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《振動噪音科普專欄》為什麼噪音值是「分貝」?

我們常會聽到說噪音值是80分貝、或是90分貝,到底「分貝」是甚麼?一般都會推測應該是單位吧?那麼「分貝」的意義是甚麼?為什麼要稱為「分貝」?如何取得噪音的「分貝」值呢?本單元就來解釋「噪音」的「分貝」值!

當我們說「噪音」(noise),其實已經認定所聽到的聲音(sound)是噪音了!首先,要釐清「聲音」與「噪音」有甚麼區別?

在現實生活中,充滿了各種「聲音」,當夜深人靜時,一丁點大的聲音都會擾人清夢,例如鄰家的冷氣機運轉聲、傳來的音響聲、桌椅搬動的聲音、講話的聲音等,這種會干擾到他人的「聲音」,就是「噪音」!

大白天的道路上,車水馬龍人來人往,本來聲音就不小,但是如果有突如其來的一聲喇叭聲音、飆車通過的聲音、爆竹聲音等,這種會讓人有不舒服感受的「聲音」,就是「噪音」!

因此,通常說「噪音」是:不必要的聲音、不想要的聲音,令人不愉快的聲音、不能接受的聲音,所以:Noise is unwanted sound, undesirable sound, unpleasant sound and disagreeable sound。只要有干擾到人們生活作息的「聲音」,都可以稱為「噪音」。

這樣來說「噪音」當然是很籠統,勢必要有一個明確的計量方式及單位,才能明確的知道「聲音」的大小,是否構成「噪音」的條件?如何判斷是否為「噪音」需要另外的單元來討論了。

前文,【代表聲音的物理量是甚麼?】指出:代表「聲音」的「物理量」是「聲音壓力」 (sound pressure):單位,Pa =N/m^2。「聲音壓力」越大,「聲音」就越大聲。

另外,【聲音壓力的大小如何表示?】指出:聲音的傳播是因為大氣壓力的波動,也就是有「聲音壓力」的波動,「聲音壓力」波動的大小量值,就是我們所聽到「聲音」的大小聲。

由於人們對聽到的「聲音」大小聲,若是以「聲音壓力」的Pa單位來看,不夠直覺,經研究發現,如果以分貝來計量,比較容易理解「聲音」大小聲的量值。所以,就以大氣波動的「聲音壓力」(Pa),轉換成「聲音壓力位準」的分貝(decibel)數值來代表聲音的大小聲。

「聲音壓力」(Pa)轉換成「聲音壓力位準」的分貝(dB)的方式如下:

SPL = 20*Log10 ( P / Pref)

其中,

l   SPLsound pressure level,「聲音壓力位準」,單位:dB,分貝(decibel)
l   P是所度量的「聲音壓力」,單位:Pascal,簡寫Pa ,帕斯卡,簡稱帕。
l   Pref 是「聲音壓力參考值」,20μPaμ10的負6次方,micro的代號。一般認知:如果是1000Hz的純音時,20μPa的聲音壓力值是人耳剛好可以聽到聲音的量值,所以就採用Pref=20μPa

有興趣的讀者,可以試著計算:當「聲音壓力」 P=20μPa時,P / Pref = 1Log10 (1)=0,所以,「聲音壓力位準」SPL= 0 dB。所以,0 dB,就是零分貝,代表的意義是1000 Hz的純音,人耳剛好可以聽到的聲音大小之「聲音壓力」量值。

所以,0 dB零分貝時,不是沒有聲音,而是人耳剛好可以聽到聲音大小。一般而言,兩個聲音有10 dB的差異時,大約是兩倍響度的差別;3dB時,人耳是無法辨別兩種聲音音量的差異;兩個聲音相差5dB時,人耳才容易辨別。這就是以分貝dB來計量聲音大小聲的優點吧!

又,由於將「聲音壓力」(P),轉換為「聲音壓力位準」(SPL),係由Pa的單位,轉換為dB的單位,需要設定一個聲音壓力參考值Pref。所以,分貝值更精確、完整的單位表示,應該寫成:dB re 20μPa,英文唸法:decibel with respect to 20 micro Pascal。中文說法:以20μPa為參考值的分貝值。

綜合本單元的說明:

1.      代表聲音的物理量是「聲音壓力」(sound pressure):單位,Pa =N/m^2。「聲音壓力」越大,聲音就越大聲。
2.      聲音的傳播是因為大氣壓力的波動,也就是有「聲音壓力」的波動,「聲音壓力」波動的大小量值,就是我們所聽到聲音的大小聲。
3.      度量的「聲音壓力」(sound pressure),變數符號:P,單位:Pascal,簡寫Pa ,帕斯卡,簡稱帕。
4.       Pref 是「聲音壓力參考值」的變數符號,Pref=20μPa。代表的意義是1000 Hz的純音,人耳剛好可以聽到的聲音大小之「聲音壓力」量值為20μPa
5.       將「聲音壓力」(P),轉換為「聲音壓力位準」(SPL),係由Pa的單位,轉換為dB的單位。轉換方式:SPL = 20*Log10 ( P / Pref)
6.     「聲音壓力位準」(SPL)的分貝值更精確、完整的單位表示,應該寫成:dB re 20μPa,英文唸法:decibel with respect to 20 micro Pascal。中文說法:以20μPa為「聲音壓力參考值」的分貝值。

本單元簡單區別「聲音」與「噪音」的差異;說明噪音的分貝值,實際上是將「聲音壓力」(sound pressure)的單位Pa,轉換為「聲音壓力位準」(SPL)的單位為分貝,希望對讀者有所幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村

2018.01.03