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周法哲的博客

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做过工,开过荒,教过书,扛过枪,当过干部仍在党,现任公司董事长。业余以探索天地人和谐之道为乐!

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(原创)再给点声音  

2009-05-09 03:07:27|  分类: 科学的皇后 |  标签: |举报 |字号 订阅

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上一回说过,随著工业化进程,环境噪声污染已经危及人们的身心健康,国家环保部门已经越来越重视环境噪声的监测和治理。你走到许多城市,会看到街头竖起的环境监测显示屏上,实时显示该处的环境噪声是60dB、50dB、40dB等等。这是什么意思呢?

这得先从声波的相关知识说起。声波是沿径向传播的球面波,属于机械波中的一种纵波。设某种频率ω的声波在空气中的传播速度为v,则波函数可为

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设空气的密度为ρ,则不难求出声波在空气中的能量密度(单位体积内的机械能)为

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可见声波的能量分布是时间和空间位置的正弦函数,动能和势能同步变化。通常取其平均值,叫做平均能量密度:

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我们通常观测波的强度,即平均能流密度,表示波在单位时间内流过单位面积(与传播方向垂直)的能量,对于声波叫做声强:

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我们人类的耳朵听得出声音大小,主要就是指声强的大小。声强的单位为瓦特/平方米。

人类的耳膜,一般只能感测到频率为20~20000Hz范围内的机械振动,而对于频率低于16Hz的次声波或高于25kHz的超声波,就听不到了。

不仅如此,人类的听觉对声强的感测也有一定的局限性,声强小到某一个阈值就听不见,这个声强的阈值叫做“听觉阈”;声强大到某一个阈值也听不见,只会感觉到耳朵疼痛,这个声强的阈值叫做“痛觉阈”。

更奇怪的是,人类的听觉对声强的感觉是对数规律的,即实际上声强提高了10倍,我们感觉上却只提高了1倍!所以声学上(大概是贝尔)只好又定义了一个物理量,叫做声级或声强级,用L表示。取1000Hz的听觉阈为基准声强:

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即以每秒每平方米0.000000000001焦耳为基准,定义被测声波相对声强的对数(以10为底的常用对数)为声级L,单位是B(贝尔):

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日常使用最多的是小一些的计算单位,叫做dB(分贝),即声级定义为

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这就是我们看到城市环境噪声显示屏上多少多少dB或分贝的来历。我们在室内与1.2米距离(外交距离)的朋友谈话,声音强度通常是50分贝左右;喧嚣的闹市中心环境噪声可能有70分贝;飞机噪声在5米外可达140分贝!你能不难受吗?

需要说明的是,我们感觉声音的响度不仅与声级有关,而且还与频率有关。1000~5000Hz的声音即使分贝数不高听起来也响,高音频和低音频响度就差得多,要想达到同样响度就得提高分贝数。所以无病呻吟或念歌词式的“流行歌星”满世界都是,男低音和女高音歌唱家就不那么好当啦!

(作者:周法哲2009-5-8于广东)

 

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