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声压/声压级基础知识

时间:2020-09-02  作者:  来源:慧聪音响灯光网

 

 

  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:

  

声压/声压级基础知识

 

  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

  

声压/声压级基础知识

 

  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):

 

声压/声压级基础知识

 

  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:

  

声压/声压级基础知识

 

  例如1Pa声压对应的声压级:

  

声压/声压级基础知识

 

  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。

   

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