强度和分贝标度

声波由于物体的振动而被引入到介质中。例如，振动的吉他弦迫使周围的空气分子被压缩和膨胀，从而产生

由压缩和稀疏交替变化的模式组成的压力扰动。然后，扰动通过介质从一个粒子传播到另一个粒子，并在其移动时传输能量。扰动所携带的能量最初是由振动弦传递给介质的。传递到介质的能量取决于吉他弦的振动幅度。如果将更多的精力投入到弦乐的拔除工作中（也就是说，需要做更多的工作）（将弦从其静止位置移开更大的距离），然后弦以更大的振幅振动。因此，吉他弦的更大的振动幅度将更多能量传递给介质，从而使空气微粒从其静止位置移开更大的距离。随后，增加了介质颗粒的振动幅度，这对应于颗粒所携带的能量增加。能量和振幅之间的这种关系已在上一单元中进行了详细讨论。

声音强度和距离

每单位时间传输经过介质给定区域的能量数量称为声波强度。介质粒子的振动幅度越大，能量通过介质传输的速率就越大，并且声波越强烈。强度是能量/时间/面积；并且由于能量/时间比等于数量power，强度只是功率/面积。

当声波通过二维或三维介质传输能量时，声波的强度会随着与声源距离的增加而减小。

强度随距离增加而减小的事实是，声波在圆形（2维）或球形（3维）表面上展开，因此声波的能量分布在较大的表面积上。右图显示二维介质中的声波在圆形图案上的空间中扩展。因为能量被保存并且该能量被传输通过的区域在增加，所以强度（作为基于每区域测量的量）必须减小。

强度和距离之间的数学关系有时称为反平方关系。强度与到光源的距离的平方成反比。因此，如果到光源的距离增加了一倍（增加了2倍），则强度增加了四分之一（减少了4倍）。类似地，如果到光源的距离增加了三倍，则强度降低了16倍。应用于右边的图，B点处的强度是A点处的强度的四分之一，C点处的强度的四分之一是强度在点A处的强度的十六分之一。由于强度-距离关系是反比关系，因此一个数量的增加对应于另一个数量的减小。并且由于强度-距离关系是平方反比关系，因此，无论距离增大的因素如何，强度都将减小等于其平方的因数。距离变化因子。下表中的样本数据说明了功率和距离之间的平方反比关系。
 

听力阈值和分贝量表

人类配备了非常灵敏的耳朵，能够检测到极低强度的声波。典型的人耳可以检测到的最微弱的声音强度为1 * 10 -12 W / m 2。该强度对应于压力波，在该压力波中，介质颗粒的压缩仅使该压缩区域中的空气压力增加大气压的0.3亿分之一。强度为1 * 10 -12 W / m 2的声音对应于将使空气微粒移位仅十亿分之一厘米的声音。人耳可以检测到这种声音。哇！人耳可以检测到的最微弱的声音称为听力阈值 （TOH）。耳朵在不遭受任何物理伤害的情况下可以安全地检测到的最强烈的声音，其强度比听觉阈值高十亿倍。

由于人耳可以检测到的强度范围很大，因此物理学家经常用来测量强度的标度是基于10的幂的标度。这种标度有时称为对数标度。测量强度的标度是分贝标度。听力阈值为0分贝（缩写为0 dB）；该声音对应于1 * 10 -12 W / m 2的强度。将强度提高10倍（1 * 10 -11 W / m 2）的声音分配为10 dB的声级。声音强度提高10到10倍或100倍（1到10 -10 W / m 2）被分配20 db的声级。将声音提高10 * 10 * 10或1000倍（1 * 10 -9 W / m 2）达到30 db。为10 * 10 * 10 * 10或10000倍（1 * 10 -8 W / m 2）更强的声音分配40 db的声音级别。注意，这个规模是基于对10的幂如果一个人的声音是10 X倍，另一种声音更强烈，那么它有一个声级比不太激烈的声音，10×X多分贝。下表列出了一些常见的声音，并对其强度和分贝水平进行了估计。

知道声波的强度可以使人们计算出该声音的分贝（dB）电平。使用“ DeciBel计算器” 小部件可从以瓦特/米2为单位的任何强度确定分贝等级。使用科学计数法输入强度-例如，对于5.0x10 -5输入5e-5 。

 

声音的强度是可以用灵敏的仪器测量的非常客观的数量，但响度声音更像是一种主观反应，会随许多因素而变化。对于所有人而言，相同的声音不会被认为具有相同的响度。年龄是影响人耳对声音的反应的因素之一。很明显，您的祖父母没有像以前那样听。相同强度的声音不会被感知为对您具有相同的响度。此外，强度相同但频率不同的两种声音将不会被感知为具有相同的响度。由于人耳倾向于放大从1000 Hz到5000 Hz范围内的频率的声音，因此具有这些强度的声音对人耳来说似乎更大。尽管强度和响度有所区别，但可以肯定地说，更强烈的声音将被视为最响亮的声音。

如前一段所述，即使频率也会影响我们对声音响度的感知。例如，60 dB时100 Hz的声音听起来不如60 dB时1000 Hz的声音大。Fletcher-Munson曲线或相等的响度曲线通常用于证明给定频率下声音的感知响度。使用小部件可研究频率对感知响度的影响并查看相等的响度曲线。