物理学上:分贝声音有多大

与很多人理解的不同,”分贝”和”米”、”秒”、”摄氏度”等物理量并不相同,它并不是一个直接描述声音强度的物理量。

        我们知道,声音是一种振动波。声音通过空气传播、被我们听到,本质上就是空气分子的振动传到了耳朵里,引发鼓膜的振动。所以,声音的大小,其实反映的是这种振动的强度。由于空气振动会引起大气压强的变化,所以确切地说,我们应该用压强变化的程度来描述一个声音的大小,这就是”声压”的概念,它的单位是Pa(帕斯卡)。比如:1米外步枪射击的声音大约是7000Pa;10米外开过的汽车大约是0.2Pa。

用声压来描述声音强度虽然准确,但却有很明显的问题:声压的变化范围非常大,不同声音的声压可能相差成百上千倍。比如上面两个例子:虽然步枪的声音确实比汽车声要大,但要说大出几万倍,这无论如何也与我们的日常感觉有出入。

因此,物理学上使用了”分贝”的概念。对于声音,”分贝”是这样定义的:我们将某一个声压值定义为”标准值”(0分贝),这是一个固定的值;任何一个声音,都和这个标准值相除,取结果的对数(以10为底),再乘以20,这样算出来的就是这个声音的分贝。写成公式就是:

decibel_003

其中:GdB 为分贝;V0 为声压标准值;V1 为声压测量值。

对于上面的两个例子,步枪射击的声音换算过来就是171分贝,汽车开过的声音是80分贝,这样不仅方便计算,而且比较符合一般人的听觉感受。

这里涉及到了一个作为”标准值”的声音。当我们计算在气体介质中传播的声音时,采用的标准值是2×10^-5 Pa(20μPa),这是人耳在1000Hz这个频率下能听到的最小的声音,大致相当于3米外的一只蚊子在飞。这就是物理上对”0分贝”的定义。事实上,很多人听不到这样弱的声音。根据世界卫生组织的定义,如果一个人能听到的最小声音在25分贝以下,就属于正常听力。

 

-80分贝:核潜艇的麦克风在水下听到的100米外一只虾咀嚼食物的声音

-30分贝:20英里外一个人的说话声

0分贝:10英尺(约3米)外一只蚊子在飞

10分贝:非常安静的房间

13分贝:灯泡的嗡嗡声

15分贝:1米外一根别针从1厘米的高度掉落下来的声音

20分贝:乡村的夜晚

30分贝:沙漠的夜晚

40-60分贝:正常谈话的声音

50-53分贝:洗衣机的工作声

60-80分贝:10米外经过的汽车

70分贝:10英尺(约3米)外的真空吸尘器;美国环保署认定的人类能忍受(不产生听力损失、睡眠障碍、焦虑、学习障碍等)的最大噪音

85分贝:长期作用下会引起听力损伤

90分贝:10英尺(约3米)外经过的公共汽车或卡车;食物搅拌机

100分贝:一般家用音响设备的最大音量

104-107分贝:开始引起疼痛的声音(在2750Hz的频率下)

110-140分贝:100米外的喷气式飞机引擎

116分贝:人体开始感觉到振动的声音(在低频率下)

120-130分贝:摇滚演唱会的最前排

127分贝:开始引起耳鸣的声音

128分贝:在8.2英尺(约2.5米)外测量到的人类最大的尖叫声

140分贝:即使声音时间很短,也会引起听力损伤

141分贝:开始引起恶心感觉的声音

168分贝:M1加兰德步枪在1米外开火

175.8分贝:250英尺(约75米)外1吨TNT炸药爆炸

192.8-194.7分贝:地球大气压理论上能传播的最大强度声音

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