Acoustic——声压、声强、声功率之间的区别与联系

NVH问题一直以来都是工程领域，尤其是汽车工程中的主要难点，如何抑制噪声和控制振动是一项艰巨的任务，想要研究好NVH问题，首先得熟知声音的一些基本物理量，今天就带大家学习一下声学领域中最基础的三个物理量：声压、声强和声功率。

在物理上是如何来描述声音的呢？测量声音最常用的物理量是声压。我们都知道声音是一种机械波，是由物体振动产生的，当物体发生振动时，声音的传播介质也会发生振动并向外传播形成声波，声波在介质中传播时，在传播过程中空气压力会发生周期性变化，这种变化会在空气或其他介质中形成区域性的稠密和稀疏。这种交替变化会引起介质中的压力差，从而推动声波的传 播。而声压就是受声波振动变化的声压与标准大气压的差，由于测量声压较为容易，通过声压的测量结果也能间接求得质点速度等其他物理量，因此常用声压来描述声波。在现实生活中，通常人耳可以听到的声压幅值区间在20μPa~20Pa，从听阈（20μPa）到痛阈（20Pa）相差了100万倍，如果以线性尺度去描述声压，如下图所示，很明显能发现在对比变化较大的幅值时，该方法并不是特别合适，声压如果小于0.001Pa，就几乎无法查看了。

在这种情况下，人们就采用声压级去描述声音的大小，声压级顾名思义就是在声压的基础上引入了“级”的概念，它用对数的方式来表示。可能大家对它的单位更加熟悉：分贝（dB）。讲到分贝，大家的第一反应可能是声音的大小，比如安静的教室大约是40分贝，嘈杂的道路是80分贝……但是其实分贝并不是声音的单位，它实际上是一个无量纲量，是表示比率或增益的对数单位，声压级通过听阈（20μPa）为基本声压值，具体公式如下

P：测量声压

P0：基本声压值（20μPa）

通过对数处理后的声压级来描述声压，范围就从原来的2x~20Pa变成了0~120dB，这样就很方便我们日常对声音进行比较和评价了，另外还有一个重要的原因，就是声压的变化范围与人耳听觉感受的变化不成正比，不能直观地表达人耳的听觉感受，听觉系统更贴近对数尺度，因此引入了声压级的概念。

除了声压之外，还有另外两个非常重要的参数——声强和声功率。先讲讲声强，在《声学基础》中是这样定义它的：通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流，也叫平均声能量流密度，单位为w/㎡。可以理解为当声波在垂直于传播方向上单位面积的声能量越多时，声强就越大，声音就越强，因此声强是表示声音强弱的一个客观物理量。声强和声压一样，都是用于描述声场的，那为什么有了声压还需要借助声强呢？因为声压是标量，有局限性，不能描述声能的幅值和流速，而声强是有大小和方向的矢量，包含了更多信息，可以用于确定并量化噪声源及其传递路径、确定结构的声传递损失等。除此之外，声压的测量虽然简单，但是非常容易受到环境影响（背景噪声/反射等）而导致较大的误差，往往需要在特定的消声室或者混响室内进行测量，但是声强的测量具有方向性，受现场影响比较小，可以消除背景噪声的影响进行现场，因此目前声强测量也在被广泛应用于实际的声学研究中。与声压级对应，为了更容易描述变化量较大的声强范围，声强也引入了声强级的概念，具体公式如下：