Логарифмічна фізика звуку: розуміння децибелової шкали
Звук — це хвиля механічного тиску, що поширюється крізь стисливе пружне середовище (наприклад, повітря). Слухова система людини має вражаючий динамічний діапазон — здатна сприймати такі слабкі акустичні коливання, як20 мікропаскалів ($20 mu ext{Pa}$)на абсолютному порозі чутності, аж до20 паскалів ($20 000 000 mu ext{Pa}$)на порозі фізичного болю.
Оскільки кількісне визначення звуку в лінійній шкалі від 1 до 1 000 000 є математично громіздким і неінтуїтивно зрозумілим, інженери-акустики використовуютьлогарифмічна шкала децибел (дБ)., що визначається формулою:
L_p = 20 імен log_{10} залишилося( rac{p}{p_0} добре)
де $p$ представляє виміряний середньоквадратичний (RMS) звуковий тиск, а $p_0 = 20 mu ext{Pa}$ служить стандартизованим еталонним звуковим тиском у повітрі при 1000 Гц.
Золоті правила 3 дБ і 10 дБ
Оскільки шкала децибел є логарифмічною, а не лінійною, щоденні додавання поводяться дивовижним чином:
• Збільшення +3 дБ:точноподвійніфізичну акустичну енергію та потужність звуку в кімнаті. Дві однакові газонокосарки, що працюють поруч, створюють лише на 3 дБ більше шуму, ніж одна газонокосарка.
• Збільшення +10 дБ:Представляє aудесятеро (10×)збільшення акустичної потужності звуку і психоакустично сприймається мозком людини як приблизновдвічі голосніше.
Частотне зважування: А-зважування (дБА) проти С-зважування (дБК)
Людське вухо не сприймає всі звукові частоти з однаковою чутливістю. У 1933 році дослідники Флетчер і Мансон продемонстрували, що людський слух надзвичайно чутливий до середніх частот між1000 Гц і 4000 Гц(еволюційний діапазон частот людської мови та крику немовляти), залишаючись при цьому значно менш чутливим до глибоких низьких частот (нижче 100 Гц) і ультразвукових високих частот (вище 12 000 Гц).
- A-Вага (дБА):Регулює необроблені рівні звукового тиску шляхом послаблення низьких частот, щоб імітувати реакцію людського вуха при помірній гучності шуму. Це обов’язковий правовий стандарт для правил OSHA на робочих місцях і муніципальних підзаконних актів щодо шуму.
- C-зважування (dBC):Має майже плоску криву частотної характеристики по всьому звуковому спектру, вловлюючи глибокі суббасові гуркоти в клубних закладах, випробування авіаційних двигунів і вибухові акустичні перехідні процеси.
Стандарти впливу NIOSH і OSHA: коли звук викликає втрату слуху?
Відповідно доНаціональний інститут безпеки та гігієни праці (NIOSH)іВсесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ), тривалий вплив перевищення рівня звуку85 дБАвикликає кумулятивне, незворотне пошкодження волоскових клітин стереоцилій у внутрішній вушній раковині.
Під NIOSHШвидкість обміну 3 дБ, допустима тривалість впливу зменшується вдвічі для кожного збільшення рівня звуку на 3 дБ:
- 85 дБ:Максимальна безпечна тривалість впливу =8 годин
- 88 дБ:Максимальна безпечна тривалість впливу =4 години
- 91 дБ:Максимальна безпечна тривалість впливу =2 години
- 94 дБ:Максимальна безпечна тривалість впливу =1 година
- 100 дБ (рок-концерт / метро):Безпечний лише для15 хвилинбез захисту слуху!
- 120 дБ (сирена / реактивний зліт):Негайна акустична травма та больовий поріг.
Акустичне середовище в дитячій: децибели для сну немовляти
Дослідники дитячого сну підкреслюють, що рівень фонового шуму в спальні немовляти не повинен перевищувати50 дБАпід час денного сну або нічного сну. Однак повна тиша часто є контрпродуктивною: в утробі матері немовлята постійно піддаються ритмічнійЗвуковий ландшафт від 65 до 72 дБвиробляється материнським кровотоком і серцебиттям.
Використовуючи наш вимірювач децибел, батьки можуть переконатися, що заспокійливі звукові машини або генератори білого шуму відкалібровані відповідно довід 60 до 65 дБАбіля матраца в ліжечку — достатньо голосно, щоб замаскувати раптовий хлопок дверей або гавкіт собаки, не ризикуючи акустичної втоми.
Як мікрофони MEMS для смартфонів вимірюють звуковий тиск
Сучасні пристрої iPhone і Android відрізняються мініатюрністюМікроелектромеханічні системи (MEMS)кремнієві конденсаторні мікрофони. Коли звукові хвилі навколишнього середовища потрапляють на кремнієву діафрагму (зазвичай діаметром 0,5 мм), ємнісна дисперсія перетворюється на нестиснений цифровий аудіопотік.
Наш веб-інструмент використовує низький рівеньAPI веб-аудіодля захоплення необроблених зразків PCM у часовій області безпосередньо з мікрофонного входу без застосування агресивного стиснення динамічного діапазону (DRC), обчислення миттєвої середньоквадратичної амплітуди (RMS) і відображення автентичного рівня звукового тиску (SPL) децибел.