Абсолютные шкалы в децибелах

Добавлено 5 декабря 2015 в 01:41

Сохранить или поделиться

Кроме того, в дополнение к выражению усиления или потерь по мощность децибел можно использовать в качестве абсолютной единицы измерения мощности. Типичный пример такого использования децибелов – это измерение звукового давления. В таких случаях, измерение производится по отношению к какому-то стандартному уровню мощности, определяемому как 0 дБ. Для измерения звукового давления, 0 дБ свободно определяется как нижний порог человеческого слуха, объективно измеренный как 1 пиковатт мощности звука на один квадратный метр площади.

Уровень звука со значением 40 дБ, измеренным по шкале в децибелах, будет в 10⁴ раз больше, чем порог слышимости. Уровень звука 100 дБ будет в 10¹⁰ (десять миллиардов) больше, чем порог слышимости.

Поскольку человеческое ухо неодинаково чувствительно ко всем частотам звука, были разработаны различные варианты шкалы громкости звука в децибелах, чтобы представить физиологические эквиваленты громкости звука на разных частотах. Для получения непропорциональных показаний измерений в зависимости от частоты (для лучшего представления воздействия звука на человека) некоторые приборы измерения громкости звука были оснащены системами фильтров. Три шкалы, полученные с помощью фильтров, стали широко известны как «A», «B» и «C» взвешенные шкалы. Показания уровня звука в децибелах, измеренные через соответствующие системы фильтров, были получены в единицах измерения dBA, dBB и dBC. Сегодня «A-взвешенная шкала» наиболее часто используется для выражения эквивалентного физиологического воздействия на организм человека и особенно полезна для оценки опасности громких источников шума.

Другая стандартизированная система измерения мощности в децибелах была утверждена для использования в телекоммуникационных системах. Это шкала в дБм (таблица ниже). Опорная точка, 0 дБм, определяется как 1 милливатт электрической мощности, рассеиваемой на нагрузке 600 Ом. Согласно этой шкале, 10 дБм равно десятикратной опорной мощности, или 10 милливаттам; 20 дБм равно стократной опорной мощности, или 100 милливаттам. Некоторые вольтметры переменного тока оснащены шкалой дБ (иногда обозначенной, как «dB»), предназначенной для измерения мощности сигнала переменного тока на нагрузке 600 Ом. 0 дБм на данной шкале, конечно, находится выше нуля, так как представляет собой нечто большее, чем 0 (на самом деле, это 0,7746 вольт на нагрузке 600 Ом, напряжение равно квадратному корню из мощности, умноженной на сопротивление; квадратный корень из 0,001, умноженной на 600). При осмотре лицевой панели аналогового измерителя можно заметить, что, благодаря своему логарифмическому характеру, шкала в дБм сжата на левой стороне и расширена на правой, в отличие от шкалы сопротивления.

Измерения мощности радиочастотных сигналов низкого уровня, например, в радиоприемниках, используют измерения в дБм, привязанных к нагрузке 50 Ом. Генераторы сигналов, используемые для оценки параметров радиоприемников, могут выдавать сигнал, выставленный в дБм. Уровень сигнала устанавливается с помощью устройства, называемого аттенюатором, описанного в следующем разделе.

Таблица – Абсолютные уровни мощности в дБм (децибелы относительно 1 милливатта)

Мощность в ваттах	Мощность в милливаттах	Мощность в дБм
1	1000	30
0,1	100	20
0,01	10	10
0,004	4	6
0,02	2	3
	1	0
	0,1	– 10
	0,01	– 20
	0,001	– 30
	0,0001	– 40

В студийной записывающей и радиовещательной технике для калибровки уровней громкости используется шкала в дБм, адаптированная для измерения уровней аудиосигналов и называемая VU-шкалой. VU-измерители можно часто увидеть на электронных записывающих устройствах, где они используются для индикации, не превысил ли записываемый сигнал максимальный предел уровня сигнала устройства, что вызовет сильные искажения. Шкала этого «индикатора громкости» откалибрована в соответствии со школой дБм, но показывает дБм не для всех сигналов, а только для синусоидальных сигналов с постоянной амплитудой. Истинная единица измерения VU-измерителей – это

единица громкости.

При работе с относительно большими уровнями сигналов и абсолютной шкалой в децибелах, было бы полезно иногда представлять уровень сигнала относительно опорной точки, большей, чем 1 мВт, используемой для дБм. В этом случае можно воспользоваться шкалой в дБВт с опорной точкой 0 дБВт, установленной на 1 Вт. Другая абсолютная шкала измерения мощности называется дБк с опорной точкой 0 дБк, установленной на 1 кВт, или 1000 Вт.

Подведем итоги

Единица измерения бел или децибел может также использоваться для представления абсолютных значений измеренной мощности, а не только для относительных значений усиления и потерь. Для измерения мощности звука 0 дБ определяется, как стандартизированная опорная точка мощности, равной 1 пиковатт на квадратный метр. Другая шкала в дБ, подходящая для измерения громкости звука, нормализована к аналогичному физиологическому эффекту от синусоидального сигнала с частотой 1000 Гц, и называется шкалой дБА. В данной системе 0 дБА определяется звук с любой частотой, физиологически эквивалентный тону с частотой 1000 Гц и мощностью 1 пиковатт на квадратный метр. Для использования в телекоммуникационных системах была создана электрическая шкала в дБ с абсолютной опорной точкой. Это шкала дБм с опорной точкой 0 дБм, которая определяется, как мощность сигнала переменного тока, равная 1 милливатт и рассеиваемая на нагрузке 600 Ом.

VU-измеритель показывает уровень аудиосигнала в соответствии с уровнем в дБм сигналов синусоидальной формы. Поскольку его показания на сигналы, отличающиеся от синусоидальных сигналов с постоянной амплитудой, не соответствуют истинным дБм, его единица измерения – это единица громкости. Для измерения сигналов высокой мощности были созданы шкалы в децибелах с абсолютными опорными точками, большими, чем на шкале дБм. Опорная точка шкалы дБВт, равная 0 дБВт, определяется, как 1 Вт мощности. Шкала дБк в качестве опорной точки устанавливает 1 кВт (1000 Вт).

Оригинал статьи

Теги

ДецибелОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

Децибел — Википедия

Децибе́л (русское обозначение: дБ; международное: dB) — дольная единица бела, равная одной десятой этой единицы. Бел выражает отношение двух значений энергетической величины десятичным логарифмом этого отношения.

Отношение D P {\displaystyle D_{P}} двух значений энергетической величины P {\displaystyle P} , такой как мощность, энергия, плотность энергии и т. п., выраженное в децибелах, определяется по формуле:

D P = 10 lg ⁡ P 2 P 1 . {\displaystyle D_{P}=10\lg {\frac {P_{2}}{P_{1}}}.}

Отсюда следует, что увеличение энергетической величины на 1 дБ означает её увеличение в 10 0 , 1 {\displaystyle 10^{0,1}} ≈ 1,259 раза.

Энергетические величины пропорциональны квадратам силовых величин (или величин поля, как принято в международных документах^[1][2]), таких как звуковое давление, электрическое напряжение, сила электрического тока и т. п., поэтому отношение D F {\displaystyle D_{F}} двух значений силовой величины F {\displaystyle F} , выраженное в децибелах, определяется по формуле:

D F = 20 lg ⁡ F 2 F 1 . {\displaystyle D_{F}=20\lg {\frac {F_{2}}{F_{1}}}.}

Отсюда следует, что увеличение силовой величины на 1 дБ означает её увеличение в 10 0 , 05 {\displaystyle 10^{0,05}} ≈ 1,122 раза.

Децибел относится к единицам, не входящим в Международную систему единиц (СИ), но в соответствии с решением Международного комитета мер и весов допускается к применению без ограничений совместно с единицами СИ^[3]. В основном применяется в электросвязи, акустике, радиотехнике, в теории систем автоматического управления^[4][5][6].

История

Распространение децибела берёт начало от методов, используемых для количественной оценки потери (ослабления) сигнала в телеграфных и телефонных линиях. Единицей потерь изначально была миля стандартного кабеля (англ. mile of standard cable — m.s.c.). 1 m.s.c. соответствовала потерям мощности сигнала с частотой 800 Гц в кабеле длиной в 1 милю (примерно 1,6 км), имеющем распределённое сопротивление 88 Ом (на петлю) и распределённую ёмкость 0,054 мкФ^[7] (диаметр жил витой пары около 0,9 мм). Такая величина потерь была близка к наименьшей различимой средним слушателем разнице двух сигналов по громкости. Однако миля стандартного кабеля была частотно-зависимой, и она не могла быть полноценной единицей отношения мощностей^[8].

В 1924 году компания «Белл телефон» получила положительный ответ на новое определение единицы среди членов Международного телеграфного союза в Европе: вместо m.s.c. — единица передачи (англ. transmission unit — TU). Единица передачи определялась так, что численное выражение в этих единицах соответствовало десяти десятичным логарифмам отношения измеренной мощности к исходной мощности^[9]. Удобство такого определения было в приблизительном соответствии старой и новой единиц (1 m.s.c. — это примерно 0,95 TU). В 1928 году компания «Белл телефон» переименовала единицу передачи TU в децибел^[10], который стал одной десятой вновь определённой единицы логарифмического отношения мощностей, получившей наименование бел в честь американского учёного Александра Белла^[11]. Единица бел используется редко, в то время как децибел получил широкое распространение^[12].

Изначальное определение децибела в Ежегоднике стандартов Национального института стандартов и технологий в США от 1931 года^[13]:

Децибел может быть определён таким утверждением, что две величины мощности отличаются на 1 децибел, когда они находятся в соотношении 10^0,1, и любые две величины мощности отличаются на N децибел, когда они находятся в соотношении 10^N(0,1). Количество единиц передачи (децибелов), выражающее отношение любых двух мощностей, в десять раз превышает десятичный логарифм этого отношения.

Оригинальный текст (англ.)

The decibel may be defined by the statement that two amounts of power differ by 1 decibel when they are in the ratio of 10^0.1 and any two amounts of power differ by N decibels when they are in the ratio of 10^N(0.1). The number of transmission units expressing the ratio of any two powers is therefore ten times the common logarithm of that ratio.

В апреле 2003 года Международный комитет мер и весов (МКМВ) рассматривал рекомендацию о включении децибела в Международную систему единиц (СИ), но отказался от этого предложения^[14]. Однако децибел признан другими международными организациями, такими как Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Международная организация по стандартизации (ИСО)^[15]. МЭК позволяет использовать децибел и с силовыми, и с энергетическими величинам, и этой рекомендации следуют многие национальные организации по стандартизации.

Определение

Децибелы принято использовать для измерения или выражения отношения одноимённых энергетических величин, таких как мощность, энергия, интенсивность, плотность потока мощности, спектральная плотность мощности и т. п., а также силовых величин, таких как напряжение, сила тока, напряженность поля, звуковое давление и т. п. Часто в качестве одной из величин отношения (в знаменателе) выступает общепринятая исходная (или опорная) величина. Тогда отношение, выраженное в децибелах, принято называть уровнем соответствующей физической величины (например, уровень мощности, уровень напряжения и т. д.)^[1][2].

Энергетические величины

Примеры соотношений
с энергетическими и силовыми величинами

D {\displaystyle D}	P 2 / P 1 {\displaystyle P_{2}/P_{1}}	F 2 / F 1 {\displaystyle F_{2}/F_{1}}
40 dB	10000	100
20 dB	100	10
10 dB	10	≈ 3,16
6 dB	≈ 4	≈ 2
3 dB	≈ 2	≈ 1,41
1 dB	≈ 1,26	≈ 1,12
0 dB	1	1
−1 dB	≈ 0,79	≈ 0,89
−3 dB	≈ 0,5	≈ 0,71
−6 dB	≈ 0,25	≈ 0,5
−10 dB	0,1	≈ 0,32
−20 dB	0,01	0,1
−40 dB	0,0001	0,01

Отношение D P {\displaystyle D_{P}} двух значений энергетической величины P 2 {\displaystyle P_{2}} и P 1 {\displaystyle P_{1}} , выраженное в децибелах, определяется по формуле:

D P = 10 lg ⁡ P 2 P 1 . {\displaystyle D_{P}=10\lg {\frac {P_{2}}{P_{1}}}.}

Отсюда:

P 2 P 1 = 10 0 , 1 D P {\displaystyle {\frac {P_{2}}{P_{1}}}=10^{0,1D_{P}}} 00или00 P 2 = P 1 ⋅ 10 0 , 1 D P . {\displaystyle P_{2}=P_{1}\cdot 10^{0,1D_{P}}.}

Силовые величины

Энергетические величины пропорциональны квадратам силовых величин. Например, в электрической цепи мощность P {\displaystyle P} , рассеиваемая в тепло на нагрузке с сопротивлением R {\displaystyle R} при напряжении U {\displaystyle U} , определяется по формуле:

P = U 2 R . {\displaystyle P={U^{2} \over R}.}

Отсюда отношение двух величин:

P 2 P 1 = U 2 2 R 2 R 1 U 1 2 . {\displaystyle {P_{2} \over P_{1}}={U_{2}^{2} \over R_{2}}{R_{1} \over U_{1}^{2}}.}

Логарифмическое отношение в частном случае, при R 2 = R 1 {\displaystyle R_{2}=R_{1}} :

10 lg ⁡ P 2 P 1 = 10 lg ⁡ ( U 2 U 1 ) 2 = 20 lg ⁡ U 2 U 1 . {\displaystyle 10\lg {P_{2} \over P_{1}}=10\lg {\left({U_{2} \over U_{1}}\right)}^{2}=20\lg {U_{2} \over U_{1}}.}

Таким образом, сохранение численных значений в децибелах при переходе от отношения мощностей к отношению напряжений при одинаковых нагрузках требует, чтобы выполнялось следующее соотношение:

D P = D U , {\displaystyle D_{P}=D_{U},} 00где0 D U = 20 lg ⁡ U 2 U 1 . {\displaystyle D_{U}=20\lg {U_{2} \over U_{1}}.}

Отсюда:

U 2 U 1 = 10 0 , 05 D U {\displaystyle {\frac {U_{2}}{U_{1}}}=10^{0,05D_{U}}} 00или00 U 2 = U 1 ⋅ 10 0 , 05 D U . {\displaystyle U_{2}=U_{1}\cdot 10^{0,05D_{U}}.}

Определение единицы бел

Бел (русское обозначение: Б; международное: B) выражает отношение двух мощностей как десятичный логарифм этого отношения^[2].

Согласно ГОСТ 8.417—2002^[16], бел — единица логарифмического отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную. Для энергетических величин (P): 1 Б = lg(P₂/P₁) при P₂ = 10P₁; для силовых величин (F): 1 Б = 2 lg(F₂/F₁) при F₂ = 10^0,5 F₁.

Таким образом, бел соответствует отношению 10 для энергетических величин или отношению 10^0,5 ≈ 3,162 для силовых величин.

Бел редко применяется как без приставки, так и с какими-либо другими приставками СИ, кроме деци. Например, вместо тысячной доли бела предпочтительным является использование сотой доли децибела (общепринятой будет запись не 5 мБ, а 0,05 дБ)^[17].

Сравнение логарифмических единиц

Единица	Обозначение	Изменение энергетической величины в … раз	Изменение силовой величины в … раз	Пересчёт в …
				дБ	Б	Нп
децибел	дБ, dB	10 10 {\displaystyle {\sqrt[{10}]{10}}} ≈ 1,259	10 20 {\displaystyle {\sqrt[{20}]{10}}} ≈ 1,122	1	0,1	≈0,1151
бел	Б, B	10	10 {\displaystyle {\sqrt {10}}} ≈ 3,162	10	1	≈1,151
непер	Нп, Np	e2 ≈ 7,389	e ≈ 2,718	≈8,686	≈0,8686	1

Применение

Децибелы широко применяются в областях техники, где требуется измерение или представление величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, автоматического регулирования и управления, в оптике, акустике (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять или указывать динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент затухания радиочастотного кабеля, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.

Акустика

Звуковое давление — силовая величина, а интенсивность звука, пропорциональная квадрату звукового давления, — энергетическая величина. Например, если громкость звука (субъективно определяемая его интенсивностью) возросла на 10 дБ, то это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление — приблизительно в 3,16 раза.

Использование децибелов при указании громкости звука обусловлено человеческой способностью воспринимать звук в очень большом диапазоне изменений его интенсивности. Применение линейной шкалы оказывается практически неудобным. Кроме того, на основании закона Вебера — Фехнера, ощущение громкости звука пропорционально логарифму его интенсивности. Отсюда удобство логарифмической шкалы. Диапазон величин звукового давления от минимального порога слышимости звука человеком (20 мкПа) до максимального, вызывающего болевые ощущения, составляет примерно 120 дБ. Например, утверждение «громкость звука составляет 30 дБ» означает, что интенсивность звука в 1000 раз превышает порог слышимости звука человеком.

Для выражения громкости звука также используют единицы фон и сон, учитывающие частотную и субъективную восприимчивость звука человеком.

Удобства применения децибелов

Прежде всего следует отметить удобство децибела по сравнению с единицей бел. Для практических применений бел оказался слишком крупной единицей, часто предполагающей дробную запись значения логарифмической величины. Перечисленные ниже удобства так или иначе связаны с применением не только децибелов, а логарифмической шкалы и логарифмических величин вообще.

• Характер отображения в органах чувств человека и животных изменений течения многих физических и биологических процессов пропорционален логарифму интенсивности раздражителя (см. Закон Вебера — Фехнера). Эта особенность делает применение логарифмических шкал, логарифмических величин и их единиц вполне естественным. Например, одной из таких шкал является музыкальная равномерно темперированная шкала частот.
• Логарифмическая шкала даёт наглядное графическое представление и упрощение анализа величины, изменяющейся в очень широких пределах (примеры — диаграмма направленности антенны, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) системы автоматического регулирования). Это же относится к передаточным частотным характеристикам электрических фильтров (см. логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика). При этом форма кривой упрощается и возможно применение кусочно-линейной аппроксимации, при которой скорость убывания частотной характеристики имеет размерность дБ/декада или дБ/октава^[6]. Упрощается анализ частотной характеристики фильтров, составленных из последовательно включенных звеньев с независимыми друг от друга частотными характеристиками. Следует заметить, что построение графиков в логарифмическом масштабе требует определённого навыка (см. Логарифмическая бумага).
• Логарифмическое представление некоторых относительных величин в ряде случаев упрощает математические операции с ними, в частности, умножение и деление заменяются сложением и вычитанием. Например, если собственные коэффициенты усиления последовательно включённых усилителей выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления находится как сумма собственных коэффициентов.

Опорные величины и обозначения уровней

Если в качестве одной из величин отношения (в знаменателе) выступает общепринятая исходная (или опорная) величина X_ref, то отношение, выраженное в децибелах, называют уровнем (иногда называют абсолютным уровнем) соответствующей физической величины X и обозначают L_X (от англ. level).

В соответствии с действующими стандартами^[16][15], при необходимости указать исходную величину её значение помещают в скобках за обозначением логарифмической величины. Например, уровень L_P звукового давления P можно записать: L_P (исх. 20 мкПа) = 20 дБ, а с использованием международных обозначений — L_P (re 20 µPa) = 20 dB (re — сокращение от англ. reference). Допускается указывать значение исходной величины в скобках за значением уровня, например: 20 дБ (исх. 20 мкПа). Также используется краткая форма, например, уровень L_W мощности W можно записать: L_W (1 мВт) = 30 дБ, или L_W = 30 дБ (1 мВт). Значение «1» исходной величины может быть опущено, например, L_W = 30 дБ (мВт). То есть, если в скобках указана только размерность исходной величины, а значение величины не указано, то подразумевается, что оно равно «1». Для сокращения записи широко используются специальные обозначения, например: L_W = 30 дБм. Запись означает, что уровень мощности составляет +30 дБ относительно 1 мВт, то есть мощность равна 1 Вт.

Специальные обозначения

Приведены некоторые специальные обозначения, которые в предельно краткой форме указывают на значение исходной (опорной) величины, по отношению к которой определён соответствующий уровень, выраженный в децибелах^[1][2]. Для указанных ниже опорных величин под электрическим напряжением понимается его среднеквадратичное (эффективное) значение.

• dBW (русское дБВт) — опорная мощность 1 Вт. Например, уровень мощности +30 дБВт соответствует мощности 1 кВт.
• dBm (русское дБм) — опорная мощность 1 мВт.
• dBm0 (русское дБм0) — опорная мощность 1 мВт. Обозначение применяется в электросвязи для указания абсолютного уровня мощности, приведённого к так называемой точке нулевого относительного уровня.
• dBV (русское дБВ) — опорное напряжение 1 В.
• dBuV или dBμV (русское дБмкВ) — опорное напряжение 1 мкВ.

Схематическое представление соотношения между дБн (источник напряжения) и дБм (мощность, рассеиваемая в тепло на резисторе 600 Ом)

• dBu (русское дБн) — опорное напряжение 0,600 {\displaystyle {\sqrt {0{,}600}}} ≈ 0,775 В, соответствующее мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом.
• dBrn — опорное напряжение соответствует мощности теплового шума идеального резистора с сопротивлением R {\displaystyle R} равным 50 Ом при комнатной температуре в полосе частот 1 Гц: U тш = 4 k B T R ⋅ 1   Гц ≈ 9 ⋅ 10 − 10   В {\displaystyle U_{\text{тш}}={\sqrt {4k_{\rm {B}}TR\cdot 1~{\text{Гц}}}}\approx 9\cdot 10^{-10}~{\text{В}}} . Это значение соответствует уровню напряжения −61 dBμV или уровню мощности −168 dBm.
• dBFS (от англ. full scale — «полная шкала») — опорный сигнал (мощность, напряжение) соответствует полной шкале аналого-цифрового преобразователя.
• dB SPL (от англ. sound pressure level — «уровень звукового давления») — опорное значение амплитуды звукового давления 20 мкПа, соответствующее порогу слышимости гармонического звукового колебания с частотой 1 кГц.
• dB(A), dB(B), dB(C) — эти символы применяются для обозначения взвешенного уровня звукового давления относительно 20 мкПа, когда при измерениях используются фильтры с соответствующими стандартными частотными характеристиками.
• dBc (русское дБн) — опорная величина соответствует мощности излучения на частоте несущей (англ. carrier).
• dBi (русское дБи) — изотропный децибел. Обозначение применяется для описания характеристик антенны (коэффициент направленного действия, коэффициент усиления) по сравнению с гипотетической изотропной антенной, которая равномерно излучает энергию по всем направлениям.
• dBd (русское дБд) — децибел относительно полуволнового вибратора (диполя). Обозначение применяется для описания характеристик антенны по сравнению с полуволновым вибратором (0 dBd = 2,15 dBi).
• dBsm (от англ. square meter, русское дБкв.м или дБ(м²)) — децибел относительно одного квадратного метра. Характеризует эффективную поверхность рассеяния рассеивателя в радиолокации.

По аналогии образуются составные единицы^[1][2], например уровня спектральной плотности мощности: дБВт/Гц — «децибельный» аналог единицы Вт/Гц (мощность на номинальной нагрузке в полосе частот 1 Гц с центром на заданной частоте) — здесь опорный уровень 1 Вт/Гц.

См. также

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} Recommendation ITU-R V.574-3. Use of the decibel and the neper in Telecommunications (1978-1982-1986-1990)
2. ↑ ^{1 2 3 4 5} Рекомендация МСЭ-R V.574-4. Использование децибела и непера в электросвязи (1978-1982-1986-1990-2000)
3. ↑ Non-SI units accepted for use with the SI, and units based on fundamental constants (contd.) (англ.). SI Brochure: The International System of Units (SI). BIPM. Проверено 12 октября 2015.
4. ↑ Ерофеев А. А. Теория автоматического управления. — СПб., 2003. — С. 265—270
5. ↑ Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. — М. : Наука, 1972. — 768 с. — С. 65
6. ↑ ^{1 2} Поляков К. Ю. Теория автоматического управления для «Чайников». — СПб., 2008. — С. 32—33
7. ↑ Johnson, Kenneth Simonds. Transmission Circuits for Telephonic Communication: Methods of Analysis and Design. — New York : D. Van Nostrand Co., 1944. — P. 10.
8. ↑ mile of standard cable (англ.). sizes.com. Проверено 26 января 2017.
9. ↑ Don Davis and Carolyn Davis. [[1] в «Книгах Google» Sound system engineering]. — 2nd. — Focal Press, 1997. — P. 35. — ISBN 978-0-240-80305-0.
10. ↑ R. V. L. Hartley (Dec 1928). «[[2] в «Книгах Google» ‘TU’ becomes ‘Decibel’]». Bell Laboratories Record (AT&T) 7 (4): 137–139.
11. ↑ Martin, W. H. (January 1929). «DeciBel—The New Name for the Transmission Unit». Bell System Technical Journal 8 (1).
12. ↑ [3] в «Книгах Google», Robert J. Chapuis, Amos E. Joel, 2003
13. ↑ (1931) «Standards for Transmission of Speech» (National Bureau of Standards, U. S. Govt. Printing Office) 119.
14. ↑ Consultative Committee for Units, Meeting minutes, Section 3
15. ↑ ^{1 2} Стандарт Международной электротехнической комиссии IEC 60027-3:2002. Обозначения буквенные, применяемые в электротехнике. Часть 3. Логарифмические и относительные величины и единицы измерения.
16. ↑ ^{1 2} ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Единицы величин, ГОСТ от 04 февраля 2003 года №8.417-2002. docs.cntd.ru. Проверено 26 августа 2018.
17. ↑ Fedor Mitschke, Fiber Optics: Physics and Technology, Springer, 2010 ISBN 3-642-03703-8.

Литература

• Гинкин Г. Г. Логарифмы, децибелы, децилоги. — М.- Л., 1962.
• Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности. — М.: Наука, 1977. — 336 с.

Инструментарий звукорежиссера. Часть 3.

Динамическая обработка звука

Динамический диапазон человеческого слуха 120 дБ. Что такое децибел?

Это относительная величина показывающая соотношение двух величин. Применительно к звуку это разница между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые мы можем слышать и эта разница составляет 120 дБ.

D=10 logP₁/P₀

Где Р₀— нижний порог слышимости. Р₁— текущий уровень громкости.

{\displaystyle 10^{0,1}}Отсюда следует, что увеличение энергетической величины на 1 дБ означает её увеличение в 10^0,1≈ 1,259 раза.

 

Для того что бы было проще ориентироваться и проще запомнить считайте, что любое изменение на 3 дб, это изменение в 2 раза. Увеличение громкости в 2 раза это 3 дБ.  Увеличение расстояния от источника звука в 2 раза приведет к уменьшению звукового давления на 3дб.  И так далее. Для лучшего понимания уровней громкости звука ниже приведена таблица:

Шкала (уровни звука, децибел)

Децибел,  дБ	Характеристика	Источники звука
0	Ничего не слышно
10	Почти не слышно	тихий шелест листьев
20	Едва слышно	шепот человека (на расстоянии 1 метр).
30	Тихо	шепот, тиканье настенных часов.  Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
40	Довольно слышно	обычная речь.
50	Отчётливо слышно	разговор
60	Шумно	офис
70	Шумно	громкие разговоры (1м)
80	Очень шумно	крик, шум пылесоса
85	Очень громко	Форте симфонического оркестра
90	Очень шумно	громкие крики, шум в метро
100	Крайне громко	Духовой оркестр (1-2м)
110	Крайне шумно	вертолёт
120	Почти невыносимо	Инсталляция звукового оборудования для клубов
130	Болевой порог	самолёт на старте
140	Контузия	звук взлетающего реактивного самолета
150	Контузия, травмы
160	Шок, травмы	ударная волна от сверхзвукового самолёта

 Когда мы идем в кино, на концерт, или прослушиваем музыку на Hi End оборудовании в специально подготовленном помещении, мы можем использовать весь наш слышимый диапазон. Но как только наша музыка попадает в эфир на радио или ТВ, мы оказываемся зажатыми в жесткие рамки эфирного вещания. Дело в том что ТВ и радио мы слушаем везде. И везде присутствуют атмосферные шумы. Дома это посуда, жена и дети сопливые. В машине это дорога и двигатель. И если мы опускаемся ниже уровня шума, мы перестаем слышать, и тогда хватаемся за пульт и начинаем поднимать громкость. По этому все что мы отдаем в эфир мы должны очень сильно компрессировать, то есть сжимать динамический диапазон. У каждого телеканала свои технические требования к вещанию. Существуют две шкалы громкостей. Аналоговая и цифровая. Ниже приведены примерные соотношения различного звукового материала в кино.

У аналогового оборудования всегда есть перегрузочная способность некий запас. У некоторых ламповых приборов он может быть до +22 дБ. У цифры нет. В цифре выше 0дБ ничего быть не может. Поэтому цифровой и аналоговый ноль отличаются примерно на 15дБ. Из рисунка видно, что в эфире используется достаточно маленький динамический диапазон, около 30-35 дБ. И для того что бы в него умесититься мы должны компрессировать все, тотальная компрессия!

Существует два способа применения компрессии. Первый, когда мы компрессор используем как устройство сжатия динамического диапазона. И второй, когда мы используем компрессор как эффект, для достижения других целей.

Компрессор как устройство сжатия динамического диапазона

Передаточная функция компрессора — это зависимость уровня выходного сигнала от уровня входного сигнала.

На графике по оси Х входной сигнал, по оси Y – выходной.

Коэффициент усиления компрессора всегда равен или меньше единицы.

До точки порога (Threshold) сигнал остается без изменений, то есть именение входного сигнала на 5 дБ, приводит к точно такому же изменению выходного сигнала на 5дБ. Коэфициент усиления равен единице.

После достижения порога коэфициент усиления всегда меньше единицы. Предположим входной сигнал увеличился на 10 дБ, то выходной изменился только на 5дБ. Это значит что степень сжатия (Ratio) компрессора равна 2:1.  При Ratio равным бесконечность к одному, компрессор превращается в лимитер и линия передаточной функции становиться параллельной оси Х.

Рассмотрим график формы волны Kick drum.  Линия проходящая вниз и вверх от оси Х показывает форму волны. Теперь если мы перенесем отрицательные полуволны на верх, то есть возьмем их по модулю, и проведем линию проходящую через верхушки волны, мы получим огибающую линию.

Компрессор не работает с формой волны, а изменяет только огибающую.  Если один и тот же сигнал отправить на дистошн и компрессор, то дистошн изменит форму волны обрезав макушки, что приведет к изменению спектра. Именно этого эффекта мы добиваемся для перегруженных гитар и других инструментов. То есть изменение формы волны приведет к появлению нелинейных искажений, это то что мы слышим включая дистошн.

Компрессор не изменяя формы волны изменит огибающую.

Важно понимать что работа компрессора в режиме лимитера весьма схожа с работой дистошн.  Об этом нужно помнить, когда Вы ставите лимитер на мастер шину и при сильном лимитировании Вы получите полный набор нелинейных искажений, и фонограмма будет звучать грязно.

Теперь давайте рассмотрим график формы волны Kick drum.

От точки достижения порога до точки атаки (Attack) сигнал после компрессии остается без изменений.  После спада уровня сигнала ниже порогового значения коэффициент усиления не сразу восстановится в единицу, а только после достижения точки восстановления (Release). Семейство кривых показывает степень сжатия. Чем больше Ratio, тем круче спад огибающей Kick drum.

Время через которое компрессор начинает срабатывать после достижения порогового значения, называется атакой. Время через которое коэффициент усиления восстанавливается в единицу, после того как сигнал станет ниже порога называется релис ( время восстановления).

 Если мы рассмотрим трек Kick drum, то мы увидим что у барабанщика не бывает двух одинаковых ударов, где то будет акцент, где то удар будет более слабым.

 

При компрессировании, первый удар будет сжат сильнее, чем второй, а третий, по сколько он ниже порогового значения, останется без изменений. Таким образом после компрессии трек будет звучать ровнее  и менее динамично. На этом использование компрессора как устройства сжатия динамического диапазона заканчивается. Главное правило сдесь это добится компрессии сигнала так, что бы это было не заметно. Далее мы поговорим об использовании компрессора как эффект.

Продолжение следует…

Шкала шумов, уровни звука, децибел

Децибел, дБА	Характеристика	Источники звука
0	Ничего не слышно
5	Почти не слышно
10	Почти не слышно	тихий шелест листьев
15	Едва слышно	шелест листвы
20	Едва слышно	шепот человека (1м).
25	Тихо	шепот человека (1м)
30	Тихо	шепот, тиканье настенных часов. Норма для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
35	Довольно слышно	приглушенный разговор
40	Довольно слышно	обычная речь. Норма для жилых помещений, с 7 до 23 ч.
45	Довольно слышно	обычный разговор
50	Отчётливо слышно	разговор, пишущая машинка
55	Отчётливо слышно	Норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)
60	Шумно	Норма для контор
65	Шумно	громкий разговор (1м)
70	Шумно	громкие разговоры (1м)
75	Шумно	крик, смех (1м)
80	Очень шумно	крик, мотоцикл с глушителем.
85	Очень шумно	громкий крик, мотоцикл с глушителем
90	Очень шумно	громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
95	Очень шумно	вагон метро (7м)
100	Крайне шумно	оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
105	Крайне шумно	в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
110	Крайне шумно	вертолёт
115	Крайне шумно	пескоструйный аппарат (1м)
120	Почти невыносимо	отбойный молоток (1м)
125	Почти невыносимо
130	Болевой порог	самолёт на старте
135	Контузия
140	Контузия	звук взлетающего реактивного самолета
145	Контузия	старт ракеты
150	Контузия, травмы
155	Контузия, травмы
160	Шок, травмы	ударная волна от сверхзвукового самолёта
При уровнях звука свыше 160 дБ возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 — смерть

Максимально допустимые уровни звука (LАмакс, дБА) — больше «нормальных» на 15 децибел. Например, для жилых комнат квартир допустимый постоянный уровень звука в дневное время — 40 децибелов, а временный максимальный — 55.

Неслышный шум — звуки с частотами менее 16-20 Гц (инфразвук) и более 20 КГц (ультразвук). Низкочастотные колебания в 5-10 герц могут вызывать резонанс внутренних органов и влиять на работу мозга. Низкочастотные акустические колебания усиливают ноющие боли в костях и суставах у больных. Источники инфразвука: автомобили, вагоны, гром от молнии и т.д. Высокочастотные колебания вызывают нагрев тканей. Эффект зависит от силы звука, расположения и свойств его источников.

На рабочих местах предельно допустимые эквивалентные уровни звука для прерывистого шума: максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА, а для импульсного шума — 125 дБАI. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.

Шум, издаваемый компьютером, принтером и факсом в комнате без звукопоглощающих материалов — может превышать уровень 70 db. Поэтому не рекомендуется размещать много оргтехники в одном помещении. Слишком шумное оборудование должно выноситься за пределы помещения, где располагаются рабочие места.

Снизить уровень шума можно, если использовать шумопоглощающие материалы в качестве отделки помещения и занавески из плотной ткани. Помогут и противошумные бируши для ушей.

При возведении зданий и сооружений, в соответствии с современными, более жесткими требованиями звукоизоляции, должны применяться технологии и материалы, способные обеспечить надёжную защиту от шума.

Для пожарной сигнализации: уровень звукового давления полезного аудиосигнала, обеспечиваемый оповещателем, должен быть не менее 75 дБА на расстоянии 3 м от оповещателя и не более 120 dba в любой точке защищаемого помещения (п.3.14 НПБ 104-03).

Сирена большой мощности и корабельный ревун — давит больше 120-130 децибел.

Спецсигналы (сирены и «крякалки» — Air Horn), устанавливаемые на служебном транспорте, регламентируются ГОСТ Р 50574 — 2002. Уровень звукового давления сигнального устройства при подаче специального звук. сигнала, на расстоянии 2 метра по оси рупора, должен быть не ниже:
116 дБ(А) — при установке излучателя звука на крыше транспортного средства;
122 дБА — при установке излуч-ля в подкапотное пространство автотранспорта.
Изменения основной частоты должны быть от 150 до 2000 Гц. Продолжительность цикла — от 0,5 до 6,0 с.

Клаксон гражданского автомобиля, согласно ГОСТ Р 41.28-99 и Правил ЕЭК ООН №28, должен издавать непрерывный и монотонный звук с уровнем акустического давления не более 118 децибел. Такого порядка максимально допустимые значения — и для автосигнализации.

Если городской житель, привыкший к постоянному шуму, окажется на некоторое время в полной тишине (в сухой пещере, например, где уровень шума — менее 20 db), то он вполне может испытать депрессивные состояния вместо отдыха.

www.kakras.ru

децибелов шкала — это… Что такое децибелов шкала?



децибелов шкала

децибе́лов шкала́ — логарифмическая шкала, используемая в акустике для измерения звуковых давлений и интенсивностей звука, которые в акустике авиационной меняются в весьма широких пределах (~ 10⁸ раз). Согласно Д. ш., звуковые колебания измеряются в уровнях звукового давления L = 20lgP/P₀, где P₀ = 20 мкПа — пороговое давление, соответствующее порогу слышимости человека. Уровень звукового давления 60—70 дБ соответствует нормальной разговорной речи, 120 дБ вызывает болевое ощущение, 160 дБ наблюдается вблизи мощного работающего реактивного двигателя. В акустических измерениях применяется также уровень звуковой мощности источника, равный L_w = 10lgW/W₀, где W₀ = 1 пВт (10—12 Вт) — принятое значение звуковой мощности, соответствующее потоку звуковой энергии через площадку в 1 м² при интенсивности звука I₀ = 1 пВт/м².

Энциклопедия «Авиация». — М.: Большая Российская Энциклопедия. Свищёв Г. Г.. 1998.

• дефектоскопия
• «Джапан Эр Системс»

Смотреть что такое «децибелов шкала» в других словарях:

• Децибелов шкала — логарифмическая шкала, используемая в акустике для измерения звуковых давлений и интенсивности звука, которые в акустике авиационной меняются в весьма широких пределах (Децибелов шкала 108 раз). Согласно Д. ш., звуковые колебания измеряются в… …   Энциклопедия техники

• децибелов шкала — децибелов шкала — логарифмическая шкала, используемая в акустике для измерения звуковых давлений и интенсивностей звука, которые в акустике авиационной меняются в весьма широких пределах (  108 раз). Согласно Д. ш., звуковые колебания… …   Энциклопедия «Авиация»

• Децибел — Эту страницу предлагается объединить с Бел. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К объединению/4 декабря 2011. Обсуждение длится одну неделю (или дольше, если оно идёт медленно). Дата начала обсуждения 2011 12 0 …   Википедия

• Децибелл — Децибел  десятая часть бела, безразмерной единицы для измерения отношения некоторых величин (например, энергетических  мощности и энергии или силовых  напряжения и силы тока) по логарифмической шкале. Другими словами, децибел  это некая… …   Википедия

• ШУМ — ШУМ, неправильный (апериодический) звук, состоящий из большого числа простых тонов различной высоты и силы. Его главное отличие от музыкального звука состоит в том, что между колебаниями отдельных тонов не существует правильной числовой связи и… …   Большая медицинская энциклопедия

• Фон (акустика) — Фон (др. греч. φωνή звук) логарифмическая единица для оценки уровня громкости звука. Шкала фонов от шкалы децибелов отличается тем, что в ней значения громкости коррелируются с чувствительностью человеческого слуха на разных частотах. У чистого… …   Википедия

• Фон (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Фон. Фон (др. греч. φωνή звук)  логарифмическая единица для оценки уровня громкости звука. Шкала фонов от шкалы децибелов отличается тем, что в ней значения громкости коррелируются с… …   Википедия

ЗВУК

Зависимость громкости от уровня звукового давления является сугубо нелинейной кривой, и имеет логарифмический характер. Так при увеличении уровня звукового давления на 10 дБ громкость звука возрастёт в 2 раза.
Это всё понятно, но как это оценивается в реальности?
Проведём не сложные практические измерения.

Ламовый ГЗЧ » TESLA»

— Подключим к выходу усилителя проволочное сопротивление 8 Ом. 100 Вт., а также вольтметр переменного тока.
— Установим ручку усиления нашего устройства на «0 dB». (Разумеется, это не означает, что усиление будет равняться реальному нулю!)
— Подадим на вход усилителя с помощью генератора (использовался ламповый ГЗЧ «Tesla») сигнал определённой величины. Пусть он будет таким, чтобы напряжение на нагрузке составило 24,5 вольта, при этом на вольтметре В3-2А стрелка как раз установиться на 0 dB!
Теперь не сложно вычислить мощность, выделяемую на нагрузке: согласно закону Джоуля-Ленца P = U²/R

24,5² : 8 = 75 Вт.

Ручкой «VOLUME» уменьшаем усиление до –10 dB.
На вольтметре В3-2А стрелка на шкале dB также установилась на –10 dB!
Прежде всего, здесь следует отметить, что цифровые индикаторы современных усилительных устройств показывают действительные значения шкалы dB, а не условные единицы.Величина напряжения при этом равна 7,8 Вольта.

Теперь, самое интересное. 7,8² : 8 = 7,5 Вт.
То, есть, для того чтобы изменить громкость звука в два раза (уменьшить или увеличить) необходимо изменить мощность в десять раз!

Можно конечно повысить точность измерений до сотых долей, но можно ничего и не измерять, а просто вычислить:
Пусть значение мощности P1 стало в 2 раза больше исходного значения мощности P0, тогда
10 lg(P1/P0) = 10 lg(2) ≈3.0103 дБ ≈ 3 дБ,
то есть рост мощности на 3 дБ означает её увеличение в 2 раза.
Приведём несколько значений:
1 дБ — в 1.25 раза,
3 дБ — в 2 раза,
6 дБ — в 4 раза,
9 дБ — в 8 раз,
10 дБ — в 10 раз.
12 дБ — в 16 раз
В свете этих данных звуковая картина выгладит довольно любопытно.
Момент изменения громкости звука в 1 дБ не тренированным слухом практически не улавливается.
Изменение громкости на 3 дБ является минимальной величиной, которая начинает определяется на слух достаточно уверенно.
Именно 3 дБ неравномерности амплитуды в зависимости от частоты, обычно указывают производители звуковоспроизводящей аппаратуры. В сущности, для стереоусилителей и AV ресиверов класса Hi-Fi это в порядке вещей – на краях дипозона не более –3дБ. Более того, если взять не всю полосу, которую способен пропустить усилитель, а наиболее востребованную 20 Гц – 20 кГц, то в этом диапазоне характеристика может оказаться практически линейной.

Иначе дело обстоит с АС – акустическими системами. Здесь на наш взгляд производители часто лукавят, указывая более широкий диапазон воспроизводимых частот.
Так, возьмем хорошо известные в прошлом системы на основе 35 АС- хотя бы «Корвет»( 35 АС-028.) В технических характеристиках заявлено 25 Гц – 25 кГц, но ни слова о неравномерности! Смотрим АЧХ снятую в заглушенной камере, и видим, что звал на 25 Гц достигает –14 дБ, на 25 кГц до –7 дБ. Из этого следует только одно – заявленный диапазон практической ценности не представляет.

И ещё об одном, применительно к теме: элементарное техническое решение – установка в акустическую колонку двух низкочастотных динамиков. Из изложенного выше ясно, что такая колонка, (по сравнению с точно такой же, но с одним НЧ динамиком) не будет звучать в два раз громче, а будет иметь бОльшую отдачу на низких частотах, на 3дБ.
Заметим к слову, что такие динамики эффективнее демпфируются усилителем и шунтируют друг друга электрически, в значительной степени выравнивая характеристику в области низших частот. Это связано с тем, что для сохранения среднего импеданса АС с двумя динамиками, подвижные катушки каждого отдельного динамика имеет увеличенное число витков (индуктивность).

Если ваш знакомый говорит, что у него такие же колонки как у Вас, но с его усилителем звучат в два раза громче, чем с Вашим 100-ватником, то уточните: — не 1-киловатный ли у него агрегат?..

CONTINENTAL

Децибелов шкала — это… Что такое Децибелов шкала?



Децибелов шкала

Децибелов шкала

— логарифмическая шкала, используемая в акустике для измерения звуковых давлений и интенсивности звука, которые в акустике авиационной меняются в весьма широких пределах (Децибелов шкала 108 раз). Согласно Д. ш., звуковые колебания измеряются в уровнях звукового давления L = 20lgP/P0, где P0 = 20 мкПа — пороговое давление, соответствующее порогу слышимости человека. Уровень звукового давления 60—70 дБ соответствует нормальной разговорной речи, 120 дБ вызывает болевое ощущение, 160 дБ наблюдается вблизи мощного работающего реактивного двигателя. В акустических измерениях применяется также уровень звуковой мощности источника, равный Lw = 10lgW/W0, где W0 = 1 пВт (10—12 Вт) — принятое значение звуковой мощности, соответствующее потоку звуковой энергии через площадку в 1 м2 при интенсивности звука I0 = 1 пВт/м2.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.

.

• Д’Аламбера — Эйлера парадокс
• Дивергенция

Смотреть что такое «Децибелов шкала» в других словарях:

• децибелов шкала — децибелов шкала — логарифмическая шкала, используемая в акустике для измерения звуковых давлений и интенсивностей звука, которые в акустике авиационной меняются в весьма широких пределах (  108 раз). Согласно Д. ш., звуковые колебания… …   Энциклопедия «Авиация»

• децибелов шкала — децибелов шкала — логарифмическая шкала, используемая в акустике для измерения звуковых давлений и интенсивностей звука, которые в акустике авиационной меняются в весьма широких пределах (  108 раз). Согласно Д. ш., звуковые колебания… …   Энциклопедия «Авиация»

• Децибел — Эту страницу предлагается объединить с Бел. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К объединению/4 декабря 2011. Обсуждение длится одну неделю (или дольше, если оно идёт медленно). Дата начала обсуждения 2011 12 0 …   Википедия

• Децибелл — Децибел  десятая часть бела, безразмерной единицы для измерения отношения некоторых величин (например, энергетических  мощности и энергии или силовых  напряжения и силы тока) по логарифмической шкале. Другими словами, децибел  это некая… …   Википедия

• ШУМ — ШУМ, неправильный (апериодический) звук, состоящий из большого числа простых тонов различной высоты и силы. Его главное отличие от музыкального звука состоит в том, что между колебаниями отдельных тонов не существует правильной числовой связи и… …   Большая медицинская энциклопедия

• Фон (акустика) — Фон (др. греч. φωνή звук) логарифмическая единица для оценки уровня громкости звука. Шкала фонов от шкалы децибелов отличается тем, что в ней значения громкости коррелируются с чувствительностью человеческого слуха на разных частотах. У чистого… …   Википедия

• Фон (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Фон. Фон (др. греч. φωνή звук)  логарифмическая единица для оценки уровня громкости звука. Шкала фонов от шкалы децибелов отличается тем, что в ней значения громкости коррелируются с… …   Википедия

Что такое децибелы, шкала децибел и единицы измерения шума?

Что такое шкала децибел

Человеческое ухо — чрезвычайно универсальный и удивительный слуховой аппарат. Он имеет продуманный встроенный механизм, который снижает его собственную чувствительность при повышении уровня звука, а также обладает замечательной способностью обрабатывать огромный диапазон уровней звуковой мощности. Он может слышать звук падающей булавки рядом, а также рев реактивного двигателя вдали.

Хотя ухо может различить повышение уровня при падении одной или двух игл, оно не может различить 10 000 000 000 000 контактов и 10 000 000 000 001 иглу или даже 10 100 000 000 000, потому что это не линейное устройство.Тем не менее, он может отличить значительное увеличение энергии звука.

Единицы измерения шума

Когда вы измеряете уровень шума шумомером, вы измеряете интенсивность шума, называемую децибелами (дБ). Шумомер использует дисплей с диапазоном децибел и разрешением, приближенным к динамическому диапазону уха, обычно это верхний диапазон, а не тихая часть. Если задуматься, было бы очень сложно изготовить измеритель уровня звука с линейными характеристиками, особенно с учетом диапазона источников шума, которые необходимо измерить в рабочей среде.Было бы сложно следить за этими 14 цифрами, которые меняются перед вами! Таким образом, чтобы выразить уровни звука осмысленно в числах, которыми легче управлять, используется логарифмическая шкала, использующая 10 в качестве основы, а не линейную. Эта шкала называется шкалой децибел.

Знаете ли вы: Логарифмическая шкала используется при большом диапазоне величин.Он основан на порядках величины, а не на стандартной линейной шкале, поэтому каждая отметка на шкале децибел — это предыдущая отметка, умноженная на значение.

По шкале децибел самый тихий слышимый звук (воспринимаемый почти в полной тишине) составляет 0 дБ. Звук в 10 раз мощнее — 10 дБ. Звук в 100 раз мощнее, чем почти полная тишина, составляет 20 дБ. Звук в 1000 раз более мощный, чем почти полная тишина, составляет 30 дБ, 40 дБ и так далее.

Насколько громкими являются некоторые общие звуки при измерении децибел?

• Почти полная тишина — 0 дБ
• А шепот — 15 дБ
• Библиотека — 45 дБ
• Нормальный разговор — 60 дБ
• A смыв унитаза 75-85 дБ
• Шумный ресторан — 90 дБ
• Пиковый шум в больничной палате — 100 дБ
• Плачущий ребенок — 110 дБ
• Реактивный двигатель — 120 дБ
• Porsche 911 Carrera RSR Turbo 2.1 — 138 дБ (см. Видеоролик на YouTube о тестах шума автомобилей Porsche с помощью шумомера Pulsar Nova)
• Лопание воздушного шара — 157 дБ

Удвоение звуковой энергии

Хотя ухо может различить повышение уровня при падении одной или двух игл, оно не может различить 10 000 000 000 000 контактов и 10 000 000 000 001 иглу или даже 10 100 000 000 000, потому что это не линейное устройство. Тем не менее, он может отличить значительное увеличение энергии звука.Когда этот звук удваивается, это соответствует увеличению на 3 дБ (децибел) с использованием логарифмической шкалы. Другими словами: каждое увеличение на 3 дБ означает удвоение интенсивности звука или акустической мощности. В контексте работы это означает, что небольшое увеличение количества децибел приводит к огромному изменению количества шума и, как таковое, к потенциальному повреждению слуха человека. Использование единицы дБ упрощает измерение децибел и отслеживание изменений звука, если мы будем использовать эти правила. Таблица ниже резюмирует это:

Основные правила работы с децибелами

Изменение в дБ	Изменение звуковой энергии
увеличение на 3 дБ	звуковая энергия удвоена
снижение на 3 дБ	звуковая энергия уменьшена вдвое
Увеличение на 10 дБ	звуковая энергия увеличена в 10 раз
уменьшение на 10 дБ	звуковая энергия снижена в 10 раз
Увеличение на 20 дБ	звуковая энергия увеличена в 100 раз
уменьшение на 20 дБ	звуковая энергия снижена в 100 раз

Как сложить децибелы

Поскольку для уровней звукового давления в децибелах (дБ) используется логарифмическая шкала, мы не можем просто сложить значения двух дБ вместе.Например, на заводе, если уровень шума одной машины измеряется на уровне 90 дБ (A), а затем мы запускаем вторую машину, также измеряющую 90 дБ (A), то результирующий шум не будет 180 дБ (A), потому что мы знаем, что 3 дБ представляет собой удвоение шума, 90 дБ + 90 дБ = 93 дБ.

Вы можете использовать эту краткую справочную таблицу [1], чтобы сложить уровни шума:

Разница между двумя уровнями шума	Сумма, добавляемая к более высокому из двух уровней шума (дБ или дБ (A))
0	3.0
0,1 — 0,9	2,5
1,0 — 2,4	2,0
2,4 — 4,0	1,5
4.1–6,0	1.0
6,1 — 10	0,5
10	0,0

Шаг 1. Найдите разницу между двумя уровнями шума, а затем найдите соответствующую строку в левом столбце.

Шаг 2: Найдите соответствующее число в дБ в правом столбце.

Шаг 3: Добавьте число в правом столбце к наибольшему из имеющихся у вас двух децибел.

Когда разница между измерениями в два децибела составляет 10 дБ (A) или выше, добавляемая величина равна нулю, это связано с тем, что вклад в общий шум нижнего показания не воспринимается человеческим ухом, и поэтому поправочный коэффициент не требуется. . Например, если уровень шума на рабочем месте составляет 95 дБ (A), и вы добавляете другой процесс или часть оборудования, которые измеряют 80 дБ (A) самостоятельно, уровень шума на рабочем месте все равно будет 95 дБ (A).

A-взвешивание дБ (A) и C-взвешивание дБ (C)

Измерения шума, относящиеся к громкому шуму на работе, обычно даются в дБ (A) или дБ (C) — это частотные весовые коэффициенты, которые применяются к измерениям в децибелах (частотные веса A и C), по сути, они являются показаниями шкалы децибел. это попытка воспроизвести чувствительность человеческого уха к различным частотам звука.

• A-взвешивание (A-частотное взвешивание): «A-взвешивание» является наиболее часто используемым и охватывает весь частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц.Человеческое ухо наиболее чувствительно к звуковым частотам от 500 Гц до 6 кГц, в то время как человеческое ухо не очень чувствительно к более низким и высоким частотам. Взвешивание «А» регулирует показания звукового давления, чтобы отразить чувствительность человеческого уха, и поэтому используется во всем мире для измерения риска повреждения слуха.
• C-взвешивание (C-частотное взвешивание): C-взвешивание больше рассматривает влияние низкочастотных звуков на человеческое ухо по сравнению с A-взвешиванием и по существу является плоским или линейным между 31.5 Гц и 8 кГц, две точки — 3 дБ или «половинная мощность». Измерения пикового звукового давления производятся с использованием взвешивания частоты C. Измерения обычно отображаются как дБ (C) или dBC. Или, например, как LCeq, LCPeak, LCE — где C показывает C-взвешивание.

Узнайте, как измерить децибелы

Люди измеряют децибелы шума на работе с помощью встроенного шумомера или дозиметра шума. Учебные курсы Pulsar Instruments «Шум на рабочем месте» предоставляют все, что вам нужно знать об использовании этих звукоизмерительных приборов для измерения и управления шумом на рабочем месте, чтобы вы могли соблюдать правила по охране труда и технике безопасности.В течение года мы проводим несколько курсов в Великобритании, а также проводим индивидуальное обучение в компании.

Свяжитесь с нами для получения более подробной информации.

Список литературы

[1] Шум — основная информация OSH Answers Facts Sheets. Канадский центр гигиены и безопасности труда.

---

Возможно вам понравится

.

звук | Свойства, типы и факты

Звук , механическое возмущение из состояния равновесия, которое распространяется через упругую материальную среду. Также возможно чисто субъективное определение звука, как того, что воспринимается ухом, но такое определение не особенно проясняет и чрезмерно ограничивает, поскольку полезно говорить о звуках, которые не могут быть услышаны человеческим ухом, например как те, которые производятся собачьим свистком или сонарным оборудованием.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Какая единица измерения для циклов в секунду?

Изучение звука следует начинать со свойств звуковых волн. Существует два основных типа волн, поперечные и продольные, которые различаются по способу распространения волны.В поперечной волне, такой как волна, генерируемая в натянутом канате, когда один конец покачивается вперед и назад, движение, составляющее волну, перпендикулярно или поперечно направлению (вдоль веревки), в котором движется волна. Важное семейство поперечных волн генерируется электромагнитными источниками, такими как свет или радио, в которых электрические и магнитные поля, составляющие волну, колеблются перпендикулярно направлению распространения.

Изучите волновое движение звука, излучаемого точечным источником, с помощью подвешенной пружины. Распространение вибрирующих звуковых волн аналогично действию вибрирующей пружины. Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Звук распространяется по воздуху или другим средам в виде продольной волны, в которой механическая вибрация, составляющая волну, происходит вдоль направления распространения волны. Продольная волна может быть создана в спиральной пружине путем сжатия нескольких витков вместе, чтобы сформировать сжатие, а затем их отпускания, позволяя сжатию перемещаться по длине пружины. Воздух можно рассматривать как состоящий из слоев, аналогичных таким змеевикам, со звуковой волной, распространяющейся как слои воздуха, «толкающие» и «тянущие» друг друга, подобно сжатию, движущемуся вниз по пружине.

Таким образом, звуковая волна состоит из чередующихся сжатий и разрежений или областей высокого и низкого давления, движущихся с определенной скоростью. Другими словами, оно состоит из периодического (то есть колеблющегося или вибрирующего) изменения давления, происходящего вокруг равновесного давления, преобладающего в определенное время и в определенном месте. Равновесное давление и синусоидальные колебания, вызванные прохождением чистой звуковой волны (то есть волны одной частоты), представлены на рисунках 1A и 1B соответственно.

графические изображения звуковой волны Рисунок 1: Графические изображения звуковой волны. (A) Воздух в состоянии равновесия при отсутствии звуковой волны; (B) сжатия и разрежения, составляющие звуковую волну; (C) поперечное изображение волны, показывающее амплитуду (A) и длину волны (λ). Encyclopædia Britannica, Inc. Britannica Premium: удовлетворение растущих потребностей искателей знаний. Получите 30% подписки сегодня. Подпишись сейчас

Обсуждение звуковых волн и их распространения можно начать с рассмотрения плоской волны единственной частоты, проходящей через воздух.Плоская волна — это волна, которая распространяется в пространстве как плоскость, а не как сфера увеличивающегося радиуса. Таким образом, он не является идеальным представителем звука (см. Ниже Круглые и сферические волны). Одночастотная волна будет восприниматься как чистый звук, такой как звук, создаваемый камертоном, по которому слегка ударили. В качестве теоретической модели он помогает выяснить многие свойства звуковой волны.

Рисунок 1C — еще одно представление звуковой волны, показанной на рисунке 1B.Как показано на синусоидальной кривой, изменение давления в звуковой волне повторяется в пространстве на определенном расстоянии. Это расстояние известно как длина волны звука, обычно измеряется в метрах и обозначается λ. Поскольку волна распространяется по воздуху, одной полной длине волны требуется определенный период времени, чтобы пройти определенную точку в пространстве; этот период, представленный T , обычно измеряется в долях секунды. Кроме того, в течение каждого временного интервала в одну секунду определенное количество длин волн проходит точку в пространстве.Известная как частота звуковой волны, количество длин волн, проходящих в секунду, традиционно измеряется в герцах или килогерцах и обозначается как f .

Откройте для себя взаимосвязь между частотой волны и ее периодом. Обзор взаимосвязи между частотой и периодом волн. Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видеоролики к этой статье

Существует обратная зависимость между частотой волны и ее периодом, так что

Определите разницу между частотой и амплитудой, изучая звуковые волны Частота и амплитуда звуковые волны, зарегистрированные на осциллографе. Encyclopædia Britannica, Inc. Смотрите все видео по этой статье

Это означает, что звуковые волны с высокими частотами имеют короткие периоды, а волны с низкими частотами — длинные. Например, звуковая волна с частотой 20 герц будет иметь период 0,05 секунды (, т. Е. 20 длин волн / секунду × 0,05 секунды / длина волны = 1), а звуковая волна 20 килогерц будет иметь период 0,00005. секунда (20000 длин волн в секунду × 0,00005 секунды / длина волны = 1). Между 20 герцами и 20 килогерцами лежит частотный диапазон слуха человека.Физическое свойство частоты физиологически воспринимается как высота звука, так что чем выше частота, тем выше воспринимаемая высота звука. Также существует связь между длиной звуковой волны, ее частотой или периодом и скоростью волны ( S ), так что

Математические значения

Равновесное значение давления, представленное равномерным разнесенные линии на фиг. 1A и ось графика на фиг. 1C равны атмосферному давлению, которое преобладало бы в отсутствие звуковой волны.При прохождении сжатий и разрежений, составляющих звуковую волну, будут происходить колебания выше и ниже атмосферного давления. Величина этого отклонения от равновесия известна как амплитуда звуковой волны; измеряется в паскалях, или ньютонах на квадратный метр, обозначается буквой A . Смещение или возмущение плоской звуковой волны можно математически описать с помощью общего уравнения движения волны, которое в упрощенной форме записывается как:

Это уравнение описывает синусоидальную волну, которая повторяется через расстояние λ, перемещающееся вправо. (+ x ) со скоростью, заданной уравнением (2).

Амплитуда звуковой волны определяет ее интенсивность, которая, в свою очередь, воспринимается ухом как громкость. Акустическая интенсивность определяется как средняя скорость передачи энергии на единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны. Его связь с амплитудой может быть записана как

, где ρ — это равновесная плотность воздуха (измеряется в килограммах на кубический метр), а S — это скорость звука (в метрах в секунду).Интенсивность ( I ) измеряется в ваттах на квадратный метр, причем ватт является стандартной единицей мощности при электрическом или механическом использовании.

Величина атмосферного давления в «стандартных атмосферных условиях» обычно составляет около 10 ⁵ паскалей, или 10 ⁵ ньютонов на квадратный метр. Минимальная амплитуда изменения давления, которую может уловить человеческое ухо, составляет около 10 ^-5 паскаль, а амплитуда давления на пороге боли составляет около 10 паскалей, поэтому изменение давления в звуковых волнах очень мало по сравнению с давление атмосферы.В этих условиях звуковая волна распространяется линейно, то есть продолжает распространяться в воздухе с очень небольшими потерями, дисперсией или изменением формы. Однако, когда амплитуда волны достигает примерно 100 паскалей (примерно одна тысячная давления атмосферы), в распространении волны развиваются значительные нелинейности.

Нелинейность возникает из-за специфического воздействия на давление воздуха, вызванного синусоидальным смещением молекул воздуха.Когда колебательное движение, составляющее волну, невелико, увеличение и уменьшение давления также незначительны и почти равны. Но когда движение волны велико, каждое сжатие создает избыточное давление большей амплитуды, чем уменьшение давления, вызванное каждым разрежением. Это можно предсказать с помощью закона идеального газа, который гласит, что увеличение объема газа наполовину снижает его давление только на одну треть, а уменьшение его объема наполовину увеличивает давление в два раза.В результате возникает чистое превышение давления — явление, которое имеет значение только для волн с амплитудой выше примерно 100 паскалей.

.