Логаритмична единица, измерваща нивото на звуково налягане

dB SPL (ниво на звуково налягане) измерва звуковото налягане спрямо 20 µPa, прага на човешкия слух. Логаритмичната скала означава, че +10 dB = 10 пъти увеличение на налягането, +20 dB = 100 пъти увеличение на налягането, но само 2 пъти по-висока възприемана сила на звука поради нелинейността на човешкия слух.

Пример: Разговор при 60 dB има 1000 пъти по-голямо налягане от прага на чуваемост при 0 dB, но звучи само 16 пъти по-силно субективно.

Физическа сила на единица площ, упражнявана от звуковите вълни

Звуковото налягане е моментната промяна в налягането, причинена от звукова вълна, и се измерва в паскали (Pa). То варира от 20 µPa (едва чуваемо) до 200 Pa (болезнено силно). Обикновено за непрекъснати звуци се отчита RMS (средноквадратичното) налягане.

Пример: Нормалната реч създава 0,02 Pa (63 dB). Рок концерт достига 2 Pa (100 dB) — 100 пъти по-високо налягане, но само 6 пъти по-силно възприемано.

Акустична мощност на единица площ

Интензитетът на звука измерва потока на акустична енергия през повърхност, във ватове на квадратен метър. Той е свързан с квадрата на налягането и е фундаментален при изчисляването на звуковата мощност. Прагът на чуваемост е 10⁻¹² W/m², докато реактивен двигател произвежда 1 W/m² от близко разстояние.

Пример: Шепотът има интензитет 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). Прагът на болката е 1 W/m² (120 dB) — един трилион пъти по-интензивен.

Изобретяване на фонографа

Томас Едисон изобретява фонографа, който позволява първите записи и възпроизвеждане на звук, предизвиквайки интерес към количественото определяне на аудио нивата.

Въвеждане на децибела

Лабораториите на Bell Telephone въвеждат децибела за измерване на загубите при предаване в телефонните кабели. Наречен на Александър Греъм Бел, той бързо се превръща в стандарт за измерване на аудио.

Криви на Флетчър-Мънсън

Харви Флетчър и Уайлдън А. Мънсън публикуват контури на равна сила на звука, показващи зависимата от честотата чувствителност на слуха, полагайки основите за A-претеглянето и скалата на фона.

Шумомер

Разработен е първият търговски шумомер, който стандартизира измерването на шума за промишлени и екологични приложения.

Стандартизиране на скалата на сона

Стенли Смит Стивънс формализира скалата на сона (ISO 532), предоставяйки линейна мярка за възприеманата сила на звука, където удвояването на соновете = удвояване на възприеманата сила на звука.

Стандарти на OSHA

Американската администрация по безопасност и здраве при работа (OSHA) установява ограничения за излагане на шум (85-90 dB TWA), което прави измерването на звука критично за безопасността на работното място.

Ревизия на ISO 226

Актуализирани контури на равна сила на звука, базирани на съвременни изследвания, усъвършенстващи измерванията на фона и точността на A-претеглянето в различните честоти.

Стандарти за цифрово аудио

LUFS (единици за сила на звука спрямо пълната скала) са стандартизирани за излъчване и стрийминг, заменяйки измерванията само на пикови стойности с измерване на силата на звука, базирано на възприятието.

• **+3 dB = удвояване на мощността** (едва забележимо за повечето хора)
• **+6 dB = удвояване на налягането** (закон на обратните квадрати, намаляване на разстоянието наполовина)
• **+10 dB ≈ 2 пъти по-силно** (възприеманата сила на звука се удвоява)
• **+20 dB = 10 пъти по-голямо налягане** (две десетилетия на логаритмична скала)
• **60 dB SPL ≈ нормален разговор** (на разстояние 1 метър)
• **85 dB = 8-часов лимит на OSHA** (праг за защита на слуха)
• **120 dB = праг на болката** (незабавен дискомфорт)

• **Еднакви източници:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (не 160!)
• **Разлика от 10 dB:** 90 dB + 80 dB ≈ 90,4 dB (по-тихият източник почти не влияе)
• **Разлика от 20 dB:** 90 dB + 70 dB ≈ 90,04 dB (незначителен принос)
• **Удвояване на източниците:** N еднакви източника = оригинал + 10×log₁₀(N) dB
• **10 еднакви източника по 80 dB = 90 dB общо** (не 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = праг на чуваемост
• **20 dB** = шепот, тиха библиотека
• **60 dB** = нормален разговор, офис
• **85 dB** = интензивен трафик, риск за слуха
• **100 dB** = нощен клуб, моторен трион
• **120 dB** = рок концерт, гръмотевица
• **140 dB** = изстрел, реактивен двигател наблизо
• **194 dB** = теоретичен максимум в атмосферата

• **Никога не събирайте dB аритметично** — използвайте логаритмични формули за събиране
• **dBA ≠ dB SPL** — A-претеглянето намалява басите, директно преобразуване не е възможно
• **Удвояването на разстоянието** ≠ половината от нивото (това е -6 dB, не -50%)
• **3 dB е едва забележимо,** не 3 пъти по-силно — възприятието е логаритмично
• **0 dB ≠ тишина** — това е отправната точка (20 µPa), може да бъде отрицателна
• **фон ≠ dB**, освен при 1 kHz — равна сила на звука, зависима от честотата

Три причини правят логаритмичното измерване съществено:

• Човешко възприятие: Ушите реагират логаритмично — удвояването на налягането звучи като +6 dB, а не като 2 пъти по-силно
• Компресия на диапазона: 0-140 dB спрямо 20 µPa - 200 Pa (непрактично за ежедневна употреба)
• Умножението се превръща в събиране: Комбинирането на звукови източници използва просто събиране
• Естествено мащабиране: Факторите от 10 се превръщат в равни стъпки (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Логаритмичната скала е неинтуитивна. Избягвайте тези грешки:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (не 120 dB!) — логаритмично събиране
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB разлика — извадете стойностите, след това антилогаритмувайте
• Удвояването на разстоянието намалява нивото с 6 dB (не с 50%)
• Намаляването на мощността наполовина = -3 dB (не -50%)
• Увеличение от 3 dB = 2 пъти по-голяма мощност (едва забележимо), 10 dB = 2 пъти по-голяма сила на звука (ясно чуваемо)

Основни уравнения за изчисления на нивото на звука:

• Налягане: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Интензитет: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Мощност: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Комбиниране на еднакви източници: L_total = L + 10×log₁₀(n), където n = брой на източниците
• Закон за разстоянието: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) за точкови източници

Не можете да събирате децибели аритметично. Използвайте логаритмично събиране:

• Два еднакви източника: L_total = L_single + 3 dB (напр., 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Десет еднакви източника: L_total = L_single + 10 dB
• Различни нива: Преобразувайте в линейна скала, съберете, преобразувайте обратно (сложно)
• Практическо правило: Добавянето на източници с разлика от 10+ dB едва увеличава общото ниво (<0.5 dB)
• Пример: машина с 90 dB + фонов шум от 70 dB = 90,04 dB (едва забележимо)

Единица за ниво на сила на звука, отнесена към 1 kHz

Стойностите на фона следват контурите на равна сила на звука (ISO 226:2003). Звук с N фона има същата възприемана сила на звука като N dB SPL при 1 kHz. При 1 kHz, фон = dB SPL точно. При други честоти те се различават драстично поради чувствителността на ухото.

• Референция 1 kHz: 60 фона = 60 dB SPL при 1 kHz (по дефиниция)
• 100 Hz: 60 фона ≈ 70 dB SPL (+10 dB са необходими за равна сила на звука)
• 50 Hz: 60 фона ≈ 80 dB SPL (+20 dB са необходими — басите звучат по-тихо)
• 4 kHz: 60 фона ≈ 55 dB SPL (-5 dB — пикова чувствителност на ухото)
• Приложение: Аудио еквалайзери, калибриране на слухови апарати, оценка на качеството на звука
• Ограничение: Зависи от честотата; изисква чисти тонове или спектрален анализ

Линейна единица за субективна сила на звука

Соновете количествено определят възприеманата сила на звука линейно: 2 сона звучат два пъти по-силно от 1 сон. Дефиниран от закона на Стивънс за мощността, 1 сон = 40 фона. Удвояването на соновете = +10 фона = +10 dB при 1 kHz.

• 1 сон = 40 фона = 40 dB SPL при 1 kHz (дефиниция)
• Удвояване: 2 сона = 50 фона, 4 сона = 60 фона, 8 сона = 70 фона
• Закон на Стивънс: Възприеманата сила на звука ∝ (интензитет)^0.3 за звуци на средно ниво
• Реален свят: Разговор (1 сон), прахосмукачка (4 сона), моторен трион (64 сона)
• Приложение: Оценки на шума на продукти, сравнения на уреди, субективна оценка
• Предимство: Интуитивен — 4 сона буквално звучат 4 пъти по-силно от 1 сон

Професионалното аудио използва широко dB за нива на сигнала, миксиране и мастеринг:

• 0 dBFS (пълна скала): Максимално цифрово ниво преди изкривяване (clipping)
• Миксиране: Цел от -6 до -3 dBFS за пикове, от -12 до -9 dBFS RMS за запас (headroom)
• Мастеринг: -14 LUFS (единици за сила на звука) за стрийминг, -9 LUFS за радио
• Съотношение сигнал/шум: >90 dB за професионално оборудване, >100 dB за аудиофили
• Динамичен диапазон: Класическа музика 60+ dB, поп музика 6-12 dB (война на силата на звука)
• Акустика на помещения: Време на реверберация RT60, точки на спад -3 dB спрямо -6 dB

Ограниченията за излагане на шум на работното място предотвратяват загуба на слуха:

• OSHA: 85 dB = 8-часово TWA (среднопретеглено по време) ниво на действие
• 90 dB: 8 часа максимално излагане без защита
• 95 dB: 4 часа максимум, 100 dB: 2 часа, 105 dB: 1 час (правило на половината)
• 115 dB: 15 минути максимум без защита
• 140 dB: Непосредствена опасност — задължителна защита на слуха
• Дозиметрия: Проследяване на кумулативното излагане с помощта на шумодозиметри

Екологичните разпоредби защитават общественото здраве и качеството на живот:

• Насоки на СЗО: <55 dB през деня, <40 dB през нощта на открито
• EPA: Ldn (средно за ден и нощ) <70 dB за предотвратяване на загуба на слуха
• Самолети: FAA изисква шумови контури за летищата (лимит от 65 dB DNL)
• Строителство: Местните ограничения обикновено са 80-90 dB на границата на имота
• Трафик: Шумозащитните бариери по магистралите целят намаляване с 10-15 dB
• Измерване: dBA претеглянето приблизително отразява реакцията на човешкото раздразнение

Акустичният дизайн изисква прецизен контрол на нивото на звука:

• Разбираемост на речта: Цел 65-70 dB при слушателя, <35 dB фонов шум
• Концертни зали: пик 80-95 dB, време на реверберация 2-2,5 с
• Звукозаписни студия: NC 15-20 (криви на критериите за шум), <25 dB околен шум
• Класни стаи: <35 dB фонов шум, съотношение реч/шум 15+ dB
• STC оценки: Клас на звукопредаване (ефективност на изолацията на стените)
• NRC: Коефициент на шумопоглъщане за абсорбиращи материали

• Използвайте калибрирани шумомери от клас 1 или клас 2 (IEC 61672)
• Калибрирайте преди всяка сесия с акустичен калибратор (94 или 114 dB)
• Позиционирайте микрофона далеч от отразяващи повърхности (типична височина 1,2-1,5 м)
• Използвайте бавна реакция (1с) за постоянни звуци, бърза (125мс) за променливи
• Използвайте ветробран на открито (шумът от вятъра започва при 12 мили/час / 5 м/с)
• Записвайте за 15+ минути, за да уловите временните вариации

• A-претегляне (dBA): Обща цел, шум в околната среда, на работното място
• C-претегляне (dBC): Измерване на пикове, оценка на ниски честоти
• Z-претегляне (dBZ): Плоска характеристика за пълен спектрален анализ
• Никога не преобразувайте dBA ↔ dBC — зависи от честотното съдържание
• A-претеглянето приблизително отразява 40-фоновия контур (умерена сила на звука)
• Използвайте октавен анализ за подробна честотна информация

• Винаги уточнявайте: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (никога само 'dB')
• Докладвайте времевото претегляне: Бързо, Бавно, Импулсно
• Включете разстояние, височина на измерване и ориентация
• Отбележете нивата на фоновия шум отделно
• Докладвайте Leq (еквивалентно непрекъснато ниво) за променливи звуци
• Включете несигурността на измерването (типично ±1-2 dB)

• 85 dB: Обмислете защита при продължително излагане (>8 часа)
• 90 dB: Задължителна защита след 8 часа (OSHA)
• 100 dB: Използвайте защита след 2 часа
• 110 dB: Защитете се след 30 минути, двойна защита над 115 dB
• Тапи за уши: намаление с 15-30 dB, антифони: 20-35 dB
• Никога не надвишавайте 140 dB дори със защита — риск от физическа травма

Сините китове издават звуци до 188 dB SPL под вода — най-силният биологичен звук на Земята. Тези нискочестотни звуци (15-20 Hz) могат да пътуват стотици мили през океана, позволявайки на китовете да общуват на огромни разстояния.

Най-тихата стая в света (Microsoft, Редмънд) измерва -20,6 dB SPL — по-тихо от прага на чуваемост. Хората могат да чуят собствения си сърдечен ритъм, кръвообращение и дори къркоренето на стомаха си. Никой не е оставал повече от 45 минути поради дезориентация.

Най-силният звук в записаната история: 310 dB SPL при източника, чут на 3000 мили разстояние. Вълната на налягане обиколила Земята 4 пъти. Моряци на 40 мили разстояние получили спукани тъпанчета. Такава интензивност не може да съществува в нормална атмосфера — създава ударни вълни.

194 dB SPL е теоретичният максимум в земната атмосфера на морското равнище — над това се създава ударна вълна (експлозия), а не звукова вълна. При 194 dB разреждането е равно на вакуум (0 Pa), така че звукът става прекъснат.

Кучетата чуват в диапазона 67-45 000 Hz (спрямо 20-20 000 Hz при хората) и откриват звуци на 4 пъти по-голямо разстояние. Тяхната слухова чувствителност достига връх около 8 kHz — 10 dB по-чувствителни от хората. Ето защо кучешките свирки работят: 23-54 kHz, нечуваеми за хората.

Киносалоните се стремят към средно ниво от 85 dB SPL (Leq) с пикове от 105 dB (спецификация на Dolby). Това е с 20 dB по-силно от гледането у дома. Разширеният нискочестотен отговор: 20 Hz субуфери позволяват реалистични експлозии и удари — домашните системи обикновено се ограничават до 40-50 Hz.

dBA прилага честотно-зависимо претегляне, което отслабва ниските честоти. Тон от 100 Hz при 80 dB SPL се измерва като ~70 dBA (-10 dB претегляне), докато 1 kHz при 80 dB SPL се измерва като 80 dBA (без претегляне). Без да се знае честотният спектър, преобразуването е невъзможно. Ще ви е необходим FFT анализ и прилагане на обратната A-претегляща крива.

+3 dB = удвояване на мощността или интензитета, но само 1,4 пъти увеличение на налягането. Човешкото възприятие следва логаритмична реакция: 10 dB увеличение звучи приблизително 2 пъти по-силно. 3 dB е най-малката промяна, която повечето хора откриват при контролирани условия; в реална среда са необходими 5+ dB.

Не можете да събирате децибели аритметично. За еднакви нива: L_total = L + 3 dB. За различни нива: Преобразувайте в линейна скала (10^(dB/10)), съберете, преобразувайте обратно (10×log₁₀). Пример: 80 dB + 80 dB = 83 dB (не 160 dB!). Практическо правило: източник, който е с 10+ dB по-тих, допринася с <0,5 dB към общото ниво.

dB SPL: Непретеглено ниво на звуково налягане. dBA: A-претеглено (приблизително отразява човешкия слух, отслабва басите). dBC: C-претеглено (почти плоско, минимално филтриране). Използвайте dBA за общ шум, в околната среда, на работното място. Използвайте dBC за измерване на пикови стойности и оценка на ниски честоти. Те измерват един и същ звук по различен начин — няма директно преобразуване.

Звукът следва закона на обратните квадрати: удвояването на разстоянието намалява интензитета с ¼ (не с ½). В dB: всяко удвояване на разстоянието = -6 dB. Пример: 90 dB на 1 м става 84 dB на 2 м, 78 dB на 4 м, 72 dB на 8 м. Това предполага точков източник в свободно поле — в помещенията има отражения, които усложняват това.

Да! 0 dB SPL е отправната точка (20 µPa), не тишината. Отрицателните dB означават по-тихо от референтното ниво. Пример: -10 dB SPL = 6,3 µPa. Безеховите камери измерват до -20 dB. Въпреки това, топлинният шум (молекулярно движение) поставя абсолютен лимит около -23 dB при стайна температура.

Точност и калибриране. Уредите от клас 1 отговарят на IEC 61672 (±0,7 dB, 10 Hz-20 kHz). Евтините уреди: грешка ±2-5 dB, лоша реакция на ниски/високи честоти, без калибриране. Професионалната употреба изисква проследимо калибриране, записване, октавен анализ и издръжливост. Спазването на законовите/OSHA изисквания изисква сертифицирано оборудване.

При 1 kHz: фон = dB SPL точно (по дефиниция). При други честоти: те се различават поради чувствителността на ухото. Пример: 60 фона изискват 60 dB при 1 kHz, но 70 dB при 100 Hz (+10 dB) и 55 dB при 4 kHz (-5 dB). Фонът отчита контурите на равна сила на звука, докато dB не.