声压的概念

 

声压(Sound Pressure 或 Acoustic Pressure)是指声波通过介质时,由振动所产生的压强改变量。声波在介质中传播时,介质的疏密程度会随声波而改变,因此区域性的压强值也因之改变,此即声压。在空气中,声压可以通过麦克风测量;在水中,声压可以通过水听器测量。声压常用字母 "p" 表示,在国际单位制中,声压衡量的单位是帕斯卡(N/m或 Pa)。

 

数学定义


声音在介质中传播时,会造成原有环境压强(静态压强,Pstat)的变化,此变化的压强值大小即声压(p)。可以得到以下关系:

sp_total

即:总压强(Ptotal)等于环境静态压强(Pstat)叠加上声音扰动带来的动态压强(即声压p)。

 

如图1所示:

spl_demo

图1. 声压示意图

P为标准大气压,即10Pa;PA为声压。各段代表意义为:

  1. 无声;2.可闻音;3. 大气压;4. 瞬时声压

 

声压级


声压级(SPL 或 Sound Pressure Level)是指以对数尺衡量有效声压相对于一个基准值的大小,用分贝(dB)来描述其与基准值的关系。人类的对于 1KHz 的声音的听阈(即产生听觉的最低声压)为 20µPa,通常以此作为声压级的基准值。声压级用符号Lp表示,其数学定义为:

spl_level

其中:

p为实际声压RMS值;

P0为声压基准值。空气中一般取20µPa,水下一般取1µPa(由ANSI S1.1-1994定义)

 

声压级通常也用dB SPL, dB(SPL), dBSPL, 或dBSPL表示。

 

声压级和距离的关系:

spl_distance

其中:Lp1表示距离为r1处测量的声压级,Lp2表示距离为r2处测量的声压级。

 

典型声压级


详细请参考Examples of sound pressure,表1列出了常见场景的声压级的值:

spl_typical

表1. 典型声压级

地球大气层内,声压级最高可达到194 dBSPL,即标准大气压相对于20µPa得到的声压级。通过链接的小工具,可以快捷地计算出不同压强对应的声压级。

spl_convert

图2. 声压级换算工具

 

参考资料


1. http://en.wikipedia.org/wiki/Sound_pressure

2. http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A3%B0%E5%8E%8B

3. http://www.engineeringtoolbox.com/sound-pressure-d_711.html

4. http://www.pcb.com/Linked_Documents/Vibration/Microphone_Handbook.pdf

About Xiaomin

“Real generosity towards the future lies in giving all to the present.” ― Albert Camus
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