5.2.3 声学基本概念

声音由质点的振动产生，声振动以机械波的形式在空气（或其他弹性媒介）中传播，称为声波。在声波的扰动下，空气分子交替膨胀或压缩，表现为媒质压强、密度、温度及质点速度的变化。假设空气微元受到声扰动后，压强由p₀变为p₁，定义声压p为

p=p₁-p₀

声压p是空间和时间的函数，由声扰动引起的密度的变化ρ′=ρ-ρ₀也是空间和时间的函数。存在声压的空间称为声场，声场中某一瞬时声压值称为瞬时声压。在一定时间间隔T中，瞬时声压对时间取均方根值，称为有效声压p_e：

用检测仪器测量得到的声压，和人们习惯上所指的声压通常都是有效声压。声压的单位为Pa。声波使空气分子来回振动，使空气分子来回压缩和膨胀，因此使空气具有了动能和形变位能，这部分能量就是声能量。单位体积的平均声能量密度定义为

式中 ρ₀——平衡状态的空气密度；

c₀——空气中的声速。

垂直于声传播方向上单位面积的平均声能量流称为声强I，单位W/m2，表示为

由于声振动的能量范围非常大，声功率从10-5W到109W，相差十几个数量级，同时人耳对声音的“响度感觉”并不是正比于强度的绝对值，而是接近与对数值成正比。因此，在声学中普遍采用对数标度来度量声压，称为声压级，单位为dB（分贝），声压级以符号SPL表示：

式中 p_e——待测的有效声压；

p_ref——参考声压，一般取2×10-5Pa，这个值是正常人耳对1kHz声音的可听阈值，对应的声压级为0。

表5-1所列为日常生活中的声学现象的声压级、声压和声强的对应关系。

语音清晰度（Articulation Index, AI）是衡量汽车风噪声的最常用指标，用来描述在噪声环境下话语被听清楚的程度，通常采用百分数来表示。AI值为0%代表话语的声音完全听不清楚，100%表示话语完全能听得清楚。

表5-1 日常生活中的声学现象的声压级、声压和声强的对应关系