1．声波 超声波 次声波

在弹性介质中，如果波源所激起的纵波的频率，在20到20000之间，就能引起人的听觉。在这频率范围内的振动称为声振动，由声振动所激起的纵波称为声波。频率高于20000的机械波叫做超声波，频率低于20的机械波叫做次声波。

声波是机械波，机械波的一般规律在前面已讨论过。本节只讨论声学的某些特殊问题。

超声频率可以高达，而次声频率可以低达，在这样大的频率范围内，按频率的大小研究声波的各种性质是具有重大意义的。

为了描述声波在介质中各点的强弱，常用声压和声强两个物理量。

2．声压

介质中有声波传播时的压强与无声波时的静压强之间有一差额，这一差额称为声压，设介质中没有声波时的压强为，有声波时各处的实际压强为。就是声压，常用来表示，它是由于声波而引起的附加压强。必须注意，在声波传播过程中, 是不变的，由于介质中各类的振动作周期性变化，因而声压也在作周期性变化。可推得声压的变化规律为

式中

（11-26）

如果把式（11-25）改成余弦形式

由此可知，声压波比位移波在相位上落后。因此，在位移最大处，声压为零；在位移为零处，声压最大。

3．声强 声强级

声强就是声波的平均能流密度，即单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的声波能量。根据式（11-21)，声强为

（11-27）

从式（11-26)和式（11-27）可知，频率越高越容易获得较大的声压和声强。

图11-10

引起听觉的声波，不仅有频率范围，而且有声强范围。对于每个给定的可闻频率，声强都有上下两个限值，低于下限的声强不能引起听觉，能引起听觉的最低声强称为听觉阈（图11-10）。高于上限的声强也不能引起听觉，而太高只能引起痛觉。这一声强的上限值称为痛觉阈。声强的上下限值随频率而异。频率在20以下和20000以上时，就无所谓上下限值，因为在这频率范围内的任何大小的声强都不再引起听觉。在1000时，一般正常人听觉的最高声强为，最低声强为。通常把这一最低声强作为测定声强的标准，用表示。由于声强的数量级相差悬殊（达倍），所以常用对数标度作为声强级（以表示）的量度，声强级为

（11-28）

单位为贝尔()。实际上，嫌贝尔这一单位太大，常采用分贝()。此时声强级的公式为

（11-28a）

例如炮声的声强级约为110，而聚焦超声波的声强级可达210。表11-1给出了常遇到的一些声音的声强级。

此外，如果把加速度振幅代入式（11-27），得

（11-29）

在极大的高频声强时，压力振幅可达千百个大气压，获得的加速度振幅可达重力加速度的数百万倍。我们知道在相距半波长的两点处，振动的相位相反，即一点的加速度达到极大值时，另一点就达到负的加速度极大值。对高频超声波，如半波长约为，在这样小的距离内，就要出现这样大的方向相反的加速度，以及成千个大气压的压力变化，可以想象，高频超声波的作用是异常巨大的。

根据以上分析，就可对各种频率的声波的特点及其应用范围得到概括的理解。频率极低的次声波，由于波长很长，只有碰到非常大的障碍物或介质分界面时，才会发生明显的反射和折射，而且在介质中很少被吸收，可以传送很远，因此在气象、海洋、地震、地质等方面发展了不少有价值的应用。