關(guān)于聲壓、聲功率和聲強(qiáng)之間的，那些讓人困惑的聲學(xué)知識(shí)

上述三者均可能會(huì)用dB表示，所以會(huì)產(chǎn)生混淆。接下來，通過類比的方式，解釋這三者之間區(qū)別與聯(lián)系。

在溫度較低的室內(nèi)加熱器與安靜的房間中發(fā)聲物體之間的類比可以用來說明壓力，功率和強(qiáng)度之間的差異。如下圖所示，熱量和聲音之間有一些相似之處。

加熱器產(chǎn)生熱量在房間內(nèi)擴(kuò)散，同樣的，聲源在房間內(nèi)發(fā)聲傳向四周，則可以有以下類比：

• 聲壓和溫度：在房間的每個(gè)位置，都有特定的溫度 (℃)。同樣，在房間中每個(gè)位置，都有一個(gè)特定的聲壓 (Pa)。隨著熱量的產(chǎn)生，靠近加熱器的溫度更高。同樣地，靠近聲源的聲壓通常更大。聲壓和溫度均取決于與源的相對(duì)位置和距離。

  
  

• 聲功率和熱功率：加熱器每小時(shí)產(chǎn)生一定的熱量。無論室內(nèi)溫度如何，產(chǎn)生這種熱量所需的功率都是相同的。加熱器功率以W為單位。類似的，聲功率僅是聲源的屬性，并且與房間中的聲壓級(jí)無關(guān)。聲功率是單位時(shí)間發(fā)出聲能的速率，聲功率也以W為單位。

  
  

• 聲強(qiáng)和熱流：熱量在整個(gè)房間傳播和流動(dòng)。熱流具有溫度和方向。聲強(qiáng)則是聲音“流動(dòng)"的度量方式，并具有聲音水平和方向。它是在特定區(qū)域內(nèi)觀察該流動(dòng)，因此其單位為W/m2。

在上述類比中需要做兩個(gè)假定：

• 假定加熱器和聲源輸出恒定；

  
  

• 假定該房間沒有反射和其他源。

在自由場(chǎng)中，聲強(qiáng)和聲壓的關(guān)系可以由以下公式表示：

質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)速度是指空氣分子在傳遞聲音的同時(shí)進(jìn)行往復(fù)振動(dòng)的速度，它是一個(gè)矢量，而聲壓只是一個(gè)標(biāo)量，因此兩者相乘的結(jié)果，聲強(qiáng)是矢量。如下圖所示，在離聲源處（電機(jī)）的任何位置，均可以測(cè)量聲壓或者聲強(qiáng)。

聲強(qiáng)（左側(cè)）包括振幅大小（通過顏色）和方向（帶有矢量箭頭）。聲壓（右側(cè)）僅顯示帶有顏色的振幅大小，從上圖中可以觀察到兩者的關(guān)系：

• 振幅相同：在相同的位置處，聲壓和聲強(qiáng)的顏色分布是一樣的。

  
  

• 方向不同：左測(cè)圖中的聲強(qiáng)清楚地標(biāo)明了聲流的方向，從而更容易確定聲源，解決噪聲問題；而右側(cè)的聲壓值不指示流向，也沒有任何與聲源相關(guān)的信息。

因此，聲壓可以使用單個(gè)麥克風(fēng)進(jìn)行測(cè)量，而聲強(qiáng)的測(cè)量則相對(duì)復(fù)雜。聲強(qiáng)需要兩個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)進(jìn)行特定的位置排布后進(jìn)行測(cè)量。

2. 聲強(qiáng)和聲功率的關(guān)系

聲強(qiáng)和聲功率可以很容易進(jìn)行換算，因?yàn)?/span>聲強(qiáng)的單位是W/m2，而聲功率的單位是W。所以，將聲強(qiáng)的值乘以聲功率測(cè)試中相應(yīng)的覆蓋面積，就能計(jì)算得到聲功率的值。

應(yīng)用上述關(guān)系，在自由場(chǎng)中，如果已知聲源的聲功率，則可以計(jì)算聲場(chǎng)中任意已知位置的聲強(qiáng)。假如說有一個(gè)聲功率為0.02W的打印機(jī)，如下圖所示，然后需要知道在半徑為2m的半球上的聲強(qiáng)，則可以通過下述步驟，計(jì)算得到聲強(qiáng)的值：

• 聲源聲功率為0.02W；

  
  

• 半球的面積約為25m2；

  
  

• 則此處的聲強(qiáng)為0.02W/25m2=0.0008W/m2。

根據(jù)下述公式可將其轉(zhuǎn)換為dB形式：

• 參考的基準(zhǔn)值為1e^-12W/m2；

  
  

• 聲強(qiáng)為0.0008W/m2；

  
  

• 則最后計(jì)算得到的聲強(qiáng)級(jí)為89dB。

聲壓，表示空間中特定位置的聲音振幅的級(jí)別，是一個(gè)標(biāo)量。在自由場(chǎng)中，聲壓大小取決于觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于聲源的位置和距離，單位是帕斯卡 (Pa)。

聲功率，從物體發(fā)出聲音的速率，與觀察聲音的位置或距離無關(guān)，是聲源本身的屬性。建筑設(shè)備到計(jì)算機(jī)打印機(jī)等產(chǎn)品的噪聲法規(guī)中，經(jīng)常使用，其以W 為單位。

聲強(qiáng)，是單位面積的聲功率。它表征聲場(chǎng)內(nèi)某位置的聲流，聲強(qiáng)以W/m2為單位。

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