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02 声音的本质 The Nature of Sound（第4页）

如果声源悬浮在自由空气中，其声音可以向各个方向传播（球面扩散），则声压与接收者到声源的距离成反比。

也就是说，如果从声源到测量点的距离加倍，声压就会减半。

声音的强度下降得比这还快，它与距离的平方成反比。

因此如果我们假设从声源到测量点的距离加倍，声音的强度就会下降14（122）；如果距离扩大为10倍，则强度下降到之前的1100（1102）。

但如果声源在地面上，则声波呈半球面传播（见框5），声压和强度的下降率变为上述情况的一半。

换句话说，当距离加倍时，声音的强度大约下降到原来的一半。

不过也有例外情况，当地面是一个完美的反射器时（一块大理石地板可以近似于完美的反射器），强度的下降会比这更快，这是由于反射介质吸收导致能量损失。

声功率只取决于声源，所以在任何距离上都是一样的。

自然界中基本上不存在纯音，最接近纯音的可能是鸟类的歌声。

真实声音的波形看起来各不相同，图9显示了基频相似的不同声音的压力变化。

图9　不同声音的波形

困难的分贝

声音是最早被人类理解的一种能量形式。

早在公元前300年，我们就已经知道它是可以穿过空气和水的某种形式的物理变化。

但很久以后，声音最明显的特征——响度，才在一定程度上被真正量化。

但是，直到2000多年后才出现的这种量化，并不能令人满意。

到目前为止，最广泛使用的量化声音的度量是分贝（dB，见框6）。

如果两个信号在声压上相差1分贝，那么它们的声压比值约为1.2∶1，这恰巧是我们在理想条件下能听到的最小差异。

10分贝的差异相当于声压比为3∶1，100分贝的差异相当于声压比为100000∶1。

分贝是110贝尔，贝尔这个词由传输理论中最常用的三个字母（β，ε和l）结合而成，并且也是向亚历山大·格雷厄姆·贝尔（AlexanderGrahamBell）[4]致敬。

分贝并不是单位，它其实是比值，所以它可以描述一种东西比另一种强大多少。

如果你愿意，你可以用它来比较一对加热器的输出，但这并不能告诉你它们实际上到底有多热。

要用分贝来描述一个设备的声音，重要的是要知道你在和什么进行比较。

对于空气中的声音，我们将其与某种刚好能被听到的声音（相当于20微帕斯卡的压力）进行比较。

当声音的大小以这样的参考水平给出时，就会加上“级”

字，例如，声压级（SoundPressureLevel，SPL）。

所以，0分贝的声音是你能听到的最小声音的“1倍大”

（也就是说，和你刚好能听到的声音一样大），1分贝大约是12倍，2分贝是26倍，以此类推。

所有的声学家都满意这个解决方案吗？不，他们并不满意。

超声波工程师并不在意他们的超声波比“你恰好能听到的声音”

大多少倍，反正本来也没有人能听到。

他们喜欢的是功率，因此他们测量数据的单位是瓦特。

与此同时，水下声学家理所应当地问道：“那么听力的阈值呢？当你的耳朵灌满了水，头上戴着橡胶耳机，这种阈值有什么意义呢？”

又或者：“如果你是鲸鱼呢？这种阈值又有什么意义？”

所以，他们的分贝建立在1微帕斯卡的参考压力上，因为这很好记，也很容易测量。

于是现在我们有两种“分贝”