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声压、声压级、声功率和电平

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     声波引起空气质点的振动,使大气压产生迅速的起伏。这种起压,称为声压。所谓声压就是有声波存在时,在单位面积上大气压的变化部分。声压(p)以pa,即帕(斯卡)为单位(1pa=1N/㎡,即牛顿/平方米)。有时也用µbar,即微巴作单位,1pa=10µbar.我们听到的最弱的声音声压为2×10-5pa,即 0.00002pa,最强的声音的声压为20pa.
    声功率(W)是指声源在单位面积时间内向外辐射出的总声能,它表示声源发声能力的大小,以W(瓦)、mW(毫瓦)或µW(微瓦)为单位(1W=1000mW=1000000µW)。声强(I)是指在单位面积上通过多少瓦的声能,单位是W/㎡(瓦/平方米)。

    声强和声功率通常不易直接测量,往往要根据测出的声压通过换算来求得。声强和声压都是表示声音大小的量,但两者是有区别的,声强是能量关系,而声压是压强关系。为了计算上的方便,同时也符合人耳听觉分辨能力的灵敏度要求,所以人们将最弱的声音(2×10-5pa)到最强的声音(20pa),按对数方式分成等级,以此作为衡量声音大小的常用单位,这就是声压级,其单位称为dB(分贝)。声压P的声压级为式中,po=2×10-5pa,为基准声压。声信号和电信号的相对强弱,例如声压和电压、声功率和电功率的放大(增益)或减小(衰减)的量都可用dB为单位来表示。分贝的概念在录音工程技术上是很重要的。在调音技术中,在调音台和传声器的匹配、传声器的选择应用、声源的处理等方面都常用到它。

    在计算给定压、电流或电功率等电学量和声压、声强、声功率等声学量的分贝值时,通常都要指定该量的一个数值作为基准值,再将给定量数值与基准值相比,比值取常用对数后乘以10(电功率、声功率、声强时),或乘以20(声压、电压、电流时),即得到相应的分贝值,它们分别称为电压电平(Bu)电流电平(Bi)、功率电平(Bp)和声压级(Lp)、声强级(LI)声功率级(Lp),计算公式如下:
    电功率比或电压比(电流比)与分贝值的换算关系可由表1-1查得现举例如下:

    例1:电压放大为100倍(即电压比为100:1),改用分贝表示,就等于20lg100=20×2=40dB
    例2:功率放大为1000倍(即功率比为1000:1),改用分贝表示,就等于10lg1000=10×3=30dB
    如果需要表示的量小于与其相比的量时(即比值小于1时)则分贝数前要加一个负号。

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