線聲源及點聲源的分析理解
來源:數(shù)字音視工程網(wǎng) 編輯:胡燕 2018-03-30 10:11:33 加入收藏
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。此文中,小編主要就聲音產(chǎn)生的必要條件之一——“聲源”談?wù)勛约旱睦斫狻?/p>
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(dāng)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(qiáng)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(jī)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(yīng)用相對較少。
在我們的專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)中,最具代表性的即線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)和常規(guī)揚(yáng)聲器系統(tǒng)(純點聲源揚(yáng)聲器系統(tǒng)的非標(biāo)準(zhǔn)名稱)。在初入行業(yè)之時,小編一直認(rèn)為線陣列就是線聲源,隨著學(xué)習(xí)的深入,才知并非如此。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(yáng)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(dāng)?shù)竭_(dá)一定臨界距離之后,它與常規(guī)揚(yáng)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(yáng)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(jìn)行衰減,在臨界距離外按照距離加倍,聲壓級減少6dB進(jìn)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(yuǎn)。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)?ldquo;距離增加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(jìn)行衰減呢?下面一一為您解釋。
關(guān)于聲衰減
點聲源是按照球面波進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(qiáng)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(jìn)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(dāng)r為原來的兩倍,即輻射距離為2r是,柱面的表面積為:S1柱面=2π(2r)h=2S0柱面,如下圖:
即:當(dāng)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(qiáng)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(jié)果可得出一個結(jié)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(shù)要點,特別是在我們的設(shè)計工作中,它是我們進(jìn)行揚(yáng)聲器配置的重要參考計算依據(jù)之一。在平時的工作中,經(jīng)常遇到有同事被線陣列的聲衰減計算所難住,有人按照點聲源的方式進(jìn)行計算,有人按照線聲源的方式進(jìn)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(yīng)該按照線聲源衰減進(jìn)行計算,在臨界距離外,我們應(yīng)該按照點聲源衰減進(jìn)行計算。
結(jié)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(jìn)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(dá)聲比例?小編認(rèn)為優(yōu)先考慮最需解決的問題才是關(guān)鍵!
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