声波在室外传播时的发散与吸收

正 因为满足远场条件的声场是球面声场 ，声源从这 里开始 辐射的声波均为球
，Ｈ
ｚ Ｊ 卜 ㈩
面 波 ，因此 ，可以根据在这种条件下测得的数据 ，估算 出某距 离处 的声压级的大 ／ Ｊ 、 ，在室外扩声中 ，球面波的衰减损失是很大的。例如 ，某扬声器在１ ｍ处的最大
式 （ ３ ） 中 ，ｒ 为 离 开 声 源 的 声压级为 １ ３ ２ ｄ Ｂ（ 即满功率输出是在１ ｍ处的声压级 ），在２ ｍ处为１ ２ ６ ｄ Ｂ，４ ｍ处降
尼 ｚｌ ｚ
＝
离开 声源的距离 。
当 频率 比较低 的 时 候 ，远 场条 件 主要 取 决 于ｒ ＞ ｄ 的 条
一
２
＾
（ 、 ２ 厶 ） ／
件 ，当频 率较高时 ，主要取决于 ｒ
＾
，但这时扬声器的
高频辐 射面 积一 般较Ｊ Ｊ 、 。平面 活塞 辐射 的近 场 区域 起伏 很 大 ，随着 距离的增加 ，极大与极小 的位 置相隔愈来愈宽 ，当
４ ／—～＼ຫໍສະໝຸດ ０ ｌ ／ 一 ．
一
一 。 。 舞，
器 扬 硅 § （ （ ｜ ｝ 。
２ ７
２ ０ １ ３ 年第七期 总第８ ５ 期 月刊
Ｎ ｏ ．７ ， ２ ０ １ ３ ｍｏ ｎ ｔ ｈ ｌ ｙ Ｎ ｏ ．８ ５
扬声器 系统 已不 满足线 性阵列 的要求 指定 频带 的声压输 出规 定应换算 成输 八功 率为 １ Ｗ ，且在参 考轴距 离声 源参考 （ 即两 相邻扬 声器之 间的距离应 小于 点 ｉ ｍ 处 的值 ，也就是厂家给 出的声源的灵敏度 （ 级 ） ，只要知道 某型号扬声器 半波长 ） ，这 时应考虑 声源成为 点源 的灵敏 度级 阵的情况。
，就可以用下式估算出在自由空间坝 的声压 级 ：
（ ４ ）
计 算 线 阵 扬 声 器 系 统 远 场 条
件 ，还有 一个公 式是Ｍａ ｒ ｃ ｅ ｌ Ｕｒ ｂ ａ ｎ 在
Ｗａ ｖ ｅ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ Ｓ ｃ ｕ ｌ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （《 Ｊ ．
例 如 ：已知某扬声器 系统 的灵敏度级Ｌ ｍ ． ． ＝ １ ０ ８ ｄ Ｂ，功 率容 量为 １ ５ ０ Ｗ ，求 自由场中 １ ０ ０ ｍ 处的声压级 ？Ｌ ， ＝ １ ０ ８ ＋ １ ０ １ ｇ １ ５ ０ — ２ ０ １ ｇ １ ０ ０ ＝ ８ ９ ． ８ ｄ Ｂ
面波 ，声压 随距 离的发散 损失只有 球面波 的一 半 ，它何 时
， ＞
ｒ
＾
（ １ ）
发散 成为 球面波取 决于远 场条件 。柱面波 发散成 为球面 波
是一个逐步衰减的过程 ，如 图４所示。远场条件 的计 算公 式
式 （ １ ）中 ，
场声 器的直径 ， 为 声波的 波长 ，ｒ 为 如 下 ：
ｒ
（ 。 为 声 源 的 半 径 ） 出现 最 后 一 个 极 大 ，然 后
图２ 线声源的声发散
和声 波的 波长 。线阵 列越 长 ，发 散成 球面 波所需 距 离 越 大 ；频率越 高 ，声波 的波长越 短 ，则发散成 球面波 的距离 越远 。所 以 ，选 用线性 阵列扬 声器系 统有利于 高频声 波的
，
式 （ ２ ）中 ，ｒ ： 为离 开声 源 的距 离 ，单位 为ｍ； 为 常
数 ，取决于误差要求 ，柱面波 与球 面波的偏差为 士１ ． ０ ｄ Ｂ时 ｋ － ＝ ０ ． １ ６ ；， 为线 阵列的长度 ，单位 为ｍ； 为声波 波长 ，单 位为 ｍ 。 线性 阵列 扬声器 系统的远 场条件 取决于线 阵列 的长度
条件 ，这 日 寸 引起的误差为 ０ ． ２ ２ ｄ Ｂ ，距 离越远则越接 近理想
声器或扬声器系 统 ，常借助于无限大 障板 上平面活塞的辐射 的球 面波。 来确定它的远场条件 。标准中规定 远场 条件 为 ：
ｄ
， 一
于 线 性 阵 列 扬 声器 系 统 ，在 近 场 区 辐 射 的 声 波 为 柱
距 离 ，单 位为 ｍ； 厂为 频率 ，单 位 为 ＿ 为１ ２ ０ ｄ Ｂ ，在 １ ０ ｍ 处降为１ １ ２ ｄ Ｂ， 在１ ０ ０ ｍ 处只有９ ２ ｄ Ｂ 。
音响技术 圈
Ｒ Ｉ Ｉ ｄ ｉ ｏ ｆ ｅ ｃ ｎ ｎ ｏ １ ０ ｇ Ｕ
阵 面而言 ，离开声源 的距离 增加 １ 倍 ，声压 级下 降３ ｄ Ｂ，如 单调 下 降 ，常把 作为 活塞 声源 的远 场 与近 场的 临界 距 图２ 所示 ，同样与 频率 无关 。显 然 ，线 阵列 声源 在近场 区的 发散衰减优于球面波 的衰减 。 离 ，￣ ０ ￣３ ＮＮ 。从 ， ａ ２ 以后
，
声 源发散逐 渐成为球 面
波 。假如把 ＝ 作为远场条件 ，这 时的声波与理想的球
２ 远场 条仆
对 于任 何一个声源在空气 中辐 射的声波 ，随着离开声 源
的距离增加都要 发散 ，最终成为球 面波 。刘于一般的 电动扬
面波相 比 ，引起 的误差为 ３ ． ９ ｄ Ｂ。常选择 ， ＿ ｄ ２作 为远场
传 播 。远 场条件 与频率有 关 ，高频声 波在近场 区的发散 衰
减 比低频 声波小 。当然 ，随着频 率的提 高 ，很 多线性 阵列
图４ 线 阵列扬 声器 的近场 向远 场的过 渡
／ ｜ ｉ ．
图３ 平面活塞声源的辐射特性
／
声压Ｐ
Ｉ
Ｉ ． Ｏ
＿
线 阵 列
Ｌ
＝
ｒ
Ｌ Ｉ ｌ ＋ １ ０ １ ｇ Ｗ一 ２ ０ ｌ ｇ ｒ
式 （ ４ ）中 ，嘲 声源的额 定电功率 ，单 位为ｗ；ｒ 为 离开声源 的距离 ，单位
为ｍ。
Ａｕ ｄ ｉ ｏ ． Ｅ ｎ ｇ ． Ｓ ｏ ｃ ） ）２ ０ ０ ３ 年第 １ ０ 期 ）一文 中提到 ，公式如下 ：