声压--声音测量的物理量

知识点：声压

 

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分贝。 以下将简单介绍声压、声压级的关系。

 

一、 压强

压强的定义：单位面积上所受到的压力叫做压强；

压强的单位：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=10⁶?Pa

 

 

二、 声压

1.声压定义（有声波时，媒质中压力与静压的差值）

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。也可以说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(20?Pa)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20?Pa，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20?Pa=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：     20?Pa=0dBSPL     200?Pa=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；

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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