Логарифмическая единица, измеряющая уровень звукового давления

дБ SPL (уровень звукового давления) измеряет звуковое давление относительно 20 мкПа, порога человеческого слуха. Логарифмическая шкала означает, что +10 дБ = увеличение давления в 10 раз, +20 дБ = увеличение давления в 100 раз, но воспринимаемая громкость увеличивается только в 2 раза из-за нелинейности человеческого слуха.

Пример: Разговор на уровне 60 дБ имеет давление в 1000 раз большее, чем порог слышимости в 0 дБ, но субъективно звучит только в 16 раз громче.

Физическая сила на единицу площади, которую оказывают звуковые волны

Звуковое давление — это мгновенное изменение давления, вызванное звуковой волной, и измеряется в паскалях (Па). Оно колеблется от 20 мкПа (едва слышно) до 200 Па (болезненно громко). Для непрерывных звуков обычно сообщается среднеквадратичное (RMS) давление.

Пример: Обычная речь создает давление 0,02 Па (63 дБ). Рок-концерт достигает 2 Па (100 дБ) — давление в 100 раз выше, но воспринимается только в 6 раз громче.

Акустическая мощность на единицу площади

Интенсивность звука измеряет поток акустической энергии через поверхность в ваттах на квадратный метр. Она связана с квадратом давления и является фундаментальной для расчета звуковой мощности. Порог слышимости составляет 10⁻¹² Вт/м², в то время как реактивный двигатель создает 1 Вт/м² на близком расстоянии.

Пример: Шепот имеет интенсивность 10⁻¹⁰ Вт/м² (20 дБ). Болевой порог составляет 1 Вт/м² (120 дБ) — в триллион раз более интенсивно.

Изобретение фонографа

Томас Эдисон изобретает фонограф, что позволяет осуществлять первые записи и воспроизведение звука, вызывая интерес к количественной оценке уровней звука.

Введение децибела

Лаборатории Bell Telephone вводят децибел для измерения потерь при передаче в телефонных кабелях. Названный в честь Александра Грэма Белла, он быстро становится стандартом для измерения звука.

Кривые Флетчера-Мэнсона

Харви Флетчер и Уилден А. Мэнсон публикуют кривые равной громкости, показывающие частотно-зависимую чувствительность слуха, закладывая основу для взвешивания А и шкалы фонов.

Шумомер

Разработан первый коммерческий шумомер, стандартизировавший измерение шума для промышленных и экологических применений.

Стандартизация шкалы сонов

Стэнли Смит Стивенс формализует шкалу сонов (ISO 532), предоставляя линейную меру воспринимаемой громкости, где удвоение сонов = удвоение воспринимаемой громкости.

Стандарты OSHA

Управление по охране труда США (OSHA) устанавливает пределы воздействия шума (85-90 дБ TWA), что делает измерение звука критически важным для безопасности на рабочем месте.

Пересмотр ISO 226

Обновлены кривые равной громкости на основе современных исследований, уточняющие измерения в фонах и точность взвешивания А на разных частотах.

Стандарты цифрового аудио

LUFS (единицы громкости относительно полной шкалы) стандартизированы для вещания и стриминга, заменяя измерения только пиковых значений измерением громкости на основе восприятия.

• **+3 дБ = удвоение мощности** (едва заметно для большинства людей)
• **+6 дБ = удвоение давления** (закон обратных квадратов, уменьшение расстояния вдвое)
• **+10 дБ ≈ в 2 раза громче** (воспринимаемая громкость удваивается)
• **+20 дБ = 10-кратное давление** (две декады на логарифмической шкале)
• **60 дБ SPL ≈ обычный разговор** (на расстоянии 1 метра)
• **85 дБ = 8-часовой предел OSHA** (порог для использования средств защиты слуха)
• **120 дБ = болевой порог** (немедленный дискомфорт)

• **Равные источники:** 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ (а не 160!)
• **Разница в 10 дБ:** 90 дБ + 80 дБ ≈ 90,4 дБ (более тихий источник почти не имеет значения)
• **Разница в 20 дБ:** 90 дБ + 70 дБ ≈ 90,04 дБ (незначительный вклад)
• **Удвоение источников:** N равных источников = исходный + 10×log₁₀(N) дБ
• **10 равных источников по 80 дБ = 90 дБ всего** (а не 800 дБ!)

• **0 дБ SPL** = 20 мкПа = порог слышимости
• **20 дБ** = шепот, тихая библиотека
• **60 дБ** = обычный разговор, офис
• **85 дБ** = интенсивное дорожное движение, риск для слуха
• **100 дБ** = ночной клуб, бензопила
• **120 дБ** = рок-концерт, гром
• **140 дБ** = выстрел, реактивный двигатель поблизости
• **194 дБ** = теоретический максимум в атмосфере

• **Никогда не складывайте дБ арифметически** — используйте логарифмические формулы сложения
• **дБА ≠ дБ SPL** — взвешивание А уменьшает басы, прямое преобразование невозможно
• **Удвоение расстояния** ≠ половина уровня (это -6 дБ, а не -50%)
• **3 дБ едва заметно,** а не в 3 раза громче — восприятие логарифмическое
• **0 дБ ≠ тишина** — это опорная точка (20 мкПа), может быть отрицательным
• **фон ≠ дБ**, за исключением 1 кГц — равная громкость зависит от частоты

Три причины делают логарифмическое измерение необходимым:

• Человеческое восприятие: Уши реагируют логарифмически — удвоение давления звучит как +6 дБ, а не в 2 раза громче
• Сжатие диапазона: 0-140 дБ по сравнению с 20 мкПа - 200 Па (непрактично для ежедневного использования)
• Умножение становится сложением: Комбинирование источников звука использует простое сложение
• Естественное масштабирование: Множители 10 становятся равными шагами (20 дБ, 30 дБ, 40 дБ...)

Логарифмическая шкала неинтуитивна. Избегайте этих ошибок:

• 60 дБ + 60 дБ = 63 дБ (а не 120 дБ!) — логарифмическое сложение
• 90 дБ - 80 дБ ≠ разница в 10 дБ — вычтите значения, затем найдите антилогарифм
• Удвоение расстояния уменьшает уровень на 6 дБ (а не на 50%)
• Уменьшение мощности вдвое = -3 дБ (а не -50%)
• Увеличение на 3 дБ = мощность в 2 раза (едва заметно), 10 дБ = громкость в 2 раза (отчетливо слышно)

Основные уравнения для расчета уровня звука:

• Давление: дБ SPL = 20 × log₁₀(P / 20мкПа)
• Интенсивность: дБ IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²Вт/м²)
• Мощность: дБ SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²Вт)
• Сложение равных источников: L_total = L + 10×log₁₀(n), где n = количество источников
• Закон расстояния: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) для точечных источников

Вы не можете складывать децибелы арифметически. Используйте логарифмическое сложение:

• Два равных источника: L_total = L_single + 3 дБ (напр., 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ)
• Десять равных источников: L_total = L_single + 10 дБ
• Разные уровни: Преобразуйте в линейную шкалу, сложите, преобразуйте обратно (сложно)
• Правило большого пальца: Добавление источников с разницей в 10+ дБ почти не увеличивает общий уровень (<0,5 дБ)
• Пример: машина 90 дБ + фоновый шум 70 дБ = 90,04 дБ (едва заметно)

Единица уровня громкости, отнесенная к 1 кГц

Значения в фонах соответствуют кривым равной громкости (ISO 226:2003). Звук с уровнем N фонов имеет такую же воспринимаемую громкость, как и звук с уровнем N дБ SPL на частоте 1 кГц. На частоте 1 кГц фон = дБ SPL. На других частотах они значительно отличаются из-за чувствительности уха.

• Опора на 1 кГц: 60 фонов = 60 дБ SPL на 1 кГц (по определению)
• 100 Гц: 60 фонов ≈ 70 дБ SPL (+10 дБ необходимо для равной громкости)
• 50 Гц: 60 фонов ≈ 80 дБ SPL (+20 дБ необходимо — бас звучит тише)
• 4 кГц: 60 фонов ≈ 55 дБ SPL (-5 дБ — пик чувствительности уха)
• Применение: Аудио эквалайзеры, калибровка слуховых аппаратов, оценка качества звука
• Ограничение: Зависит от частоты; требует чистых тонов или спектрального анализа

Линейная единица субъективной громкости

Соны количественно оценивают воспринимаемую громкость линейно: 2 сона звучат вдвое громче, чем 1 сон. Определяется по закону Стивенса, 1 сон = 40 фонов. Удвоение сонов = +10 фонов = +10 дБ на частоте 1 кГц.

• 1 сон = 40 фонов = 40 дБ SPL на 1 кГц (определение)
• Удвоение: 2 сона = 50 фонов, 4 сона = 60 фонов, 8 сонов = 70 фонов
• Закон Стивенса: Воспринимаемая громкость ∝ (интенсивность)^0,3 для звуков среднего уровня
• Реальный мир: Разговор (1 сон), пылесос (4 сона), бензопила (64 сона)
• Применение: Рейтинги шума продуктов, сравнение бытовой техники, субъективная оценка
• Преимущество: Интуитивно понятно — 4 сона буквально звучат в 4 раза громче, чем 1 сон

Профессиональное аудио широко использует дБ для уровней сигнала, микширования и мастеринга:

• 0 дБFS (полная шкала): Максимальный цифровой уровень перед обрезкой
• Микширование: Целевой пик от -6 до -3 дБFS, RMS от -12 до -9 дБFS для запаса
• Мастеринг: -14 LUFS (единицы громкости) для стриминга, -9 LUFS для радио
• Соотношение сигнал/шум: >90 дБ для профессионального оборудования, >100 дБ для аудиофилов
• Динамический диапазон: Классическая музыка 60+ дБ, поп-музыка 6-12 дБ (война громкости)
• Акустика помещений: Время реверберации RT60, точки спада -3 дБ против -6 дБ

Пределы воздействия шума на рабочем месте предотвращают потерю слуха:

• OSHA: 85 дБ = 8-часовой TWA (средневзвешенный по времени) уровень действия
• 90 дБ: максимальное воздействие 8 часов без защиты
• 95 дБ: максимум 4 часа, 100 дБ: максимум 2 часа, 105 дБ: максимум 1 час (правило половинного времени)
• 115 дБ: максимум 15 минут без защиты
• 140 дБ: Непосредственная опасность — защита слуха обязательна
• Дозиметрия: Отслеживание суммарного воздействия с помощью дозиметров шума

Экологические нормы защищают здоровье населения и качество жизни:

• Рекомендации ВОЗ: <55 дБ днем, <40 дБ ночью на открытом воздухе
• EPA: Ldn (среднесуточный день-ночь) <70 дБ для предотвращения потери слуха
• Авиация: FAA требует контуры шума для аэропортов (лимит 65 дБ DNL)
• Строительство: Местные лимиты обычно 80-90 дБ на границе участка
• Транспорт: Шумозащитные экраны на шоссе нацелены на снижение на 10-15 дБ
• Измерение: взвешивание dBA приблизительно соответствует реакции человека на раздражение

Акустическое проектирование требует точного контроля уровня звука:

• Разборчивость речи: Цель 65-70 дБ у слушателя, <35 дБ фонового шума
• Концертные залы: пик 80-95 дБ, время реверберации 2-2,5 с
• Студии звукозаписи: NC 15-20 (кривые критериев шума), <25 дБ окружающего шума
• Классы: <35 дБ фонового шума, соотношение речь/шум 15+ дБ
• Рейтинги STC: Класс звукопередачи (эффективность изоляции стен)
• NRC: Коэффициент шумопоглощения для поглощающих материалов

• Используйте откалиброванные шумомеры класса 1 или 2 (IEC 61672)
• Калибруйте перед каждой сессией с помощью акустического калибратора (94 или 114 дБ)
• Размещайте микрофон вдали от отражающих поверхностей (типичная высота 1,2-1,5 м)
• Используйте медленный отклик (1с) для стабильных звуков, быстрый (125мс) — для изменяющихся
• Используйте ветрозащиту на открытом воздухе (шум ветра начинается с 12 миль/час / 5 м/с)
• Записывайте в течение 15+ минут, чтобы зафиксировать временные вариации

• Взвешивание А (dBA): Общее назначение, экологический, производственный шум
• Взвешивание С (dBC): Измерение пиковых значений, оценка низких частот
• Взвешивание Z (dBZ): Плоская характеристика для полного спектрального анализа
• Никогда не преобразуйте dBA ↔ dBC — зависит от частотного содержания
• Взвешивание А приблизительно соответствует контуру 40 фонов (умеренная громкость)
• Используйте анализ в октавных полосах для детальной информации о частотах

• Всегда указывайте: дБ SPL, дБА, дБЦ, дБЗ (никогда просто 'дБ')
• Сообщайте о временном взвешивании: Быстрое, Медленное, Импульсное
• Включайте расстояние, высоту измерения и ориентацию
• Отмечайте уровни фонового шума отдельно
• Сообщайте Leq (эквивалентный непрерывный уровень) для изменяющихся звуков
• Включайте неопределенность измерения (обычно ±1-2 дБ)

• 85 дБ: Рассмотрите возможность использования защиты при длительном воздействии (>8 часов)
• 90 дБ: Обязательная защита после 8 часов (OSHA)
• 100 дБ: Используйте защиту после 2 часов
• 110 дБ: Защищайтесь после 30 минут, двойная защита выше 115 дБ
• Беруши: снижение на 15-30 дБ, наушники: 20-35 дБ
• Никогда не превышайте 140 дБ даже с защитой — риск физической травмы

Синие киты издают звуки до 188 дБ SPL под водой — самый громкий биологический звук на Земле. Эти низкочастотные звуки (15-20 Гц) могут перемещаться на сотни миль через океан, позволяя китам общаться на больших расстояниях.

Самая тихая комната в мире (Microsoft, Редмонд) имеет уровень -20,6 дБ SPL — тише порога слышимости. Люди могут слышать собственное сердцебиение, циркуляцию крови и даже урчание в желудке. Никто не оставался там более 45 минут из-за дезориентации.

Самый громкий звук в записанной истории: 310 дБ SPL у источника, слышимый на расстоянии 3000 миль. Волна давления обогнула Землю 4 раза. Моряки на расстоянии 40 миль получили разрывы барабанных перепонок. Такая интенсивность не может существовать в обычной атмосфере — она создает ударные волны.

194 дБ SPL — теоретический максимум в атмосфере Земли на уровне моря — после этого создается ударная волна (взрыв), а не звуковая волна. При 194 дБ разрежение равно вакууму (0 Па), поэтому звук становится прерывистым.

Собаки слышат в диапазоне 67-45 000 Гц (в сравнении с людьми 20-20 000 Гц) и обнаруживают звуки в 4 раза дальше. Их слуховая чувствительность достигает пика около 8 кГц — на 10 дБ более чувствительная, чем у людей. Вот почему работают собачьи свистки: 23-54 кГц, неслышимые для людей.

Кинотеатры нацеливаются на средний уровень 85 дБ SPL (Leq) с пиками 105 дБ (спецификация Dolby). Это на 20 дБ громче, чем при просмотре дома. Расширенный низкочастотный отклик: сабвуферы 20 Гц позволяют создавать реалистичные взрывы и удары — домашние системы обычно обрезаются на 40-50 Гц.

дБА применяет частотно-зависимое взвешивание, которое ослабляет низкие частоты. Тон 100 Гц с уровнем 80 дБ SPL измеряется как ~70 дБА (взвешивание -10 дБ), в то время как 1 кГц с уровнем 80 дБ SPL измеряется как 80 дБА (без взвешивания). Без знания частотного спектра преобразование невозможно. Вам понадобится анализ БПФ и применение обратной кривой взвешивания А.

+3 дБ = удвоение мощности или интенсивности, но только увеличение давления в 1,4 раза. Человеческое восприятие следует логарифмической реакции: увеличение на 10 дБ звучит примерно в 2 раза громче. 3 дБ — это самое маленькое изменение, которое большинство людей обнаруживает в контролируемых условиях; в реальных условиях требуется 5+ дБ.

Вы не можете складывать децибелы арифметически. Для равных уровней: L_total = L + 3 дБ. Для разных уровней: Преобразуйте в линейную шкалу (10^(дБ/10)), сложите, преобразуйте обратно (10×log₁₀). Пример: 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ (а не 160 дБ!). Правило большого пальца: источник на 10+ дБ тише вносит <0,5 дБ в общий результат.

дБ SPL: Невзвешенный уровень звукового давления. дБА: Взвешенный по кривой А (приблизительно соответствует слуху человека, ослабляет басы). дБЦ: Взвешенный по кривой С (почти плоский, минимальная фильтрация). Используйте дБА для общего шума, экологического, производственного. Используйте дБЦ для измерения пиковых значений и оценки низких частот. Они измеряют один и тот же звук по-разному — нет прямого преобразования.

Звук следует закону обратных квадратов: удвоение расстояния уменьшает интенсивность в ¼ (а не в ½). В дБ: каждое удвоение расстояния = -6 дБ. Пример: 90 дБ на 1м становится 84 дБ на 2м, 78 дБ на 4м, 72 дБ на 8м. Это предполагает точечный источник в свободном поле — в помещениях есть отражения, которые усложняют это.

Да! 0 дБ SPL — это опорная точка (20 мкПа), а не тишина. Отрицательные дБ означают тише, чем опорный уровень. Пример: -10 дБ SPL = 6,3 мкПа. Безэховые камеры измеряют до -20 дБ. Однако, тепловой шум (молекулярное движение) устанавливает абсолютный предел около -23 дБ при комнатной температуре.

Точность и калибровка. Приборы класса 1 соответствуют стандарту IEC 61672 (±0,7 дБ, 10 Гц - 20 кГц). Дешевые приборы: погрешность ±2-5 дБ, плохой отклик на низких/высоких частотах, без калибровки. Профессиональное использование требует отслеживаемой калибровки, записи, октавного анализа и долговечности. Законодательное/OSHA соответствие требует сертифицированного оборудования.

На 1 кГц: фон = дБ SPL точно (по определению). На других частотах: они расходятся из-за чувствительности уха. Пример: 60 фонов требует 60 дБ на 1 кГц, но 70 дБ на 100 Гц (+10 дБ) и 55 дБ на 4 кГц (-5 дБ). Фон учитывает кривые равной громкости, а дБ — нет.