Áp suất âm thanh

Áp suất âm hay áp suất âm thanh là chênh lệch áp suất cục bộ so với áp suất khí quyển trung bình gây ra bởi một sóng âm. Áp suất âm trong không khí có thể được đo bằng microphone, và trong nước bằng cách dùng hydrophone. Đơn vị SI cho áp suất âm p là pascal (ký hiệu: Pa).

Ngưỡng áp suất âm (SPL) hay ngưỡng âm thanh là đo lường lô-ga-rít áp suất âm hiệu dụng của một âm thanh so với một giá trị tham chiếu. Nó được đo bằng đề-xi-ben (dB) trên một ngưỡng tham chiếu tiêu chuẩn. Áp suất âm "không" tham chiếu thường dùng trong không khí là 20 µPa RMS, which is usually considered the threshold of human hearing (at 1 kHz).

Áp suất âm tức thời
Áp suất âm tức thời là độ lệch từ các áp suất môi trường xung quanh cục bộ p_{0} gây ra bởi một sóng âm tại một vị trí đã cho và given instant in time.

Áp suất âm hiệu dụng là đạo hàm cấp hai của áp suất âm tức thời over a given interval of time (or space).

Áp suất âm tổng p_{tong} bằng:
:
p_{tong} = p_{0} + p_{osc} \,

ở đây:
:p_{0} = áp suất khí quyển xung quanh cục bộ,
:p_{osc} = chênh lệch áp suất âm.

Cường độ
Trong một sóng âm, biến bổ sung cho áp suất âm là vận tốc hạt âm thanh.
Chúng cùng nhau xác định cường độ âm thanh của sóng. Cường độ âm thanh tức thời cục bộ là kết quả của áp suất âm và vận tốc âm thanh.
:
\vec{I} = p \vec{v}

Trở kháng âm thanh
Đối với biên độ nhỏ, áp suất âm thanh và vận tốc hạt liên quan tuyến tính và tỷ lệ của chúng là trở kháng âm thanh. Trở kháng âm thanh phụ thuộc vào cả các đặc tính của sóng và trung gian truyền tải.

Trở kháng âm thanh được cho bởi
:
Z = \frac{p}{U}

ở đây
: Z là trở kháng âm thanh
: p là áp suất âm
: U là particle velocity

Dịch chuyển hạt
Áp suất âm p liên quan tới dịch chuyển hạt (hoặc biên độ hạt) ξ bằng công thức
:
\xi = \frac{v}{2 \pi f} = \frac{v}{\omega} = \frac{p}{Z \omega} = \frac{p}{ 2 \pi f Z} \,
.

Áp suất âm p là
:
p = \rho c 2 \pi f \xi = \rho c \omega \xi = Z \omega \xi = { 2 \pi f \xi Z} = \frac{a Z}{\omega} = c \sqrt{\rho E} = \sqrt{\frac{P_{ac} Z}{A}} \,
,

thông thường đơn vị N/m² = Pa.

ở đây:

Quy luật khoảng cách
Khi đo âm thanh được tạo ra bởi một đối tượng, điều quan trọng là đo được khoảng cách tới đối tượng, vì áp lực âm thanh giảm dần theo khoảng cách từ một nguồn điểm với 1/r (chứ không phải 1/r2, như cường độ âm thanh).
Quy luật khoảng cách này đối với áp suất âm p trong 3D is inverse-proportional to the distance r of a punctual sound source.
:
p \propto \dfrac{1}{r} \,

Nếu áp suất âm p_1\,, được đo tại một khoảng cách r_1\,, one can calculate the sound pressure p_2\, at another position r_2\,,
:
\frac{p_2} {p_1} = \frac{r_1}{r_2} \,

:
p_2 = p_{1} \cdot \dfrac{r_1}{r_2} \,

Mức độ áp suất âm thanh
Mức độ công suất âm thanh là một đo đạc loga của công suất của một âm thanh so với một giá trị tham chiếu.
Mức độ công suất âm thanh, ký hiệu là L'W và đo theo dB, được định nghĩa bằng:
:L_W = \frac{1}{2} \ln\!\left(\frac{P}{P_0}\right)\!~\mathrm{Np} = \log_{10}\!\left(\frac{P}{P_0}\right)\!~\mathrm{B} = 10 \log_{10}\!\left(\frac{P}{P_0}\right)\!~\mathrm{dB},
trong đó
p áp suất âm thanh giá trị hiệu dụng;
p0 là áp suất âm thanh tham chiếu;
1 Np = 1 là neper;
1 B = ln 10 là bel;
1 dB = ln 10 là decibel.

Công suất âm thanh tham chiếu thường được sử dụng trong không khí là
:p_0 = 20~\mathrm{\mu Pa},

Xem thêm
Định luật Vê-be – Phresnen, đặc biệt Định luật Weber–Fechner lawTrường hợp âm thanh

Tham khảo

Beranek, Leo L, "Acoustics" (1993) Acoustical Society of America. ISBN 0-88318-494-X
Morfey, Christopher L, "Dictionary of Acoustics" (2001) Academic Press, San Diego.

Liên kết ngoài
Sound pressure and Sound power – Effect and Cause
Conversion of sound pressure to sound pressure level and vice versa
Table of Sound Levels - Corresponding Sound Pressure and Sound Intensity
Ohm's law as acoustic equivalent - calculations
Definition of sound pressure level
A table of SPL values
Relationships of acoustic quantities associated with a plane progressive acoustic sound wave - pdf
Sound pressure and sound power - two commonly confused characteristics of sound
How many decibels is twice as loud? Sound level change and the respective factor of sound pressure or sound intensity
Biểu đồ so sánh độ ồn ào bằng đề-xi-ben