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聲場
鎖定
- 中文名
- 聲場
- 外文名
- sound field
- 媒 質
- 可以是氣體、液體和固體
- 分 類
- 自由聲場封閉空間中的聲場
聲場主要分類
理想的自由聲場很難獲得,人們只能獲得滿足一定測量誤差要求的近似的自由聲場。例如地面反射聲和噪聲可忽略的高空,當氣象條件適宜時,便可以認為是自由聲場。實際上風、雲、空氣密度變化等都會影響聲波的傳播。又如在經過專門設計的房間中,在一定的頻率範圍內,房間的邊界能有效地吸收所有入射的聲波,這樣的房間內的聲音主要是直達聲,也可認為是自由聲場。這樣的房間稱消聲室。
近場和遠場:自由聲場中聲源附近聲壓與質點速度不同相的聲場稱為近場。近場區域內聲壓隨距離變化的關係比較複雜。距離甚大於聲源輻射面線度和波長,聲壓與質點速度同相的聲場稱為遠場。在遠場區,聲源直接輻射的聲壓與離聲源的距離成反比。一般所説的聲場都是指遠場;噪聲測試也多在遠場條件下進行。
封閉空間中的聲場
聲源在被聲阻抗率不同的界面所包圍的空間中輻射的聲場稱封閉空間中的聲場。例如機器在車間或實驗室中發出噪聲,當門、窗或其他開口的面積遠小於整個邊界的面積,則室內的聲場就可以近似地看作是封閉空間中的聲場。聲源在封閉空間中輻射聲波時,傳播到各界面上的聲波,一部分被界面吸收,一部分被反射。在一般房間中,要經過多次反射後,聲波的強度才減弱到可以被忽略的程度。
聲場聲場特性
直達聲和混響聲
聲源在封閉空間中連續穩定地輻射聲波時,空間各點的聲能是來自各方向的聲波疊加的結果。其中未經反射、直接傳播到某點的聲波稱為直達聲;一次和多次反射聲的疊加稱為混響聲。直達聲的強度與離聲源中心的距離平方成反比。如果頻率較高(波長與空間尺寸相比很小),混響聲的強度可近似地認為各處相等。混響聲能的大小,除與聲源輻射功率有關外,還與空間大小和諸界面的平均吸聲係數有關。
室內聲壓穩態值
聲源以聲功率(W)在封閉空間中穩定地輻射聲波時,一方面聲波在媒質中傳播時,聲能不斷衰減,聲波遇到界面時又有一部分能量被吸收;另一方面聲源又不斷地補充聲能。聲源開始發聲後經過很短一段時間,聲能就達到動態平衡狀態,這時空間內各點聲壓達到一穩態值。
把室內的直達聲和混響聲都計算在內時,在離聲源中心距離為r的某點,聲壓平方的平均值p婄,ρ0是空氣的密度;c是空氣中的聲速;Qθ是聲源在θ方向輻射的指向性因數,即該點的聲強與聲功率相等的無指向性聲源在相同距離上的聲強之比;R=S峞/(1-峞)稱為房間常數;S是室內總表面積;峞是室內諸表面的平均吸聲係數。
聲波在互相平行的一對剛性界面之間傳播時,如果距離為半波長的整數倍,就會產生共振。相應的頻率稱簡正頻率(或固有頻率、共振頻率),相應的駐波傳播方式稱簡正振動方式,或簡正方式。三維空間有一系列的各種類型的簡正方式。關於簡正頻率的計算式見室內聲學。
當封閉空間內被激發起足夠多的簡正方式時,由於不同方式有各自特定的傳播方向,因而使達到某點的聲波包括了各種可能的入射方向。在這種情況下,除了在擴散場距離內的自由聲場區和離界面1/4波長範圍內的固定干涉區以外,空間內各點的聲能密度相等;從各個方向到達某點的聲強相等;到達某點的各波束之間的相位是無規的。具備這樣特性的聲場稱為擴散聲場。
理想的擴散聲場是難以獲得的。特別在低頻段,被激發起的簡正方式較少,到達某點的聲波入射方向不夠多,各點聲能密度的起伏也比較大。此外,當界面有大塊面積的表面聲阻抗率相差很大的材料時,也會使空間內的聲場不均勻。這種情況稱為聲場不擴散或擴散不良。為了獲得較好的聲場擴散條件,特別對於混響室或專門測試噪聲的實驗室,在設計時應考慮採取以下措施:①使實驗室有足夠大的體積;②使實驗室有良好的佈局;③在室內增加適當的固定或活動的擴散體。
聲場衰變