聲音測(cè)量最常用的物理量是聲壓,但聲壓的大小通常用聲壓級(jí)(Sound Pressure Level,SPL)來(lái)描述。人耳可聽(tīng)的聲壓范圍為2×10-5Pa~20Pa,對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)范圍為0~120dB,因此,引入聲壓級(jí)的概念易于描述線性變化很大的聲壓。
1、壓強(qiáng)
定義:?jiǎn)挝幻娣e上所受到的壓力叫做壓強(qiáng);
單位:壓強(qiáng)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(dòng)后壓強(qiáng)由p0改變?yōu)?span>p1,則由聲擾動(dòng)產(chǎn)生的逾量壓強(qiáng)(簡(jiǎn)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(qiáng)弱。
或者:聲音通過(guò)空氣的振動(dòng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做聲壓強(qiáng),簡(jiǎn)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(fù),當(dāng)聲壓使總聲壓增加時(shí),聲壓相位規(guī)定為正,反之為負(fù)。
(2)聲壓?jiǎn)挝?span>
聲壓的單位為Pa(帕),有時(shí)也用bar(巴)作單位,1bar=100KPa;
(3)可聽(tīng)閾聲壓
正常人耳對(duì)1KHz聲音剛剛能覺(jué)察其存在的聲壓值(20μPa)被稱為1KHz聲音的可聽(tīng)閾聲壓。一般來(lái)講,人耳不能覺(jué)察到低于這一聲壓值的聲音的存在;
(4)瞬時(shí)聲壓
聲場(chǎng)中某一瞬時(shí)的聲壓值稱為瞬時(shí)聲壓;
(5)峰值聲壓
在一定時(shí)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(shí)間變化是按簡(jiǎn)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(shí)間間隔中,瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間取均方根值稱為有效聲壓:
式中下角符號(hào)e代表有效值,T代表取平均的時(shí)間間隔,它可以是一個(gè)周期或比周期大得多的時(shí)間間隔。我們?nèi)粘V兴f(shuō)的聲壓和一般電子儀表所測(cè)得的聲壓都是有效聲壓。
3、聲壓級(jí)
(1)聲壓級(jí)定義
把聲壓的有效值取對(duì)數(shù)來(lái)表示聲音的強(qiáng)弱,這種表示聲音強(qiáng)弱的數(shù)值叫聲壓級(jí)。聲壓級(jí)以符號(hào)SPL表示,單位為分貝(dB):
式中pe為待測(cè)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(gè)壓強(qiáng)作為聲壓強(qiáng)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(tīng)閾,即聽(tīng)覺(jué)的閥門,只有高于此值,閥門才能打開(kāi),聽(tīng)到聲音。
(2)聲壓級(jí)的計(jì)算
在空氣中聲壓級(jí)的計(jì)算公式為:
例如1Pa聲壓對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí):
這就是平時(shí)我們所說(shuō)的1Pa的聲壓相當(dāng)于94dB聲壓級(jí)(SPL),類似可以計(jì)算出:
20μPa=0dBSPL
200μPa=20dBSPL
2mPa=40dBSPL
20mPa=60dBSPL
200mPa=80dBSPL
2Pa=100dBSPL