什麼是聲壓、聲強、聲功率?

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聲壓、聲強和聲功率是描述聲音特性的三個重要物理量。

聲壓 (Sound Pressure)

聲壓是指當聲波通過介質時,空氣分子產生疏密變化,由其所產生的壓力變化量,單位為帕斯卡(Pa)

聲壓的大小會隨著測量點與聲源的距離增加而減少,其關係成反比。亦即測量點與聲源的距離增加一倍,則聲壓減少一半。

人耳可以聽到的聲壓範圍大約在 20 微帕 (µPa) 到 20 帕 (Pa) 之間,過大的聲壓暴露量會造成人耳聽力的損害。

聲強 (Sound Intensity)

聲強是指單位面積上聲波傳播的聲能流。可以理解為在垂直於聲波傳播方向的單位面積上的平均聲音能量流密度,單位為瓦特/平方米 (W/m²)

聲強是表示聲音強弱的客觀物理量,聲強越大,表示聲音的強度越強。

聲強是向量,可以描述聲能的大小和方向。聲強可以幫助確定噪音源及其傳遞路徑。與聲壓不同,聲強較少受到環境的影響,可以在現場測量並消除背景噪音。

聲強與聲壓的關係可以用公式表示:I = p²/z,其中z為介質的聲阻抗。

聲功率 (Sound Power)

聲功率是指聲源在單位時間內向外輻射的總聲音能量,單位為瓦特 (W)。聲功率可以理解為聲強在整個聲源表面積上的積分。

聲功率是聲源本身的屬性,與測量者的位置或距離無關。無論在何處測量,聲源的聲功率都應保持不變。

聲功率不能直接測量,需要通過測量聲壓或聲強來間接計算得出。所以想得知某個待測物的聲功率,有聲壓法聲功率聲強法聲功率兩種方式可以選擇。

聲壓與聲強的計算

此外,分貝 (dB) 是一個對數單位,常用來表示聲壓級 (SPL, Sound Pressure Level) 或聲強級 (SIL, Sound Intensity Level),方便描述數值變化範圍較大的聲音大小。分貝並非物理量的單位,而是表示兩個相同單位物理量之間的比值

聲壓級 (SPL) 的基準值是 20 微帕 (µPa),公式為 SPL = 20 * log10(p/p0),其中 p 是測得的聲壓,p0 是基準聲壓。

聲強級 (SIL) 的基準值是 10^-12 W/m²,公式為 SIL = 10 * log10(I/I0),其中 I 是測得的聲強,I0 是基準聲強。 在自由音場中,聲壓級和聲強級的數值相等。


相關資訊

The University of Manchester – Basic Acoustics

HBK – Sound Power and Sound Pressure Explained

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