声波是一种机械波,需要在介质中传播。当声波进入介质后,会引起介质中的分子和原子振动,同时在介质上产生压缩区和稀疏区。声波的强弱是通过压缩和稀疏的程度来衡量的。
以声波传播的距离为自变量,声波的强度随距离的变化构成一个函数关系,即声强度衰减函数。声强度衰减函数是一个指数函数,表达式为$I(r)=I_0(\frac{r_0}{r})^2$,其中,$I(r)$表示声强度衰减到距离源点为$r$的地方时的强度,$I_0$表示源点处的声强度,$r_0$为参考距离。
声强度衰减函数的指数部分决定了声波的衰减速度,当距离翻倍时,指数部分增加2,因此,声强度衰减了4倍。当指数部分增加3时,距离增加了1倍,因此,声强度衰减了8倍。
db是衡量声音强度的单位,全称为“分贝”。它是由贝尔(Bel)单位演化而来,其中1贝尔等于10分贝。在声音强度的测量中,常用3db作为较小的单位变化,因为我们人类的听觉灵敏度对于声音的感知大约随着3至4分贝的增加而变得更敏感。
3db是声音的双倍差异。这意味着,在声音相同的两个场景之间,如果其中一个场景的声音强度比另一个场景大3db,那么强度更大的场景会听上去大约是原来的两倍声音。类似地,如果一个场景的声音强度比另一个场景大6db,则强度更大的场景听上去将是原来的4倍。
当声音经过一定的距离传播,声音的强度会随着距离的增加而减弱,因为声波能量会逐渐被介质中的分子和原子吸收消散。在声波强度变化的单位中,3db是较小的变化单位,即声音的“一半”。
3db下降意味着声音强度衰减了一半,通常可以用下列公式计算:
声音强度下降$3\text{db}=\frac{1}{2}$
换言之,如果一个声源到你的距离加倍,声音会减弱6db,减少到原来的四分之一,如果声音的距离翻了两倍,声音会减少至1/4,再翻倍到原来的4倍距离,声音降低到1/16。
知道声音衰减的过程需要以及3db下降对应的强度减少是一半,对于很多声学工程和音响调试都是非常重要的。在摆放扬声器或调整房间布局时计算物体之间的距离,或者声音经过那些障碍物而产生衰减需要有一个参考。而对于平衡声学系统或频响的时候,为了精细控制音频的强度,调音师需要更加精确衡量声音的强度。
因此,理解声波衰减和3db下降是非常有用的,可以提高我们对声音强度的理解和感知。在许多场景下,这些知识可以帮助我们做出更好的设计决策。