1. 圓盤(pan)波源縱波聲場

 在不考慮介質(zhi)中衰(shuai)減的情(qing)況(kuang)下，圓盤波(bo)源在理想液體介質(zhi)中振動(dong)輻(fu)射聲波(bo)，其中某一點(dian)(dian)波(bo)源d,在波(bo)源軸線上Q點(dian)(dian)所引起的聲壓為（圖2.13)

基于波的(de)疊(die)(die)加原(yuan)理，整個圓盤波源上各點(dian)在Q點(dian)引(yin)起的(de)聲(sheng)(sheng)壓疊(die)(die)加，就(jiu)是Q點(dian)處的(de)聲(sheng)(sheng)壓，由此可得到軸(zhou)線(xian)上任一點(dian)的(de)聲(sheng)(sheng)壓幅值(zhi)為

波源軸線上的聲(sheng)壓隨距離變化(hua)的情況如圖2.14所(suo)示(shi)。

 由于波的(de)干涉，在(zai)波源(yuan)附(fu)近(jin)區(qu)(qu)域(yu)(yu)會(hui)出現(xian)一系列(lie)聲(sheng)(sheng)壓(ya)極(ji)大(da)極(ji)小(xiao)值，這片區(qu)(qu)域(yu)(yu)稱為近(jin)場(chang)區(qu)(qu)，也稱菲涅(nie)爾區(qu)(qu)（Fresnel).在(zai)近(jin)場(chang)區(qu)(qu)由于波源(yuan)上各(ge)點(dian)(dian)到軸(zhou)線(xian)上某一點(dian)(dian)的(de)距離不同，存在(zai)波程(cheng)差，互相(xiang)疊加時存在(zai)相(xiang)位差，出現(xian)互相(xiang)干涉，進(jin)而出現(xian)聲(sheng)(sheng)壓(ya)極(ji)大(da)極(ji)小(xiao)值點(dian)(dian)。

波(bo)源到波(bo)源軸線(xian)上最(zui)后一(yi)個聲壓極大(da)值間的距離稱為近場區(qu)長(chang)度(du)，常用N表(biao)示。由軸線(xian)上任一(yi)點的聲壓幅值公式進一(yi)步(bu)化(hua)簡可得極大(da)值出(chu)現(xian)的位置為

在近場區檢(jian)測(ce)容易引起誤判(pan)，甚至漏檢(jian)，因此(ci)探傷過(guo)程中盡可能(neng)避(bi)免在近場區檢(jian)測(ce)。

波源軸線(xian)上(shang)(shang)一點到(dao)波源距離(li)(li)大(da)于N的(de)區(qu)(qu)域(yu)稱(cheng)為遠場區(qu)(qu)，又稱(cheng)弗(fu)朗合費區(qu)(qu)（Fraunhofer)。遠場區(qu)(qu)軸線(xian)上(shang)(shang)的(de)聲(sheng)壓(ya)隨距離(li)(li)增加而單調(diao)遞(di)減。當x大(da)于3N時(shi)，聲(sheng)壓(ya)、距離(li)(li)兩者(zhe)成反比，近似球面波，此時(shi)聲(sheng)壓(ya)為

這時波源各點到(dao)軸線(xian)上一點的波程差(cha)很(hen)小(xiao)，引起的相(xiang)位(wei)差(cha)也(ye)很(hen)小(xiao)，干涉非常(chang)小(xiao)，因此(ci)在遠(yuan)場區軸線(xian)上看不到(dao)聲壓的極大(da)極小(xiao)值接連出現(xian)的現(xian)象。

點波源d_s在到波源足夠遠的任一點M(r,θ)引起的聲壓為

圖2.15中點M(r,θ)與波源軸線上同距離(li)處(chu)聲壓P(r,0)之比(bi)，稱(cheng)為指向性(xing)系數，常用D.表示(shi)：

 從圓盤聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)(yuan)(yuan)出發，聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)(yuan)(yuan)所輻射(she)的能量集中在(zai)一定區域內，以束狀傳播，稱為聲(sheng)(sheng)(sheng)束的指向(xiang)性。用(yong)(yong)聲(sheng)(sheng)(sheng)束邊緣線與軸線之間的夾角來評價(jia)聲(sheng)(sheng)(sheng)束指向(xiang)性好壞，這個夾角稱為半擴(kuo)散角，常(chang)用(yong)(yong)θ表(biao)示。圓盤聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)(yuan)(yuan)聲(sheng)(sheng)(sheng)束如圖2.16所示。

由圖2.17可知：

a. 在聲源軸線上(shang)(shang)(shang)某一點(dian)到聲源的(de)距(ju)離(li)足(zu)夠遠(yuan)時，這(zhe)一點(dian)所在橫(heng)截面上(shang)(shang)(shang)各點(dian)的(de)聲壓是(shi)不同的(de)，且以軸線上(shang)(shang)(shang)聲壓最高。當缺陷與波(bo)束軸線垂直(zhi)時，儀器上(shang)(shang)(shang)顯示回波(bo)最高就是(shi)由于(yu)這(zhe)個原因。

b. 在聲(sheng)(sheng)束(shu)縱波聲(sheng)(sheng)場中存在一些聲(sheng)(sheng)壓為0的圓錐面。由y=kR，sinθ=3.83 可得(de)

此的θ₀ 稱為第一半擴散角，也稱第一零值發散角，對應的還有y=7.02,10.17,···時稱為第二、第三、···零值發散角。

c. 當y>3.83時，｜D_c |<0.15.說明聲波能量主要集中于第一半擴散角以內，因此通常認為2θ₀ 以內的波束稱為主波束，當缺陷位于主波束范圍內時，才容易發現。

d. 超聲波波源(yuan)輻射的(de)超聲波是以聲束的(de)形式向外擴散出去的(de)，但實際上并非開(kai)始于波源(yuan)處(chu)，而是在波源(yuan)附近存(cun)在的(de)一個未擴散區b,其理想形狀如圖(tu)2.18所(suo)示。

距離波(bo)源大于b的(de)區域成為擴散(san)區，波(bo)束在(zai)擴散(san)區中(zhong)會逐漸衰減。

2. 矩形波源縱波聲場(chang)

矩形波源(yuan)振動時在理(li)想液體介(jie)質(zhi)中(zhong)的縱(zong)波聲(sheng)場(chang)與圓(yuan)(yuan)盤波源(yuan)一樣有近場(chang)區和未(wei)擴(kuo)散角等。但是在近場(chang)區內聲(sheng)壓分布比圓(yuan)(yuan)盤聲(sheng)源(yuan)更為繁雜(za)，計算困難(nan)，其遠場(chang)區聲(sheng)源(yuan)軸線上任一點Q(r,0,φ)處(chu)的聲(sheng)壓可以通過液體介(jie)質(zhi)中(zhong)的聲(sheng)場(chang)理(li)論推(tui)導出來，如(ru)下：

所以矩形波(bo)源發出的(de)(de)縱(zong)波(bo)聲(sheng)場與(yu)圓盤聲(sheng)源不同，具有兩(liang)個(ge)不同的(de)(de)半擴散角，聲(sheng)場為矩形。