干货收藏 | 一文看懂声音传感器各种输入参数术语

导读：听觉是人体的五官，声音传感器作为仪器的“听觉器官”，是数万种传感器中重要的大类之一，对声音的精确测量在很多行业中都有重要的作用，每个声音传感器的从业者都应该了解声音测量的相关参数。

●声频

　　正常可听到的声音的频率。一般20Hz~20kHz的范围。

　　●声强

　　声强是在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能，用I表示，单位是W/m²，W为声功率。

　　声强级L_I（dB）表示为 L_I=10lg（I/I₀），式中，I₀—基准声强，取为10^-12W/m²

　　●声压

　　声波在介质中产生的余量压强（与大气静压力相比）称为声压，单位为Pa或ubar（1Pa=10ubar=1N/m²）。

　　声压的大小可用瞬时声压、峰值声压、有效声压和声压级来表示。

　　瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压，即p_RMS=

　　对正弦声压信号，若p（t）=pm sin （wt +θ），则有效声压p_RMS为：P_RMS=  

　　正常人耳刚能听到的声音的声压是2×10^-5Pa（或2×10^-4ubar），这个声压称为听阈声压。当声压达到20Pa（200 ubar）时，人耳将产生疼痛感觉，称为痛阈声压。

　　●参考声压

　　以dB（分贝）表示声压时，需要取一个统一的声压值作为参考值。电声学中取接近人耳刚能听到的1kHz声波时的声压值（听阈声压）作为参考声压。

　　●声压级

　　从听阈到痛阈（2×10⁵~20Pa）相差1百万倍。为表示声压方便起见，习惯上用声音的声压和参考声压比值的常用对数表达式（即声压级）来表示声音的强弱，即Lp=20 lgP/P₀（dB）

　　式中，L_P-声压级，它是无量纲的相对量；p-声压，单位为Pa; P₀-参考声压。

　　由于采用了声压级，就把相差1百万倍的可闻声压范围简化成0~120dB的声压级变化。

　　由上式可知，声压增加一倍，声压级增加6dB。

　　●声场

　　有声波传播的弹性媒介的空间。

　　●声级

　　在声场中某一点的声级是根据不同计权网络A、B、C等分档的声级计上获得的声压级。

　　●响度级

　　人耳对声音的感觉不仅与声压有关，而且还和声波的频率有关。频率反映声调的高低，引起人耳听觉反映的频率范围为20~20kHz。根据人耳的特性，引入了一个把频率和声压级统一起来的、反映人们主观感觉的量-响度。响度用响度和响度级两个主观量来衡量。工程上，首先通过实验确定出响度级，再由响度级来确定响度。

　　响度级是通过听觉实验确定的，单位是phon（方）。当某噪声听起来与参考声压一样响时，该参考声压的声压级（dB）即为该噪声的响度级。例如，某噪声听起来与声压级80dB的参考声压一样响，则该噪声的响度级即为80phon。通过该法，亦可得出整个可闻频率域纯音的响度级。

　　响度级是一个相对量，它不能直接反映人耳对声音强弱的感觉程度。响度级一般用L_N表示。

　　●响度

　　响度是反映听觉判断声音强弱的量，单位是sone（宋）。响度和响度级的换算关系为lgN=0.03L_s-1.2

　　由上式可知，1sone的响度相当于40phon的响度级。响度级每增加10phon，响度增加一倍；响度级降低10phon，响度相当于降低50%，若响度级降低20phon，则响度相当降低75%。所以用响度来表示声音的大小，能直接表示出声音增加或降低的百分数。

　　●混响

　　声源停止后，声音尚能持续的现象

　　●混响声场

　　满足下列条件的声场称为混响声场：

　　室内声能密度均匀；

　　声能向各方向传递的概率相等；

　　各方向传到空间某点的声波相位是随机的

       满足上述条件的房间，则称之为混响室。

　　●自由声场

　　只有直达声而无反射声的声场

　　●声能

　　在介质中由于声波存在而具有的能量。一般以声功率W和声功率级L_w表示。声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，用W表示，单位是W（瓦）。W=

　　式中，S-包围声源的封闭面积（m²）；In-声强在面积元dS法线方向上的分量（W/m²）

　　在自由场，当声波是球面辐射时，W=I_球·4πr²

　　式中，I_球-半径为r的半球面的平均声强。若声源在开阔空间的地面上，声波只向半球面辐射时，W=I_球·2πr²

    式中，I_半球-半径为r的半球面的平均声强。

　　声功率的定义为Lw=10 lg（w/w₀）

　　式中，W-声功率（W）；W0-基准声功率，取为10^-12W。

　　如果声源的尺寸远小于声波的波长，则该声源可视为点声源。此时，声波将呈球面波的形式，较均匀地向各个方向辐射。多数情况下，声源附近的声波可近似看作球面波

　　对球面波

    Lw=10lg（I_球4πr²/w₀）=Lp+20lgr+11（dB）

　　对半球面波

　　Lw=L_p+20 Ig r+8（dB）

　　●声阻抗

　　在一定表面上的声阻抗等于作用在该表面上的声压与透过该面积的通量体积速度的复数比

　　●声阻

　　在声振动系统中，由于媒介质具有粘滞性质使系统产生的阻尼。

　　●计权网络

　　指衰减量随频率按一定标准而变化的网络。在声学测量装置（声级计）中，接入一组滤波器（即计权网络），使测得的结果更接近于人对噪声的感觉和某些其他的用途.

　　●噪声

　　噪声测量在声学测量中占有很重要的地位。噪声有两类，它既指一些不规则的、间歇的声波，也指一切不希望有的扰动或干扰声音。人们所处环境中所有噪声的总和称为环境噪声。

　　噪声的时间特性对于此噪声是否能容忍影响很大。例如，平均噪声级为35dB但无较高瞬时峰值的环境噪声，要比噪声级为25dB而有较大瞬时峰值的环境噪声更为有害。图1所示为各类环境的典型噪声谱级，图2列出了不同环境的允许噪声级。

图1

图2

　　●超声波

　　超声波是频率超过20000Hz，人耳所不能听到的声波。超声波的应用极为广泛。实用超声波的上限频率在气体中只有10⁷Hz，在固体和液体中约为10¹⁰Hz。高频超声波由于波长很短，所以方向性很好，能够成射线定向传播。

　　超声波在液体、固体中的衰减很小，所以它的穿透能力很强，尤其是对一些不透明的固体。而且，它碰到杂质或分界面就会有显著的反射。这些特性使得超声波成为探伤、定位等技术的一项重要工具。

　　超声波的另一个重要特性是，超声波在媒质中的传播特性与媒质的各种非声学性质之间有着内在的紧密联系。例如，声速与媒质的弹性模量、密度、温度、流速、气体的成分、高分子化合物的聚合态、溶液的成分和浓度等有关。另一类是超声处理技术，就是利用超声波的能量对物质产生作用的种种技术。