一、什么是聲學

聲音是人類最早研究的物理現象之一，聲學是物理學中歷史最悠久而當前仍在前沿的分支學科。聲學，英文Acoustics，指研究機械波的產生、傳播、接收和效應的科學。聲學作為一門跨層次的基礎性學科，研究從微觀到宏觀、從次聲（長波）到超聲（短波）的一切形式的線性與非線性機械波現象。隨著19世紀無線電技術的發明和應用，聲學研究方向已出現很多分支：基礎聲學、環境聲學、非線性聲學、量子聲學、分子聲學、次聲學、超聲學、光聲學、電聲學、熱聲學、建筑聲學、語言聲學、物理聲學、生物醫學聲學、水聲學、大氣聲學、海洋聲學、地聲學、生理聲學、音樂聲學及聲化學等。

二、聲音的產生和傳播

聲音是物體產生的機械波，通過空氣傳播到耳朵，例如：人說話通過聲帶的振動。聲音傳播通常通過空氣。一個鼓面或聲帶等的機械波傳遞到附近的空氣，這些粒子把機械波又傳遞到更遠的地方，這樣連續傳遞直到最初的聲能漸漸耗盡。壓力向鄰近空氣傳播的過程產生我們所說的聲波。聲波在傳播過程中，在介質間會有聲波能量的反射、吸收和穿透。見圖1聲波碰到室內某一界面后傳播解剖圖：當聲波（Eo）碰到室內某一界面后（如天花板、墻壁），一部分聲能被反射（Er），一部分被吸收（主要是轉化成熱能）（Ea），一部分穿透到另一空間（Ei）。

圖1 聲波聲波碰到室內某一界面后傳播解剖圖

Eo ＝ Ey＋Ea＋Ei1、透射系數：2、反射系數：3、吸聲系數：三、聲音的強度

聲音的強度，形象也稱為響度、音高或音程，取決于機械波的振幅：譬如用力地敲一根弦時，這根弦就大距離地向左右兩邊擺動，由此產生強機械波，發出一個響亮的聲音；而輕輕地敲一根弦時，這根弦僅僅小距離左右擺動，產生的機械波弱，而發出一個微弱的聲音。聲速一定時，聲音的高低強度取決于機械波的波長，較短的空間產生的波長較短，較長的空間產生的波長較長，如小音箱比同類型的大音箱波長短，音調高。同樣的道理，短弦的發音比長弦高；個子矮的人比個子高的人聲音高等。聲壓和聲強有密切的關系，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（聲能）。

聲行波強度用單位面積內傳播的功率（以W/m2為單位）表示，但是在聲學測量中，有時功率不易直接測量得到，所以有時會用壓強差（又稱聲壓）代替聲強來表示強度。3.1、聲壓級Lp：取參考聲壓為Po=2*10-5N/m2為基準聲壓，任一聲壓P的Lp為：聲強I與聲壓P的關系式中，Zc是媒質的聲特性阻抗，Zc=ρC，即在相同溫度和壓強下，聲強與聲壓的平方成正比，比例系數受溫度、介質壓強和介質屬性的影響。聲壓增加10倍，聲強則增加100倍，分貝數增加20。所以聲壓為其基準值的100倍時，聲強級是40dB。在使用聲強級或聲壓級時，基準值必須說明。在空氣中，ρс≈400，聲強的基準值常取為10-12W/m2，與這個聲強相當的聲壓基準值約為20μPa（即2×10-5N/m2，會受溫度影響），這大約是人耳在250Hz所能聽到的最低值。這時聲強級為0dB（這是在空氣中，并選擇了適當的基準值情況下）。

人耳聽覺下限：p=2×10-5N/m2，Lp為0dB；

能量提高100倍：P=2×10-3N/m2，Lp為20dB；

人耳聽覺上限：P=20N/m2，Lp為120dB。

3.2、聲功率級Lw：取Wo為10-12W為基準聲功率級，任一聲功率W的聲功率級Lw為：3.3、聲強級LI：取Io為10-12W/m2為基準聲強，任一聲功率W的聲強級LI為(dB)：

在聲學中常見的聲強范圍非常大，所以一般用對數表示，稱聲強級，單位是分貝（dB）。先選一個基準聲強值，一個強度等于其基準值10000倍的聲，聲強級稱40dB，強度1000000倍的聲則強度級為60dB。3.4、聲壓級的疊加幾個聲源同時作用時，某點的聲能是各個聲源貢獻的能量的代數和。因此其聲壓是各聲源貢獻的聲壓平方和的開根號，即：

聲壓級Lp為：

這樣一來，問題就來了：聲壓級計算中10dB+10dB和0dB+0dB以及0dB+10dB是多少，可不是簡單的相加關系，根據對數公式和上面分析，答案應分別是：13dB、3dB、10dB。也就是說，兩個數值相等的聲壓級疊加后，像上面的10dB+10dB和0dB+0dB，總聲壓級只比原來增加3dB，而不是增加一倍。此外，兩個聲壓級分別為不同的值時，其總的聲壓級為：

以上疊加結論，對于聲強級LI和聲功率級Lw同樣適用。