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分贝(dB)的计算方法|加法·减法·平均·距离衰减的公式和速查表,从 60 dB + 60 dB 为什么是 63 dB 到背景噪声修正和环境标准

“两台 60 dB 的空调外机一起开,是 120 dB 吗?”“测了几次的噪声值,加起来除一下就是平均吗?”“离隔壁 10 米,声音会降到多少 dB?”分贝(dB)是用对数表示的值,像普通数字那样直接相加或求平均,结果会差得很远。本文用实际算出的数字,整理了 dB 的含义和基准声压(20 µPa)、dB 差在声能·声压·听感上分别是几倍、加法(叠加)和 n 个相同声源的公式、按差值查的加法速查表、能量平均与算术平均的区别、减去背景噪声的减法和 JIS Z 8731 的修正值、点声源·线声源的距离衰减和降到目标 dB 的距离、空调外机·道路·施工的计算示例、噪声参考值和日本的环境标准,以及用声级计或手机测量时的注意事项。

结论:dB 要先换回“声能”再计算,最后再换回 dB

分贝(dB)是把声音的强弱用“是基准的几倍”的对数来表示的值。因为是对数,dB 之间不能直接相加或求平均。计算时,先把每个值换回 10^(L/10)(与声能成正比的量)再加减,最后用 10 × log10 换回 dB。噪声的计算几乎都是“换回去、计算、再变成 dB”的重复。

想做的计算公式计算示例
加法(叠加)10 × log10(10^(L1/10) + 10^(L2/10) + …)60 dB + 60 dB = 63.0 dB
n 个相同声源L + 10 × log10(n)10 个 60 dB 为 70.0 dB
平均(能量平均)10 × log10((10^(L1/10) + … + 10^(Ln/10)) ÷ n)60·70·80 dB 为 75.7 dB
减法(背景噪声修正)10 × log10(10^(合计/10) − 10^(背景噪声/10))65 dB − 60 dB = 63.3 dB
点声源的距离衰减L1 − 20 × log10(r2 ÷ r1)1 米处 80 dB → 10 米处 60.0 dB
线声源的距离衰减L1 − 10 × log10(r2 ÷ r1)1 米处 80 dB → 10 米处 70.0 dB

下面先确认 dB 是什么样的值,然后按加法·平均·减法·距离衰减的顺序列出公式、速查表和计算示例。所有计算在分贝计算工具里输入数值就能得到相同结果,可以一边用手边的数字确认一边阅读。

dB 是什么:与基准声压 20 µPa 相比的“倍数的对数”

噪声所说的 dB,准确地说是“声压级”。以人勉强能听到的微小声压 20 µPa(微帕,0.00002 Pa)为基准的 0 dB,把测得的声压 p 与它的比值表示为 20 × log10(p ÷ 20 µPa)。声压的平方与声能(声强)成正比,所以用声能来写就是 10 × log10(声能之比),两者是同一个值。加法用 10^(L/10) 就是这个原因。

声压声压级身边的例子
0.00002 Pa(20 µPa)0 dB听觉下限的参考
0.0002 Pa20 dB树叶的沙沙声
0.002 Pa40 dB图书馆·安静住宅区的白天
0.02 Pa60 dB普通对话
0.2 Pa80 dB地铁·电车车厢内
1 Pa94 dB校准声级计用的声音大小
2 Pa100 dB电车经过时的高架桥下
20 Pa120 dB飞机发动机附近

声压每增大 10 倍就增加 20 dB。从 0 dB 到 120 dB,声压的范围相差 100 万倍,直接用数字很不方便,所以用对数压缩来表示。1 Pa 正好约为 94 dB,所以声级校准器常发出 94 dB 的声音。

dB 的差有多大,取决于用什么倍数来看:声能(声强)、声压,还是人耳的听感,共 3 种。

dB 差声能(声强)声压听感上的大小(参考)
1 dB约 1.26 倍约 1.12 倍约 1.07 倍
3 dB约 2 倍约 1.41 倍约 1.23 倍
6 dB约 4 倍约 2 倍约 1.52 倍
10 dB10 倍约 3.16 倍约 2 倍
20 dB100 倍10 倍约 4 倍
30 dB1,000 倍约 31.6 倍约 8 倍
40 dB10,000 倍100 倍约 16 倍

dB 的加法(叠加):60 dB + 60 dB 不是 120 dB,而是 63 dB

求两个以上的声音同时响起时的大小,就是 dB 的加法(叠加)。把每个值换回 10^(L/10) 相加,再用 10 × log10 换回 dB。60 dB 和 60 dB 是 10^6 + 10^6 = 2 × 10^6,10 × log10(2 × 10^6) ≈ 63.0 dB。声能变成 2 倍,dB 只增加 10 × log10(2) ≈ 3 dB,这就是“两个 +3 dB”的由来。

  1. 1

    把每个值换成 10^(L/10)

    60 dB → 10^6 = 1,000,000,65 dB → 10^6.5 ≈ 3,162,278,70 dB → 10^7 = 10,000,000。

  2. 2

    全部相加

    1,000,000 + 3,162,278 + 10,000,000 = 14,162,278。

  3. 3

    用 10 × log10 换回 dB

    10 × log10(14,162,278) ≈ 71.5 dB。只比最大的 70 dB 大 1.5 dB。

有 n 个大小相同的声音时,用 L + 10 × log10(n) 就能简单求出。数量每加倍 +3 dB,每增加到 10 倍 +10 dB。

相同声音的数量增加的 dB60 dB 的声音
2 个+3.0 dB63.0 dB
3 个+4.8 dB64.8 dB
4 个+6.0 dB66.0 dB
5 个+7.0 dB67.0 dB
8 个+9.0 dB69.0 dB
10 个+10.0 dB70.0 dB
20 个+13.0 dB73.0 dB
100 个+20.0 dB80.0 dB

大小不同的两个声音相加时,只看两者的差,就能决定“在较大的值上加几 dB”。公式是 10 × log10(1 + 10^(−差/10)),做成表就是 dB 加法速查表。有了这张表,不用计算器也能两个两个地依次相加任意多个声音。

两个声音的差在较大值上加示例
0 dB+3.0 dB60 + 60 → 63.0 dB
1 dB+2.5 dB61 + 60 → 63.5 dB
2 dB+2.1 dB62 + 60 → 64.1 dB
3 dB+1.8 dB63 + 60 → 64.8 dB
4 dB+1.5 dB64 + 60 → 65.5 dB
5 dB+1.2 dB65 + 60 → 66.2 dB
6 dB+1.0 dB66 + 60 → 67.0 dB
7 dB+0.8 dB67 + 60 → 67.8 dB
8 dB+0.6 dB68 + 60 → 68.6 dB
9 dB+0.5 dB69 + 60 → 69.5 dB
10 dB+0.4 dB70 + 60 → 70.4 dB
15 dB+0.1 dB75 + 60 → 75.1 dB

dB 的平均:噪声用能量平均(比算术平均大)

汇总测了几次的噪声值或不同时段的值时,不用直接相加再除的算术平均,而用能量平均(功率平均)。公式是 10 × log10((10^(L1/10) + 10^(L2/10) + … + 10^(Ln/10)) ÷ n),等于叠加结果减去 10 × log10(n)。

测得的值算术平均能量平均叠加(加法)
60·70·80 dB70.0 dB75.7 dB80.5 dB
50·55·60·65·70 dB60.0 dB64.6 dB71.6 dB
60·60 dB60.0 dB60.0 dB63.0 dB

60·70·80 dB 的平均,算术平均是 70 dB,能量平均却约为 75.7 dB。80 dB 的声音声能是 60 dB 的 100 倍,所以平均时大声音的影响很强。数值越分散,能量平均就比算术平均越大;全部相同时,两者一致。

噪声环境标准和测量中常出现的“等效声级(LAeq)”,就是把随时间变化的噪声用这种能量平均变成一个值。1 小时中即使只有 10 分钟很吵,算术平均会把它冲淡,而等效声级能如实反映。在噪声投诉或报告中求“平均”时如果用算术平均,会比实际低估,请注意。

dB 的减法:减去背景噪声,求出只有目标声音时的大小

声级计测得的值里,不仅有目标声音(空调外机、机器等),还混有周围的声音(背景噪声)。分别测出目标声源开着和关着时的值,就能用减法求出只有目标声音的大小。公式是 10 × log10(10^(合计/10) − 10^(背景噪声/10))。

  1. 1

    开着目标声源测量

    例如开着空调外机时为 65 dB。

  2. 2

    关掉目标声源测量(背景噪声)

    在同一地点、同一时段,关掉空调外机时为 60 dB。

  3. 3

    换回声能后相减

    10^6.5 − 10^6 ≈ 3,162,278 − 1,000,000 = 2,162,278。

  4. 4

    换回 dB

    10 × log10(2,162,278) ≈ 63.3 dB,就是只有空调外机时的大小。

规定噪声测量方法的日本工业标准 JIS Z 8731 中,给出了另一种方法:不做这个计算,而用有无目标声音时“读数之差”决定的修正值。差在 10 dB 以上时,背景噪声几乎没有影响,不修正。差不到 3 dB 时,背景噪声太大,无法正确求出目标声音,需要重新测量。

读数之差用公式算出的修正JIS Z 8731 的修正值
1 dB−6.9 dB重新测量
2 dB−4.3 dB重新测量
3 dB−3.0 dB−3 dB
4 dB−2.2 dB−2 dB
5 dB−1.7 dB−2 dB
6 dB−1.3 dB−1 dB
7 dB−1.0 dB−1 dB
8 dB−0.8 dB−1 dB
9 dB−0.6 dB−1 dB
10 dB 以上−0.5 dB 以下不修正

上面的 65 dB 和 60 dB 差 5 dB,按 JIS 修正为 −2 dB,得 63 dB。70 dB 和 62 dB 差 8 dB,公式算出 69.3 dB,JIS 修正 −1 dB 为 69 dB。修正值是取整后的参考,与公式的值最多差约 0.5 dB,但声级计的读数本身多按 1 dB 读取,所以实际工作中常用这张表。

距离衰减:点声源距离加倍 −6 dB,线声源 −3 dB

离声源越远,声音越小。小多少,取决于声源可以看作“点”还是“线”。空调外机·机器·音箱·施工机械这样从一处发出的声音是点声源,车流量大的道路或铁路这样连绵的声音按线声源处理。

声源种类公式距离加倍距离 10 倍
点声源(空调外机·机器·音箱等)L2 = L1 − 20 × log10(r2 ÷ r1)约 −6 dB−20 dB
线声源(车流量大的道路·铁路等)L2 = L1 − 10 × log10(r2 ÷ r1)约 −3 dB−10 dB

点声源的声音像球一样扩散,距离加倍时,同样的声能扩散到 4 倍的面积上,声强变为 1/4(约 −6 dB)。这就是平方反比定律。线声源的声音像圆柱一样扩散,距离加倍面积只变为 2 倍,声强只变为 1/2(约 −3 dB)。道路噪声迟迟降不下来,原因就在这里。

距离点声源(1 米处 80 dB)线声源(1 米处 80 dB)
1 米80.0 dB80.0 dB
2 米74.0 dB77.0 dB
3 米70.5 dB75.2 dB
5 米66.0 dB73.0 dB
10 米60.0 dB70.0 dB
20 米54.0 dB67.0 dB
30 米50.5 dB65.2 dB
50 米46.0 dB63.0 dB
100 米40.0 dB60.0 dB
200 米34.0 dB57.0 dB

把公式反过来解,就能求出降到目标 dB 的距离:r2 = r1 × 10^((L1 − 目标) ÷ 20)(线声源为 ÷ 10)。1 米处 80 dB 的点声源,约 56 米外降到 45 dB;同样是 80 dB 的线声源,要离开约 3,162 米才能降到 45 dB。

计算示例:空调外机·道路·施工的声音是多少 dB

把前面的公式组合起来,就能估算身边的噪声。以下数值都是没有障碍物时的计算,实际大小会因设备和周围环境而变。

  1. 1

    两台空调外机并排

    1 米处 50 dB 的空调外机两台,相加为 53 dB。按点声源离开 5 米,是 53 − 20 × log10(5) ≈ 39 dB;只有一台时 5 米处为 36 dB。可以作为与日本住宅地区夜间环境标准 45 dB 比较的参考。

  2. 2

    远离干线道路

    离道路 10 米处为 75 dB 时,按线声源 40 米处为 69 dB。距离变为 4 倍也只降 6 dB。要降到 60 dB,计算上需要离开约 316 米。由此可以理解,道路噪声治理为什么更重视隔声屏障和窗户性能,而不是距离。

  3. 3

    施工机械的声音

    10 米处 85 dB 的施工机械,按点声源 30 米处为 75.5 dB,约 178 米处降到 60 dB。两台同时运转时,任何距离都 +3 dB。

组合“几台是多少 dB”和“几米外是多少 dB”时,先用加法求出声源侧的大小再算距离衰减,或者先算距离衰减再把各值相加,答案都一样。各声源距离不同时,先求出每个声源在所在位置的值,再相加。

噪声参考值和环境标准:多少 dB 算吵

算出的 dB 是否“吵”,和身边声音的参考值比较就容易判断。下表是常用的例子,会因与声源的距离和测量方法而变化。

噪声级身边的例子
120 dB飞机发动机附近
110 dB汽车喇叭(前方 2 米)
100 dB电车经过时的高架桥下
90 dB嘈杂的工厂内·卡拉 OK 包房内
80 dB地铁·电车车厢内、钢琴(正面 1 米)
70 dB嘈杂的办公室·嘈杂的街道·蝉鸣
60 dB普通对话·安静的轿车内
50 dB安静的办公室·空调外机
40 dB图书馆·市区深夜·安静住宅区的白天
30 dB郊外深夜·耳语
20 dB树叶的沙沙声·座钟的秒针(前方 1 米)

在日本,生活环境的目标是环境省的“噪声环境标准”。白天为 6 点~22 点,夜间为 22 点~次日 6 点,数值是等效声级(LAeq),在此值以下即达标。地区的类别由都道府县或市指定。

地区类别白天夜间
AA(疗养设施·社会福利设施等集中的地区)50 dB 以下40 dB 以下
A·B(住宅地区)55 dB 以下45 dB 以下
C(住宅与商业·工业混合的地区)60 dB 以下50 dB 以下
A 地区中面向双车道以上道路的地区60 dB 以下55 dB 以下
B 地区中面向双车道以上道路·C 地区中面向有车道道路的地区65 dB 以下60 dB 以下
紧邻干线交通道路的空间70 dB 以下65 dB 以下

环境标准是行政努力的目标,不是直接管控单个工厂或工地的数值。工厂·企业和施工的声音由日本的《噪声规制法》和地方条例规定管控标准,例如特定施工作业的噪声,在用地边界不得超过 85 dB。具体数值和时段因地方政府而异,请查看当地政府的说明。其他国家和地区也有各自的标准,请查阅所在地的规定。

测量时的注意事项:A 计权·测量位置·手机分贝仪应用

  • 噪声通常用 A 计权(配合人耳的感觉,把低音和高音算得小一些的加权)来测量。标为 dB(A) 或 LA 的就是它,环境标准的数值也是 A 计权。
  • 声音随时间变化,不要只凭一次读数决定,应测几次或使用一定时间的等效声级(LAeq)。汇总手动读取的几个值时,用能量平均而不是算术平均。
  • 背景噪声(关掉目标声源时的值)也一定要在同一地点、同一时段测量。差不到 10 dB 时修正,不到 3 dB 时重新测量。
  • 紧贴墙壁或围墙的地方,反射可能使读数偏大。把声级计举在离地面约 1.2~1.5 米的高度,并远离身体,读数会更稳定。
  • 手机的分贝仪应用会因内置麦克风的性能和校准不同,不同机型相差几 dB。用来掌握趋势很方便,但用于投诉或申报的数值,请用经过校准的声级计测量。

另外,录音软件或麦克风测试的电平表上显示的“−20 dB”之类的值,是以数字上限为 0 dB 的输入电平(dBFS),与以 20 µPa 为基准的噪声 dB 基准不同。即使同样写着“dB”,显示负值的电平表并不直接表示噪声的大小。不过两者都是对数,加法和减法的思路是一样的。

用分贝计算工具计算的步骤

  1. 1

    求加法·平均

    在“加法·平均”中,每行一个(或用逗号分隔)输入测得的 dB 值,就会显示叠加后的大小、能量平均以及与算术平均的差别。有多个相同声源时,输入一个声源的大小和数量。

  2. 2

    减去背景噪声

    在“减法(背景噪声修正)”中,输入目标声源开着和关着时的值,就会显示用公式算出的只有目标声音的大小,以及 JIS Z 8731 的修正值。差不到 3 dB 时会提示重新测量。

  3. 3

    查看距离衰减

    在“距离衰减”中选择点声源或线声源,输入测得的大小和距离,以及想知道的距离或目标 dB,就会显示该距离处的大小、降到目标的距离和按距离排列的速查表。

  4. 4

    确认换算和速查表

    在“换算和速查表”中,可以查看声压 Pa 与 dB 的换算、dB 差在声能·声压·听感上是几倍、加法速查表、噪声参考值和环境标准。

所有计算都在浏览器内进行,输入的数值不会发送到任何地方。本文的数字也都是用与工具相同的计算得出的,可以把文中的例子直接输入确认。

常见问题

60 dB 加 60 dB 是多少 dB?
是 63 dB(不是 120 dB)。dB 是对数,换回 10^(L/10) 相加后声能变为 2 倍,只增加 10 × log10(2) ≈ 3 dB。大小相同的声音 4 个 +6 dB,10 个 +10 dB。
大小不同的声音相加会怎样?
由两者的差决定在较大值上加多少。差 0 dB 加 3.0,差 5 dB 加 1.2,差 10 dB 加 0.4 dB。60 dB·65 dB·70 dB 三个叠加约为 71.5 dB,只比最大的 70 dB 大 1.5 dB。
dB 的平均怎么计算?
噪声的平均不用直接相加再除的算术平均,而用能量平均(功率平均):10 × log10((10^(L1/10) + 10^(L2/10) + …) ÷ n)。60·70·80 dB 的平均,算术平均是 70 dB,能量平均约为 75.7 dB。
背景噪声怎么修正?
目标声源开着时为 65 dB、关着时(背景噪声)为 60 dB 时,10 × log10(10^6.5 − 10^6) ≈ 63.3 dB 就是只有目标声音的大小。按 JIS Z 8731 的修正,差为 5 dB,修正 −2 dB,得 63 dB。差在 10 dB 以上不修正,不到 3 dB 重新测量。
距离加倍会降低多少 dB?
空调外机、机器这样的点声源约降 6 dB,车流量大的道路这样的线声源约降 3 dB。距离为 10 倍时,点声源降 20 dB,线声源降 10 dB。1 米处 80 dB 的点声源,10 米处为 60 dB,100 米处为 40 dB(没有障碍物时)。
离开多少米能降到 45 dB?
点声源用 r2 = r1 × 10^((L1 − 45) ÷ 20) 求出。1 米处 80 dB 的声音约为 56 米。线声源把 ÷ 20 换成 ÷ 10 计算,同样 80 dB 约为 3,162 米。实际上围墙和建筑物往往会让声音再降低一些,请作为参考使用。
10 dB 的差有多大?
声能(声强)为 10 倍,声压约为 3.16 倍,人耳的听感大约为 2 倍。20 dB 的差,声能为 100 倍,声压为 10 倍,听感约为 4 倍。3 dB 的差声能为 2 倍,但听感约为 1.23 倍。
声压 1 Pa 是多少 dB?
约 94 dB。声压级为 20 × log10(p ÷ 20 µPa),基准 20 µPa(0.00002 Pa)为 0 dB,0.02 Pa 为 60 dB,2 Pa 为 100 dB。声压每增大 10 倍就增加 20 dB。

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