有线声源及点声源的分析理解

若山

有线声源及点声源的分析理解

我们都知道，声音是由客观物体振动，通过介质传播，并作用于听觉系统而产生的主观感觉。“声”由声源发出，“音”在传播介质中向外传播。此文主要就声音产生的必要条件之一——“声源”谈谈自己的理解。


声源的类型

声源的类型按照其几何形状分为：点声源、线声源及面声源，不同的声源声波辐射方式不同。


当声源的尺寸相对于声波的波长或传播距离而言比较小，且声源的指向性不强时，可近似看为点声源，如一个人讲话、拍掌，它是以球面波的方式向外辐射。平时我们经常听到的火车开过的噪音、公路上大量机动车辆行驶的噪音等，可将其看做由许多点声源组成的线状声源，这些线声源以近似柱面波形式向外辐射噪声。而平面声源是以平面波向外辐射，在平面上辐射声能的作用处处相等，如下图所示，无论听者站在音箱墙前的任何位置听到的都是同等的声压，目前，这一类的声源应用相对较少。


在我们的专业扩声系统中，最具代表性的即线阵列扬声器系统和常规扬声器系统（纯点声源扬声器系统的非标准名称）。在初入行业之时，小编一直认为线阵列就是线声源，随着学习的深入，才知并非如此。我们一起回顾并理解上一段所讲的内容便可知，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，但当到达一定临界距离之后，它与常规扬声器系统一样，开始由柱状波渐变过渡为球状波向外辐射。线阵列扬声器系统在临界距离内按照距离加倍，声压级减少3dB进行衰减；在临界距离外按照距离加倍，声压级减少6dB进行衰减。这个声压级衰减量从3dB过渡到6dB的距离即称为临界距离，线阵列长度越长，柱面波发散成为球面波的距离就越远。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”，因此，线阵列并非就完全是线声源。那为什么是按照3dB、6dB这个量来进行衰减呢？下面一一为您解释。



关于声衰减

点声源是按照球面波进行辐射的，根据辐射的球面波的表面积即可计算出声压的变化。球面的表面积计算公式：S0球面=4πr2（r 为球面的半径，也即辐射的距离），当r 为原来的两倍，即辐射距离为2r 时，球面的表面积为：S1球面=4π(2r)2=4S0球面，如下图：



即：当辐射的距离变为原来的2倍时，球面表面积变为原来的4倍，声强则变为原来的1/4。换算成分贝，即为10lg1/4=-6dB，也就是我们常说的点声源辐射距离增加一倍，声压级衰减6dB。



而线声源是按照柱面波进行辐射，根据辐射的柱面波的表面积即可计算出声压的变化。柱面的表面积计算公式：S0柱面=2πrh（r 为球面的半径，也即辐射的距离），当r 为原来的两倍，即辐射距离为2r时，柱面的表面积为：S1柱面=2π(2r)h=2S0柱面，如下图：


即：当辐射的距离变为原来的2倍时，柱面表面积变为原来的2倍，声强则变为原来的1/2。换算成分贝，即为10lg1/2=-3dB。即线声源辐射距离增加一倍，声压级衰减3dB。



根据以上计算结果可得出一个结论：线声源由于距离产生的声衰减明显比点声源小，同样声功率条件下，线声源的传输距离大一倍；同样传输距离条件下，功率消耗少一倍！



声衰减是音响行业从业者们必须掌握的一个技术要点，特别是在我们的设计工作中，它是我们进行扬声器配置的重要参考计算依据之一。在平时的工作中，经常遇到有同事被线阵列的声衰减计算所难住，有人按照点声源的方式进行计算，有人按照线声源的方式进行计算，而我们常用的有限长度的线阵列并非真正的线声源，在其临界距离内，我们应该按照线声源衰减进行计算，在临界距离外，我们应该按照点声源衰减进行计算。



结论

无论是点声源、线声源，抑或是面声源，都是为了实现电声还原。在进行选择时，更主要的是明确我们所需要解决的问题，是为了得到最好的声音还原？还是更好的指向性控制及直达声比例？小编认为优先考虑最需解决的问题才是关键！