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{{NoteTA|G1=Physics}}

{{Sound measurements}}

在[[物理學]]中，'''聲壓'''（英文：acoustic pressure）是指[[聲波]]通過介質時，由振動所產生的[[壓力]]改變量，符號為 {{math|''p''}}。聲波作為一種[[縱波]]，在空氣中傳播時，空氣粒子的疏密程度會隨聲波而改變。因此，該處壓強也會隨之改變，此改變量即為聲壓。在[[國際單位制]]中，聲壓的單位是[[帕斯卡]]（帕，Pa）。

如圖所見，在聲波傳播時，不同位置的疏密程度也有所不同，壓強也因而不同。量度一個聲波的聲壓，常以[[均方根]] {{math|''p''<sub>rms</sub>}} 作為平均值計算。

'''聲壓級'''（英文：sound pressure level）是指以[[對數尺]]衡量的「有效聲壓」，相對於一個基準值的大小，符號為 {{math|SPL}}，用[[分貝]]（dB）作為單位。對於人類的聽覺，於最敏感的[[頻率 (物理學)|頻率]]範圍 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，[[聽閾]]約為 2 × 10<sup>-5</sup> Pa，因此通常以此作為聲壓級的基準值。

在空氣中，聲壓能以[[麥克風|傳聲器]]度量；在水中則可使用[[水聽器]]度量。

==聲壓==

[[File:Sound pressure diagram.svg|thumb|300px|聲壓示意圖：①無聲 ②可聞音 ③大氣壓 ④瞬時聲壓]]

聲壓 {{math|''p''}} 是[[聲波]]通過介質時，由振動所產生的[[壓力|壓強]]改變量。以空氣作為媒質的例子，無聲時的壓強應為[[氣壓|標準大氣壓力]] 1 atm （101.325 kPa）。當聲音傳播時，會造成粒子的擾動，引起壓力的改變。這個改變量，就是聲壓。

由於粒子的擾動有疏有密，在每點的瞬時聲壓也有所不同，因此我們常以[[均方根]] {{math|''p''<sub>rms</sub>}} 作為平均值計算。對於一個[[正弦]]波的[[純音]]，聲壓峰值 {{math|''p''<sub>peak</sub>}} 和均方根值 {{math|''p''<sub>rms</sub>}} 有以下關係：

:<math>p_\mathrm{rms} = \frac{p_\mathrm{peak}}{\sqrt{2}}</math> 。

在空氣中，對於人類的聽覺，於最敏感的[[頻率 (物理學)|頻率]]範圍 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，[[聽閾]]約為 2 × 10<sup>-5</sup> Pa，記作 {{math|''p''<sub>0</sub>}}：

:<math>p_0 = 2 \times 10^{-5} \, \mathrm{Pa}</math> 。

聲壓和距離的關係，符合反比律，即某點的聲壓 {{math|''p''}}，與該點和聲源的距離 {{math|''r''}} 成[[反比]]：

:<math>p \propto \frac{1}{r}</math> 。

==聲壓級==

聲壓級 {{math|SPL}} 是另一個量度聲壓大小的常用物理量，指相對於一個基準值，以[[對數尺]]衡量的聲壓，定義如下：

:<math>\mathrm{SPL} = 10 \log \left( \frac{p}{p_0}\right)^2 \, \mathrm{dB}</math> ，

其中 {{math|''p''<sub>0</sub>}} 是[[聽閾]]聲壓，在空氣中常取 2 × 10<sup>-5</sup> Pa；在水中則常取 10<sup>-6</sup> Pa。

由於聲壓級是對數級數，本身是[[無因次量]]。為表示它是以基數為 10 的對數級數，常加上[[貝爾]]（B）作為單位，[[分貝]]（dB）就是十分之一個貝爾。有需要時，會寫成 dB SPL 或 dB re 20 μPa ，以強調是聲壓級的對數級數。

聲壓級 {{math|SPL}} 上升 10 dB ，代表聲壓平方 {{math|''p''<sup>2</sup>}} 上升 10 倍。聲壓級 {{math|SPL}} 上升 {{math|''x''}} dB ，則代表代表聲壓平方 {{math|''p''<sup>2</sup>}} 上升 {{math|10<sup>x/10</sup>}} 倍。由此可見，聲壓級是漸強標度，其數值和聲壓並非[[線性關係]]。

==與其他聲學物理量的關係==
聲壓 {{math|''p''}} 和[[聲強]] {{math|''I''}} 是關係密切的物理量。它們符合以下關係：

:<math>I = pv</math>

:<math>I=\frac{p^2}{z}</math>

其中：
* {{math|''v''}} 是粒子速度，單位是米每秒（m s<sup>-1</sup>）。
*  {{math|''z''}} 是媒質的[[聲波阻抗|特徵聲阻]]，單位為[[瑞利 (單位)|瑞利]]（rayl）。


以空氣中的聽閾聲壓 2 × 10<sup>-5</sup> Pa 作換算，取空氣聲阻 400 rayl ，可得聽閾聲強 {{math|''I''<sub>0</sub>}}:

:<math>I_0 = \frac{(2 \times 10^{-5})^2}{400} = 10^{-12} \, \mathrm{W \, m^{-2}} </math>

聲強級 {{math|SIL}} 作為對數級數，就是以此值作為基準。因此，給定在空氣聲阻的 400 rayl 的環境下，聲壓級和聲強級的數值相等：

:<math>\mathrm{SIL} = \mathrm{SPL}</math>



==一些聲壓和聲壓級的例子==
<!-- This section is linked from [[Sound]] -->

{| class="wikitable"
! 空氣中的聲源  !! 聲壓 {{math|''p''}}<br />(Pa) !! 聲壓級 {{math|SPL}}<br />(dB)
|--
|[[衝擊波|激波]] (distorted sound waves > 1 [[Atmosphere (unit)|atm]]; waveform valleys are clipped at zero pressure)|| align="right" | >101,325 Pa|| align="right" |  >194&nbsp;dB
|-
|正常環境[[氣壓]]中非失真聲音的理論極限 || align="right" | 101,325&nbsp;Pa || align="right" | ~194.094&nbsp;dB
|-
|[[閃光彈]]|| align="right" | 6,000–20,000&nbsp;Pa || align="right" | 170–180&nbsp;dB
|-
|火箭發射 || align="right" | ~4000&nbsp;Pa || align="right" | ~165&nbsp;dB
|-
|Simple open-ended [[thermoacoustics|thermoacoustic]] device<ref>Hatazawa, M., Sugita, H., Ogawa, T. & Seo, Y.（Jan. 2004），‘Performance of a thermoacoustic sound wave generator driven with waste heat of automobile gasoline engine,’ ''Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part B)'' Vol. 16, No. 1, 292–299.
{{cite web |url=http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=200407211336MT&q=Performance+of+a+thermoacoustic+sound+wave+generator+driven+with+waste+heat+of+automobile+gasoline+engine&uid=790404233&setcookie=yes |title=存檔副本 |accessdate=2012-01-30 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120223143148/http://md1.csa.com/partners/viewrecord.php?requester=gs&collection=TRD&recid=200407211336MT&q=Performance+of+a+thermoacoustic+sound+wave+generator+driven+with+waste+heat+of+automobile+gasoline+engine&uid=790404233&setcookie=yes |archivedate=2012-02-23 }}
</ref> || align="right" | 12,619 Pa  || align="right" | 176&nbsp;dB
|-
|離.30-06 Springfield開火點一米的位置 || align="right" | 7,265&nbsp;Pa || align="right" | 171&nbsp;dB（peak）
|-
|離[[M1加蘭德步槍]]開火點一米的位置  || align="right" | 5,023&nbsp;Pa  || align="right" | 168&nbsp;dB
|-
|30米外的客機引擎 || align="right" | 632&nbsp;Pa || align="right" | 150&nbsp;dB
|-
|[[Threshold of pain]] || align="right" | 63.2&nbsp;Pa || align="right" | 130&nbsp;dB
|-
|離[[嗚嗚祖拉]]號角一米的位置|| align="right" | 20&nbsp;Pa || align="right" | 120&nbsp;dB（A）<ref>{{Cite journal|format=PDF|title=Vuvuzela – good for your team, bad for your ears|url=http://www.scielo.org.za/pdf/samj/v100n2/v100n2a15.pdf|journal=South African Medical Journal|volume=100|issue=4|pages=99–100|first1=De Wet|last1=Swanepoel|first2=James W|last2=Hall III|first3=Dirk|last3=Koekemoer|pmid=20459912|date=February 2010|access-date=2012-01-30|archive-date=2021-02-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20210227152640/http://www.scielo.org.za/pdf/samj/v100n2/v100n2a15.pdf}}</ref>
|-
|[[Hearing damage]]（possible） || align="right" | 20&nbsp;Pa || align="right" | approx. 120&nbsp;dB
|-
|100米外的客機引擎 || align="right" | 6.32 – 200&nbsp;Pa || align="right" | 110 – 140&nbsp;dB
|-
|一米外的[[手提鑽]] || align="right" | 2&nbsp;Pa || align="right" | approx. 100&nbsp;dB
|-
|10米外的公路 || align="right" | 2×10<sup>−1</sup> – 6.32×10<sup>−1</sup>&nbsp;Pa || align="right" | 80 – 90&nbsp;dB
|-
|[[Hearing damage]]（over long-term exposure, need not be continuous） || align="right" | 0.356<sup></sup>&nbsp;Pa || align="right" | 85&nbsp;dB<ref name=Hamby/>
|-
|10米外的汽車 || align="right" | 2×10<sup>−2</sup> – 2×10<sup>−1</sup>&nbsp;Pa || align="right" | 60 – 80&nbsp;dB
|-
|[[United States Environmental Protection Agency|EPA]]-identified maximum to protect against hearing loss and other disruptive effects from noise, such as sleep disturbance, stress, learning detriment, etc. || align="right" |  || align="right" | 70&nbsp;dB<ref>{{cite|url=http://www.epa.gov/aboutepa/history/topics/noise/01.html|title=EPA Identifies Noise Levels Affecting Health and Welfare|date=1974-04-02|accessdate=2010-11-01|archive-date=2012-11-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20121102042836/http://www.epa.gov/aboutepa/history/topics/noise/01.html}}</ref>
|-
|Handheld electric [[Mixer (cooking)|mixer]] || align="right" | || align="right" | 65&nbsp;dB
|-
|一米外的電視 || align="right" | 2×10<sup>−2</sup>&nbsp;Pa || align="right" | approx. 60&nbsp;dB
|-
|洗衣機、洗碗機 || align="right" |  || align="right" | 50-53&nbsp;dB
|-
|正常的談話 || align="right" | 2×10<sup>−3</sup> – 2×10<sup>−2</sup>&nbsp;Pa || align="right" | 40 – 60&nbsp;dB
|-
|非常安靜的房間 || align="right" | 2×10<sup>−4</sup> – 6.32×10<sup>−4</sup>&nbsp;Pa || align="right" | 20 – 30&nbsp;dB
|-
|樹葉聲、安靜的呼吸聲 || align="right" | 6.32×10<sup>−5</sup>&nbsp;Pa || align="right" | 10&nbsp;dB
|-
|在1 kHz時的[[聽覺極限]] || align="right" | 2×10<sup>−5</sup>&nbsp;Pa || align="right" | 0&nbsp;dB<ref name=Hamby>{{Cite web |url=http://www.makeitlouder.com/Decibel%20Level%20Chart.txt |title=Ultimate Sound Pressure Level Decibel Table |archiveurl=https://www.webcitation.org/5rXlLRYsP?url=http://www.makeitlouder.com/Decibel%20Level%20Chart.txt |archivedate=2010-07-27 |author=William Hamby |deadurl=yes }}</ref>
|}

==參考資料==
{{Reflist}}

[[Category:聲學]]
[[Category:声音]]
[[Category:声的衡量]]
[[Category:物理量]]
[[Category:声学测量]]