分贝规模

耳机制能够回应无论是非常小的还是非常大的压力由于波是非线性的;也就是说,它对非常小的声音做出更有效的反应振幅而不是振幅很大的声音。由于耳朵对压力波的感知具有巨大的非线性,用非线性尺度来描述声波强度是很方便的。这一比例尺由声强声波的声级或分贝级,由方程定义方程。

在这里l表示分贝,它对应于强度的任意声波,单位是瓦特每平方米。参考强度0,相当于0分贝的水平,大约相当于1000分贝的波的强度赫兹频率阈值听力,大约10-12年瓦特每平方米。由于分贝标度比线性标度更准确地反映耳朵的功能,因此在实际使用中有几个优点;这些都在听力,下面。

这种对数刻度的一个基本特征是,分贝刻度每增加一个单位,就等于绝对强度增加一个恒定的乘法因子。因此,绝对强度从10-12年到10-11年瓦特每平方米相当于增加10分贝,从10分贝增加也是如此-1每平方米1瓦。的相关声波的绝对强度和它的分贝之间的差距显示在表1,以及每个级别的声音示例。当定义水平为0分贝(10-12年瓦特每平方米)被认为是频率为1000赫兹的声波的听觉阈值,那么130分贝(10瓦特每平方米)对应的是感觉的阈值,或疼痛的阈值。(有时疼痛的阈值为120分贝,或每平方米1瓦。)

非线性(分贝)和线性(强度)尺度的声级
分贝 强度* 声音类型
*瓦特每平方米。
130 10 近距离炮火(疼痛阈值)
120 1 放大的摇滚乐;靠近喷气发动机
110 10−1 大声的管弦乐,在听众中
One hundred. 10−2 电锯
90 10−3 公共汽车或卡车内部
80 10−4 汽车内部
70 10−5 平均街道噪音;响亮的电话铃
60 10−6 正常的交谈;业务办公室
50 10−7 餐厅;私人办公室
40 10−8 家中安静的房间
30. 10−9 安静的讲堂;卧室
20. 10−10 广播、电视或录音棚
10 10−11 隔音的房间
0 10−12 绝对沉默(听觉阈值)

虽然分贝标度是非线性的,但它是可以直接测量的,声级计可用于此目的。音频系统的声级,建筑声学,以及其他工业应用最常用分贝来引用。

声速

气体

对于像声音这样的纵波,波速一般是平方根弹性模量指介质(即介质受外力压缩的能力)对其密度的变化:方程。

在这里ρ密度而且B体积弹性模量(所施加的压力与压力变化的比值体积单位体积的介质)。在气体介质中,这个方程修正为方程。在哪里K是气体的可压缩性。压缩系数(K)是互惠体积模量(B),例如方程。

使用适当的气体定律,波速可以用两种方法计算,即与压力的关系或与温度方程。方程。

在这里p平衡气体压强,单位是帕斯卡,ρ它在压力下的平衡密度是以千克每立方米为单位吗p,θ绝对温度在开尔文,R气体常数每摩尔,分子量气体的γ的比率是比热压强恒定,比热不变,体积恒定,方程。

γ对于各种气体,给出了许多物理教材及参考资料。这里给出了包括空气在内的几种不同气体中的声速表2。

在选定气体中的声速
气体 速度
米/秒 英尺/秒
氦,在0°C(32°F) 965 3165年
氮,在0°C 334 1096年
氧气,在0°C 316 1036年
二氧化碳,在0°C 259 850
空气,干燥,在0°C 331.29 1086年
蒸汽,134°C(273°F) 494 1620年

方程(10)指出声速只取决于绝对温度,而不取决于压力,因为如果气体表现为理想气体,则其压力和密度为方程(9),将成正比。这意味着声速在不同位置之间不会改变海平面在高高的山上球场仪器在相同温度下在任何地方都是一样的。此外,方程(9)及(10)都与频率无关,这表明声速在所有频率下实际上是相同的,也就是说,声速不随频率而变化分散就像声波一样传播通过空气。这里的一个假设是气体表现为理想气体。然而,在非常高的压力下,气体不再表现得像理想气体,这就导致了一些吸收和分散。在这种情况下方程(9)及(10)必须加以修改,因为它们在这门学科的高级书籍中。

液体

对于一个液体介质中,合适的模量为体模量,使声速等于体模量之比的平方根(B)到平衡密度(ρ),详见方程(6)以上。在各种条件下,液体中的声速为表3。在液体中,声速随温度的变化而有轻微的变化,这种变化可以用经验修正方程(6),如所给的值所示表3。

在选定液体中的声速
(在一个大气压下)
液体 速度
米/秒 英尺/秒
纯水,0°C(32°F) 1402年。3 4600年
纯水,30°C(86°F) 1509 .0 4950年
纯水,50°C(122°F) 1542年。5 5060年
纯水,70°C(158°F) 达到1554 5100年
纯水,100°C(212°F) 1543 .0 5061年
海水,在0°C 1449年。4 4754年
盐水,30°C 1546年。2 5072年
甲醇,20°C(68°F) 1121年。2 3678年
汞,在20°C 1451 .0 4760年

固体

为长,为薄固体适当的模量是年轻的,或拉伸模量(在固体的单位面积上施加的拉伸力与在单位长度上产生的长度变化之比;以英国物理学家和医生的名字命名托马斯年轻).因此,声速是方程。在哪里Y杨氏模量而且ρ是密度。表4给出了典型固体中的声速。

在选定固体中的声速
固体 速度
米/秒 英尺/秒
铝、滚 5000年 16500年
铜、滚 3750年 12375年
铁、铸 4480年 14784年
引领 1210年 3993年
Pyrex™ 5170年 17061年
璐彩特™ 1840年 6072年

在三维固体的情况下,波以球面波向外传播,上述表达式变得更加复杂。这两个剪切模量,表示为η,体积模量B发挥作用弹性关于媒介:方程。