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《振動噪音科普專欄》如何界定振動的大小、或聲音的大小?


如何界定振動的大小、或聲音的大小?

上週末和朋友談到噪音的大小,也連帶講到怎樣是振動大?赫然發現許多人對於振動或聲音的大小,還真的滿混淆的!本文,就來說明振動的大小、以及聲音的大小,如何界定?如何判斷?

首先,我們來談一下天氣的冷熱,有人會說今天好熱、或好冷喔!天氣的冷熱其實會因人而異,因為每個的感受是不同的,對於冷或熱都是主觀的說法。

因此,我們需要比較客觀的說法,以天氣的冷熱而言,比較客觀的指標應該就是溫度了,例如:今天氣溫30度、或是10度,這樣人們就有一個比較明確的冷熱感覺。

所以,一般我們口語化說的冷或熱,常用的物理量(physical property)就是溫度,也就是客觀的指標。溫度的單位是攝氏25度,或是華氏75度,書寫方式為25、或是75℉。

又,當我們說誰比較高、比較矮,或是誰比較胖、比較瘦?也是有客觀的指標,對應的物理量,分別是長度及質量。所以,如果以身高175公分,體重70公斤來說明,這樣有客觀的數值指標,我們就很容易比較誰高、誰胖了。

這裡提到的客觀指標,指的是物理量要有三個概念:一個是物理量的指標、二是物理量指標的數值、三是物理量的單位。舉例說明如下:
1.         代表冷熱:以溫度之物理量為指標,單位是攝氏、或是華氏。同樣的溫度,以不同單位顯示,其物理量的指標之數值就不同。例如:溫度為攝氏25度,就相當於華氏75度。
2.         代表身高:以長度之物理量,在量測身高時,常用的單位是公分(cm)。在計算BMI指標時,身高就要採用公尺(m)的單位。
3.         代表體重:以質量之物理量,單位是公斤。

那麼代表振動的大小是甚麼呢?又代表聲音的大小是甚麼呢?

代表結構的振動,會以位移之物理量,單位是公尺(m)。因為位移的微分是速度,速度的微分是加速度,位移、速度、加速度都是可以代表振動大小的物理量,其常用單位分別為:公尺(m)、每秒公尺(m/s)、每秒每秒公尺(m/s2)

那麼聲音又是採用甚麼物理量呢?聲音大小我們常說分貝又是甚麼呢?

當我們講話時,發出的聲音會使得空氣中的大氣壓力波動,而形成聲波在空氣中的傳播。代表聲音的大小,會以大氣壓力之物理量,也就是聲音壓力為物理量,單位是帕斯卡(Pascal),英文縮寫Pa=N/m2。一般認定:1000Hz的純音(pure tone),聲音壓力為20X10-6Pa時,人耳可聽到的最小聲音壓力。聲音的分貝(decibel)值,縮寫dB,就是取此20X10-6Pa為參考聲音壓力,所計算的分貝值。有關分貝的定義及相關說明,再另文討論。

綜合來說:
1.         代表振動的大小:以位移、速度、加速度物理量為指標,其單位分別為,公尺(m)、每秒公尺(m/s)、每秒每秒公尺(m/s2)。振動大小的界定,當結構體位移的量值大,振動就大。
2.         代表聲音的大小:以大氣中聲音壓力波動的大小來界定,是以聲音壓力的物理量為指標,其單位為Pa。當聲音壓力的量值大,聲音就大。

本文介紹物理量的三個概念,一是物理量是一個指標、二是物理量指標的數值、三是物理量的單位。例如:身高(長度)175公分、體重(質量)70公斤、氣溫(溫度)攝氏25℃等,就分別有物理量、數值、單位等三個項目的說明。

簡要來說,針對結構體振動的大小,是由結構體的位移/速度/加速度量值的大小來判斷。而聲音的大小,則是由大氣中的聲音壓力量值的大小來判斷

希望本文對如何界定振動的大小、或聲音的大小之說明對您有幫助。

以上個人看法,請多指教!

備註:BMI (Body Mass Index):身體質量指數、或稱身高體重指數=體重(公斤) / 身高2(公尺2)

王栢村
2017.07.03


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