如果說影音行業存在一些必須要了解的概念,那么,聲壓級肯定是其中之一。常常和它一起出現的“分貝”也成為聲學領域非常重要的單位。有趣的是,“聲壓級”在日常交流中出現的頻率很低,取而代之的是“聲壓”,比如“聲壓是多少”“聲壓一樣嗎”,很多人把“聲壓”當作“聲壓級”的縮寫,殊不知這兩個概念在本質上截然不同,而“分貝”可以作為“聲壓級”的單位,但并不專屬于“聲壓級”。這幾個概念之間既獨立又相互聯系,而且涉及到很多物理知識和數學公式。在這篇的文章中,我們盡量以簡潔易懂的方式將它們加以區分,如果各位有進一步探究的興趣,可以查閱相關的專業書籍。

用比值來表示數以十億倍的聲壓范圍會更加簡單直觀

我們都知道,聲音是通過振動產生,當聲波在空氣中傳播時,會影響空氣的疏密程度,從而改變壓強,這就是聲壓(acousticpressure),單位為帕斯卡(Pa)。而從技術定義的角度來說,“聲壓級(SPL)是指以對數尺衡量有效聲壓相對于一個基準值的大小,用分貝(dB)來描述其與基準值的關系!甭犉饋硎遣皇呛軓碗s?但我們可以先從這個定義中提煉出兩個結論,一是聲壓級是聲壓的對數值,二是可用分貝來表示聲壓級。

曾經有人做過一個實驗,先在一間房間中放置一個聲源,把它調節到一個較低的聲音,有著一個單位的聲壓,記下響度。接著逐漸增加聲壓,直到響度增加1倍,此時的聲壓為10個單位。如果把聲壓增加到10000個單位,為了使響度加倍,聲壓則必須從10000增加到100000個單位,相當于增加了9000個單位?梢园l現,前后兩次調整的聲壓比值都是10:1,但差值卻相差甚遠。用比值來表示數以十億倍的聲壓范圍顯然會更加簡單直觀,雖然這種比值并不完美,但是用分貝所表示的聲壓級已經可以足夠接近。

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為了模仿人類的聽覺系統,聲級計通常會提供A、B、C三種計權

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從等響曲線可以看出,我們的聽覺靈敏度在低頻和高頻部分都衰減得比較快,而且這種衰減在較小的聲壓環境下會更加明顯

對數是用分貝表示聲壓級的基礎

既然如此,何不直接說“聲壓級是聲壓的比值”,而要引入對數值這個概念?原因很簡單。雖然用比值來表示比用差值更直觀,但聲壓范圍實在太大了,總是用一連串的零來表示會顯得非常累贅,而且容易出錯,不如指數來得簡潔明了,比如10000可以用指數104來表示,而指數和對數又是可以相互轉換的,104通常寫作“log1010000=4”。對數也是用分貝表示聲壓級的基礎。因為從概念來看,“分貝(decibel,常用dB表示)”是量度兩個相同單位之數量比例的計量單位,不同單位有不同的計算公式,但都以對數的形式表示,比如聲壓級和分貝的計算公式:SPL=20log10(p/pref)dB,其中p=聲壓,pref=參考聲壓。對于空氣來說,標準的參考聲壓為20微帕斯卡,已知1帕斯卡約等于252000微帕斯卡,所以這個參考聲壓是非常小的,它是人耳在1kHz能產生聽覺的最低聲壓。利用分貝表示的聲壓級,能夠把較大和較小的比率壓縮到一個更加方便且易懂的范圍內。比如0.00002Pa(20微帕斯卡)-100000Pa差距很大,但用聲壓級表示時,就會變成0-194dB。

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用聲壓級來表示數以十億倍的聲壓范圍顯然會更加簡單直觀,讀取聲壓級的設備被稱為聲級計

聲級計的計權網絡是為了模仿人類的聽覺系統

用來讀取聲壓級的設備被稱為聲級計。為了模仿人類的聽覺系統,聲級計通常會提供A、B、C三種計權。要理解這三種計權,需要對等響曲線有所了解。它的繪制同樣涉及到一個著名實驗,每一條頻響曲線都以1kHz的某個聲壓級(0dB、10dB、20dB……)為參考響度,實驗對象從不同頻率的13個聲壓級中找出和參考響度聽起來相同的一個,將這些點連接成線,便是等響曲線。為了比較清楚區分和稱呼不同的等響曲線,我們又有了“響度級”的概念,它的單位為“方(phon)”,比如,穿過1kHz處聲壓級為80dB的等響曲線被稱為80方等響曲線,或者說,80方等響曲線上的聲音響度級為80方,其它以此類推。

從等響曲線可以看出,我們的聽覺靈敏度在低頻和高頻部分都衰減得比較快,而且這種衰減在較小的聲壓環境下會更加明顯。聲級計的計權網絡就是為了模擬人耳的這種聽覺特點,它們能讓聲級計的讀數更加貼近聲音的相對響度。

其中A計權的頻響曲線是40方等響曲線的反轉,B計權是70方等響曲線的反轉,C計權是100方等響曲線的反轉。選擇哪種計權要根據測量對象的聲壓級大小來確定。聲壓級在20-55dB之間,選擇A計權;在55-85dB之間,選擇B計權;在85-140dB之間,選擇C計權。通常來說,A計權更加常用,用它測量時,最終的測量值會標明dBA。由于A計權在1kHz以上是基本平直的,因此dBA與未計權讀數的差別,主要體現在低頻部分。假如這兩種讀數有著較大差別,表示信號有著明顯的低頻成分。需要注意的是,這些帶有簡單計權的聲壓測量,不能代替響度級的測量,只能用于比較聲壓級。

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