デシベル（dB）とは？3dB・6dB・10dB上がると音は何倍？
この記事はAIの支援を受けて原文を翻訳したものです。専門用語や数式は原文とあわせて確認してください。
デシベル（dB）は、音の大きさそのものではなく、基準に対する「比」を対数で表した単位です。音のパワーや強さでは+10 dBで10倍、+20 dBで100倍、+3 dBでほぼ2倍になり、音圧が2倍になるのは+6 dBです。ところが耳の感じ方はずっと穏やかで、10 dB高い音は一般に「約2倍の大きさ」と感じられる程度です。
なぜ音の大きさは対数（デシベル）で表すのか
人の耳が聞き取れる音の範囲は桁外れに広く、空気中で0 dBの基準とされるのは音圧20マイクロパスカル（µPa）で、およそ1,000 Hzの音が聞こえ始める大きさ（聴覚の閾値）にあたります。痛みを感じる音の大きさ（痛みの閾値）は資料によって120〜140 dBとされ、強さにすると、聞こえ始めの1012〜1014倍です。強さをW/m²で書くと、聞こえ始めが0.000000000001 W/m²、痛みの閾値が約1〜100 W/m²という、ゼロを数えるのも大変な幅になります。
対数にすればこの幅は0〜140という扱いやすい数字に収まり、かけ算が足し算に変わります。10 dB増えるたびに強さは、出発点がどこであっても10倍になります。強さが10倍になっても聞こえ方は10倍にはならないので、直線的な目盛りより人の感覚によく合います。単位名の「デシ」は10分の1の意味で、1デシベルは1ベルの10分の1です。ベルは、電話の発明で知られるアレクサンダー・グラハム・ベルにちなんでいます。なお、0 dBは「無音」ではなく、基準のレベルを示しているだけです。
デシベルの計算式：パワーは10 log、音圧は20 log
米国のNIST（国立標準技術研究所）の「国際単位系（SI）利用ガイド」は、レベルを「ある量と基準値との比の対数」と定めています。式は次の2種類です。
- パワー量（電力、音響パワー〔W〕、音の強さ〔W/m²〕など）：L = 10 · log10(P / P0) dB
- 振幅量（音圧、電圧など）：L = 20 · log10(F / F0) dB
係数が2倍になるのは、パワーが振幅の2乗に比例するためです。2乗の対数は元の対数の2倍になるので、どちらの式で計算しても結果は一致します。たとえば音圧が2倍になると強さは4倍になりますが、どちらの式でも答えは+6 dBです。
計算例：音圧レベル
音圧レベル（SPL）では、基準音圧としてp0 = 20 µPaを使います。米国労働安全衛生局（OSHA）の技術マニュアルには、音圧2 Paの計算例が載っています。20 · log10(2 / 0.00002) = 20 · log10(100,000) = 100 dBです。この10倍の20 Paなら120 dBになります。音の強さの場合は基準が10−12 W/m²なので、10−6 W/m²は10 · log10(106) = 60 dBです。
基準値は必ず確認する
NISTは、レベルを示すときは基準値を必ず明記するよう求めています。dB SPLは空気中の20 µPaを基準にした音圧レベル、dBA（日本ではdB(A)とも書きます）は、低い周波数を人の聴覚と同じように小さめに扱うA特性をかけて測った騒音レベル、dBmは1ミリワットを基準にしたパワーです。「ゲイン+10 dBのアンプ」は比を、「60 dBの部屋」は基準に対するレベルを表しています。
3 dB・6 dB・10 dB・20 dBは何倍？ 換算の早見表
デシベルは対数なので、同じ変化量はどこから始めても同じ比を意味します。30 dBから40 dBに上がるのも、90 dBから100 dBに上がるのも、強さはどちらも10倍です。よく使う変化量を換算すると次のとおりです。
| 変化量 | パワー・強さ | 音圧・電圧 | 体感の大きさ（目安） |
|---|---|---|---|
| +3 dB | ×2 | ×1.41 | ≈ ×1.2 |
| +6 dB | ×4 | ×2 | ≈ ×1.5 |
| +10 dB | ×10 | ×3.16 | ≈ ×2 |
| +20 dB | ×100 | ×10 | ≈ ×4 |
| −10 dB | ×0.1 | ×0.32 | ≈ ×0.5 |
体感の列は、米ジョージア州立大学のHyperPhysicsにある目安（強さがおよそ10倍になると約2倍の大きさに聞こえる）にもとづいています。同じバイオリンを10本重ねると、1本のときの約2倍の大きさに聞こえるという例が挙げられています。これは平均的な聴き手と、似た種類の定常的な音を前提にした話です。いずれも大まかな見積もりです。
身近な疑問も、同じ計算で説明できます。
- 同じ大きさの音源が2つになると+3 dB。90 dBの機械を2台動かしても、合計は180 dBではなく約93 dBです（OSHAの計算例）。同じ音源が10個なら+10 dBです。
- 音を大きくするにはかなりのパワーが必要。体感で2倍の大きさにするには、アンプの出力がおよそ10倍、たとえば1 Wなら10 Wが必要です（数値は例です）。
- −3 dBはパワーが半分。フィルターの−3 dBのカットオフ周波数が「半電力点」とも呼ばれるのは、このためです。
騒音のデシベル目安：身近な音の大きさと聴力へのリスク
実際の音の大きさは音源や距離によって変わるため、保健機関は範囲で示しています。米国のNIDCD（NIH傘下の国立聴覚・コミュニケーション障害研究所）は、A特性での典型的な値を次のように挙げています。
- 普通の会話：60〜70 dBA
- 映画館：74〜104 dBA
- オートバイ、オフロードバイク：80〜110 dBA
- ヘッドホンで最大音量にした音楽、スポーツ観戦、コンサート：94〜110 dBA
- サイレン：110〜129 dBA
- 花火大会：140〜160 dBA
NIDCDによると、70 dBA以下の音は長時間さらされても難聴の原因になりにくい一方、85 dBA以上の音に長く、あるいは繰り返しさらされると難聴につながるおそれがあります。職場向けには、米国のNIOSH（国立労働安全衛生研究所）が推奨限度として、8時間の平均で85 dBAを示し、3 dBA上がるごとに許容時間を半分にするよう勧めています。この「交換率3 dB」が+3 dBのルールそのもので、1秒あたりの音のエネルギーが2倍なら、同じ1日分のばく露量に半分の時間で達する、という考え方です。順に計算すると、85 dBAで8時間、88 dBAで4時間、91 dBAで2時間、94 dBAで1時間、97 dBAで30分、100 dBAで15分になります。米国で法的な拘束力を持つOSHAの許容限度はこれより緩く、8時間平均で90 dBA、交換率は5 dBです。
日本の基準もあわせて見ておきましょう。環境省の「騒音に係る環境基準」では、専ら住居用の地域（類型A）と主に住居用の地域（類型B）の基準値は、昼間（午前6時〜午後10時）が55デシベル以下、夜間（午後10時〜翌午前6時）が45デシベル以下です。特に静穏を要する療養施設などの地域（類型AA）は昼間50・夜間40デシベル以下、住居と商業・工業が混在する地域（類型C）は昼間60・夜間50デシベル以下とされ、いずれもA特性で測った等価騒音レベルで評価します。道路に面する地域は別の値で、航空機・鉄道・建設作業の騒音には適用されません。生活環境を守るために維持することが望ましい目標値であり、職場の聴力保護の目安（85 dBA）とは目的が異なります。
距離が2倍になると約6 dB下がる
開けた空間にある小さな音源から出た音は、離れるほど大きな球面に広がっていきます。球の面積は距離の2乗に比例して増えるので、音の強さは距離の2乗に反比例して弱まり（逆二乗の法則）、音圧は距離に反比例して小さくなります（1/r）。デシベルで書くと L2 = L1 + 20 · log10(d1 / d2) となり、距離が2倍になるごとに約−6 dBという結果になります。
OSHAの例では、点音源が1 mの位置で90 dBなら、2 mで84 dB、4 mで78 dBです。8 mでは72 dBとなり、強さは1/64まで下がります（8 mはOSHAの例を延長した計算です）。注意点は次の3つです。
- 自由音場に限った話です。反射する面がないことが前提で、室内では反射音のせいで音が残りやすく、2倍の距離あたりの低下は6 dBより小さくなります。音源から遠く離れると、残響音のほうが支配的になります。
- 近づきすぎてもいけません。大きな音源のすぐそば（近接音場）では測定値が安定せず、このルールは成り立ちません。
- 音響パワーは距離に関係しません。音源が出す音響パワーそのものは距離で変わらず、変わるのは測定する位置でのレベルです。距離が書かれていないdBの数字は情報不足です。
よくある質問
60 dBの音は、30 dBの音の2倍の大きさですか？
いいえ。30 dBの差は、強さでは10 × 10 × 10 = 1,000倍です。体感の目安（2 × 2 × 2）でも約8倍の大きさになります。
3 dB上がると、聞いて違いが分かりますか？
聞き比べればたいてい分かりますが、小さめの変化です。パワーは2倍でも、体感の目安では約1.2倍の大きさにしかなりません。スピーカーの音量を3 dB上げても大きく変わった気がしないのは、そのためです。
60 dBの音が2つ重なると、120 dBになりますか？
なりません。デシベルの値はそのまま足し算できず、同じ大きさの音源が2つなら+3 dBで約63 dB、10個なら+10 dBで70 dBです。大きさの違う音を合成するときは、各レベルをいったん強さに戻して合計し、もう一度デシベルに直します。
デシベルがマイナスになることはありますか？
あります。マイナスは基準より小さいことを表し、−10 dBなら基準パワーの10分の1です。0 dB SPLを下回る音は、音圧が20 µPa未満ということになります。ゲインの数値でマイナスなら、減衰（弱まること）を意味します。
出典：NIST「国際単位系（SI）利用ガイド」第8.7節：レベル、ネーパー、ベル、OSHA技術マニュアル 第III節第5章「騒音」、NIDCD「騒音性難聴」、HyperPhysics（ジョージア州立大学）「音の大きさ（ラウドネス）」、環境省「騒音に係る環境基準について」。
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