声压

聲壓示意圖：①無聲 ②可聞音 ③大氣壓 ④瞬時聲壓

聲壓 p 是聲波通過媒質時，由振動所產生的壓強改變量。以空氣作為媒質的例子，無聲時的壓強應為標準大氣壓力 1 atm （101.325 kPa）。當聲音傳播時，會造成粒子的擾動，引起壓強的改變。這個改變量，就是聲壓。

由於粒子的擾動有疏有密，在每點的瞬時聲壓也有所不同，因此我們常以均方根 p_rms 作為平均值計算。對於一個正弦波的純音，聲壓峰值 p_peak 和均方根值 p_rms 有以下關係：

${\displaystyle p_{\mathrm {rms} }={\frac {p_{\mathrm {peak} }}{\sqrt {2}}}}$ 。

在空氣中，對於人類的聽覺，於最敏感的頻率範圍 2 000 Hz 到 5 000 Hz 中，聽閾約為 2 × 10^-5 Pa，記作 p₀：

${\displaystyle p_{0}=2\times 10^{-5}\,\mathrm {Pa} }$ 。

聲壓和距離的關係，符合反比律，即某點的聲壓 p，與該點和聲源的距離 r 成反比：

${\displaystyle p\propto {\frac {1}{r}}}$ 。

聲壓級 SPL 是另一個量度聲壓大小的常用物理量，指相對於一個基準值，以對數尺衡量的聲壓，定義如下：

${\displaystyle \mathrm {SPL} =10\log \left({\frac {p}{p_{0}}}\right)^{2}\,\mathrm {dB} }$ ，

其中 p₀ 是聽閾聲壓，在空氣中常取 2 × 10^-5 Pa；在水中則常取 10^-6 Pa。

由於聲壓級是對數級數，本身是無因次量。為表示它是以基數為 10 的對數級數，常加上貝爾（B）作為單位，分貝（dB）就是十分之一個貝爾。有需要時，會寫成 dB SPL 或 dB re 20 μPa ，以強調是聲壓級的對數級數。

聲壓級 SPL 上升 10 dB ，代表聲壓平方 p² 上升 10 倍。聲壓級 SPL 上升 x dB ，則代表代表聲壓平方 p² 上升 10 log x 倍。由此可見，聲壓級是漸強標度，其數值和聲壓並非線性關係。

聲壓 p 和聲強 I 是關係密切的物理量。它們符合以下關係：

${\displaystyle I=pv}$

${\displaystyle I={\frac {p^{2}}{z}}}$

其中：

• v 是粒子速度，單位是米每秒（m s^-1）。
• z 是媒質的特徵聲阻，單位為瑞利（rayl）。

以空氣中的聽閾聲壓 2 × 10^-5 Pa 作換算，取空氣聲阻 400 rayl ，可得聽閾聲強 I₀:

${\displaystyle I_{0}={\frac {(2\times 10^{-5})^{2}}{400}}=10^{-12}\,\mathrm {W\,m^{-2}} }$

聲強級 SIL 作為對數級數，就是以此值作為基準。因此，給定在空氣聲阻的 400 rayl 的環境下，聲壓級和聲強級的數值相等：

${\displaystyle \mathrm {SIL} =\mathrm {SPL} }$