1. 圓(yuan)盤波源縱(zong)波聲場

 在不考慮介質中衰減的情況下，圓盤波源(yuan)(yuan)在理想液(ye)體介質中振動輻(fu)射(she)聲(sheng)波，其中某一(yi)點(dian)波源(yuan)(yuan)d,在波源(yuan)(yuan)軸線(xian)上Q點(dian)所引(yin)起的聲(sheng)壓為（圖(tu)2.13)

基于波的(de)疊加原(yuan)理，整個圓盤波源上各(ge)點(dian)(dian)(dian)在Q點(dian)(dian)(dian)引(yin)起的(de)聲(sheng)(sheng)壓疊加，就(jiu)是Q點(dian)(dian)(dian)處的(de)聲(sheng)(sheng)壓，由(you)此可得到軸線上任一點(dian)(dian)(dian)的(de)聲(sheng)(sheng)壓幅值為

波(bo)源軸線上的(de)(de)聲(sheng)壓隨(sui)距(ju)離變化的(de)(de)情況如圖2.14所(suo)示。

 由于波(bo)(bo)的(de)干涉(she)，在(zai)波(bo)(bo)源(yuan)附近區(qu)域會出(chu)現一系(xi)列聲壓(ya)極大(da)極小(xiao)值(zhi)，這片(pian)區(qu)域稱(cheng)為近場區(qu)，也稱(cheng)菲涅爾區(qu)（Fresnel).在(zai)近場區(qu)由于波(bo)(bo)源(yuan)上各點(dian)(dian)到軸線上某一點(dian)(dian)的(de)距離(li)不同(tong)，存(cun)在(zai)波(bo)(bo)程(cheng)差，互(hu)相疊加時存(cun)在(zai)相位差，出(chu)現互(hu)相干涉(she)，進而出(chu)現聲壓(ya)極大(da)極小(xiao)值(zhi)點(dian)(dian)。

波(bo)源到波(bo)源軸線(xian)上最后一個聲壓極大(da)值(zhi)間的距離稱為近場區長度(du)，常(chang)用N表示。由軸線(xian)上任一點的聲壓幅值(zhi)公式進一步化簡(jian)可得極大(da)值(zhi)出現的位(wei)置為

在(zai)近場(chang)區檢測容易(yi)引起(qi)誤判，甚至漏檢，因(yin)此探傷(shang)過程中盡可能(neng)避(bi)免在(zai)近場(chang)區檢測。

波(bo)源(yuan)軸(zhou)(zhou)線上(shang)一點到波(bo)源(yuan)距(ju)離大于N的(de)區(qu)域稱(cheng)為遠(yuan)場區(qu)，又(you)稱(cheng)弗(fu)朗合費區(qu)（Fraunhofer)。遠(yuan)場區(qu)軸(zhou)(zhou)線上(shang)的(de)聲壓隨距(ju)離增加而單調遞減(jian)。當x大于3N時(shi)，聲壓、距(ju)離兩者(zhe)成反比(bi)，近似球面波(bo)，此時(shi)聲壓為

這時(shi)波源各點(dian)(dian)到(dao)軸(zhou)線上一點(dian)(dian)的(de)波程差很小(xiao)(xiao)，引起(qi)的(de)相位(wei)差也很小(xiao)(xiao)，干涉非常(chang)小(xiao)(xiao)，因此在遠場區軸(zhou)線上看不到(dao)聲壓的(de)極大極小(xiao)(xiao)值(zhi)接連出現(xian)的(de)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(yuan)軸線上同距離處聲壓(ya)P(r,0)之比，稱為指向性系(xi)數(shu)，常用D.表(biao)示：

 從(cong)圓(yuan)盤(pan)(pan)聲(sheng)源出發(fa)，聲(sheng)源所輻(fu)射(she)的(de)(de)能量集中在一定區域(yu)內，以束(shu)(shu)狀傳播(bo)，稱為(wei)(wei)聲(sheng)束(shu)(shu)的(de)(de)指(zhi)(zhi)向性。用聲(sheng)束(shu)(shu)邊緣線與軸(zhou)線之間的(de)(de)夾(jia)角(jiao)來評價聲(sheng)束(shu)(shu)指(zhi)(zhi)向性好壞(huai)，這個(ge)夾(jia)角(jiao)稱為(wei)(wei)半(ban)擴散角(jiao)，常用θ表(biao)示(shi)。圓(yuan)盤(pan)(pan)聲(sheng)源聲(sheng)束(shu)(shu)如圖2.16所示(shi)。

由圖2.17可知：

a. 在聲源軸(zhou)(zhou)線上(shang)(shang)(shang)某一點(dian)到聲源的(de)距離足夠遠時(shi)，這一點(dian)所在橫截面上(shang)(shang)(shang)各(ge)點(dian)的(de)聲壓是(shi)不同(tong)的(de)，且以軸(zhou)(zhou)線上(shang)(shang)(shang)聲壓最(zui)(zui)高。當缺陷與(yu)波束軸(zhou)(zhou)線垂直時(shi)，儀器(qi)上(shang)(shang)(shang)顯示回波最(zui)(zui)高就(jiu)是(shi)由于這個原因。

b. 在(zai)(zai)聲束縱波聲場中存在(zai)(zai)一(yi)些聲壓為0的圓(yuan)錐面。由y=kR，sinθ=3.83 可得

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(sheng)波(bo)波(bo)源(yuan)輻射的(de)超聲(sheng)波(bo)是以聲(sheng)束(shu)的(de)形(xing)式向外擴散出去的(de)，但實(shi)際上并非開(kai)始于波(bo)源(yuan)處，而(er)是在波(bo)源(yuan)附近存在的(de)一個未擴散區b,其理想(xiang)形(xing)狀(zhuang)如圖(tu)2.18所(suo)示。

距離(li)波源(yuan)大于(yu)b的區域成為擴散區，波束(shu)在擴散區中(zhong)會逐漸衰減。

2. 矩形波(bo)源縱波(bo)聲場

矩(ju)形(xing)波源(yuan)振動時在理想(xiang)液體(ti)介質中(zhong)的(de)縱波聲(sheng)(sheng)(sheng)場與圓(yuan)盤波源(yuan)一樣有近(jin)場區(qu)和未擴散角等。但是(shi)在近(jin)場區(qu)內聲(sheng)(sheng)(sheng)壓分(fen)布比(bi)圓(yuan)盤聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)更為(wei)繁雜，計(ji)算困難，其遠場區(qu)聲(sheng)(sheng)(sheng)源(yuan)軸線上任一點Q(r,0,φ)處的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)壓可(ke)以通過液體(ti)介質中(zhong)的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)場理論推導出(chu)來，如(ru)下：

所以矩形波源發出的縱波聲(sheng)(sheng)(sheng)場與圓盤聲(sheng)(sheng)(sheng)源不(bu)同，具有(you)兩個不(bu)同的半(ban)擴散(san)角，聲(sheng)(sheng)(sheng)場為矩形。