小学生でも分かるデシベル(dB)の話



目次


 3. フォースとパワーでdBの値は異なる
   3.1. フォースとパワーの違い
   3.2. パワーとエネルギーは違う
   3.3. 音圧レベル(フォース)
   3.4. 音響パワーレベル(パワー)
   3.5. 音圧と音響パワーの違い
   3.6. フォースとパワーの倍率の違い
   3.7. 本章のまとめ

3. フォースとパワーでdBの値は異なる


3.1. フォースとパワーの違い


デシベルと対数については、これで十分ご理解頂いたと思うのですが、実はデシベルを正しく使う上でまだ気を付けなければいけない事があります。

それは、フォースとパワーでデシベルの値が事なるのです。

多少専門的になりますが、この点についてもしっかり認識しておけば、鬼に金棒です。

突然ですが、フォースとパワーの違いは分かりますか?

いずれも日本語にすると”力”ですが、物理の世界では、以下の様に異なります。

種類\分類 電気 機械 電波
フォース 音圧 電圧 トルク 電界強度 N/A
パワー 音響パワーレベル 電力 馬力 電力 光束


音圧と音響パワーレベルの違いと言われてもピンとこないと思いますが、電圧と電力の違いと言えば何となく分かりますでしょうか。

この違いを説明すると、フォースとは瞬間的な力、パワーとは一定時間に仕事をする能力と思って頂ければ良いと思います。

ですので、これを電圧と電力を例に説明すると、電圧とは触るとビリッとする瞬間的な力で、それに対して電力とは一定時間に光ったり/回ったり/熱したりする能力という訳です。

では、音における音圧と音響パワーレベルの違いは何なのでしょう?

専門書を読んでも良く分からないのは、この部分の説明が足りないからだと思いますので、分かり易くご説明したいと思います。


3.2. パワーとエネルギーは違う


でもその前に。

フォースとパワーの違いは大凡分かって頂いたと思いますが、今度はパワーとエネルギーを混同(一緒)にするケースも非常によく目にしますので、これについても触れておきましょう。

簡単な表を付けておきますので、違いが分からなくなったらこの表を思い出して下さい。

英語 日本語 意味
フォース 物を押す力
ワーク 仕事 仕事をした(物を動かした)能力 力×距離
エネルギー エネルギー 仕事をする(物を動かす)能力 力×距離
パワー 力(仕事率) 単位時間に仕事をする能力 力×距離/時間


これをを見て頂く様に、エネルギーとはパワーに時間を掛けたもので、ワーク(仕事)と同じものです。


3.3. 音圧レベル(フォース)


それでは音における、”パワー”と”フォース”の違いを、じっくりご説明したいと思います。

先ず音圧ですが、これは耳に届く気圧差ですので、音源(目覚まし時計)からの距離や、周りの温湿度及び気圧、風の影響で変わります。

前述した図書館や電車の騒音或いは新聞、テレビ等で出てくる音の表示は全てこの音圧の事です。

そのデシベルの計算式は、以下の様になります。

音圧レベル=10Log(P2/P02)=20Log(P/P0)



何故ここでPとP0を2乗するかですが、例えば電圧の場合ですと、電圧(フォース)を2乗すると電力(パワー)になる事から、フォースを2乗すると後々辻褄が合い易いと思って頂ければ良いと思います。 (専門的に使う様になるまで、置いておきましょう)

なおP0とは、基準となる音圧で前記しました20 μPaです。


3.4. 音響パワーレベル(パワー)


次に音響パワーレベルとは、音源(目覚まし時計)から放射されるパワー(単位時間当たりのエネルギー)ですので、目覚まし時計からの距離や環境(気圧、温湿度、風)には一切影響されません。

そしてデシベルの計算式は、以下の様になります。

       音響パワーレベル=10Log(W/W0)

ここでW0とは基準となる音響パワーで、10の-12乗W(ワット)を指します。

ここで注意しなければいけないのは、音響パワーレベルとは複写機や自動車など機械の稼働音を調べる目的で使われますので、一般的には殆ど目にしないと思って頂いて構いません。

音圧は一般的な騒音計で簡単に測定できますが、音響パワーレベルは密閉された空間でしか測定する事はできません。

余り良い例ではありませんが、室温は温度計で簡単に測定する事ができますが、部屋を暖めるストーブが発する熱量は簡単に測定できない事から分かって頂けるでしょうか。


3.5. 音圧レベルと音響パワーレベルの違い


長くなってしまいましたが、前記しました音圧レベルと音響パワーレベルとの式を並べて書くと以下の様になります。

          音圧レベル=20Log(P/P0) ←フォース

       音響パワーレベル=10Log(W/W0) ←パワー


すなわちフォースとパワーで、デシベルの計算方法が異なり、フォースの方がパワーの2倍デシベル表示が大きくなります。

具体的には、例えばカッコの中(P/P0とW/W0)の倍率がいずれも10倍だとしますと、音圧レベルでは20デシベルになり、音響パワーレベルでは10デシベルになると言う訳です。





3.6. フォースとパワーの倍率の違い


上記で説明しましたフォースとパワーにおける、デシベルの倍率を以下に示します。

デシベル(dB) フォースの場合の倍率
(電圧、音圧等)
パワーの場合の倍率
(電力、音響パワー等)
-3デシベル 0.71倍 0.50倍
-2デシベル 0.79倍 0.63倍
-1デシベル 0.89倍 0.79倍
0デシベル 1.00倍 1.00倍
0.1デシベル 1.01倍 1.02倍
0.25デシベル 1.03倍 1.06倍
0.5デシベル 1.06倍 1.12倍
0.75デシベル 1.09倍 1.19倍
1デシベル 1.12倍 1.26倍
2デシベル 1.26倍 1.58倍
3デシベル 1.41倍 2.00倍
4デシベル 1.58倍 2.51倍
5デシベル 1.78倍 3.16倍
6デシベル 2.00倍 3.98倍
7デシベル 2.24倍 5.01倍
8デシベル 2.51倍 6.31倍
9デシベル 2.82倍 7.94倍
10デシベル 3.16倍 10.00倍
20デシベル 10.00倍 100.00倍
30デシベル 31.62倍 1000.00倍
40デシベル 100.00倍 10000.00倍
50デシベル 316.23倍 100000.00倍
100デシベル 100000.00倍 10000000000.00倍
23デシベルの場合のエクセルによる倍率の計算式
(右の式をエクセルのセルにコピー&ペイストすれば、倍率が表示されます)
=10^(23/20) =10^(23/10)

前記した様に一般的にパワーはフォースを2乗して求められる(例えば電力=電圧の2乗/抵抗値)ので、フォースの場合とパワーの場合で倍率が異なるのに注意して下さい。

このため上表のフォースの倍率を2乗すると、パワーの倍率になるという訳です。

例えば、-3dBのフォースの倍率0.71を2乗(0.71x0.71)すると、パワーの倍率0.5になるという訳です。

なお上表に無い、例えば23デシベルのフォースにおける倍率を調べたいときは、上表の下段の式(青字)を参考に、エクセル表の好きなセルに以下の式をそのまま入力(コピー&ペースト)すれば、そのセルに14.12538と表示されます。(赤字の部分に倍率を知りたいデシベル値を入れる)

                   =10^(23/20)

これでデシベル表示における、フォースとパワーの差をご理解いただけましたでしょうか?


3.7. 本章のまとめ


本章の内容をまとめると以下の様になります。

①フォースとは瞬間的な力、パワーとは一定時間に仕事をする能力である。

②音圧(フォース)のデシベル値は、音源(目覚まし時計)からの距離や、周りの温湿度及び気圧、風の影響で変わる。

③音響パワーレベル(パワー)は、音源(目覚まし時計)から放射されるパワー(単位時間当たりのエネルギー)なので、目覚まし時計からの距離や環境(気圧、温湿度、風)には一切影響されない。

④フォースとパワーで、デシベルの計算方法が異なり、フォースの方がパワーの2倍デシベル表示が大きくなる。


これでデシベルについてはほぼご理解頂いたと思うのですが、もし音についてもう少し知りたい方は次にお進み下さい。

4種類もある音の大きさの表し方をご紹介します。





3. フォースとパワーでdBの値は異なる

戻る

2. デシベルと対数

次へ

4. 音量のdB表示方法





Copyright (c) 2010 Urban Cafeteria
This site is link free.

ご意見、ご感想等ございましたら、是非こちらに。




ホーム頁へ戻る