聲音測量最常用的物理量是聲壓,但聲壓的大小通常用聲壓級(Sound Pressure Level,SPL)來描述。人耳可聽的聲壓范圍為2×10-5Pa~20Pa,對應(yīng)的聲壓級范圍為0~120dB,因此,引入聲壓級的概念易于描述線性變化很大的聲壓。
1、壓強
定義:單位面積上所受到的壓力叫做壓強;
單位:壓強的單位是Pa(帕);
1Pa=1N/㎡,即1帕斯卡=1平方米面積上受到1牛頓的壓力;
1Pa=103mPa=106μPa
2、聲壓
(1)聲壓定義
設(shè)體積元受聲擾動后壓強由p0改變?yōu)?span>p1,則由聲擾動產(chǎn)生的逾量壓強(簡稱為逾壓)p=p1-p0就稱為聲壓,聲壓的大小反應(yīng)了聲波的強弱。
或者:聲音通過空氣的振動所產(chǎn)生的壓強叫做聲壓強,簡稱聲壓。
聲壓是一標(biāo)量而不是矢量,它的相位按下列原則區(qū)分正負,當(dāng)聲壓使總聲壓增加時,聲壓相位規(guī)定為正,反之為負。
(2)聲壓單位
聲壓的單位為Pa(帕),有時也用bar(巴)作單位,1bar=100KPa;
(3)可聽閾聲壓
正常人耳對1KHz聲音剛剛能覺察其存在的聲壓值(20μPa)被稱為1KHz聲音的可聽閾聲壓。一般來講,人耳不能覺察到低于這一聲壓值的聲音的存在;
(4)瞬時聲壓
聲場中某一瞬時的聲壓值稱為瞬時聲壓;
(5)峰值聲壓
在一定時間間隔中最大的瞬間聲壓值稱為峰值聲壓或巔值聲壓。如果聲壓隨時間變化是按簡諧規(guī)律,那么峰值聲壓也就是聲壓的振幅;
(6)有效聲壓
在一定時間間隔中,瞬時聲壓對時間取均方根值稱為有效聲壓:
式中下角符號e代表有效值,T代表取平均的時間間隔,它可以是一個周期或比周期大得多的時間間隔。我們?nèi)粘V兴f的聲壓和一般電子儀表所測得的聲壓都是有效聲壓。
3、聲壓級
(1)聲壓級定義
把聲壓的有效值取對數(shù)來表示聲音的強弱,這種表示聲音強弱的數(shù)值叫聲壓級。聲壓級以符號SPL表示,單位為分貝(dB):
式中pe為待測聲壓的有效值,pref為參考聲壓,在空氣中參考聲壓pref一般取為2×10-5Pa。
由于人耳所能感受到的最小聲壓是20μPa,因此人們就把這個壓強作為聲壓強的參照標(biāo)準(zhǔn),記做pref,因此在聲學(xué)或醫(yī)學(xué)上把20μPa=0dBSPL定義為聽閾,即聽覺的閥門,只有高于此值,閥門才能打開,聽到聲音。
(2)聲壓級的計算
在空氣中聲壓級的計算公式為:
例如1Pa聲壓對應(yīng)的聲壓級:
這就是平時我們所說的1Pa的聲壓相當(dāng)于94dB聲壓級(SPL),類似可以計算出:
20μPa=0dBSPL
200μPa=20dBSPL
2mPa=40dBSPL
20mPa=60dBSPL
200mPa=80dBSPL
2Pa=100dBSPL