第一章 声环境设计基础知识2-3

第二节声音的计量声波是能量的一种传播形式。声音的大小或强弱——声计量。

一、声功率、声强、声压

1、声功率W

单位时间内向外辐射的能量，记作W，单位为W或微瓦（μW）。

声功率是声源本身的一种声特性。如：人正常讲话——50W；

400万人同时讲话——相当于一只40W灯泡；

训练有素的歌手——5000~10000W；

喷气飞机——10KW。

厅堂设计——如何充分利用有限声功率。第一章声环境设计基本知识声功率：很小量

2、声强I

声波传播过程中，单位面积波阵面上通过的声功率，记作I，单位W/m2。

——衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。

对于球面波，各处声强遵循距离平方反比定律：

I=W/4πr2（W/m2）

对于平面波，各处声强不随距离而变化：

I=W/S（

W/m2

）球面波的声强与距离的关系平面波的声强与距离的关系

3、声压p

空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏，记作p，单位是N/m2

或帕斯卡（pa）。

声压和声强的关系——实验研究

I=p2

/ρ0cp——有效声压（N/m2）。声压随时间而变，每一瞬间的声压称瞬时声压；某段时间内瞬时声压的均平方根值称有效声压——通常所指声压。

ρ0——空气密度（kg/m3），一般为1.225kg/m3;c——空气中的声速（m/s）。

二、声功率级、声强级、声压级基于2个原因：1）正常人耳所能感知的声强和声压的范围很大。

1000Hz的声音，听觉下限P=2×10-5N/m2，I=10-12W/m2；上限P=20N/m2，I=1W/m2。声压相差106倍，声强相差1012倍。

2）人耳对声音强弱变化的感受并不与声强、声压成正比，而与声强、声压的对数近似成正比。

——表示声音强弱的单位——采用相对单位——级。“级”——表示一个量与同类基准量之比的对数。为什么引入级的概念

1、声功率级（Lw）

——声功率与基准声功率之比的对数的10倍，记作Lw，单位分贝（dB）。取基准声功率W0为10-12W，则任意点声功率W的声功率级：

2、声强级（LI）

——声强与基准声强之比的对数的10倍，记作LI，单位是分贝（dB）。取基准声强I0为10-12W/m2

，则任意点声强I的声强级：

3、声压级（Lp）——常用声压级是声压与基准声压之比的对数的20倍，记作Lp，单位是分贝（dB）。基准声压P0为2×10-5N/m2

，则任意点声压P的声压级：对于听觉下限：P=2×10-5N/m2，

Lp

=0dB

对于听觉上限：P=20N/m2，

Lp

=120dB

“0dB”不是没有声音[随堂思考]试证明相同声强级与声压级，关系如何？利用声强与声压关系、声强级和声压级公式、常温下ρ0c约为400。三、声压级的叠加提出问题：10dB+10dB=?0dB+0dB=?0dB+10dB=?答案分别是：13dB，3dB，10dB。1、计算法：几个声源同时作用时，某点的声能是各个声源贡献的能量的代数和。因此其声压是各声源贡献的声压平方和的开根号。即：总声压级为：2、推广特例：假设Lp1=Lp2=Lpnn个相同声压级相互叠加啊：

Lp=Lp1+10lgn当n=2时，Lp=Lp1+10lg2=Lp1+3当两个相同声压级相互叠加时，增加3dB。3、图解法：见下页

两个声压级叠加，若声压级相差10dB，附加值可忽略不计。例：2个声压级分别为75的声音相叠加，总声压级为78dB；

2个声压级分别为60dB和95dB的声音相叠加，其总声压级为

95dB。

常用声压级图解法声压差00.10.20.30.40.50.60.70.80.903.03.02.92.92.82.82.72.72.62.612.52.52.52.42.42.32.32.32.22.222.12.12.12.02.01.91.91.91.81.831.81.71.71.71.61.61.61.51.51.541.51.41.41.41.41.31.31.31.21.251.21.21.11.11.11.11.11.01.01.061.00.90.90.90.90.90.90.90.80.870.80.80.80.70.70.70.70.70.70.780.60.60.60.60.60.60.60.60.50.590.50.50.50.50.50.50.50.40.40.4100.4---------四、声音的频谱与声源的指向性1、声音的频谱频谱——表示某种声音频率成分及其声压级组成情况的图形。频率声压级分离谱：如弦振动产生的声音。连续谱：谈话、机器的噪声，大多数自然声。如何获得声音的频谱：使用滤波器进行测量。

频谱通常根据需要分成若干个频带，带宽（Band)可宽可窄——人为取定。最常用：倍频带和1/3倍频带。倍频程：将可闻频率范围内20~20Hz分为十个倍频带，其中心频率按2倍增长，共十一个，为：

1631.5631252505001k2k4k8k16k1/3倍频程：将倍频程再分成三个更窄的频带，划分更加细化，其中心频率按倍频的1/3增长，为：

12.516202531.540506380100125160...

声学测量

声学设计

频谱分析——噪声控制中，必须了解噪声由哪些频率成分组成，各频率声压级如何，哪些频率能量比较突出，从而首先处理这些成分，以便有效降低噪声——频谱分析。几种噪声的频谱低频：125Hz；250Hz；中频：500Hz；高频：1000Hz；2000Hz；4000Hz；低频：250Hz以下；中频：500-1000Hz；高频：2000Hz以上

2、声源的指向性声源发出声音在各个方向上分布不均匀，具有指向性。声源尺寸比波长小得多时，可看作点声源，无指向性；声源尺寸比波长差不多或更大时，不再是点声源，出现指向性。人们使用喇叭，目的是为增加指向性。第三节人耳的主观听觉特性一、人耳的主观感觉人耳结构：外耳、中耳、内耳、骨传导。（一）听觉范围1、最高最低频率可听极限

一般地——20~20KHz。2、最小最大可听极限

人耳有一定适应性，常人上限为120dB。（二）人耳频率响应与等响曲线

1、等响曲线人耳对不同频率的声音敏感程度是不一样，对于低于1000Hz和高于4000Hz的声音，灵敏度降低。不同频率，相同声压级声音，人听起来响度感觉不一样。

以1000Hz连续纯音作基准，测听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级构成一条曲线叫“等响曲线”。响度级的单位是“方”。

单一频率2087dB31.575dB6358dB12545dB25043dB50042dB1K40dB2K36dB4K32dB8K48dB40方等响等响曲线2、声级（1）线性声级——L声级

将各个频带的声级叠加，得到线性声级。2030dB31.535dB6340dB12545dB25050dB50051dB1K52dB2K52dB4K52dB8K40dB16K38dB20K30dBL声级58.8dB（2）A声级——LAA声级是使用40方等响曲线作为计权网络对频谱进行加权，之后再进行频带叠加。A声级对500Hz以下的声音有较大衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。A声级的数值单位表示是dB(A)。频率声压级加权值加权后2030dB-50.5-20.531.535dB-39.4-4.46340dB-26.213.812545dB-16.128.925050dB-8.641.450051dB-3.247.81K52dB0522K52dB1.253.24K52dB1.0538K40dB-1.138.916K38dB-6.631.420K30dB-9.320.7A声级58.1dBA、B、C、D计权网络A:模拟人耳响应，40方等响曲线作为计权网络。

B:以70方等响曲线作为计权网络，低频衰减比A声级小。

C:以85方等响曲线作为计权网络,整个可听范围内衰减小。

D:参考100方等响曲线，主要用于航空噪声测量。二、人耳的主观特性1、听觉定位又称双耳效应定义：人耳判断声源的方位主要靠双耳定位，对时间差、强度差和相位差进行判断。特点：人耳判断声源的远近比较差，但确定声源的方向比较准确；人耳水平方向感要强于竖直方向感。通常，频率高于1400Hz强度差起主要作用；低于1400Hz时，时间差起主要作用。2、哈斯效应(Hasseffect)——时差效应定义：人耳有声觉暂留现象，人对声音的感觉在声音消失后会暂留一小段时间。如果到达人耳的两个声音的时间间隔小于50ms，那么就不会觉得声音是断续的。混响声：直达声到达后50ms以内到达的反射声会加强直达声。回声：直达声到达后50ms后到达的“强”反射声会产生“回声”

。

——听起来象两个声音——声缺陷——消除根据哈斯效应，人耳在多声源发声内容相同的情况下，判断声源位置主要是根据“第一次到达”的声音。因此，剧场演出时，多扬声器的情况下要考虑“声象定位”的问题。3、掩蔽效应（maskingeffect)

可从两个方面定义：（1）人耳对一个声音的听觉灵敏度因另外一个声音的存在而降低的现象。（2）一个声音的存在使另一个声音听阈提高的现象。特点：低频声对高频声