声学基础知识：声压的基本概念

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对于刚刚接触噪声和振动领域的工程师，那么所谓声压，声功率和声强这些术语很容易令人混淆，这其中是因为它们都比较常用且相互关联的，更不用说它们都经常用分贝表示。但是，它们在声音传播和体验方式中，又分别代表声音的不同而重要的方面。

一、声压概念

声压是大多数声学工作的基础，不仅因为它的客观数字与我们的听觉类似，而且实际上，声压是人们真正可以进行的唯一测量之一！同时，声压的测量是声功率和声强计算的基础。

当物体发出声音时，它会前后振动，这也会导致物体附近的空气分子也振动。这种振动链反应以波的形式向外（以声速）继续传播。这些波类似于石头掉入池塘时在水中形成的波。

顾名思义，我们使用压力单位（帕斯卡，N/m2）来量化声压，该值表示构成声音的所有不同正弦波的总振幅（也称为“总声压级 (Overall Level)”）。

但是，这里需要注意的是，这个压力实际上只是我们的耳朵（和麦克风）承受的压力的交变部分。由于地球的重力，我们也承受着巨大的“静态”压力。这就是“大气压”。海平面的大气压约为101.3kPa，即194dB！

但是，由于大气压在大多数情况下是恒定的，并且由于我们实际上仅对压力信号的交变部分感兴趣，因此通常减去大气压并将声压级归一化，观察其在0值上下浮动。

正如我们在下图中所示，归一化的声波产生的压力有正有负，分别对应于红色和蓝色阴影区域。即使归一化的声压既为正也为负，我们仅将压力波的振幅定为正值。可以使用峰值，峰到峰 (Peak to Peak) 或RMS来描述该振幅。当我们听到声音时，我们的大脑充当这些正负振动的积分器，并且感知到稳定的正振幅，而未感知到各个正弦波的实际波动。

二、声压测量

在下图 (A) 中，我们看到较小振幅的声波撞击驻极体麦克风，导致麦克风膜片以较小的振幅来回振动。膜和带电荷的圆盘之间的这种相对运动称为“背板”，从而导致电容差。此差异会从麦克风产生与膜位移成比例的电压输出。在下图 (B) 中，我们看到相同的声源输出更高振幅的声波，这导致麦克风膜以更高振幅振动，从而输出更大的电压。

三、压力传播

就像池塘中的波浪一样，声波在各个方向上都从声源向四周传播，振幅随距离变大而下降。这是因为我们用石头把一定的能量注入水中，为了使转移到水中的能量保持恒定，随着波向四周，波的振幅必须减小，这也是为什么越靠近声源，声波的振幅就越大。随着我们离声源越远，等量的能量就会散布在更大的区域上，因此振幅变小。

来源：吉兴汽车声学部件科技有限公司微信公众号，作者：陈晓君。