Áp suất âm thanh

Bài này viết về đo lường âm thanh nghe thấy. Đối với bài về an-bum âm nhạc, xem Ngưỡng áp suất âm.

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).

Biểu đồ áp suất âm: 1. yên tĩnh, 2. âm thanh nghe thấy, 3. áp suất khí quyển, 4. áp suất âm tức thời

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

Particle displacement

Áp suất âm p liên quan tới particle displacement (or particle amplitude) 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:

Ký hiệu	Đơn vị SI	Ý nghĩa
p	pascals	áp suất âm
f	hertz	tần số
ρ	kg/m³	mật độ không khí
c	m/s	tốc độ âm thanh
v	m/s	particle velocity
$\omega$ = 2 · $\pi$ · f	radians/s	tần số góc
ξ	meters	particle displacement
Z = c • ρ	N·s/m³	acoustic impedance
a	m/s²	particle acceleration
I	W/m²	sound intensity
E	W·s/m³	sound energy density
Pac	watts	công suất âm
A	m²	Diện tích

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 $r_2\,$,

$\frac{p_2} {p_1} = \frac{r_1}{r_2} \,$

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

Xem thêm

• Định luật Vê-be – Phresnen, đặc biệt Định luật Weber–Fechner law#Trường 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