声压级、响度的概念和计算

声压级、响度的概念和计算
声压级
一、声压的基本概念
1、声压的定义：
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 P p 01-=
就称为声压。

声压的大小反映了声波的强弱。

或者：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、声压的单位：
声压的单位为Pa(帕)，有时也用bar(巴)作单位，1bar=100KPa 。

人的耳朵所能感受到的最小声压是20µPa ，低于此声压人们就感觉不到声音。

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(20µPa)被称为1KHz 声音的可听阈声压。

一般讲，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者巔值声压。

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 dt p T
p T e ⋅=⎰021 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。

二、声压级的基本概念
1、声压级的定义：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 ）,
SPL(声压级)=20lg
e re
f p p (dB) 式中e p 为待测声压的有效值：
ref p 为参考声压，在空气中参考声压ref p 一般取2×510-Pa 。

由于人的耳朵所能感受到的最小声压是20µPa ，因此人们就把这个压强作为声压强的参照标准，记做ref p 。

20µPa=0dB.SPL
因此在声学或医学上把20µPa=0dB.SPL 定义为听阈（YU ），即听觉的阀门。

只有高于此值，阀门才能打开，听到声音。

三、声压级的计算
在空气中声压级的计算公式为：
SPL(声压级)=20lg Pa
1020Pa X 6-⨯⋅ dBSPL
例如1Pa 声压对应的声压级： 20lg Pa 1020Pa X 6⨯⋅ dBSPL=20lg Pa
1020Pa 16-⨯⋅ dBSPL=20lg 2105dBSPL =20（lg 510-lg2.0）dBSPL ≈
20(5-0.301)dBSPL=93.98 dBSPL ≈94dBSPL 这就是平时我们所说的1Pa 的声压相当94dB 声压级（SPL ）。

类似可以计算得出：
20µPa=0dBSPL
200µPa=20dBSPL
2 m Pa=40dBSPL
20 m Pa=60dBSPL
200 m Pa=80dBSPL
2 Pa=100dBSPL
小结：声压变为原来的10倍，声压级在原来的基础上增加20 dB ；
声压变为原来的2倍，声压级在原来的基础上增加6 dB 。

响度和响度级的关系
一、响度(N)
响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，它不仅取决于声音的强度(如声压级)，还与它的频率及波形有关。

响度的单位为"宋",1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波形的强度。

如果另一个声音听起来比1宋的声音大n 倍，即该声音的响度为n 宋。

响度表示公式为：
二、响度级(LN)
响度级是建立在两个声音主观比较的基础上，选择1000Hz的纯音作基准音，若某一噪声听起来与该纯音一样响，则该噪声的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级(dB)。

响度级用LN表示，单位是"方"。

如果某噪声听起来与声压级为80dB，频率为1000Hz的纯音一样响，则该噪声的响度级就是80方。

响度级表示公式为：
三、响度与响度级的关系
根据大量的实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。

可用下列数学式表示。

注意，响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。

应先将各响度级换算成响度进行合成，然后再换算成响度级。