声压量级的单位为帕斯卡(Pa)，声压级以分贝(dB)表示(基准值为1μPa)。
水听器的灵敏度单位一般为dB (re 1V/μPa)。
·声压和声压级的换算关系：
SPL (Sound Pressure Level) = 20LOG(10)[ P(e)/P(ref) ] 其中：P(e)为声压有效值，P(ref)为参考声压，空气中一般取2×10-5Pa = 20μPa，水声中一般用1×10-6Pa = 1μPa。
·声压灵敏度和声压级的换算关系：
设水听器的灵敏度级为M (单位：dB)，信号端采集到的电压有效值为U o (单位：V)，则声压级PL为：
PL = 20LOG(10)[ U o ] – M
则声压P为：
P = 10PL/20× P(ref)
或者，可将灵敏度换算成线性，m = 10M/20 (单位：V/μPa)，则被测点的声压P=U o/m。
·当被测点距离声源满足远场条件时，声源可看作点声源，发出的球面波衰减公式为：P1 = P0/d，式中P1为声源处的声压，P0为被测点声压，d为两者间的距离（单位：m）。根据此式即可推算出声源声压级。
2014.4.4
第5章噪声监测 △本章教学目的、要求 1．掌握噪声的概念、分类、危害； 2．了解噪声监测参数； 3．掌握噪声测量仪器结构、原理、操作方法； 4．掌握噪声监测方法。 △本章重点 噪声的分类、危害；等效连续声级、计权声级、声级计；噪声监测。 △本章难点 等效连续声级、噪声监测 △本章教学目录 5.1概述 5.2噪声监测 5.1 概述 5.1.1噪声的概念 声音：受作用的空气发生振动，当振动频率在20-20000Hz时作用于人的耳鼓膜而产生的感觉。 噪声：为人们生活和工作所不需要的声音。 5.1.2噪声的分类 5.1.2.1 机理分类 从噪声发生的机理，可将噪声分为三大类： (1)空气动力性噪声：是由气体振动产生的，当气体中存在涡流或发生压力突变时引起气体的扰动。 (2)机械性噪声：是固体振动产生的，在撞击、摩擦、交变作用应力作用下，机械金
属板、轴承、齿轮等发生的振动。 (3)电磁性噪声：是由于磁场脉动、磁致伸缩、电源频率脉动等引起电气部件的振动而产生的。 5.1.2.2 按来源分类 一是交通噪声：指机动车辆、船舶、航空器等交通运输工具在运行过程中产生的噪声； 二是工厂噪声：指工矿企业在生产活动中各种机械设备产生的噪声； 三是建筑施工噪声：指在施工活动中由各种建筑施工机械运转时产生的噪声； 四是社会生活噪声：指人类的社会活动和家庭活动产生的噪声。 五是自然噪声：指除去交通、工业、建筑施工、社会生活噪声的其他噪声。 5.1.3环境噪声的主要特征 (1) 噪声是感觉公害 (2) 噪声具有局限性和分散性 5.1.4噪声的危害 (1)损伤听力，造成噪声性耳聋 在强噪声下工作一天，只要噪声不是过强（120分贝以上），事后只产生暂时性的听力损失，经过休息可以恢复；但如果长期在强噪声下工作，每天虽可以恢复，经过一段时间后，就会产生永久性的听力损失，过强的噪声还能杀伤人体。见表5-1。 (2)干扰睡眠 (3)干扰语言通讯。见表5-2。 (4)影响人的心理变化 (5)能诱发多种疾病 5.1.5噪声监测参数及其分析 5.1.5.1声功率、声强和声压 （1）声功率（W） 声功率是指单位时间内，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。 （2）声强（I） 声强是指单位时间内，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/米2（W/m2）。
室内扩声的声压级计算 在室内扩声声场设计中，国家有相关的行业标准，标准是量化的指标，靠经验只能定性的分析，不能定量的分析，怎样才能知道一个扩声声场设计达到了国家相关的行业标准（或者是以科学的态度作扩声设计），这需要有定量的分析手段。下面就衡量声音的大小的指标作简单的说明： 扩声系统指标中第一项指标为“最大稳态声压级”，声压级简单讲就是听到的声音大小，单位为dB (分贝)，，在设备指标中声压级相差3 dB为输出功率相差一倍，音箱的最大声压级（也就是音箱的输出的最大声音）是音箱的额定输出功率（非峰值功率）的函数加上音箱灵敏度之和，计算公式为：音箱最大声压级（SPL）=音箱的灵敏度（1W/m）+10log音箱的额定输出功率 也就是音箱的输出声音大小是由音箱的额定功率与音箱的灵敏度共同决定的。 例如；某音箱（100w,灵敏度90 dB）代入上式； 音箱最大声压级（SPL）=90（1W/m）+10log100=110dB 某音箱（200w,灵敏度87 dB）代入上式； 音箱最大声压级（SPL）=87（1W/m）+10log200=110dB 从以上计算可看出，100w,灵敏度90 dB的音箱与200w,灵敏度87dB的音箱放出来的声音一样大。 以上的是距音箱1米处的声压级，在计算距离音箱多少米处的声压级的为；音箱的最大声压级减去距离的函数，计算公式为； 距音箱某米处的最大声压级（SPL）=音箱最大声压级（dB）-20log距离（米）例如；计算上面的音箱距离10米处的最大声压级，代入上式； 距音箱10米处的最大声压级（SPL）=110（dB）-20log10（米）=90dB 以上的计算公式是在音箱轴线计算的，如与音箱有轴线偏离角，则需再减偏离角的函数，一般在估算时不做要求，在音箱的辐射角的范围内，音箱轴线与辐射角边缘相差6dB，可根据这进行估算。 在室内有多只音箱的情况下，某点的最大声压级（单声道扩声，就是每只音箱的信息是相同的）的手工计算较为复杂，与室内的临界混响有关（含房间的吸音系数和空间大小），与每只音箱到达此点的延时时间有关，简单的讲就是；每只音箱距此点的最大声压级相加的和的函数在加上此点的临界混响时间内的混响声压级与直达声声压级的差（不知这样表述是否可以说清楚），某点的最大声压级=10log(音箱1+音箱2+.......)+（混响声压级-直达声声压级）
1 GPS接收机的灵敏度定义 随着GPS应用范围的不断扩展，对GPS接收机的灵敏度要求也越来越高，高灵敏度的接收性能可以令接收机在室内或其它卫星信号较弱的场景下仍然能够实现定位和跟踪，大大拓展了GPS的使用范围。 作为GPS接收机最为重要的性能指标之一，高灵敏度一直是各个GPS接收模块孜孜以求的目标。对于GPS接收系统而言，灵敏度指标包括多个场景下的指标，分别为：跟踪灵敏度、冷启动灵敏度、温启动灵敏度。目前业界已经可以实现跟踪灵敏度在-160dBm以下，冷启动灵敏度和温启动灵敏度也分别可以达到-145dBm和-158dBm以下，其中冷启动灵敏度和温启动灵敏度分别表示的是在两种不同场景下的捕获灵敏度。 GPS接收机首先需要完成对卫星信号的捕捉，完成捕捉所需要的最低信号强度为捕捉灵敏度；在捕捉之后能够维持对卫星信号跟踪所需要的最低信号强度为跟踪灵敏度。 2 GPS接收模块的灵敏度性能分析 从系统级的观点来看，GPS接收机的灵敏度主要由两个方面决定：一是接收机前端整个信号通路的增益及噪声性能，二是基带部分的算法性能。其中，接收机前端决定了接收信号到达基带部分时的信噪比，而基带算法则决定了解调、捕捉、跟踪过程所能容忍的最小信噪比。 2.1接收机前端电路性能对灵敏度的影响 GPS信号是从距地面20000km的LEO（Low Earth Orbit，低轨道卫星）卫星上发送到地面上来的，其L1频段（f L1=1575.42MHz）自由空间衰减为： （1） 按照GPS系统设计指标，L1频段的C/A码信号的发射EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效通量密度）为P=478.63W（26.8dBw）([1][2])，若大气层衰减为A=2.0dB，则GPS系统L1频段C/A码信号到达地面的强度为： （2） GPS ICD（Interface Control Document，接口控制文档）文件（[3]）中给出的GPS系统L1频段C/A码信号强度最小值为-160dBw，和上述结果一致。在实际场景中，由于卫星仰角的不同、以及受树木、建筑物等的遮挡，L1频段 C/A信号到达地面的强度可能会低于-160dBw。
为什么距离增加１倍声压级减少６dB? 声音在空中传播，以点为中心，呈球形状向外扩散，假设球的半径为1米，那么球的表面积= =4πr^2= 12.56平方米，如果半径增加一倍为2米，球的表面积= 4πr^2= 50.24平方米； 50.24/12.56 = 4，表示距离（半径）增加一倍表面积增加4倍。 如果此时功率不变，面积增加4倍，那单位面积的功率就只有原1/4（原来功率为1瓦，这1瓦的功率是分布在1平方米的面积上；现在功率还是1瓦，面积却变大为4平方米，那么这4平方米上每1平方米上的功率=1/4。 距离远了1倍，功率减少为原来的1/4。用前面的程式计算：距离增加一倍声压级的变化= 10log(1/4) = -10*0.6021 = -6dB 经验：距离每增加一倍，声压级减少6dB。 标准计算距离与声压级的程式：分贝dB = 1米声压级-20*log距离 为什么是20log呢？此处可以看做：分贝dB = 1米声压级-10*log（距离的平方），因为功率正比于距离的平方。 例：1米处声压级= 102.5dB，40米处的声压级：102.5-20*log40 = 102.5-20*1.6021 = 70.5dB 综合：满功率300瓦，40米处的声压级计算：先计算1米满功率300瓦声压级（127.5dB），再套用"距离与声压级"程式= 127.5-20*log40 = 95.5dB 当年为了比较声音的大小，老贝先生（亚历山大·格雷厄姆·贝尔）用“log"中文称"对数函数"，比如2W的声音这么大，那2W的就用log(2/1) = 0.3，后来他又说，有小数不方便，前面再乘10，于是声音大小的标准有了，分贝（dB）=10xlog(被测功率/基准功率)，也就是说功率为2W时，其分贝比基准功率的分贝数大10*log(2/1)= 3dB 2瓦的功率其声音比1瓦的功率所产生的声音要大3dB 所以一个经验：功率每增加一倍，声压增加3dB。 标准计算功率与声压级的程式：分贝dB = 1瓦声压级+10*log功率 例：音箱1瓦声压级= 102.5dB，满功率300瓦的声压级计算： 300瓦声压级dB = 102.5+10xlog300 = 102.5+10*2.4772 = 127.5dB 总结： 功率增加一倍，声压级增加3dB 距离增加一倍，声压级减少6dB 用以下两个公式，就免了2、4、8、16的数指头算声压了
1）分贝，人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体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（例A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20，视适用对像而定）。N = 10lg(A1/A0) 分贝符号为"dB"，它是无量纲的。式中A0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，这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"。 2）声压，指在某一瞬时压强相对于无声波时的压强变化（改变量）。符号P。单位N/㎡(牛顿/平方米) ，或Pa(帕斯卡）? 声压和声强有密切的关系，在自由声场中，测得声压和已知测点到声源的距离，就可计算出该测点之声强和声源的声功率。 3）声压级，人耳对声音强弱的变化的感受并不与声压成正比，而与声压的对数成正比。单位为DB。声压级：LP = 20lg(P/P0) 式中：LP——声压级（dB）； P ——声压（Pa）； P0——基准声压，为2×10^-5Pa，该值是对1000HZ声音人耳刚能听到的最低声压。 现在我们来说一下你从书上看到的观点： “正常谈话时语言的声功率为1μW,大声讲话时可增加到1mW，正常讲话时与人距离1m时的平均声压级为65~69dB。 这些数据让我有点不懂了，书前面所讲的功率级差分贝的计算和这些数据有什么根本关系没有？书前面公式功率级差分贝（dB）=10lg（p1/p0）”现在假设我们人正常说话时为60dB,则功率的推算方法如下： 60dB=10lg(P/P0)=10lg(P/10^12)=10*(lgP + 12),可推出10lgP=-60 即lgP=-6, 即P=1μW。你可能会部，为什么这里的60dB可以直接代入功率级与功率的换算公式里面呢？因为这里的功率级和声压级都是无量纲的。 做音响调音的和声压有关的还有以下几个公式和推理，顺便说一下： 1）施加给音箱的功率(W)和声压级(dB)之间的换算，Lp=10lgW 式中：Lp----为声压级； W----为声功率； 由上式可推出，当功率为2W时Lp=10lg2=3dB,4W时 Lp=10lg4=6dB,---------这样我们就可以得出一条定律：施加给音箱的功率每增加一倍，声压级增加3dB。 2）声音在室内，温度为20℃时距音源一定距离时衰减量为：L=20lgD 式中：L----衰减量（dB） D----离音源正面距离（M） 由上式可推出，距音源1M处衰减量为L=20lg1=20*0=0dB,2M上衰减量为L=20lg2=20*0.3=6dB，4M衰减量为L=20lg4=20*0.6=12dB,------------这样我们就可以得出一条定律：在室内环境，温度为20℃时距离每增加1倍，声压级衰减6个dB。 3）音箱发出的声音到达某点的声压级数值=音箱灵敏度+10lg（此时音箱的输入功率）-20lg（听音位置到音箱的距离）。
工程中模态灵敏度的计算方法 灵敏度即求导信息，它是一种度量，是一种评价由于设计变量或参数的改变而引起结构特性变化的变化程度的方法。系统的灵敏度分析的主要目的是确定设计参数变更时，系统响应、特征值及特征向量等发生的变化率，因此通过灵敏度分析可得到为实现最优化所需要的设计导数。它是当前力学和结构工程领域的主要研究方向之一。例如在结构优化、可靠性评估及结构控制等工程领域，灵敏度信息即是一个主要的先决条件，通常依据灵敏度性态来确定对优化目标及状态变量影响较大的设计参数，利用程序可自动选择灵敏度高的参数进行操作。在结构系统的模型修正时，基于设计参数及矩阵元素的修正算法，可以使用无阻尼实模态的正交归一化条件作为约束求解修正量，目前也有一些文献在使用复模态的正交归一化条件来设计修正算法，这些算法经常使用各种模态参数的灵敏度信息参与修正量的求解。当前，结构安全性检测有时也依赖灵敏度信息来确定结构是否出现损伤、损伤的位置及损伤的严重程度等。 1 阻尼与模态 依据结构阻尼的性质可将振动系统分为无阻尼、比例阻尼及一般粘性阻尼三种情况。在应用灵敏度分析的相关领域中，各种阻尼情况下的模态分析是其重要的基础。 无阻尼情况下的模态被称为实模态或纯模态，特征方程的根比较容易依据方程（λ2M+K）x=0的特征值问题求解，这种问
题在数学意义上称为广义特征问题，得到实频率-ω2r=λ2r及相对应的实模态。当比例阻尼矩阵满足方程C=αM+βK （α，β 为实常数）时，比例阻尼系统具有复频率λ2r，并满足【1】 且与无阻尼系统具有相等的实模态向量。可见比例阻尼系统的数值计算量远低于一般的粘性阻尼系统。当系统的阻尼近似为一般粘性阻尼时，系统的极点与模态都是复值的，系统的特征问题为（λ2M+λC+K）x=0。这不是一般意义上的特征问题，为了将系统特征问题转化为数学意义上的特征问题，即实值矩阵的一般特征问题，常将系统方程转入状态空间形式，第一种常见的状态方程形式为Ay+By=0，其中【2】 这种类型的状态矩阵总也不是对称的，导致它的右状态向量系总也不是内部正交的，还必须要求M-1存在。但是，它的优点是振动系统的特征问题转化为一般矩阵 A 的特征问题，而不是第一种的广义特征问题。在使用两种状态方程的状态向量正交关系时，必须格外注意它们与系统的左右模态之间的关系，以及考虑系统性质矩阵是否对称等，否则极易得到错误的结论。讨论状态向量的正交性及灵敏度问题的意义在于2N 维状态向量的前N 维恰为原振动系统的模
噪声产生原因空气动力噪声 由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。如空气压缩机、电风扇的噪声。机械噪声 由固体振动产生。金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。 液体流动噪声 液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。 电磁噪声 各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。 燃烧噪声 燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速 声波 质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。 点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。 声频( f )声速( c )和波长( λ ) λ= c / f 声速与媒质材料和环境有关： 空气中， c =331.6+0.6t 或t c +=27305.20 (m /s) 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度 传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。 质点速度 质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场 有声波存在的区域称为声场。声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。 自由场 在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。 消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。扩散场 声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射。人为设计的混响室是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。 自由场扩散场（混响场）
功放与音箱的配接，即功率匹配是一项十分考人的问题，一定要把“音乐的忠实还原”放在第一位。在设计、安装一套音响系统时，不免遇到功放与音箱的配接问题。在音色方面，会注意其搭配上是否冷暖相宜、软硬适中，最终使整套器材还原音色呈中性，这仅是从艺术方面考虑。从技术方面考虑功放与音箱配接的要素有： 一、功率匹配 二、阻抗匹配 三、阻尼系数的匹配 四、灵敏度匹配 五、音色匹配 如果我们在配接时认识到上述五点，可使所用器材的性能得到最大、最充分的发挥。 1、功率匹配 为了达到高保真聆听的要求，额定功率应根据最佳聆听声压来确定。我们都有这样的感觉：音量小时、声音无力、单薄、动态出不来，无光泽、低频显著缺少、丰满度差，声音好像缩在里面出不来。音量合适时，声音自然、清晰、圆润、柔和丰满、有力、动态出得来。但音量过大时，声音生硬不柔和、毛糙、有扎耳根的感觉。因此重放声压级与声音质量有较大关系，规定听音区的声压级最好为80~85dB（A计权），我们可以从听音区到音箱的距
离与音箱的特性灵敏度来计算音箱的额定功率与功放的额定功率。 功放电路的输出功率有多种名称，例如额定功率（RMS）、音乐功率、峰值音乐功率（PMPO）等，它们的含义互不相同，但应用最多、最重要的功率是额定功率。商家还经常制造出其它名称的功率，这些都是出于商业的宣传，或是躲避弱点、宣传优点的作法。严格的额定功率应当对频响范围、谐波失真、负载阻抗和信噪比等作出严格的规定，缺少这些限制条件的额定功率数值是没有价值的。额定功率应是一种综合性的技术指标。 功放的额定输出功率与音箱的额定输入功率应当相互适应。功放的额定功率应稍大于音箱的额定功率的1/4，例如，125W的功放宜推动100W左右的音箱。实用音箱都有一定的过载能力，其允许值为额定功放的1.5倍左右。晶体管功放的过载能力较强，当过载时其失真度变化较小。 在实际使用功放和音箱时，平时都达不到额定功率值，所使用的实际平均功率比较小，所实用的功率仅为额定功率的1/3--1/5。功率要适配、匹配，从表面看是两者额定功率相近，实际是指功率的储备量、富余量相适应；换言之，使功放和音箱长时间（例如8小时）工作于额定功率状态下（在规定的频响范围、失真度、信噪比格阻抗等条件限制下），都不能出现各种问题。在不降低限制条件的情况下，当增加音箱世界形势功放功率值时，售价也将飞速啬。在普通小听音房间条件下（例如20平方米以下），不
灵敏度表示与计算 灵敏度表示与计算 灵敏度是表征电声换能能力的一个指标，其定义是在单位声压作用下的输出电压或电功率。可见，随着单位和负载的不同，可能有多种不同的表示方法。常见的有开路灵敏度和有载灵敏度两种。所谓开路灵敏度系指在单位声压作用下输出的电动势。换句话说，当话筒(MIC 微音器传声器)的输出端处与开路状态时，若作用在振膜上的声压为P，测得的电压为V，则开路灵敏度。 E=V/P 常用的单位为豪伏/微巴。如果以分贝（dB）表示，开路灵敏度：E（dB）=20lgV/P-20lgV(0)/P(0)分贝 必须特别加以注意的是，当以分贝表示话筒(麦克风MIC 微音 器传声器)的开路灵敏度时，必须注明其基准值。 有载灵敏度又称灵敏度的功率表示法。它是指在单位声压作用下，在传声器输出端的额定负载上输出的电功率。通常规定额定负载为600欧姆。 在上述定义中，都涉及声压的测量问题。如果采用的是声场中某点的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作用在话筒(麦克风MIC 微音器传声器)振膜上的声压值，则称为声场灵敏度；如果取实际作
用在传声器振膜上的声压值，得出的则是声压灵敏度。在实际使用中，除非另有说明，通常说明书上给出的是声场灵敏度。 简易远距离无线调频传声器电路 寻求一种发射距离远、拾音灵敏度高、长时间工作不跑频、调试简单易制作，且成本低廉的无线是很多爱好者迫切希望的。本文介绍的单管远距离无线调频传声器即具备以上特点。 由于发射用的环形L1兼作振荡，该天线内流动的是与振荡频率同步谐振的高频电流，所以始终处于最佳发射状态。经实践，在空矿地发射距离大约100～150m（用的是TOLY1781袖珍，该机天线加长至时所能达到的接收距离）。相比之下，在工作电压、工作电流和发射频率同等的情况，L1换成普通螺旋线圈，振荡集电极接上一只5pF电容至长的拉杆天线作发射实验，前后两种发射方式的发射距离几乎相当，证明该内藏式环形天线兼作振荡线圈时的发射效率是相当高的。 内藏式环形天线采用长度160mm，1mm的漆包线制成金属圆环或方框形，嵌入机壳内。调节电容C3，使发射频率落入88～ 108MHz之间，以便用调频收音机接收。当电压在～2V之间变化时，长时间工作，本发射频率稳定不变。电池电压时，整机工作电流约。调试时，手不要靠近环形天线，安放时不要靠近金属物，以免影响振荡频率和发射距离。
第5章噪声监测 （1）声功率（W） 声功率是指单位时间内，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。 （2）声强（I） 声强是指单位时间内，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/米2（W/m2）。 （3）声压（P） 声压是空气受声波干扰而产生的压力增值。单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，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： I = P2/ρc 式中：ρ-空气密度； c-声速。 5.1.5.2 分贝、声功率级、声强级和声压级 （1）分贝 人们日常生活中听到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线形的，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（例A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。 N=10lg(A1/A0) 分贝符号为"dB"，它是无量纲的。 式中：A0是基准量（或参考量），A1是被量度量。 被量度量和基准量之比取对数，这对数值称为被量度量的"级"。 （2）声功率级 L w =10lg(W/W0) 式中：L w——声功率级（dB）； W——声功率（W）； W0——基准声功率，为10-12 W。 （3）声强级
L I = 10lg(I/I0) 式中：L I——声强级(dB)； I——声强（W/m2）； I0——基准声强，为10-12 W/m2。 （4）声压级 L P = 20lg(P/P0) 式中：L P——声压级（dB）； P——声压（Pa）； P0——基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000Hz声音人耳刚能听到的最低声压。 5.1.5.3 噪声的叠加和相减 （1）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。 总声压级：L P=10lg[10(L p1/10)+10(L p2/10)] 式中L P——总声压级，dB； L P1——声源1的声压级，dB； L P2——声源2的声压级，dB。 如L P1=L P2，即两个声源的声压级相等，则总声压级： L P =L P1+10lg2≈L P1+3(dB) 也就是说，作用于某一点的两个声源声压级相等，其合成的总声压级比一个声源的声压级增加3dB。当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。可以利用图11-1或表11-3查值来计算。方法是：设L P1>L P2,以L P1-L P2值按表或图查得ΔL P，则总声压级L P总=L P1+ΔL P。
接收灵敏度的定义公式 摘要：本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本文提供了接收机灵敏度方程的逐步推导过程，还包括具体数字的实例，以便验证其数学定义。 在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No (每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。CDMA、WCDMA蜂窝系统接收机及其它扩频系统的射频工程师可以利用推导出的接收机灵敏度方程进行设计，对于任意给定的输入信号电平，设计人员通过权衡扩频链路的预算即可确定接收机参数。 从噪声系数F推导Eb/No关系 根据定义，F是设备(单级设备，多级设备，或者是整个接收机)输入端的信噪比与这个设备输出端的信噪比的比值(图1)。因为噪声在不同的时间点以不可预见的方式变化，所以用均方信号与均方噪声之比表示信噪比(SNR)。 图1. 下面是在图1中用到的参数的定义，在灵敏度方程中也会用到它们： Sin = 可获得的输入信号功率(W) Nin = 可获得的输入热噪声功率(W) = KTBRF其中： K = 波尔兹曼常数= × 10-23 W/Hz/K， T = 290K，室温 BRF = 射频载波带宽(Hz) = 扩频系统的码片速率 Sout = 可获得的输出信号功率(W) Nout = 可获得的输出噪声功率(W) G = 设备增益(数值) F = 设备噪声系数(数值) 的定义如下： F = (Sin / Nin) / (Sout / Nout) = (Sin / Nin) ×(Nout / Sout) 用输入噪声Nin表示Nout： Nout = (F × Nin × Sout) / Sin其中Sout = G × Sin 得到： Nout = F × Nin × G
声压（acoustic pressure）是指声波通过某种媒质时，由振动所产生的压强改变量。就声波在空气中传播而言，空气的疏密程度会随声波而改变，这样，空气的压强也会随之改变，即在原有大气压的基础上又产生了一个随声波变化的交变压强，此交变压强即为声压。声压常用字母"p" 表示，在国际单位制中，声压的衡量单位是帕斯卡（符号Pa）。 声压级（SPL）是指以对数尺衡量有效声压相对于一个基准值的大小，用分贝（dB）来描述其与基准值的关系。人类的对于1KHz的声音的听阈（即产生听觉的最低声压）为20μPa，通常以此作为声压级的基准值。 [编辑]Examples of sound pressure and sound pressure levels Sound pressure in air: Source of sound Sound pressure Sound pressure level Sound in air pascal RMS dB re 20 μPa Shockwave (distorted sound waves > 1 atm; waveform valleys are clipped at zero pressure) >101,325 Pa >194 dB Theoretical limit for undistorted sound at 1 atmosphere environmental pressure 101,325 Pa ~194.094 dB Stun grenades6,000–20,000 Pa 170–180 dB Rocket launch equipment acoustic tests ~4000 Pa ~165 dB Simple open-ended thermoacoustic device[1]12,619 Pa 176 dB .30-06 rifle being fired 1 m to shooter's side 7,265 Pa 171 dB (peak)
讨论这个议题的主要起因是:灵敏度(sensitivity)是如何确定的.[https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] 问题:我们经常看到某些GPS芯片 商宣称自己的芯片灵敏度是如何的高,但是根据对整个系统的分析可以看出系统的灵敏度主要取决于第一级LNA的设计,GPS产品的灵敏度取决于GPS芯片和放大器的设计,那么就带来下面的问题:[https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] 1)系统的灵敏度是如何计算的芯片的灵敏度对系统设计有什么影响 [https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] 2)接收GPS信号的功率和信噪比是一个什么样的水平 [https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] 3)如何按照信噪比,信号功率设计系统灵敏度 [https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] [https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] 这真是一篇超精华的帖子!感谢楼主和参与的所有人![5 2 jinfoxhe: R1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. snow99: 好象在说GPS, 不是GSM, 虽然看起来很像 GPS RF BW: 2.046 MHz Modulation: BPSK Process Gain: 46 d Thermal Noise Floor: kTB = -111 dBm/2.046MHz Required Eb/N0: 6 dB (不太清楚, 可以修正)
Receiver NF: 3 dB (Typical) Sensitivity: -111 + 6 + 3 - 46 = -148 dBm 这只是一个大致结果, 考虑系统的其他算法以及Doppler校正, 最终灵敏度在-154 ~ -149之间 https://www.doczj.com/doc/7316651212.html,] Arm720: 楼上朋友对灵敏度的描述已经非常清楚了,降低系统的信噪比和噪声系数能提高系统的灵敏度.那么对于设计来说是不是可以这么理解: 1)根据灵敏度公式估算系统的接收灵敏度 2)根据估算的系统接收灵敏度计算对芯片接收灵敏度的要求 芯片接收的灵敏度反映了对前级放大器噪声系数和信噪比的设计要求. 不知我的理解是否正确,如果是这样,估算的原则又是什么那些参考书上有描述,我想详细的研究一下,多谢了! 那位测试过GPS信号的朋友能说一下GPS信号的接收功率和信噪比吗 Arm720: 看来我的发帖晚了一部,多谢jinfoxhe和snow99兄! 不过snow99兄的计算方法和上面公式好像对不上.你描述的是对GPS接收系统的需求,不只这些需求是如何计算出来的. 多谢了! 以下是引用jinfoxhe在2006-4-24 8:56:00的发言: 1 灵敏度的计算公式:S=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NF. BW一般为中频带 宽,Eb/N0为芯片在一定误码的情况下解调需要的信噪比, NF为系统噪声系数.如果是扩频系统,还需要减去扩频增益. 2 对于GSM来说,其灵敏度一般为-110dBm左右(基站),和具体的配置有关系.从仿真来看, GSM的解调Eb/N0为4-5dB. 3 见1. 今天仔细看了看jinfoxhe兄的帖子,发现对关键问题进行了描述"Eb/N0为芯片在一定误码条件下的解调需要的信噪比",也就是说,你选的芯片就决定了接收系统灵敏度的理论值,这
什么是声压和声压级 2008-07-09 10:52 一提起大气压，我们都很熟悉，空气中原来就有比较恒定的静压力，只是我们经常生活在这个环境中感觉不到它的存在罢了，我们把这个比较恒定的静压力称为大气压，一个标准大气压叫1巴(bar）。从物理学的角度理解，大气压是空气分子的不规则运动及相互排斥所引起的。当空气中出现一种声音时，声音所产生的振动使空气分子在这个基础上产生有规律、有指向性的运动，改变了原来比较恒定的静压力，引起比原来静压力增高的量值就叫声压。换句话说，由于声音的存在，使空气发生一个小小的扰动，就可以使原来处于平衡状态的大气压力增添一微小的声压，并迅速向各个方向传播。 声压历来用微巴(μ bar）作为度量单位，它是巴(bar）的百万分之一。近年来，国际上统一用帕作为声压的度量单位，帕的全称为帕斯卡(Pascal，Pa）。1帕等于1牛／米2，1巴等于105帕。声波的震动可以使空气形成压缩状态和稀疏状态，从而造成原来大气静压力的增加或减少，所以声压的值可以是正值，有时也可以是负值。通常我们说的声压指的是它的有效值，所以实际上声压总是正值。声音产生的压力同声音的强度一样，变化范围极大。因此度量声压的大小，同样采用对数(数学里以10为底的对数，又叫常用对数）关系表达比较方便，由此引出声学的另一个概念声压级。 评价某一点的声压级，是指该点的声压与参考声压的比值取常用对数再乘以20的值，度量它的单位是分贝，符号为dB。参考声压是2×10-5巴，相当于1000Hz纯音的听阈(人耳刚能辨别的声音，0dB) 。假如某一处的声压比参考声压大100倍，那么它们的比值就是100，取常用对数再乘以20，则该处的声压级为40dB。同理，假如某一处的声压比参考声压大100000倍，那么它们的比值就是100000，取常用对数再乘以20，则该处的声压级为100dB。从这两个例子可以看出，声压与参考声压的比值从100倍变为100000倍，增加了1000倍，用声压级表示仅增加了60dB，可见用声压级表示声音的大小，比采用声压来表示要简单的多。 采用分贝(dB）来表达声学量值的主要原因，是由于人体听觉系统对声音强弱刺激的反应不是按线性(即逐渐加大）的规律变化的，而是成对数比例关系变化的，所以采用对数的分贝值可以适应听觉本身的特点。其次，日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，变动范围是很宽的，当用对数换算后，就可以大为缩小声压的变化范围(从数值上看），因此用分贝来表示声学的量值是科学的。 声压级习惯上常流行的符号为SPL，但目前国际上采用推荐的符号为Lp。声压级是反映声音的大小、强弱的最基本参量。 日常生活中，普通办公室的环境噪声的声压级大约50～60dB，普通对话声的声压级大约65～70dB，纺织厂织布车间噪声的声压级大约110～120dB，小口径炮产生噪声的声压级大约130～140dB，大型喷气飞机噪声的声压级大约150～160dB 声功率级是声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10，以分贝计。基准声功率必须指明。其数字表示式为Lw=10log(W/W0)，常用基准声功率为1pW *声功率：声源单位时间内发射出的声能量，与测量面无关，可避免声级测量的误差。 *声功率级：可表达声源辐射出能量的大小，在声学分析和噪声控制方面具有优越性。 *目前许多机电设备已多用声功率级作为评价标准。 *声功率级的测量方法很多，多采用工程法(由IS03744规定)。 在许多产品说明书中的规格表数据后面，常常会有一个A字，意思是A-weight,即A计权，计权的意思是指将某个数值按一定规则权衡轻重地修改过，由于人耳对中频特别敏感，所以如果一台放大器的中频段讯噪比足够大的话，那么即使讯噪声比在低频和高频段稍低，人耳也不易察觉。可见如果采用了计权方式测量讯噪比的话，其数值一定会比不采用计权方式为
信噪比和灵敏度的关系分析 信噪比，英文名称叫做SNR或S/N（SIGNAL-NOISE RATIO），又称为讯噪比。是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号（或信息），并且该种信号并不随原信号的变化而变化。 同样是原信号不存在还有一种东西叫失真，失真和噪声实际上有一定关系，二者的不同是失真是有规律的，而噪声则是无规律的，这个以后再讲。 信噪比的计量单位是dB，其计算方法是10lg（PS/PN），其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率，也可以换算成电压幅值的比率关系：20Lg（VS/VN），Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的有效值。在音频放大器中，我们希望的是该放大器除了放大信号外，不应该添加任何其它额外的东西。因此，信噪比应该越高越好。 狭义来讲是指放大器的输出信号的功率与同时输出的噪声功率的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的噪声越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高，否则相反。信噪比一般不应该低于70dB，高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。 灵敏度（SensiTIvity）是指某方法对单位浓度或单位量待测物质变化所致的响应量变化程度，它可以用仪器的响应量或其他指示量与对应的待测物质的浓度或量之比来描述。灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解。 信噪比和灵敏度的关系为什么会有噪声呢？ 我们都知道我们生活在一个复杂的电磁场的环境下。音源，功放等不仅受到外界电磁干扰，在其内部，也有电磁干扰。这些干扰会对信号造成非常显著的影响。 如何去除这些干扰呢？ 一种是模拟方式，最常见的就是阻容电路，也就是电路中并联一个电阻和电容（见图）。一种是数字方式，就是通过各种算法实现对噪声的去除。
声压/声压级 一、压强的基本概念： 1、压强的定义：单位面积上所受到的压力叫做压强。 2、压强的单位：压强的单位是Pa(帕)。 1Pa=1N /㎡,即1帕斯卡=1平方米面积上受到1牛顿的压力。 1Pa=103m Pa=106μPa 二、声压的基本概念： 1、声压的定义： 设体积元受声扰动后压强由P 0改变为P 1,则由声扰动产生的逾量压强(简称为逾压) P P p 01?= 就称为声压。声压的大小反映了声波的强弱。 或者：声音通过空气的振动所产生的压强叫做声压强，简称声压。 声压是一标量而不是矢量。它的相位按下列原则区分正负，当声压使总声压增加时，声压相位规定为正，反之为负。 2、声压的单位： 声压的单位为Pa(帕)，有时也用bar(巴)作单位，1bar=100KPa 。 人的耳朵所能感受到的最小声压是20μPa ，低于此声压人们就感觉不到声音。 3、可听阈声压：正常人耳对1KHz 声音刚刚能觉察其存在的声压值(20μPa)被称为1KHz 声音 的可听阈声压。一般讲，人耳不能觉察到低于这一声压值的声音的存在。 4、瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值称为瞬时声压。 5、峰值声压：在一定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰值声压或者巔值声压。如果声压随 时间变化是按简谐规律，那么峰值声压也就是声压的振幅； 6、有效声压：在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压 dt p T p T e ?=∫021 式中下角符号“e ”代表有效值，T 代表取平均的时间间隔，它可以是一个周期或比周期大得多的时间间隔。我们日常中所说的声压和一般电子仪表所测得的声压都是有效声压。 三、声压级的基本概念： 1、声压级的定义：把声压的有效值取对数来表示声音的强弱，这种表示声音强弱的数值叫声压级。 声压级以符号SPL 表示，单位为分贝（dB ）, SPL(声压级)=20lg e ref p p (dB) 式中e p 为待测声压的有效值：ref p 为参考声压，在空气中参考声压ref p 一般取2×5 10?Pa 。 由于人的耳朵所能感受到的最小声压是20μPa ，因此人们就把这个压强作为声压强的参照标准，记做ref p 。 20μPa=0dB.SPL 因此在声学或医学上把20μPa=0dB.SPL 定义为听阈（YU），即听觉的阀门。只有高于此值，阀门才能打开，听到声音。
第三章 网络的灵敏度分析 §3.1网络的灵敏度 灵敏度用来表征网络特性对元件参数变化的敏感程度。它在确定产品合格率、寿命及对工作环境的适应性方面起着关键的作用。 网络函数或网络响应都是组成网络的元件参数的函数。在具体实现一个设计方案时，所选择的元件均有其标称值和相对误差。例如100Ω%5.1±即表示标称值是100Ω，相对误差是%5.1的一个电阻。当将一个这样的电阻接入电路时，它的真正值可能是99、100、101等值，不一定刚好等于标称值。另一方面，实际电路在工作时，随着使用时间的增长、周围环境(例如温度、湿度、压力)等因素的变化，元件参数值也难免要发生不同程度的变化而偏离标称值，况且有的元件本身就是作为敏感元件使用的。这些元件参数的变化必将导致网络函数或网络响应的变化，严重时网络无法正常工作。研究元件参数变化对网络函数或网络响应的影响即属于电路灵敏度分析(sensitivity analysis)内容。电路的灵敏度分析还是电路的容差(tolerance analysis)分析、最坏情况分析(worst analysis)和最优设计(optimize design)的重要基础。在最优设计中，灵敏度作为目标函数的寻优梯度。灵敏度分析是电路分析与电路综合的桥梁。著名的电路仿真软件PSPICE 和WORKBANCH 均有灵敏度分析功能。 网络函数H 或网络响应R (统一用T 来表示) 对某元件相关参数p (p 可以是元件参数或影响元件参数的温度、湿度、压力等)变化率称为网络函数对该参数的绝对灵敏度，记作： p T S ??= (3.1a) 有时还要用到相对和半相对灵敏度。相对灵敏度的定义是： p T p T T p S ln ln 00??=??= (3.1b) 相对灵敏度是无量纲量。半相对灵敏度的定义是： p T p S ??=0 (00=T 时)， p T T S ??=01 (00=p 时) (3.1c) 式中0p 和0T 分别是元件的标称值及对应标称值的网络函数或网络响应值。 当0p 或0T 为零时，相对灵敏度要么为零要么不存在。此时要用半相对灵敏度。 从各灵敏度的定义式可见，关键是计算绝对灵敏度。因此，本章以下只涉及绝对灵敏度的计算。 图3.1 为常用的电桥测量电路。以1U 为激励，2U 为响应的网络函数为 4 33211 12R R R R R R U U H +++-== (3.2) 设1R 、4R 为热敏电阻，由式(3.2)并根据灵敏度的定义式(3.1a)求得H 对电阻1R 、