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）是指声波通过媒质时，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 $p$ 是声波通过媒质时，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，引起压强的改变。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 (distorted sound waves > 1 atm; waveform valleys are clipped at zero pressure)	>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
Simple open-ended thermoacoustic device^[1]	12,619 Pa	176 dB
离.30-06 Springfield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
Threshold of pain	63.2 Pa	130 dB
离呜呜祖拉号角一米的位置	20 Pa	120 dB（A）^[2]
Hearing damage（possible）	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
Hearing damage（over long-term exposure, need not be continuous）	0.356 Pa	85 dB^[3]
10米外的汽车	2×10⁻² – 2×10⁻¹ Pa	60 – 80 dB
EPA-identified maximum to protect against hearing loss and other disruptive effects from noise, such as sleep disturbance, stress, learning detriment, etc.		70 dB^[4]
Handheld electric mixer		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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