Logaritminis vienetas, matuojantis garso slėgio lygį

dB SPL (garso slėgio lygis) matuoja garso slėgį, palyginti su 20 µPa, žmogaus girdimumo slenksčiu. Logaritminė skalė reiškia, kad +10 dB = 10 kartų slėgio padidėjimas, +20 dB = 100 kartų slėgio padidėjimas, bet tik 2 kartus suvokiamo garsumo padidėjimas dėl žmogaus klausos netiesiškumo.

Pavyzdys: 60 dB pokalbis turi 1000 kartų didesnį slėgį nei 0 dB girdimumo slenkstis, bet subjektyviai skamba tik 16 kartų garsiau.

Fizikinė jėga ploto vienetui, kurią sukelia garso bangos

Garso slėgis yra momentinis slėgio pokytis, kurį sukelia garso banga, matuojamas paskaliais (Pa). Jis svyruoja nuo 20 µPa (vos girdimas) iki 200 Pa (skausmingai garsus). Nuolatiniams garsams paprastai nurodomas RMS (vidutinis kvadratinis) slėgis.

Pavyzdys: Įprasta kalba sukuria 0,02 Pa (63 dB). Roko koncertas pasiekia 2 Pa (100 dB) — 100 kartų didesnis slėgis, bet tik 6 kartus garsiau suvokiamas.

Akustinė galia ploto vienetui

Garso intensyvumas matuoja akustinės energijos srautą per paviršių vatais kvadratiniam metrui. Jis susijęs su slėgio kvadratu ir yra pagrindinis skaičiuojant garso galią. Girdimumo slenkstis yra 10⁻¹² W/m², o reaktyvinis variklis iš arti sukuria 1 W/m².

Pavyzdys: Šnabždesio intensyvumas yra 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). Skausmo slenkstis yra 1 W/m² (120 dB) — trilijoną kartų intensyvesnis.

Išrastas fonografas

Thomas Edison išrado fonografą, leidžiantį atlikti pirmuosius garso įrašus ir atkūrimus, sukeldamas susidomėjimą garso lygių kiekybiniu įvertinimu.

Įvestas decibelas

Bell Telephone Laboratories įvedė decibelą perdavimo nuostoliams telefono kabeliuose matuoti. Pavadintas Alexanderio Grahamo Bello garbei, jis greitai tapo garso matavimo standartu.

Fletcher-Munson kreivės

Harvey Fletcher ir Wilden A. Munson paskelbė vienodo garsumo kontūrus, rodančius nuo dažnio priklausomą klausos jautrumą, padėdami pagrindus A svertinei charakteristikai ir fonų skalei.

Garso lygio matuoklis

Sukurtas pirmasis komercinis garso lygio matuoklis, standartizuojantis triukšmo matavimą pramoniniams ir aplinkosaugos taikymams.

Standartizuota sonų skalė

Stanley Smith Stevens oficializavo sonų skalę (ISO 532), pateikdamas tiesinį suvokiamo garsumo matą, kur sonų padvigubinimas = suvokiamo garsumo padvigubinimas.

OSHA standartai

JAV Darbo saugos ir sveikatos administracija nustatė triukšmo poveikio ribas (85-90 dB TWA), todėl garso matavimas tapo kritiškai svarbus darbo saugai.

ISO 226 peržiūra

Atnaujinti vienodo garsumo kontūrai, pagrįsti šiuolaikiniais tyrimais, patikslinantys fonų matavimus ir A svertinės charakteristikos tikslumą skirtinguose dažniuose.

Skaitmeninio garso standartai

LUFS (garsumo vienetai, palyginti su visa skale) standartizuoti transliacijoms ir srautiniam perdavimui, pakeičiant tik piko matavimus suvokimu pagrįstu garsumo matavimu.

• **+3 dB = galios padvigubinimas** (daugumai žmonių vos pastebimas)
• **+6 dB = slėgio padvigubinimas** (atvirkštinio kvadrato dėsnis, atstumo sumažinimas perpus)
• **+10 dB ≈ 2× garsiau** (suvokiamas garsumas padvigubėja)
• **+20 dB = 10× slėgis** (dvi dekados logaritminėje skalėje)
• **60 dB SPL ≈ įprastas pokalbis** (1 metro atstumu)
• **85 dB = OSHA 8 valandų riba** (klausos apsaugos slenkstis)
• **120 dB = skausmo slenkstis** (greitas diskomfortas)

• **Vienodi šaltiniai:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (ne 160!)
• **10 dB skirtumas:** 90 dB + 80 dB ≈ 90,4 dB (tylesnis šaltinis beveik neturi reikšmės)
• **20 dB skirtumas:** 90 dB + 70 dB ≈ 90,04 dB (nereikšmingas indėlis)
• **Šaltinių padvigubinimas:** N vienodų šaltinių = pradinis + 10×log₁₀(N) dB
• **10 vienodų 80 dB šaltinių = 90 dB iš viso** (ne 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = girdimumo slenkstis
• **20 dB** = šnabždesys, tyli biblioteka
• **60 dB** = įprastas pokalbis, biuras
• **85 dB** = intensyvus eismas, klausos rizika
• **100 dB** = naktinis klubas, grandininis pjūklas
• **120 dB** = roko koncertas, griaustinis
• **140 dB** = šūvis, netoliese esantis reaktyvinis variklis
• **194 dB** = teorinis maksimumas atmosferoje

• **Niekada nesumuokite dB aritmetiškai** — naudokite logaritminės sudėties formules
• **dBA ≠ dB SPL** — A svertinė charakteristika sumažina žemus dažnius, tiesioginis konvertavimas neįmanomas
• **Atstumo padvigubinimas** ≠ pusė lygio (tai -6 dB, ne -50%)
• **3 dB vos pastebimas,** ne 3× garsiau — suvokimas yra logaritminis
• **0 dB ≠ tyla** — tai atskaitos taškas (20 µPa), gali būti neigiamas
• **fonas ≠ dB** išskyrus 1 kHz — nuo dažnio priklausomas vienodas garsumas

Trys priežastys, kodėl logaritminis matavimas yra būtinas:

• Žmogaus suvokimas: Ausys reaguoja logaritmiškai — slėgio padvigubinimas skamba kaip +6 dB, o ne 2 kartus
• Diapazono suspaudimas: 0-140 dB palyginti su 20 µPa - 200 Pa (nepraktiška kasdieniam naudojimui)
• Daugyba tampa sudėtimi: Garso šaltinių derinimas naudoja paprastą sudėtį
• Natūralus mastelio keitimas: 10 kartų faktoriai tampa lygiais žingsniais (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Logaritminė skalė yra neintuityvi. Venkite šių klaidų:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (ne 120 dB!) — logaritminė sudėtis
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB skirtumas — atimkite vertes, tada antilogaritmas
• Atstumo padvigubinimas sumažina lygį 6 dB (ne 50%)
• Galios sumažinimas perpus = -3 dB (ne -50%)
• 3 dB padidėjimas = 2 kartus galia (vos pastebimas), 10 dB = 2 kartus garsumas (aiškiai girdimas)

Pagrindinės lygtys garso lygio skaičiavimams:

• Slėgis: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Intensyvumas: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Galia: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Vienodų šaltinių derinimas: L_total = L + 10×log₁₀(n), kur n = šaltinių skaičius
• Atstumo dėsnis: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) taškiniams šaltiniams

Negalite sudėti decibelų aritmetiškai. Naudokite logaritminę sudėtį:

• Du vienodi šaltiniai: L_total = L_single + 3 dB (pvz., 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Dešimt vienodų šaltinių: L_total = L_single + 10 dB
• Skirtingi lygiai: Konvertuokite į linijinę skalę, sudėkite, konvertuokite atgal (sudėtinga)
• Nykščio taisyklė: Šaltinių, nutolusių per 10+ dB, pridėjimas beveik nepadidina bendros sumos (<0,5 dB)
• Pavyzdys: 90 dB mašina + 70 dB fonas = 90,04 dB (vos pastebimas)

Garsumo lygio vienetas, lyginamas su 1 kHz

Fonų vertės seka vienodo garsumo kontūrus (ISO 226:2003). Garsas N fonų turi tokį patį suvokiamą garsumą kaip N dB SPL 1 kHz dažnyje. 1 kHz dažnyje fonas = dB SPL tiksliai. Kitais dažniais jie dramatiškai skiriasi dėl ausies jautrumo.

• 1 kHz atskaita: 60 fonų = 60 dB SPL @ 1 kHz (pagal apibrėžimą)
• 100 Hz: 60 fonų ≈ 70 dB SPL (+10 dB reikalingi vienodam garsumui)
• 50 Hz: 60 fonų ≈ 80 dB SPL (+20 dB reikalingi — bosas skamba tyliau)
• 4 kHz: 60 fonų ≈ 55 dB SPL (-5 dB — ausies jautrumo pikas)
• Taikymas: Garso ekvalaizavimas, klausos aparatų kalibravimas, garso kokybės vertinimas
• Apribojimas: Priklauso nuo dažnio; reikalauja grynų tonų arba spektro analizės

Tiesinis subjektyvaus garsumo vienetas

Sonai kiekybiškai įvertina suvokiamą garsumą tiesiškai: 2 sonai skamba du kartus garsiau nei 1 sonas. Apibrėžtas Stevens'o galios dėsniu, 1 sonas = 40 fonų. Sonų padvigubinimas = +10 fonų = +10 dB 1 kHz dažnyje.

• 1 sonas = 40 fonų = 40 dB SPL @ 1 kHz (apibrėžimas)
• Padvigubinimas: 2 sonai = 50 fonų, 4 sonai = 60 fonų, 8 sonai = 70 fonų
• Stevens'o dėsnis: Suvokiamas garsumas ∝ (intensyvumas)^0.3 vidutinio lygio garsams
• Realiame pasaulyje: Pokalbis (1 sonas), dulkių siurblys (4 sonai), grandininis pjūklas (64 sonai)
• Taikymas: Produktų triukšmo įvertinimai, prietaisų palyginimai, subjektyvus vertinimas
• Privalumas: Intuityvus — 4 sonai tiesiogine prasme skamba 4 kartus garsiau nei 1 sonas

Profesionalus garsas plačiai naudoja dB signalo lygiams, miksavimui ir masteringui:

• 0 dBFS (visa skalė): Maksimalus skaitmeninis lygis prieš iškraipymą
• Miksavimas: Siekti -6 iki -3 dBFS piko, -12 iki -9 dBFS RMS atsargai
• Masteringas: -14 LUFS (garsumo vienetai) srautiniam perdavimui, -9 LUFS radijui
• Signalo ir triukšmo santykis: >90 dB profesionaliai įrangai, >100 dB audiofilams
• Dinaminis diapazonas: Klasikinė muzika 60+ dB, pop muzika 6-12 dB (garsumo karas)
• Patalpų akustika: RT60 reverberacijos laikas, -3 dB vs -6 dB kritimo taškai

Darbo vietos triukšmo poveikio ribos apsaugo nuo klausos praradimo:

• OSHA: 85 dB = 8 valandų TWA (laiko svertinis vidurkis) veiksmo lygis
• 90 dB: 8 valandos maksimalus poveikis be apsaugos
• 95 dB: 4 valandos maks., 100 dB: 2 valandos, 105 dB: 1 valanda (pusinimo taisyklė)
• 115 dB: 15 minučių maks. be apsaugos
• 140 dB: Tiesioginis pavojus — klausos apsauga privaloma
• Dozimetrija: Kaupiamojo poveikio stebėjimas naudojant triukšmo dozimetrus

Aplinkosaugos taisyklės saugo visuomenės sveikatą ir gyvenimo kokybę:

• PSO gairės: <55 dB dieną, <40 dB naktį lauke
• EPA: Ldn (dienos-nakties vidurkis) <70 dB, kad būtų išvengta klausos praradimo
• Orlaiviai: FAA reikalauja triukšmo kontūrų oro uostams (65 dB DNL riba)
• Statyba: Vietinės ribos paprastai 80-90 dB ties nuosavybės linija
• Eismas: Greitkelių triukšmo barjerai siekia 10-15 dB sumažinimo
• Matavimas: dBA svertinė charakteristika apytiksliai atitinka žmogaus erzinimo reakciją

Akustinis projektavimas reikalauja tikslios garso lygio kontrolės:

• Kalbos suprantamumas: Siekti 65-70 dB klausytojui, <35 dB fonas
• Koncertų salės: 80-95 dB pikas, 2-2,5 s reverberacijos laikas
• Įrašų studijos: NC 15-20 (triukšmo kriterijų kreivės), <25 dB aplinkos triukšmas
• Klasės: <35 dB fonas, 15+ dB kalbos ir triukšmo santykis
• STC įvertinimai: Garso perdavimo klasė (sienų izoliacijos našumas)
• NRC: Triukšmo mažinimo koeficientas absorbcinėms medžiagoms

• Naudokite kalibruotus 1 arba 2 klasės garso lygio matuoklius (IEC 61672)
• Prieš kiekvieną seansą kalibruokite akustiniu kalibratoriumi (94 arba 114 dB)
• Padėkite mikrofoną toliau nuo atspindinčių paviršių (tipinis aukštis 1,2-1,5 m)
• Naudokite lėtą atsaką (1 s) stabiliems garsams, greitą (125 ms) – svyruojantiems
• Lauke naudokite apsaugą nuo vėjo (vėjo triukšmas prasideda nuo 12 mph / 5 m/s)
• Įrašinėkite 15+ minučių, kad užfiksuotumėte laiko pokyčius

• A svertinė charakteristika (dBA): Bendroji paskirtis, aplinkos, profesinis triukšmas
• C svertinė charakteristika (dBC): Piko matavimai, žemo dažnio vertinimas
• Z svertinė charakteristika (dBZ): Plokščias atsakas pilnam spektro analizei
• Niekada nekonvertuokite dBA ↔ dBC — priklauso nuo dažnių turinio
• A svertinė charakteristika apytiksliai atitinka 40 fonų kontūrą (vidutinis garsumas)
• Naudokite oktavų juostos analizę išsamiai dažnių informacijai

• Visada nurodykite: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (niekada tik 'dB')
• Nurodykite laiko svertinę charakteristiką: Greita, Lėta, Impulsinė
• Įtraukite atstumą, matavimo aukštį ir orientaciją
• Atskirai pažymėkite fono triukšmo lygius
• Nurodykite Leq (ekvivalentinį nuolatinį lygį) kintantiems garsams
• Įtraukite matavimo neapibrėžtį (paprastai ±1-2 dB)

• 85 dB: Apsvarstykite apsaugą ilgalaikiam poveikiui (>8 valandos)
• 90 dB: Privaloma apsauga po 8 valandų (OSHA)
• 100 dB: Naudokite apsaugą po 2 valandų
• 110 dB: Apsaugokite po 30 minučių, dviguba apsauga virš 115 dB
• Ausų kištukai: 15-30 dB sumažinimas, ausinės: 20-35 dB
• Niekada neviršykite 140 dB net su apsauga — fizinės traumos rizika

Mėlynieji banginiai po vandeniu skleidžia iki 188 dB SPL garsus – garsiausias biologinis garsas Žemėje. Šie žemo dažnio (15-20 Hz) garsai gali keliauti šimtus mylių per vandenyną, leisdami banginiams bendrauti dideliais atstumais.

Tyliausia pasaulio patalpa (Microsoft, Redmond) matuoja -20,6 dB SPL – tyliau nei girdimumo slenkstis. Žmonės gali girdėti savo širdies plakimą, kraujo apytaką ir net skrandžio gurgėjimą. Dėl dezorientacijos niekas neišbuvo ilgiau nei 45 minutes.

Garsiausias garsas užfiksuotoje istorijoje: 310 dB SPL šaltinyje, girdimas 3000 mylių atstumu. Slėgio banga apkeliavo Žemę 4 kartus. Jūreiviai 40 mylių atstumu patyrė būgnelių plyšimą. Toks intensyvumas negali egzistuoti normalioje atmosferoje – jis sukuria smūgines bangas.

194 dB SPL yra teorinis maksimumas Žemės atmosferoje jūros lygyje – viršijus šią ribą, sukuriama smūginė banga (sprogimas), o ne garso banga. 194 dB slėgyje retinimas lygus vakuumui (0 Pa), todėl garsas tampa netolydus.

Šunys girdi 67-45 000 Hz (palyginti su žmonių 20-20 000 Hz) ir aptinka garsus 4 kartus toliau. Jų klausos jautrumas pasiekia piką apie 8 kHz – 10 dB jautresnis nei žmonių. Todėl veikia šunų švilpukai: 23-54 kHz, žmonėms negirdimi.

Kino teatrai siekia 85 dB SPL vidurkio (Leq) su 105 dB piko vertėmis (Dolby specifikacija). Tai 20 dB garsiau nei namų kino sistema. Išplėstas žemo dažnio atsakas: 20 Hz žemų dažnių garsiakalbiai leidžia pasiekti realistiškus sprogimus ir smūgius – namų sistemos paprastai nutraukia ties 40-50 Hz.

dBA taiko nuo dažnio priklausomą svertinę charakteristiką, kuri slopina žemus dažnius. 100 Hz tonas esant 80 dB SPL matuojamas kaip ~70 dBA (-10 dB svertinė charakteristika), o 1 kHz esant 80 dB SPL matuojamas kaip 80 dBA (be svertinės charakteristikos). Nežinant dažnių spektro, konvertavimas neįmanomas. Jums reikėtų FFT analizės ir atvirkštinės A svertinės charakteristikos kreivės taikymo.

+3 dB = galios ar intensyvumo padvigubinimas, bet tik 1,4 karto slėgio padidėjimas. Žmogaus suvokimas seka logaritminį atsaką: 10 dB padidėjimas skamba maždaug 2 kartus garsiau. 3 dB yra mažiausias pokytis, kurį dauguma žmonių aptinka kontroliuojamomis sąlygomis; realiose aplinkose reikia 5+ dB.

Negalite sudėti decibelų aritmetiškai. Vienodiems lygiams: L_total = L + 3 dB. Skirtingiems lygiams: konvertuokite į linijinę skalę (10^(dB/10)), sudėkite, konvertuokite atgal (10×log₁₀). Pavyzdys: 80 dB + 80 dB = 83 dB (ne 160 dB!). Nykščio taisyklė: 10+ dB tylesnis šaltinis prisideda <0,5 dB prie bendros sumos.

dB SPL: Nesvertinis garso slėgio lygis. dBA: A svertinė charakteristika (apytiksliai atitinka žmogaus klausą, slopina žemus dažnius). dBC: C svertinė charakteristika (beveik plokščia, minimalus filtravimas). Naudokite dBA bendram, aplinkos, profesiniam triukšmui. Naudokite dBC piko matavimams ir žemo dažnio vertinimui. Jie matuoja tą patį garsą skirtingai – nėra tiesioginio konvertavimo.

Garsas seka atvirkštinio kvadrato dėsnį: atstumo padvigubinimas sumažina intensyvumą ¼ (ne ½). dB: kiekvienas atstumo padvigubinimas = -6 dB. Pavyzdys: 90 dB 1 m atstumu tampa 84 dB 2 m atstumu, 78 dB 4 m atstumu, 72 dB 8 m atstumu. Tai daroma prielaida, kad šaltinis yra taškinis laisvame lauke – patalpose yra atspindžių, kurie tai komplikuoja.

Taip! 0 dB SPL yra atskaitos taškas (20 µPa), ne tyla. Neigiami dB reiškia tyliau nei atskaitos taškas. Pavyzdys: -10 dB SPL = 6,3 µPa. Beaidės kameros matuoja iki -20 dB. Tačiau terminis triukšmas (molekulinis judėjimas) nustato absoliučią ribą apie -23 dB kambario temperatūroje.

Tikslumas ir kalibravimas. 1 klasės matuokliai atitinka IEC 61672 (±0,7 dB, 10 Hz-20 kHz). Pigūs matuokliai: ±2-5 dB paklaida, prastas žemo/aukšto dažnio atsakas, be kalibravimo. Profesionaliam naudojimui reikalingas atsekamas kalibravimas, registravimas, oktavų analizė ir ilgaamžiškumas. Teisinis/OSHA atitikimas reikalauja sertifikuotos įrangos.

1 kHz: fonas = dB SPL tiksliai (pagal apibrėžimą). Kitais dažniais: jie skiriasi dėl ausies jautrumo. Pavyzdys: 60 fonų reikalauja 60 dB 1 kHz dažnyje, bet 70 dB 100 Hz dažnyje (+10 dB) ir 55 dB 4 kHz dažnyje (-5 dB). Fonas atsižvelgia į vienodo garsumo kontūrus, o dB – ne.