1. 圓盤波源縱波聲場
在不考慮介質(zhì)中衰減的情況下，圓盤波源在理想液體介質(zhì)中振動(dòng)輻射聲波，其中某一點(diǎn)波源d,在波源軸線上Q點(diǎn)所引起的聲壓為（圖2.13)
基于波的疊加原理，整個(gè)圓盤波源上各點(diǎn)在Q點(diǎn)引起的聲壓疊加，就是Q點(diǎn)處的聲壓，由此可得到軸線上任一點(diǎn)的聲壓幅值為
波源軸線上的聲壓隨距離變化的情況如圖2.14所示。
由于波的干涉，在波源附近區(qū)域會出現(xiàn)一系列聲壓極大極小值，這片區(qū)域稱為近場區(qū)，也稱菲涅爾區(qū)（Fresnel).在近場區(qū)由于波源上各點(diǎn)到軸線上某一點(diǎn)的距離不同，存在波程差，互相疊加時(shí)存在相位差，出現(xiàn)互相干涉，進(jìn)而出現(xiàn)聲壓極大極小值點(diǎn)。
波源到波源軸線上最后一個(gè)聲壓極大值間的距離稱為近場區(qū)長度，常用N表示。由軸線上任一點(diǎn)的聲壓幅值公式進(jìn)一步化簡可得極大值出現(xiàn)的位置為
在近場區(qū)檢測容易引起誤判，甚至漏檢，因此探傷過程中盡可能避免在近場區(qū)檢測。
波源軸線上一點(diǎn)到波源距離大于N的區(qū)域稱為遠(yuǎn)場區(qū)，又稱弗朗合費(fèi)區(qū)（Fraunhofer)。遠(yuǎn)場區(qū)軸線上的聲壓隨距離增加而單調(diào)遞減。當(dāng)x大于3N時(shí)，聲壓、距離兩者成反比，近似球面波，此時(shí)聲壓為
這時(shí)波源各點(diǎn)到軸線上一點(diǎn)的波程差很小，引起的相位差也很小，干涉非常小，因此在遠(yuǎn)場區(qū)軸線上看不到聲壓的極大極小值接連出現(xiàn)的現(xiàn)象。
點(diǎn)波源ds在到波源足夠遠(yuǎn)的任一點(diǎn)M(r,θ)引起的聲壓為
圖2.15中點(diǎn)M(r,θ)與波源軸線上同距離處聲壓P(r,0)之比，稱為指向性系數(shù)，常用D.表示：
從圓盤聲源出發(fā)，聲源所輻射的能量集中在一定區(qū)域內(nèi)，以束狀傳播，稱為聲束的指向性。用聲束邊緣線與軸線之間的夾角來評價(jià)聲束指向性好壞，這個(gè)夾角稱為半擴(kuò)散角，常用θ表示。圓盤聲源聲束如圖2.16所示。
由圖2.17可知：
a. 在聲源軸線上某一點(diǎn)到聲源的距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，這一點(diǎn)所在橫截面上各點(diǎn)的聲壓是不同的，且以軸線上聲壓最高。當(dāng)缺陷與波束軸線垂直時(shí)，儀器上顯示回波最高就是由于這個(gè)原因。
b. 在聲束縱波聲場中存在一些聲壓為0的圓錐面。由y=kR，sinθ=3.83 可得
此的θ0 稱為第一半擴(kuò)散角，也稱第一零值發(fā)散角，對應(yīng)的還有y=7.02,10.17,···時(shí)稱為第二、第三、···零值發(fā)散角。
c. 當(dāng)y>3.83時(shí)，｜Dc |<0.15.說明聲波能量主要集中于第一半擴(kuò)散角以內(nèi)，因此通常認(rèn)為2θ0 以內(nèi)的波束稱為主波束，當(dāng)缺陷位于主波束范圍內(nèi)時(shí)，才容易發(fā)現(xiàn)。
d. 超聲波波源輻射的超聲波是以聲束的形式向外擴(kuò)散出去的，但實(shí)際上并非開始于波源處，而是在波源附近存在的一個(gè)未擴(kuò)散區(qū)b,其理想形狀如圖2.18所示。
距離波源大于b的區(qū)域成為擴(kuò)散區(qū)，波束在擴(kuò)散區(qū)中會逐漸衰減。
2. 矩形波源縱波聲場
矩形波源振動(dòng)時(shí)在理想液體介質(zhì)中的縱波聲場與圓盤波源一樣有近場區(qū)和未擴(kuò)散角等。但是在近場區(qū)內(nèi)聲壓分布比圓盤聲源更為繁雜，計(jì)算困難，其遠(yuǎn)場區(qū)聲源軸線上任一點(diǎn)Q(r,0,φ)處的聲壓可以通過液體介質(zhì)中的聲場理論推導(dǎo)出來，如下：
所以矩形波源發(fā)出的縱波聲場與圓盤聲源不同，具有兩個(gè)不同的半擴(kuò)散角，聲場為矩形。
