聲壓
在物理學中，聲壓（英文：acoustic pressure）是指聲波通過媒質時，由振動所產生的壓力改變量，符號為 p。聲波作為一種縱波，在空氣中傳播時，空氣粒子的疏密程度會隨聲波而改變。因此，該處壓強也會隨之改變，此改變量即為聲壓。在國際單位制中，聲壓的單位是帕斯卡（帕，Pa）。
| 聲音的衡量 | |
|---|---|
特徵 | 符號 |
| 聲壓 | p, SPL,LPA |
| 粒子速度 | v, SVL |
| 粒子位移 | δ |
| 聲強 | I, SIL |
| 聲功率 | P, SWL, LWA |
| 聲能 | W |
| 聲能密度 | w |
| 暴露聲級 | E, SEL |
| 聲阻抗 | Z |
| 聲頻 | AF |
| 傳輸損耗 | TL |
如圖所見，在聲波傳播時，不同位置的疏密程度也有所不同，壓強也因而不同。量度一個聲波的聲壓，常以均方根 prms 作為平均值計算。
聲壓級（英文：sound pressure level）是指以對數尺衡量的「有效聲壓」，相對於一個基準值的大小，符號為 SPL，用分貝（dB）作為單位。對於人類的聽覺，於最敏感的頻率範圍 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，聽閾約為 2 × 10-5 Pa，因此通常以此作為聲壓級的基準值。
聲壓
聲壓 p 是聲波通過媒質時，由振動所產生的壓強改變量。以空氣作為媒質的例子，無聲時的壓強應為標準大氣壓力 1 atm （101.325 kPa）。當聲音傳播時，會造成粒子的擾動，引起壓強的改變。這個改變量，就是聲壓。
由於粒子的擾動有疏有密，在每點的瞬時聲壓也有所不同，因此我們常以均方根 prms 作為平均值計算。對於一個正弦波的純音，聲壓峰值 ppeak 和均方根值 prms 有以下關係：
- 。
在空氣中，對於人類的聽覺，於最敏感的頻率範圍 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，聽閾約為 2 × 10-5 Pa，記作 p0：
- 。
聲壓和距離的關係，符合反比律，即某點的聲壓 p，與該點和聲源的距離 r 成反比：
- 。
聲壓級
聲壓級 SPL 是另一個量度聲壓大小的常用物理量，指相對於一個基準值，以對數尺衡量的聲壓，定義如下：
- ，
其中 p0 是聽閾聲壓，在空氣中常取 2 × 10-5 Pa；在水中則常取 10-6 Pa。
由於聲壓級是對數級數，本身是無因次量。為表示它是以基數為 10 的對數級數，常加上貝爾（B）作為單位，分貝（dB）就是十分之一個貝爾。有需要時，會寫成 dB SPL 或 dB re 20 μPa ，以強調是聲壓級的對數級數。
聲壓級 SPL 上升 10 dB ，代表聲壓平方 p2 上升 10 倍。聲壓級 SPL 上升 x dB ，則代表代表聲壓平方 p2 上升 10x/10 倍。由此可見，聲壓級是漸強標度，其數值和聲壓並非線性關係。
與其他聲學物理量的關係
聲壓 p 和聲強 I 是關係密切的物理量。它們符合以下關係：
其中：
以空氣中的聽閾聲壓 2 × 10-5 Pa 作換算，取空氣聲阻 400 rayl ，可得聽閾聲強 I0:
聲強級 SIL 作為對數級數，就是以此值作為基準。因此，給定在空氣聲阻的 400 rayl 的環境下，聲壓級和聲強級的數值相等：
一些聲壓和聲壓級的例子
| 空氣中的聲源 | 聲壓 p (Pa) |
聲壓級 SPL (dB) |
|---|---|---|
| 激波 (distorted sound waves > 1 atm; waveform valleys are clipped at zero pressure) | >101,325 Pa | >194 dB |
| 正常環境氣壓中非失真聲音的理論極限 | 101,325 Pa | ~194.094 dB |
| 閃光彈 | 6,000–20,000 Pa | 170–180 dB |
| 火箭發射 | ~4000 Pa | ~165 dB |
| Simple open-ended thermoacoustic device[1] | 12,619 Pa | 176 dB |
| 離.30-06 Springfield開火點一米的位置 | 7,265 Pa | 171 dB（peak） |
| 離M1加蘭德步槍開火點一米的位置 | 5,023 Pa | 168 dB |
| 30米外的客機引擎 | 632 Pa | 150 dB |
| Threshold of pain | 63.2 Pa | 130 dB |
| 離嗚嗚祖拉號角一米的位置 | 20 Pa | 120 dB（A）[2] |
| Hearing damage（possible） | 20 Pa | approx. 120 dB |
| 100米外的客機引擎 | 6.32 – 200 Pa | 110 – 140 dB |
| 一米外的手提鑽 | 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米外的汽車 | 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 | |
| 一米外的電視 | 2×10−2 Pa | approx. 60 dB |
| 洗衣機、洗碗機 | 50-53 dB | |
| 正常的談話 | 2×10−3 – 2×10−2 Pa | 40 – 60 dB |
| 非常安靜的房間 | 2×10−4 – 6.32×10−4 Pa | 20 – 30 dB |
| 樹葉聲、安靜的呼吸聲 | 6.32×10−5 Pa | 10 dB |
| 在1 kHz時的聽覺極限 | 2×10−5 Pa | 0 dB[3] |
參考資料
- ^ 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]. （原始內容存檔於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. （原始內容 (PDF)存檔於2021-02-27）.
- ^ 3.0 3.1 William Hamby. Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table. （原始內容存檔於2010-07-27）.
- ^ EPA Identifies Noise Levels Affecting Health and Welfare, 1974-04-02 [2010-11-01], （原始內容存檔於2012-11-02）