一個怎樣的聲場才適合自己最切實(shí)的聽覺需求？聲場到底是怎樣影響聲音表達(dá)的呢？
在聽力學(xué)的應(yīng)用中，不管是聽力檢測還是助聽評估，都需要在一個特定的環(huán)境中進(jìn)行，才能獲得比較準(zhǔn)確的結(jié)果，這就需要我們在測聽室中建立相對應(yīng)的聲場環(huán)境。也就是說，要得到優(yōu)質(zhì)的聲音體驗(yàn)，一個優(yōu)秀的聲場設(shè)計必不可少。簡單來說，媒質(zhì)中有聲波存在的區(qū)域就是聲場。聲場可以有多種分類（自由場或擴(kuò)散場），而現(xiàn)實(shí)中純粹的自由場或擴(kuò)散場是不存在的，多是不同性質(zhì)的聲場的組合。這就要給大家科普：近場與遠(yuǎn)場、自由場與消音室、混響場與混響室。
1.近場與遠(yuǎn)場
當(dāng)聲源在自由空間輻射時，聲源附近的聲壓和質(zhì)點(diǎn)速度不同相的區(qū)域，稱為近場。聲源最大尺寸的一倍距離或聲源發(fā)出的聲音一個波長以內(nèi)的區(qū)域，均涵蓋在近場內(nèi)。在近場中，由于聲源不同部分輻射的聲波到達(dá)接受點(diǎn)時其振幅和相位都不相同，因此聲波的干涉會比較復(fù)雜，導(dǎo)致在聲源附近出現(xiàn)了許多分布很密集的聲壓極大值和極小值。另外，在近場中聲音循環(huán)傳播，聲壓與距離二者之間沒有特定的關(guān)系。
當(dāng)距離大于2倍聲源的尺寸或大于兩個波長時的位置，稱為遠(yuǎn)場。越遠(yuǎn)離聲源，聲源可近似看作點(diǎn)聲源，波陣面可近似看作平面波，此時距離與聲壓之間有特定的關(guān)系。
明確近場與遠(yuǎn)場的概念十分重要。在實(shí)際測量中，近場會出現(xiàn)聲壓幅值起伏的特征（聲波干涉嚴(yán)重），所以通常測試在遠(yuǎn)場進(jìn)行。遠(yuǎn)場測試的結(jié)果與實(shí)際的效果相同。在測量聲源的聲壓級時，通常的做法是測量跟聲源表面1米處的聲壓級，而1米波長對應(yīng)的聲音頻率為340Hz，也就是說測量1米處的聲壓級，對于大多數(shù)關(guān)鍵的頻率成份來說，已處于遠(yuǎn)場中。
由于聲音是一個場量，除了聲學(xué)測量必須在遠(yuǎn)場進(jìn)行之外，某些聲學(xué)測量必須在特定的聲學(xué)環(huán)境中進(jìn)行，例如自由場與混響場。因此，接下來科普一下常見的自由場與消音室，混響場與混響室。
2.自由場與消音室
自由場是指聲源在均勻、各向同性媒介中傳播時，不計邊界影響的聲場，此時聲場中只有直達(dá)場而沒有反射聲。實(shí)際上，只能做到反射聲盡可能小，和直達(dá)聲相比可以忽略不計。例如，聲源懸浮于室外足夠高的空間上，聲源輻射的聲波可以無阻礙地向四面八方傳播，那么，此時這樣的聲場就可認(rèn)為是自由場。但實(shí)際上，聲源是不可能懸浮于空中的，只能位于有限高度上，而地面認(rèn)為是一個半徑無限大的反射面，那么，把這樣的聲場稱為半自由場，如聲源位于室外空曠場所。在自由場的遠(yuǎn)場中，距離每增加一倍，聲壓級降低6dB，如下圖所示。
當(dāng)測量靠近地面進(jìn)行時，還需考慮聲源與接收器之間的地面影響。例如：聲波沿地面?zhèn)鞑r的聲衰減與地面的性質(zhì)及其覆蓋物有關(guān)，厚草地對聲波的衰減約為20dB/100m。因此，聲壓測量時，測量位置都要求有一定的高度。常規(guī)的高度是1.2米（人坐立時耳朵高度）或1.5米（人站立時耳朵高度）。
因此，為了模擬自由場的聲學(xué)環(huán)境，人們建立了全消聲室。為了使室內(nèi)建立自由聲場，房間六個表面都應(yīng)該鋪設(shè)吸聲系數(shù)特別大的材料，比較常用的是尖劈和復(fù)合材料，要求在使用的頻率范圍內(nèi)的吸聲系數(shù)大于0.99。全消音室地面上也需要鋪設(shè)吸聲材料，因此，在地面的吸聲材料之上應(yīng)該裝設(shè)水平的鋼蠅網(wǎng)，以便放置試件并能在房間內(nèi)起動。
在全消音室，聲音傳播如同在自由場中，幾乎無反射。但通常高頻聲音比低頻更有效，這是因?yàn)橄羰铱捎玫淖畹皖l率取決于房間體積和尖劈長度，如安裝1-2米尖劈的大房間有效的低頻可達(dá)100Hz。對于要求嚴(yán)格避免反射干擾的測量，必須在全消音室內(nèi)進(jìn)行，如測量聲功率、測量聲源的指向性等。通常，全消音室在學(xué)術(shù)研究性質(zhì)的單位偏好使用，因?yàn)榭膳懦匕宸瓷湓斐傻挠绊懀瑢Υ郎y聲源可做較為精確的計算與預(yù)測。
與半自由場相對應(yīng)的消音室是半消音室，即地面作為反射面，不鋪設(shè)吸聲材料，而其他五個面鋪設(shè)吸聲材料。通常用于模擬現(xiàn)實(shí)的情況，如汽車行駛在路面，那么路面就是一個大的反射面，如下圖所示為帶轉(zhuǎn)轂的半消音室。在工程行業(yè)，如機(jī)械、汽車，電子等行業(yè)通常使用半消音室。在半消音室常見的測量有聲功率、TPA和通過噪聲等。
3.混響場與混響室
在講敘混響場之前，先讓我們明白一下擴(kuò)散場的概念。直達(dá)聲與混響聲相等的距離稱為擴(kuò)散距離，也稱為混響半徑。距離大于擴(kuò)散距離的聲場稱為擴(kuò)散場，通常聲音在室內(nèi)傳播時才具有這種特性。擴(kuò)散場內(nèi)，空間各點(diǎn)的聲強(qiáng)強(qiáng)度幾乎相等，從每個方向到達(dá)某一點(diǎn)聲能流的概率相同，并且各個方向到達(dá)的聲波相位是無規(guī)則的。如果想避免直達(dá)聲的影響，那么測量的傳聲器與聲源的距離應(yīng)該大于擴(kuò)散場距離。
混響場有兩種含義：一種是指擴(kuò)散場；另一種是指聲源在室內(nèi)穩(wěn)定地輻射聲波時，室內(nèi)聲場中離聲源某個距離外混響聲比較均勻的區(qū)域。具有擴(kuò)散場的實(shí)驗(yàn)室就是混響室，它的吸聲很小，混響時間很長，室內(nèi)聲波經(jīng)過多次反射形成聲能分布均勻的房間。在混響場中，不同位置的聲壓級幾乎是恒定的。
混響室由堅硬的墻、天花板和地板構(gòu)成，這些表面具有強(qiáng)反射性，并且墻面不平行，常采用不規(guī)則形狀房間或邊長成調(diào)和級數(shù)比的矩形房間，如圖所示。混響室的混響時間的上限在高頻取決于空氣的聲吸收，在低頻取決于壁面的聲吸收。通常，在混響室內(nèi)低頻段時，對寬帶噪聲的頻響表現(xiàn)出來一些峰值為房間的聲模態(tài)；在高頻段，各個模態(tài)開始疊加，聲模態(tài)反而不明顯了。為了保證房間在低頻更均衡，經(jīng)常使用低頻吸聲單元和旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散器，如下圖中天花板上吊掛的裝置。
在混響室可以測量聲功率、材料的吸聲系數(shù)、聲音的傳遞損失等。一間混響室作為聲源室，一間消音室作為接收室，即可用來測量墻壁、門窗或汽車前圍板等結(jié)構(gòu)的隔聲特性。
|
