声音的物理量纲和心理量纲分别是什么

1. 量纲是什么

量纲（dimension）也叫因次，是指物理量固有的、可度量的物理属性。一个物理量是由自身的物理属性（量纲）和为度量物理属性而规定的量度单位两个因素构成的。每一个物理量都只有一个量纲，不以人的意志为转移；每一个量纲下的量度单位（量度标准）是人为定义的，因度量衡的标准和尺度而异。量纲通常用一个表示该物理量的罗马正体大写字母表示。

量纲分为基本量纲和导出量纲。国际单位制（SI）规定了七个基本物理量，相对应的是七个基本量纲；其他任何物理量的量纲均可以通过这些基本量纲导出，称为导出量纲。导出量纲与七个基本量纲一定满足对数线性组合关系。

如果一个物理量可以用一个纯实数来衡量（如应变），则这个物理量为无量纲（又称“量纲一”或“纯数”）。无量纲量是量纲分析和相似理论的基础。

量纲一的量可以进行各种超越运算；有量纲的量可以进行乘法运算和对数运算，规定有量纲量对数的量纲为量纲一；相同量纲的量可以进行加法运算。量纲的运算必须满足量纲和谐原理。

2. 量纲与物理量

科学中任何量都需要用一个字母来代表，比如物理学中的长度用小写字母l来代表，那么这个l就代表了长度这个物理量。大家都知道，物理学中各物理量都是有单位的，而且单位推导很容易出错，因此就想出一个在推导公式时不容易出错的方法，给每一个物理量的单位一个符号，并把它叫做这个物理量的“量纲”。前文中说到长度的量纲是“L”，实际上，在国际单位制中这个“L”代表的是“米”，当然我们可以看出面积的单位“平方米”就可以用L2（平方）来代表，体积的单位“立方米”就可以用L3（立方）来代表。
所以，在公式中出现的是物理量，量纲只是在推导单位的时候使用。

3. 声音的物理量纲指什么

基本物理单位是基本物理量的度量单位，例如长短、体积、质量、时间等等之单位。这些单位反映物理现象。物理现象或物理量的度量，叫做“量纲”

4. 量纲是什么意思

将一个物理导出量用若干个基本量的乘方之积表示出来的表达式，称为该物理量的量纲式，简称量纲。
它是在选定了单位制之后，由基本物理量单位表达的式子。

5. 控制声音大小的单位是什么

声音大小的单位是用分贝来度量的；分贝（decibel）是量度两个相同单位之数量比例的计量单位，主要用于度量声音强度，常用dB表示。

声音是由物体振动产生的声波的，同时和距离也有关系，所以声音大小可以根据“振幅”和“距离”两个条件来控制，距离越远声音越小，“振幅”越大，声音越大。

(5)声音的物理量纲和心理量纲分别是什么扩展阅读

声音在不同介质中传播速度一般是固体>液体>气体，声的传播速度与介质的种类和介质的温度有关，声音在各类物体中的传播速度如下：

真空 0m/s（也就是不能传播）

空气(0℃) 331m/s[1]

空气（15℃） 340m/s

空气（25℃） 346m/s

软木 500m/s

煤油（25℃） 1324m/s

6. 声音的心理量纲是什么

声音的心理量纲是"美"，距离为JND

7. 声音的物理特性

1．声音的发生、频率、波长和声速

当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，且这种振动频率在20～20000 Hz时，人耳可以感觉到，称为可听声，简称声音。频率低于20Hz的叫次声，高于20000 Hz的叫超声，它们作用于人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能被人听到。

声源在1 s内振动的次数叫频率，记作f，单位为Hz。

振动一次所经历的时间叫周期，记作T，单位为s。显然，频率和周期互为倒数，即T=1/f。

沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间的距离称作波长，记为λ，单位为m。

1s内声波传播的距离叫声波速度，简称声速，记作c，单位为M/S。频率、波长和声速三者的关系是：

c= fλ

声速与传播声音的介质和温度有关。在空气中，声速(c)和温度(t)的关系可简写为：

c＝331.4＋0.607t(M/S)

常温下，声速约为344 m/s。

2．声功率、声强和声压

声功率(W)：指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率，单位为W。

声强(I)：指单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量，单位为W/m2。

声压(P)：是由于声波的存在而引起的压强增值，单位为Pa。声波是空气分子有指向、有节律的运动。声波在空气中传播时形成密集和稀疏的交替变化，所以压强增值是正负交替的。但通常讲的声压采用取均方根值的形式，叫有效声压，故实际上总是正值。对于球面波和平面波，声压与声强的关系是：



式中：P—空气密度。

如以标准大气压与20℃时的空气密度和声速代入，得到P·c = 408 Pa·s/m,该物理量的单位也叫瑞利。P·c 称为空气对声波的特性阻抗。

3．分贝、声功率级、声强级和声压级

人们日常生活中遇到的声音，若以声压表示，由于其变化范围非常大，可达六个数量级以上，同时由于人的听觉对声信号强弱刺激反应不是线性的，而是成对数比例关系，所以采用分贝来表达声学量值。
所谓分贝是指两个相同的物理量(如A和Ao)之比取以10为底的对数并乘以10(或20)：



分贝符号为“dB”，它的量纲为一，在噪声测量中是很重要的参量。式中Ao是基准量(或参考量),A是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，此对数值称为被量度量的“级”。亦即用对数标度时，所得到的是比值，它代表被量度量比基准量高出多少“级”。

声功率级：



式中：Lw—声功率级，dB;

W—声功率，W;

Wo—基准声功率，10-12 W。

声强级：



式中：L1—声强级，dB;

I—声强，W/m2；

Wo—基准声强，10-12 W/m2。

声压级：



式中：Lp—声压级，dB;

P—声压，Pa;

Po—基准声压，2×10 -5 Pa，是人耳刚能听到的1 000 Hz纯音的最低声压。

4.噪声的叠加和相减

噪声的叠加：两个以上独立声源作用于某一点，产生噪声的叠加。

声能量是可以代数相加的，设两个声源的声功率分别为W1和W2，那么总声功率W总=W1+W2。而两个声源在某点的声强为I1和I2时，叠加后的总声强I总=I1 +I2。但声压不能直接相加。



如Lp1=Lp2，即两个声源的声压级相等，则总声压级：

Lp=Lp1＋10 1g2

≈Lp1＋3(dB)

即作用于某一点的两个声源声压级相等时，其合成后的总声压级比一个声源的声压级增加3 dB。当声压级不相等时，按公式计算较麻烦，可以利用图7-1查曲线来计算。方法是：设Lp1>Lp2，以其差值按图查得△Lp，则总声压级Lp总=Lp1+△Lp。

[例]两声源作用于某一点的声压级分别为Lpl = 96 dB , Lp2 = 93 dB,由于Lpl-Lp2 = 3 dB，查曲线得△Lp=1.8 dB，因此Lp总＝96 dB＋1.8 dB＝97.8 dB。



图7-1两噪声源叠加的声压级曲线

由图可知，两个噪声叠加，总声压级不会比其中任一个大3 dB以上；而两个声压级相差10 dB以上时，叠加增量可忽略不计。

掌握了两个噪声的叠加，就可以推广到多个噪声的叠加，只需逐次两两叠加即可，而与叠加次序无关。

例如：有八个声源作用于一点，声压级分别为70 dB,70 dB,75 dB,82 dB,90 dB,93 dB,95 dB,100 dB，它们合成的总声压级可以任意次序查图7-1的曲线两两叠加而得。任选两种叠加次序如下：



应该指出，根据波的叠加原理，若是两个相同频率的单频声波叠加，会产生干涉现象，即需考虑叠加点声波各自的相位，不过这种情况在环境噪声中几乎不会遇到。

噪声的相减：噪声测量中经常遇到如何扣除背景噪声的问题，这就是噪声的相减问题。通常噪声源的声级比背景噪声高，但由于后者的存在使测量读数增高，故需要减去背景噪声。图7-2为背景噪声修正曲线，使用方法见下例。



图7-2背景噪声修正曲线

(例)为测定某车间中一台机器的噪声大小，从声级计上测得声级为104 dB，当机器停止工作时，测得背景噪声为100 dB，求该机器噪声的实际大小。

解：由题可知104 dB是指机器噪声和背景噪声之和(Lp)，而背景噪声是100 dB (Lp1)。Lp-Lp1=4dB，从图7-2中可查得相应的△Lp=2.2 dB，因此该机器的实际噪声级气Lp2为：Lp2=Lp-△Lp = 101.8 dB。

8. 声响的单位是分贝么

分贝（decibel）dB
声音的响度

声音其实是经媒介传递的快速压力变化。当声音于空气中传递，大气压力会循环变化。每一秒内压力变化的次数叫作频率，量度单位是赫兹(Hz)，其定义为每秒的周期数目。

频率越高，声音的音调越高。如下图显示，击鼓产生的频率远较吹哨子产生的频率低。请按一下[示范]按钮，听听它们发出的声音，及细察其音调的不同。

响亮度和分贝标度

响亮度是声音或噪音的另一个特性。犟的噪音通常有较大的压力变化，弱的噪音压力变化则较小。压力和压力变化的量度单位为巴斯卡，缩写为Pa。其定义为牛顿/平方米 ( N/m2)。

人类的耳朵能感应声压的范围很大。正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作“听觉阈”，为20个微巴斯卡 (缩写为μPa) 的压力变化，即20x10-6 Pa ("百万分之二十巴斯卡")。另一方面，非常噪吵的情况能产生很大的压力变化，例如一架太空穿梭机在发出最大马力时能在近距离产生大约 2,000 Pa或2 x 109μPa的噪音。下表显示由上述情况产生不同的声压级，以巴斯卡及微巴斯卡表示。如用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音，我们须处理小至20，大至2,000,000,000的数字。

明显地，如用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音会颇为不便。较简单的做法是用一个对数标度(logarithmic scale)来表达声音或噪音的响亮度，以10作为基数。

为避免以巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音（以防处理难以操纵的数字），故使用分贝(dB)这个标度。该标度以“听觉阈”，20 μPa 或20 x 10-6 Pa作为参考声压值，并定义这声压水平为0分贝(dB)。

声压级，缩写通常为SPL或者Lp，其单位为分贝(dB)，可经由以下算式求得。

用对数标度来表达声音和噪音还有另一优点：人类的听觉反应是基于声音的相对变化而非绝对的变化。对数标度正好能模仿人类耳朵对声音的反应。

于分贝标度上计算声音或噪音的和

现实生活中我们经常会同时遇到几个声音。你知道一个声音与另一个声音结合时，会产生甚么结果吗？

我们都知道60个苹果加60 个苹果，等于120个苹果。但是，这并不适用于以分贝来表示的声音。事实上，60分贝加60分贝只等于63分贝。下面的公式解释声音相加的原理，请按一下[示范]按钮阅读详细内容：

"A"加权声

正常的人耳能听到20赫兹到20,000赫兹频率的声音。20赫兹到20,000赫兹的范围叫作“人耳可听声范围”。我们听到包含各种频率的声音。整个“人耳可听声范围”可分成8个或24个“频率带”，分别称为倍频程或1/3倍频程。声音或噪音在不同的频率带可有不同的犟度或声压级，如下图所示。请按一下[示范]按钮，看看声音如何分为8个倍频程或24个1/3倍频程。

声音通常以一个声压级值来描述。方法就是将所有倍频程或1/3倍频程所占的部份加在一起，得出一个声压级。

人类耳朵对声音的敏感度取决于声音的频率。对于2,500赫兹到3,000赫兹的声音，人类耳朵的反应最灵敏，而对低频率的声音，敏感度则较低。故此，将所有倍频程或1/3倍频程所占的部份加在一起，所得到的数值并不能有效反映人类耳朵对声音频率的非缐性反应。

以"A"加权声级度为例，在将低频率及高频率的声压级值加在一起之前，声压级值会根据公式减低。声压级值加在一起后所得数值的单位为分贝(A)。分贝(A)较常用是因为这个标度更能准确地反映人类耳朵对频率的反应。量度声压级的仪器通常都附有加权网络，以提供分贝(A)的读数。

另：分贝是音量的单位，分贝数越大代表的所发出的声音越大，分贝在计算上是每增加 10 分贝，则声音大小约是原来的十倍。

分贝(2)
通信系统传输单位
在我们日常生活和工作中离不开自然计数法，但在一些自然科学和工程计算
中，对物理量的描述往往采用对数计数法。从本质上讲，在这些场合用对数
形式描述物理量是因为它们符合人的心理感受特性。这是因为，在一定的刺
激范围内，当物理刺激量呈指数变化时，人们的心理感受是呈线性变化的，
这就是心理学上的韦伯定律和费希钠定律。它揭示了人的感官对宽广范围刺
激的适应性和对微弱刺激的精细分辨，好像人的感受器官是一个对数转换装
置一样。例如两个倍频的声音可以感受一个八度音程，而一个十二平均律的
小二度正好是八度音程的对数的十二分之一。
采用对数描述上述的物理量，一是用较小的数描述了较大的动态范围，特别
有利于作图的情况。它也把某些非线性变化的量转换成线性量。例如频率从
直流到1Hz的差别可比1000Hz到1001Hz差别大得多。当然频率的对数单位不是以dB而是以倍频程表示。另一个好处是把某些乘除运算变成了加减运算，如计算多级电路的增益，只需求各级增益的代数和，而不必将各级的放大/衰减
倍数相乘。
我们知道，零和小于零的负数是没有对数的，只有大于零的正数才能取对数，
这样一来，原来的物理量经过对数转换后，原来的功率、幅度、倍数等这些
非负数性质的量，它们的值域便扩展到了整个实数范围。这并不意味着它们
本身变负了，而只是说明它们与给定的基准值相比，是大于基准值还是小于
基准值，小于则用负对数表示，若大于则用正对数表示。
分贝的计算很简单，对于振幅类物理量，如电压、电流强度等，将测量值与
基准值相比后求常用对数再乘以20；对于它们的平方项的物理量如功率，取
对数后乘以10就行了；不管是振幅类还是平方项，变成分贝后它们的量级是
一致的，可以直接进行比较、计算。
在电信技术中一般都是选择某一特定的功率为基准，取另一个信号相对于这
一基准的比值的对数来表示信号功率传输变化情况，经常是取以10为底的常
用对数和以e=2.718为底的自然对数来表示。其所取的相应单位分别为贝尔
（B）和奈培（Np）。贝尔（B）和奈培（Np）都是没有量纲的对数计量单位。
分贝（dB）的英文为decibel，它的词冠来源于拉丁文decimus，意思是十分之
一，decibel就是十分之一贝尔。分贝一词于1924年首先被应用到电话工程
中。
在1926年国际长途电话咨询委员会召开的第一次全体会议上，讨论并通过了使用传输单位的建议，贝尔和奈培正式在通信领域中普遍使用。分贝的代号
也有过多种形式：DB、Db、db、dB。1968年国际电报电话咨询委员会（CCITT）第四次全会，考虑到在通信领域里同时使用两种传输单位非常不方便，而当时无线电领域中却只使用着一种传输单位dB，因此全会一致通过了第B4号建议，规定在国际上只使用分贝一种传输单位，并统一书写为dB。
我国在1980年以前，无线电领域多使用dB，载波电话、电报等多使用Np，依稀记得在1980年原邮电部邮科字第929号通知规定：全国电信部门统一使用
分贝（dB）为电信传输单位。
我们知道，测量海拔高低的基准点是位于青岛的黄海水准点，测量温度高低
的基准点是纯水在一个大气压时的结冰点，测量电信号（功率、电压、电流）
的基准点就是本文前面提到的人为选择的特定基准，这个基准我们暂且把它
叫做“零电平”。这个特定的功率基准就是取一毫瓦（mW）功率作为基准值
，这里要特别强调的是：这一毫瓦基准值是在600欧姆（Ω）的纯电阻上耗散
一毫瓦功率，此时电阻上的电压有效值为0.775伏(V)，所流过的电流为1.291
毫安（mA）。取作基准值的1mW，0.707V，1.291mA分别称为零电平功率，零电平电压和零电平电流。（我们国家不采用电流电平测量基准）
一、功率电平
利用功率关系所确定的电平可以称为功率电平（需要计量的功率值和功率为
一毫瓦的零电平功率比较），用数学表达式描述就是：
Pm=10 lg(P/1)dBm
其中：Pm代表功率电平。P代表需要计量的绝对功率值，单位为毫瓦，零
电平功率为一毫瓦。dBm表示以一毫瓦为基准的功率电平的分贝值。
不同的绝对功率值所对应的以一毫瓦为基准的功率电平值如下：
绝对功率用dBm表示
绝对功率 dBm 绝对功率dBm 绝对功率dBm
1pW -90 1mW 0 1W 30
10pW -80 2mW 3 2W 33
100pW -70 4mW 6 4W 36
0.001μW -60 5mW 7 5W 37
0.01μW -50 8mW 9 8W 39
0.1μW -40 10mW 10 10W 40
1.0μW -30 20mW 13 100W 50
2μW -27 40mW 16 1000W 60
4μW -24 50mW 17 10kW 70
5μW -23 80mW 19 100kW 80
8μW -21 100mW 20 1000kW 90
10μW -20 200mW 23
20μW -17 400mW 26
40μW -14 500mW 27
50μW -13 800mW 29
80μW -11
100μW -10
1000μW 0
二、电压电平
利用电压关系所确定的电平称为绝对电压电平，简称电压电平，用公式表示：
Pv=20Lg(U/0.775) (dB)
上式中Pv代表电压电平值。U代表需要计量的绝对电压值，单位为伏（V）。
零电平电压为0.775伏。
这里需要特别注意的一点是：根据上面“电压电平”的定义，其零电平电压
必须是0.775V有效值，不能随意用其它电压值作为基准来定义“电压电平”，
否则容易引起混乱。
三、功率电平和电压电平的关系
功率电平和电压电平之间有着非常密切的关系，从实质上讲，它们是一致的。
但现在世界上不同国家使用的习惯却是不一样的，比如，英国（包括英联邦
国家）等主要使用功率电平，而有的国家，象法国、俄罗斯等国家却主要使
用电压电平。这样一来，那些专门生产测量仪器的厂家（比如惠普、马可尼、
摩托罗拉、西门子等）就要按照不同国家用户的需要来供货，既可以提供以
功率电平定标的仪器，也可以提供以电压电平定标的仪器。在我们国家，这
两种定标读数的测量仪器都在使用。造成这种混乱现象，一是因为我们国家
在计量领域没有严格立法，二是因为各自为政地引进国外的测量仪器。记得
上个世纪50年代全面向苏联老大哥学习，设备的引进和国产的仪器基本上都
是以电平电压定标的，这种现象延迟到70年代末。80年代前后，我们国家在
“邓大人”领导下开始改革开放，但由于百废待兴，上层建筑领域的立法建
设严重滞后于经济基础领域的经济发展，这就导致了通信行业引进测量仪器
的混乱现象（后面这几句话是个人发牢骚）。
功率电平和电压电平之间可用下面公式来换算：
Pm=Pv＋10Lg（600/Z）(dBm) , 式中的Pv=20Lg（U/0.775）(dB)
功率电平Pm的计量单位是（dBm），电压电平Pv的计量单位是（dB）
当阻抗Z=600Ω时，10Lg（600/Z）=0 ，此时Pm=Pv ，即功率电平与电
压电平相等。当Z≠600Ω时，即使是同一功率，用功率电平表来测，读数
是Pm ，用电压电平表来测却是Pv，两者读数是不相等的。看下表更直观
一些。
功率 1mW 1mw 1mW 1mW
阻抗 600Ω 300Ω 75Ω 50Ω
电压 0.775V 0.548V 0.274V 0.224V
功率电平读数 0dBm 0dBm 0dBm 0dBm
电压电平读数 0dB -3dB -6dB -10.79dB
我们国内现在使用的测量仪器中,有以一毫功率为0电平刻度的功率电平表,
也有以电压0.775V为0电平刻度的电压电平表,我们在使用这些测量仪器时,
要留心这一点,否则,出现了测量差错,还要埋怨被测机器性能不好。
对于同样是以0.775V为0dB来刻度的电压电平表，在测量时（比如，测量天
线的灵敏度、天线的增益、接收机的灵敏度）还要注意仪器的测量端子与
被测设备、电路端口的阻抗匹配，否则会产生反射损耗，引起测量误差。
这些测量仪器的面板上或档位上常常标有600Ω、300Ω、150Ω、75Ω、
50Ω的不同阻抗，这是提供在阻抗匹配的条件下作终端测量时用的，其仪表
面板的读数都是电压电平。
在有线通信系统和设备常常采用600欧的输入/输出端口，无线通信系统和设备
的平衡输入/输出端口常常采用300欧的阻抗，电视、图像、视频系统的输入
/输出端口常常采用75欧的阻抗，无线通信系统和设备的射频不平衡输入/输
出端口往往采用50欧的标准阻抗。
dBm----mV/μV换算表
dBm 信号电压 dBm 信号电压 dBm 信号电压 dBm 信号电压 dBm 信号电压
6 446mV -21 19.93 -48 890 -76 35.4 -103 1.583
5 398 -22 17.76 -49 793 -77 31.5 -104 1.411
4 354 -23 15.83 -50 707 -78 28.2 -105 1.257
3 316 -24 14.11 -51 630 -79 25.1 -106 1.121
2 281 -25 12.57 -52 562 -80 22.4 -107 0.999
1 251 -26 11.21 -53 501 -81 19.93 -108 0.89
0 224 -27 9.99 -54 446 -82 17.76 -109 0.793
-1 199.3 -28 8.9 -55 398 -83 15.83 -110 0.707
-2 177.6 -29 7.93 -56 354 -84 14.11 -111 0.63
-3 158.3 -30 7.07 -57 316 -85 12.57 -112 0.562
-4 141.1 -31 6.3 -58 282 -86 11.21 -113 0.501
-5 125.7 -32 5.62 -59 251 -87 9.99 -114 0.446
-6 112.1 -33 5.01 -60 224 -88 8.91 -115 0.398
-7 99.9 -34 4.46 -61 199 -89 7.93 -116 0.354
-8 89.1 -35 3.98 -62 177 -90 7.07 -117 0.316
-9 79.3 -36 3.54 -63 158 -91 6.03 -118 0.282
-10 70.7 -37 3.16 -64 141 -92 5.62 -119 0.251
-11 63.1 -38 2.82 -65 125 -93 5.01 -120 0.224
-12 56.2 -39 2.51 -66 112 -94 4.46 -121 0.199
-13 50.1 -40 2.24 -67 99.9 -95 3.98 -122 0.177
-14 44.6 -41 1.99 -68 89 -96 3.54 -123 0.158
-15 39.8 -42 1.77 -69 79.3 -97 3.16 -124 0.141
-16 35.4 -43 1.58 -70 70.7 -98 2.82 -125 0.125
-17 31.6 -44 1.41 -71 63 -99 2.51 -126 0.112
-18 28.2 -45 1.25 -72 56.2 -100 2.24 -127 0.0999
-19 25.1 -46 1.21 -73 50.1 -101 1.99 -128 0.089
-20 22.4 -47 999μV -74 44.6 -102 1.78 -129 0.078
-75 39.8