Лагарыфмічная адзінка, якая вымярае ўзровень гукавога ціску

дБ SPL (узровень гукавога ціску) вымярае гукавы ціск адносна 20 мкПа, парога чалавечага слыху. Лагарыфмічная шкала азначае, што +10 дБ = павелічэнне ціску ў 10 разоў, +20 дБ = павелічэнне ціску ў 100 разоў, але ўспрыманая гучнасць павялічваецца толькі ў 2 разы з-за нелінейнасці чалавечага слыху.

Прыклад: Размова на ўзроўні 60 дБ мае ціск у 1000 разоў большы за парог слыху ў 0 дБ, але суб'ектыўна гучыць толькі ў 16 разоў гучней.

Фізічная сіла на адзінку плошчы, якую аказваюць гукавыя хвалі

Гукавы ціск — гэта імгненнае змяненне ціску, выкліканае гукавой хваляй, і вымяраецца ў паскалях (Па). Ён вагаецца ад 20 мкПа (ледзь чутна) да 200 Па (балюча гучна). Для бесперапынных гукаў звычайна паведамляецца сярэднеквадратычны (RMS) ціск.

Прыклад: Звычайная гаворка стварае ціск 0,02 Па (63 дБ). Рок-канцэрт дасягае 2 Па (100 дБ) — ціск у 100 разоў вышэй, але ўспрымаецца толькі ў 6 разоў гучней.

Акустычная магутнасць на адзінку плошчы

Інтэнсіўнасць гуку вымярае паток акустычнай энергіі праз паверхню ў ватах на квадратны метр. Яна звязана з квадратам ціску і з'яўляецца фундаментальнай для разліку гукавой магутнасці. Парог слыху складае 10⁻¹² Вт/м², у той час як рэактыўны рухавік стварае 1 Вт/м² на блізкай адлегласці.

Прыклад: Шэпт мае інтэнсіўнасць 10⁻¹⁰ Вт/м² (20 дБ). Парог болю складае 1 Вт/м² (120 дБ) — у трыльён разоў больш інтэнсіўна.

Вынаходніцтва фанографа

Томас Эдысан вынаходзіць фанограф, што дазваляе рабіць першыя запісы і прайграванне гуку, выклікаючы цікавасць да колькаснай ацэнкі ўзроўняў гуку.

Увядзенне дэцыбела

Лабараторыі Bell Telephone уводзяць дэцыбел для вымярэння страт перадачы ў тэлефонных кабелях. Названы ў гонар Аляксандра Грэма Бэла, ён хутка становіцца стандартам для вымярэння гуку.

Крывыя Флетчара-Мансана

Харві Флетчар і Уілдэн А. Мансан публікуюць контуры роўнай гучнасці, якія паказваюць залежную ад частоты адчувальнасць слыху, заклаўшы аснову для ўзважвання A і шкалы фонаў.

Шумамер

Распрацаваны першы камерцыйны шумамер, які стандартызаваў вымярэнне шуму для прамысловых і экалагічных прымяненняў.

Стандартызацыя шкалы сонаў

Стэнлі Сміт Стывенс афармляе шкалу сонаў (ISO 532), забяспечваючы лінейную меру ўспрыманай гучнасці, дзе падваенне сонаў = падваенне ўспрыманай гучнасці.

Стандарты OSHA

Упраўленне па ахове працы ЗША ўстанаўлівае межы ўздзеяння шуму (85-90 дБ TWA), што робіць вымярэнне гуку крытычна важным для бяспекі на працоўным месцы.

Перагляд ISO 226

Абноўленыя контуры роўнай гучнасці, заснаваныя на сучасных даследаваннях, удакладняючы вымярэнні ў фонах і дакладнасць узважвання A на розных частотах.

Стандарты лічбавага аўдыё

LUFS (адзінкі гучнасці адносна поўнай шкалы) стандартызаваны для вяшчання і стрымінгу, замяніўшы вымярэнні толькі пікавых значэнняў вымярэннем гучнасці на аснове ўспрымання.

• **+3 дБ = падваенне магутнасці** (ледзь прыкметна для большасці людзей)
• **+6 дБ = падваенне ціску** (закон адваротных квадратаў, памяншэнне адлегласці ўдвая)
• **+10 дБ ≈ у 2 разы гучней** (успрыманая гучнасць падвойваецца)
• **+20 дБ = ціск у 10 разоў** (дзве дэкады на лагарыфмічнай шкале)
• **60 дБ SPL ≈ звычайная размова** (на адлегласці 1 метра)
• **85 дБ = 8-гадзінны ліміт OSHA** (парог для выкарыстання сродкаў абароны слыху)
• **120 дБ = парог болю** (неадкладны дыскамфорт)

• **Роўныя крыніцы:** 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ (а не 160!)
• **Розніца ў 10 дБ:** 90 дБ + 80 дБ ≈ 90,4 дБ (цішэйшая крыніца амаль не мае значэння)
• **Розніца ў 20 дБ:** 90 дБ + 70 дБ ≈ 90,04 дБ (нязначны ўклад)
• **Падваенне крыніц:** N роўных крыніц = арыгінал + 10×log₁₀(N) дБ
• **10 роўных крыніц па 80 дБ = 90 дБ усяго** (а не 800 дБ!)

• **0 дБ SPL** = 20 мкПа = парог чутнасці
• **20 дБ** = шэпт, ціхая бібліятэка
• **60 дБ** = звычайная размова, офіс
• **85 дБ** = інтэнсіўны дарожны рух, рызыка для слыху
• **100 дБ** = начны клуб, бензапіла
• **120 дБ** = рок-канцэрт, гром
• **140 дБ** = стрэл, рэактыўны рухавік побач
• **194 дБ** = тэарэтычны максімум у атмасферы

• **Ніколі не складайце дБ арыфметычна** — выкарыстоўвайце лагарыфмічныя формулы складання
• **dBA ≠ дБ SPL** — узважванне A памяншае басы, прамое пераўтварэнне немагчыма
• **Падваенне адлегласці** ≠ палова ўзроўню (гэта -6 дБ, а не -50%)
• **3 дБ ледзь прыкметна,** а не ў 3 разы гучней — успрыманне лагарыфмічнае
• **0 дБ ≠ цішыня** — гэта апорная кропка (20 мкПа), можа быць адмоўным
• **фон ≠ дБ**, за выключэннем 1 кГц — роўная гучнасць залежыць ад частоты

Тры прычыны робяць лагарыфмічнае вымярэнне неабходным:

• Чалавечае ўспрыманне: Вушы рэагуюць лагарыфмічна — падваенне ціску гучыць як +6 дБ, а не ў 2 разы гучней
• Сцісканне дыяпазону: 0-140 дБ у параўнанні з 20 мкПа - 200 Па (непрактычна для штодзённага выкарыстання)
• Множанне становіцца складаннем: Камбінаванне крыніц гуку выкарыстоўвае простае складанне
• Натуральнае маштабаванне: Множнікі 10 становяцца роўнымі крокамі (20 дБ, 30 дБ, 40 дБ...)

Лагарыфмічная шкала неінтуітыўная. Пазбягайце гэтых памылак:

• 60 дБ + 60 дБ = 63 дБ (а не 120 дБ!) — лагарыфмічнае складанне
• 90 дБ - 80 дБ ≠ розніца ў 10 дБ — адніміце значэнні, потым знайдзіце антылагарыфм
• Падваенне адлегласці змяншае ўзровень на 6 дБ (а не на 50%)
• Змяншэнне магутнасці ўдвая = -3 дБ (а не -50%)
• Павелічэнне на 3 дБ = магутнасць у 2 разы (ледзь прыкметна), 10 дБ = гучнасць у 2 разы (выразна чутна)

Асноўныя ўраўненні для разліку ўзроўню гуку:

• Ціск: дБ SPL = 20 × log₁₀(P / 20мкПа)
• Інтэнсіўнасць: дБ IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²Вт/м²)
• Магутнасць: дБ SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²Вт)
• Складанне роўных крыніц: L_total = L + 10×log₁₀(n), дзе n = колькасць крыніц
• Закон адлегласці: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) для кропкавых крыніц

Вы не можаце складаць дэцыбелы арыфметычна. Выкарыстоўвайце лагарыфмічнае складанне:

• Дзве роўныя крыніцы: L_total = L_single + 3 дБ (напр., 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ)
• Дзесяць роўных крыніц: L_total = L_single + 10 дБ
• Розныя ўзроўні: Пераўтварыце ў лінейную шкалу, складзіце, пераўтварыце назад (складана)
• Правіла вялікага пальца: Даданне крыніц з розніцай у 10+ дБ амаль не павялічвае агульны ўзровень (<0.5 дБ)
• Прыклад: машына 90 дБ + фонавы шум 70 дБ = 90,04 дБ (ледзь прыкметна)

Адзінка ўзроўню гучнасці, аднесеная да 1 кГц

Значэнні ў фонах адпавядаюць контурам роўнай гучнасці (ISO 226:2003). Гук з узроўнем N фонаў мае такую ж успрыманую гучнасць, як і гук з узроўнем N дБ SPL на частаце 1 кГц. На частаце 1 кГц фон = дБ SPL. На іншых частотах яны значна адрозніваюцца з-за адчувальнасці вуха.

• Апора на 1 кГц: 60 фонаў = 60 дБ SPL на 1 кГц (па вызначэнні)
• 100 Гц: 60 фонаў ≈ 70 дБ SPL (+10 дБ неабходна для роўнай гучнасці)
• 50 Гц: 60 фонаў ≈ 80 дБ SPL (+20 дБ неабходна — бас гучыць цішэй)
• 4 кГц: 60 фонаў ≈ 55 дБ SPL (-5 дБ — пік адчувальнасці вуха)
• Прымяненне: Аўдыё эквалайзеры, каліброўка слыхавых апаратаў, ацэнка якасці гуку
• Абмежаванне: Залежыць ад частоты; патрабуе чыстых тонаў або спектральнага аналізу

Лінейная адзінка суб'ектыўнай гучнасці

Соны колькасна ацэньваюць успрыманую гучнасць лінейна: 2 соны гучаць удвая гучней, чым 1 сон. Вызначаецца паводле закона Стывенса, 1 сон = 40 фонаў. Падваенне сонаў = +10 фонаў = +10 дБ на частаце 1 кГц.

• 1 сон = 40 фонаў = 40 дБ SPL на 1 кГц (вызначэнне)
• Падваенне: 2 соны = 50 фонаў, 4 соны = 60 фонаў, 8 сонаў = 70 фонаў
• Закон Стывенса: Успрыманая гучнасць ∝ (інтэнсіўнасць)^0.3 для гукаў сярэдняга ўзроўню
• Рэальны свет: Размова (1 сон), пыласос (4 соны), бензапіла (64 соны)
• Прымяненне: Рэйтынгі шуму прадуктаў, параўнанне бытавой тэхнікі, суб'ектыўная ацэнка
• Перавага: Інтуітыўна зразумела — 4 соны літаральна гучаць у 4 разы гучней, чым 1 сон

Прафесійнае аўдыё шырока выкарыстоўвае дБ для ўзроўняў сігналу, мікшавання і майстарынгу:

• 0 dBFS (поўная шкала): Максімальны лічбавы ўзровень перад абрэзкай
• Мікшаванне: Мэтавы пік ад -6 да -3 dBFS, RMS ад -12 да -9 dBFS для запасу
• Майстарынг: -14 LUFS (адзінкі гучнасці) для стрымінгу, -9 LUFS для радыё
• Суадносіны сігнал/шум: >90 дБ для прафесійнага абсталявання, >100 дБ для аўдыяфілаў
• Дынамічны дыяпазон: Класічная музыка 60+ дБ, поп-музыка 6-12 дБ (вайна гучнасці)
• Акустыка памяшканняў: Час рэверберацыі RT60, кропкі спаду -3 дБ супраць -6 дБ

Межы ўздзеяння шуму на працоўным месцы прадухіляюць страту слыху:

• OSHA: 85 дБ = 8-гадзінны TWA (сярэднеўзважаны па часе) узровень дзеяння
• 90 дБ: максімальнае ўздзеянне 8 гадзін без аховы
• 95 дБ: максімум 4 гадзіны, 100 дБ: максімум 2 гадзіны, 105 дБ: максімум 1 гадзіна (правіла палавінення)
• 115 дБ: максімум 15 хвілін без аховы
• 140 дБ: Непасрэдная небяспека — абарона слыху абавязковая
• Дазіметрыя: Адсочванне сумарнага ўздзеяння з дапамогай дазіметраў шуму

Экалагічныя нормы абараняюць здароўе насельніцтва і якасць жыцця:

• Рэкамендацыі СААЗ: <55 дБ днём, <40 дБ ноччу на адкрытым паветры
• EPA: Ldn (сярэднясутачны дзень-ноч) <70 дБ для прадухілення страты слыху
• Авіяцыя: FAA патрабуе контуры шуму для аэрапортаў (ліміт 65 дБ DNL)
• Будаўніцтва: Мясцовыя ліміты звычайна 80-90 дБ на мяжы ўчастка
• Транспарт: Шумаахоўныя экраны на шашы накіраваны на зніжэнне на 10-15 дБ
• Вымярэнне: узважванне dBA набліжана адпавядае рэакцыі чалавека на раздражненне

Акустычнае праектаванне патрабуе дакладнага кантролю ўзроўню гуку:

• Разборлівасць маўлення: Мэта 65-70 дБ у слухача, <35 дБ фонавага шуму
• Канцэртныя залы: пік 80-95 дБ, час рэверберацыі 2-2,5 с
• Студыі гуказапісу: NC 15-20 (крывыя крытэрыяў шуму), <25 дБ навакольнага шуму
• Класы: <35 дБ фонавага шуму, суадносіны маўленне/шум 15+ дБ
• Рэйтынгі STC: Клас гукаперадачы (эфектыўнасць ізаляцыі сцен)
• NRC: Каэфіцыент шумапаглынання для паглынальных матэрыялаў

• Выкарыстоўвайце адкалібраваныя шумамеры класа 1 або 2 (IEC 61672)
• Калібруйце перад кожнай сесіяй з дапамогай акустычнага калібратара (94 або 114 дБ)
• Размяшчайце мікрафон удалечыні ад адлюстроўваючых паверхняў (тыповая вышыня 1,2-1,5 м)
• Выкарыстоўвайце павольны водгук (1с) для стабільных гукаў, хуткі (125мс) — для зменлівых
• Выкарыстоўвайце ветраахову на адкрытым паветры (шум ветру пачынаецца з 12 міль/гадзіну / 5 м/с)
• Запісвайце на працягу 15+ хвілін, каб зафіксаваць часовыя варыяцыі

• Узважванне А (dBA): Агульнае прызначэнне, экалагічны, прамысловы шум
• Узважванне С (dBC): Вымярэнне пікавых значэнняў, ацэнка нізкіх частот
• Узважванне Z (dBZ): Плоская характарыстыка для поўнага спектральнага аналізу
• Ніколі не пераўтварайце dBA ↔ dBC — залежыць ад частотнага зместу
• Узважванне А набліжана адпавядае контуру 40 фонаў (умераная гучнасць)
• Выкарыстоўвайце аналіз у актаўных палосах для дэталёвай інфармацыі аб частотах

• Заўсёды ўказвайце: дБ SPL, dBA, dBC, dBZ (ніколі проста 'дБ')
• Паведамляйце пра часовае ўзважванне: хуткае, павольнае, імпульснае
• Уключайце адлегласць, вышыню вымярэння і арыентацыю
• Адзначайце ўзроўні фонавага шуму асобна
• Паведамляйце Leq (эквівалентны бесперапынны ўзровень) для зменлівых гукаў
• Уключайце нявызначанасць вымярэння (звычайна ±1-2 дБ)

• 85 дБ: Разгледзьце магчымасць выкарыстання аховы пры працяглым уздзеянні (>8 гадзін)
• 90 дБ: Абавязковая ахова пасля 8 гадзін (OSHA)
• 100 дБ: Выкарыстоўвайце ахову пасля 2 гадзін
• 110 дБ: Абараняйцеся пасля 30 хвілін, падвойная ахова вышэй за 115 дБ
• Вушныя затычкі: зніжэнне на 15-30 дБ, навушнікі: 20-35 дБ
• Ніколі не перавышайце 140 дБ нават з аховай — рызыка фізічнай траўмы

Сінія кіты выдаюць гукі да 188 дБ SPL пад вадой — самы гучны біялагічны гук на Зямлі. Гэтыя нізкачастотныя гукі (15-20 Гц) могуць перамяшчацца на сотні міль праз акіян, дазваляючы кітам мець зносіны на вялікіх адлегласцях.

Самы ціхі пакой у свеце (Microsoft, Рэдманд) мае ўзровень -20,6 дБ SPL — цішэй за парог слыху. Людзі могуць чуць уласнае сэрцабіцце, цыркуляцыю крыві і нават бурчанне ў страўніку. Ніхто не заставаўся там больш за 45 хвілін з-за дэзарыентацыі.

Самы гучны гук у запісанай гісторыі: 310 дБ SPL у крыніцы, чутны на адлегласці 3000 міль. Хваля ціску абмінула Зямлю 4 разы. Маракі на адлегласці 40 міль атрымалі разрывы барабанных перапонак. Такая інтэнсіўнасць не можа існаваць у звычайнай атмасферы — яна стварае ўдарныя хвалі.

194 дБ SPL — тэарэтычны максімум у атмасферы Зямлі на ўзроўні мора — пасля гэтага ствараецца ўдарная хваля (выбух), а не гукавая хваля. Пры 194 дБ разрэджанне роўнае вакууму (0 Па), таму гук становіцца перарывістым.

Сабакі чуюць у дыяпазоне 67-45 000 Гц (у параўнанні з людзьмі 20-20 000 Гц) і выяўляюць гукі на адлегласці ў 4 разы большай. Іх слыхавая адчувальнасць дасягае піку каля 8 кГц — на 10 дБ больш адчувальная, чым у людзей. Вось чаму працуюць сабачыя свісткі: 23-54 кГц, нечутныя для людзей.

Кінатэатры нацэльваюцца на сярэдні ўзровень 85 дБ SPL (Leq) з пікамі 105 дБ (спецыфікацыя Dolby). Гэта на 20 дБ гучней, чым пры праглядзе дома. Пашыраны нізкачастотны водгук: сабвуферы 20 Гц дазваляюць ствараць рэалістычныя выбухі і ўдары — хатнія сістэмы звычайна абмяжоўваюцца 40-50 Гц.

dBA прымяняе частотна-залежнае ўзважванне, якое аслабляе нізкія частоты. Тон 100 Гц з узроўнем 80 дБ SPL вымяраецца як ~70 dBA (узважванне -10 дБ), у той час як 1 кГц з узроўнем 80 дБ SPL вымяраецца як 80 dBA (без узважвання). Без ведання частотнага спектру пераўтварэнне немагчыма. Вам спатрэбіцца аналіз БПФ і прымяненне зваротнай крывой узважвання А.

+3 дБ = падваенне магутнасці або інтэнсіўнасці, але толькі павелічэнне ціску ў 1,4 разы. Чалавечае ўспрыманне падпарадкоўваецца лагарыфмічнай рэакцыі: павелічэнне на 10 дБ гучыць прыкладна ў 2 разы гучней. 3 дБ — гэта самая маленькая змена, якую большасць людзей заўважае ў кантраляваных умовах; у рэальных умовах патрабуецца 5+ дБ.

Вы не можаце складаць дэцыбелы арыфметычна. Для роўных узроўняў: L_total = L + 3 дБ. Для розных узроўняў: пераўтварыце ў лінейную шкалу (10^(дБ/10)), складзіце, пераўтварыце назад (10×log₁₀). Прыклад: 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ (а не 160 дБ!). Правіла вялікага пальца: крыніца на 10+ дБ цішэйшая ўносіць <0,5 дБ у агульны вынік.

дБ SPL: Неўзважаны ўзровень гукавога ціску. dBA: Узважаны па крывой А (набліжана адпавядае слыху чалавека, аслабляе басы). dBC: Узважаны па крывой С (амаль плоскі, мінімальная фільтрацыя). Выкарыстоўвайце dBA для агульнага шуму, экалагічнага, прамысловага. Выкарыстоўвайце dBC для вымярэння пікавых значэнняў і ацэнкі нізкіх частот. Яны вымяраюць адзін і той жа гук па-рознаму — прамога пераўтварэння няма.

Гук падпарадкоўваецца закону адваротных квадратаў: падваенне адлегласці змяншае інтэнсіўнасць у ¼ (а не ў ½). У дБ: кожнае падваенне адлегласці = -6 дБ. Прыклад: 90 дБ на 1м становіцца 84 дБ на 2м, 78 дБ на 4м, 72 дБ на 8м. Гэта мяркуе кропкавую крыніцу ў свабодным полі — у памяшканнях ёсць адлюстраванні, якія ўскладняюць гэта.

Так! 0 дБ SPL — гэта апорная кропка (20 мкПа), а не цішыня. Адмоўныя дБ азначаюць цішэй, чым апорны ўзровень. Прыклад: -10 дБ SPL = 6,3 мкПа. Безэхавыя камеры вымяраюць да -20 дБ. Аднак цеплавы шум (рух малекул) усталёўвае абсалютны ліміт каля -23 дБ пры пакаёвай тэмпературы.

Дакладнасць і каліброўка. Шумамеры класа 1 адпавядаюць стандарту IEC 61672 (±0,7 дБ, 10 Гц - 20 кГц). Танныя шумамеры: хібнасць ±2-5 дБ, дрэнны водгук на нізкіх/высокіх частотах, без каліброўкі. Прафесійнае выкарыстанне патрабуе адсочваемай каліброўкі, запісу, актаўнага аналізу і даўгавечнасці. Заканадаўчая/OSHA адпаведнасць патрабуе сертыфікаванага абсталявання.

На 1 кГц: фон = дБ SPL дакладна (па вызначэнні). На іншых частотах: яны разыходзяцца з-за адчувальнасці вуха. Прыклад: 60 фонаў патрабуе 60 дБ на 1 кГц, але 70 дБ на 100 Гц (+10 дБ) і 55 дБ на 4 кГц (-5 дБ). Фон улічвае контуры роўнай гучнасці, а дБ — не.