关于声学中自由场、压力场、扩散场的定义及对应麦克风的选择

在常规的声学测试中我们通常对声学传感器的使用和选择并不太重视，但是需要做更精细的测量时我们就需要更具噪声的特性和所处的测试环境做出响应的改变。比如我们就需要区分自由场、压力场、扩散场这几种声场的特性，从而选择其相对应的测试方法及传感器，那么这几种声场都具有什么样的特性，我们由该如何区分呢。

1、自由场（自由声场）：是指均匀各向同性的媒质中，边界的影响可以不计的声场。 在自由声场中，声波将声源的辐射特性向各个方向不受阻碍和干扰地传播。同时理想的自由声场很难获得，人们只能获得满足一定测量误差要求的近似的自由声场。例如地面反射声和噪声可忽略的高空，当气象条件适宜时，便可以认为是自由声场。

2、压力场：当声波波长⽐所处腔体空间⼤时，声压压⼒分布均匀，此时称为压⼒场。如声学校准器，⼿机话筒等⼩空间。当传声器插⼊声压级校准器中时，即是压⼒场。

3、扩散场：声能量均匀分布、并在各个传播⽅向上做⽆规则传播的声场，⼜称混响场，如混响室。混响室的四壁均⽤反射性很强的材料制作，不管声源处于室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处于均匀，可⽤于测量材料的隔声、吸声性能、声源声功率。

    上面我们介绍了3中声场的形式，那么在这三种声场中选择相对应特性的麦克风就尤为重要了。当麦克风架设于⾳场之中，麦克风本⾝会影响⾳场并改变声压值，依据⾳场的差异以及麦克风的型式，某些影响⾮常的微⼩可忽略不计；但是也有可能会造成量测上的误差，误差值可能⾼达⼏个分贝，因此这些影响必须加以评估。

4、自由场麦克风：在⾃由⾳场中，麦克风架设于此⾳场会⼲扰⾳场之声压。原因是麦克风在⾳场中会产⽣反射声波，在相同的量测点上，加诸于麦克风薄膜上的压⼒与未受麦克风⼲扰⾳场的压⼒不同。此⼆压⼒的⽐率与麦克风薄膜直径、声波波长的⽐率有关，因此其对于⾼频部分的声压影响较⼤。麦克风本体对于⾳场的影响可利⽤量测频谱再经由后处理做补偿，或是将此补偿内建于麦克风中。⾃由⾳场型式麦克风即具有此补偿功能，所以在⼀般的⾃由⾳场下其声压有平坦的频率响应。

5、压力场麦克风：在压⼒⾳场中，为了量测如⼩密闭空间等压⼒⾳场，麦克风通常架设于壁上。因为麦克风薄膜的刚性较墙壁⾯⼩，因此声压会影响薄膜⽽得以量测声压值。⽽麦克风对于此⾳场的影响与密闭空间的尺⼨⼤⼩、形状以及薄膜的阻抗有关。

压⼒⾳场型式麦克风薄膜表⾯压⼒愈均匀，其输出电压愈平坦，频率响应特性愈好，⽤于⾃由⾳场时，必须和声⾳传播⽅向垂直，让声⾳仅掠过麦克风前端。

6、扩散场麦克风：扩散场麦克风用于在声场中测量，声音来自各个方向的声波以相同的概率和水平或多或少同时到达而产生的，例如在混响室或其他高反射环境中测量时。对于测量麦克风，已经根据数据统计确定了标准分布;从而形成了一个标准化的扩散场麦克风。根据ANSI标准，扩散场麦克风通常用于声压级测量。