声压/声压级基础知识

 

 

　　声音测量最常用的物理量是声压，但声压的大小通常用声压级(Sound Pressure Level，SPL)来描述。人耳可听的声压范围为2×10-5Pa~20Pa，对应的声压级范围为0~120dB，因此，引入声压级的概念易于描述线性变化很大的声压。

 

　　一

 

　　压强

 

　　定义：单位面积上所受到的压力叫做压强;

 

　　单位：压强的单位是Pa(帕);

 

　　1Pa=1N/㎡，即1帕斯卡=1平方米面积上受到1牛顿的压力;

 

　　1Pa=103mPa=106µPa

 

　　二

 

　　声压

 

　　1. 声压定义

 

　　设体积元受声扰动后压强由p0改变为p1，则由声扰动产生的逾量压强(简称为逾压)p=p1-p0就称为声压，声压的大小反应了声波的强弱。

 

　　或者：声音通过空气的振动所产生的压强叫做声压强，简称声压。 

 

　　声压是一标量而不是矢量，它的相位按下列原则区分正负，当声压使总声压增加时，声压相位规定为正，反之为负。

 

　　2. 声压单位 

 

　　声压的单位为Pa(帕)，有时也用bar(巴)作单位，1bar=100KPa; 

 

　　3. 可听阈声压

 

　　正常人耳对1KHz声音刚刚能觉察其存在的声压值(20µPa)被称为1KHz声音的可听阈声压。一般来讲，人耳不能觉察到低于这一声压值的声音的存在;

 

　　4. 瞬时声压

 

　　声场中某一瞬时的声压值称为瞬时声压;

 

　　5. 峰值声压

 

　　在一定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰值声压或巔值声压。如果声压随时间变化是按简谐规律，那么峰值声压也就是声压的振幅;

 

　　6. 有效声压

 

　　在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压：

　　

 

　　式中下角符号e代表有效值，T代表取平均的时间间隔，它可以是一个周期或比周期大得多的时间间隔。我们日常中所说的声压和一般电子仪表所测得的声压都是有效声压。

 

　　三

 

　　声压级

　　

 

　　1. 声压级定义

 

　　把声压的有效值取对数来表示声音的强弱，这种表示声音强弱的数值叫声压级。声压级以符号SPL表示，单位为分贝(dB)：

 

 

　　式中pe为待测声压的有效值，pref为参考声压，在空气中参考声压pref一般取为2×10-5Pa。

 

　　由于人耳所能感受到的最小声压是20µPa，因此人们就把这个压强作为声压强的参照标准，记做pref，因此在声学或医学上把20µPa=0dBSPL定义为听阈，即听觉的阀门，只有高于此值，阀门才能打开，听到声音。

 

　　2. 声压级的计算

 

　　在空气中声压级的计算公式为：

　　

 

　　例如1Pa声压对应的声压级：

　　

 

　　这就是平时我们所说的1Pa的声压相当于94dB声压级(SPL),类似可以计算出：

 

　　20µPa=0dBSPL

 

　　200µPa=20dBSPL

 

　　2mPa=40dBSPL

 

　　20mPa=60dBSPL

 

　　200mPa=80dBSPL

 

　　2Pa=100dBSPL

 

　　即声压变为原来的10倍，声压级在原来的基础上增加20dB;声压变为原来的2倍，声压级在原来的基础上增加6dB;

 

　　另外，当声压达到20Pa，即声压级为120dBSPL时，人耳会感觉到疼痛，因此，在声学或医学上把20Pa=120dBSPL定义为痛阈，长时间在此环境下工作，会对听觉系统造成伤害。

 

　　采用分贝(dB)来表达声学量值的主要原因，是由于人体听觉系统对声音强弱刺激的反应不是按线性(即逐渐加大)规律变化的，而是成对数比例关系变化的，所以采用对数的分贝值可以适应听觉本身的特点。其次，日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，变动范围是很宽的，当用对数换算后，从数值上可以大为缩小声压的变化范围，因此用分贝来表示声学的量值是科学的。