1、分貝
人們日常生活中遇到的聲音,若以聲壓值表示,由於變化範圍非常大,可以達六個數量級以上,同時由於人體聽覺對聲訊號強弱刺激反應不是線性的,而是成對數比例關係。所以採用分貝來表達聲學量值。所謂分貝是指兩個相同的物理量(例a1和a0)之比取以10為底的對數並乘以10(或20,視適用對像而定)。n = 10lg(a1/a0) 分貝符號為"db",它是無量綱的。式中a0是基準量(或參考量),a是被量度量。被量度量和基準量之比取對數,這對數值稱為被量度量的"級"。亦即用對數標度時,所得到的是比值,它代表被量度量比基準量高出多少"級"。
2、聲壓
指在某一瞬時壓強相對於無聲波時的壓強變化(改變量)。符號p。單位n/㎡ (牛頓/平方公尺 ) ,或pa(帕斯卡) ? 聲壓和聲強有密切的關係,在自由聲場中,測得聲壓和已知測點到聲源的距離,就可計算出該測點之聲強和聲源的聲功率。
3、聲壓級
人耳對聲音強弱的變化的感受並不與聲壓成正比,而與聲壓的對數成正比。單位為db。聲壓級:lp = 20lg(p/p0)
式中: lp—— 聲壓級(db);
p ——聲壓(pa);
p0—— 基準聲壓,為2×10^-5pa,該值是對1000hz聲音人耳剛能聽到的最低聲壓。
現在我們來說一下你從書上看到的觀點:
「正常談話時語言的聲功率為1μw,大聲講話時可增加到1mw,正常講話時與人距離1m時的平均聲壓級為65~69db。
這些資料讓我有點不懂了,書前面所講的功率級差分貝的計算和這些資料有什麼根本關係沒有?書前面公式功率級差分貝(db)=10lg(p1/p0)」現在假設我們人正常說話時為60db,則功率的推算方法如下:60db=10lg(p/p0)=10lg(p/10^12)=10*(lgp + 12),可推出10lgp=-60 即lgp=-6,即p=1μw。你可能會部,為什麼這裡的60db可以直接代入功率級與功率的換算公式裡面呢?因為這裡的功率級和聲壓級都是無量綱的。
做音響調音的和聲壓有關的還有以下幾個公式和推理,順便說一下:
1、施加給音箱的功率(w)和聲壓級(db)之間的換算,lp=10lgw
式中:lp----為聲壓級;
w----為聲功率;
由上式可推出,當功率為2w時lp = 10lg2 = 3db, 4w時lp = 10lg4 = 6db,---------這樣我們就可以得出一條定律:施加給音箱的功率每增加一倍,聲壓級增加3db。
2、聲音在室內,溫度為20℃時距音源一定距離時衰減量為:l=20lgd
式中:l----衰減量(db)
d----離音源正面距離(m)
由上式可推出,距音源1m處衰減量為l=20lg1=20*0=0db,2m上衰減量為l=20lg2=20*0.3=6db,4m衰減量為l=20lg4=20*0.6=12db,------------這樣我們就可以得出一條定律:在室內環境,溫度為20℃時距離每增加1倍,聲壓級衰減6個db。
3、音箱發出的聲音到達某點的聲壓級數值=音箱靈敏度+10lg(此時音箱的輸入功率)-20lg(聽音位置到音箱的距離)。
這個公式的理解為:某只音箱的靈敏度數值(音箱說明書上有,寫著xxdb/1w.1m),加上音箱輸入電功率(就是多少瓦)的常用對數值乘10後的數值,再減去聽音位置到音箱距離(多少公尺)的常用對數值乘20後的數值,就是當前聽音位置的聲壓級數值。這個數值越大,說明音量越大,聽起來越響。
4、舉例:已知音箱靈敏度為93db,輸入功率為100w,問分別計算出理想狀態下距此正面10m,15m,20m及100m的電大聲壓級。
答:10m地spl=音箱靈敏度+10lg(此時音箱的輸入功率)-20lg(聽音位置到音箱的距離)。
=93+10lg100-20lg10=93+20-20=93db,同理可算出15m處spl=89db,20m處spl=87db,100m處spl=73db。(說明:聲音衰減與距離的關係可用以下公式來表示:衰減量=20lgd(d為需測位置與音箱間正面音的距離)
5、實際應用中還要考慮到環境、角度等各種因素,這裡就不多說了。
在挑選或者比較幾隻不同的揚聲器單元時, 我們經常會發現在同樣的使用條件下有些揚聲器單元聽起來聲音很響,而有些揚聲器單元的聲音相比之下就顯得較輕。除去聽覺上的其他因素,造成響度不同的原因是由於這些揚聲器各自的靈敏度不用,可見器材靈敏度方面的搭配在系統中起到了很關鍵的作用。
揚聲器作為一種電訊號與聲音之間的換能器,揚聲器系統的靈敏度實質上就是一種轉換效率的體現。如何以較小的功率來獲得很大分貝值的響度,這樣的問題一直以來都是被喜愛db類競賽的人們所推崇的問題。由於設計技術、選用材料、生產技能和生產工藝諸多方面的差異,具體的揚聲器單元靈敏度的差異還是很大的。
靈敏度是揚聲器單元的乙個很重要的技術指標,揚聲器單元靈敏度的定義簡單來講就是供給揚聲器單元1w的電功率,在揚聲器軸線方向(所指向方向,即響度最強處)離開1m處,所測得的聲壓值(分貝值)的大小。靈敏度高的揚聲器其靈敏度可達到100db以上,而市面上較低的甚至只有80多db,不要小看這字面上的十幾二十個db。如果甲乙兩個揚聲器的靈敏度相差3db,要想獲得相同的聲壓級輸出,那靈敏度較低的揚聲器就要增加一倍的電功率輸入。人們可能會關心兩個相同聲壓級的揚聲器放在一起,它們合成的聲壓級是多少?我們設定聲壓級同時為80db的兩個揚聲器出現在一起(80db的聲壓相當於距離我們1m遠處大聲說話時產生的聲壓)。它們合成的聲壓級不是80+80=160db,這會大大的超出了人耳所能承受的120db的限度。那麼應該是多少db呢?這可以用聲音的能量疊加(對數運算規律)來計算出其結果:
合成的總聲壓級 lp=10lgn+20lgpe/p0 公式(1)
我們設定的是聲壓級同是80db的兩個聲音同時出現在一起,所以上述公式中的n=2,20lgpe/p0=80db。
根據公式(1)總聲壓級lp = 10lgn+20lgpe/p0
= 10lg2+20lgpe/p0
= 3+80 = 83 db
同理,若我們設定的聲壓級同時80db的三個揚聲器同時出現在一起,那麼等式中的n=3,20lgpe/p0=80db。
根據公式(1)總聲壓級lp = 10lgn+20lgpe/p0
= 10lg3+20lgpe/p0
= 4.77+80 = 84.77 db
怎麼樣,這些數值看起來讓我們很失望吧,單純的依靠喇叭疊加所能得到的響度是有限的。我們在聲壓競賽中看到的結果相差3個db的,實際上它們的響度相差的不是數值上的百分之幾,而是一倍的響度差距。
我們再用靈敏度這個引數來舉個例子,一套靈敏度為99db的揚聲器系統,單價為4千元,另外一套是90db,單價1千元。靈敏度為99db的揚聲器單價雖然高,但其響度大,要8只90db的揚聲器才能得到於1只99db揚聲器的響度。那麼,僅僅這8只揚聲器的單價就遠遠超過了那1只高靈敏度揚聲器的單價了,若是算上推動這些揚聲器的8臺功放(也許用不上8臺,但肯定比那一套揚聲器的功放數量多)那成本差的就更多了。下面列出一組揚聲器數量和合成聲壓級供參考:
揚聲器數量 spl(合成聲壓級)
1只 90 db
2只 93 db
4只 96 db
8只 99 db
1只 102 db
在實際應用中,揚聲器系統的輸入功率都遠遠大於1w,一般都是從50w到2000 w甚至更大一些,因此工作時都可以輸入這個最大的允許電功率(這個數值通常要大於揚聲器最大的承受功率,但最大不要超過1.5倍為最佳)。以額定最大功率輸入的揚聲器,在揚聲器軸向1m處產生的聲壓級我們稱為最大聲壓級splmax。例如:靈敏度為100ddb揚聲器,若最大承受功率為1200w,那麼它的最大聲壓級splmax=100+30.8db。當然這個只是工業標準上統一的測量方法,我們在不同汽車音響競賽中會採用不同的測量規則。如iasca對於spl測量接收器位置有如下說明:
接收器將在任何時候都對著車輛的前面;接收器放置水平,距離oem乘客位邊視窗的「a」支柱12英吋,距離儀表板頂端4英吋,距離檔風鏡1英吋。
經過了對靈敏度定義概念上的認識,我再介紹兩個工業上具體相關得定義,特性靈敏度級別與平均靈敏度級。
1、特性靈敏度級
目前大部分揚聲器生產廠都用特性靈敏度級的大小來表示不同揚聲器單元的靈敏度。揚聲器的特性靈敏度級表示在揚聲器的額定頻率範圍內,當加在揚聲器兩端的粉紅雜訊訊號電壓值等於揚聲器額定阻抗值的算術平方根時。揚聲器參考軸上距揚聲器發聲面lm處用測量話筒測得的聲壓級大小。它的單位是db/m /w。如果消耗在揚聲器上的功率等於揚聲器的額定功率,這時測得的聲壓級稱為該揚聲器的額定特性靈敏度級。用粉紅雜訊訊號測量揚聲器的靈敏度級,不需經過計算即可直接讀出被測揚聲器的靈敏度級,測試結果也比較真實。目前大多採用這種測試方法。
2、平均特性靈敏度
除了特性靈敏度級以外,有時我們也用平均特性靈敏度來表示揚聲器的靈敏度特性。這種靈敏度的測試方法是在被測揚聲器兩端輸人乙個純音訊號,訊號電壓的大小也以被測揚聲器在額定阻抗上剛好消耗1w功率。先在頻響曲線上取一點,讀出該頻率點的聲壓靈敏度級,然後再在曲線上讀出該揚聲器單元有效頻率範圍內各1/3倍頻程處的聲壓級,最後求出它們的算術平均值。用純音訊號測試揚聲器平均特性靈敏度級,由於它的測試精度與測試頻點的選取有關,實際測試中容易產生較大的誤差。
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