Logaritmická jednotka merajúca hladinu akustického tlaku

dB SPL (hladina akustického tlaku) meria akustický tlak vzhľadom na 20 µPa, prah ľudského sluchu. Logaritmická stupnica znamená +10 dB = 10× zvýšenie tlaku, +20 dB = 100× zvýšenie tlaku, ale iba 2× vnímanej hlasitosti kvôli nelinearite ľudského sluchu.

Príklad: Konverzácia pri 60 dB má 1000× väčší tlak ako prah počuteľnosti pri 0 dB, ale subjektívne znie len 16× hlasnejšie.

Fyzikálna sila na jednotku plochy, ktorú vyvíjajú zvukové vlny

Akustický tlak je okamžitá zmena tlaku spôsobená zvukovou vlnou, meraná v pascaloch (Pa). Pohybuje sa od 20 µPa (sotva počuteľné) do 200 Pa (bolestivo hlasné). Pre spojité zvuky sa zvyčajne uvádza efektívny (RMS) tlak.

Príklad: Normálna reč vytvára 0,02 Pa (63 dB). Rockový koncert dosahuje 2 Pa (100 dB) — 100× vyšší tlak, ale len 6× vnímane hlasnejšie.

Akustický výkon na jednotku plochy

Intenzita zvuku meria tok akustickej energie cez povrch vo wattoch na meter štvorcový. Vzťahuje sa na tlak² a je základom pre výpočet akustického výkonu. Prah počuteľnosti je 10⁻¹² W/m², zatiaľ čo prúdový motor produkuje 1 W/m² zblízka.

Príklad: Šepot má intenzitu 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). Prah bolesti je 1 W/m² (120 dB) — biliónkrát intenzívnejší.

Vynález fonografu

Thomas Edison vynašiel fonograf, čo umožnilo prvé nahrávky a prehrávanie zvuku a vyvolalo záujem o kvantifikáciu úrovní zvuku.

Zavedenie decibelu

Laboratóriá Bell Telephone zaviedli decibel na meranie útlmu prenosu v telefónnych kábloch. Pomenovaný po Alexandrovi Grahamovi Bellovi, rýchlo sa stal štandardom pre meranie zvuku.

Fletcher-Munsonove krivky

Harvey Fletcher a Wilden A. Munson publikovali krivky rovnakej hlasitosti, ktoré ukazujú frekvenčne závislú citlivosť sluchu, čím položili základy pre váhovanie A a stupnicu fónov.

Hlukomer

Bol vyvinutý prvý komerčný hlukomer, ktorý štandardizoval meranie hluku pre priemyselné a environmentálne aplikácie.

Štandardizácia stupnice sónov

Stanley Smith Stevens formalizoval stupnicu sónov (ISO 532), ktorá poskytuje lineárnu mieru vnímanej hlasitosti, kde zdvojnásobenie sónov = zdvojnásobenie vnímanej hlasitosti.

Štandardy OSHA

Americká správa bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci (OSHA) stanovila limity expozície hluku (85-90 dB TWA), čím sa meranie zvuku stalo kľúčovým pre bezpečnosť na pracovisku.

Revízia ISO 226

Aktualizované krivky rovnakej hlasitosti založené na modernom výskume, spresňujúce merania vo fónoch a presnosť váhovania A naprieč frekvenciami.

Štandardy digitálneho zvuku

LUFS (jednotky hlasitosti vzhľadom na plný rozsah) boli štandardizované pre vysielanie a streamovanie a nahradili merania iba špičkových hodnôt meraním hlasitosti založeným na vnímaní.

• **+3 dB = zdvojnásobenie výkonu** (sotva badateľné pre väčšinu ľudí)
• **+6 dB = zdvojnásobenie tlaku** (zákon inverzných štvorcov, polovičná vzdialenosť)
• **+10 dB ≈ 2× hlasnejšie** (vnímaná hlasitosť sa zdvojnásobí)
• **+20 dB = 10× tlak** (dve dekády na logaritmickej stupnici)
• **60 dB SPL ≈ normálna konverzácia** (vo vzdialenosti 1 metra)
• **85 dB = 8-hodinový limit OSHA** (prah pre ochranu sluchu)
• **120 dB = prah bolesti** (okamžité nepohodlie)

• **Rovnaké zdroje:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (nie 160!)
• **Rozdiel 10 dB:** 90 dB + 80 dB ≈ 90,4 dB (tichší zdroj takmer nehrá rolu)
• **Rozdiel 20 dB:** 90 dB + 70 dB ≈ 90,04 dB (zanedbateľný príspevok)
• **Zdvojnásobenie zdrojov:** N rovnakých zdrojov = pôvodný + 10×log₁₀(N) dB
• **10 rovnakých zdrojov o 80 dB = 90 dB celkovo** (nie 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = prah počuteľnosti
• **20 dB** = šepot, tichá knižnica
• **60 dB** = normálna konverzácia, kancelária
• **85 dB** = hustá premávka, riziko pre sluch
• **100 dB** = nočný klub, motorová píla
• **120 dB** = rockový koncert, hrom
• **140 dB** = výstrel, blízky prúdový motor
• **194 dB** = teoretické maximum v atmosfére

• **Nikdy nesčítajte dB aritmeticky** — používajte logaritmické vzorce pre sčítanie
• **dBA ≠ dB SPL** — váhovanie A znižuje basy, priama konverzia nie je možná
• **Zdvojnásobenie vzdialenosti** ≠ polovičná úroveň (je to -6 dB, nie -50 %)
• **3 dB sú sotva badateľné,** nie 3× hlasnejšie — vnímanie je logaritmické
• **0 dB ≠ ticho** — je to referenčný bod (20 µPa), môže byť záporný
• **fón ≠ dB** s výnimkou 1 kHz — frekvenčne závislá rovnaká hlasitosť

Tri dôvody robia logaritmické meranie nevyhnutným:

• Ľudské vnímanie: Uši reagujú logaritmicky — zdvojnásobenie tlaku znie ako +6 dB, nie 2×
• Kompresia rozsahu: 0-140 dB oproti 20 µPa - 200 Pa (nepraktické pre každodenné použitie)
• Násobenie sa stáva sčítaním: Kombinovanie zdrojov zvuku používa jednoduché sčítanie
• Prirodzené škálovanie: Faktory 10 sa stávajú rovnakými krokmi (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Logaritmická stupnica je protiintuitívna. Vyhnite sa týmto chybám:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (nie 120 dB!) — logaritmické sčítanie
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB rozdiel — odčítajte hodnoty, potom antilogaritmus
• Zdvojnásobenie vzdialenosti znižuje úroveň o 6 dB (nie o 50 %)
• Polovičný výkon = -3 dB (nie -50 %)
• Zvýšenie o 3 dB = 2× výkon (sotva badateľné), 10 dB = 2× hlasitosti (jasne počuteľné)

Základné rovnice pre výpočty hladiny zvuku:

• Tlak: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Intenzita: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Výkon: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Kombinovanie rovnakých zdrojov: L_total = L + 10×log₁₀(n), kde n = počet zdrojov
• Zákon vzdialenosti: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) pre bodové zdroje

Decibely nemožno sčítať aritmeticky. Použite logaritmické sčítanie:

• Dva rovnaké zdroje: L_total = L_single + 3 dB (napr. 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Desať rovnakých zdrojov: L_total = L_single + 10 dB
• Rôzne úrovne: Preveďte na lineárne, sčítajte, preveďte späť (zložité)
• Pravidlo palca: Pridanie zdrojov vzdialených o 10+ dB sotva zvýši celkovú úroveň (<0,5 dB)
• Príklad: stroj 90 dB + pozadie 70 dB = 90,04 dB (sotva badateľné)

Jednotka hladiny hlasitosti vztiahnutá na 1 kHz

Hodnoty fónov sledujú krivky rovnakej hlasitosti (ISO 226:2003). Zvuk o N fónoch má rovnakú vnímanú hlasitosť ako N dB SPL pri 1 kHz. Pri 1 kHz je fón = dB SPL presne. Na iných frekvenciách sa dramaticky líšia kvôli citlivosti ucha.

• 1 kHz referencia: 60 fónov = 60 dB SPL pri 1 kHz (z definície)
• 100 Hz: 60 fónov ≈ 70 dB SPL (+10 dB nutných pre rovnakú hlasitosť)
• 50 Hz: 60 fónov ≈ 80 dB SPL (+20 dB nutných — basy znejú tichšie)
• 4 kHz: 60 fónov ≈ 55 dB SPL (-5 dB — vrchol citlivosti ucha)
• Použitie: Zvuková ekvalizácia, kalibrácia načúvacích prístrojov, hodnotenie kvality zvuku
• Obmedzenie: Frekvenčne závislé; vyžaduje čisté tóny alebo spektrálnu analýzu

Lineárna jednotka subjektívnej hlasitosti

Sóny kvantifikujú vnímanú hlasitosť lineárne: 2 sóny znejú dvakrát hlasnejšie ako 1 són. Definuje sa podľa Stevensovho mocninového zákona, 1 són = 40 fónov. Zdvojnásobenie sónov = +10 fónov = +10 dB pri 1 kHz.

• 1 són = 40 fónov = 40 dB SPL pri 1 kHz (definícia)
• Zdvojnásobenie: 2 sóny = 50 fónov, 4 sóny = 60 fónov, 8 sónov = 70 fónov
• Stevensov zákon: Vnímaná hlasitosť ∝ (intenzita)^0,3 pre zvuky strednej úrovne
• Reálny svet: Konverzácia (1 són), vysávač (4 sóny), motorová píla (64 sónov)
• Použitie: Hodnotenie hluku výrobkov, porovnanie spotrebičov, subjektívne hodnotenie
• Výhoda: Intuitívne — 4 sóny doslova znejú 4× hlasnejšie ako 1 són

Profesionálne audio hojne využíva dB pre úrovne signálu, mixovanie a mastering:

• 0 dBFS (plný rozsah): Maximálna digitálna úroveň pred orezaním
• Mixovanie: Cieľové špičky -6 až -3 dBFS, RMS -12 až -9 dBFS pre rezervu
• Mastering: -14 LUFS (jednotky hlasitosti) pre streamovanie, -9 LUFS pre rádio
• Pomer signál-šum: >90 dB pre profesionálne vybavenie, >100 dB pre audiofilov
• Dynamický rozsah: Klasická hudba 60+ dB, popová hudba 6-12 dB (vojna hlasitosti)
• Pokojová akustika: Doba dozvuku RT60, -3 dB vs -6 dB body útlmu

Limity expozície hluku na pracovisku zabraňujú strate sluchu:

• OSHA: 85 dB = 8-hodinová TWA (časovo vážená priemerná) akčná úroveň
• 90 dB: 8 hodín maximálna expozícia bez ochrany
• 95 dB: 4 hodiny max, 100 dB: 2 hodiny, 105 dB: 1 hodina (pravidlo polovičného času)
• 115 dB: 15 minút max bez ochrany
• 140 dB: Okamžité nebezpečenstvo — ochrana sluchu je povinná
• Dozimetria: Sledovanie kumulatívnej expozície pomocou hlukových dozimetrov

Environmentálne predpisy chránia verejné zdravie a kvalitu života:

• Smernice WHO: <55 dB cez deň, <40 dB v noci vonku
• EPA: Ldn (denno-nočný priemer) <70 dB na prevenciu straty sluchu
• Lietadlá: FAA vyžaduje hlukové kontúry pre letiská (limit 65 dB DNL)
• Stavebníctvo: Miestne limity zvyčajne 80-90 dB na hranici pozemku
• Doprava: Diaľničné protihlukové bariéry cielia na zníženie o 10-15 dB
• Meranie: váhovanie dBA približne zodpovedá ľudskej reakcii na obťažovanie

Akustický dizajn vyžaduje presnú kontrolu hladiny zvuku:

• Zrozumiteľnosť reči: Cieľ 65-70 dB u poslucháča, <35 dB pozadie
• Koncertné sály: špička 80-95 dB, doba dozvuku 2-2,5 s
• Nahrávacie štúdiá: NC 15-20 (krivky kritéria hluku), <25 dB okolitého hluku
• Učebne: <35 dB pozadie, 15+ dB pomer reči k šumu
• Hodnotenie STC: Trieda zvukovej nepriezvučnosti (izolačné vlastnosti stien)
• NRC: Koeficient zvukovej pohltivosti pre absorpčné materiály

• Používajte kalibrované hlukomery triedy 1 alebo 2 (IEC 61672)
• Kalibrujte pred každou reláciou pomocou akustického kalibrátora (94 alebo 114 dB)
• Umiestnite mikrofón ďalej od odrazových plôch (typická výška 1,2-1,5 m)
• Používajte pomalú odozvu (1s) pre stabilné zvuky, rýchlu (125ms) pre kolísavé
• Vonku použite ochranu proti vetru (hluk vetra začína pri 12 mph / 5 m/s)
• Nahrávajte 15+ minút na zachytenie časových zmien

• A-váhovanie (dBA): Všeobecné použitie, environmentálny, pracovný hluk
• C-váhovanie (dBC): Meranie špičiek, hodnotenie nízkych frekvencií
• Z-váhovanie (dBZ): Plochá odozva pre plnú spektrálnu analýzu
• Nikdy neprevádzajte dBA ↔ dBC — závisí od frekvenčného obsahu
• A-váhovanie približne zodpovedá 40-fónovej krivke (mierna hlasitosť)
• Použite oktávovú analýzu pre podrobné frekvenčné informácie

• Vždy špecifikujte: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (nikdy len 'dB')
• Uveďte časové váhovanie: Rýchle, Pomalé, Impulzné
• Uveďte vzdialenosť, výšku merania a orientáciu
• Zaznamenajte úrovne hluku pozadia samostatne
• Uveďte Leq (ekvivalentnú spojitú úroveň) pre meniace sa zvuky
• Uveďte neistotu merania (typicky ±1-2 dB)

• 85 dB: Zvážte ochranu pri dlhodobej expozícii (>8 hodín)
• 90 dB: Povinná ochrana po 8 hodinách (OSHA)
• 100 dB: Použite ochranu po 2 hodinách
• 110 dB: Chráňte sa po 30 minútach, dvojitá ochrana nad 115 dB
• Štuple do uší: zníženie o 15-30 dB, chrániče sluchu: 20-35 dB
• Nikdy neprekračujte 140 dB ani s ochranou — riziko fyzickej traumy

Modré veľryby produkujú volania až o 188 dB SPL pod vodou — najhlasnejší biologický zvuk na Zemi. Tieto nízkofrekvenčné volania (15-20 Hz) sa môžu šíriť stovky míľ oceánom, čo umožňuje veľrybám komunikovať na obrovské vzdialenosti.

Najtichšia miestnosť na svete (Microsoft, Redmond) meria -20,6 dB SPL — tichšia ako prah počuteľnosti. Ľudia môžu počuť vlastný tlkot srdca, krvný obeh a dokonca aj škvŕkanie v žalúdku. Nikto nevydržal dlhšie ako 45 minút kvôli dezorientácii.

Najhlasnejší zvuk v zaznamenanej histórii: 310 dB SPL pri zdroji, počuteľný na 3 000 míľ. Tlaková vlna obehla Zem 4-krát. Námorníci vo vzdialenosti 40 míľ utrpeli prasknutie ušných bubienkov. Takáto intenzita nemôže existovať v normálnej atmosfére — vytvára rázové vlny.

194 dB SPL je teoretické maximum v zemskej atmosfére na úrovni mora — nad touto úrovňou vytvárate rázovú vlnu (explóziu), nie zvukovú vlnu. Pri 194 dB sa zriedenie rovná vákuu (0 Pa), takže zvuk sa stáva nespojitým.

Psy počujú 67-45 000 Hz (oproti ľuďom 20-20 000 Hz) a detekujú zvuky 4× ďalej. Ich sluchová citlivosť vrcholí okolo 8 kHz — o 10 dB citlivejšia ako u ľudí. Preto fungujú psie píšťalky: 23-54 kHz, pre ľudí nepočuteľné.

Kina cielia na priemer 85 dB SPL (Leq) so špičkami 105 dB (špecifikácia Dolby). To je o 20 dB hlasnejšie ako domáce sledovanie. Rozšírená nízkofrekvenčná odozva: 20 Hz subwoofery umožňujú realistické explózie a dopady — domáce systémy sa zvyčajne orezávajú na 40-50 Hz.

dBA používa frekvenčne závislé váhovanie, ktoré potláča nízke frekvencie. Tón o 100 Hz pri 80 dB SPL meria ~70 dBA (váhovanie -10 dB), zatiaľ čo 1 kHz pri 80 dB SPL meria 80 dBA (bez váhovania). Bez znalosti frekvenčného spektra je prevod nemožný. Potrebovali by ste FFT analýzu a použitie inverznej A-váhovej krivky.

+3 dB = zdvojnásobenie výkonu alebo intenzity, ale iba 1,4× zvýšenie tlaku. Ľudské vnímanie sleduje logaritmickú odozvu: 10 dB zvýšenie znie zhruba 2× hlasnejšie. 3 dB je najmenšia zmena, ktorú väčšina ľudí detekuje v kontrolovaných podmienkach; v reálnych prostrediach je potrebných 5+ dB.

Decibely nemožno sčítať aritmeticky. Pre rovnaké úrovne: L_total = L + 3 dB. Pre rôzne úrovne: Preveďte na lineárne (10^(dB/10)), sčítajte, preveďte späť (10×log₁₀). Príklad: 80 dB + 80 dB = 83 dB (nie 160 dB!). Pravidlo palca: zdroj o 10+ dB tichší prispieva k celkovej úrovni <0,5 dB.

dB SPL: Neváhovaná hladina akustického tlaku. dBA: A-váhovaná (približne zodpovedá ľudskému sluchu, potláča basy). dBC: C-váhovaná (takmer plochá, minimálne filtrovanie). Použite dBA pre všeobecný hluk, environmentálny, pracovný. Použite dBC pre meranie špičiek a hodnotenie nízkych frekvencií. Merajú ten istý zvuk odlišne — neexistuje priamy prevod.

Zvuk sa riadi zákonom inverzných štvorcov: zdvojnásobenie vzdialenosti znižuje intenzitu na ¼ (nie na ½). V dB: každé zdvojnásobenie vzdialenosti = -6 dB. Príklad: 90 dB na 1 m sa stane 84 dB na 2 m, 78 dB na 4 m, 72 dB na 8 m. To predpokladá bodový zdroj vo voľnom poli — miestnosti majú odrazy, ktoré to komplikujú.

Áno! 0 dB SPL je referenčný bod (20 µPa), nie ticho. Záporné dB znamenajú tichšie ako referenčný. Príklad: -10 dB SPL = 6,3 µPa. Anechoické komory merajú až do -20 dB. Avšak, tepelný šum (molekulárny pohyb) stanovuje absolútny limit okolo -23 dB pri izbovej teplote.

Presnosť a kalibrácia. Prístroje triedy 1 spĺňajú normu IEC 61672 (±0,7 dB, 10 Hz-20 kHz). Lacné prístroje: chyba ±2-5 dB, slabá odozva na nízkych/vysokých frekvenciách, bez kalibrácie. Profesionálne použitie vyžaduje sledovateľnú kalibráciu, zaznamenávanie, oktávovú analýzu a odolnosť. Právna/OSHA zhoda si vyžaduje certifikované vybavenie.

Pri 1 kHz: fón = dB SPL presne (z definície). Na iných frekvenciách: líšia sa kvôli citlivosti ucha. Príklad: 60 fónov vyžaduje 60 dB pri 1 kHz, ale 70 dB pri 100 Hz (+10 dB) a 55 dB pri 4 kHz (-5 dB). Fón zohľadňuje krivky rovnakej hlasitosti, dB nie.