谈谈声压级和灵敏度的关系

2022-4-15 15:09| 发布者: weixin| 查看: 980| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是成对数比例关系。

分贝

人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是成对数比例关系。所以采用分贝来表达声学量值。所谓分贝是指两个相同的物理量（例A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20，视适用对像而定）。

分贝符号为"dB"，它是无量纲的。式中A0是基准量（或参考量），A 是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，这对数值称为被量度量的"级"。即，用对数标度时，所得到的是比值，它代表被量度量比基准量高出多少"级"。

声压

指在某一瞬时压强相对于无声波时的压强变化（改变量），符号P，单位N/㎡ (牛顿/平方米 ) 或Pa（帕斯卡）• 声压和声强有密切的关系，在自由声场中，测得声压和已知测点到声源的距离，就可计算出该测点的声强和声源的声功率。

声压级

人耳对声音强弱的变化的感受并不与声压成正比，而与声压的对数成正比。单位为dB。

声压级：

式中，LP为声压级 (dB)，P 为声压 (Pa)，P0为基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000Hz声音人耳刚好能听到的最低声压。

现在我们来说一下你从书上看到的观点：

正常谈话时语言的声功率为1μW，大声讲话时可增加到1mW，正常讲话与人距离1m时的平均声压级为65~69dB。

这些数据让我有点不懂了，书前面所讲的功率级差分贝的计算和这些数据有什么根本关系呢？书前面公式功率级差分贝：

现在假设我们人正常说话时为60dB，则功率的推算方法如下：

可推出10lgP=-60 即lgP=-6，即P=1μW。

你可能会问，为什么这里的60dB可以直接代入功率级与功率的换算公式里面呢？因为，这里的功率级和声压级都是无量纲的。

做音响调音和声压有关的还有以下几个公式和推理，顺便说一下：

1. 施加给音箱的功率 (W) 和声压级 (dB) 之间的换算

式中，Lp为声压级，W 为声功率。

由上式可推出：

· 当功率为2W时

· 当功率为4W时：

这样我们就可以得出一条定律：施加给音箱的功率每增加一倍，声压级增加3dB。

2. 声音在室内，温度为20℃时，距声源一定距离时衰减量为

式中，L 为衰减量 (dB)，D 为离音源正面距离 (M)。

由上式可推出：

· 距声源1M处衰减量为：

· 距声源2M上衰减量为：

· 距声源4M处衰减量为：

这样我们就可以得出一条定律：在室内环境，温度为20℃时距离每增加1倍，声压级衰减6个dB。

3. 音箱发出的声音到达某点

声压级数值=音箱灵敏度+10lg（此时音箱的输入功率）-20lg（听音位置到音箱的距离）

这个公式的理解为：某只音箱的灵敏度数值（音箱说明书上有，写着xxdB/1w.1m），加上音箱输入电功率（就是多少瓦）的常用对数值乘10后的数值，再减去听音位置到音箱距离（多少米）的常用对数值乘20后的数值，就是当前听音位置的声压级数值。这个数值越大，说明音量越大，听起来越响。

举例：已知音箱灵敏度为93dB，输入功率为100W，问分别计算出理想状态下距此正面10m、15m、20m及100m的电大声压级。

10m地SPL=音箱灵敏度+10lg（此时音箱的输入功率）-20lg（听音位置到音箱的距离）

=93+10lg100-20lg10=93+20-20=93dB

同理可算出15m处SPL=89dB，20m处SPL=87dB，100m处SPL=73dB。说明，声音衰减与距离的关系可用以下公式来表示：

衰减量=20lgD (D 为需测位置与音箱间正面音的距离）

4. 实际应用中还要考虑到环境、角度等各种因素

在挑选或者比较几只不同的扬声器单元时, 我们经常会发现在同样的使用条件下有些扬声器单元听起来声音很响，而有些扬声器单元的声音相比之下就显得较轻。除去听觉上的其他因素，造成响度不同的原因是由于这些扬声器各自的灵敏度不同，可见器材灵敏度方面的搭配在系统中起到了很关键的作用。

扬声器作为一种电信号与声音之间的换能器，扬声器系统的灵敏度实质上就是一种转换效率的体现。如何以较小的功率来获得很大分贝值的响度，这样的问题一直以来都是被喜爱db类竞赛的人们所推崇的问题。由于设计技术、选用材料、生产技能和生产工艺诸多方面的差异，具体的扬声器单元灵敏度的差异还是很大的。

灵敏度是扬声器单元的一个很重要的技术指标，扬声器单元灵敏度的定义简单来讲就是供给扬声器单元1W 的电功率，在扬声器轴线方向（所指向方向，即响度最强处）离开1m处，所测得的声压值（分贝值）的大小。灵敏度高的扬声器其灵敏度可达到100dB以上，而市面上较低的甚至只有80多dB，不要小看这字面上的十几二十个dB。如果甲乙两个扬声器的灵敏度相差3dB，要想获得相同的声压级输出，那灵敏度较低的扬声器就要增加一倍的电功率输入。人们可能会关心两个相同声压级的扬声器放在一起，它们合成的声压级是多少？我们设定声压级同时为80dB的两个扬声器出现在一起（80dB的声压相当于距离我们1m远处大声说话时产生的声压）。它们合成的声压级不是80+80=160dB，这会大大的超出了人耳所能承受的120dB的限度。那么，应该是多少呢？这可以用声音的能量叠加（对数运算规律）来计算出其结果：

合成的总声压级

我们设定的是声压级同是80dB的两个声音同时出现在一起，所以上述公式中的n=2，20lgPe/P0=80dB。总声压级为

同理，若我们设定的声压级同是80dB的三个扬声器同时出现在一起，那么等式中的n=3，20lgPe/P0=80dB。总声压级为

怎么样，这些数值看起来让我们很失望吧，单纯的依靠喇叭叠加所能得到的响度是有限的。我们在声压竞赛中看到的结果相差3个dB的，实际上它们的响度相差的不是数值上的百分之几，而是一倍的响度差距。

我们再用灵敏度这个参数来举个例子，一套灵敏度为99dB的扬声器系统，单价为4千元，另外一套是90dB，单价1千元。灵敏度为99dB的扬声器单价虽然高，但其响度大，要8只90dB的扬声器才能得到1只99dB扬声器的响度。那么，仅仅这8只扬声器的单价就远远超过了那1只高灵敏度扬声器的单价了，若是算上推动这些扬声器的8台功放（也许用不上8台，但肯定比那一套扬声器的功放数量多）那成本差的就更多了。下面列出一组扬声器数量和合成声压级供参考。

扬声器数量 SPL（合成声压级）：1只90dB，2只93dB，4只96dB，8只99dB，11只102dB。

在实际应用中，扬声器系统的输入功率都远远大于1W，一般都是从50W到2000W甚至更大一些，因此工作时都可以输入这个最大的允许电功率（这个数值通常要大于扬声器最大的承受功率，但最大不要超过1.5倍为最佳）。以额定最大功率输入的扬声器，在扬声器轴向1m处产生的声压级我们称为最大声压级SPLmax。例如：灵敏度为100DdB扬声器，若最大承受功率为1200W，那么它的最大声压级SPLmax=100+30.8dB。当然这只是工业标准上统一的测量方法，我们在不同汽车音响竞赛中会采用不同的测量规则。如，IASCA对于SPL测量接收器位置有如下说明：接收器将在任何时候都对着车辆的前面；接收器放置水平，距离OEM乘客位边窗口的“A”支柱12英寸，距离仪表板顶端4英寸，距离档风镜1英寸。

经过了对灵敏度定义概念上的认识，我再介绍两个工业上具体相关的定义，特性灵敏度级别与平均灵敏度级。

· 特性灵敏度级：目前大部分扬声器生产厂都用特性灵敏度级的大小来表示不同扬声器单元的灵敏度。扬声器的特性灵敏度级表示在扬声器的额定频率范围内，当加在扬声器两端的粉红噪声信号电压值等于扬声器额定阻抗值的算术平方根时。扬声器参考轴上距扬声器发声面1m处用测量话筒测得的声压级大小。它的单位是dB/m/W。如果消耗在扬声器上的功率等于扬声器的额定功率，这时测得的声压级称为该扬声器的额定特性灵敏度级。用粉红噪声信号测量扬声器的灵敏度级，不需经过计算即可直接读出被测扬声器的灵敏度级，测试结果也比较真实。目前大多采用这种测试方法。

· 平均特性灵敏度：除了特性灵敏度级以外，有时我们也用平均特性灵敏度来表示扬声器的灵敏度特性。这种灵敏度的测试方法是在被测扬声器两端输入一个纯音信号，信号电压的大小也以被测扬声器在额定阻抗上刚好消耗1W功率。先在频响曲线上取一点，读出该频率。

来源：三亿文库《声辐射的基本特征》，作者：开心的桑尼 Sunny。

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