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家庭影院定制安装容易忽略的技术点之声压、声压级和分贝
更新时间:2019-12-27 11:08:42 编辑:温情 文章来源:音响网 调整文字大小:【

如果说影音行业存在一些必须要了解的概念,那么,声压级肯定是其中之一。常常和它一起出现的“分贝”也成为声学领域非常重要的单位。有趣的是,“声压级”在日常交流中出现的频率很低,取而代之的是“声压”,比如“声压是多少”“声压一样吗”,很多人把“声压”当作“声压级”的缩写,殊不知这两个概念在本质上截然不同,而“分贝”可以作为“声压级”的单位,但并不专属于“声压级”。这几个概念之间既独立又相互联系,而且涉及到很多物理知识和数学公式。在这篇的文章中,我们尽量以简洁易懂的方式将它们加以区分,如果各位有进一步探究的兴趣,可以查阅相关的专业书籍。

 

用比值来表示数以十亿倍的声压范围会更加简单直观

我们都知道,声音是通过振动产生,当声波在空气中传播时,会影响空气的疏密程度,从而改变压强,这就是声压(acousticpressure),单位为帕斯卡(Pa)。而从技术定义的角度来说,“声压级(SPL)是指以对数尺衡量有效声压相对于一个基准值的大小,用分贝(dB)来描述其与基准值的关系。”听起来是不是很复杂?但我们可以先从这个定义中提炼出两个结论,一是声压级是声压的对数值,二是可用分贝来表示声压级。

曾经有人做过一个实验,先在一间房间中放置一个声源,把它调节到一个较低的声音,有着一个单位的声压,记下响度。接着逐渐增加声压,直到响度增加1倍,此时的声压为10个单位。如果把声压增加到10000个单位,为了使响度加倍,声压则必须从10000增加到100000个单位,相当于增加了9000个单位。可以发现,前后两次调整的声压比值都是10:1,但差值却相差甚远。用比值来表示数以十亿倍的声压范围显然会更加简单直观,虽然这种比值并不完美,但是用分贝所表示的声压级已经可以足够接近。


为了模仿人类的听觉系统,声级计通常会提供A、B、C三种计权


从等响曲线可以看出,我们的听觉灵敏度在低频和高频部分都衰减得比较快,而且这种衰减在较小的声压环境下会更加明显

对数是用分贝表示声压级的基础

既然如此,何不直接说“声压级是声压的比值”,而要引入对数值这个概念?原因很简单。虽然用比值来表示比用差值更直观,但声压范围实在太大了,总是用一连串的零来表示会显得非常累赘,而且容易出错,不如指数来得简洁明了,比如10000可以用指数104来表示,而指数和对数又是可以相互转换的,104通常写作“log1010000=4”。对数也是用分贝表示声压级的基础。因为从概念来看,“分贝(decibel,常用dB表示)”是量度两个相同单位之数量比例的计量单位,不同单位有不同的计算公式,但都以对数的形式表示,比如声压级和分贝的计算公式:

SPL=20log10(p/pref)dB,其中p=声压,pref=参考声压。

对于空气来说,标准的参考声压为20微帕斯卡,已知1帕斯卡约等于252000微帕斯卡,所以这个参考声压是非常小的,它是人耳在1kHz能产生听觉的最低声压。利用分贝表示的声压级,能够把较大和较小的比率压缩到一个更加方便且易懂的范围内。比如0.00002Pa(20微帕斯卡)-100000Pa差距很大,但用声压级表示时,就会变成0-194dB。


用声压级来表示数以十亿倍的声压范围显然会更加简单直观,读取声压级的设备被称为声级计

声级计的计权网络是为了模仿人类的听觉系统

用来读取声压级的设备被称为声级计。为了模仿人类的听觉系统,声级计通常会提供A、B、C三种计权。要理解这三种计权,需要对等响曲线有所了解。它的绘制同样涉及到一个著名实验,每一条频响曲线都以1kHz的某个声压级(0dB、10dB、20dB……)为参考响度,实验对象从不同频率的13个声压级中找出和参考响度听起来相同的一个,将这些点连接成线,便是等响曲线。为了比较清楚区分和称呼不同的等响曲线,我们又有了“响度级”的概念,它的单位为“方(phon)”,比如,穿过1kHz处声压级为80dB的等响曲线被称为80方等响曲线,或者说,80方等响曲线上的声音响度级为80方,其它以此类推。

从等响曲线可以看出,我们的听觉灵敏度在低频和高频部分都衰减得比较快,而且这种衰减在较小的声压环境下会更加明显。声级计的计权网络就是为了模拟人耳的这种听觉特点,它们能让声级计的读数更加贴近声音的相对响度。

其中A计权的频响曲线是40方等响曲线的反转,B计权是70方等响曲线的反转,C计权是100方等响曲线的反转。选择哪种计权要根据测量对象的声压级大小来确定。声压级在20-55dB之间,选择A计权;在55-85dB之间,选择B计权;在85-140dB之间,选择C计权。通常来说,A计权更加常用,用它测量时,最终的测量值会标明dBA。由于A计权在1kHz以上是基本平直的,因此dBA与未计权读数的差别,主要体现在低频部分。假如这两种读数有着较大差别,表示信号有着明显的低频成分。需要注意的是,这些带有简单计权的声压测量,不能代替响度级的测量,只能用于比较声压级。

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