点声源与线声源

luyin99

点声源与线声源：
了解过线阵列扬声器系统的朋友都知道，线阵列扬声器系统与常规扬声器系统（为区别于线阵列扬声器系统的非标准名称）不同的是：常规扬声器系统所辐射的声波波阵面图形类似球状波，近似于点声源。而线阵列扬声器系统所辐射的声波波阵面图形类似柱状波，近似于线声源，但前提条件是在临界距离之内，在临界距离之外则与常规扬声器系统一样，开始由柱状波渐变过渡为球状波，因此如果组阵是直线形并且各换能器的驱动信号是相等的，则响应是距离的函数，线阵列扬声器系统在临界距离内符合距离加倍，声压级衰减3dB，在临界距离外符合距离加倍，声压级衰减6dB的声压级衰减规律，这个声压级衰减量从3dB过渡到6dB的距离称为临界距离，临界距离与重放的频率和线阵列的长度有关，在满足标准线阵列条件的前提下，临界距离与重放的频率和线阵的长度平方成正比。低频信号发散距离较短，高频信号发散距离较长，有利于高频的传播。线阵列长度越长，柱面波发散成为球面波的距离越远。因此在实际应用中，为取得有效的中低频传播距离，应使用较长的线阵列。
任何一个有限大小的声源在自由空间的辐射，其波阵面总是要发散的，柱面波最终会发散成为球面波，即由距离增加1倍声压级减小3dB变为距离增加1倍声压级减小6dB。

基础回顾：
柱面体的表面积计算公式如下：
A圆柱=2πrh
当r延伸为原来的2倍时，则表面积变化为：A圆柱=<2π(2r)h>/(2πrh)=2  即：当r延伸为原来的2倍时，圆柱表面积变化为原来的2倍。声强变化为原来的1/2，计算10Lg（1/2）=-3 dB，即声压级衰减3 dB
球面体的表面积计算公式如下：
A球面=4πr²
当r延伸为原来的2倍时，则表面积变化为：A球面=<4π(2r) ²>/(4πr²)=4  即：当r延伸为原来的2倍时，球面表面积变化为原来的4倍。声强变化为原来的1/4，计算10Lg（1/4）=-6 dB，即声压级衰减6 dB

以下为图解：



图1     柱面波与球面波的几何分析

图2  三种声辐射波阵面的几何模型
线性阵列简述：
    “线性阵列系统”——线性阵列的基本原理源于“线性声源”理论，即：只有符合“线性声源理论”，满足其构成条件的音箱阵列系统，才叫“线性阵列系统”。    线声源阵列的理论早在1957年美国声学工程师Hany F.Olson就已在发表的论文《声学工程》中有所描述。Olson等人在声学研究中发现垂直阵列中声音辐射体在垂直平面内有指向性增强的作用。

图3  1只单元与2只单元覆盖模式图
    1992年3月，Marcel Urban教授和Christian Heil博士在维也纳92届AES会议上展示了线阵列研究成果，说明了如何把点声源产生的球面波校正到同相相加的圆柱面波，说明了线声源阵列的指向特性与声源模块之间的距离、线声源的长度和工作波长之间的关系。
        
图4  波源间距与干涉图样
经典的线声源的数学分析是：假定声源是由无限多个、间距极小（声源的间距与工作频率的波长相比很小，即间距小于工作频率的半个波长），并且连续同相位、等声强振动单元按无限长度的一条直线排列组成，其声学波阵面为近似柱面波。                             

图5  线声源的雏形模型
构成线声源阵列的必要条件：  
1、声源之间的间隔距离d小于工作频率范围内最高频率波长λ的一半，即d≤λmin/2；  
2、线声源阵列的长度L应大于工作频率范围内最低频率波长λ的一半，即L≥λmax/2；  
3、线声源阵列中各频段的扬声器单元必须排在一条直线上，即声柱状态，并且声源开口面积之和至少等于阵列面板面积的80%以上。

赠送小菜一碟：
    点声源、线声源、面声源，这是三种不同的声源辐射状态，孰优孰劣？提出这样的疑问，貌似要掀起一场声源之战，笔者的观点是，没有完美的声源，最佳的答案取决于你要解决的棘手问题是什么？简单的讲，点声源为实现最好的声音还原奠定了最佳的基础，线声源和面声源为实现最好的指向控制奠定了最佳的基础，各自拥有独特的优势。其目的都是在设法改善声音的品质，这个“品质”是从广义的角度而言。例如：线声源和面声源是通过控制指向达到增加直达声的比例，进而提升声音清晰度，这个清晰度是相对于被反射声干扰的声音而言。
    站在应用的角度，笔者向来主张因地制宜，换句话说，应该把最棘手的问题优先考虑解决，适合的就是最好的。

mystifier

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mixing

收藏了啊，谢谢楼主的发布啊！