声学基础及其原理要点.docx

辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 第二章 声学基础及其原理 第二章 声学基础及其原理 - - PAGE 11 - - - PAGE 10 - 声学基础及其原理[ 1 3 ] 在我们的生活环境中会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音[ 5 ] 。如此广阔范围的能量变化直接使用声功率和声压的数值很不方便， 而用对数标度以突出其数量级的变化则相对明了些； 另一方面人耳对声音的接收， 并不是正比与强度的变化值， 而更近于正比与其对数值， 由于这两个原因， 在声学中普遍使用对数标度来度量声压、 声强、 声功率， 分别称为声压级、 声强级和声功率级， 单位用分贝（ dB ） 来表示[ 1 ] 。 声压级 将待测声压的有效值 P e 再乘以 20 。即： 与参考声压 P o P 的比值取以 10 为底数的常用对数， L =20lg e （dB） （2.1） p P o 在空气中， 参考声压 P 规定为 2 ? 10 - 5 帕， 这个数值是正常人耳对 1000Hz 0 声音刚能够觉察到的最低声压值。式（ 2.1 ） 也可以写为： L =20lgp+94 （dB） （2.2） p 式中 p 是指声压的有效值 P e ， 由于声学中所指的声压一般都是指其有效值， 所以都用 p 来表示声压有效值 P e 。 人耳的感觉特性， 从可听域的 2 ? 10 - 5 帕的声压到痛域的 20 帕， 两者相差 100 万倍，而用声压级表示则变化为 0-120 分贝的范围，使声音的量度大为简明。 声强级： 为待测声强 I 与参考声强 I 0 的比值取以常用对数再乘以 10 ， 即： I L =10lg I I 0 （dB） （2.3） 在空气中， 参考声强 I 0 取以 10 - 1 2 W/m 2 这样公式可以写为： L =10lg I+120 （dB） （2.4） I 声功率 可以用“ 级” 来表示， 即声功率 L W ， 为： L =10lg W （dB） （2.5） W W 0 这里 W 是指声功率的平均值 W ，对于空气媒质参考声功率 W =10 - 1 2 W，这样式子 0 可以写为： L =10lg W +120 （dB） （2.6） W 由声强与声功率的关系 I=W/S ，S 为垂直声传播方向的面积，以及空气中 声 强级近似的等于声压级， 可得： ?W 1 ? ? W W 1 ? L =L =10lg ? ? ? =10lg ? ???0 ? ? （2.7） ????p I S I ? ? ? ? 0 W I S 0 0 将 W =10 - 1 2 W， I 0 0 =10 - 1 2 W/m 2 代入， 可得： L ? L p I ? L ? 10 lg S （dB） （2.8） W 这就是空气中声强级、 声压级与声功率级之间的关系， 但应用条件必须是自由声场， 即除了有源发声外， 其它声源的声音和反射声的影响均可以忽略。在自由场和半自由场测量机器噪声声功率的方法的原理就是如此。 声压级、声强级、 声功率级的定义中， 在后两者对数前面都好似乘以常数 10 ，而 声压级对数前面乘以常数为 20 ，这 是因为声能量正比于声强和声功率的一次方， 而对声压是平方的关系。 如声压增加一倍， 声压级和声强级增加 6 分贝， 而声强增加一倍， 声压级和声强级增加 3 分贝[ 5 ] 。 对于一定的声源， 其声功率级是不变的， 而声压级和声强级都是随着测点的不同而变化的。 专门的研究表明， 人耳对于不同频率的声音的主观感觉是不一样的， 人耳对于声的响应不单纯是物理上的问题了。 为了使人耳对频率的响应与客观声压级联系起来，采 用响度级来定量的描述这种关系，它 是以 1000Hz 纯音作为基准， 对听觉正常的人进行大量比较试听的方法来定出声音的响度级的， 它的定义是以频率为 1000Hz 的纯音的声压级作为其响度级。也 就是说，对 于1000Hz 的纯音，它的响度级就是这个声音的声压级，对频率不是 1000Hz 的纯音， 则用 1000Hz 纯音与这一待定的纯音进行试听比较， 调节 1000Hz 纯音的声压级，使 它和待定的纯音一样响，这 时 1000Hz 纯音的声压级就被定义为这 — 纯音的响度。响度级记为 L ， 单位是方（ phon ）。对各个频率的声音都做这 N 样的试听比较， 把听起来同样响度的个相应声压级按频率连成一条条曲线， 这些曲线就称为等响曲线。如图 2.1 ： 图 2.1 等响曲线 Fig.2.1 the surve of equal sound 由等响曲线可以得出各个频率的声音在不同的声压级时人们主观感觉出的响度级是多少。从 频率上看，人 耳能听到的声音在 20-20000H