声学的一些基本知识（1）

声速

20℃，1个大气压时，空气中的声速为 343m/s，当温度变化不大时，声速可以近似表示为：



利用热力学基本原理还能得到另一个理论公式：



这里 Tk 是热力学温度，单位为开尔文，R 是气体常数，值为8.314 J/mol，M 是气体摩尔质量，对于空气来说是 0.029kg/mol，γ是气体的比热，对于空气是 1.402。

Sound Pressure Level 声压级

所谓声压（Sound pressure 或 acoustic pressure）是指的声场中某一位置某一时刻气体压强与平均压强的偏差值。人耳能够听到的声音的声压范围非常的大，大约为 20×10-6 Pa到 60Pa。大约跨过了7个数量级。为此，我们通常用分贝来表示声压大小。



其中参考声压通常选为：



这个数值是正常人耳对1KHz声音刚刚能觉察其存在的声压值，也就是1KHz声音的可听阈声压。这个参考值只适用雨空气中声压，对于水声或其它液体，参考值通常是1 μPa。因此，声压级可以写为：

Sound Intensity Level 声强级

声强（sound intensity） 是一个矢量，为声压与声速的乘积，单位为W/m2。物理含义为单位时间内通过一个面元的声能流密度，用I表示。在自由场环境下，可以表示为：



ρ为空气密度，单位为kg/m3。c为声速。ρc 之积称为“声阻”。

单位时间内穿过一个表面的声能量为:



人们以基准声强I0作为基本参照量。取声强Ⅰ与I0比值的对数作为比较声音强弱的量。取贝尔作为单位，取贝尔的十分之一作为响度的常用单位，称为分贝尔，简称分贝（dB）。当我们说声强是20dB时，就是说I:I0=100。

参考声强通常选为 10-12 W/m2。因此，上面式子可以写为：



声强级与声压级间的换算关系如下：



在20℃时：

Sound Power Level声功率级

是声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10，以分贝计。基准声功率必须指明。其数字表示式为Lw=10×lg(W/W0)，常用基准（参考）声功率W0为10-12W。

一些典型环境下的声压