声音的特性和分贝标度

6297200

声音的特性和分贝标度[size=13.008px]

我们必须理解声音或噪音有两种特性：频率和响亮度。



[size=13.008px]

声音的频率

[size=13.008px]声音其实是经媒介传递的快速压力变化。当声音于空气中传递，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。

[size=13.008px]

响亮度和分贝标度

响亮度是声音或噪音的另一个特性。强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/m 2 )。

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 10 9 μPa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：

	声压
	Pa / 巴斯卡	μPa / 微巴斯卡
人耳能够听到最微弱的声音	20 x 10 - 6	20
太空穿梭机在发出最大马力时能产生的最大噪音	2,000	2 x 10 9

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。

下表展示一些用微巴斯卡(μPa)表达的常见声源或噪音源：

声源或噪音源	大约的声压 (单位为μPa)
在发出最大马力时的太空穿梭机	2,000,000,000
交响乐团	2,000,000
在25米范围柴油货运火车高速前进	200,000
正常的谈话	20,000
图书馆2米范围的低语	2,000
播音室	200
人类耳朵能够听到最微弱的声音	20

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。

以下简介以基数为10的对数：

请按一下〔示范〕按钮，认识线性标度和对数标度的关系。
[size=13.008px]

[size=13.008px]
[size=13.008px]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 [size=0.75em]-6[size=13.008px] 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L p，其单位为分贝(dB)，可经由以下算式求得。

请按一下[示范]按钮，认识这公式。

下图，是一些由分贝(dB)的对数标度及以微巴斯卡(μPa)的线性标度来显示的声音，我们可从中学到如何较简单地以对数标度去处理范围较广的数字。

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于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。

于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，会产生什么结果吗？

我们都知道60个苹果加60 个苹果，等于120个苹果。但是，这并不适用于以分贝来表示的声音。事实上，60分贝加60分贝只等于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：

让我们用上述公式来将三个声音- 60分贝(dB)﹑65分贝(dB)和70分贝(dB)加在一起。请按一下[示范]按钮，学习如何以公式将三个声音加起来。

使用以下图表亦可以轻易求得三个声音的和。

让我们试试使用这个图表来将60分贝(dB)﹑65分贝(dB)和70分贝(dB)的声音加在一起。

使用这个图表时，我们首先将两个声音加在一起。然后将这两个声音的和及第三个声音加在一起。请按一下[示范]按钮理解如何将三个声音加在一起，求得其声压级的和。

请按一下[示范]按钮，学习如何以图表将三个声音加起来。

"A"加权声

正常的人耳能听到20赫兹到20,000赫兹频率的声音。20赫兹到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强度或声压级，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倍频程所占的部份加在一起，得出一个声压级。

人类耳朵对声音的敏感度取决于声音的频率。对于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倍频程所占的部份加在一起，所得到的数值并不能有效反映人类耳朵对声音频率的非线性反应。

以上的讨论引出了加权声级的概念。下图表示"A"加权声级标度：

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。声压级值加在一起后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。