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频率、波长与阵列孔径

为什么同一个阵列,对不同频率的声音表现不同?

先记住这一点

理解阵列能力,既要看尺寸,也要看它相对于波长有多大。

VISUAL EXPLAINER / 图解课堂

把看不见的波长,放上同一把尺。

拖动频率与孔径

改变频率,看波长如何变化

交互实验 02
波长与阵列孔径比例示意上方为声波空间周期,下方为可调阵列孔径。横轴范围零至四百毫米。0 mm400 mm
1 kHz40 kHz
20 mm200 mm
一个波长 λ42.9 mm
孔径 / 波长 D/λ0.93

教学假设:空气中声速取 343 m/s;波形展示空间周期,白色线段表示孔径。仅用于比较比例,不模拟实际阵列波束,不给出产品定位精度。

观察波长与假设孔径之间的比例关系,不把图形宽度当作产品性能。

从图中的变化,理解背后的原因。

频率越高,波长越短

声波一个空间周期的长度叫波长。声速一定时,频率越高,波长越短。取空气声速 343 m/s,1 kHz 对应约 343 mm,10 kHz 对应约 34.3 mm,40 kHz 对应约 8.6 mm。

λ = c / f

λ 为波长,c 为声速,f 为频率。实际声速随温度等环境条件变化,这里使用固定值帮助理解。

孔径决定“空间观察的跨度”

孔径指阵列的有效空间跨度,并不总等于外壳边长。在相同观察条件下,孔径相对波长越大,通常越有利于形成较窄的主瓣;当波长远大于孔径时,相近方向更难区分。

这解释了便携阵列的取舍:体积减小后,低频空间区分能力也会受到约束。增加麦克风数量有助于利用空间信息,但不能简单替代孔径。

原理参考:GFaI · 孔径、频率与波束宽度 ↗

提高频率,也会遇到新的限制

对均匀线阵的理想全视场情况,麦克风间距超过半波长后,可能出现空间混叠:不同方向产生相似的相位关系。不同布局与观察频带可能改变这种现象,但不能把它当作不存在。

采样率又是另一个约束。96 kHz 采样对应 48 kHz 奈奎斯特边界;边界数值不等于整机在该频率具有可靠的实测响应,仍需考虑麦克风、采集链路与整机响应。

原理参考:GFaI · 阵列频段与空间混叠 ↗

本文讲解通用声学原理。具体产品功能请参阅 AcouCam 技术参数。