音量的大小用什么来进行衡量?

王朝干货·作者佚名  2011-12-22
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分贝

音量的单位:分贝

声音其实是经媒介传递的快速压力变化。当声音於空气中传递,大气压力会循环变化。每一秒内压力变化的次数叫作频率,量度单位是赫兹(Hz),其定义为每秒的周期数目。

频率越高,声音的音调越高。如下图显示,击鼓产生的频率远较吹哨子产生的频率低。请按一下[示范]按钮,听听它们发出的声音,及细察其音调的不同。

响亮度和分贝标度

响亮度是声音或噪音的另一个特性。犟的噪音通常有较大的压力变化,弱的噪音压力变化则较小。压力和压力变化的量度单位为巴斯卡,缩写为Pa。其定义为牛顿/平方米 ( N/m2)。

人类的耳朵能感应声压的范围很大。正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作「听觉阈」,为20个微巴斯卡 (缩写为μPa) 的压力变化,即20x10-6 Pa ("百万分之二十巴斯卡")。另一方面,非常噪吵的情况能产生很大的压力变化,例如一架太空穿梭机在发出最大马力时能在近距离产生大约 2,000 Pa或2 x 109μPa的噪音。下表显示由上述情况产生不同的声压级,以巴斯卡及微巴斯卡表示。如用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音,我们须处理小至20,大至2,000,000,000的数字。

明显地,如用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音会颇为不便。较简单的做法是用一个对数标度(logarithmic scale)来表达声音或噪音的响亮度,以10作为基数。

为避免以巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音(以防处理难以操纵的数字),故使用分贝(dB)这个标度。该标度以「听觉阈」,20 μPa 或20 x 10-6 Pa作为参考声压值,并定义这声压水平为0分贝(dB)。

声压级,缩写通常为SPL或者Lp,其单位为分贝(dB),可经由以下算式求得。

用对数标度来表达声音和噪音还有另一优点:人类的听觉反应是基於声音的相对变化而非绝对的变化。对数标度正好能模仿人类耳朵对声音的反应。

於分贝标度上计算声音或噪音的和

现实生活中我们经常会同时遇到几个声音。你知道一个声音与另一个声音结合时,会产生甚么结果吗?

我们都知道60个苹果加60 个苹果,等於120个苹果。但是,这并不适用於以分贝来表示的声音。事实上,60分贝加60分贝只等於63分贝。下面的公式解释声音相加的原理,请按一下[示范]按钮阅读详细内容:

"A"加权声

正常的人耳能听到20赫玆到20,000赫玆频率的声音。20赫玆到20,000赫兹的范围叫作「听觉频率范围」。我们听到包含各种频率的声音。整个「听觉频率范围」可分成8个或24个「频率带」,分别称为倍频程或1/3倍频程。声音或噪音在不同的频率带可有不同的犟度或声压级,如下图所示。请按一下[示范]按钮,看看声音如何分为8个倍频程或24个1/3倍频程。

声音通常以一个声压级值来描述。方法就是将所有倍频程或1/3倍频程所佔的部份加在一起,得出一个声压级。

人类耳朵对声音的敏感度取决於声音的频率。对於2,500赫兹到3,000赫兹的声音,人类耳朵的反应最灵敏,而对低频率的声音,敏感度则较低。故此,将所有倍频程或1/3倍频程所佔的部份加在一起,所得到的数值并不能有效反映人类耳朵对声音频率的非缐性反应。

以"A"加权声级度为例,在将低频率及高频率的声压级值加在一起之前,声压级值会根据公式减低。声压级值加在一起後所得数值的单位为分贝(A)。分贝(A)较常用是因为这个标度更能准确地反映人类耳朵对频率的反应。量度声压级的仪器通常都附有加权网络,以提供分贝(A)的读数。

在不同的生活环境里,噪声的强弱是不同的。例如,在医院里,噪声弱些;在市场上,噪声强些;在织布车间里。噪声更强。为了表示声音的强弱程度,人们引入了“声强”的概念,并用1秒内垂直穿过单位面积的声能多少来量度它的大小,声强用字母“I”表示,它的单位是“瓦/米2”。根据规定可知,如果1秒内垂直穿过单位面积的声能加倍,那么声强的值也变为原来的2倍。所以说声强是不随人们感觉而转移的客观物理量。

虽然声强是个客观物理量,但是声强的大小和人们主观感到的声音强弱,却有非常大的差异。为了符合人们对声音强弱的主观感觉,物理学里又引入了“声强级”的概念,分贝就是声强级的一个单位,它是贝尔的十分之一。

声强级又是怎样规定的呢?它和声强有什么关系呢?

测量证明,人耳对不同频率的声波,敏感程度是不同的。对于3000赫兹的声波最敏感。只要这个频率的声强达到I0=10-12瓦/米2,就能引起人耳的听觉。声强级就是以人耳能听到的这个最小声强I0为基准规定的,并把I0=10-12瓦/米2的声强规定为零级声强,也就是说这时的声强级为零贝尔(也是零分贝)。当声强由I0加倍为2I0时,人耳感到的声音强弱并没有加倍。只有当声强达到10I0时,人耳感到的声音强弱才增大一倍,这个声强对应的声强级为1贝尔=10分贝;当声强变为100I0时,人耳感到的声音强弱增大2倍,对应的声强级为2贝尔=20分贝;当声强变为1000I0时,人耳感到的声音强弱增大3倍,对应的声强级为3贝尔=30分贝,依此类推。人耳能承受的最大声强为1瓦/米2=1012I0,它对应的声强级为12贝尔=120分贝。在人们生活环境里,声强级的分贝数是多少,可以参看教科书上的声强级表。

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