デシベル

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デシベル (decibel, dB) は、電気工学や音響工学などの分野で使用される無次元の単位。技術者の会話の中ではデービーあるいはデシと言われることが多い。各分野でそれぞれの物理量に対して、デシベル値（レベル値）への変換式が定義され、使用されている。その基本となる考え方は、ある基準電力すなわち単位時間当たりの仕事量に対する比の常用対数の値を10倍する、という変換である。本来は「ベル」(bel)の10分の1でデシベルであるが、ベルがそのまま用いられることは少なく、通常はデシベルが用いられる。音の強さ（音圧レベル）・電力などの比較や、減衰量などを表すのに使用される。ある基準値Aに対するBのデシベル値L_Bは、10log₁₀ (B/A) [dB]となる。

電力は電圧の2乗に比例するので、10倍の電圧比は100倍の電力比となり、デシベルで表すと20dBになる。音圧レベルについても同様である。

電磁波の減衰量、音圧レベル、振動加速度レベルの3量については、計量法において、「取引又は証明」に用いるべき計量単位としてデシベルを定めている。後者2量は、それぞれ、音圧(Pa)および振動の加速度(m/s²)に基づいて定義された、レベル化表現した量（絶対デシベル）である。電磁波の減推量は相対比をデシベル表現したもの（相対デシベル）である。

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オペアンプなど増幅器の、入力と出力の比（利得、ゲイン）をあらわす単位。次の換算式にあてはめて求める。

（ただし、G:デシベル換算した入力／出力比 x:入力 y:出力） 入力と出力の比は、0に近い数値から、100万単位の非常に大きな数値まで幅広い桁数を取る可能性があるので、このような措置をとる。

[編集] 絶対値としてのデシベル

デシベルは本来二つの電力の比を表す次元のない量であるが、工学では慣習により絶対基準値を定めて絶対単位として使うことが広く行われている。

• dBSPL（sound pressure level、音圧）：音圧（音を構成する空気の圧力の実効値）の単位はパスカル (Pa) であるが、2×10^-5Pa を基準値（0dBSPL）する。

• 同様に、音の強さレベル（単位断面積を単位時間に通過する音のエネルギー）の単位は W・m^-2 であるが、10^-12W・m^-2 を基準値（0dB）とした値をdBで表現する。

• dBm：1mWを0dBとしたもの。例えば、600オームの抵抗負荷に1mWの電力を供給するのに必要な交流電圧は、約0.775V_RMSである。

• dBV：1Vを0dBVとした電圧（負荷に無関係）　主に家庭用オーディオ機器で使われる音声信号レベルの基準。通常のマイクロホン出力が-40dB（10mV）～-50dB（3mV）程度。

• dBu：0.775Vを0dBとしたもので、電圧の強さをdBで表したもの。負荷のインピーダンスは無関係。主に業務用オーディオ機器で利用される音声信号レベルの基準。

• dBi：アイソトロピックアンテナ（全ての方向に均等に電波を放射する仮想的なアンテナ）を基準としたアンテナの利得。ダイポールアンテナを基準にする場合はdBdまたは単にdBと表す。dBi表記はdBdより2.14大きい。

• dBμ：1μV（0．000001V）を0dBとしたもので、無線通信の分野で電波信号の強さを表す基準の一つ。

• dBμEMF、dBμ(emf)：無線通信の分野で高周波信号発生器（SG）の出力電圧を表現する場合、SGの出力を信号源インピーダンスで終端したときの電圧（終端電圧）で表現する場合と、SGの出力を開放したときの電圧（開放電圧）で表現する場合があり、両者は6dBの差があるため、開放電圧で表現する場合は、dBμに続けてEMF（Electro Motive Forceの略）と付記するか、別に説明する必要がある。例えば50Ωの場合、113dBμEMFと107dBμはどちらも同じであり約0dBmである。日本では、業務用無線機やPDC方式携帯電話機でdBμEMFが使われることが多い。米国やアマチュア無線ではdBμが使われることが多い。規格や仕様でEMFが省略されて書かれていることもあるため注意が必要である。例えば、-6dBμの受信感度の業務無線機と、-12dBμの受信感度のアマチュア無線機は、どちらも同じ受信感度であるが、アマチュア無線機のほうが受信感度が良いと誤認する恐れがある。dBmで表示すれば間違う恐れはない。

[編集] 相対値としてのデシベル～電圧・電力比とデシベル表示

相対的な値であるデシベルは「基本の電圧（または電力）との比」を対数で示すものなので、慣れるまでに時間がかかるかもしれない。ここでは「元の値との倍率」と「電圧比・電力比」のdB表記を並べてみた。

倍率(比)　　電圧比　　 電力比
　　1倍　　 0.00dB　　 0.00dB
　　2倍　　 6.02dB　　 3.01dB
　　3倍　　 9.54dB　　 4.77dB
　　5倍　　13.98dB　　 6.99dB
　 10倍　　20.00dB　　10.00dB
　 50倍　　33.98dB　　16.99dB
　100倍　　40.00dB　　20.00dB
　500倍　　53.98dB　　26.99dB
 1000倍　　60.00dB　　30.00dB
 5000倍　　73.98dB　　36.99dB
10000倍　　80.00dB　　40.00dB

「1Vが100Vに」なら「40dB上昇」、「1Wが100Wに」なら「20dB上昇」と呼ぶ。

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もう少し具体的な例として、聴力検査で考えてみる。

　聴力レベル　　   音圧比
 　　0dB            1.0倍 …（基準音圧）
 　 10dB　        約3.2倍
 　 20dB　           10倍     →25-30dB（軽度難聴の軽い状態）
    40dB　          100倍    →30-50dB（軽度難聴のやや進んだ状態）
    60dB　         1000倍 …（ふつうの会話）
                             →50-70dB（中等度難聴）
                             →70-80dB（高度難聴）
    80dB        　  1万倍
                             →80-90dB（高度難聴）
    90dB          約3万倍    →90dB-  （全聾）

係数の20という意味がピンとこない人も多いと思うが、結局、20dBの差は10倍の違いというだけのことである。10dBが約3.2倍となる。この2つを知っていれば、十分である。

聴力検査で、おおざっぱに言えば、20dBずつ悪くなると、難聴の度合いが1段階ずつ上がっていく。聞こえ方が10分の1になれば、かなり聞こえにくくなるというのは想像に難くないであろう。

掃除機の音が会話の60dBより小さいというのを売りにしていたりするので、聴力レベルが60dBというのを難聴ではないと勘違いしそうであるが、実際には、聴力検査で60dBというのは、かなり聞こえが悪くなった状態である。

[編集] 関連項目

• グラハム・ベル
• ネーパー