線聲源及點聲源的分析理解

我們都知道，聲音是由客觀物體振動，通過介質(zhì)傳播，并作用于聽覺系統(tǒng)而產(chǎn)生的主觀感覺。“聲”由聲源發(fā)出，“音”在傳播介質(zhì)中向外傳播。此文主要就聲音產(chǎn)生的必要條件之一——“聲源”談談一些理解。

聲源的類型

聲源的類型按照其幾何形狀分為：點聲源、線聲源及面聲源，不同的聲源聲波輻射方式不同。

當聲源的尺寸相對于聲波的波長或傳播距離而言比較小，且聲源的指向性不強時，可近似看為點聲源，如一個人講話、拍掌，它是以球面波的方式向外輻射。

平時我們經(jīng)常聽到的火車開過的噪音、公路上大量機動車輛行駛的噪音等，可將其看做由許多點聲源組成的線狀聲源，這些線聲源以近似柱面波形式向外輻射噪聲。

而平面聲源是以平面波向外輻射，在平面上輻射聲能的作用處處相等，如下圖所示，無論聽者站在音箱墻前的任何位置聽到的都是同等的聲壓，目前，這一類的聲源應用相對較少。

在我們的專業(yè)擴聲系統(tǒng)中，最具代表性的即線陣列揚聲器系統(tǒng)和常規(guī)揚聲器系統(tǒng)（純點聲源揚聲器系統(tǒng)的非標準名稱）。對于一些初學者，可能會認為線陣列就是線聲源，但其實并非如此。

我們一起回顧并理解上一段所講的內(nèi)容便可知，線陣列揚聲器系統(tǒng)所輻射的聲波波陣面圖形類似柱狀波，近似于線聲源，但當?shù)竭_一定臨界距離之后，它與常規(guī)揚聲器系統(tǒng)一樣，開始由柱狀波漸變過渡為球狀波向外輻射。

線陣列揚聲器系統(tǒng)在臨界距離內(nèi)按照距離加倍，聲壓級減少3dB進行衰減；在臨界距離外按照距離加倍，聲壓級減少6dB進行衰減。這個聲壓級衰減量從3dB過渡到6dB的距離即稱為臨界距離，線陣列長度越長，柱面波發(fā)散成為球面波的距離就越遠。

任何一個有限大小的聲源在自由空間的輻射，其波陣面總是要發(fā)散的，柱面波最終會發(fā)散成為球面波，即由“距離增加1倍聲壓級減小3dB”變?yōu)椤熬嚯x增加1倍聲壓級減小6dB”，因此，線陣列并非就完全是線聲源。那為什么是按照3dB、6dB這個量來進行衰減呢？下面一一為您解釋。

關于聲衰減

點聲源是按照球面波進行輻射的，根據(jù)輻射的球面波的表面積即可計算出聲壓的變化。球面的表面積計算公式：S0球面=4πr2（r 為球面的半徑，也即輻射的距離），當r 為原來的兩倍，即輻射距離為2r 時，球面的表面積為：S1球面=4π(2r)2=4S0球面，如下圖：

即：當輻射的距離變?yōu)樵瓉淼?倍時，球面表面積變?yōu)樵瓉淼?倍，聲強則變?yōu)樵瓉淼?/4。換算成分貝，即為10lg1/4=-6dB，也就是我們常說的點聲源輻射距離增加一倍，聲壓級衰減6dB。

而線聲源是按照柱面波進行輻射，根據(jù)輻射的柱面波的表面積即可計算出聲壓的變化。柱面的表面積計算公式：S0柱面=2πrh（r為球面的半徑，也即輻射的距離），當r為原來的兩倍，即輻射距離為2r時，柱面的表面積為：S1柱面=2π(2r)h=2S0柱面，如下圖：

即：當輻射的距離變?yōu)樵瓉淼?倍時，柱面表面積變?yōu)樵瓉淼?倍，聲強則變?yōu)樵瓉淼?/2。換算成分貝，即為10lg1/2=-3dB。即線聲源輻射距離增加一倍，聲壓級衰減3dB。

根據(jù)以上計算結果可得出一個結論：線聲源由于距離產(chǎn)生的聲衰減明顯比點聲源小，同樣聲功率條件下，線聲源的傳輸距離大一倍；同樣傳輸距離條件下，功率消耗少一倍！

聲衰減是音響行業(yè)從業(yè)者們必須掌握的一個技術要點，特別是在我們的設計工作中，它是我們進行揚聲器配置的重要參考計算依據(jù)之一。

如果不統(tǒng)一，那么就容易被線陣列的聲衰減計算所難住，有人按照點聲源的方式進行計算，有人按照線聲源的方式進行計算，而我們常用的有限長度的線陣列并非真正的線聲源，在其臨界距離內(nèi)，我們應該按照線聲源衰減進行計算，在臨界距離外，我們應該按照點聲源衰減進行計算。

結論：無論是點聲源、線聲源，抑或是面聲源，都是為了實現(xiàn)電聲還原。在進行選擇時，更主要的是明確我們所需要解決的問題，是為了得到最好的聲音還原？還是更好的指向性控制及直達聲比例？只有優(yōu)先考慮最需解決的問題才是關鍵！

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