声压与声压级定义与计算方法 开源地理空间基金会中文分会 开放地理空间实验室 |
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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) 就称为声压。声压的大小反映了声波的强弱。$$ p=P _1-P _0 $$ 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。 声压的单位声压的单位为Pa(帕),有时也用bar(巴)作单位,\(1bar=100KP_a\)。 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。 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) 声压级的计算在空气中声压级的计算公式为: $$ SPL(声压级)=20 lg \frac{X \cdot P _a}{20 \times 10^6P _a}dBSPL $$ 举例1Pa声压对应的声压级: $$ 20 lg \frac{X \cdot P _a}{20 \times 10^6P _a}dBSPL=20 lg \frac{1 \cdot P _a}{20 \times 10^6P _a}dBSPL $$ $$ =20 lg \frac{10^3}{2}dBSPL=20 (lg 10^3-lg 2.0)dBSPL=20(5-0.301)dBSPL=93.98 dBSPL≈94dBSPL $$ 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: \(20µP _a=0dBSPL\) \(200µP _a=20dBSPL\) \(2 mP _a=40dBSPL\) \(20 mP _a=60dBSPL\) \(200 mP _a=80dBSPL\) \(2P _a=100dBSPL\) 总结声压变为原来的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。 另外,当声压达到20 Pa,即声压级为120dBSPL时,人们的耳朵会感觉到疼痛,因此,在声学或医学上把\(20 P_a=120dBSPL\)定义为痛阈,长时间在此环境下工作,会对听觉系统造成伤害。 |
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