8.2  声强与声强级

8.2 声强与声强级

声波在弹性媒质中的传播过程，也就是能的传播过程。某一点的声强，是指该点在单位时间内通过垂直于声传播方向的单位面积上声波的能量。

设想在媒质中密度为ρ、面积为A的单位体积流体，当某一平面波以声速c通过它时，使得该单位体积流体获得动能和弹性位能。声波的能量等于这两种能量之和，即为媒质中该单位体积流体所获得的总能量。

图8-3 声波前后的流动

图8-3所示，根据连续条件有：

ρ^Ac=（ρ+dρ）A（c+u）

声波传播速度c比流体质点本身的移动速度u大得多，将上式展开并忽略dρ·u后，声速c可写成

弹性力所做的功，即单位体积流体的弹性位能为

由式（8-2）知：，代入上式后，得

单位体积流体具有的动能如下：

媒质中单位体积流体所获得的总能量如下：

由于声波以声速c传播，故单位时间内通过垂直于声传播方向的单位面积上声的能量为

式中，I为声强（W/m²）；ρ为媒质密度（kg/m³）；dp为声压（Pa）。

正常人耳引起听觉的声强为10^-12W/m²（称为听阈声强），引起人耳听觉疼痛的声强是10W/m²（称为痛阈声强）。从痛阈到听阈，声强比值达10¹³倍，数值过大，极不方便。况且声音的强弱只有相对意义，所以声强绝对值实际上是不怎么经常用的。为了方便起见，选用正常人耳的听阈声强值作为基准声强，并用对数表示，则L_I（dB）为：

式中，L_I为声强级（dB）；I₀为基准声强（W/m²），I₀=10^-12W/m²（听阈声强），这样基准声强下的听阈声就是零分贝。