声压和声压级
声压(sound pressure)指声波通过介质传播时,由振动带来的压强变化,符号为 p,单位为 Pa(帕)或 N/m2(牛/平方米);声压级(sound pressure level)则是以对数衡量的“有效声压”,一般简写为 SPL 或 Lp,单位 dB(分贝)。
声压级必须基于一个参考声压转换,这个参考声压也被称为听阈,即小于这个声压的声音人一般就听不到了:
参考声压 p0 = 2 x 10-5 Pa
由声压计算声压级的公式为:
其中:
- p:实际声压
- p0:参考声压
比如,从听阈声压可以计算出声压级为 0 dB;而当声压为 20 Pa 时,声压级是 120 dB,这个声压级被称为疼痛阈值,它的意义也很好理解。
如果声压比听阈还小,计算出的声压级就是负数,但这并不代表“声音不存在”。
和声压关系密切的参数是声强。
声强和声强级
声强(sound intensity)指单位时间内,声波通过垂直于其传播方向单位面积上的声能量,用符号 I 表示,单位为 W/m2 (瓦/平方米)。
来源:coursehero
与声压级类似,声强级(sound intensity level)也可以通过一个参考声强计算出来,它一般简写为 SIL 或 LI,单位也是 dB。在很多情况下,声强级和声压级是一致的。
考虑到阅读体验,这里就不再介绍具体公式。
由此,也可以引出另一个重要的参数:
声功率和声功率级
非常多的文章甚至百科中将声强和声功率混为一谈,根本原因还是很多人没有理解它们各自的定义。
声功率(sound power)指的是声源在单位时间内向空间辐射声的总能量,单位为 W(瓦)。从单位也能看出,声强其实是单位面积的声功率。
假设将声源视为一个点,那么距离声源中心 r(m,米)处的球面声功率为:
W = I4πr2
同样的,基于一个参考声功率就可以计算出声功率级(sound power level),SWL 或 Lw。
基准声功率 W0 = 10-12 W
声功率测量
声功率是评价一个声源或机械噪声水平的重要参数。因为虽然声压级常用来评价声音大小,但它和距离有直接联系。声功率则可以直接衡量声源的能力。
不过在声学测量中,声压级测量仍是是最直接方便的,因为从原理上说,测量声压的变化比较简单。通过声压级,又可以进一步计算出上面的各个参数。声压级测量的缺点也很明显,就是易受环境影响,很多时候必须在消声室才能进行精确测量。
以上三组参数反映的都是声音的客观情况,而主观描述声音,则需要心理声学登场 – 它研究的就是声音的主观感受和客观参数之间的关系。心理声学中常用的指标有:
响度
尖锐度
抖动度
粗糙度
音调
清晰度指数
通过这些指标,人们又能相对客观地对声音品质做出“好”或“坏”的评价。这里我们紧扣主题,只介绍一组: