Логарифмическая физика звука: понимание шкалы децибел
Звук — это волна механического давления, распространяющаяся через сжимаемую упругую среду (например, воздух). Слуховая система человека обладает удивительным динамическим диапазоном — она способна воспринимать даже слабые акустические колебания,20 микропаскалей ($20 му доб{Па}$)на абсолютном пороге слышимости, вплоть до20 паскалей (20 000 000 долларов США доб. {Па} $)на пороге физической боли.
Поскольку количественная оценка звука по линейной шкале от 1 до 1 000 000 является математически громоздкой и неинтуитивной, инженеры-акустики используютлогарифмическая шкала децибел (дБ), определяемый формулой:
L_p = осталось 20 раз log_{10}( rac{p}{p_0} да)
где $p$ представляет собой измеренное среднеквадратичное (RMS) звуковое давление, а $p_0 = 20 мк наружн{Па}$ служит стандартизированным эталонным звуковым давлением в воздухе при частоте 1000 Гц.
Золотые правила 3 дБ и 10 дБ
Поскольку шкала децибел является логарифмической, а не линейной, ежедневные дополнения ведут себя удивительным образом:
• +3 дБ Увеличение:именнопарный разрядфизическая акустическая энергия и звуковая мощность в помещении. Две одинаковые газонокосилки, работающие рядом, производят всего на 3 дБ больше шума, чем одна газонокосилка.
• +10 дБ Увеличение:Представляет собойдесятикратный (10×)увеличение акустической мощности звука и психоакустически воспринимается мозгом человека примерно какв два раза громче.
Частотная оценка: A-взвешивание (дБА) и C-взвешивание (дБК)
Человеческие уши не воспринимают все акустические частоты с одинаковой чувствительностью. В 1933 году исследователи Флетчер и Мансон продемонстрировали, что человеческий слух исключительно чувствителен к частотам среднего диапазона между1000 Гц и 4000 Гц(эволюционный диапазон частот человеческой речи и плача младенцев), оставаясь при этом существенно менее чувствительным к глубоким басам (ниже 100 Гц) и ультразвуковым высоким частотам (выше 12 000 Гц).
- A-взвешивание (дБА):Регулирует уровень звукового давления путем ослабления низких частот для имитации реакции человеческого уха при умеренной громкости шума. Это обязательный правовой стандарт правил OSHA на рабочих местах и муниципальных постановлений о шуме.
- C-взвешивание (дБК):Имеет почти плоскую кривую частотной характеристики по всему слышимому спектру, улавливая глубокие низкочастотные грохоты в клубах, испытаниях авиационных двигателей и взрывоопасные акустические переходные процессы.
Стандарты воздействия NIOSH и OSHA: когда звук вызывает потерю слуха?
СогласноНациональный институт охраны труда и здоровья (NIOSH)иВсемирная организация здравоохранения (ВОЗ), длительное воздействие звука, уровень которого превышает85 дБАвызывает кумулятивное, необратимое повреждение волосковых клеток стереоцилий внутри улитки внутреннего уха.
Под управлением НИОШобменный курс 3 дБ, допустимая продолжительность воздействия уменьшается вдвое на каждые 3 дБ увеличения уровня звука:
- 85 дБ:Максимальная безопасная продолжительность воздействия =8 часов
- 88 дБ:Максимальная безопасная продолжительность воздействия =4 часа
- 91 дБ:Максимальная безопасная продолжительность воздействия =2 часа
- 94 дБ:Максимальная безопасная продолжительность воздействия =1 час
- 100 дБ (Рок-концерт/метро):Безопасно всего за15 минутбез средств защиты органов слуха!
- 120 дБ (Сирена/взлет самолета):Непосредственная акустическая травма и болевой порог.
Акустическая среда в детской: децибелы для сна младенца
Исследователи детского сна подчеркивают, что уровень фонового шума в спальне младенца не должен превышать50 дБАво время дневного сна или ночного сна. Однако полная тишина часто контрпродуктивна: внутри материнской утробы младенцы постоянно подвергаются ритмичному шуму.Звуковой ландшафт от 65 до 72 дБвырабатывается материнским кровотоком и сердцебиением.
Используя наш децибелометр, родители могут убедиться, что успокаивающие звуковые машины или генераторы белого шума откалиброваны подот 60 до 65 дБАу матраса в кроватке — достаточно громко, чтобы замаскировать внезапный хлопок двери или лай собаки, не рискуя акустической усталостью.
Как МЭМС-микрофоны смартфонов измеряют звуковое давление
Современные iPhone и устройства Android имеют миниатюрные размеры.Микроэлектромеханические системы (МЭМС)кремниевые конденсаторные микрофоны. Когда окружающие звуковые волны ударяются о кремниевую диафрагму (обычно диаметром 0,5 мм), емкостная дисперсия преобразуется в несжатый цифровой аудиопоток.
Наш веб-инструмент использует низкоуровневыйAPI веб-аудиодля захвата необработанных выборок PCM во временной области непосредственно со входа микрофона без применения агрессивного сжатия динамического диапазона (DRC), расчета мгновенной среднеквадратичной (RMS) амплитуды и отображения подлинного уровня звукового давления (SPL) в децибелах.