What is sound?

测量声音

本文回答了噪音测量计划的新人提出的一些基本问题。它简要解释了以下问题:什么是声音?我们为什么要衡量它?

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声音是日常生活中常见的一部分,我们很少欣赏它的所有功能。它提供了一些愉快的体验,例如听音乐或鸟儿的唱歌。声音可以与家人和朋友进行口语交流。它可以提醒或警告我们——例如,用电话响铃或者警笛啸。

 

什么是声音?


声音可以定义为人耳可以检测到的任何压力变化(空气、水或其他介质)。用于测量空气压力变化的最熟悉的仪器是气压表。

但是,随着天气条件的变化而产生的压力变化对人耳来说太慢,因此不符合我们对声音的定义。但是,如果大气压力的变化更快——至少每秒20次——它们可以听到,因此被称为声音。  

每秒压力变化的数量称为声音频率,以赫兹(Hz)为单位。声音的频率产生了独特的音调。因此,遥远的雷声的隆隆频率低,而哨子的频率很高。健康年轻人的正常听力范围从大约20赫兹延长到20000赫兹(或20kHz),而钢琴音符从最低到最高音的范围为27,5赫兹至4186赫兹。

 

dB(分贝)比例

 

声压用于描述声音的第二个主要参数是压力波动的大小或幅度。

健康的人耳可以检测到的最弱声音的振幅为帕斯卡尔(20μPa)的幅度为2000万分之一,比正常的大气压力少约50亿倍。令人惊讶的是,耳朵可以容忍的声压高出一百万倍以上。因此,如果我们用Pa测量声音,我们最终会得到一些相当大的、无法控制的数字。为了避免这种情况,使用了另一个刻度——分贝或dB刻度。

分贝不是绝对的测量单位。它是测量数量和商定的参考水平之间的比率。

dB刻度是对数的,使用20μPa的听力阈值作为参考电平,定义为0dB。

当我们将Pa的声压乘以10时,我们在dB水平上增加20dB。因此,200微帕对应于20dB(重复为20μPa),2000微帕至40dB等等。图中显示了各种熟悉声音的声压级(SPL),以dB和Pa为单位。

 

我们听见什么?

 

我们已经将声音定义为人耳可以听到的任何压力变化。这意味着对于年轻、健康的人耳而言,频率范围从20赫兹到20kHz。就声压级而言,可听的声音范围从0dB的听力阈值到可能超过130dB的疼痛阈值不等。

尽管6dB的增加意味着声压的一倍,但在声音主观上看起来响亮的两倍之前,还需要增加约10dB。(我们能听到的最小变化大约是3dB)。

声音的主观或感知响度取决于几个复杂因素。其中一个因素是人耳并非在所有频率上都同样敏感。它对2kHz至5kHz之间的声音最为敏感,在更高频率和更低的频率下也不那么敏感。


我们怎么听见?

 

人耳的解剖学了解更多
耳朵的解剖学人耳
由三个主要部分组成:外耳、中耳和内耳。由耳廓和听觉管组成的外耳收集空气传播的声波,然后振动耳膜,这是与中耳的接口。

中耳充当阻抗匹配装置,有三个小骨头作为一组杠杆操作。这些骨头将振动转移到内耳,内耳由两个独立的系统组成,用于控制平衡的半圆形耳道和耳朵。耳蜗是一种充满液体的蜗牛形管,由基底膜纵向分成两部分。 

 

耳朵解剖

长时间暴露于响亮的声音会对头发细胞造成损害,从而导致听力能力逐渐受损。起初,对少数毛细胞的损害并不明显,但是随着更多的头发细胞受损,大脑无法再弥补信息丢失。噪音暴露造成的听力损失通常在耳朵最敏感的频率(约4kHz)时最大。

 


 

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