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[声学基础] 浅谈声功率与声压级

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发表于 2018-11-5 15:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  声功率与声压级是在音频行业中接触到的两个词语,但我们经常会把它们混淆,也就是本该在用声功率表示的地方结果我们用了声压级去表示,这就会容易概念混用而导致不准确的数据。其实,这是两个不同意义的名词,接下来为大家做一个明晰的区分。
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  什么是声功率
  功率在物理单位中用W来表示,它通常是指物体在单位时间内所做功(焦耳J)的多少,所以声功率也就是声音在单位时间内做功的大小,表现的是声源发声能力的大小。那它的单位也就非常明显了,通常用dBW来表示。那么通常我们说的声功率增加一倍,声压级增加3dB到底是怎么得来的呢?

  其实有个换算公式:
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  其中,W0是个基准量,W是指音箱此时的工作功率。
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  测量噪声源的声功率级

  什么是声压级
  而声压级,我们通常用dBSPL来表示,它是由声音对大气分子的扰动作用于人耳振膜所感知的大气压强,其计算法则为该声音的声压值与参考声压的一个比值再乘以20倍的Log,即
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  式中,P表示测出的声压值,P0是参考声压值,所以声压每增加一倍,声压级增大 (20Log2) 6dB,根据这个可以算出人耳朵可接受的最大声压级。

  由于人耳可承受的最大声压约为20Pa,而通常在空气中的参考声压是2×10-5Pa,也就是人耳的可承受的最大声压级约为120dB (20Log20/2×10-5),这也就是我们常常所说的痛阈,但这痛阈值并不是适用于所有的人,有的人由于工作环境或者天生耳部构造等原因可以达到130甚至140dB。
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  声压级与声功率的关系
  声压级与声功率之间有个换算公式:
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  式中,LW是一个定值,r是声源到测试点的距离。根据这个公式我们可以算出当声源距离测试点的距离大小,声压级与声功率之间的大小关系也就可以计算出来了。

  不经意间,我们也经常会陷入一个误区,就是当两只或多只音箱叠加时算它们的最大声压级,一般都知道一只音箱的声压级=10LogW+灵敏度,那往往将两只或多只音箱叠加时,有的人就直接用10LogW×n+灵敏度(n表示音箱数量,尤其表现在计算线阵最大声压级上表现尤为明显),其实这个计算方式是错误的。因为当两只或多只音箱叠加使用时,它们并不是简单的功率叠加,尽管是叠加的计算出来的结果也只是声功率叠加,并不是我们所求的声压叠加。
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  (a) 表示声波的叠加;(b) 表示声波的抵消

  声波之间会相互影响,会发生叠加或者抵消。通过上图原理我们能得出:具备相同相位、相同发声源、相同振幅、相同频率的声音叠加时,振幅(能量增加一倍)即声压级增加6dB。但往往测量两只相同型号音箱叠加时却没有增加6dB的,那就很奇怪了。那是因为音箱在重放叠加时由于产生了距离差,这些距离差使得一些短波长频率发生了声干涉现象,声波会产生抵消,某些波的抵消或不完全抵消降低了波的能量,从而降低了大气压的能量,所以测出的两只音箱之间声压级一般增加4dB左右。

  来源:埃威姆公司微信公众号(ID:AVMEDIA-CHN1),作者:陈涛。

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