聲壓的案例
Acoustic——聲壓、聲強(qiáng)、聲功率之間的區(qū)別與聯(lián)系
在這種情況下，人們就采用聲壓級(jí)去描述聲音的大小，聲壓級(jí)顧名思義就是在聲壓的基礎(chǔ)上引入了“級(jí)”的概念，它用對(duì)數(shù)的方式來(lái)表示。可能大家對(duì)它的單位更加熟悉：分貝（dB）。講到分貝，大家的第一反應(yīng)可能是聲音的大小，比如安靜的教室大約是40分貝，嘈雜的道路是80分貝……但是其實(shí)分貝并不是聲音的單位，它實(shí)際上是一個(gè)無(wú)量綱量，是表示比率或增益的對(duì)數(shù)單位，聲壓級(jí)通過(guò)聽(tīng)閾（20μPa）為基本聲壓值，具體公式如下
P：測(cè)量聲壓
P0：基本聲壓值（20μPa）
通過(guò)對(duì)數(shù)處理后的聲壓級(jí)來(lái)描述聲壓，范圍就從原來(lái)的2x﹣?~20Pa變成了0~120dB，這樣就很方便我們?nèi)粘?duì)聲音進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)了，另外還有一個(gè)重要的原因，就是聲壓的變化范圍與人耳聽(tīng)覺(jué)感受的變化不成正比，不能直觀地表達(dá)人耳的聽(tīng)覺(jué)感受，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)更貼近對(duì)數(shù)尺度，因此引入了聲壓級(jí)的概念。
除了聲壓之外，還有另外兩個(gè)非常重要的參數(shù)——聲強(qiáng)和聲功率。先講講聲強(qiáng)，在《聲學(xué)基礎(chǔ)》中是這樣定義它的：通過(guò)垂直于聲傳播方向的單位面積上的平均聲能量流，也叫平均聲能量流密度，單位為w/㎡。可以理解為當(dāng)聲波在垂直于傳播方向上單位面積的聲能量越多時(shí)，聲強(qiáng)就越大，聲音就越強(qiáng)，因此聲強(qiáng)是表示聲音強(qiáng)弱的一個(gè)客觀物理量。聲強(qiáng)和聲壓一樣，都是用于描述聲場(chǎng)的，那為什么有了聲壓還需要借助聲強(qiáng)呢？因?yàn)?em>聲壓是標(biāo)量，有局限性，不能描述聲能的幅值和流速，而聲強(qiáng)是有大小和方向的矢量，包含了更多信息，可以用于確定并量化噪聲源及其傳遞路徑、確定結(jié)構(gòu)的聲傳遞損失等。
展開(kāi) Acoustic——聲壓、聲強(qiáng)、聲功率之間的區(qū)別與聯(lián)系
在現(xiàn)實(shí)生活中，通常人耳可以聽(tīng)到的聲壓幅值區(qū)間在20μPa~20Pa，從聽(tīng)閾（20μPa）到痛閾（20Pa）相差了100萬(wàn)倍，如果以線性尺度去描述聲壓，如下圖所示，很明顯能發(fā)現(xiàn)在對(duì)比變化較大的幅值時(shí)，該方法并不是特別合適，聲壓如果小于0.001Pa，就幾乎無(wú)法查看了。
在這種情況下，人們就采用聲壓級(jí)去描述聲音的大小，聲壓級(jí)顧名思義就是在聲壓的基礎(chǔ)上引入了“級(jí)”的概念，它用對(duì)數(shù)的方式來(lái)表示。可能大家對(duì)它的單位更加熟悉：分貝（dB）。講到分貝，大家的第一反應(yīng)可能是聲音的大小，比如安靜的教室大約是40分貝，嘈雜的道路是80分貝……但是其實(shí)分貝并不是聲音的單位，它實(shí)際上是一個(gè)無(wú)量綱量，是表示比率或增益的對(duì)數(shù)單位，聲壓級(jí)通過(guò)聽(tīng)閾（20μPa）為基本聲壓值，具體公式如下
P：測(cè)量聲壓
P0：基本聲壓值（20μPa）
通過(guò)對(duì)數(shù)處理后的聲壓級(jí)來(lái)描述聲壓，范圍就從原來(lái)的2x~20Pa變成了0~120dB，這樣就很方便我們?nèi)粘?duì)聲音進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)了，另外還有一個(gè)重要的原因，就是聲壓的變化范圍與人耳聽(tīng)覺(jué)感受的變化不成正比，不能直觀地表達(dá)人耳的聽(tīng)覺(jué)感受，聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)更貼近對(duì)數(shù)尺度，因此引入了聲壓級(jí)的概念。
除了聲壓之外，還有另外兩個(gè)非常重要的參數(shù)——聲強(qiáng)和聲功率。先講講聲強(qiáng)，在《聲學(xué)基礎(chǔ)》中是這樣定義它的：通過(guò)垂直于聲傳播方向的單位面積上的平均聲能量流，也叫平均聲能量流密度，單位為w/㎡。
展開(kāi) 聲壓、聲強(qiáng)、聲功率區(qū)別與聯(lián)系
我們常常能聽(tīng)到“聲壓為55dB”、“聲功率太小”等字眼，這些都是用來(lái)描述聲音的物理量，但聲壓、聲強(qiáng)、聲功率同時(shí)出現(xiàn)，就容易混淆概念，弄不清其中的區(qū)別與聯(lián)系，下面我們來(lái)一一解析這三個(gè)詞。
三者的定義
聲壓：聲音傳遞時(shí)，聲波傳播擾動(dòng)介質(zhì)，使得介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的壓強(qiáng)變化叫做聲壓，單位為Pa。
聲強(qiáng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，通過(guò)與聲波前進(jìn)方向垂直的單位面積上的聲能定義為聲強(qiáng)，單位為W/m2。聲強(qiáng)是矢量（有大小和方向），也可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為：
某點(diǎn)的聲強(qiáng)=（瞬時(shí)聲壓ⅹ瞬時(shí)速度）的平均值
聲功率：聲功率定義為聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，單位為W。
三者的聯(lián)系
我們都知道，描述聲音的三個(gè)參數(shù)是聲壓、聲強(qiáng)和聲功率，它們之間有一定的關(guān)系。
聲功率與聲強(qiáng)：兩者有直接的關(guān)系，觀察兩者的單位（W與W/m2）可以發(fā)現(xiàn)以面積為變量，對(duì)聲強(qiáng)求積分來(lái)得到聲功率的值。
聲壓：在特定的聲學(xué)環(huán)境中，在一定位置，使用聲壓計(jì)可以測(cè)量出可感知聲源的聲壓。
聲功率與聲壓：在一個(gè)有電暖氣的房間中，暖氣散發(fā)出一定功率的熱能，所以從暖氣片中散發(fā)出來(lái)的熱能與環(huán)境無(wú)關(guān)，不受環(huán)境的影響。但是房間中的溫度與房間中的熱能環(huán)境有關(guān)，不同位置的溫度可能不一樣。類似地，放置在房間中的音箱輻射出一定功率的聲能，但是聲壓取決于聲學(xué)環(huán)境和在房間中距聲源的距離，如下圖所示。聲功率是“根源”，聲壓是聲源引起的“影響”。
展開(kāi) BK知識(shí)庫(kù) | 什么是聲強(qiáng)和聲壓？
另一方面，聲壓是聲源輻射聲音能量的結(jié)果，這些能量轉(zhuǎn)移到特定的聲音環(huán)境中并在特定位置進(jìn)行測(cè)量。聲功率是原因，聲壓是效果。
聲強(qiáng)與聲壓之間的關(guān)系
可以用熱來(lái)作為一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻，幫助了解 聲功率和聲壓之間的關(guān)系。
一個(gè)電加熱器具有一定的功率輸出，它輻射到一個(gè)房間，提高了房間的溫度。加熱器的功率輸出獨(dú)立于加熱器所在的房間。然而，房間內(nèi)的溫度會(huì)根據(jù)我們與加熱器的距離以及房間的特性而有所不同，例如房間的大小以及通過(guò)房間的墻壁和地板吸收或傳遞的熱量。
聲源的聲功率輸出與房間內(nèi)聲壓級(jí)之間的關(guān)系類似。從聲源輻射出來(lái)的聲能會(huì)提高房間的 聲壓級(jí)。聲源的聲功率級(jí)與房間獨(dú)立，但聲壓級(jí)將取決于我們 與聲源的距離和 房間的特性，這包括房間的大小，以及房間內(nèi)表面反射或吸收聲音的程度。
就像聲壓一樣，我們通常以分貝為單位表達(dá)聲強(qiáng)。這有時(shí)可能產(chǎn)生混淆——特別是當(dāng)省略參考值時(shí)。聲壓級(jí)的參考值為20μPa，而聲功率級(jí)的參考值為1pW。
選擇這些參考值，使得在一個(gè)完美的自由場(chǎng)，在傳播面積為1m 2的距離， 聲壓級(jí)和聲功率級(jí)相等。
為什么要決定聲功率級(jí)？
了解裝置的聲功率級(jí)非常有用。它允許我們客觀地比較不同裝置的聲音輸出，而不需要知道它們的測(cè)試環(huán)境或測(cè)量的距離。因此，聲功率級(jí)非常適合用于指定裝置的噪音發(fā)射限值，以及驗(yàn)證是否符合限值。
由于聲功率級(jí)與聲音環(huán)境和測(cè)量位置無(wú)關(guān)，因此我們也可以計(jì)算在已知的聲音環(huán)境中，從裝置到特定位置的聲壓級(jí)。
例如，聲學(xué)顧問(wèn)可能會(huì)使用機(jī)器的 聲功率級(jí)來(lái)計(jì)算在附近住所所產(chǎn)生的 聲壓級(jí)，如果要安裝在特定位置，則該機(jī)器將在附近住所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。然后，顧問(wèn)可以確定居所產(chǎn)生的噪音是否 符合有關(guān)規(guī)例，或是否應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇不同、更安靜的機(jī)械設(shè)備。
展開(kāi) 
BK知識(shí)庫(kù) | 什么是聲強(qiáng)和聲壓？
由于聲功率級(jí)與聲音環(huán)境和測(cè)量位置無(wú)關(guān)，因此我們也可以計(jì)算在已知的聲音環(huán)境中，從裝置到特定位置的聲壓級(jí)。
例如，聲學(xué)顧問(wèn)可能會(huì)使用機(jī)器的
聲功率級(jí)
來(lái)計(jì)算在附近住所所產(chǎn)生的
聲壓級(jí)
，如果要安裝在特定位置，則該機(jī)器將在附近住所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。然后，顧問(wèn)可以確定居所產(chǎn)生的噪音是否
符合有關(guān)規(guī)例
，或是否應(yīng)設(shè)計(jì)或選擇不同、更安靜的機(jī)械設(shè)備。
如何測(cè)量聲功率？
聲功率可以根據(jù)聲壓或聲強(qiáng)度測(cè)量來(lái)確定。
有兩種方法可以從聲壓測(cè)量中確定聲功率：
直接法
和
比較法
。直接法最常用于
自由場(chǎng)環(huán)境
，但也可用于混響場(chǎng)。然而，比較法
僅用于混響場(chǎng)
。
在直接法中
，定義了包覆所測(cè)試裝置的虛構(gòu)表面，并在表面上的多個(gè)位置進(jìn)行聲壓測(cè)量。這些聲壓級(jí)測(cè)量是在空間上平均和校正聲音環(huán)境的影響（例如背景噪音）。
一旦確定測(cè)量表面的平均聲壓級(jí)，只需調(diào)整表面面積與參考面積 1
m2
的比例，即可計(jì)算聲功率級(jí)。這是聲功率級(jí)等于聲壓級(jí)的地方。
比較法
有點(diǎn)不同。在此方法中，會(huì)使用具有
已知且穩(wěn)定
的聲功率級(jí)的參考聲源，在測(cè)試室內(nèi)進(jìn)行聲壓測(cè)量，參考聲源在操作和正在測(cè)試裝置的情況下進(jìn)行。接著，可透過(guò)比較所測(cè)量的聲壓級(jí)與每個(gè)聲源來(lái)計(jì)算接受測(cè)試裝置的聲功率級(jí)。
從聲強(qiáng)測(cè)量中確定聲功率的過(guò)程與直接測(cè)量聲壓方法非常類似。
展開(kāi) BK知識(shí)庫(kù) | 聲壓—?dú)堄嗦晱?qiáng)指數(shù)及動(dòng)態(tài)能力
向聲強(qiáng)測(cè)量系統(tǒng)的兩個(gè)通道饋入完全相同的聲信號(hào)，所測(cè)量的聲壓級(jí)與指示的聲強(qiáng)級(jí)之差。以分貝表示，指數(shù)通常為正。
The pressure-residual intensity index for a given measurement system is defined as the difference between the measured sound pressure level and the indicated intensity level when the intensity probe is placed in a zero intensity sound field. It is expressed in decibel and the index will normally be positive.
聲強(qiáng)測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)能力通過(guò)從聲壓-殘余聲強(qiáng)指數(shù)中減去K來(lái)確定，即
The dynamic capability of an intensity measurement system is determined by substracting K,
當(dāng)K為7 dB（誤差1 dB）或10 dB（誤差0.5 dB）。
which is 7 dB (survey grade) or 10 dB (engineering and precision grades) from the pressure-residual intensity index.
使用雙聲壓傳聲器法，給定傳聲器間距 r 的聲場(chǎng)和測(cè)量系統(tǒng)指示器之間的關(guān)系如下所示。
展開(kāi) 什么是響度？影響因素？
其計(jì)量單位是宋（sone），定義1kHz，聲壓級(jí)為40dB的純音的響度為1宋。
人耳對(duì)聲音的響度感受，不僅與聲壓級(jí)有關(guān)，還與頻率有關(guān)。相同聲壓級(jí)，不同頻率的聲音的響度感覺(jué)是不一樣的，聲壓幅值較小的聲音有可能比聲壓幅值較大的聲音具有更強(qiáng)的響度感覺(jué)。為了反映出人耳依據(jù)聲壓和頻率對(duì)聲音做出的主觀響度感受，上世紀(jì)20年代巴克豪森(Barkhausen)引入了響度級(jí)。巴克豪森是一位研究人員，他的名字縮寫(xiě)B(tài)ark被命名為一個(gè)臨界頻帶率的單位（Bark域）。
聲壓有聲壓級(jí)，同樣，響度也有響度級(jí)。響度級(jí)定義以頻率1000Hz的純音作為基準(zhǔn)音，其他頻率的聲音聽(tīng)起來(lái)與基準(zhǔn)音一樣響，該聲音的響度級(jí)就等于基準(zhǔn)音的聲壓級(jí)，單位為方（phon）。例如，頻率1000Hz，聲壓級(jí)為40dB的純音對(duì)應(yīng)的響度級(jí)為40方；聲壓級(jí)升高為50dB，響度級(jí)為50方；依此類推，如圖2所示，1000Hz的純音聲壓級(jí)為多高，其響度級(jí)則為多少。
圖2 響度級(jí)等于1kHz純音對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)
02
—
等響曲線
因?yàn)槁曇舻念l率不同，即使聲壓級(jí)相同，人耳對(duì)響度的主觀感受也有不同。為了描述人耳對(duì)聲音響度的主觀感受隨頻率變化的特性，提出了等響曲線的概念。等響曲線表明在可聽(tīng)區(qū)域的不同頻率下，聲壓級(jí)達(dá)到多少才與特定聲壓級(jí)的1kHz純音的響度相同。根據(jù)這個(gè)定義，所有的等響曲線都必須經(jīng)過(guò)1kHz處的聲壓級(jí)，而該聲壓級(jí)用dB值表示，與用“方”表示的等響曲線的數(shù)值相同：40方的等響曲線在1kHz處必須通過(guò)聲壓級(jí)40dB處。
例如，某聲音的頻率為250Hz，聲壓級(jí)為50dB，其響度與頻率為1000Hz，聲壓級(jí)為40dB的純音響度相同，則該聲音的響度級(jí)為40方。
展開(kāi) 聲學(xué)基礎(chǔ)：聲波的特性介紹 附聲學(xué)基礎(chǔ)杜功煥下載
1
聲壓
當(dāng)聲波傳播時(shí)，空氣媒質(zhì)各部分產(chǎn)生壓縮與膨脹的周期性變化，壓縮時(shí)壓強(qiáng)增加，膨脹時(shí)壓強(qiáng)減小。這變化部分的壓強(qiáng)與靜壓強(qiáng)的差值稱為聲壓。聲壓變化的平均值為零，因此平均聲壓是一個(gè)無(wú)用的量。通常用瞬時(shí)聲壓、峰值聲壓或有效聲壓（簡(jiǎn)稱聲壓）。對(duì)于正弦形聲波，峰值聲壓是聲壓的幅值，它等于有效聲壓的1.414倍。
2
質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移
聲波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移是媒質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)，因聲波通過(guò)而引起的相對(duì)于平衡位置的位移。振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的最大位移稱為振動(dòng)的振幅。空氣中聲波振動(dòng)的幅度非常小，大于10??mm~1mm之間。低限相應(yīng)于聽(tīng)閾，高限相應(yīng)于痛閾。
3
質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度
聲波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度是在一定時(shí)刻，媒質(zhì)中某一無(wú)窮小部分，由于聲波存在而引起的相對(duì)于整個(gè)媒質(zhì)的速度。瞬時(shí)質(zhì)點(diǎn)速度、峰值質(zhì)點(diǎn)速度和有效質(zhì)點(diǎn)速度的意義和聲壓中所用有關(guān)名詞相似。
4
聲阻抗
媒質(zhì)在一定表面上的聲阻抗，是該表面上的平均有效聲壓p 對(duì)通過(guò)該表面上的有效體積速度u 的比值：
聲阻抗的實(shí)數(shù)部分為聲阻，虛數(shù)部分為聲抗。而聲阻抗也可以用力阻抗表示，這時(shí)它等于力阻抗除以有關(guān)面積的平方。聲阻抗率是媒質(zhì)中某一點(diǎn)的有效聲壓對(duì)該點(diǎn)的有效質(zhì)點(diǎn)速度v 的比值：
在一自由平面聲波中，某點(diǎn)的有效聲壓p 對(duì)該點(diǎn)的有效質(zhì)點(diǎn)速度v 的比值稱為特性阻抗。
展開(kāi) 在 COMSOL 中對(duì)瞬態(tài)聲學(xué)進(jìn)行仿真
時(shí)間權(quán)重
現(xiàn)在，已經(jīng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行了頻率權(quán)重，接下來(lái)我們將計(jì)算時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓和時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。首先，我們將新計(jì)算的值
存儲(chǔ)為插值函數(shù)，其數(shù)據(jù)源是一個(gè)派生值結(jié)果表。這樣，我們就得到一個(gè)函數(shù)
，用于計(jì)算卷積。
插值函數(shù)的設(shè)置窗口。
為了計(jì)算卷積，添加了一個(gè) 1 維網(wǎng)格 數(shù)據(jù)集。使用的表達(dá)式如下所示。在表達(dá)式中，
是網(wǎng)格定義的積分變量坐標(biāo)。
是為移動(dòng)指數(shù)權(quán)重函數(shù)而引入的一個(gè)新變量。substval() 中的主要表達(dá)式是 integrate(P_A_func(zeta)^2*f(t-zeta),zeta,0,t,1e-8)，它定義了 zeta 從 0 到某個(gè)變化量的積分
，積分容差為 1e-8. substval()。用一個(gè)當(dāng)前值
替換
，這使得卷積可以被計(jì)算出來(lái)。
用于計(jì)算時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓的設(shè)置窗口。
時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓和聲壓級(jí)的結(jié)果如下所示。請(qǐng)注意，必須及時(shí)解析信號(hào)才能使積分準(zhǔn)確。當(dāng)波形是純正弦波時(shí)，可能會(huì)發(fā)生一些有趣的事情。首先，隨著時(shí)間的增加，快速計(jì)權(quán)聲壓和快速計(jì)權(quán)聲壓級(jí)分別接近 RMS 和總聲壓級(jí)。對(duì)于純正弦曲線，可以根據(jù)卷積積分的解析解來(lái)檢查結(jié)果，卷積積分可以按部分(多次)積分得出。如果 A 權(quán)重壓力聲壓振幅為
，則解析解為
此外，時(shí)間常數(shù)也可以解釋為達(dá)到約 63% 等效水平的所需的時(shí)間。例如，以 dB 為單位的 63% 是
。所以，在
，時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓級(jí)應(yīng)比等效聲壓級(jí)低約 2 dB（在這個(gè)示例中約為 84-82 dB）。
時(shí)間計(jì)權(quán)聲壓
聲壓級(jí)的結(jié)果圖。
時(shí)間平均
最后一步是計(jì)算時(shí)間平均聲壓級(jí)。我們將定義參數(shù)，包括平均持續(xù)時(shí)間、平均數(shù)以及積分的移動(dòng)上限和下限。
展開(kāi) 汽車(chē)轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理研究
為了研究不同方向的激勵(lì)載荷會(huì)引起哪些振型的聲腔模態(tài)，我們?cè)?、2、3號(hào)板上分別施加了沿縱向、橫向和豎向的強(qiáng)迫振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)RADIOSS進(jìn)行流固耦合分析，計(jì)算聲學(xué)靈敏度，輸出計(jì)算出的MPV車(chē)內(nèi)前、中、后三個(gè)位置的聲壓值。圖4為用RADIOSS計(jì)算的前5階聲腔模態(tài)頻率及振型。
圖5-1為在1號(hào)板上施加縱向的即垂直施加的強(qiáng)迫振動(dòng)信號(hào)，計(jì)算出的車(chē)內(nèi)不同位置的聲學(xué)靈敏度響應(yīng)。在47Hz附近，前排和后排聲壓值達(dá)到77dB，而中排位置僅為60dB，這與其激勵(lì)起來(lái)的第一階縱向聲腔模態(tài)頻率一致，即車(chē)廂縱向的長(zhǎng)度恰好為此頻率時(shí)1/2個(gè)聲波的長(zhǎng)度，前排和后排位于聲壓波腹位置，相互疊加聲壓增大，產(chǎn)生轟鳴聲，而中排位置位于聲壓波節(jié)位置，聲壓較低。再看95Hz時(shí)車(chē)內(nèi)的聲壓峰值，三個(gè)位置都在70dB左右，都會(huì)產(chǎn)生轟鳴聲，這與車(chē)廂二階縱向聲腔模態(tài)頻率一致。在一階聲腔模態(tài)頻率47Hz之前，出現(xiàn)了21Hz的聲壓峰值，前排和中排聲壓值為82dB，后排為72dB，這顯然不是被1號(hào)板激勵(lì)起的聲腔模態(tài)導(dǎo)致的轟鳴聲。
為了辨識(shí)21Hz處聲壓峰值是由聲腔模態(tài)還是由板的聲輻射引起，可以通過(guò)在有限元模型中人為改變聲音的傳播速度來(lái)確定。將聲速由343m/s提高為600m/s，修改后的一階縱向聲腔模態(tài)頻率由47Hz升至為81Hz，如圖5-2所示，相應(yīng)地81Hz處前排聲壓值達(dá)到極大。但在21Hz處，峰值頻率沒(méi)有變化，聲壓值明顯提高，這也證明了21Hz處轟鳴聲是由板的聲輻射引起。對(duì)簡(jiǎn)化車(chē)身的模態(tài)結(jié)果分析可知，21Hz時(shí)1號(hào)板上有局部模態(tài)，模態(tài)密度很低，但模態(tài)能量高，其輻射噪聲足以產(chǎn)生轟鳴聲。
圖6-1為在2號(hào)板上施加縱向即平行于2號(hào)板的強(qiáng)迫振動(dòng)信號(hào)，車(chē)內(nèi)不同位置的聲學(xué)靈敏度響應(yīng)。
展開(kāi) Abaqus聲學(xué)分析
基本物理量
1) 聲壓
設(shè)氣體的初始?jí)簭?qiáng)為P0，受到聲擾動(dòng)后，壓強(qiáng)為P0+P。則這個(gè)壓強(qiáng)改變量就稱為聲壓，單位為Pa，一般取其有效值。
2) 聲壓級(jí)
聲壓級(jí)（Sound Pressure Level）定義為聲壓得有效值與基準(zhǔn)聲壓的有效值之比的常用對(duì)數(shù)20倍，（取分貝單位），即
式中，Pe是測(cè)量聲壓，Pr是參考聲壓，Pr通常取2×10-5 Pa，它是人耳對(duì)1kHz空氣聲所能感覺(jué)到的最低聲音的聲壓。
3) 聲強(qiáng)
聲強(qiáng)（Sound Intensity）是指在垂直于傳播方向上單位面積上通過(guò)的平均聲能量流，即
4) 聲強(qiáng)級(jí)
聲強(qiáng)級(jí)（Sound Intensity Level）定義為聲強(qiáng)和參考聲強(qiáng)之比的常用對(duì)數(shù)的10倍，即
式中，基準(zhǔn)聲強(qiáng)I0取10-12 W/m2為可聽(tīng)最小聲強(qiáng)。
5) 聲功率級(jí)
聲功率級(jí)（Sound Power Level）定義為聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的常用對(duì)數(shù)的10倍，即
式中，基準(zhǔn)聲功率W0取10-12 W。
3. 實(shí)例模型說(shuō)明
我們用下面的模型來(lái)說(shuō)明分析流程
4. 材料屬性設(shè)定
Abaqus中模擬聲音傳播的材料需要的物性參數(shù)為兩個(gè)，Density和Acoustic Medium，分別輸入密度和體積模量（因?yàn)槁暡ㄊ强v波），如下圖：
這里輸入了空氣的材料性能。在Abaqus中聲速公式統(tǒng)一用來(lái)計(jì)算，這本就是液體的聲速公式。密度沒(méi)什么問(wèn)題，關(guān)鍵是體積模量k。對(duì)于氣體中的聲速，就有K=rP，P是壓強(qiáng)，r為絕熱系數(shù)，如該氣體可認(rèn)為是理想氣體，則其絕熱系數(shù)r就是定壓比熱容與定容比熱容之比，即；固體中聲速的計(jì)算公式為，于是就有，是泊松比。
材料對(duì)聲能的吸收可以用Volumetric Drag coefficient來(lái)描述，其表達(dá)式為，F(xiàn)是力，V是體積，v是速度。
展開(kāi) 
干貨分享：聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
前面我們講過(guò)，聲音是空氣分子的振動(dòng)，振動(dòng)的空氣分子對(duì)它通過(guò)的截面就會(huì)產(chǎn)生額外的壓力，這種額外的壓力我們就稱之為聲壓。聲壓比之大氣壓要小得多得多，舉個(gè)例子，一個(gè)聲壓僅僅相當(dāng)于大氣壓的一萬(wàn)分之一的聲音就足以把人的耳朵振聾。 物理學(xué)家引入了聲壓級(jí)（spl）來(lái)描述聲音的大小：我們把一很小的聲壓p0=2х10-5帕作為參考聲壓，把所要測(cè)量的聲壓p與參考聲壓p0的比值取常用對(duì)數(shù)后乘以20得到的數(shù)值稱為聲壓級(jí)，聲壓級(jí)是聽(tīng)力學(xué)中最重要的參數(shù)之一，單位是分貝（db）。
其二我們要了解的概念是聽(tīng)力級(jí)（hl），前面所討論的聲壓級(jí)是比較客觀的聲學(xué)參數(shù)，而在聽(tīng)力學(xué)中我們經(jīng)常要討論的是人耳聽(tīng)到了什么，而不僅僅是測(cè)量到了什么。人耳不是一個(gè)很好的測(cè)量聲音的儀器，因而聽(tīng)力學(xué)家引入了聽(tīng)力級(jí)這個(gè)概念來(lái)更好地解釋人耳聽(tīng)到的聲音的大小。
前面我們講過(guò)聲壓級(jí)是基于一個(gè)參考聲壓p0=2х10-5帕來(lái)定義的，即每個(gè)不同頻率上的零分貝聲壓級(jí)（0dbspl）對(duì)應(yīng)的聲壓都是2х10-5帕。而零分貝聽(tīng)力級(jí)（0dbhl）的定義則不同，聽(tīng)力學(xué)家通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)把正常人耳在某個(gè)頻率上剛剛能聽(tīng)見(jiàn)的聲音大小的平均值定義為零分貝聽(tīng)力級(jí)（0dbhl）。
聲壓級(jí)（spl）和聽(tīng)力級(jí)（hl）兩個(gè)概念單位都是分貝，但概念卻不同，聲壓級(jí)描述的是聲音的物理特性，聽(tīng)力級(jí)描述的是人耳感覺(jué)的聲音。很多電聲學(xué)的概念如助聽(tīng)器的增益、信噪比、聽(tīng)閾值、聽(tīng)力損失等，單位都是用分貝，但概念都不同。許多用分貝來(lái)作測(cè)量單位的參數(shù)都是拿一個(gè)參數(shù)與另外一個(gè)參數(shù)比較得來(lái)的。比如，助聽(tīng)器的增益gain是把放大后的聲壓跟輸入的聲壓作比較；信噪比是把信號(hào)的強(qiáng)度跟噪聲的強(qiáng)度作比較。這些概念都是在聽(tīng)力學(xué)中都是非常重要的。
五、 噪聲
談到助聽(tīng)器，必然談到噪聲，下面就一些與噪聲有關(guān)的概念作一個(gè)解釋：
噪聲的定義：
1.從主觀需要的角度來(lái)看：所有不希望存在的聲音都可稱之為噪聲。
展開(kāi) 基于射線追蹤法進(jìn)行軌道車(chē)輛通過(guò)噪聲的測(cè)量和聲學(xué)模型驗(yàn)證
記錄的聲壓級(jí)顯示在下面的圖4和5中。對(duì)于混凝土表面，來(lái)自聲源的聲壓級(jí)高于背景噪聲，但是對(duì)于道砟，低于200Hz的聲壓級(jí)可與測(cè)得的聲壓級(jí)媲美，這意味著低于200Hz的數(shù)據(jù)不能用于道砟吸收的反算。
圖4：混凝土表面的聲壓級(jí)。
圖5：道砟的聲壓級(jí)。
聲源功率估算
未在消聲室內(nèi)測(cè)量聲源功率，因此，如上所述，它必須從現(xiàn)有混凝土表面聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果與模擬模型中得出。這個(gè)想法是根據(jù)混凝土表面“完全”反射條件來(lái)反算源功率，假設(shè)該功率不受表面吸收的影響。
考慮了兩個(gè)不同的仿真模型，一個(gè)邊界元模型和一個(gè)射線追蹤模型，它們都是基于VA One軟件建立的。邊界元模型和射線跟蹤模型可以提供相似的結(jié)果，但是射線跟蹤是此應(yīng)用程序的首選，因?yàn)樗哂懈斓挠?jì)算速度，不需要花費(fèi)更多時(shí)間或精力來(lái)提高頻率，并且還能夠支持任何表面上的吸收和擴(kuò)散效果。
圖6顯示了用于再現(xiàn)測(cè)試設(shè)置的光線跟蹤模型。
圖6：射線追蹤模型用于聲源功率預(yù)估。
建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的光線跟蹤模型，該模型將零吸收應(yīng)用于地面并具有單位功率（1 [W]），以在傳感器處獲得ATF。然后，根據(jù)測(cè)量的和模擬的單位響應(yīng)之比來(lái)縮放單位源功率，以獲得用于測(cè)量的實(shí)際功率譜。為此目的，開(kāi)發(fā)了一種特殊的濾波器來(lái)消除兩個(gè)頻譜的共振和反共振。對(duì)每個(gè)頻率點(diǎn)執(zhí)行此操作，可以很好地估算測(cè)量中使用的源功率。
圖7：聲源功率譜。
吸收估計(jì)過(guò)程
在窄帶中比較了來(lái)自測(cè)量和模擬的聲壓級(jí)，并針對(duì)吸收和擴(kuò)散進(jìn)行了靈敏度分析。吸收和擴(kuò)散強(qiáng)烈影響直接波和反射波的相互作用。對(duì)每個(gè)傳聲器進(jìn)行了比較，通過(guò)將模擬擬合到測(cè)量上來(lái)找到混凝土、草皮和道砟的最佳吸收率，方法是在第三倍頻程頻帶中進(jìn)行迭代的吸收變化，并解決窄帶中的射線追蹤模型。
展開(kāi) 聲強(qiáng)的理論與測(cè)量
聲壓和聲功率
聲源輻射功率，從而產(chǎn)生聲壓。聲功率是原因，聲壓就是結(jié)果。
思考下這個(gè)類比，電加熱器將熱量散發(fā)到室內(nèi)，而溫度則是結(jié)果，溫度也是使我們感到冷或熱的物理量。房間中的溫度顯然取決于房間本身、隔熱材料以及是否存在其他熱源。但是對(duì)于相同的電源輸入，加熱器發(fā)出的功率實(shí)際上與環(huán)境無(wú)關(guān)。聲功率和聲壓之間的關(guān)系相似。我們聽(tīng)到的是聲壓，但這是由聲源發(fā)出的聲功率引起的。
我們用傳聲器聽(tīng)到或測(cè)量的聲壓取決于與聲源的距離以及存在聲波的聲環(huán)境（或聲場(chǎng)），這又取決于房間的大小和表面的吸聲性。因此，通過(guò)測(cè)量聲壓，我們不必量化機(jī)器發(fā)出的噪音。我們必須找到聲功率，因?yàn)榇宋锢砹? 基本與環(huán)境無(wú)關(guān)
，并且是
描述聲源的唯一參數(shù)
。
什么是聲強(qiáng)
任何振動(dòng)的機(jī)械部件都會(huì)輻射出聲能。聲功率是輻射能量的速率（每單位時(shí)間的能量）。聲強(qiáng)描述通過(guò)單位面積的能量流率。在國(guó)際單位制中，單位面積為1平方米。因此，聲強(qiáng)的單位是瓦特/平方米。
聲強(qiáng)還提供
方向的量度
，因?yàn)樵谀承┓较蛏蠒?huì)存在能量流，而在另一些方向上則不會(huì)。因此，聲強(qiáng)既具有幅度又具有方向性，因此是
矢量
。另一方面，壓力是標(biāo)量，因?yàn)樗鼉H具有大小。通常，我們?cè)诜ň€方向上（相對(duì)于90°）相對(duì)于指定單位面積的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，聲能流過(guò)該單位面積。
還需要清楚的是，聲強(qiáng)是單位面積能量流的時(shí)間平均速率。
展開(kāi) 聲功率測(cè)量的終極方案：深入解析聲強(qiáng)法的原理、優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用
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聲壓和聲功率
聲源輻射功率，從而產(chǎn)生聲壓。聲功率是原因，聲壓就是結(jié)果。
思考下這個(gè)類比，電加熱器將熱量散發(fā)到室內(nèi)，而溫度則是結(jié)果，溫度也是使我們感到冷或熱的物理量。房間中的溫度顯然取決于房間本身、隔熱材料以及是否存在其他熱源。但是對(duì)于相同的電源輸入，加熱器發(fā)出的功率實(shí)際上與環(huán)境無(wú)關(guān)。聲功率和聲壓之間的關(guān)系相似。我們聽(tīng)到的是聲壓，但這是由聲源發(fā)出的聲功率引起的。
我們用傳聲器聽(tīng)到或測(cè)量的聲壓取決于與聲源的距離以及存在聲波的聲環(huán)境（或聲場(chǎng)），這又取決于房間的大小和表面的吸聲性。因此，通過(guò)測(cè)量聲壓，我們并不能夠量化機(jī)器發(fā)出的噪音。我們必須找到聲功率，因?yàn)榇宋锢砹炕九c環(huán)境無(wú)關(guān)，并且是描述聲源的唯一參數(shù)。
什么是聲強(qiáng)
任何振動(dòng)的機(jī)械部件都會(huì)輻射出聲能。聲功率是輻射能量的速率（每單位時(shí)間的能量）。聲強(qiáng)描述通過(guò)單位面積的能量流率。在國(guó)際單位制中，單位面積為1平方米。因此，聲強(qiáng)的單位是瓦特/平方米。
聲強(qiáng)還提供方向的量度，因?yàn)樵谀承┓较蛏蠒?huì)存在能量流，而在另一些方向上則不會(huì)。因此，聲強(qiáng)既具有幅度又具有方向性，因此是矢量。另一方面，壓力是標(biāo)量，因?yàn)樗鼉H具有大小。通常，我們?cè)诜ň€方向上（相對(duì)于90°）相對(duì)于指定單位面積的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，聲能流過(guò)該單位面積。
還需要清楚的是，聲強(qiáng)是單位面積能量流的時(shí)間平均速率。在某些情況下，能量可能會(huì)來(lái)回傳播，這將無(wú)法衡量，如果沒(méi)有凈能量流，就沒(méi)有凈強(qiáng)度。
在下圖中，聲源正在輻射能量。所有這些能量必須通過(guò)包圍聲源的區(qū)域。由于聲強(qiáng)是單位面積的聲功率，因此我們可以輕松地測(cè)量包圍聲源的區(qū)域的正常空間平均聲強(qiáng)，然后將其乘以該面積即可得出聲功率。注意聲強(qiáng)（和聲壓）遵循自由場(chǎng)傳播的平方反比定律。
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