声强测量原理
历史
17世纪初,有人试图测量空气中的声速。直到18世纪,声学测量只在测量声速方面做了一些工作。19世纪,虽然在测量空气中的声速、确定调音频率、测量质点速度、观察音色等方面取得了进展,但仍处于起步阶段。由于电路和无线电技术的发展,真正的声学测量在20世纪初开始发展。首先,发明了瑞利圆盘来测量平面行波中的质点速度,从而建立了声压测量、光干涉声强测量等测量方法。后来热声发生器等标准声源的发明,特别是电容传声器和互易校准的发明,室内自由声场——消声室的建立,以及声级计、声学分析仪等各种声学测试仪器的问世,使声学测量进入了一个新的阶段,到60年代已经有了比较好的发展,基本解决了各种声学量的测量,建立了空气和水中的声压基准和相关的标准测量方法。近年来,声强和声功率的测量有了新的发展,声学测量正在自动化,带有微处理器的声学测量仪器也已出现,这表明声学测量已进入现代声学的行列。
声学中的基本量
在声学中,一些描述声源及其声场特性的量,或者对某些声学现象和效果起主导作用的量,是声学中的基本量。表1列出了这些基本量及其关系。在前四个量中,声压最容易测量,可以精确测量,另外三个量可以从声压推导出来。所以过去一直误以为只有声压才是声学中的基本量。事实上,当声场不是自由场时,其他三个量与声压之间并不存在简单的关系。此外,许多声学效果(如超声波效果)与声压没有直接关系,而是与声能或声强有关。选择哪一个基本量来描述某一个声学问题,要看具体情况,所以这些声学量在声学测量中都是非常重要的。
声压级
在现实生活中,声强千差万别,从人耳刚刚能听到的声音(约20μPa)到震耳欲聋的噪音(约几百Pa),相差可达107倍。而且人对声强的感受不是与声压成正比,而是与其对数值成正比。为便于表达,采用声压级Lp,即某一声压值p与参考声压p0之比的常用对数乘以20,其单位为分贝(dB),即Lp=20lg(p/p0),参考声压在空气中为20μPa,在水中为1μPa。对于一个声压值,不同的参考值给出不同的声压级,所以在讲声压级的时候,一定要说明所用的参考声压值。人们实际感受到或处理的绝大部分声音都不是纯音,而是具有频谱特征的噪音。对于这种声音,往往用声能在有限频段内的有效声压级来表示,称为频段声压级。最常用的带宽是倍频程和倍频程带宽。环境、交通等噪声,由多个声源组成,能量分布随时间变化,用累积百分比声级和等效声级表示。累积百分比声级是在指定时间t内N%的时间被声级超过的声级,等效声级是在指定时间t内声级的平均能量..常用的声级有平均声级、评价声级、暴露声级等。简而言之,对于某种类型的声音和噪声,我们应该使用某种能够表征其特征的声级。声强、声功率等声学量用级表示时,与声压级相同。表2列出了常用声级的名称、符号和单位。