声压级（SPL）
声压级（SPL）定义
声压级是相对于参考值的有效声压的对数度量，以分贝（dB）为单位定义。空气中常用的参考声压为20 μPa，这通常被认为是人类听觉的阈值。听觉下限被定义为声压级SPL为0 dB。在地球大气中，不失真的声波所能具有的最大压力变化是1个标准大气压（1 atm），对应于峰值194 dB或声压级191 dB。
什么是声压？
声压是由声波引起的局部环境气压偏离。它可以通过麦克风在空气中测量，也可以通过水听器在水中测量。声压的单位是帕斯卡（Pa）。声压的数学定义是总压力，等于静压加上动压。声波中的声压的互补变量是质点速度，两者共同决定了声波的声强。
声压级（SPL）计算
为了计算声压级（SPL），首先取测量到的声压与参考声压之比，然后对该比值取以10为底的对数，最后将结果乘以20。这样得到的就是以分贝（dB）为单位的声压级。
例如：
如果声压为20 µPa，那么声压与参考声压的比值为 2020=12020=1。对该比值取对数（以10为底）得到0，再乘以20，得到的声压级为0 dB。这是最低可能的声压级，对应于听觉阈值。
另一方面，如果声压为200 µPa，那么声压与参考声压的比值为 20020=1020200=10。对该比值取对数（以10为底）得到1，再乘以20，得到的声压级为20 dB。这比听觉阈值要响得多，但仍然相对安静。
随着声压的增加，声压级也随之增加。在120 dB的声压级下，声音被认为是处于痛觉阈值，任何超过这个水平的声音都可能导致永久性听力损失。
当以帕斯卡（Pa）为单位测量声压时，增加20 dB相当于将声压乘以10。例如，200 µPa对应于20 dB（相对于20 µPa），而2000 µPa则对应于40 dB。
声压级（SPL）的参考值
声压级（SPL）的参考值是人耳能感知的最低声压级，等于0 dB SPL。这对应于20 µPa（微帕斯卡）的声压，也称为听觉阈值。该参考值用于计算测量声压与最小可听声压之间的差异。声压级以dB SPL表示，这是一个相对于参考声压的对数度量。
按ISO标准制定的声压级公式
1999年定义 声压级 公式如下:
Lp=10lg (p/p0)2
在哪里,P是帕斯卡的声压,和参考声压P 0 是20帕,根据ISO1683。
A计权声压级 ( LpA )
L Pa =10lg (p A /P 0 ) 2
其中，P A 是以帕斯卡（Pa）为单位的A计权声压。
人类如何感知声压变化？人类对声压水平的感知遵循对数分贝（dB）标度，这一标度与人耳能感知的最低声压有关，即大约20 μPa（20微帕斯卡），也称为0 dB SPL。人类能够听到的最低声压级通常出现在3000到4000 Hz的频率范围内。大约60 Pa的声压可能会使正常人耳感到疼痛。 | |
帕斯卡到分贝声压级（SPL）
由于声压振幅变化较大，通常使用分贝（dB）表示的声压级（Lp），而不是帕斯卡单位。公式为 Lp=10lg (p/p0)2，其中 p 是声压（单位为帕斯卡），p0是参考声压20 μPa。该公式表达了声压级作为声压与参考压力比值的对数函数。声压在帕斯卡中翻倍时，声压级在分贝中增加6 dB。
在分贝标度上，可听声音的范围从0 dB（听觉阈值）到超过130 dB（痛觉阈值）。虽然声压翻倍对应于6 dB的增加，但要使声音主观上听起来响两倍，大约需要增加10 dB。人类能听到的最小变化约为3 dB。
声压级（SPL）可以根据分贝（dB）标度进行主观描述。0到40 dB的范围被认为是安静到非常安静，而60到80 dB一般被描述为嘈杂。100 dB的声压级被认为是非常嘈杂，而超过120 dB的声音则难以忍受。
人类如何在不同频率下听音？
人耳对不同频率的敏感度不等，最敏感的范围是2 kHz到5 kHz之间。这意味着声音的主观响度不仅取决于其声压级，还受其他复杂因素的影响。此外，这种频率敏感度的差异在低声压级下比在高声压级下更为显著。等响曲线显示了在任何频率下，为了达到与1 kHz音调相同的感知响度所需的声压级。例如，在70 dB的水平下，50 Hz的音调必须比1 kHz的音调高出15 dB，才能具有相同的主观响度。
另一方面，脉冲声音在评估响度方面提出了挑战。脉冲声音是指持续时间少于一秒的声音。由于这些声音的短持续时间，耳朵对其响度的感知较为迟钝。例如，打字机和锤击声就是脉冲声音的例子。研究人员普遍认为，持续时间短于70毫秒的声音，其感知响度低于相同声压级但持续时间较长的声音。
声压级（SPL）示例声压级会根据声源与听者之间的距离不同而有所变化。以下表格提供了一些常见声源的声压级作为一般参考：
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如何测量声压级（SPL）
声压级（SPL）通常使用声压级计（Sound Pressure Level Meter, SLM）进行测量。声压级计包括麦克风、处理部分和显示屏。声压波使麦克风膜片产生振动，这些振动由声压级计转换成电信号。接着，SLM将这些电信号转换为数字信号，以便以分贝的形式显示。
为了计算A计权声压级（ LpA），SLM使用频率计权滤波器来调整声压读数，使其与人耳对不同频率的敏感度相匹配。A计权滤波器对人类听觉最敏感的频率给予更多的权重。此外，SLM还可以通过等效连续声级（Leq）的形式随时间积分声压，即在一定时间内声音能量的平均值。
快速和慢速声压级（Fast and Slow SPL）
在测量声音时，准确捕捉声压级的变化非常重要，因为这些变化可能会迅速波动。历史上，模拟声级计难以跟上这些快速变化，导致读数不稳定。为了解决这个问题，两种探测器响应特性被标准化：快速（Fast, F）和慢速（Slow, S）。快速探测器响应的时间常数为125毫秒，这使得显示响应迅速，可以准确测量不是特别快速波动的声音水平。另一方面，慢速探测器响应的时间常数为1秒，提供了较慢的响应速度，有助于平滑模拟仪表上的显示波动。现代带有数字显示屏的声级计克服了显示波动的问题，但仍然使用快速和慢速探测器，因为这些设置通常是根据测量标准的要求来决定的。
- 慢速时间计权（Slow time-weighting）通常用于工作场所的声级测量。
- 快速时间计权（Fast time weighting）用于环境噪声监测。
- 脉冲时间计权（Impulse time-weighting）用于测量来自机械、枪击或爆炸等产生的脉冲噪声，因为它能捕捉到声音的峰值水平。
A、C 和 Z 计权是什么？
A、C 和 Z 计权是噪声水平计中使用的频率计权方式，用于调整测量到的声压级（SPL），使其更好地匹配人类对声音的感知。
A计权（A-weighting）曲线展示了人耳对不同声压级的反应，并且常用于环境和工业噪声的测量。A计权曲线衰减低频和高频的声压级，更多地权重于500 Hz到10 kHz之间的频率，在这一范围内人类听觉最为敏感。
C计权（C-weighting）曲线测量所有频率的整体声压级，几乎没有衰减。它用于高噪声环境中的声级测量，如摇滚音乐会或机场跑道附近。
Z计权（Z-weighting）也称为“线性”或“平坦”计权，不对SPL测量应用任何频率计权。它测量所有频率范围内的声压级，用于科学研究或仪器校准。
LAS 和 LAFLAF 和 LAS 是在现代声学标准中常用的加权声压级，例如IEC 61672。LAF 代表“A计权声级，快速时间加权”，它是经过调整以考虑人耳对不同频率敏感度的声音压力级测量。LAS 代表“A计权声级，慢速”，它与LAF类似，但使用慢速时间加权。LAF和LAS常用于职业噪声暴露测量和环境噪声评估。总体而言，SPL、LAF和LAS之间的关系是，LAF和LAS是使用特定的A计权频率加权来测量SPL的两种不同方式。 | |
等效连续声级（Leq）
声音是一种能量形式，暴露于声音环境所导致的听力损失量取决于暴露的声音水平和持续时间。为了确定声音是否对人类听力产生影响，需要测量声压级及其持续时间。等效连续声级（LEQ）提供了关于一个人所暴露的能量总量的信息。LEQ测量用于多种类型的声学测量，包括建筑声学、环境噪声和职业噪声。LEQ是在给定时间段内声压平方的线性平均值，不使用时间加权。Leq在表示一段时间内的等效声能级方面非常有用，并且常用于表示工作场所和其他环境中噪声暴露水平。
LEQ测量可以在任何合适的时间段进行，称为积分时间，而SPL（声压级）则是在特定时刻测量的瞬时声压级。Svantek声压级计记录了声压级和LEQ，以连续积分时间的形式保存在时间历史记录文件中。
响度和声强
在声学中，响度和强度是与声压级（SPL）不同的测量指标。SPL是相对于参考水平的声音波压力级别的测量，通常以分贝（dB）为单位给出。它是衡量声音波物理强度的一种度量。
另一方面，强度是衡量在给定时间内通过给定面积的声音能量量的指标。它通常以瓦特每平方米（W/m²）为单位测量。强度衡量的是声音波携带的能量量。
响度是对声音强度的主观感知。它受到许多因素的影响，包括SPL和频率，以及人耳的敏感度。响度通常以称为“方”（phon）的单位来衡量。
声压级（SPL）如何随距离变化？声压级（SPL）随着与声源距离的增加而减小。这是因为声音波在远离声源传播时向所有方向扩散，波中的能量分布在越来越大的区域上。这种随距离增加而减少的SPL现象被称为声音衰减。 声音衰减的速率取决于许多因素，如声波的频率、声源的大小和形状，以及声音传播的环境。然而，作为一个通用规则，声压级每当与声源的距离加倍时就会减少6分贝（dB）。 例如，如果一个声音波在1米处的SPL是80 dB，那么它在2米处将是74 dB，在4米处将是68 dB，以此类推。这意味着声音听起来有多响很大程度上取决于你离声源有多近。在不同地点测量和控制噪声水平时，这一点非常重要。 | |
声压级（SPL）的常见应用
声压级（SPL）有多种应用，其中包括：
环境噪声监测：SPL用于测量和监控环境中的噪声水平，如城市区域的噪声污染、工业噪声以及交通噪声。
职业噪声监测：SPL用于测量工作场所的噪声水平，以保护工人免受听力损伤，并确保符合职业健康和安全法规。
音频工程与制作：在录音室、音乐厅及其他音频制作场所中，SPL用于测量和监控声音水平，以确保音质和音量始终处于最佳状态。
产品测试：SPL用于产品测试，例如测试扬声器和耳机的声音输出。
研究和科学研究：SPL用于科学研究中测量和分析声音水平，如动物通信的研究、噪声污染对野生动物的影响以及噪声对人类健康的影响。
音频中的SPL是什么？
在音频背景下，SPL用于描述音频信号的响度。SPL用于音频设备（如扬声器和耳机）的设计和测试，以确保它们在安全和适当的水平上产生声音。它还用于录音室和现场声音环境中监控音频信号的音量，防止表演者和听众的听力受损。
校准使用的SPL水平是多少？
为了确保声压级计提供准确和精确的测量，校准是必要的。为了校准声级计，便携式声学校准器会被放置在麦克风上。校准器提供一个定义的声压级，声压级计可以据此进行调整。通常用于校准的声压级为94 dB或114 dB（具体选择取决于声学背景）。
声压级(SPL):主要接收方式
- SPL是声压与参考声压之比,以分贝(db)表示。
- SPL是以分贝测量的,是一个对数尺度。
- 人类能听到的最低声压级大约是0分贝。
- 长期接触超过85分贝的声音水平会造成听力损害.
- SPL可以使用声级表来测量。
- 不同类型的处理,例如加权(A、C、Z)或时间常数(慢、快、冲量),可以用于信号,使人耳的敏感性与不同频率和声音持续时间相匹配。
- 随着声源距离的增加,SPL减小。
- 等效连续声级(LQ)是测量一段时间内SPL的常用方法,它考虑到声压级和暴露时间。
- 不同的声音源具有不同的典型SPL水平,例如60分贝的正常对话,88分贝的摩托车,130分贝的喷气式飞机。
- SPL是工程或行政噪音控制、个人防护设备和社区噪音法规等噪声控制和减缓战略中需要考虑的重要因素。
