Единицы измерения уровней громкости бел децибел фон. Децибелы это очень просто

Амплитуда колебаний в нашем восприятии соответствует громкости звука:

Единицы измерения громкости

Существуют различные способы количественного описания звуковых колебаний, использующиеся в разных областях.

Обычно используются следующие основные единицы измерения:

• Интенсивность звука — скалярная физическая величина, характеризующая мощность, переносимую звуковой волной в направлении распространения. Единица измерения — ватт на квадратный метр (Вт/м2).
• Звуковое давление — переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Единица измерения — паскаль (Па).
• Громкость звука (Уровень звукового давления, SPL или sound pressure level) — субъективное восприятие силы звука. Громкость главным образом зависит от звукового давления и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний и другие факторы.

Интенсивность звука и Звуковое давление находятся в квадратичной зависимости, точнее:

где I — интенсивность звука, Вт/м2; p — звуковое давление, Па; Zs — удельное акустическое сопротивление среды; t — усреднение по времени.

Громкость звука является относительной величиной и определяется как измеренное по относительной шкале значение звукового давления, отнесённое к опорному давлению PSPL = 20 мкПа, соответствующему порогу слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц.

Единицей измерения громкости является децибел (дБ, dB) — относительная единица, подобная кратности («трёхкратное отличие») или, например, процентам.

Величина, выраженная в децибелах, равна десятичному логарифму отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную, умноженному на десять (умножение на 10 переводит белы в децибелы):

где AdB — величина в децибелах, A — измеренная физическая величина, A0 — величина, принятая за точку отсчета.

В приведенной формуле дБ используется для оценки отношения интенсивности звука, однако, чаще для этого используется звуковое давление.

Таким образом, когда мы говорим о громкости звука в децибелах, мы имеем в виду отношение значения его звукового давления к “нулевой” или “опорной” величине (условный 0 дБ), которая составляет 20 мкПа и соответствует стандартному порогу слышимости (порогу слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц).
В этом случае используется формула:

В основном формула аналогична приведенной выше, только в качества точки отсчета указано 20 мкПа, а вместо 10 логарифм умножен на 20 (т.е. на 10 и на 2). Это отражает уже упомянутую выше квадратичную зависимость силы звука и звукового давления1.

Приведем некоторые соответствия значений в децибелах увеличению звукового давления относительно порога слышимости:

6 дБ → в 2 раза (lg(2) = 0,30102999566), 9,5 дБ → в 3 раза (lg(3)= 0,47712125472), 12 дБ → в 4 раза (lg(4)= 0,60205999132),

20 дБ → в 10 раз (lg(10)= 1).

Любое удвоение величины звукового давления выражается в увеличении его уровня на 6 дБ, как видно из следующей таблицы:

Отношение силы звука или электрической мощности (“энергетические” величины)	Децибелы	Отношение звукового давления, напряжения или тока (“амплитудные” величины)	Децибелы
1	0	1	0
2	3	2	6
3	4,8	3	9,5
4	6	4	12,0
5	7	5	14,0
6	7,8	6	15,6
7	8,5	7	16,9
8	9,0	8	18,1
9	9,5	9	19,1
10	10,0	10	20,0
100	20,0	100	40,0
1000	30,0	1000	60,0
10000	40,0	10000	80,0
100000	50,0	100000	100,0
1000000	60,0	1000000	120,0

См. также: Сравнительные шкалы для расчёта уровня цифрового звука2

Следует иметь в виду, что в децибелах может выражаться не только SPL, но и, например, напряжение, а также, что могут использоваться различные опорные уровни или “точки отсчета”, на что указывает соответствующая аббревиатура после dB: dBSPL, dBFS и т.д. Так например, часто используются:

•  dBFS (от англ. Full Scale — «полная шкала») — опорное напряжение соответствует полной шкале прибора; например, «уровень записи составляет −6 dBFS». При этом максимально возможный уровень записи равен 0 dBFS.
• dBSPL (от англ. Sound Pressure Level — «уровень звукового давления») — опорное звуковое давление 20 мкПа, соответствующее порогу слышимости; например, «громкость 100 dBSPL».
• dBPa — опорное звуковое давление 1 Па, или 94 дБ звуковой шкалы громкости dBSPL; например, «для громкости 6 dBPa микшером установили +4 dBu, а регулятором записи −3 dBFS, искажения при этом составили −70 dBc» и т.д.

Зачем такие сложности?

Для применения децибелов и есть ряд причин:

• Характер отображения в органах чувств человека и животных изменений течения многих физических и биологических процессов пропорционален не амплитуде входного воздействия, а логарифму входного воздействия (“живая природа живёт по логарифму”, см. Закон Вебера-Фехнера3). Поэтому вполне естественно шкалы приборов и вообще шкалы единиц устанавливать именно в логарифмические, в том числе, используя децибелы.
• Удобство отображения и анализа величин, изменяющейся в очень широких пределах (например, графическое отображение уровней сигнала звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройств)
• Удобство согласования электрических и акустических величин (т.е. напряжений и SPL) и шкал их значений в звукозаписывающих и звуковоспроизводящих устройствах:

На звуковом оборудовании за точку отсчета обычно берется максимальный уровень громкости.

Значения отображаются по отношению к максимальному уровню громкости, на который способно оборудование и это должны быть отрицательные величины, любое положительное значение означает “перегрузку” и искажения при воспроизведении или записи. В цифровой и аналоговой технике используются шкалы dBFS и dBu соответственно.4

Представьте, что вы находитесь в очень тихом помещении и определили, что уровень звукового давления, создаваемого жужжанием мухи, составляет 40 дБ SPL. Из табл.

1 мы видим, что 40 дБ соответствует отношению звукового давления 100, то есть жужжание мухи создает звуковое давление в 100 раз большее, нежели 0 дБ SPL, соответствующих порогу слышимости.

Величина порога слышимости, представленная относительным уровнем 0 дБ SPL, соответствует давлению 0,0002 дин на квадратный сантиметр (дин/см2) или 20 мкПа (1 дин/см2 = 0,1 Па). Дин есть единица измерения силы.

Буквенное обозначение “SPL” после выражения в децибелах говорит о том, что уровень 0,0002 дин/см2 является референсным уровнем. Зная это, мы можем вычислить давление, создаваемое звуком жужжания мухи: оно составляет 0,02 дин/см2 (100×0,0002).

Две жужжащие мухи создают звуковое давление 46 дБ, то есть давление удваивается и уровень повышается на 6 дБ по сравнению с уровнем в 40 дБ, создаваемым одной мухой.

Поскольку 40 дБ соответствуют давлению 0,02 дин/см2, то для 46 дБ уровень давления составит 0,04 дин/см2. В настоящем примере мы предполагаем, что мухи производят одинаковое звуковое давление и создаваемые ими звуки абсолютно синфазны.

Фактически фазовый сдвиг между двумя звуками является произвольным, что приводит к увеличению уровня мощности звука на 3 децибела.

Теперь давайте рассмотрим другой пример. Предположим, что взлетающий реактивный самолет создает звуковое давление (SPL) 120 дБ. Обратившись к таблице 1, мы увидим, что 120 децибел соответствуют отношению давления, равному 1000000.

Иными словами, самолет создает такое давление звука на наши барабанные перепонки, которое в миллион раз превышает порог слышимости.

Умножив 1000000 на референсное давление (0,0002 дин/см2), мы узнаем, что уровень давления составляет 200 дин/см2 (0,002 х 1000000).

Если же добавить еще один взлетающий самолет, то, как мы уже знаем, количество децибел SPL увеличится со 120 дБ до 126 дБ, а давление — с 200 дин/см2 до 400 дин/см2 (при том условии, что оба самолета создают синфазные звуки равной громкости).

Разумеется, звук второго взлетающего самолета намного сильнее жужжания второй мухи. И тем не менее, в обоих случаях возрастание уровня звукового давления выражается одним и тем же значением — 6 дБ.

Сравнительная таблица громкости в дБ

Уровни звукового давления от различных источников5

См. также: http://audiophilesoft.ru/publ/my/digital_loudness/11-1-0-86 http://soundex.ru/index.php?showtopic=25838

Источник: http://www.moozon.ru/node/3985

Децибелы ЭТО ОЧЕНЬ ПРОСТО!

Когда требуется сравнить какие-нибудь величины, это можно сделать по-разному. Можно, например, разделив эти величины одну на другую, сказать — Р1 больше чем Р2 в 3 раза, или Р1, меньше чем Р2 в 28 раз. Если нам понадобится далее вести какие-то расчеты, мы будем пользоваться отвлеченными числами 3, или 28, или 1/28 (иногда для уточнения добавляя слово “раз”).

В ряде случаев для расчетов или для большей наглядности сравнения оказывается удобнее логарифмировать отношение величин и оперировать далее с числом logа(Р1/Р2).

Известно, что применение логарифмов упрощает математические расчеты, в частности, позволяет вместо умножения и деления пользоваться сложением и вычитанием.

При большом диапазоне изменений какой-либо величины логарифмический масштаб позволяет лучше разглядеть на одном и том же графике и малые, и большие ее относительные изменения.

Чтобы различать, имеем ли мы дело с числом “раз” или с его логарифмом, а также чтобы зафиксировать, каким основанием мы пользуемся при логарифмировании (числом 10, числом e=2,71828 или иным), следует присвоить этому логарифму какое-нибудь название. В системе СИ в качестве относительной логарифмической единицы отношения мощностей Р1, и Р2 принят десятичный логарифм Ig(Р1/Р2). Эта единица называется бел (Б).

На практике этой довольно крупной единицей оказалось не очень удобно оперировать, поэтому ее “разменивают” на единицы, в десять раз меньшие — децибелы. Соотношение двух уровней мощности Р1 и Р2 в децибелах (дБ, или dB) выражают по следующей формуле:

Множитель 10 в формуле (1) появился потому, что десять децибел как раз и есть один бел. Таким образом, не повезло изобретателю телефона А.Г.Беллу — мало того, что единицу его имени укоротили на одну букву “л”, так еще и пользуются лишь десятыми долями.

Теперь разберемся с отношениями напряжений или токов. Вспомним из школьного курса, что мощность в линейной цепи равна:

Отсюда легко видеть, что:

а значит:

Из школьного же курса вспомним:

Из равенств (2) и (3) вытекает следующее:

Это и есть формула взаимосвязи между “белами по мощности” и “белами по напряжению” в одной и той же цепи, если в ней выполняется закон Ома. Ну, а если мы намерены пользоваться десятыми долями бела, то обе половины этого уравнения необходимо умножить на 10. Отсюда следует, что при сравнении величин напряжений (U1 и U2) или токов (I1 и l2), их соотношение в децибелах:

Полезно запомнить несколько характерных значений, приведенных в таблице.

Если напряжение на резисторе увеличить вдвое (на +6 дБ “по напряжению”), то и протекающий через него ток увеличится вдвое (на +6 дБ “по току”), а мощность, выделяемая этим резистором, станет вчетверо больше—опять-таки на +6 дБ (“по мощности”). Чтобы уменьшить мощность в 10 раз (-10 дБ), нужно снизить приложенное к резистору напряжение в 3,162 раза (-10 дБ), отчего ток по закону Ома тоже уменьшится в 3,162 раза (-10 дБ).

Поскольку мощность в линейной цепи пропорциональна квадрату напряжения или тока, численные значения соотношений их величин, выраженные в децибелах, остаются одними и теми же как при сравнении мощностей, так и при сравнении напряжений или токов:

В случае ослабления сигнала (когда отношение Р1/Р2 меньше единицы), логарифм становится отрицательным, следовательно, отрицательным становится и коэффициент передачи данной цепи, выраженный в децибелах. Для вычисления общего коэффициента передачи нескольких последовательно соединенных цепей или устройств достаточно просуммировать значения в децибелах с учетом их знаков (+) или (-). Это

намного удобнее, чем перемножать исходные значения в разах.

При вычислении коэффициента передачи различных устройств (например, усилительного каскада) во многих случаях мы имеем дело с разными входным и выходным сопротивлениями; в нелинейных цепях напряжение и ток взаимно не пропорциональны, а мощность не связана с тем и другим квадратичной зависимостью. Коэффициенты передачи таких цепей по току:

и по напряжению:

различны и в разах, и в децибелах; коэффициент передачи по мощности:

а в децибелах:

поскольку

Равенство (6) к этим случаям не относится, но по отдельности изменения или соотношения величин тока или напряжения на одном и том же линейном сопротивлении (например, на сопротивлении нагрузки нелинейного усилителя) все равно выражаются в децибелах формулами (4) и (5), а изменения уровня мощности — формулой (1).

Зачем возиться с логарифмами? Во-первых, логарифмическая шкала наиболее естественна для наших органов чувств, в частности, для слуха.

Закон логарифмической зависимости ощущений от силы воздействия сформулирован Вебером и Фехнером (обычно называется законом Вебера) — “одинаковые относительные изменения раздражающей силы вызывают одинаковые приращения слухового ощущения, т.е. слуховое ощущение пропорционально логарифму раздражающей силы”.

Практически, 1 дБ — это наименьшая ступенька изменения интенсивности звука, едва обнаруживаемая на слух, изменение на 6 дБ воспринимается на слух как хорошо заметное (но небольшое — примерно вдвое громче), на 10 дБ — значительное, а на 20 дБ—как весьма большое. Каждый балл по шкале S системы RST — это 6 дБ (или 0,6 бела), так что мы, особо не задумываясь, занимаемся логарифмированием каждый раз, когда начинаем очередную связь в эфире, передавая рапорт корреспонденту.

Во-вторых, значения величин, с которыми нередко приходится сталкиваться, в обычном исчислении бывает трудно соразмерить—скажем, 1 микровольт отличается от 1 киловольта в 1 000 000 000 раз. А в децибелах разница выражается вполне удобной величиной 180 дБ.

Мощности, которые выделятся на одном и том же сопротивлении при приложении к нему этих напряжений, будут отличаться астрономически — в 1 000 000 000 000 000 000 раз, а в децибелах — все на те же 180 дБ.

С другой стороны, если, например, сравнивать 1,03 мА и 1,37 мА, то их отличие выразится вполне заметной величиной — 2,5 дБ.

Децибелы	0	+1(-1)	+3(-3)	+6(-6)	+10(-10)	+20(-20)	+40(-40)	+60(-60)
Отношение мощностей P1/P2	1	1,26 (0,79)	2(0,5)	4(0,25)	10(0,1)	100(0,01)	104(10-4)	106(10-6)
Отношение напряжений или токов U1/U2 или I1/I2	1	1,12(0,89)	1,41(0,707)	2(0,5)	3,16(0,316)	10(0,1)	100(0,01)	1000(10-3)

Если запомнить характерные значения из таблицы, то можно очень легко пересчитывать в уме и любые другие величины отношений в децибелы и обратно. Например, 4 дБ—это (3 дБ +1 дБ).

Значит, отношение мощностей (2×1,26)= 2,52 раза или отношение напряжениий (1,41 х 1,12) =1,6 раза. Или, к примеру, отношение двух значений тока равно 17 раз, то есть (10×1,7). 10 раз по току — это 20 дБ, а 1,7 раза — между 1,41 и 2, значит, где-то около 4,5 дБ.

В сумме (20 дБ + 4,5 дБ) = 24,5 дБ. Ну, а для чисел, кратных десяти, мнемоника очевидна.

Децибелы сами по себе — это величины не физические, а абстрактные, математические, такие же относительные, как и разы. Их нельзя пощупать руками как килограмм, метр или киловольт (нет… руками его, пожалуй, не стоит щупать… Hi).

Их можно только вычислить, сравнивая реальные физические величины, и оперировать ими при расчетах.

Но если мы устанавливаем в качестве эталона 0 дБ какое-то определенное значение физической величины, например, 1 Вт или 1 мкВ, то можем и прямо измерять в децибелах относительно него уровни мощности или, соответственно, напряжения.

Обозначают такие единицы измерения теми же буквами “дБ”, но с добавлением индекса: дБВт (децибел-ватт), дБмкВ (децибел-микровольт) и т.п. Например, мощность 27 дБВт—это то же самое, что 500 Вт, а -13 дБВт — 50 мВт. Напряжение -3 дБмкВ — 0,707 мкВ, а 23 дБмкВ — 14,14 мкВ.

В акустике за 0 дБ однозначно принято пороговое звуковое давление 2-10 Па, и децибел без дополнительного индекса прямо используется в качестве единицы уровня звукового давления.

На коротких волнах, по системе оценки сигнала RST, напряжение, равное 50 мкВ, на 50-омном входе приемника (S=9), в сущности, принято за ноль децибел. Каждый балл ниже девяти — это -6 дБ (в 2 раза меньше) от этого напряжения, а если сигнал сильнее, то S-метр покажет, на сколько децибел.

Чтобы напряжение на входе приемника изменилось на 1 балл, нужно на столько же изменить мощность передатчика — на 6 дБ, то есть в 4 раза. Если получен RS 59+20 dB, то можно (и нужно бы!) смело уменьшать мощность передатчика на 30 дБ (т.е.

в 1000 раз!!!) — все равно будет слышно достаточно громко — больше чем на S=7 (с запасом +2 дБ) (конечно, если “+20” было сказано не ради красного словца.. .Hi).

Надеюсь, что теперь понятно, почему “выжимать” 250 Вт из 200-ваттного передатчика просто глупо — увеличение силы сигнала менее чем на 1 дБ вообще никто не заметит, а вот сплэттер или щелчки по всему диапазону вполне реально могут испортить настроение многим.

О чувствительности приемника и S-метра

Чувствительность приемников часто измеряют в децибел-милливаттах (дБм) или дБмВт: 1 мВт = 0 дБм.

В сущности, измерять чувствительность в единицах мощности имеет больше смысла, чем в единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело с сигналами разной формы — синусоидальными, шумовыми, шумоподобными и др.

К тому же, мы избавляемся от необходимости уточнять, каково входное сопротивление приемника, и имеем возможность сравнивать чувствительность приемников с различными входными сопротивлениями. Эффективное напряжение 50 мкВ на 50-омном входе соответствует мощности -73 дБм. Этой же мощности соответствует напряжение 61,2 мкВ на 75-омном входе.

Все это соответствует оценке S=9 сигнала по системе RST на частотах ниже 30 МГц. На УКВ за S=9 принята мощность -93 дБм (5 мкВ на 50-омном входе приемника).

Система оценки сигнала на слух по коду RST была предложена W2BSR в середине 30-х годов и с тех пор стала всемирно признанной.

Стандарт градуировки S-метров был установлен IARU в 60-х годах, но когда его принимали, похоже, что ориентировались на не очень чувствительные приемники, а может быть, и на “тугоухих” операторов… (Hi).

Впрочем, в те годы еще широко использовалась амплитудная модуляция (AM), в CW-приемниках сравнительно редко встречались хорошие узкополосные фильтры, а собственные шумы радиодеталей были побольше чем сейчас, так что чувствительность среднего любительского приемника была на порядок хуже, чем у современного.

Пороговая чувствительность порядка -130 дБм — очень высокая, но не редкая для современного КВ-приемника при узкой полосе в режиме CW (0,035 мкВ на 50-омном входе). Эта величина ниже, чем S=1 (-121 дБм) по S-метру.

При таких уровнях имеется несоответствие слуховой (по таблице значений “S”) и инструментальной (по S-метру) оценки силы сигнала — в чистом эфире, без помех, на хорошем приемнике сигнал с уровнем -125 или -130 дБм может вполне восприниматься на слух как хорошо читаемый “слабый”, или “очень слабый” т.е.

S=3 или S=2, a S-метр не будет показывать ничего. Но, по сути системы RST, если S=0, то сигнала просто не слышно совсем, a S=1 — это, по определению, “едва ощутимый сигнал”.

В тех же условиях сигнал мощностью -85 дБм может выглядеть как очень громкий (при достаточном коэффициенте усиления УНЧ приемника), но S-метр покажет не 9, а только 7 баллов — это типично, например, на 10-метровом диапазоне (впрочем, он как раз на границе KB и УКВ, где шкалы S-метров разные).

В трансиверах разных фирм стандарт IARU не очень-то соблюдается. Кроме того, чувствительность одного и того же приемника на разных диапазонах различается и может ступенчато регулироваться оператором (включением или выключением преду-силителей ВЧ и аттенюаторов), а шкала S-метра остается одна на все случаи.

Если включен аттенюатор, то следует величину его затухания прибавить к показаниям S-метра, а если включен дополнительный пре-дусилитель — то величину его усиления из показаний S-метра вычесть. Разумеется, это относится только к случаю использования для приема полноразмерных согласованных антенн.

Когда действующая высота антенны мала, или антенна не согласована со входом приемника, показания S-метра сами по себе ничего не скажут о реальном уровне сигнала в эфире.

В сущности, единственной полной и действительно объективной характеристикой уровня сигнала, создаваемого каким-либо передатчиком в точке приема, является напряженность поля, которую можно вычислить, разделив ЭДС на клеммах приемной антенны UA на ее действующую высоту hд:

Действующая высота (или действующая длина) антенны вычисляется по формуле:

т.е. зависит от длины волны l , коэффициента направленного действия D, КПД (η) антенны и ее входного сопротивления (идеальный полуволновой диполь в свободном пространстве имеет действующую длину l /π).

Поэтому, если нужно более точно охарактеризовать силу сигнала от какой-либо станции, код RST надо дополнить сведениями об используемой приемной антенне и сообщить, показания ли это S-метра или оценка сделана на слух.

В последние годы всё чаще на страницах журналов и форумах в Интернете, где обсуждают современные конструкции УМЗЧ, появляются усилители класса D с различными схемотехническими решениями. Журнал “Радио”, 2011, № 1, с. 16—19 познакомил читателей с особенностями высококачественного транзисторного усилителя класса D с автогенерацией переключательного режима и ООС с выхода фильтра.

Page 3

Источник: http://radio-hobby.org/modules/news/article.php?storyid=195

Гайд музыканта: как начать разбираться в децибелах — eHRS

Задайте самому себе вопрос… как много музыкантов на самом деле понимают, что такое децибел?

Не очень-то много, да? И это неудивительно.

Потому что на самом деле децибелы — сложное понятие.

Вы можете прочитать всё о них в университетском учебнике и ничего не понять.

Но есть и хорошие новости… для аудиозаписи всё, что вам нужно знать, — это несколько базовых моментов.

И в сегодняшнем посте я расскажу о КЛЮЧЕВЫХ вещах, которые каждый музыкант должен знать о децибелах.

Надеюсь, это будет полезно для вас.

Для начала давайте развеем стандартный миф:

ФАКТ: децибел — НЕ единица измерения громкости

Это вообще ничего не единица. Это СООТНОШЕНИЕ. Оно сравнивает одно число с другим.

И хотя в этих числах обычно измеряется уровень звука, это не всегда так. В музыке децибелы также используются для измерения напряжения и мощности оборудования.

ЕЩЁ ФАКТ: децибел — НЕЛИНЕЙНОЕ измерение

Большинство единиц измерения линейны. Например, 2 дюйма в 2 раза длиннее, чем 1 дюйм, а 4 дюйма в 2 раза длиннее, чем 2 дюйма. Если построить график из этих чисел, то их свяжет прямая линия.

Но с децибелами так не получится. Децибелы — ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ единицы измерения. Если вы не помните логарифмы из школьного курса математики, вот очень краткое их объяснение:

Когда мы имеем дело с логарифмами, каждая следующая единица экспоненциально увеличивает число. Например:

• +3 дБ = мощность х2
• +10 дБ = мощность х10
• +60 дБ = мощность х1000000

Поняли? Хорошо. Вот почему вам это нужно знать:

Как децибелы применимы к музыке и звукам

Децибелы в музыке — это измерение уровня звукового давления(УЗД). Когда мы говорим, что динамики на рок-концерте играют на 110 дБ, мы имеем в виду, что они играют на УЗД в 110 дБ.

Поскольку децибел — всего лишь соотношение, то 110 дБ на самом деле является сравнением с другим числом: 0 УЗД.

0 УЗД — обычное давление воздуха в атмосфере (20 мПа). Это считается нижним порогом слышимости и точкой отсчёта для всех звуков.

Теперь… к практическим вещам.

Полезные примеры из жизни уровней децибелов

Самый простой способ осознать, что такое децибел — измерить шумы, которые нам постоянно встречаются. Вот примеры шумов, с которыми мы все знакомы:

• Дыхание:                                        10 dB
• Шёпот:                                            20 dB
• Обычный разговор:                    40 dB
• Фоновый шум в ресторане:      60 dB
• Громкость радио/телевизора: 70 dB
• Мусорная машина:                     80 dB
• Отбойный молоток:                   100 dB
• Болевой порог:                            130 dB
• Реактивный двигатель:             150 dB

Просто, да? Хорошо. Идём дальше.

Как децибелы влияют на воспринимаемую громкость

Чтобы полностью уловить концепт децибелов, необходимо интуитивно понимать, как изменения в децибелах соотносятся с изменениями в громкости.

Буду честен… от математики у вас заболит голова. Вместо этого — простые примеры, используйте их как шпаргалку:

• +10 дБ = громкость х2
• +20 дБ = громкость х4
• +40 дБ = громкость х16

Предупреждение: Хотя эти числа могут быть полезными, они не “идеальны”. Один и тот же уровень децибелов может быть услышан на разной громкости.

Вот как:

Как частотный баланс влияет на громкость

Когда вы задумываетесь об УЗД в 60 дБ, вы представляете какой-то один уровень громкости.

Оказывается, это не так. Уровень громкости, воспринимаемый нашим мозгом, также зависит от частот, передаваемых звуком.

На равных уровнях децибелов, средние частоты (1–4 кГц) воспринимаются “громче”, чем низкие и высокие частоты.

Этот феномен, известный как кривая Флетчера-Мэнсона, мы рассмотрим в другой статье.

Следующий пункт:

Как расстояние влияет на громкость

Логично, что… чем вы дальше от источника звука, тем он мягче.

Менее очевидно, насколько. Опять же, вычисления очень сложные.

Поэтому, проще говоря, вот 2 простых примера:

• дистанция х2 = -6 дБ
• дистанция х10 = -20 дБ

Теперь, когда вы интуитивно разбираетесь в том, как децибелы измеряют уровень звука, осталось узнать одну вещь:

Как децибелы используются в записывающем оборудовании

Чаще всего в звукозаписывающей студии вы наткнётесь на децибелы в измерителях уровня…

Которые можно найти во многих устройствах: ЦЗРС, аудиоинтерфейсах и других.

у измерителя вы заметите отметку в 0 дБпш (0 дБ полной шкалы). Это — наивысший уровень сигнала, достижимый на этом оборудовании до ограничения или искажения сигнала.

Ниже — отрицательные значения дБпш, вплоть до -∞ дБпш.

В зависимости от того, кого вы спросите, люди скажут, что они настраивают оборудование для записи между -15 и -6 дБ. Думаю, -10 дБ — хороший компромисс.

Источник: https://ru.ehomerecordingstudio.com/decibels/

Уровень звука: определение шума в децибелах

Шумовое загрязнение, нежелательные или чрезмерные уровни звука могут оказывать вредное воздействие на здоровье человека и качество окружающей среды. Оно обычно возникает во многих промышленных объектах и на некоторых других рабочих местах. А также шумовое загрязнение связано с автомобильным, железнодорожным и воздушным движением и с работами на открытом воздухе.

Измерение и восприятие громкости

Звуковые волны — это колебания молекул воздуха, переносимые от источника шума к уху. Это обычно описывается, с точки зрения громкости (амплитуды) и высот (частоты) волны.

Уровень звукового давления, или SPL, измеряется в логарифмических единицах, называемых децибел (дБ). Нормальное человеческое ухо может обнаруживать тон в диапазоне от 0 дБ (порог слуха) до 140 дБ.

При этом звуки от 120 дБ до 140 дБ вызывают боль.

Какой уровень звука, например, в библиотеке? Он составляет около 35 дБ, а внутри движущегося автобуса или поезда метро — около 85. Строительные работы здания могут генерировать SPL до 105 дБ в источнике. SPL уменьшаются с удалением от предмета.

Скорость, с которой передается звуковая энергия, называется интенсивностью, пропорциональна квадрату УЗД. Из-за логарифмического характера шкалы децибел, увеличение на 10 пунктов представляет 10-кратное увеличение интенсивности звука. На 20 передает больше в 100 раз. А на 30 дБ представляет 1000-кратное увеличение интенсивности.

И с другой стороны, когда напряженность удваивается, уровень громкости звука усиливается только на 3 пункта. Например, если строительное сверло вызывает шум на 90 дБ, то два одинаковых инструмента, работающие рядом, создадут 93 дБ.

А когда два звука, которые отличаются на SPL более чем на 15 пунктов, объединяются, слабые тона маскируются (или заглушаются) громким звучанием.

Например, если на строительной площадке работает дрель на 80 дБ рядом с бульдозером на 95, совокупный уровень давления этих двух источников будет измеряться как 95. Менее интенсивный тон от компрессора не будет заметен.

Частота звуковой волны выражается в циклах в секунду, но чаще используется герц (1 cps = 1 Гц).

Барабанная перепонка человека — это очень чувствительный орган с большим динамическим диапазоном, способный обнаруживать звуки на частотах от 20 Гц (низкая высота) до примерно 20000 Гц (высокий уровень звука). Тональность человеческого голоса в обычном разговоре происходит на частотах от 250 Гц до 2000 Гц.

Точное измерение уровня звука и научное описание отличаются от большинства субъективных человеческих представлений и мнений о нем. Индивидуальные реакции человека на шум зависят как от высоты, так и от громкости.

Люди с нормальным слухом обычно воспринимают высокочастотные звуки громче, чем низкочастотные той же амплитуды.

По этой причине электронные измерители уровня шума учитывают изменения воспринимаемой громкости в зависимости от высоты тона.

Частотные фильтры в измерителях служат для согласования показаний с чувствительностью человеческого уха и относительной громкостью различных звуков. Так называемый A-взвешенный фильтр, например, обычно используется для диагностирования окружающего сообщества. Измерения SPL, сделанные с помощью этого фильтра, выражаются в A-взвешенных децибелах или дБА.

Большинство людей воспринимают и описывают увеличение значения SPL на 6–10 дБА, как удвоение «громкости». Другая система, C-взвешенная (дБС) шкала, иногда используется для уровней ударного шума, таких как стрельба, и имеет тенденцию быть более точным, чем дБА, для воспринимаемой громкости звуков с низкочастотными компонентами.

Уровни шума, как правило, меняются со временем, поэтому данные измерения представляются в виде усредненных значений для выражения общих уровней звука. Есть несколько способов сделать это. Например, результаты серии повторных измерений уровня звука могут быть представлены как L 90 = 75 дБА, что означает, что величины были равны или выше 75 дБА в течение 90 процентов времени.

Еще один блок под названием эквивалентные степени звука (L eq) могут использоваться для выражения среднего SPL за любой интересующий период, например, восьмичасовой рабочий день. (L eq — это логарифмическое, а не арифметическое значение, поэтому в общем результате преобладают громкие события.)

Единица уровня звука, называемая величиной шума “день-ночь” (DNL или L дп) учитывает тот факт, что люди более чувствительны к тону в ночное время. Так что, 10-дБА добавляется к SPL значениям, измеренных в пределах от 10 часов до 7 утра. Например, измерения DNL очень полезны для описания общей подверженности шуму самолетов.

Работа с эффектами

Шум — это больше, чем просто неприятность. При определенных уровнях и продолжительности воздействия, это может вызвать физическое повреждение барабанной перепонки и чувствительных волосковых клеток внутреннего уха, и привести к временной или постоянной потере слуха.

Она обычно не возникает при SPL ниже 80 дБА (восьмичасовые уровни влияния лучше поддерживать не больше 85).

Но у большинства людей, повторно подвергающихся воздействию более 105 дБА, в некоторой степени будет постоянная потеря слуха.

В дополнение к ней чрезмерное влияние шума может также повысить артериальное давление и частоту пульса, вызвать раздражительность, беспокойство и умственную усталость, а также нарушить сон, отдых и личное общение.

Контроль шумового загрязнения

Поэтому важно на рабочем месте и в обществе сохранять предельную тишину. Постановления и законы по борьбе с шумом, принятые на местном, региональном и национальном уровнях, могут быть эффективными для смягчения негативных последствий шумового загрязнения.

Экологический и промышленный гул регулируется в соответствии с законом о безопасности и гигиене труда и законом о борьбе с ним. В соответствии с этими актами Администрация по безопасности и гигиене труда установила критерии промышленного шума, чтобы ввести ограничения на интенсивность звукового воздействия и продолжительность, в течение которой эта напряженность может быть разрешена.

Если человек подвергается воздействию различных уровней шума в разных временных интервалах в течение дня, общее влияние или доза (D) шума получается из соотношения,

где C – фактическое время, а T – допустимое на любом уровне. При использовании этой формулы наиболее возможная суточная доза шума будет равна 1, а любое воздействие свыше непозволительно.

Максимальный уровень звука

Критерии для шума в помещении обобщены в трех наборах спецификаций, которые были получены путем сбора субъективных суждений из большой выборки людей в различных конкретных ситуациях.

Они превратились в критерии шума (NC) и кривые предпочтительных тонов (PNC), которые устанавливают пределы уровня, вносимого в окружающую среду.

Кривые NC, разработанные в 1957 году, направлены на обеспечение комфортной рабочей или жилой сферы путем определения максимально допустимого уровня звука в октавных полосах по всему аудиоспектру.

Полный набор из 11 кривых определяет критерии шума для широкого объема ситуаций. Графики PNC, разработанные в 1971 году, добавляют ограничения на низкочастотный гул и высокочастотное шипение. Следовательно, они предпочтительнее более старого стандарта NC.

Суммированные на кривых, эти критерии обеспечивают цели проектирования уровней шума для различных идей. Частью спецификации работы или среды обитания является соответствующая кривая PNC.

В случае, если уровень превышает пределы PNC, звукопоглощающие материалы могут быть введены в окружающую среду по мере необходимости для соответствия стандартам.

Низкий уровень шума может быть преодолен с помощью дополнительного поглощающего материала, такого как тяжелые драпировки или плитки в закрытых помещениях.

Где низкий уровень идентифицируемого шума может отвлекать или где конфиденциальность разговоров в смежных офисах и приемные могут быть важны, нежелательные звуки могут быть замаскированы.

Небольшой источник белого шума, такой как статический воздух, размещенный в комнате, может маскировать разговор из соседних кабинетов, не будучи смертельным уровнем звука для ушей людей, работающих поблизости.

Этот тип устройства часто используется в кабинетах врачей и других специалистов. Иной метод снижения уровня шума — использование средств защиты органов слуха, которые надеваются на уши так же, как наушники. Применяя имеющиеся в продаже защитные приспособления, можно добиться снижения уровня тона в диапазоне обычно от 10 дБ при 100 Гц до более 30 дБ для частот выше 1 тыс. Гц.

Определить уровень звука

Ограничения наружного шума также важны для комфорта человека. Строительство здания обеспечит некоторую защиту от внешних звуков, если дом соответствует минимальным стандартам и если уровень шума находится в допустимых пределах.

Эти ограничения обычно указываются для определенных периодов дня, например, в светлое время суток, в вечерние часы и ночью во время сна. Из-за преломления в атмосфере, вызванного инверсией температуры в ночное время, относительно громкие звуки могут издаваться от довольно отдаленного шоссе, аэропорта или железной дороги.

Одним из интересных методов контроля шума является возведение шумовых барьеров вдоль трассы, отделяющих ее от прилегающих жилых районов. Эффективность таких сооружений ограничена дифракцией звука больше на низких частотах, которые преобладают на дорогах и присущи большим транспортным средствам.

Чтобы быть эффективными, они должны находиться как можно ближе к источнику или наблюдателю шума, тем самым максимизируя дифракцию, необходимую для того, чтобы звук достиг наблюдателя.

Другое требование для этого типа барьера состоит в том, что он также должен ограничивать количество уровней звука, чтобы добиться значительного снижения шума.

Определение и примеры

Децибел (дБ) используется для измерения уровня звука, но он также широко применяется в электронике, сигналах и связи. ДБ — логарифмический способ описания касательства.

Отношение может проявляться, как мощность, звуковое давление, напряжение или интенсивность, или несколько других вещей. Позже мы связываем дБ с телефоном и звуком (в связи с громкостью).

Но сначала, чтобы получить представление о логарифмических выражениях, давайте посмотрим на некоторые цифры.

Например, можно предположить, что есть два динамика, первый из которых воспроизводит звук с силой P 1, а другой — более громкую версию того же тона с мощностью P 2, но все остальное (как далеко, частота) остается неизменным.

Разница в децибелах между ними определяется как

10 log (P 2 / P 1) дБ, где log для базы 10.

Если второе производит в два раза больше энергии, чем первое, разница в дБ

10 log (P 2 / P 1) = 10 log 2 = 3 дБ,

как показано на графике, который отображает 10 log (P 2 / P 1) против P 2 / P 1. Для продолжения примера, если у второго в 10 раз больше мощности первого, разница в дБ будет:

10 log (P 2 / P 1) = 10 log 10 = 10 дБ.

Если второе имело такую же силу в миллион раз, разница в дБ была бы

10 log (P 2 / P 1) = 10 log 1 000 000 = 60 дБ.

В этом примере показана одна особенность шкал децибел, которая полезна при обсуждении звука. Они могут описывать очень большие отношения, используя числа скромного размера.

Но необходимо обратить внимание, что децибел изображает соотношение. То есть не будет сказано, какую мощность излучает какой-либо из динамиков, только из разности.

И также стоит обратить внимание на коэффициент 10 в определении, который обозначает деци в децибелах.

Акустическое давление и дБ

Частота обычно измеряется с помощью микрофонов, и они реагируют (приблизительно) пропорционально давлению, с. Теперь мощность звуковой волны при прочих одинаковых условиях равна квадрату напора.

Точно так же, электрическая мощность в резисторе идет как перемноженное напряжение. Логарифм квадрата равен всего 2 log x, поэтому при преобразовании давления в децибелы вводится коэффициент 2.

Следовательно, разница в степени акустического напора между двумя уровнями звуков с p 1 и p 2 составляет:

20 log (p 2 / p 1) дБ = 10 log (p 2 2 / p 1 2) дБ = 10 log (P 2 / P 1) дБ.

Что происходит, когда происходит уменьшение мощности звука вдвое?

Логарифм 2 равен 0,3, поэтому 1/2 – 0,3. Таким образом, если мощность будет уменьшена в 2 раза, то уровень звука сократится на 3 дБ. И если еще раз сделать такую операцию, то акустика еще на 3 дБ понизится.

Размер децибела

Выше можно заметить, что уменьшение мощности вдвое снижает давление на корень 2 и уровень громкости звука на 3 дБ.

Первый образец — это белый шум (смесь всех слышимых частот). Второй образец — это тот же тон с напряжением, уменьшенным на коэффициент корня квадратного из 2.

Его обратное значение составляет примерно 0,7, поэтому 3 дБ соответствует снижению напряжения или давления до 70%. Зеленая линия показывает насадку, как функцию времени. Красная же очерчивает непрерывный экспоненциальный спад.

Стоит обратить внимание, что напряжение падает на 50% для каждого второго образца.

Звуковые файлы и флеш-анимация Джона Танна и Джорджа Хацидимитриса.

Насколько велик децибел?

В следующих сериях последовательные выборки уменьшаются всего на один пункт.

Что делать, если разница меньше, чем децибел?

Уровни звука редко даются с десятичными знаками. Причина в том, что те, что отличаются менее чем на 1 дБ, трудно различить.

И также можно заметить, что последний пример тише первого, но трудно увидеть разницу между последовательными парами. 10 * log 10 (1,07) = 0,3. Поэтому для увеличения уровня звука на 0,3 дБ необходимо усилить мощность на 7% или напряжение на 3,5%.

Источник: https://FB.ru/article/456593/uroven-zvuka-opredelenie-shuma-v-detsibelah