Децибелы зашкаливают что значит

Что такое децибел?

Перевод из децибел в разы и обратно

Довольно часто в популярной радиотехнической литературе, в описании электронных схем употребляется единица измерения – децибел (дБ или dB).

При изучении электроники начинающий радиолюбитель привык к таким абсолютным единицам измерения как Ампер (сила тока), Вольт (напряжение и ЭДС), Ом (электрическое сопротивление) и многим другим, с помощью которых обозначают количественно тот или иной электрический параметр (ёмкость, индуктивность, частоту).

Начинающему радиолюбителю, как правило, не составляет особого труда разобраться, что такое ампер или вольт. Тут всё понятно, есть электрический параметр или величина, которую нужно измерить. Есть начальный уровень отсчёта, который принимается по умолчанию в формулировке данной единицы измерения. Есть условное обозначение этого параметра или величины (A, V). И вправду, как только мы читаем надпись 12 V, то мы понимаем, что речь идёт о напряжении, аналогичном, например, напряжению автомобильной аккумуляторной батареи.

Но как только встречается надпись, к примеру: напряжение повысилось на 3 дБ или мощность сигнала составляет 10 дБм (10 dBm), то у многих возникает недоумение. Как это? Почему упоминается напряжение или мощность, а значение указывается в каких-то децибелах?

Практика показывает, что не многие начинающие радиолюбители понимают, что же такое децибел. Попытаемся развеять непроглядный туман над такой таинственной единицей измерения как децибел.

Что такое децибел?

Единицу измерения под названием Бел стали впервые применять инженеры телефонной лаборатории Белла. Децибел является десятой частью Бела (1 децибел = 0,1 Бел). На практике широко используется как раз децибел.

Как уже говорилось, децибел, это особенная единица измерения. Стоит отметить, что децибел не является частью официальной системы единиц СИ. Но, несмотря на это, децибел получил признание и занял прочное место наряду с другими единицами измерения.

Вспомните, когда мы хотим объяснить какое-либо изменение, мы говорим, что, например, стало ярче в 2 раза. Или, например, напряжение упало в 10 раз. При этом мы устанавливаем определённый порог отсчёта, относительно которого и произошло изменение в 10 или 2 раза. С помощью децибел также измеряют эти “разы”, только в логарифмическом масштабе.

График логарифмической зависимости

Например, изменение на 1 дБ, соответствует изменению энергетической величины в 1,26 раза. Изменение на 3 дБ соответствует изменению энергетической величины в 2 раза.

Но зачем так заморачиваться с децибелами, если отношения можно измерять в разах? На этот вопрос нет однозначного ответа. Но уж, поскольку, децибелы активно применяются, то наверняка это оправдано.

Причины для использования децибел всё-таки есть. Перечислим их.

Частично ответ на этот вопрос кроется в так называемом законе Вебера-Фехнера. Это эмпирический психофизиологический закон, т.е основан он на результатах реальных, а не теоретических экспериментов. Суть его заключается в том, что любые изменения каких-либо величин (яркости, громкости, веса) ощущаются нами при условии, если эти изменения носят логарифмический характер.

График зависимости ощущения громкости от силы (мощности) звука. Закон Вебера-Фехнера

Так, например, чувствительность человеческого уха уменьшается с ростом уровня громкости звукового сигнала. Именно поэтому, при выборе переменного резистора, который планируется применить в регуляторе громкости звукового усилителя стоит брать с показательной зависимостью сопротивления от угла поворота ручки регулятора. В этом случае, при повороте движка регулятора громкости звук в динамике будет нарастать плавно. Регулировка громкости будет линейной, так как показательная зависимость регулятора громкости компенсирует логарифмическую зависимость нашего слуха и в сумме станет линейной. При взгляде на рисунок это станет более понятно.

Зависимость сопротивления переменного резистора от угла поворота движка (А-линейная, Б-логарифмическая, В-показательная)

Здесь показаны графики зависимости сопротивления переменных резисторов разных типов: А – линейная, Б – логарифмическая, В – показательная. Как правило, на переменных резисторах отечественного производства указывается, какой зависимостью обладает переменный резистор. На тех же принципах основаны цифровые и электронные регуляторы громкости.

Также стоит отметить, что человеческое ухо воспринимает звуки, мощность которых различается на колоссальную величину в 10 000 000 000 000 раз! Таким образом, самый громкий звук отличается от самого тихого, который может уловить наш слух, на 130 дБ (10 000 000 000 000 раз).

Вторая причина широкого использования децибел является простота вычислений.

Согласитесь, что куда проще при вычислениях использовать небольшие числа вроде 10, 20, 60,80,100,130 (наиболее часто используемые числа при расчёте в децибелах) по сравнению с числами 100 (20 дБ), 1000 (30 дБ), 1000 000 (60 дБ),100 000 000 (80 дБ),10 000 000 000 (100 дБ), 10 000 000 000 000 (130 дБ). Ещё одним достоинством децибел является то, что их просто суммируют. Если проводить вычисления в разах, то числа необходимо умножать.

Например, 30 дБ + 30 дБ = 60 дБ (в разах: 1000 * 1000 = 1000 000). Думаю, с этим всё ясно.

Также децибелы очень удобны при графическом построении различных зависимостей. Все графики вроде диаграмм направленности антенн, амплитудно-частотных характеристик усилителей выполняют с применением децибел.

Децибел является безразмерной единицей измерения. Мы уже выяснили, что децибел на самом деле показывает, во сколько раз возросла, либо уменьшилась какая-либо величина (ток, напряжение, мощность). Отличие децибел от разов заключается лишь в том, что происходит измерение по логарифмическому масштабу. Чтобы это как-то обозначить и приписывают обозначение дБ. Так или иначе, при оценке приходится переходить от децибел к разам. Сравнивать с помощью децибел можно любые единицы измерения (не только ток, напряжение и проч.), так как децибел является относительной, безразмерной величиной.

Если указывается знак “-”, например, –1 дБ, то значение измеряемой величины, например, мощности, уменьшилось в 1,26 раз. Если перед децибелами не ставят никакого знака, то речь идёт об увеличении, росте величины. Это стоит учитывать. Иногда вместо знака “-” говорят о затуханиях, снижении коэффициента усиления.

Переход от децибел к разам.

На практике чаще всего приходится переходить от децибел к разам. Для этого есть простая формула:

Внимание! Данные формулы применяются для так называемых “энергетических” величин. Таких как энергия и мощность.

Например, 1дБ равен 10 (1дБ / 10) = 1,258925…= 1,26 раза.

при 20 дБ: 10 (20дБ / 10) = 100 (увеличение величины в 100 раз)

при 10 дБ: 10 (10дБ / 10) = 10 (увеличение в 10 раз)

Переход от разов к децибелам можно осуществить по следующей формуле:

Например, рост мощности в 4 раза будет соответствовать значению в 6,021 дБ.

10 * log₁₀(4) = 6,021 дБ.

Внимание! Для пересчёта отношений таких величин как напряжение и сила тока существуют немного иные формулы:

(Сила тока и напряжение, это так называемые “силовые” величины. Поэтому и формулы отличаются.)

Для перехода к децибелам: n = 20 * log₁₀(m)

Для перехода от децибел к разам: m = 10 (n / 20)

n – значение в децибелах, m – отношение в разах.

Если Вы успешно дошли до этих строк, то считайте, что сделали ещё один весомый шаг в освоении электроники!

Источник

Уровень шума в бытовой технике — что это значит и почему это важно

Содержание

Содержание

Несколько десятков лет назад любая техника была синонимом слова «шум». Достаточно вспомнить советскую стиральную машину «Волга» или пылесос «Циклон», владельцы которых мирились с грохотом и гулом. Но прогресс не стоит на месте, поэтому теперь уровень шума является одной из основных характеристик, на которых завязан выбор домашней техники. И эта тема стоит отдельного материала — разбираемся, что такое шум и каким он бывает.

Звуки, издаваемые работающей техникой, бывают разного характера. Некоторые мы слышим, другие не замечаем. Одни шумы нас успокаивают, вторые раздражают, а третьи могут иметь разрушительные свойства для живого организма и даже для неодушевленных предметов. Виды шума могут быть совершенно разными по физическим характеристикам, но обязательно сойдутся в одном измерении — в уровне восприятия человеком.

Восприятие шума зависит от индивидуального порога комфорта и уровня раздражительности. Некоторые люди спокойно относятся к звукам бензинового триммера за окном, другие приходят в ярость от мерного тиканья секундной стрелки наручных часов. Но, если рассматривать уровень шума не как единицу измерения комфорта, а как научное явление, то громкость звучания электроники и техники можно выразить в децибелах.

Минутка истории

Правда, термин «бел» был введен для измерения помех в телефонных и телеграфных линиях. И только позже его стали использовать для классификации уровня шума как воспринимаемого на слух явления. Теперь в качестве измерительной единицы шума принято считать «децибел», в основе которой лежит десятичный логарифм. Отсюда, собственно, и приставка «деци», которая означает «десять в минус первой степени». Кстати об этом.

Логарифмически это так

Децибел — все-таки ближе к математике, нежели к физике. Если, например, «герцы» означают цикличное действие во времени, то «децибелы» указывают на степень, в которой изменяется интенсивность происходящего. Понять не просто, но мы постараемся объяснить, что называется, «на пальцах».

Например, компьютерный вентилятор работает на максимальных оборотах и шумит примерно на уровне 22 дБ. Это приемлемый уровень шума — его практически не слышно, и он не мешает комфортной жизни даже в ночное время. Другой вентилятор на тех же настройках выдает всего на 10 дБ больше шума. При этом кажется, что он шумит чуть ли не в два раза сильнее. Ключевое слово — в два раза. То есть, не «насколько громче», а «во сколько раз громче».

Принято считать, что 0 дБ — это минимум, который воспринимает человеческий слух. Соответственно, отсчет идет от этого значения, и с каждыми 10 дБ уровень громкости увеличивается в 10 раз от предыдущего. Если представить плавное увеличение уровня шума на графике, то получится параболическая фигура. При этом в начале параболы увеличение мощности будет практически не ощутимо на слух, тогда как к середине фигуры те же 20 дБ окажутся существенным приростом как по шуму, так и по силе звукового давления.

В «иксах» скорость возрастания мощности звука с каждым дБ будет выглядеть следующим образом:

Так, уровень шума, измеряемый в децибелах, возрастает не линейно, а логарифмически — с каждой новой единицей интенсивность звучания увеличивается в N раз. Снова пример: уровень 80 дБ соответствует очень громкому разговору, а 100 дБ — это уже шум дорожного движения или отбойного молотка.

То есть всего 20 дБ отделяют шумный офис от промышленного грохота — это ощутимый прирост громкости. При этом разница между звуком тикающих часов и тихим разговором также соответствует 20 дБ. В этом случае разница уже не критична.

Для примерного ориентирования по уровням громкости окружающей среды специалисты выделяют несколько стандартных значений:

Получается, что уровень шума дискотеки (100 дБ) будет громче полной тишины (0 дБ) не в 100 раз, а в 10 000 000 000 раз. Теперь вспомним пример с вентиляторами 22 дБ и 32 дБ. Будучи шумнее всего на 10 дБ, второй вентилятор окажется в три раза громче первого.

Однако уровень шума — только полдела в изучении теории о восприятии звуков. Иногда резонно обращать внимание не на децибелы, а на характер звучания — спектр и цвет. Да-да, такое тоже бывает.

Спектр шума

Характеристики шума зависят не только от уровня мощности, но и от других показателей. Например, от спектра, в котором шум «звучит». Те или иные звуки могут быть по-разному восприняты человеком, даже не отличаясь по громкости в дБ. Например, при одинаковом уровне громкости (амплитуде колебания) звуки с частотой от 1000 Гц до 4000 Гц воспринимаются громче, чем остальные. Существуют три категории шума.

Низкочастотный шум — звуки с частотой от 16 Гц до 300 Гц. Человек воспринимает их как бас или что-то глухое, давящее. Например, гул трансформатора. А еще это могут быть человеческие голоса, которые звучат в диапазоне от 85 Гц до 255 Гц.

Среднечастотный шум — основная масса окружающих нас звуков, звучащих на частоте от 300 Гц до 800 Гц. Например, на частоте 440 Гц звучит нота «ля» первой октавы. В этом диапазоне может звучать акустическая гитара.

Высокочастотный шум — все, что звучит в диапазоне от 800 Гц до 20 000 Гц. Это могут быть любые звуки, включая гул электродвигателей или писк инверторных стиральных машин.

В мире существуют звуки с меньшей и большей частотами, но они находятся за пределами возможностей слуха человека. Такие спектры называются инфразвуком (менее 16 Гц), ультразвуком (свыше 20 000 Гц) и гиперзвуком (1 ГГц до 10 ТГц). Такой «шум» воспринимается человеком на уровне внутренних механизмов защиты от разрушения — ультразвук способен разрушать живые организмы.

Цвет шума

Неожиданно, но факт — шум бывает разного цвета. Различие шумов по цветовым оттенкам можно сравнить с разложением светового спектра на оттенки. Например, белый цвет — это световой шум, включающий в себя оттенки всех цветов радуги.

Похожий процесс происходит в звуке — белый звуковой шум состоит из множества волн с разной частотой, длительностью и уровнем мощности. На практике белый шум можно услышать между радиостанциями или телеканалами в эфире — это мерное шипение «мурашек».

Белый шум выглядит так:

Существуют также и другие «оттенки» шума. Например, розовый шум включает в себя волны всего спектра частот от 20 до 20 000 герц. Розовое шипение воспринимается как более глубокое, бархатное. Например, шум летнего дождя в тропическом лесу или морского прибоя.

График розового шума выглядит следующим образом:

А в эталонном виде розовый шум звучит так (слушать).

Несколько лет назад ученые провели ряд опытов, которые доказали, что шум определенного цвета помогает бороться с нарушениями сна. Естественно, им оказался розовый спектр. Иногда этот спектр относят к зеленым шумам — естественным звукам природы.

Еще более спокойный вариант белого шума — коричневый. Правда название цвета шум получил не по цветовой аналогии, а по его физическим свойствам. Звучание этого спектра шума напоминает «случайное блуждание» частиц в броуновском движении. Например, это звук ветра.

Вот, как звучит его откалиброванная версия (слушать).

В мире существует еще множество оттенков цветового шума. Это синий, серый и даже черный шумы, которые чаще существуют в искусственном виде и редко встречаются в жизни. Например, каждый человек воспринимает серый шум на свой лад из-за особенностей калибровки перепонки — в медицине его используют для лечения расстройств слухового аппарата. А черный цвет — это вакуумная тишина.

Децибел децибелу рознь

Перечисленные выше характеристики шума также относятся и к «звучанию» бытовой техники и компьютерной электроники. Поэтому, выбирая товар по уровню шума, необходимо ориентироваться не только на децибелы, но и на другие показатели. Например, всем понятно, что компьютерный вентилятор сам по себе работает беззвучно, а шум происходит от реактивного взаимодействия лопастей с воздухом.

Зато громкость работы внешних блоков некоторых климатических систем может сравняться по невыносимости с ревом двигателей самолета. Нужно понимать, что уровень шума кондиционера состоит не только из шумящего воздушного потока, но также включает паразитные звуки от вибраций компрессора, гула мощного вентилятора. Поэтому, выбирая бытовую технику и электронику по уровню шума, необходимо учитывать и эти факторы.

Источник

Что такое децибел? Примеры уровня дБ из повседневной жизни

Если вы решили самостоятельно записывать, а затем доводить до ума свои треки дома, то вам необходимо иметь полное представление об основных понятиях звукозаписи. Мощность, громкость, частотный баланс, динамическая обработка, фазирование – вы должны знать, что это такое и как применяется на практике.

Но начать лучше с самых базовых понятий. В числе первых начинающему музыканту или звукорежиссеру нужно понять, что такое децибел.

Децибел – НЕ единица измерения громкости

В обычной жизни громкость принято оценивать в децибелах. Но это неправильно. Децибел – это десятая часть бела, который, в свою очередь, является десятичным логарифмом отношения двух мощностей.

Если взглянуть на это понятие с точки зрения звука и его громкости, то можно уяснить для себя, что децибел измеряет уровень звукового шума (интенсивности) или уровень звукового давления.

В русском языке эта величина обозначается так: дБ.

Децибел – НЕЛИНЕЙНОЕ измерение

Чтобы лучше понять сущность децибела, необходимо уяснить, что это не постоянная физическая величина, а относительное математическое понятие. Такое же, как, например, процент.

Децибелы используются, потому что человек лучше воспринимает логарифмическое изменение уровня громкости.

Зависимость силы звука и ощущения громкости

Это связано с чувствительностью человеческого уха. Тишина (0 дБ) не означает, что звука нет. Это означает, что человек его не слышит, то есть звуковая волна настолько слабая, что ей не хватает мощности колебать барабанную перепонку. Но чем мощнее становится волна, тем сильнее колеблется перепонка и тем больше ощущается уровень громкости.

Примеры уровня дБ из повседневной жизни

Приведем таблицу с примерами уровня дБ и тем звуком, который человек слышит.

Нельзя перегружать свои уши избыточным звуковым давлением. Это ведет к снижению чувствительности слуха. Что это значит? Не слушайте долго музыку в наушниках. Порог звукового давления в наушниках по европейским стандартам равен 100 дБ.

Как децибелы применимы к музыке и звукам

Еще раз: изменение звука происходит не на определенное число единиц, а в определенное число раз. Это очень важно для того, чтобы правильно понимать природу звуков и музыки.

Например, частота двух нот, отличающихся в 1 октаву, отличается в 2 раза или на 6 дБ.

В музыке децибелы применяются для измерения динамического диапазона звучащих инструментов. Или, другими словами, звукового давления, которое они создают. Это очень важно для создания сбалансированного звукового полотна.

Благодаря этому принципу гитарное соло, сыгранное высокими нотами, не теряется даже в плотном миксе среди нескольких звучащих инструментов, а бас и барабаны создают тот самый приятный грув, за который все любят рок-музыку.

Как децибелы влияют на воспринимаемую громкость

Человек безболезненно воспринимает звук в пределах 10 – 100 дБ. Дальнейшее усиление звука переносить становится невыносимо, а в районе 130 дБ начинается болевой порог, превышение которого грозит контузией и потерей слуха.

Все это связано с уже упомянутой особенностью человеческого уха. Барабанная перепонка устает от слишком частых колебаний, вызываемых сильным давлением звуковой волны. Оптимальный уровень шума находится в пределах 40 – 60 дБ. Это норма для офиса.

Если вы хотите более детально разобраться во всем, то вам нужны учебники физики и 2-3 недели свободного времени. Но если вы все же больше музыкант, чем физик, то для осознания влияния децибела на воспринимаемую громкость вам достаточно следующего примера:

Увеличение на 10 дБ повысит громкость в 2 раза, на 20 дБ – в 4 раза, на 40 дБ в 16 раз и т.д.

Как частотный баланс влияет на громкость

Воспринимаемая громкость зависит не только от звукового давления, но и частоты звука. Так, например, средние частоты субъективно воспринимаются громче, чем низкие и высокие. Даже при одинаковых показателях дБ. Лучше всего наш слух воспринимает частотный диапазон в районе 1 – 4 кГц.

Вы можете проверить это самостоятельно. Включите любую песню, откройте эквалайзер в мультимедиа-плеере и увеличьте количество децибел на частоте 2000 Гц. Песня стала громче. Теперь верните все как было и увеличьте количество дБ на частоте 70 – 100 Гц. Особенно громче песня не стала, но звук стал более ватным и замыленным.

Как расстояние влияет на громкость

Из предыдущих объяснений вы наверняка уже поняли, что чем дальше от источника, тем звук будет тише. Эта особенность восприятия так же связана с тем фактом, что звук является волной, и с увеличением расстояния давление звуковой волны уменьшается.

Проведем еще один эксперимент. Включите музыку через самые обычные компьютерные колонки (или даже на телефоне) и отойдите на 1 метр. Предположим, что уровень создаваемого звукового давления в этой точке пространства равен 40 дБ. Теперь увеличьте расстояние от динамика в 2 раза. Интенсивность слышимого вами звука упадет на 6 дБ. Если вы увеличите дистанцию в 10 раз, то интенсивность снизится уже на 20 дБ.

Также, если вы заметили, тише стали восприниматься высокие частоты. Баланс сместился вниз.

Кстати эта особенность объясняет, почему мы слышим только басы, когда кто-то из соседей громко слушает музыку.

Как децибелы используются в записывающем оборудовании

А дело в том, что 0 дБ в цифровой компьютерной программе – это не 0 дБ в реальном мире, то есть не «отсутствие слышимого звука». Это максимальный уровень сигнала, который DAW может обработать без внесения искажений.

Здесь все завязано на кодировании сигнала на входе и выходе.

Не бойтесь того, что ваш трек будет звучать тихо. Громкость добавится на этапах сведения и мастеринга, когда в композиции уже будет достигнут оптимальный баланс всех частот.

Источник