声压

声音的衡量
声音的衡量
特征	符号
声压	p, SPL,LPA
粒子速度	v, SVL
粒子位移	δ
声强	I, SIL
声功率	P, SWL, LWA
声能	W
声能密度	w
暴露声级	E, SEL
声阻抗	Z
声频	AF
传输损耗	TL
	查; 论; 编;

在物理学中，声压（英文：acoustic pressure）是指声波通过介质时，由振动所产生的压力改变量，符号为 $p$ 。声波作为一种纵波，在空气中传播时，空气粒子的疏密程度会随声波而改变。因此，该处压强也会随之改变，此改变量即为声压。在国际单位制中，声压的单位是帕斯卡（帕，Pa）。

如图所见，在声波传播时，不同位置的疏密程度也有所不同，压强也因而不同。量度一个声波的声压，常以均方根 $p rms$ 作为平均值计算。

声压级（英文：sound pressure level）是指以对数尺衡量的“有效声压”，相对于一个基准值的大小，符号为 $SPL$ ，用分贝（dB）作为单位。对于人类的听觉，于最敏感的频率范围 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，听阈约为 2 × 10^-5 Pa，因此通常以此作为声压级的基准值。

在空气中，声压能以传声器度量；在水中则可使用水听器度量。

声压

声压 $p$ 是声波通过介质时，由振动所产生的压强改变量。以空气作为媒质的例子，无声时的压强应为标准大气压力 1 atm （101.325 kPa）。当声音传播时，会造成粒子的扰动，引起压力的改变。这个改变量，就是声压。

由于粒子的扰动有疏有密，在每点的瞬时声压也有所不同，因此我们常以均方根 $p rms$ 作为平均值计算。对于一个正弦波的纯音，声压峰值 $p peak$ 和均方根值 $p rms$ 有以下关系：

p_{\mathrm {rms} }={\frac {p_{\mathrm {peak} }}{\sqrt {2}}}

。

在空气中，对于人类的听觉，于最敏感的频率范围 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，听阈约为 2 × 10^-5 Pa，记作 $p 0$ ：

p_{0}=2\times 10^{-5}\,\mathrm {Pa}

。

声压和距离的关系，符合反比律，即某点的声压 $p$ ，与该点和声源的距离 $r$ 成反比：

p\propto {\frac {1}{r}}

。

声压级

声压级 $SPL$ 是另一个量度声压大小的常用物理量，指相对于一个基准值，以对数尺衡量的声压，定义如下：

\mathrm {SPL} =10\log \left({\frac {p}{p_{0}}}\right)^{2}\,\mathrm {dB}

，

其中 $p 0$ 是听阈声压，在空气中常取 2 × 10^-5 Pa；在水中则常取 10^-6 Pa。

由于声压级是对数级数，本身是无量纲量。为表示它是以基数为 10 的对数级数，常加上贝尔（B）作为单位，分贝（dB）就是十分之一个贝尔。有需要时，会写成 dB SPL 或 dB re 20 μPa ，以强调是声压级的对数级数。

声压级 $SPL$ 上升 10 dB ，代表声压平方 $p 2$ 上升 10 倍。声压级 $SPL$ 上升 $x$ dB ，则代表代表声压平方 $p 2$ 上升 $10 x/10$ 倍。由此可见，声压级是渐强标度，其数值和声压并非线性关系。

与其他声学物理量的关系

声压 $p$ 和声强 $I$ 是关系密切的物理量。它们符合以下关系：

I=pv

I={\frac {p^{2}}{z}}

其中：

$v$ 是粒子速度，单位是米每秒（m s^-1）。
$z$ 是媒质的特征声阻，单位为瑞利（rayl）。

以空气中的听阈声压 2 × 10^-5 Pa 作换算，取空气声阻 400 rayl ，可得听阈声强 $I 0$ :

I_{0}={\frac {(2\times 10^{-5})^{2}}{400}}=10^{-12}\,\mathrm {W\,m^{-2}}

声强级 $SIL$ 作为对数级数，就是以此值作为基准。因此，给定在空气声阻的 400 rayl 的环境下，声压级和声强级的数值相等：

\mathrm {SIL} =\mathrm {SPL}

一些声压和声压级的例子

空气中的声源	声压 $p$ (Pa)	声压级 $SPL$ (dB)
激波 (声波失真大于 1 atm，波形的低谷部分在零压处遭到削波)	>101,325 Pa	>194 dB
正常环境气压中非失真声音的理论极限	101,325 Pa	~194.094 dB
闪光弹	6,000–20,000 Pa	170–180 dB
火箭发射	~4000 Pa	~165 dB
简单的开放式热声学（英语：Thermoacoustics）装置^[1]	12,619 Pa	176 dB
离M1903春田步枪开火点一米的位置	7,265 Pa	171 dB（peak）
离M1加兰德步枪开火点一米的位置	5,023 Pa	168 dB
30米外的客机引擎	632 Pa	150 dB
达到疼痛阈值（英语：Threshold of pain）	63.2 Pa	130 dB
离巫巫兹拉号角一米的位置	20 Pa	120 dB（A）^[2]
直接造成听力受损	20 Pa	approx. 120 dB
100米外的客机引擎	6.32 – 200 Pa	110 – 140 dB
一米外的手提钻	2 Pa	approx. 100 dB
10米外的公路	2×10⁻¹ – 6.32×10⁻¹ Pa	80 – 90 dB
（长期暴露）容易产生听力受损	0.356 Pa	85 dB^[3]
10米外的汽车	2×10⁻² – 2×10⁻¹ Pa	60 – 80 dB
美国环境保护局为了防止听力损伤以及噪音所带来的其他干扰性影响（如睡眠干扰、压力增加、学习能力下降等）而制定之噪音最大值		70 dB^[4]
手持电动搅拌机		65 dB
一米外的电视	2×10⁻² Pa	approx. 60 dB
洗衣机、洗碗机		50-53 dB
正常的谈话	2×10⁻³ – 2×10⁻² Pa	40 – 60 dB
非常安静的房间	2×10⁻⁴ – 6.32×10⁻⁴ Pa	20 – 30 dB
树叶声、安静的呼吸声	6.32×10⁻⁵ Pa	10 dB
在1 kHz时的听觉极限	2×10⁻⁵ Pa	0 dB^[3]

参考资料

^ Hatazawa, M., Sugita, H., Ogawa, T. & Seo, Y.（Jan. 2004），‘Performance of a thermoacoustic sound wave generator driven with waste heat of automobile gasoline engine,’ Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part B) Vol. 16, No. 1, 292–299. 存檔副本. [2012-01-30]. （原始内容存档于2012-02-23）.
^ Swanepoel, De Wet; Hall III, James W; Koekemoer, Dirk. Vuvuzela – good for your team, bad for your ears (PDF). South African Medical Journal. February 2010, 100 (4): 99–100 [2012-01-30]. PMID 20459912. （原始内容 (PDF)存档于2021-02-27）.
^ ^3.0 ^3.1 William Hamby. Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table. （原始内容存档于2010-07-27）.
^ EPA Identifies Noise Levels Affecting Health and Welfare, 1974-04-02 [2010-11-01], （原始内容存档于2012-11-02）

[1] Hatazawa, M., Sugita, H., Ogawa, T. & Seo, Y.（Jan. 2004），‘Performance of a thermoacoustic sound wave generator driven with waste heat of automobile gasoline engine,’ Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part B) Vol. 16, No. 1, 292–299. 存檔副本. [2012-01-30]. （原始内容存档于2012-02-23）.

[2] Swanepoel, De Wet; Hall III, James W; Koekemoer, Dirk. Vuvuzela – good for your team, bad for your ears (PDF). South African Medical Journal. February 2010, 100 (4): 99–100 [2012-01-30]. PMID 20459912. （原始内容 (PDF)存档于2021-02-27）.

[Hamby-3] 3.0 ^3.1 William Hamby. Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table. （原始内容存档于2010-07-27）.

[4] EPA Identifies Noise Levels Affecting Health and Welfare, 1974-04-02 [2010-11-01], （原始内容存档于2012-11-02）

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