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声学基础知识之声压的基本概念

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。

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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。

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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。

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下一节:声学基础知识之声传递损失

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第一章 绪论

-1.1 引言

--1.1 引言

-1.1 引言作业

-1.2声呐系统和声信道模型

--声呐系统和声信道模型

-1.2声呐系统和声信道模型作业

第二章 平均能量信道

-2.1 平均能量信道概述

--平均能量信道概述

-2.1 平均能量信道概述作业

-2.2 海水中的声速

--2.2 海水中的声速

-2.2 海水中的声速作业

-2.3 海水中的声吸收、海洋环境噪声

--2.3 海水中的声吸收、海洋环境噪声

-2.3 海水中的声吸收、海洋环境噪声作业

-2 .4 海底反射损失

--2.4 海底反射损失

-2 .4 海底反射损失作业

-2.5 分层介质中的射线声学

--2.5 分层介质中的射线声学

-2.5 分层介质中的射线声学作业

-2.6 等梯度水层中的声线和声场

--2.6 等梯度水层中的声线与声场

-2.6 等梯度水层中的声线和声场作业

-2.7 深海声传播方式与扩展损失

--2.7 深海声传播方式与扩展损失

-2.7 深海声传播方式与扩展损失作业

-2.8.1 浅海的PEKERIES模型

--2.8.1 浅海的PEKERIES模型

-2.8.1 浅海的PEKERIES模型作业

-2.8.2 浅海的PEKERIES模型(二)

--2.8.2 浅海的PEKERIES模型(二)

-2.8.2 浅海的PEKERIES模型(二)作业

第三章 相干多途信道

-3.1 相干多途信道概述

--3.1 相干多途信道概述

-3.1 相干多途信道概述作业

-3.2 相干多途信道系统函数

--3.2 相干多途信道的系统函数

-3.2 相干多途信道系统函数作业

-3.3 相关器和匹配滤波器

--3.3 相关器和匹配滤波器

-3.3 相关器和匹配滤波器作业

-3.4 信号模糊度函数

--3.4 信号模糊度函数

-3.4 信号模糊度函数作业

-3.5 拷贝相关器在相干多途信道中的响应

--3.5 拷贝相关器在相干多途信道中的响应

-3.5 拷贝相关器在相干多途信道中的响应作业

-3.6 自适应相关器

--自适应相关器

-3.6 自适应相关器作业

-3.7 自适应相关器在相干多途信道中的响应

--3.7 自适应相关器在相干多途信道中的响应

-3.7 自适应相关器在相干多途信道中的响应作业

-3.8 相干多途信道中的互相关

--3.8 相干多途信道中的互相关

-3.8 相干多途信道中的互相关作业

-3.9.1 时间反转镜技术原理

--时间反转镜技术原理

-3.9.1 时间反转镜技术原理作业

-3.9.2 时间反转镜技术分类

--时间反转镜技术分类

-3.9.2 时间反转镜技术分类作业

第四章 随机时变空变信道理论基础概述

-4.1 随机时变空变信道理论基础

--4.1 随机时变空变信道理论基础概述

-4.1 随机时变空变信道理论基础

-4.2 随机声场的一般概念和描述

--4.2 随机声场的一般概念和描述

--4.2 声信号起伏作业

-4.3 时变信道的系统函数

--4.3 时变信道的系统函数

-4.3 时变信道的系统函数作业

-4.4 随机时变信道的系统函数

--4.4 随机时变信道的系统函数

-4.4 随机时变信道的系统函数作业

-4.5.1 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道(一)

--4.5.1 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道(一)

-4.5.1 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道(一)作业

-4.5.2 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道(二)

--4.5.2 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道(二)

-4.5.2 广义平稳信道WSS信道、非相关散射信道US信道(二)作业

-4.6.1 广义平稳非相关散射信道WSSUS

--4.6.1 广义平稳非相关散射信道WSSUS

-4.6.1 广义平稳非相关散射信道WSSUS

-4.6.2 匹配滤波器在WSSUS信道中的响应

--4.6.2 匹配滤波器在WSSUS信道中的响应

-4.7 散射函数

--4.7 散射函数

-4.7 散射函数作业

-4.8 相干函数

--4.8 相干函数

-4.8 相干函数作业

第五章 缓慢时变的相干多途信道

-5.1 缓慢时变信道的相干多途信道

--5.1 缓慢时变信道的相干多途信道

-5.1 缓慢时变信道的相干多途信道作业

-5.2.1 散射函数实验结果(一)

--5.2.1 散射函数的实验结果(一)

-5.2.1 散射函数实验结果(一)作业

-5.2.2 散射函数实验结果(二)

--Video

-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.2.2 散射函数实验结果(二)

-5.3 信道相干性的测量方法

--5.3 信道相干性的测量方法

-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.3 信道相干性的测量方法

-5.4.1 相干信道中运动声源的系统函数(一)

--5.4.1 相干信道中运动声源的系统函数(一)

-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.4.1 相干信道中运动声源的系统函数(一)

-5.4.2 相干信道中运动声源的系统函数(二)

--5.4.2 相干信道中运动声源的系统函数(二)

-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.4.2 相干信道中运动声源的系统函数(二)

-5.5 目标运动时互相关的损失

--5.5 目标运动时互相关的损失

-第五章 缓慢时变的相干多途信道--5.5 目标运动时互相关的损失

第六章 混响信道

-6.1 混响信道概述

--6.1 混响信道概述

-6.1 混响信道概述--作业

-6.2 混响的平均特性

--6.2 混响的平均特性

-第六章 混响信道--6.2 混响的平均特性

-6.3 混响的散射函数

--6.3 混响的散射函数

-第六章 混响信道--6.3 混响的散射函数

-6.4 混响的多普勒特性

--6.4 混响的多普勒特性

-第六章 混响信道--6.4 混响的多普勒特性

-6.5 混响的统计特性&抗混响

--6.5 混响的统计特性&抗混响措施

-第六章 混响信道--6.5 混响的统计特性&抗混响

第七章 主动声呐目标信道

-7.1 目标信道

--7.1 目标信道

-第七章 主动声呐目标信道--7.1 目标信道

-7.2 相干目标信道与多亮点模型

--7.2 相干目标信道与多亮点模型

-第七章 主动声呐目标信道--7.2 相干目标信道与多亮点模型

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