一、声压、声压级、声功率和电平

 

声波引起空气质点的振动，使大气压产生迅速的起伏。这种起压，称为声压。所谓声压就是有声波存在时，在单位面积上大气压的变化部分。声压（p）以pa,即帕（斯卡）为单位（1pa=1N/㎡,即牛顿/平方米）。有时也用µbar,即微巴作单位，1pa=10µbar.我们听到的最弱的声音声压为2×10-5pa,即 0.00002pa,最强的声音的声压为20pa.

声功率（W）是指声源在单位面积时间内向外辐射出的总声能，它表示声源发声能力的大小，以W（瓦）、mW(毫瓦)或µW（微瓦）为单位（1W=1000 mW=1000000µW）。

声强（I）是指在单位面积上通过多少瓦的声能，单位是W/㎡（瓦/平方米）。

声强和声功率通常不易直接测量，往往要根据测出的声压通过换算来求得。声强和声压都是表示声音大小的量，但两者是有区别的，声强是能量关系，而声压是压强关系。为了计算上的方便，同时也符合人耳听觉分辨能力的灵敏度要求，所以人们将最弱的声音（2×10-5pa）到最强的声音（20pa），按对数方式分成等级，以此作为衡量声音大小的常用单位，这就是声压级，其单位称为dB（分贝）。声压P的声压级为

式中，po=2×10-5pa,为基准声压。声信号和电信号的相对强弱，例如声压和电压、声功率和电功率的放大（增益）或减小（衰减）的量都可用dB为单位来表示。分贝的概念在录音工程技术上是很重要的。在调音技术中，在调音台和传声器的匹配、传声器的选择应用、声源的处理等方面都常用到它。

在计算给定压、电流或电功率等电学量和声压、声强、声功率等声学量的分贝值时，通常都要指定该量的一个数值作为基准值，再将给定量数值与基准值相比，比值取常用对数后乘以10（电功率、声功率、声强时），或乘以20（声压、电压、电流时），即得到相应的分贝值，它们分别称为电压电平（Bu）电流电平（Bi）、功率电平（Bp）和声压级（Lp）、声强级（LI）声功率级（Lp），计算公式如下：

 

 

通常，电压电平常简称为电平。

 

电功率比或电压比（电流比）与分贝值的换算关系可由表1-1查得。

 

 

 

计算两个电学量或两个声学量的分贝值时，计算方法如表1-2所示。

 

现举例如下：

例1：电压放大为100倍（即电压比为100：1），改用分贝表示，就等于20lg100=20×2=40dB

例2：功率放大为1000倍（即功率比为1000：1），改用分贝表示，就等于10lg1000=10×3=30dB

如果需要表示的量小于与其相比的量时（即比值小于1时）则分贝数前要加一个负号。

例3：电压比为1：10（即衰减到原来的1/10），改用分贝表示，就等于

国际上统一规定了下列基准值：基准声压=2×10-5pa，基准声强=10-12 W/㎡，基准电功率=1Mw,基准电压=0.775V，基准声功率=10-12W，基准电流=1.29Ma

 

 

二、声频信号的动态范围

 

虽然空气振动所产生的声音强度的最大值与最小值的差值（dB值），即动态范围是很大的，但由于受人耳的生理特征所限制，可听声的动态范围并不大。可听声波波长范围是17m(即频率为20Hz)的声音是人耳能听见的低频声。可听声的声压范围为2×10-5～20pa，对1kHz声音通常以听觉下限可达120dB，即听觉上限为下限的106倍。然而，这些生理上对声压感受的上、下限，并不是广播和电视专业中所选择的上、下限。因120dB已达痛阈，帮上限选在110dB以下；又由于噪声的原因，下限也不能选在0dB，它与录音的环境噪声有关，录音室的噪声一般规定不超过30dB。同时，最小声音信号应高于噪声电平10dB，这就是说，在广播或电视专业中，声音信号的动态范围为110-（30+10）=70dB，或者说声音信号的变化范围大约为3000倍。显然，它比人耳106倍的正常听觉范围要小得多，而实际声源的动态范围，如语言为40～50dB，音乐约90dB，音响效果约100dB或更大一些，特别是后两者的动态范围都和听觉范围相接近。这就出现了可用声频信号的动态范围与实际声源的动态范围的巨大差别，这种差别使声音的“层次”级数减少，降低了重放声音的质量。以往声频信号的动态范围只使用到70dB，比实际声源的动态范围110dB低得多，这样就限制了还原声音的质量。随着声频技术的发展，目前激光唱机等数字设备的动态范围已超过90dB。

 

 

三、不同声源的频率范围

 

频率范围和频率响应特性是录、放音系统的重要技术指标之一，它直接关系到录音和放音的质量。从高保真录、放技术发展情况来看，频率范围不断的向高低两端扩展，目前有10个倍频程之多，这样就能够完全满足录、放各种不同声源频率范围的需要。

人的听觉是人们对声音的一种主观反应和主观感觉。我们要学会通过听觉来判断和评价录、放音设备频率响应特性的优劣；要学会根据不同声源频率范围的来选用最适合的传声器，以获取最理想的录音和扩声效果。除此之外，我们还要掌握好调音台所提供的各种技术补偿手段，如高、中、低音调调节器，高、低通滤波器，多频率补偿器等。

为此，我们必须对一般声源频率范围有一个基本的了解。语言的频率范围比较窄，男声频率较低，平均基本频率约为150Hz；女声频率较高，平均基本频率约为230Hz。对于歌唱家，男低音的基本频率可低到60Hz左右，女高音的基本频率可高达1000Hz左右。音乐的频率范围比语言要宽得多，大约为40～16000Hz。各种乐器，由于构造不同，演奏方法不同，它们之间的频率范围差别也很大。乐器的泛音（谐波）成分和结构比语言要复杂得多，所以音乐的音色才能呈现得丰富多彩

下面是管弦乐队的几种常乐器和男、女声歌声的基本频率范围：