ความเข้มเสียงหรือที่รู้จักกันในชื่อความเข้มเสียงอะคูสติกถูกกำหนดให้เป็นพลังงานที่คลื่นเสียงส่งผ่านต่อหน่วยพื้นที่ในทิศทางตั้งฉากกับพื้นที่นั้น เรียกอีกอย่างว่าความหนาแน่นของพลังงานเสียงและความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานเสียง [ ^{2 ] หน่วย} SI ของความเข้ม ซึ่งรวมถึงความเข้มเสียงด้วย คือวัตต์ต่อตารางเมตร (W/m² ⁾การประยุกต์ใช้อย่างหนึ่งคือการวัดเสียงรบกวนของความเข้ม เสียง ในอากาศ ณ ตำแหน่งของผู้ฟังในฐานะปริมาณพลังงานเสียง^{[ 3 ]}

ความเข้มของเสียงไม่ใช่ปริมาณทางกายภาพ เดียว กับความดันเสียงการได้ยินของมนุษย์ไวต่อความดันเสียง ซึ่งมีความสัมพันธ์กับความเข้มของเสียง ในอุปกรณ์เครื่องเสียงสำหรับผู้บริโภค ความแตกต่างของระดับเสียงเรียกว่าความแตกต่างของ "ความเข้ม" แต่ความเข้มของเสียงเป็นปริมาณที่กำหนดไว้อย่างเฉพาะเจาะจงและไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยไมโครโฟนธรรมดา

ระดับความเข้มเสียงคือค่าลอการิทึมของความเข้มเสียงเทียบกับความเข้มเสียงอ้างอิง

ความเข้มของเสียง ซึ่งแสดงด้วยสัญลักษณ์Iนั้น ถูกกำหนดโดย $${\displaystyle \mathbf {I} =p\mathbf {v} }$$ ที่ไหน

• pคือความดันเสียง ;
• vคือความเร็วของอนุภาค

ทั้งIและvเป็นเวกเตอร์ซึ่งหมายความว่าทั้งสองมี ทั้ง ทิศทางและขนาด ทิศทางของความเข้มเสียงคือทิศทางเฉลี่ยที่พลังงานไหลผ่าน

ความเข้มเสียงเฉลี่ยในช่วงเวลาTกำหนดโดย $${\displaystyle \langle \mathbf {I} \rangle ={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}p(t)\mathbf {v} (t)\,\mathrm {d} t.}$$สำหรับ คลื่นระนาบ^{[ 4 ]}$${\displaystyle \mathrm {I} =2\pi ^{2}\nu ^{2}\delta ^{2}\rho c}$$ ที่ไหน,

• ${\displaystyle \nu }$คือความถี่ของเสียง
• ${\displaystyle \delta }$คือแอ มพลิจูดของการกระจัดของอนุภาค คลื่นเสียง
• ${\displaystyle \rho }$คือความหนาแน่นของตัวกลางที่เสียงเดินทางผ่าน และ
• ${\displaystyle c}$คือความเร็วเสียง

สำหรับ คลื่นเสียงทรง กลมความเข้มในทิศทางรัศมีเป็นฟังก์ชันของระยะทางrจากจุดศูนย์กลางของทรงกลมนั้นกำหนดโดย $${\displaystyle I(r)={\frac {P}{A(r)}}={\frac {P}{4\pi r^{2}}},}$$ ที่ไหน

• Pคือกำลังเสียง ;
• A ( r ) คือพื้นที่ผิวของทรงกลมที่มีรัศมีr

^{ดังนั้นความเข้มของเสียงจะลดลงตาม อัตราส่วน} 1/ r²เมื่อห่างจากจุดศูนย์กลางของทรงกลม: $${\displaystyle I(r)\propto {\frac {1}{r^{2}}}.}$$

ความ สัมพันธ์นี้เป็นกฎกำลังสองผกผัน

ระดับความเข้มเสียง (Sound Intensity Level หรือ SIL) หรือระดับความเข้มเสียงอะคูสติกคือระดับ ( ปริมาณลอการิทึม ) ของความเข้มเสียงเมื่อเทียบกับค่าอ้างอิง

จะใช้สัญลักษณ์L โดยแสดงในหน่วยเนเปอร์เบลหรือเดซิเบลและกำหนดโดย^{[ 5 ]}$${\displaystyle L_{I}={\frac {1}{2}}\ln \left({\frac {I}{I_{0}}}\right)\mathrm {Np} =\log _{10}\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)\mathrm {B} =10\log _{10}\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)\mathrm {dB} ,}$$ ที่ไหน

• Iคือความเข้มของเสียง;
• I คือค่าความเข้มเสียงอ้างอิง ;
  • 1 Np = 1คือเนเปอร์ ;
  • 1 B = ⁠ 1 / 2 ⁠ ln(10)คือbel ;
  • 1 dB = ⁠ 1 / 20 ⁠ ln(10)คือเดซิเบล

ความเข้มเสียงอ้างอิงมาตรฐานสากลคือ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}$${\displaystyle I_{0}=1~\mathrm {pW/m^{2}} =1~\cdot ~10^{-12}~\mathrm {W/m^{2}} .}$$

เป็นระดับความเข้มเสียงต่ำสุดโดยประมาณที่หูมนุษย์ที่ไม่ได้รับความเสียหายสามารถได้ยินได้ภายใต้สภาวะในห้อง สัญลักษณ์ที่เหมาะสมสำหรับระดับความเข้มเสียงโดยใช้การอ้างอิงนี้คือL หรือL (re 1 pW/m ² )แต่สัญลักษณ์dB SIL , dB(SIL) , dBSIL หรือ dB เป็นที่นิยมใช้กันมาก แม้ว่าจะไม่ได้รับการยอมรับในระบบ SI ก็ตาม^{[ 9 ]}

ความเข้มเสียงอ้างอิงI ถูกกำหนดขึ้นเพื่อให้คลื่นระนาบที่ เคลื่อนที่ไปข้างหน้า ในอากาศมีค่าระดับความเข้มเสียง (SIL) และระดับความดันเสียง (SPL) เท่ากัน เนื่องจาก $${\displaystyle I\propto p^{2}.}$$

ความเท่าเทียมกันของ SIL และ SPL กำหนดให้ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขดังต่อไปนี้ $${\displaystyle {\frac {I}{I_{0}}}={\frac {p^{2}}{p_{0}^{2}}},}$$ โดยที่p = 20 μPaคือความดันเสียงอ้างอิงในอากาศ

สำหรับคลื่นทรงกลม แบบก้าวหน้า$${\displaystyle {\frac {p}{c}}=z_{0},}$$ โดยที่z คือค่าความต้านทานเสียงจำเพาะดังนั้น $${\displaystyle I_{0}={\frac {p_{0}^{2}I}{p^{2}}}={\frac {p_{0}^{2}pc}{p^{2}}}={\frac {p_{0}^{2}}{z_{0}}}.}$$

ในอากาศที่อุณหภูมิแวดล้อมz = 410 Pa·s/mดังนั้นค่าอ้างอิงI = 1 pW/ ^{m 2 [ 10} ]

ในห้องเก็บเสียงสะท้อนซึ่งจำลองสภาพสนามอิสระ (ไม่มีการสะท้อน) ด้วยแหล่งกำเนิดเสียงเดียว การวัดค่าในระยะไกลในหน่วย SPL สามารถถือได้ว่าเท่ากับการวัดค่าในหน่วย SIL ข้อเท็จจริงนี้ถูกนำมาใช้ในการวัดกำลังเสียงในสภาวะเก็บเสียงสะท้อน

ความเข้มเสียงถูกกำหนดให้เป็นผลคูณเฉลี่ยตามเวลาของความดันเสียงและความเร็วอนุภาคเสียง^{[ 11 ]}ปริมาณทั้งสองสามารถวัดได้โดยตรงโดยใช้โพรบวัดความเข้มเสียงpuซึ่งประกอบด้วยไมโครโฟนและเซ็นเซอร์วัดความเร็วอนุภาคหรือประมาณค่าทางอ้อมโดยใช้ โพรบ ppที่ประมาณความเร็วอนุภาคโดยการรวมเกรเดียนต์ความดันระหว่างไมโครโฟนสองตัวที่อยู่ใกล้กัน^{[ 12 ]}

วิธีการวัดตามแรงดันถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสภาวะไร้เสียงสะท้อนเพื่อวัตถุประสงค์ในการหาปริมาณเสียงรบกวน ข้อผิดพลาดไบแอสที่เกิดจาก โพรบ ppสามารถประมาณได้โดย^{[ 13 ]}$${\displaystyle {\widehat {I}}_{n}^{pp}\simeq I_{n}-{\frac {\varphi _{\text{pe}}\,p_{\text{rms}}^{2}}{k\Delta r\rho c}}=I_{n}\left(1-{\frac {\varphi _{\text{pe}}}{k\Delta r}}{\frac {p_{\text{rms}}^{2}/\rho c}{I_{r}}}\right),}$$ ที่ไหน${\displaystyle I_{n}}$คือค่าความเข้มแสง "ที่แท้จริง" (ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากข้อผิดพลาดในการปรับเทียบ)${\displaystyle {\hat {I}}_{n}^{pp}}$คือค่าประมาณที่มีอคติซึ่งได้มาจากการใช้โพรบpp${\displaystyle p_{\text{rms}}}$คือค่ารากกำลังสองเฉลี่ยของความดันเสียง${\displaystyle k}$คือเลขคลื่น${\displaystyle \rho }$คือความหนาแน่นของอากาศ${\displaystyle c}$คือความเร็วเสียงและ${\displaystyle \Delta r}$คือระยะห่างระหว่างไมโครโฟนทั้งสองตัว (โดยสมมติว่าวัดในอากาศ) สมการนี้แสดงให้เห็นว่าข้อผิดพลาดในการปรับเทียบเฟสแปรผกผันกับความถี่และระยะห่างของไมโครโฟน และแปรผันตรงกับอัตราส่วนของความดันเสียงกำลังสองเฉลี่ยต่อความเข้มเสียง หากอัตราส่วนความดันต่อความเข้มเสียงมีค่ามาก แม้แต่การคลาดเคลื่อนของเฟสเพียงเล็กน้อยก็จะนำไปสู่ข้อผิดพลาดไบแอสที่สำคัญ ในทางปฏิบัติ การวัดความเข้มเสียงไม่สามารถทำได้อย่างแม่นยำเมื่อดัชนีความดัน-ความเข้มเสียงสูง ซึ่งจำกัดการใช้ โพรบวัดความเข้มเสียง แบบ ppในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวนพื้นหลังหรือการสะท้อนสูง

ในทางกลับกัน ข้อผิดพลาดไบแอสที่เกิดจาก โพรบ puสามารถประมาณได้โดย^{[ 13 ]}$${\displaystyle {\hat {I}}_{n}^{pu}={\frac {1}{2}}\operatorname {Re} \left\{{P{\hat {V}}_{n}^{*}}\right\}={\frac {1}{2}}\operatorname {Re} \left\{{PV_{n}^{*}e^{-j\varphi _{\text{ue}}}}\right\}\simeq I_{n}+\varphi _{\text{ue}}J_{n}\,,}$$ ที่ไหน${\displaystyle {\hat {I}__{n}^{pu}}$คือค่าประมาณที่มีอคติซึ่งได้มาจากการใช้โพรบpu${\displaystyle P}$และ${\displaystyle V_{n}}$คือการแปลงฟูริเยร์ของความดันเสียงและความเร็วของอนุภาค${\displaystyle J_{n}}$คือความเข้มของปฏิกิริยาและ ${\displaystyle \varphi _{\text{ue}}}$ความไม่ตรงกัน ของ เฟส puเกิดจากข้อผิดพลาดในการสอบเทียบ ดังนั้น การสอบเทียบเฟสจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อทำการวัดภายใต้สภาวะสนามใกล้ แต่ไม่สำคัญมากนักหากทำการวัดในสนามไกล^{[ 13 ]} “ปฏิกิริยา” (อัตราส่วนของความเข้มปฏิกิริยาต่อความเข้มที่ใช้งาน) บ่งชี้ว่าแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดนี้เป็นเรื่องที่น่ากังวลหรือไม่ เมื่อเปรียบเทียบกับโพรบแบบใช้แรงดัน โพรบความเข้ม puจะไม่ได้รับผลกระทบจากดัชนีแรงดันต่อความเข้ม ทำให้สามารถประมาณพลังงานเสียงที่แพร่กระจายในสภาพแวดล้อมการทดสอบที่ไม่เอื้ออำนวยได้ ตราบใดที่ระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงเพียงพอ

• ความสัมพันธ์ของปริมาณอะคูสติกที่เกี่ยวข้องกับคลื่นเสียงอะคูสติกแบบก้าวหน้าในระนาบ
• ตารางแสดงระดับเสียง ความเข้มเสียง และความดันเสียงที่สอดคล้องกัน
• การวัดและการวิเคราะห์ความเข้มเสียงคืออะไร?