聲音的計量

　　聲波是能量傳播的一種形式，僅從頻率、波長(cháng)、聲速等方面描述是不夠的。在聲環(huán)境評價(jià)和設計中，需要一些物理量來(lái)對聲音進(jìn)行計算和測量。

　　1.聲功率

　　聲功率是聲源在單位時(shí)間內向外輻射的聲能，記為W，單位是瓦（W）或微瓦（μW，1μpW=10-6W）。

　　2.聲壓

　　介質(zhì)中有無(wú)聲波傳播時(shí)壓強的改變量，稱(chēng)為聲壓，用符號戶(hù)表示，單位是帕（Pa）。

　　3.聲強

　　單位時(shí)間內，垂直于聲波傳播方向的單位面積所通過(guò)的聲能，稱(chēng)為聲強，用符號I表示，單位是瓦／平方米（W／m²）。

　　4.聲能密度

　　聲能密度指單位體積內聲能的強度，用符號 表示，單位是（w.s）／m³，或J／m³.

　　5.聲音計量物理量之間的關(guān)系

　�。�1）聲功率與聲強——平方反比定律

　　在無(wú)反射的自由場(chǎng)中，由點(diǎn)聲源發(fā)出的球面波聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲強與該點(diǎn)到聲源的距離的平方成反比，稱(chēng)為平方反比定律：

　　式中I——聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲強，W／m²；

　　W——聲源的聲功率，W；

　　r——聲源到受聲點(diǎn)的距離，m.

　　對于平面波，聲場(chǎng)中的聲強不變。

　�。�2）聲壓與聲強

　　在自由場(chǎng)中，聲壓與聲強有如下關(guān)系：

　　式中P——有效聲壓，Pa；

　　ρ0——空氣密度，kg／m3；c——空氣中的聲速，m／s；

　　ρ0c——空氣介質(zhì)的特性阻抗，20oC時(shí)等于415（N.s）／m³.

　�。�3）聲能密度與聲強

　　聲能密度與聲強有如下關(guān)系

　　式中ε——聲場(chǎng)中的聲能密度，J／m³；

　　I——聲場(chǎng)中的聲強，W／m²；

　　ρ0——空氣密度，k8／m³；

　　c——空氣中的聲速，m／s.

　　6.聲壓級、聲強級、聲功率級及其疊加

　　人耳容許聲強的上下限值之差別高達l萬(wàn)億倍，聲壓相差也達100萬(wàn)倍。同時(shí)，人耳對聲音強度感覺(jué)的變化也不是與聲強和聲壓的變化成正比，而是近似地與它們的對數值成正比，為此，引入“級”的概念，單位是分貝（dU）。

　　聲壓級：

　　式中PO為基準聲壓，P0=2×10-5 Pa.

　　聲強級：

　　式中IO為基準聲強，I0=10-12 W／m².

　　聲功率級：

　　式中Wo為基準聲功率，Wo＝10-12W.

　　在常溫下，通�？梢哉J為，空氣中聲壓級與聲強級近似相等。

　　聲壓級進(jìn)行疊加時(shí)，不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行算術(shù)相加，而要求按對數規律進(jìn)行疊加。當幾個(gè)聲源同時(shí)作用于某一點(diǎn)時(shí)，在該點(diǎn)所產(chǎn)生的聲壓是各聲源單獨作用時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的聲壓平方和的方根值，即：

　　例如，n個(gè)聲壓相等（均為p）的聲音疊加，總聲壓級為：

　　從上式可以看出，兩個(gè)數值相等的聲壓級疊加時(shí)，只比一個(gè)聲源單獨作用時(shí)的聲壓級增加3dB.例如。兩個(gè)50dB的聲音疊加只是53dB，而不是100dB.

　　聲壓級疊加可查表進(jìn)行計算。當兩個(gè)聲壓級差超過(guò)15dB時(shí)，較小聲音的聲壓級可略去不計，其總聲壓級等于較大聲音的聲壓級。