環境噪音

聲音的特性和分貝標度

 
我們必須理解聲音或噪音有兩種特性:頻率和響亮度。


聲音的頻率
聲音其實是經媒介傳遞的快速壓力變化。當聲音於空氣中傳遞,大氣壓力會循環變化。每一秒內壓力變化的次數叫作頻率,量度單位是赫茲(Hz),其定義為每秒的周期數目。

頻率越高,聲音的音調越高。如下圖顯示,擊鼓產生的頻率遠較吹哨子產生的頻率低。請按一下[示範]按鈕,聽聽它們發出的聲音,及細察其音調的不同。



響亮度和分貝標度
響亮度是聲音或噪音的另一個特性。強的噪音通常有較大的壓力變化,弱的噪音壓力變化則較小。壓力和壓力變化的量度單位為巴斯卡,縮寫為Pa。其定義為牛頓/平方米 ( N/m2)。

人類的耳朵能感應聲壓的範圍很大。正常的人耳能夠聽到最微弱的聲音叫作「聽覺閾」,為20個微巴斯卡 (縮寫為μPa) 的壓力變化,即20x10-6 Pa ("百萬分之二十巴斯卡")。另一方面,非常噪吵的情況能產生很大的壓力變化,例如一架太空穿梭機在發出最大馬力時能在近距離產生大約 2,000 Pa或2 x 109μPa的噪音。下表顯示由上述情況產生不同的聲壓級,以巴斯卡及微巴斯卡表示:

 
聲壓
Pa /
巴斯卡
µPa /
微巴斯卡
人耳能夠聽到最微弱的聲音
20 x 10- 6
20
太空穿梭機在發出最大馬力時能產生的最大噪音
2,000
2 x 109

如用巴斯卡(Pa)來表達聲音或噪音,我們須處理小至20,大至2,000,000,000的數字。

下表展示一些用微巴斯卡(μPa)表達的常見聲源或噪音源:

聲源或噪音源
大約的聲壓
(單位為 µPa)
在發出最大馬力時的太空穿梭機

2,000,000,000

交響樂團

2,000,000

在25米範圍柴油貨運火車高速前進

200,000

正常的談話

20,000

圖書館2米範圍的低語

2,000

播音室

200

人類耳朵能夠聽到最微弱的聲音

20


明顯地,如用巴斯卡(Pa)來表達聲音或噪音會頗為不便。較簡單的做法是用一個對數標度(logarithmic scale)來表達聲音或噪音的響亮度,以10作為基數。

以下簡介以基數為10的對數:

請按一下〔示範〕按鈕,認識線性標度和對數標度的關係。

為避免以巴斯卡(Pa)來表達聲音或噪音(以防處理難以操縱的數字),故使用分貝(dB)這個標度。該標度以「聽覺閾」,20 μPa 或20 x 10-6 Pa作為參考聲壓值,並定義這聲壓水平為0分貝(dB)。

聲壓級,縮寫通常為SPL或者Lp,其單位為分貝(dB),可經由以下算式求得。

請按一下[示範]按鈕,認識這公式。

下圖,是一些由分貝(dB)的對數標度及以微巴斯卡(μPa)的線性標度來顯示的聲音,我們可從中學到如何較簡單地以對數標度去處理範圍較廣的數字。

聲壓級(分貝)和聲壓(微巴斯卡)的比對表

用對數標度來表達聲音和噪音還有另一優點:人類的聽覺反應是基於聲音的相對變化而非絕對的變化。對數標度正好能模仿人類耳朵對聲音的反應。


於分貝標度上計算聲音或噪音的和
現實生活中我們經常會同時遇到幾個聲音。你知道一個聲音與另一個聲音結合時,會產生甚麼結果嗎?

我們都知道60個蘋果加60 個蘋果,等於120個蘋果。但是,這並不適用於以分貝來表示的聲音。事實上,60分貝加60分貝只等於63分貝。下面的公式解釋聲音相加的原理,請按一下[示範]按鈕閱讀詳細內容:

讓我們用上述公式來將三個聲音- 60分貝(dB)﹑65分貝(dB)和70分貝(dB)加在一起。請按一下[示範]按鈕,學習如何以公式將三個聲音加起來。

使用以下圖表亦可以輕易求得三個聲音的和。

用作相加聲音或噪音的圖表

讓我們試試使用這個圖表來將60分貝(dB)﹑65分貝(dB)和70分貝(dB)的聲音加在一起。

使用這個圖表時,我們首先將兩個聲音加在一起。 然後將這兩個聲音的和及第三個聲音加在一起。請按一下[示範]按鈕理解如何將三個聲音加在一起,求得其聲壓級的和。

請按一下[示範]按鈕,學習如何以圖表將三個聲音加起來。


 

"A"加權聲
正常的人耳能聽到20赫玆到20,000赫玆頻率的聲音。20赫玆到20,000赫茲的範圍叫作「聽覺頻率範圍」。我們聽到包含各種頻率的聲音。整個「聽覺頻率範圍」可分成8個或24個「頻率帶」,分別稱為倍頻程或1/3倍頻程。聲音或噪音在不同的頻率帶可有不同的強度或聲壓級,如下圖所示。請按一下[示範]按鈕,看看聲音如何分為8個倍頻程或24個1/3倍頻程。

聲音通常以一個聲壓級值來描述。方法就是將所有倍頻程或1/3倍頻程所佔的部份加在一起,得出一個聲壓級。

人類耳朵對聲音的敏感度取決於聲音的頻率。對於2,500赫茲到3,000赫茲的聲音,人類耳朵的反應最靈敏,而對低頻率的聲音,敏感度則較低。故此,將所有倍頻程或1/3倍頻程所佔的部份加在一起,所得到的數值並不能有效反映人類耳朵對聲音頻率的非線性反應。

以上的討論引出了加權聲級的概念。下圖表示"A"加權聲級標度:

"A"加權聲級標度的圖表

以"A"加權聲級度為例,在將低頻率及高頻率的聲壓級值加在一起之前,聲壓級值會根據公式減低。聲壓級值加在一起後所得數值的單位為分貝(A)。分貝(A)較常用是因為這個標度更能準確地反映人類耳朵對頻率的反應。量度聲壓級的儀器通常都附有加權網絡,以提供分貝(A)的讀數。


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