声压是声波引起的空气压强局部变化,以Pa为单位,以分贝(声压级,dB SPL)表示。了解声压与响度及声学设计的关联。
声压是声波通过空气时,与周围大气压力的局部偏差。当扬声器纸盆向前推动时,会压缩其前方的空气分子,形成压力略高的区域;当纸盆向后拉时,则形成压力略低的区域。这些交替的压缩与稀疏以压力波的形式向外传播,而这种压力变化的幅度就是我们所说的声压。
声压是你的鼓膜所感知到的物理量,是麦克风所测量的物理量,也是最终决定声音听起来有多响亮的物理量。它是声学中最基本的物理量,以Pa为单位进行测量,并且几乎总是以对数刻度表示为声压级分贝(dB SPL)。
想象在一个刮风的日子里站在湖边。风会激起波浪——水面在其平均水位周围起伏。这些波浪高于(或低于)平均水位的高度类似于声压——它是相对于平静基准的偏差。
微风会激起微小的涟漪(声压低——安静)。强风则会掀起巨大的波浪(声压高——喧闹)。在这两种情况下,水位的平均值都没有发生变化,变化的只是围绕平均值的波动幅度。声压的原理也是如此:大气的平均压力(海平面约为101325帕斯卡)保持不变,但声波会在这个平均值上下产生微小的波动。
声压(p)以Pa为单位,1Pa等于1牛顿每平方米。人耳能感知的声压范围极大:
听阈:约0.00002Pa
1米处的正常交谈:约0.02Pa(记作20 μPa)
1米处的正常交谈:约0.02Pa
嘈杂的摇滚音乐会:约2Pa
1米处的正常交谈:约0.02Pa
痛觉阈值:约20Pa
1米处的喷气式发动机:约200Pa
这个范围是一千万比一,即从0.00002Pa到200Pa。处理跨越七个数量级的数字并不现实,这也是声学领域采用分贝标度的原因。
声压级(SPL)
声压级将线性Pa刻度转换为对数分贝刻度:
L_p = 20 x log10(p / p_ref) Lₚ = 20 × log₁₀(p / p_ref)
其中p 为测得的声压,p_ref 为20 μPa的参考声压(1000 Hz时人类听觉的近似阈值),该参考声压依据IEC 61672-1:2013标准确定。
这就得出了我们熟悉的dB SPL值:
|
声压(Pa) |
SPL (dB) |
示例 |
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0.00002 |
0 dB |
听阈 |
|
0.0002 |
20 dB |
安静的乡村地区 |
|
0.002 |
40 dB |
安静的图书馆 |
|
0.02 |
60 dB |
正常对话 |
|
0.2 |
80 dB |
繁忙的交通 |
|
2 |
100 dB |
夜店 |
|
20 |
120 dB |
痛觉阈值 |
声压每增加20分贝,就对应增加十倍。声压每增加6分贝,大约就会翻倍。
RMS and Peak 值
声压持续振荡。标准测量采用均方根(RMS)值,该值代表声压随时间变化的有效平均值。对于纯音,峰值声压可为均方根值的1.4倍;而对于枪声、锤击等脉冲声,峰值声压则会高得多。
声压级是以下方面的主要衡量指标:
噪声标准合规性
NR、NC 和 RC 曲线等标准规定了倍频带内的最大允许声压级。暖通空调系统、交通噪声和工业声源均根据其在接收点产生的声压级(SPL)进行评估。AcousPlan 的噪声标准检查器会对照这些阈值评估实测或预测的声压级。
背景噪声评估
房间内的背景噪声级——即无主动声源工作时存在的声压级(SPL)——决定了语音可用的信噪比。语音传输指数(STI)直接取决于每个频率下语音级与背景噪声级之间的差值。
听力保护
职业噪声暴露限值(根据大多数法规,8小时内为85dBA计权)是根据声压级来规定的。工作场所、音乐场馆和娱乐设施的声学设计必须同时考虑居住者所承受的声压级和暴露时长。
测量与验证
声级计用于测量声压级,从混响时间测试到噪声调查的每一项声学测量,最终都归结为测量声压并以分贝为单位表示其数值。
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