声波与声强级

2.2.8　声波与声强级

在弹性媒质中传播的机械纵波，统称为声波。其中频率在20～20000Hz范围内、能够引起人类听觉的称可闻声波，简称声波。频率低于20Hz的称为次声波，频率高于20000Hz的称为超声波。

固体中的声速可按(2.2-4)式计算，液体和气体中的声速可按(2.2-5)式计算。在标准状态下空气中的声速为331m/s。

1.声压与声强

媒质中有声波传播时的压强与无声波传播时的静压强之间有一差额，这一差额称为声压。声波是疏密波，在媒质的稀疏区域，实际压强小于媒质原来的静压强，声压为负值;在媒质的稠密区域，实际压强大于媒质原来的静压强，声压为正值。

对于沿x轴正方向传播的平面简谐声波，仍可采用(2.2-9)式表示(只需注意，由于声波是纵波，式中媒质质元的位移y的方向与x轴平行)。相应的声压可以写成

式中，p_m=ρuωA为声压振幅。

声强就是声波的平均能流密度，即单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的平均能量。根据波强公式(2.2-23)式，声强为

2.声强级

能够引起人的听觉的声波，不仅有一定的频率范围，而且还有一定的声强范围。正常人对ν=1000Hz的声波能够引起听觉的声强范围为10^－12～1W/m²。声强太小，不能引起听觉;声强太大，则会引起痛觉，甚至造成听觉损伤。

由于可闻声强的数量级相差悬殊，通常采用声强级来描述声波的强弱。人们规定声强I₀=10^－12W/m²作为测定声强级的标准，称为可闻阈。某一声强I的声强级用L表示，其值为

声强级的单位是B(贝［尔］)。由于这个单位太大，通常采用dB(分贝)为单位，1dB=0.1B。这样声强级可以表示为

在这样的规定之下，人耳能够感受到的最弱声强I₀=10^－12W/m²所对应的声强级为L= 10lg;人耳能够承受的最大声强I_m=1W/m²所对应的声强级L==120dB。

3.超声波与次声波

超声波频率高、波长短，其传播时有良好的方向性，而且穿透本领大，这些特性使得超声波成为探伤、定位等技术的一种重要工具。次声波频率低、波长长，大气对它的吸收小，可以远距离传播。高强度的次声波对人及物体具有较大的破坏性。次声波在探测气象、地震及军事等方面得到广泛应用。

【例2.2-5】大街上，噪声电子显示屏上显示噪声声强级为70dB，声强标准I₀=10^－12W/ m²，则实际的噪声强度是(　)。

(A)10⁵⁸W/m²　(B)10^－5W/m²　(C)10^－9W/m²　(D)10^－19W/m²

解:根据声强级定义，L=10lg

=70dB，得I=10⁷I₀=10^－5W/m²。正确答案应为(B)。