关于声场与声级的小知识

瑶瑶qiekenao

       1 声场的定义
　　声波在空气中传播时，弹性粒子并不随声波一起向前运动，只是在该粒子原始的平衡位置上下波动，对于特定粒子，其运动方程仅是时间的函数，因此，运动形式是随时间变化的。但是粒子的振动会引起周围其他粒子的振动，考虑不同的粒子振动时，它也是位置的函数，是一个场量。

　　2 声波的叠加
　　当空间上存在两个或两个以上的声源时，这时每个声源发出的声波在空间进行传播不会因为其他声波的存在而改变其传播规律。但是在空间某位置上的波动是各个声波在该点激发起来的振动的叠加，因此，这种现象称为声波的叠加。

　　声波在叠加时，如果频率完全相同，相位也相同，那么得到的声压为两个声压的代数和。如果频率不同，则叠加后的声压为两个声波有效声压的均方根值，如果有多个声波分量，则叠加后的声压为各个声波分量有效声压的均方根值。

　　3 近场与远场
　　当声源在自由空间辐射时，声源附近的声压和质点速度不同相的区域，称为近场。声源最大尺寸的一倍距离或声源发出的声音一个波长以内的区域，均涵盖在近场内。在近场中，由于声源不同部分辐射的声波到达接受点时其振幅和相位都不相同，因此声波的干涉会比较复杂，导致在声源附近出现了许多分布很密集的声压极大值和极小值。另外，在近场中声音循环传播，声压与距离二者之间没有特定的关系。

　　当距离大于2倍声源的尺寸或大于两个波长时的位置，称为远场。越远离声源，声源可近似看作点声源，波阵面可近似看作平面波，此时距离与声压之间有特定的关系。

　　明确近场与远场的概念十分重要，在实际测量中近场会出现声压幅值起伏的特征(声波干涉严重)，所以，通常测试在远场进行。远场测试的结果与实际的效果相同。在测量声源的声压级时，通常的做法是测量距声源表面1米处的声压级，而1米波长对应的声音频率为340Hz，也就是说测量1米处的声压级，对于大多数关键的频率成份来说，已处于远场中。

　　4 自由场与扩散场
　　自由场是指声源在均匀、各向同性媒介中传播时，不计边界影响的声场，此时声场中只有直达场而没有反射声。实际上，只能做到反射声尽可能小，和直达声相比可以忽略不计。例如，声源悬浮于室外足够高的空间上，声源辐射的声波可以无阻碍地向四面八方传播，那么，此时，这样的声场就可认为是自由场。但实际上，声源是不可能悬浮于空中的，只能位于有限高度上，而地面认为是一个半径无限大的反射面，那么，把这样的声场称为半自由场，如声源位于室外空旷场所。在自由场的远场中，距离每增加一倍，声压级降低6dB。

　　与半自由场相对应的消音室是半消音室，即地面作为反射面，不铺设吸声材料，而其他五个面铺设吸声材料。通常用于模拟现实的情况，如汽车行驶在路面，那么路面就是一个大的反射面。在半消音室常见的测量有声功率、TPA和通过噪声等。

　　直达声与混响声相等的距离称为扩散距离，也称为混响半径，距离大于扩散距离的声场称为扩散场，通常声音在室内传播时才具有这种特性。扩散场内，空间各点的声强强度几乎相等，从每个方向到达某一点声能流的概率相同，并且各个方向到达的声波相位是无规则的。

　　混响场有两种含义：一种是指扩散场;另一种是指声源在室内稳定地辐射声波时，室内声场中离声源某个距离外混响声比较均匀的区域。具有扩散场的实验室就是混响室，它的吸声很小，混响时间很长，室内声波经过多次反射形成声能分布均匀的房间。在混响场中，不同位置的声压级几乎是恒定的。

　　在混响室可以测量声功率、材料的吸声系数、声音的传递损失等。一间混响室作为声源室，一间消音室作为接收室，即可用来测量墙壁、门窗或汽车前围板等结构的隔声特性。

　　5 声级
　　如上所述，波动的声压是叠加在大气压之上的，但相比较于大气静压强，声压的幅值波动非常小。且人耳可听的声压幅值波动为0.00002Pa—20Pa，相差一百万倍，显然，用声压来表示声音的强弱时很不方便。同时，人耳对声音的感觉不是与声压的绝对值成线性关系，而是与其对数近似成正比。这样就引进了以dB形式定义的“声级”概念。

　　常用的声级包括声压级、声功率级、声强级。其中基准声压为20μPa，基准声强为10-12W/m2，基准声功率为10-12W。

　　因为声级是在对数尺度下对声音进行描述，所以无法直接相加。以声压级为例，声压级的合成运算不是简单的加减运算，声压级不能直接相加，必须以能量形式相加计算。例如，若任意两个相同的声压级叠加，合成后的声压级比之前大3dB，而非变为原来的两倍。

　　国际规范中关于背景噪声的修正原则为：当背景噪音与声源的声压级差值小于6dB时，测量无效;当二者差值位于6~15dB之间时需要修正，修正按相关公式修正;当二者差值大于15dB时，可忽略背景噪声对测量结果的影响。