一、什么是聲學(xué)

聲音是人類(lèi)最早研究的物理現象之一，聲學(xué)是物理學(xué)中歷史最悠久而當前仍在前沿的分支學(xué)科。聲學(xué)，英文Acoustics，指研究機械波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應的科學(xué)。

聲學(xué)作為一門(mén)跨層次的基礎性學(xué)科，研究從微觀(guān)到宏觀(guān)、從次聲（長(cháng)波）到超聲（短波）的一切形式的線(xiàn)性與非線(xiàn)性機械波現象。隨著(zhù)19世紀無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)明和應用，聲學(xué)研究方向已出現很多分支：基礎聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)、非線(xiàn)性聲學(xué)、量子聲學(xué)、分子聲學(xué)、次聲學(xué)、超聲學(xué)、光聲學(xué)、電聲學(xué)、熱聲學(xué)、建筑聲學(xué)、語(yǔ)言聲學(xué)、物理聲學(xué)、生物醫學(xué)聲學(xué)、水聲學(xué)、大氣聲學(xué)、海洋聲學(xué)、地聲學(xué)、生理聲學(xué)、音樂(lè )聲學(xué)及聲化學(xué)等。

二、聲音的產(chǎn)生和傳播

聲音是物體產(chǎn)生的機械波，通過(guò)空氣傳播到耳朵，例如：人說(shuō)話(huà)通過(guò)聲帶的振動(dòng)。

聲音傳播通常通過(guò)空氣。一個(gè)鼓面或聲帶等的機械波傳遞到附近的空氣，這些粒子把機械波又傳遞到更遠的地方，這樣連續傳遞直到最初的聲能漸漸耗盡。壓力向鄰近空氣傳播的過(guò)程產(chǎn)生我們所說(shuō)的聲波。

聲波在傳播過(guò)程中，在介質(zhì)間會(huì )有聲波能量的反射、吸收和穿透。見(jiàn)圖1聲波碰到室內某一界面后傳播解剖圖：當聲波（Eo）碰到室內某一界面后（如天花板、墻壁），一部分聲能被反射（Er），一部分被吸收（主要是轉化成熱能）（Ea），一部分穿透到另一空間（Ei）。

圖1 聲波聲波碰到室內某一界面后傳播解剖圖

Eo ＝ Ey＋Ea＋Ei

1、透射系數：

2、反射系數：

3、吸聲系數：

三、聲音的強度

聲音的強度，形象也稱(chēng)為響度、音高或音程，取決于機械波的振幅：譬如用力地敲一根弦時(shí)，這根弦就大距離地向左右兩邊擺動(dòng)，由此產(chǎn)生強機械波，發(fā)出一個(gè)響亮的聲音；而輕輕地敲一根弦時(shí)，這根弦僅僅小距離左右擺動(dòng)，產(chǎn)生的機械波弱，而發(fā)出一個(gè)微弱的聲音。聲速一定時(shí)，聲音的高低強度取決于機械波的波長(cháng)，較短的空間產(chǎn)生的波長(cháng)較短，較長(cháng)的空間產(chǎn)生的波長(cháng)較長(cháng)，如小音箱比同類(lèi)型的大音箱波長(cháng)短，音調高。同樣的道理，短弦的發(fā)音比長(cháng)弦高；個(gè)子矮的人比個(gè)子高的人聲音高等。

聲壓和聲強有密切的關(guān)系，在自由聲場(chǎng)中，測得聲壓和已知測點(diǎn)到聲源的距離，就可計算出該測點(diǎn)之聲強和聲源的聲功率（聲能）。

聲行波強度用單位面積內傳播的功率（以W/m2為單位）表示，但是在聲學(xué)測量中，有時(shí)功率不易直接測量得到，所以有時(shí)會(huì )用壓強差（又稱(chēng)聲壓）代替聲強來(lái)表示強度。

3.1、聲壓級Lp：取參考聲壓為Po=2*10-5N/m2為基準聲壓，任一聲壓P的Lp為：

聲強I與聲壓P的關(guān)系式中，Zc是媒質(zhì)的聲特性阻抗，Zc=ρC，即在相同溫度和壓強下，聲強與聲壓的平方成正比，比例系數受溫度、介質(zhì)壓強和介質(zhì)屬性的影響。聲壓增加10倍，聲強則增加100倍，分貝數增加20。所以聲壓為其基準值的100倍時(shí)，聲強級是40dB。在使用聲強級或聲壓級時(shí)，基準值必須說(shuō)明。在空氣中，ρс≈400，聲強的基準值常取為10-12W/m2，與這個(gè)聲強相當的聲壓基準值約為20μPa（即2×10-5N/m2，會(huì )受溫度影響），這大約是人耳在250Hz所能聽(tīng)到的最低值。這時(shí)聲強級為0dB（這是在空氣中，并選擇了適當的基準值情況下）。

人耳聽(tīng)覺(jué)下限：p=2×10-5N/m2，Lp為0dB；

能量提高100倍：P=2×10-3N/m2，Lp為20dB；

人耳聽(tīng)覺(jué)上限：P=20N/m2，Lp為120dB。

3.2、聲功率級Lw：取Wo為10-12W為基準聲功率級，任一聲功率W的聲功率級Lw為：

3.3、聲強級LI：取Io為10-12W/m2為基準聲強，任一聲功率W的聲強級LI為(dB)：

在聲學(xué)中常見(jiàn)的聲強范圍非常大，所以一般用對數表示，稱(chēng)聲強級，單位是分貝（dB）。先選一個(gè)基準聲強值，一個(gè)強度等于其基準值10000倍的聲，聲強級稱(chēng)40dB，強度1000000倍的聲則強度級為60dB。

3.4、聲壓級的疊加

幾個(gè)聲源同時(shí)作用時(shí)，某點(diǎn)的聲能是各個(gè)聲源貢獻的能量的代數和。因此其聲壓是各聲源貢獻的聲壓平方和的開(kāi)根號，即：

聲壓級Lp為：

這樣一來(lái)，問(wèn)題就來(lái)了：聲壓級10dB+10dB=?，0dB+0dB=?，0dB+10dB=?，可不是簡(jiǎn)單的相加關(guān)系，根據對數公式和上面分析，答案應分別是：13dB、3dB、10dB。

也就是說(shuō)，兩個(gè)數值相等的聲壓級疊加后，像上面的10dB+10dB和0dB+0dB，總聲壓級只比原來(lái)增加3dB，而不是增加一倍。

此外，兩個(gè)聲壓級分別為不同的值時(shí)，其總的聲壓級為：

以上疊加結論，對于聲強級LI和聲功率級Lw同樣適用。

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