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 Pa | 20 dB | 树叶的沙沙声 |
| 0.002 Pa | 40 dB | 图书馆·安静住宅区的白天 |
| 0.02 Pa | 60 dB | 普通对话 |
| 0.2 Pa | 80 dB | 地铁·电车车厢内 |
| 1 Pa | 94 dB | 校准声级计用的声音大小 |
| 2 Pa | 100 dB | 电车经过时的高架桥下 |
| 20 Pa | 120 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 dB | 10 倍 | 约 3.16 倍 | 约 2 倍 |
| 20 dB | 100 倍 | 10 倍 | 约 4 倍 |
| 30 dB | 1,000 倍 | 约 31.6 倍 | 约 8 倍 |
| 40 dB | 10,000 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
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
全部相加
1,000,000 + 3,162,278 + 10,000,000 = 14,162,278。
- 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 dB | 60 dB 的声音 |
|---|---|---|
| 2 个 | +3.0 dB | 63.0 dB |
| 3 个 | +4.8 dB | 64.8 dB |
| 4 个 | +6.0 dB | 66.0 dB |
| 5 个 | +7.0 dB | 67.0 dB |
| 8 个 | +9.0 dB | 69.0 dB |
| 10 个 | +10.0 dB | 70.0 dB |
| 20 个 | +13.0 dB | 73.0 dB |
| 100 个 | +20.0 dB | 80.0 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 dB | 60 + 60 → 63.0 dB |
| 1 dB | +2.5 dB | 61 + 60 → 63.5 dB |
| 2 dB | +2.1 dB | 62 + 60 → 64.1 dB |
| 3 dB | +1.8 dB | 63 + 60 → 64.8 dB |
| 4 dB | +1.5 dB | 64 + 60 → 65.5 dB |
| 5 dB | +1.2 dB | 65 + 60 → 66.2 dB |
| 6 dB | +1.0 dB | 66 + 60 → 67.0 dB |
| 7 dB | +0.8 dB | 67 + 60 → 67.8 dB |
| 8 dB | +0.6 dB | 68 + 60 → 68.6 dB |
| 9 dB | +0.5 dB | 69 + 60 → 69.5 dB |
| 10 dB | +0.4 dB | 70 + 60 → 70.4 dB |
| 15 dB | +0.1 dB | 75 + 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 dB | 70.0 dB | 75.7 dB | 80.5 dB |
| 50·55·60·65·70 dB | 60.0 dB | 64.6 dB | 71.6 dB |
| 60·60 dB | 60.0 dB | 60.0 dB | 63.0 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
开着目标声源测量
例如开着空调外机时为 65 dB。
- 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
换回声能后相减
10^6.5 − 10^6 ≈ 3,162,278 − 1,000,000 = 2,162,278。
- 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 dB | 80.0 dB |
| 2 米 | 74.0 dB | 77.0 dB |
| 3 米 | 70.5 dB | 75.2 dB |
| 5 米 | 66.0 dB | 73.0 dB |
| 10 米 | 60.0 dB | 70.0 dB |
| 20 米 | 54.0 dB | 67.0 dB |
| 30 米 | 50.5 dB | 65.2 dB |
| 50 米 | 46.0 dB | 63.0 dB |
| 100 米 | 40.0 dB | 60.0 dB |
| 200 米 | 34.0 dB | 57.0 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
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
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
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
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
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
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
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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