图2曲线所示。

由于声能的内聚作用,在声场中间平面上所得到的声压,要比把相同的电功率输入到单只扬声器所产生的声压高,这是扬声器组合效应所产生的放大作用,可用方向性因数表示。用公式表示时,方向性因数
Г\(_{sg}\)=2.4\(\sqrt{rf}\)(1)
式中Г为音柱长度(米),f为音频频率(周)。
这个公式只有在rf的乘积大于0.34时才适用,因此,想利用组合效应使低音有较大的方向性,音柱必须有一定的长度。但事实上并不如此,因为音柱除了有集束效应外,还有一个与集束效应无直接关系,并随着频率降低而增强扬声器纸盆有效功率的效应,它恰好与方向性因数的影响相反,可以帮助音柱增进低音的方向性。 由公式1可知,音柱的方向性随着频率的增高而加强,在音柱轴线上5000周的声音要比100周的响7倍,但实际上也没有那末大的差别,因为高音是由扬声器纸盆的中心部分辐射的,它的辐射面并不紧靠在一起,从而对高音的方向性起着松懈作用,另外,各扬声器工作相位和振幅也是不均匀的,特别对于高音,它们所起的减弱作用比较显著。再如安装时把各扬声器故意错开一些角度,压低各扬声器本身对高音的方向性,那末在水平面内高音的集束作用将更减弱,辐射更为均匀,方向性更宽。只要每只扬声器错开的角度不大的话(例如6度),对中音和低音是没有影响的。
由于上面的各个原因,按照公式1算得的方向性因数和实际测得的结果是不相符合的,见图3。图中两曲线相交点约700周,音柱的换能系数就以这个频率作基准。换能系数E\(_{sg}\)用公式表示是

E\(_{sg}\)=EsГ\(_{sg}\)(2)
式中E\(_{s}\)为单只扬声器的换能系数,一般为23。根据这一公式,一个3米长的音柱,以700周为频率交换点时,它的换能系数为80,即比单只扬声器大3.4倍左右,可见音柱的效率比单只扬声器高得多,从而可以大大节约扩音机的功率。

一般音柱都安装得对地面成一倾斜角度,以获得较好的辐射特性。1.5米长音柱一般与地面的倾斜角为3度,与地面的距离为2米。
音柱的垂直方向性很强,只要位置恰当,即使话筒与音柱相距较近,也不致引起回授叫啸。(赵志诚 摘译)