Логарифмічна одиниця, що вимірює рівень звукового тиску

дБ SPL (рівень звукового тиску) вимірює звуковий тиск відносно 20 мкПа, порога людського слуху. Логарифмічна шкала означає, що +10 дБ = збільшення тиску в 10 разів, +20 дБ = збільшення тиску в 100 разів, але сприймана гучність збільшується лише в 2 рази через нелінійність людського слуху.

Приклад: Розмова на рівні 60 дБ має тиск у 1000 разів більший за поріг чутності в 0 дБ, але суб'єктивно звучить лише в 16 разів голосніше.

Фізична сила на одиницю площі, яку чинять звукові хвилі

Звуковий тиск — це миттєва зміна тиску, викликана звуковою хвилею, і вимірюється в паскалях (Па). Він коливається від 20 мкПа (ледве чутно) до 200 Па (болісно голосно). Для безперервних звуків зазвичай повідомляється середньоквадратичний (RMS) тиск.

Приклад: Звичайна мова створює тиск 0,02 Па (63 дБ). Рок-концерт досягає 2 Па (100 дБ) — тиск у 100 разів вищий, але сприймається лише в 6 разів голосніше.

Акустична потужність на одиницю площі

Інтенсивність звуку вимірює потік акустичної енергії через поверхню у ватах на квадратний метр. Вона пов'язана з квадратом тиску і є фундаментальною для розрахунку звукової потужності. Поріг чутності становить 10⁻¹² Вт/м², тоді як реактивний двигун створює 1 Вт/м² на близькій відстані.

Приклад: Шепіт має інтенсивність 10⁻¹⁰ Вт/м² (20 дБ). Больовий поріг становить 1 Вт/м² (120 дБ) — у трильйон разів інтенсивніше.

Винахід фонографа

Томас Едісон винаходить фонограф, що дозволяє робити перші записи та відтворення звуку, викликаючи інтерес до кількісної оцінки рівнів звуку.

Введення децибела

Лабораторії Bell Telephone вводять децибел для вимірювання втрат передачі в телефонних кабелях. Названий на честь Олександра Грема Белла, він швидко стає стандартом для вимірювання звуку.

Криві Флетчера-Мансона

Харві Флетчер і Уілден А. Мансон публікують контури рівної гучності, що показують залежну від частоти чутливість слуху, заклавши основу для зважування A та шкали фонів.

Шумомір

Розроблено перший комерційний шумомір, який стандартизував вимірювання шуму для промислових та екологічних застосувань.

Стандартизація шкали сонів

Стенлі Сміт Стівенс формалізує шкалу сонів (ISO 532), забезпечуючи лінійну міру сприйманої гучності, де подвоєння сонів = подвоєння сприйманої гучності.

Стандарти OSHA

Управління з охорони праці США (OSHA) встановлює межі впливу шуму (85-90 дБ TWA), що робить вимірювання звуку критично важливим для безпеки на робочому місці.

Перегляд ISO 226

Оновлені контури рівної гучності, засновані на сучасних дослідженнях, уточнюючи вимірювання в фонах та точність зважування A на різних частотах.

Стандарти цифрового аудіо

LUFS (одиниці гучності відносно повної шкали) стандартизовані для мовлення та стрімінгу, замінивши вимірювання лише пікових значень вимірюванням гучності на основі сприйняття.

• **+3 дБ = подвоєння потужності** (ледве помітно для більшості людей)
• **+6 дБ = подвоєння тиску** (закон обернених квадратів, зменшення відстані вдвічі)
• **+10 дБ ≈ в 2 рази голосніше** (сприймана гучність подвоюється)
• **+20 дБ = тиск у 10 разів** (дві декади на логарифмічній шкалі)
• **60 дБ SPL ≈ звичайна розмова** (на відстані 1 метра)
• **85 дБ = 8-годинний ліміт OSHA** (поріг для використання засобів захисту слуху)
• **120 дБ = больовий поріг** (негайний дискомфорт)

• **Рівні джерела:** 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ (а не 160!)
• **Різниця в 10 дБ:** 90 дБ + 80 дБ ≈ 90,4 дБ (тихіше джерело майже не має значення)
• **Різниця в 20 дБ:** 90 дБ + 70 дБ ≈ 90,04 дБ (незначний внесок)
• **Подвоєння джерел:** N рівних джерел = оригінал + 10×log₁₀(N) дБ
• **10 рівних джерел по 80 дБ = 90 дБ всього** (а не 800 дБ!)

• **0 дБ SPL** = 20 мкПа = поріг чутності
• **20 дБ** = шепіт, тиха бібліотека
• **60 дБ** = звичайна розмова, офіс
• **85 дБ** = інтенсивний дорожній рух, ризик для слуху
• **100 дБ** = нічний клуб, бензопила
• **120 дБ** = рок-концерт, грім
• **140 дБ** = постріл, реактивний двигун поблизу
• **194 дБ** = теоретичний максимум в атмосфері

• **Ніколи не додавайте дБ арифметично** — використовуйте логарифмічні формули додавання
• **дБА ≠ дБ SPL** — зважування А зменшує баси, пряме перетворення неможливе
• **Подвоєння відстані** ≠ половина рівня (це -6 дБ, а не -50%)
• **3 дБ ледь помітно,** а не в 3 рази голосніше — сприйняття логарифмічне
• **0 дБ ≠ тиша** — це опорна точка (20 мкПа), може бути від'ємним
• **фон ≠ дБ**, за винятком 1 кГц — рівна гучність залежить від частоти

Три причини роблять логарифмічне вимірювання необхідним:

• Людське сприйняття: Вуха реагують логарифмічно — подвоєння тиску звучить як +6 дБ, а не в 2 рази гучніше
• Стиснення діапазону: 0-140 дБ у порівнянні з 20 мкПа - 200 Па (непрактично для щоденного використання)
• Множення стає додаванням: Комбінування джерел звуку використовує просте додавання
• Природне масштабування: Множники 10 стають рівними кроками (20 дБ, 30 дБ, 40 дБ...)

Логарифмічна шкала неінтуїтивна. Уникайте цих помилок:

• 60 дБ + 60 дБ = 63 дБ (а не 120 дБ!) — логарифмічне додавання
• 90 дБ - 80 дБ ≠ різниця в 10 дБ — відніміть значення, потім знайдіть антилогарифм
• Подвоєння відстані зменшує рівень на 6 дБ (а не на 50%)
• Зменшення потужності вдвічі = -3 дБ (а не -50%)
• Збільшення на 3 дБ = потужність у 2 рази (ледве помітно), 10 дБ = гучність у 2 рази (чітко чутно)

Основні рівняння для розрахунку рівня звуку:

• Тиск: дБ SPL = 20 × log₁₀(P / 20мкПа)
• Інтенсивність: дБ IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²Вт/м²)
• Потужність: дБ SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²Вт)
• Додавання рівних джерел: L_total = L + 10×log₁₀(n), де n = кількість джерел
• Закон відстані: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) для точкових джерел

Ви не можете додавати децибели арифметично. Використовуйте логарифмічне додавання:

• Два рівних джерела: L_total = L_single + 3 дБ (напр., 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ)
• Десять рівних джерел: L_total = L_single + 10 дБ
• Різні рівні: Перетворіть на лінійну шкалу, додайте, перетворіть назад (складно)
• Правило великого пальця: Додавання джерел з різницею в 10+ дБ майже не збільшує загальний рівень (<0,5 дБ)
• Приклад: машина 90 дБ + фоновий шум 70 дБ = 90,04 дБ (ледве помітно)

Одиниця рівня гучності, віднесена до 1 кГц

Значення в фонах відповідають кривим рівної гучності (ISO 226:2003). Звук з рівнем N фонів має таку ж сприйману гучність, як і звук з рівнем N дБ SPL на частоті 1 кГц. На частоті 1 кГц фон = дБ SPL. На інших частотах вони значно відрізняються через чутливість вуха.

• Опора на 1 кГц: 60 фонів = 60 дБ SPL на 1 кГц (за визначенням)
• 100 Гц: 60 фонів ≈ 70 дБ SPL (+10 дБ необхідно для рівної гучності)
• 50 Гц: 60 фонів ≈ 80 дБ SPL (+20 дБ необхідно — бас звучить тихіше)
• 4 кГц: 60 фонів ≈ 55 дБ SPL (-5 дБ — пік чутливості вуха)
• Застосування: Аудіо еквалайзери, калібрування слухових апаратів, оцінка якості звуку
• Обмеження: Залежить від частоти; вимагає чистих тонів або спектрального аналізу

Лінійна одиниця суб'єктивної гучності

Сони кількісно оцінюють сприйману гучність лінійно: 2 сони звучать вдвічі голосніше, ніж 1 сон. Визначається за законом Стівенса, 1 сон = 40 фонів. Подвоєння сонів = +10 фонів = +10 дБ на частоті 1 кГц.

• 1 сон = 40 фонів = 40 дБ SPL на 1 кГц (визначення)
• Подвоєння: 2 сони = 50 фонів, 4 сони = 60 фонів, 8 сонів = 70 фонів
• Закон Стівенса: Сприймана гучність ∝ (інтенсивність)^0,3 для звуків середнього рівня
• Реальний світ: Розмова (1 сон), пилосос (4 сони), бензопила (64 сони)
• Застосування: Рейтинги шуму продуктів, порівняння побутової техніки, суб'єктивна оцінка
• Перевага: Інтуїтивно зрозуміло — 4 сони буквально звучать в 4 рази голосніше, ніж 1 сон

Професійне аудіо широко використовує дБ для рівнів сигналу, мікшування та мастерингу:

• 0 дБFS (повна шкала): Максимальний цифровий рівень перед обрізанням
• Мікшування: Цільовий пік від -6 до -3 дБFS, RMS від -12 до -9 дБFS для запасу
• Мастеринг: -14 LUFS (одиниці гучності) для стрімінгу, -9 LUFS для радіо
• Співвідношення сигнал/шум: >90 дБ для професійного обладнання, >100 дБ для аудіофілів
• Динамічний діапазон: Класична музика 60+ дБ, поп-музика 6-12 дБ (війна гучності)
• Акустика приміщень: Час реверберації RT60, точки спаду -3 дБ проти -6 дБ

Межі впливу шуму на робочому місці запобігають втраті слуху:

• OSHA: 85 дБ = 8-годинний TWA (середньозважений по часу) рівень дії
• 90 дБ: максимальне вплив 8 годин без захисту
• 95 дБ: максимум 4 години, 100 дБ: максимум 2 години, 105 дБ: максимум 1 година (правило половинного часу)
• 115 дБ: максимум 15 хвилин без захисту
• 140 дБ: Негайна небезпека — захист слуху обов'язковий
• Дозиметрія: Відстеження сумарного впливу за допомогою дозиметрів шуму

Екологічні норми захищають здоров'я населення та якість життя:

• Рекомендації ВООЗ: <55 дБ вдень, <40 дБ вночі на відкритому повітрі
• EPA: Ldn (середньодобовий день-ніч) <70 дБ для запобігання втраті слуху
• Авіація: FAA вимагає контури шуму для аеропортів (ліміт 65 дБ DNL)
• Будівництво: Місцеві ліміти зазвичай 80-90 дБ на межі ділянки
• Транспорт: Шумозахисні екрани на шосе націлені на зниження на 10-15 дБ
• Вимірювання: зважування dBA приблизно відповідає реакції людини на роздратування

Акустичне проектування вимагає точного контролю рівня звуку:

• Розбірливість мовлення: Ціль 65-70 дБ у слухача, <35 дБ фонового шуму
• Концертні зали: пік 80-95 дБ, час реверберації 2-2,5 с
• Студії звукозапису: NC 15-20 (криві критеріїв шуму), <25 дБ навколишнього шуму
• Класи: <35 дБ фонового шуму, співвідношення мовлення/шум 15+ дБ
• Рейтинги STC: Клас звукопередачі (ефективність ізоляції стін)
• NRC: Коефіцієнт шумопоглинання для поглинальних матеріалів

• Використовуйте відкалібровані шумоміри класу 1 або 2 (IEC 61672)
• Калібруйте перед кожною сесією за допомогою акустичного калібратора (94 або 114 дБ)
• Розміщуйте мікрофон подалі від відбиваючих поверхонь (типова висота 1,2-1,5 м)
• Використовуйте повільний відгук (1с) для стабільних звуків, швидкий (125мс) — для змінних
• Використовуйте вітрозахист на відкритому повітрі (шум вітру починається з 12 миль/годину / 5 м/с)
• Записуйте протягом 15+ хвилин, щоб зафіксувати часові варіації

• Зважування А (dBA): Загальне призначення, екологічний, виробничий шум
• Зважування С (dBC): Вимірювання пікових значень, оцінка низьких частот
• Зважування Z (dBZ): Плоска характеристика для повного спектрального аналізу
• Ніколи не перетворюйте dBA ↔ dBC — залежить від частотного вмісту
• Зважування А приблизно відповідає контуру 40 фонів (помірна гучність)
• Використовуйте аналіз в октавних смугах для детальної інформації про частоти

• Завжди вказуйте: дБ SPL, дБА, дБЦ, дБЗ (ніколи просто 'дБ')
• Повідомляйте про часове зважування: Швидке, Повільне, Імпульсне
• Включайте відстань, висоту вимірювання та орієнтацію
• Зазначайте рівні фонового шуму окремо
• Повідомляйте Leq (еквівалентний безперервний рівень) для змінних звуків
• Включайте невизначеність вимірювання (зазвичай ±1-2 дБ)

• 85 дБ: Розгляньте можливість використання захисту при тривалому впливі (>8 годин)
• 90 дБ: Обов'язковий захист після 8 годин (OSHA)
• 100 дБ: Використовуйте захист після 2 годин
• 110 дБ: Захищайтеся після 30 хвилин, подвійний захист вище 115 дБ
• Беруші: зниження на 15-30 дБ, навушники: 20-35 дБ
• Ніколи не перевищуйте 140 дБ навіть із захистом — ризик фізичної травми

Сині кити видають звуки до 188 дБ SPL під водою — найгучніший біологічний звук на Землі. Ці низькочастотні звуки (15-20 Гц) можуть переміщатися на сотні миль через океан, дозволяючи китам спілкуватися на великих відстанях.

Найтіхіша кімната в світі (Microsoft, Редмонд) має рівень -20,6 дБ SPL — тихіше порогу чутності. Люди можуть чути власне серцебиття, циркуляцію крові і навіть бурчання в шлунку. Ніхто не залишався там більше 45 хвилин через дезорієнтацію.

Найгучніший звук у записаній історії: 310 дБ SPL у джерела, чутний на відстані 3000 миль. Хвиля тиску обійшла Землю 4 рази. Моряки на відстані 40 миль отримали розриви барабанних перетинок. Така інтенсивність не може існувати в звичайній атмосфері — вона створює ударні хвилі.

194 дБ SPL — теоретичний максимум в атмосфері Землі на рівні моря — після цього створюється ударна хвиля (вибух), а не звукова хвиля. При 194 дБ розрідження дорівнює вакууму (0 Па), тому звук стає переривчастим.

Собаки чують у діапазоні 67-45 000 Гц (у порівнянні з людьми 20-20 000 Гц) і виявляють звуки в 4 рази далі. Їх слухова чутливість досягає піку близько 8 кГц — на 10 дБ більш чутлива, ніж у людей. Ось чому працюють собачі свистки: 23-54 кГц, нечутні для людей.

Кінотеатри націлюються на середній рівень 85 дБ SPL (Leq) з піками 105 дБ (специфікація Dolby). Це на 20 дБ голосніше, ніж при перегляді вдома. Розширений низькочастотний відгук: сабвуфери 20 Гц дозволяють створювати реалістичні вибухи та удари — домашні системи зазвичай обрізаються на 40-50 Гц.

дБА застосовує частотно-залежне зважування, яке ослаблює низькі частоти. Тон 100 Гц з рівнем 80 дБ SPL вимірюється як ~70 дБА (зважування -10 дБ), тоді як 1 кГц з рівнем 80 дБ SPL вимірюється як 80 дБА (без зважування). Без знання частотного спектру перетворення неможливе. Вам знадобиться аналіз БПФ і застосування зворотної кривої зважування А.

+3 дБ = подвоєння потужності або інтенсивності, але тільки збільшення тиску в 1,4 рази. Людське сприйняття слідує логарифмічній реакції: збільшення на 10 дБ звучить приблизно в 2 рази голосніше. 3 дБ — це найменша зміна, яку більшість людей виявляє в контрольованих умовах; в реальних умовах потрібно 5+ дБ.

Ви не можете додавати децибели арифметично. Для рівних рівнів: L_total = L + 3 дБ. Для різних рівнів: Перетворіть на лінійну шкалу (10^(дБ/10)), додайте, перетворіть назад (10×log₁₀). Приклад: 80 дБ + 80 дБ = 83 дБ (а не 160 дБ!). Правило великого пальця: джерело на 10+ дБ тихіше вносить <0,5 дБ в загальний результат.

дБ SPL: Незважений рівень звукового тиску. дБА: Зважений по кривій А (приблизно відповідає слуху людини, ослаблює баси). дБЦ: Зважений по кривій С (майже плоский, мінімальна фільтрація). Використовуйте дБА для загального шуму, екологічного, виробничого. Використовуйте дБЦ для вимірювання пікових значень та оцінки низьких частот. Вони вимірюють один і той самий звук по-різному — немає прямого перетворення.

Звук слідує закону обернених квадратів: подвоєння відстані зменшує інтенсивність в ¼ (а не в ½). В дБ: кожне подвоєння відстані = -6 дБ. Приклад: 90 дБ на 1м стає 84 дБ на 2м, 78 дБ на 4м, 72 дБ на 8м. Це припускає точкове джерело у вільному полі — в приміщеннях є відбиття, які ускладнюють це.

Так! 0 дБ SPL — це опорна точка (20 мкПа), а не тиша. Від'ємні дБ означають тихіше, ніж опорний рівень. Приклад: -10 дБ SPL = 6,3 мкПа. Безлунні камери вимірюють до -20 дБ. Однак, тепловий шум (молекулярний рух) встановлює абсолютний ліміт близько -23 дБ при кімнатній температурі.

Точність і калібрування. Прилади класу 1 відповідають стандарту IEC 61672 (±0,7 дБ, 10 Гц - 20 кГц). Дешеві прилади: похибка ±2-5 дБ, поганий відгук на низьких/високих частотах, без калібрування. Професійне використання вимагає відстежуваної калібрування, запису, октавного аналізу та довговічності. Законодавча/OSHA відповідність вимагає сертифікованого обладнання.

На 1 кГц: фон = дБ SPL точно (за визначенням). На інших частотах: вони розходяться через чутливість вуха. Приклад: 60 фонів вимагає 60 дБ на 1 кГц, але 70 дБ на 100 Гц (+10 дБ) і 55 дБ на 4 кГц (-5 дБ). Фон враховує криві рівної гучності, а дБ — ні.