賽為斯聲學分享-聲壓的基礎概念

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賽為斯聲學分享-聲壓的基礎概念

文章出處：技術資訊網責任編輯劉倩閱讀量：發表時間：2020-05-25 11:28

對于剛剛接觸噪聲和振動領域的人來說，所謂聲壓、聲功率和聲強這些術語很容易混淆，因為它們都比較常用且相互關聯，并且它們都經常用分貝表示。但是，在聲音傳播和體驗方式中，又分別代表聲音的不同而重要的方面。
一、聲壓概念
聲壓是大多數聲學工作的基礎，不僅因為它的客觀數字與我們的聽覺類似，而且實際上，聲壓是人們真正可以進行的唯一測量之一！同時，聲壓的測量是聲功率和聲強計算的基礎。
當物體發出聲音時，它會前后振動，這也會導致物體附近的空氣分子也振動。這種振動鏈反應以波的形式向外（以聲速）繼續傳播。這些波類似于石頭掉入池塘時在水中形成的波。

顧名思義，我們使用壓力單位（帕斯卡，N/m²）來量化聲壓，該值表示構成聲音的所有不同正弦波的總振幅（也稱為“總聲壓級 (Overall Level)”）。
但是，這里需要注意的是，這個壓力實際上只是我們的耳朵（和麥克風）承受的壓力的交變部分。由于地球的重力，我們也承受著巨大的“靜態”壓力。這就是“大氣壓”。海平面的大氣壓約為101.3kPa，即194dB！
但是，由于大氣壓在大多數情況下是恒定的，并且由于我們實際上僅對壓力信號的交變部分感興趣，因此通常減去大氣壓并將聲壓級歸一化，觀察其在0值上下浮動。
正如我們在下圖中所示，歸一化的聲波產生的壓力有正有負，分別對應于紅色和藍色陰影區域。即使歸一化的聲壓既為正也為負，我們僅將壓力波的振幅定為正值。可以使用峰值，峰到峰 (Peak to Peak) 或RMS來描述該振幅。當我們聽到聲音時，我們的大腦充當這些正負振動的積分器，并且感知到穩定的正振幅，而未感知到各個正弦波的實際波動。

二、聲壓測量
在下圖 (A) 中，我們看到較小振幅的聲波撞擊駐極體麥克風，導致麥克風膜片以較小的振幅來回振動。膜和帶電荷的圓盤之間的這種相對運動稱為“背板”，從而導致電容差。此差異會從麥克風產生與膜位移成比例的電壓輸出。在下圖 (B) 中，我們看到相同的聲源輸出更高振幅的聲波，這導致麥克風膜以更高振幅振動，從而輸出更大的電壓。
三、壓力傳播
就像池塘中的波浪一樣，聲波在各個方向上都從聲源向四周傳播，振幅隨距離變大而下降。這是因為我們用石頭把一定的能量注入水中，為了使轉移到水中的能量保持恒定，隨著波向四周，波的振幅必須減小，這也是為什么越靠近聲源，聲波的振幅就越大。隨著我們離聲源越遠，等量的能量就會散布在更大的區域上，因此振幅變小。