声压
在物理学中，声压（英文：acoustic pressure）是指声波通过媒质时，由振动所产生的压力改变量，符号为 p。声波作为一种纵波，在空气中传播时，空气粒子的疏密程度会随声波而改变。因此，该处压强也会随之改变，此改变量即为声压。在国际单位制中，声压的单位是帕斯卡（帕，Pa）。
| 声音的衡量 | |
|---|---|
特征 | 符号 |
| 声压 | p, SPL,LPA |
| 粒子速度 | v, SVL |
| 粒子位移 | δ |
| 声强 | I, SIL |
| 声功率 | P, SWL, LWA |
| 声能 | W |
| 声能密度 | w |
| 暴露声级 | E, SEL |
| 声阻抗 | Z |
| 声频 | AF |
| 传输损耗 | TL |
如图所见，在声波传播时，不同位置的疏密程度也有所不同，压强也因而不同。量度一个声波的声压，常以均方根 prms 作为平均值计算。
声压级（英文：sound pressure level）是指以对数尺衡量的“有效声压”，相对于一个基准值的大小，符号为 SPL，用分贝（dB）作为单位。对于人类的听觉，于最敏感的频率范围 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，听阈约为 2 × 10-5 Pa，因此通常以此作为声压级的基准值。
声压
声压 p 是声波通过媒质时，由振动所产生的压强改变量。以空气作为媒质的例子，无声时的压强应为标准大气压力 1 atm （101.325 kPa）。当声音传播时，会造成粒子的扰动，引起压强的改变。这个改变量，就是声压。
由于粒子的扰动有疏有密，在每点的瞬时声压也有所不同，因此我们常以均方根 prms 作为平均值计算。对于一个正弦波的纯音，声压峰值 ppeak 和均方根值 prms 有以下关系：
- 。
在空气中，对于人类的听觉，于最敏感的频率范围 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，听阈约为 2 × 10-5 Pa，记作 p0：
- 。
声压和距离的关系，符合反比律，即某点的声压 p，与该点和声源的距离 r 成反比：
- 。
声压级
声压级 SPL 是另一个量度声压大小的常用物理量，指相对于一个基准值，以对数尺衡量的声压，定义如下：
- ，
其中 p0 是听阈声压，在空气中常取 2 × 10-5 Pa；在水中则常取 10-6 Pa。
由于声压级是对数级数，本身是无量纲量。为表示它是以基数为 10 的对数级数，常加上贝尔（B）作为单位，分贝（dB）就是十分之一个贝尔。有需要时，会写成 dB SPL 或 dB re 20 μPa ，以强调是声压级的对数级数。
声压级 SPL 上升 10 dB ，代表声压平方 p2 上升 10 倍。声压级 SPL 上升 x dB ，则代表代表声压平方 p2 上升 10x/10 倍。由此可见，声压级是渐强标度，其数值和声压并非线性关系。
与其他声学物理量的关系
声压 p 和声强 I 是关系密切的物理量。它们符合以下关系：
其中：
以空气中的听阈声压 2 × 10-5 Pa 作换算，取空气声阻 400 rayl ，可得听阈声强 I0:
声强级 SIL 作为对数级数，就是以此值作为基准。因此，给定在空气声阻的 400 rayl 的环境下，声压级和声强级的数值相等：
一些声压和声压级的例子
| 空气中的声源 | 声压 p (Pa) |
声压级 SPL (dB) |
|---|---|---|
| 激波 (distorted sound waves > 1 atm; waveform valleys are clipped at zero pressure) | >101,325 Pa | >194 dB |
| 正常环境气压中非失真声音的理论极限 | 101,325 Pa | ~194.094 dB |
| 闪光弹 | 6,000–20,000 Pa | 170–180 dB |
| 火箭发射 | ~4000 Pa | ~165 dB |
| Simple open-ended thermoacoustic device[1] | 12,619 Pa | 176 dB |
| 离.30-06 Springfield开火点一米的位置 | 7,265 Pa | 171 dB（peak） |
| 离M1加兰德步枪开火点一米的位置 | 5,023 Pa | 168 dB |
| 30米外的客机引擎 | 632 Pa | 150 dB |
| Threshold of pain | 63.2 Pa | 130 dB |
| 离呜呜祖拉号角一米的位置 | 20 Pa | 120 dB（A）[2] |
| Hearing damage（possible） | 20 Pa | approx. 120 dB |
| 100米外的客机引擎 | 6.32 – 200 Pa | 110 – 140 dB |
| 一米外的手提钻 | 2 Pa | approx. 100 dB |
| 10米外的公路 | 2×10−1 – 6.32×10−1 Pa | 80 – 90 dB |
| Hearing damage（over long-term exposure, need not be continuous） | 0.356 Pa | 85 dB[3] |
| 10米外的汽车 | 2×10−2 – 2×10−1 Pa | 60 – 80 dB |
| EPA-identified maximum to protect against hearing loss and other disruptive effects from noise, such as sleep disturbance, stress, learning detriment, etc. | 70 dB[4] | |
| Handheld electric mixer | 65 dB | |
| 一米外的电视 | 2×10−2 Pa | approx. 60 dB |
| 洗衣机、洗碗机 | 50-53 dB | |
| 正常的谈话 | 2×10−3 – 2×10−2 Pa | 40 – 60 dB |
| 非常安静的房间 | 2×10−4 – 6.32×10−4 Pa | 20 – 30 dB |
| 树叶声、安静的呼吸声 | 6.32×10−5 Pa | 10 dB |
| 在1 kHz时的听觉极限 | 2×10−5 Pa | 0 dB[3] |
参考资料
- ^ Hatazawa, M., Sugita, H., Ogawa, T. & Seo, Y.（Jan. 2004），‘Performance of a thermoacoustic sound wave generator driven with waste heat of automobile gasoline engine,’ Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part B) Vol. 16, No. 1, 292–299. 存檔副本. [2012-01-30]. （原始内容存档于2012-02-23）.
- ^ Swanepoel, De Wet; Hall III, James W; Koekemoer, Dirk. Vuvuzela – good for your team, bad for your ears (PDF). South African Medical Journal. February 2010, 100 (4): 99–100 [2012-01-30]. PMID 20459912. （原始内容 (PDF)存档于2021-02-27）.
- ^ 3.0 3.1 William Hamby. Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table. （原始内容存档于2010-07-27）.
- ^ EPA Identifies Noise Levels Affecting Health and Welfare, 1974-04-02 [2010-11-01], （原始内容存档于2012-11-02）