第二节 声性质和度量中的基本概念

一、声波的产生

    声音是由物体振动产生的。一个物体来回运动或者振动时，都会扰动邻近的空气，使空气随之来回运动。这种运动从一个质点传到另一个质点，交替形成密层和疏层，这样空气中就激起声波。在一定距离内，当这种声波达到人们的耳朵时，就产生了声音的感觉（图9- 2）。如用锤击鼓，就会听到鼓声。手摸鼓面，就会感到鼓在振动。发声的物体称为声源。

二、声速和波长、频率的关系

    声波在弹性媒质中的传播速度，也就是振动在媒质中的传递速度，称为声速。在任何媒质中， 声速大小只取决于媒质的弹性和密度，而与声源无关。

    一般情况下，在钢板中声速约为 5000米／秒，水中约为1500米／秒，橡胶中约为40—50米／秒，空气中（室温）声速约为340米／秒。声速用C表示。

    从一声源发出声波，其相邻的两个压缩层（或稀疏层）之间的距离称为波长，用λ表示。波行经一个波长的距离所需要的时间就是周期T，对正弦波来说，频率f=1／T，单位：赫。所以：

    并不是所有频率的声音都能听到，人耳能感觉到的声波频率大约在20—20000赫范围内，并且要有一定的强度。小于20赫的叫次声，高于20000赫的叫超声，人耳是听不到的。100—4000赫声音的波长范围大致在3.4—0.085米。

三、声压、声强、声功率

     1．声压

     1）瞬时声压 瞬时声压是指某瞬时媒质中压强相对无声波时内部压强的改变量，即单位面积的压力变化。所以声压的单位就是压强的单位，即牛顿／米2或达因／厘米2。声压的单位也用帕和微巴来表示：

1帕=1牛顿／米2

1微巴=1达因／厘米2=0.1帕

（1个大气压等于105帕）

     2）有效声压 瞬时声压的均方根值称为有效声压。通常所说声压，即指有效声压，用P表示。正常人刚刚能听到的最微弱的声音的声压为2×10-5帕，如人耳刚刚能听到的蚊子飞过的声音的声压，称为人耳的听阈。使人耳产生疼痛感觉的声压，如飞机发动机噪声的声压为20帕（200微巴），称为人耳的痛阈。

     2．声强

    声强是在声波传播方向上，与该方向垂直的单位面积、单位时间内通过的声能量，常用I表示，单位是瓦／米2。

    声压与声强有密切关系。在自由声场中，对于平面波和球面波某处的声强与该处声压的平方成正比：

    式中：P为有效声压；

ρ0为空气密度，千克／米3；

c0为空气中的声速。在常温时ρ0c0为415牛顿·秒／米2。

     3．声功率

    声功率是指声源在单位时间内向外辐射出的总声能，单位为瓦（用W表示）或微瓦。

四、声压级、声强级、声功率级及其分贝

     1．声压级

    声压级是从听阈到痛阈，即从2×10-5帕到20帕，声压级的绝对值相差非常之大，达100万倍。因此，用声压的绝对值表示声音的强弱是很不方便的。再者，人对声音响度感觉是与声音的强度的对数成比例的。所以，为了方便起见，引用了声压比或者能量比的对数来表示声音的大小，这就是声压级。好象用级来表示风力的大小、地震的强度一样。

    声压级的单位是分贝（记为dB），分贝是一个相对单位，对声压与基准声压之比，取以10为底的对数，再乘以20，就是声压级的分贝数。即：

式中：Lp为声压级，分贝（dB）

P为声压，牛顿／米2

P0为基准声压——听阈（P0=2×10-5牛顿／米2 或者 2×

10-4达因／厘米2）

     2．声强级

    的数值相等。

     3．声功率级

    式中：W0为基准声功率，W0=10-12瓦。

    为了直观，将声压、声强和声功率级的换算列出如图9- 3。

五、噪声级（分贝）的相加

    一个100分贝的声音和一个98分贝的声音相加并不等于198分贝，那应该怎么相加呢？

     1．公式法

    分贝相加一定要按能量（声功率或声压平方）相加，不能按声压相加。

    设有两个声压级L1（分贝）和L2（分贝）相加，求合成的声压级L1+2（分贝），可按下列步骤计算：

    对数换算得：

     2）合成声压P1+2，按能量相加则（P1+2）2=P12+P22

六、噪声级的平均值

    一般的说，噪声级的平均值不能按算术平均值计算，计算平均值有两种方法：

     1．公式法

Li为第i个噪声源的声级；

     n为噪声源的个数。

     2．查表法

    先按求和的方法，把几个噪声源相加，再减去10 log10n。如将 105、103、100、98四个分贝值平均，则在图9-4或表9-5查得：

    然后将108.3分贝再减去10log104（10log104≈6），即：108.3-6=102.3分贝，经四舍五入得平均数为102分贝。