こちらの記事では、音のレベル表示dBについてと、その種類(音圧・音の強さ・音響エネルギー)について解説しています。

 

音のレベル表示dBについて

はじめに音のレベル表示についてです。音はしばしばdB(デシベル)で表されることがあります。

dBは、人間の可聴範囲(音の聞こえる範囲)は非常に大きいため、音に関する物理量に絶対値を用いずに対数変換を行ったものです。

音のレベル表示の公式

L = 10log(A / A0)

(L : 音のレベル[dB], A : 観測値, A0 : 基準値)

上記のようなレベルは本来であれば無次元量です。しかし音のレベル表示は特別にデシベル[dB]という単位を用います。

 

dB単位の歴史的背景

音のレベル表示は、元々は電話回線で送受信間での電力損失を表すために考案されたものから派生したものです。電力損失を表すものは、発案者のアレキサンダー・グラハム・ベルにちなんでベル(Bell)と呼ばれました。

しかしベルのまま値では数値が非常に小さく扱いづらいという欠点がありました。その欠点を補うために、ベルの値を10倍にして扱ったものがデシベル(dB)です。dは10-1を意味するSI接頭語です。

 

音のレベル表示の種類と公式

上では音のレベル表示の概要について紹介しました。次に音のレベルの種類についてです。音のレベルには、以下のような種類があります。

  • 音圧レベル
  • 音響エネルギー(エネルギー密度)レベル
  • 音の強さ(音響インテンシティ)レベル

それぞれの公式について詳細に見ていきましょう。

音圧レベルの公式

音圧レベルの公式は下のようになります。

音圧レベルの公式

Lp = 10log(p2 / p02) = 20log(p / p0)

(L : 音圧レベル[dB], p : 観測値[Pa], p0 : 基準値[Pa])

音圧レベルの基準値としては、p0 = 20μ[Pa] = 2 × 10-5[Pa]を使用します。

 

音響エネルギー(エネルギー密度)レベルの公式

音響エネルギーレべルの公式は以下のようになります。

音響エネルギーレベルの公式

LE = 10log(E / E0)

(L : 音響エネルギーレべル[dB], E : 観測値[J/m3], E0 : 基準値[J/m3])

音響エネルギーレベルの基準値としては、E0 = p0/ρc2 ≅ 2.94 × 10-15[J/m3]を使用します。

音の強さ(音響インテンシティ)レベルの公式

音の強さレベルの公式は以下のようになります。

音の強さレベルの公式

LI = 10log(I / I0)

(L : 音の強さレベル[dB], I : 観測値[W/m2], I0 : 基準値[W/m2])

音の強さレベルの基準値としては、I0 = 10[pW/m2] = 10-12[W/m2]を使用します。

 

ここで紹介した3種類の音のレベル表示の基準値は、音が1方向の平面進行波の場合に全ての値が一致するように定められています。

 

まとめ

今回の記事では音のレベル表示(dB)についてと、音のレベル表示の種類についてまとめました。音のレベル表示については、

  • 音圧レベル
  • 音響エネルギー(エネルギー密度)レベル
  • 音の強さ(音響インテンシティ)レベル

の3種類がありました。それぞれの計算式の違いや基準値についてもよく理解しておくことで、音についての理解が深まるかと思います。

今回の記事は以上になります。最後まで読んでいただき、ありがとうございました。