Меню

Единица измерения для уровня интенсивности звука это дб гц вольт грей м2



Интенсивность звука — Sound intensity

Звуковое давление p , SPL, L PA Скорость частиц v , SVL Смещение частиц δ Интенсивность звука I , SIL Звуковая мощность P , SWL, L WA Звуковая энергия W Плотность звуковой энергии ш Звуковое воздействие E , SEL Акустический импеданс Z Частота звука AF Потеря передачи TL

Интенсивность звука , также известная как интенсивность звука , определяется как мощность, переносимая звуковыми волнами на единицу площади в направлении, перпендикулярном этой области. Единица СИ интенсивности, которая включает в себя интенсивность звука, является ватт на квадратный метр (Вт / м 2 ). Одним из приложений является измерение интенсивности звука в воздухе в месте нахождения слушателя в качестве величины звуковой энергии.

Сила звука — это не то же физическое значение, что и звуковое давление . Человеческий слух чувствителен к звуковому давлению, которое связано с интенсивностью звука. В бытовой аудиоэлектронике разность уровней называется разницей «интенсивности», но интенсивность звука — это конкретно определенная величина, которую невозможно уловить с помощью простого микрофона.

Уровень интенсивности звука — это логарифмическое выражение интенсивности звука относительно эталонной интенсивности.

СОДЕРЖАНИЕ

Математическое определение

Интенсивность звука, обозначенная I , определяется как

я знак равно п v <\ displaystyle \ mathbf = p \ mathbf >

Оба I и v являются векторами , что означает, что оба имеют направление, а также величину. Направление интенсивности звука — это среднее направление, в котором течет энергия.

Средняя интенсивность звука за время T определяется выражением

⟨ я ⟩ знак равно 1 Т ∫ 0 Т п ( т ) v ( т ) d т . <\ Displaystyle \ langle \ mathbf \ rangle = <\ frac <1>> \ int _ <0>^ p (t) \ mathbf (t) \, \ mathrm < d>t.>

я знак равно 2 π 2 ν 2 δ 2 ρ c <\ Displaystyle \ mathrm = 2 \ pi ^ <2>\ nu ^ <2>\ delta ^ <2>\ rho c>

ν <\ displaystyle \ nu> частота звука, δ <\ displaystyle \ delta> — амплитуда смещения частицы звуковой волны , ρ <\ displaystyle \ rho> — плотность среды, в которой распространяется звук, и c <\ displaystyle c> это скорость звука.

Закон обратных квадратов

Для сферической звуковой волны интенсивность в радиальном направлении как функция расстояния r от центра сферы определяется выражением

я ( р ) знак равно п А ( р ) знак равно п 4 π р 2 , <\ displaystyle I (r) = <\ frac

> = <\ frac

<4 \ pi r ^ <2>>>,>

Таким образом, интенсивность звука уменьшается как 1 / r 2 от центра сферы:

я ( р ) ∝ 1 р 2 . <\ displaystyle I (r) \ propto <\ frac <1>>>.>

Это соотношение является законом обратных квадратов .

Уровень интенсивности звука

Уровень интенсивности звука (SIL) или уровень интенсивности звука — это уровень ( логарифмическая величина ) интенсивности звука относительно контрольного значения.

Оно обозначается L I , выраженным в непер , этикетках , или децибелах , и определяется

L я знак равно 1 2 пер ( я я 0 ) N п знак равно бревно 10 ( я я 0 ) B знак равно 10 бревно 10 ( я я 0 ) d B , <\ displaystyle L_ = <\ frac <1><2>> \ ln \! \ left ( <\ frac >> \ right) \!

\ mathrm = 10 \ log _ <10>\! \ left ( <\ frac >> \ right) \!

\ mathrm ,>

I — интенсивность звука; I эталонная интенсивность звука ; 1 Np = 1 — непер ; 1 В = 1 / 2 ln (10) — пояс ; 1 дБ = 1 / 20 ln (10) — децибел .

Обычно используется эталонная интенсивность звука в воздухе:

я 0 знак равно 1 п W / м 2 . <\ displaystyle I_ <0>= 1

\ mathrm >.>

приблизительно самая низкая интенсивность звука, которую может слышать неповрежденное человеческое ухо в комнатных условиях. Соответствующие обозначения для уровня интенсивности звука с использованием этого эталона: L I / (1 пВт / м 2 ) или L I (относительно 1 пВт / м 2 ) , но обозначения дБ SIL , дБ (SIL) , dBSIL или дБ SIL являются очень распространены, даже если они не приняты СИ.

Эталонная интенсивность звука I определяется таким образом, что прогрессивная плоская волна имеет одинаковое значение уровня интенсивности звука (SIL) и уровня звукового давления (SPL), поскольку

Равенство SIL и SPL требует, чтобы

я я 0 знак равно п 2 п 0 2 , <\ displaystyle <\ frac >> = <\ frac

> ^ <2>>>,>

где p = 20 мкПа — эталонное звуковое давление.

Для прогрессивной сферической волны

п c знак равно z 0 , <\ displaystyle <\ frac

> = z_ <0>,>

я 0 знак равно п 0 2 я п 2 знак равно п 0 2 п c п 2 знак равно п 0 2 z 0 . <\ displaystyle I_ <0>= <\ frac ^ <2>I>

>> = <\ frac ^ <2>pc>

>> = <\ frac ^ <2>> >>.>

В воздухе при температуре окружающей среды z = 410 Па · с / м , следовательно, эталонное значение I = 1 пВт / м 2 .

В безэховой камере, которая приближается к свободному полю (без отражения) с одним источником, измерения в дальней зоне в SPL можно считать равными измерениям в SIL. Этот факт используется для измерения звуковой мощности в безэховых условиях.

Измерение

Интенсивность звука определяется как среднее по времени произведение звукового давления и скорости акустических частиц. Обе величины могут быть непосредственно измерены с помощью зонда pu интенсивности звука, содержащего микрофон и датчик скорости частиц, или оценены косвенно, используя зонд pp, который аппроксимирует скорость частицы путем интегрирования градиента давления между двумя близко расположенными микрофонами.

Методы измерения давления широко используются в безэховых условиях для количественной оценки шума. Ошибка смещения, вносимая зондом pp, может быть аппроксимирована выражением

я ^ п п — п ≃ я п — φ pe п среднеквадратичное значение 2 k Δ р ρ c знак равно я п ( 1 — φ pe k Δ р п среднеквадратичное значение 2 / ρ c я р ) , <\ displaystyle <\ widehat > _ ^ \ simeq I_ — <\ frac <\ varphi _ <\ text > \, p _ <\ text > ^ <2>> > = I_ <\ biggl (>1 — <\ frac <\ varphi _ <\ text >> > <\ гидроразрыв

> ^ <2>/ \ rho c> >> <\ biggr)>\ ,,>

где — «истинная» интенсивность (не зависящая от ошибок калибровки), — оценка смещения, полученная с помощью датчика pp , — среднеквадратичное значение звукового давления, — волновое число, — плотность воздуха, — скорость звука и расстояние между двумя микрофонами. Это выражение показывает, что ошибки калибровки фазы обратно пропорциональны частоте и расстоянию между микрофонами и прямо пропорциональны отношению среднего квадрата звукового давления к интенсивности звука. Если отношение давления к интенсивности велико, то даже небольшое фазовое рассогласование приведет к значительным ошибкам смещения. На практике измерения интенсивности звука не могут быть выполнены точно при высоком индексе интенсивности давления, что ограничивает использование датчиков PP- интенсивности в средах с высоким уровнем фонового шума или отражений. я п <\ displaystyle I_ > я ^ п п — п <\ displaystyle <\ hat > _ ^ > п среднеквадратичное значение <\ displaystyle p _ <\ text >> k <\ displaystyle k> ρ <\ displaystyle \ rho> c <\ displaystyle c> Δ р <\ displaystyle \ Delta r>

С другой стороны, ошибка смещения, вносимая зондом о.у., может быть приблизительно выражена как

я ^ п п — ты знак равно 1 2 Re < п V ^ п * >знак равно 1 2 Re < п V п * е - j φ уэ >≃ я п + φ уэ J п , <\ displaystyle <\ hat > _ ^ = <\ frac <1><2>> <\ text > \ <

> _ ^ <*>> \> = <\ frac <1><2>> <\ text > \ <^ <*><\ text > ^ <- <\ text > \ varphi _ <\ text >> \> \ simeq I_ + \ varphi _ <\ text > J_ \ ,,>

где это смещенная оценка , полученная с использованием пу зонда, и это преобразованием Фурье звукового давления и скорости частиц, является реактивной интенсивностью и является пу фазовой расстройки введена ошибками калибровки. Следовательно, калибровка фазы имеет решающее значение, когда измерения выполняются в условиях ближнего поля, но не так важна, если измерения выполняются в дальней зоне. «Реактивность» (отношение реактивной мощности к активной) указывает, вызывает ли беспокойство этот источник ошибки или нет. По сравнению с датчиками давления, датчики интенсивности pu не подвержены влиянию отношения давления к интенсивности, что позволяет оценить распространяющуюся акустическую энергию в неблагоприятных условиях испытаний при условии, что расстояние до источника звука является достаточным. я ^ п п — ты <\ displaystyle <\ hat > _ ^ > п <\ displaystyle P> V п <\ displaystyle V_ > J п <\ displaystyle J_ > φ уэ <\ displaystyle \ varphi _ <\ text >>

Источник

Интенсивность звука

Физика > Интенсивность звука
[ctu_ultimate_oxi ]

Как определить уровень интенсивности звука: значение и термины, децибелы и амплитуда, единица звуковой интенсивности, формула, что определяет интенсивность.

Пример

Используйте данные для вычисления звуковой интенсивности и уровня децибела.

Pavw = 331 м/с 2 при 0°C. (Давление воздуха при 0°С = 1.29 кг/м 3 ).

Переведем уровень интенсивности звука в уровень децибела:

Обзор интенсивности

Звуковая интенсивность – мощность на единицу переносимой волной площади. Мощность отображает скорость транспортировки волной энергии.

Для определения интенсивности применяют формулу I = P/A (Р – мощность, А – единица интенсивности в Вт/м 2 ). Это общая формула для интенсивности, но на нее можно взглянуть с позиции звука.

Звуковая интенсивность

Для измерения звуковой интенсивности подойдет формула (Δp – изменение давления или амплитуда, ρ – плотность материала, сквозь который проходит звук, vw – скорость наблюдаемого звука). Видно, что изменение давления и амплитуда пропорциональны интенсивности, поэтому можно сказать, что при подъеме колебания повышается и интенсивность. На изображении показана эта тенденция.

Перед вами графики калибровочных давлений в двух звуковых волнах, отличающихся по интенсивности. Большая интенсивность формируется источником с большими амплитудными колебаниями, где присутствуют значительные максимумы и минимумы давления. Видно, что показатель давления растет при большей интенсивности, поэтому способен оказывать более значимое усилие на тела

Стандартной единицей интенсивности считают Вт/м 2 , но чаще всего используют децибелы. Это соотношения амплитуды к эталонному значению (0 дБ). Формула:

(β – уровень децибела, I – наблюдаемая интенсивность, I – эталонная интенсивность).

Чтобы получить контрольную точку на уровнях интенсивности, ниже указан список нескольких интенсивностей:

Читайте также:  Степень выполнения плана методом условно натурального измерения

0 дБ, I = 1 x 10 -12 – порог человеческого слуха.

10 дБ, I = 1 x 10 -11 – шелест листьев.

60 дБ, I = 1 x 10 -6 – обычная беседа.

100 дБ, I = 1 x 10 -2 – громкая сирена.

160 дБ, I = 1 x 10 4 – лопнут барабанные перепонки.

Источник

Что такое дБА звука и шума и как они измеряются?

Когда мы говорим о звук или шум , чаще всего используется величина дБА , и производители оборудования часто используют его в аудиосистемах, а также, например, для определения уровня шума, который излучает вентилятор. В этой статье мы расскажем вам что это за величина , как он измеряется и почему важно знать его лестница .

У вас в ушах когда-нибудь звенело из-за чрезмерно шумной обстановки? Даже до того, что пришлось прикрывать их, потому что это причиняло вам боль? На интенсивность звука и то, как мы его воспринимаем, влияет множество факторов, включая продолжительность звука, частоты или тона, а также среду, в которой он слышен. По этой причине важно уметь измерять интенсивность звука и знать масштаб этой величины, и именно об этом мы поговорим дальше.

Что такое дБА и как они измеряются?

Децибелы (дБ) — это единица звукового давления, мера силы, а точнее мера силы на единицу площади . Каждый раз, когда источник звука удаляется от нас, он теряет интенсивность с соотношением 6 дБ каждый раз, когда расстояние удваивается (например, если на одном метре мы воспринимаем 80 дБ, на двух метрах мы воспринимаем 74 дБ). По этой причине важно, чтобы при измерении интенсивности акустического давления указывалось расстояние, на котором оно измеряется, и именно здесь в игру вступает дБА.

Суффикс «A» в дБА означает, что при измерении используется взвешивающий фильтр для человеческого уха, который фиксирует только частоты от 20 до 20,000 Гц и на расстоянии 50 сантиметры . Следовательно, это надежная и объективная величина, позволяющая измерить любую интенсивность звука.

Особенность в том, что децибелы отличаются от других известных шкал измерения. Хотя многие стандартные измерительные приборы, такие как линейка или метр, являются линейными, шкала децибел логарифмическая . Этот тип шкалы лучше всего отображает, как изменения интенсивности звука на самом деле ощущаются в человеческом ухе.

Чтобы представить это в перспективе, давайте возьмем пример: представьте себе здание высотой 80 метров. Если его высоту увеличить еще на 10 метров (всего 90 м), он будет казаться только немного выше на глаз, потому что мы фактически увеличили его высоту на 12.5%. Если мы переведем эти величины в децибелы, если звук будет громким на 80 дБ, добавление дополнительных 10 дБ сделает звук в 10 раз более интенсивным и примерно в два раза громче для наших ушей.

Для измерения децибел используются устройства, называемые измерителями уровня звука, которые способны довольно точно измерять звуковое давление, и на самом деле существуют очень дешевые устройства (даже приложения для мобильных телефонов довольно надежны, хотя логически меньше, чем профессиональные устройства, разработанные специально для этого).

Насколько громкий шум?

Поскольку, как мы объяснили, дБ, а точнее, дБА представляют собой логарифмическую шкалу, которая зависит от того, где мы находимся перед источником звука, может быть сложно оценить, сколько дБА представляет собой много шума, а сколько — мало. К счастью, поскольку это субъективная шкала восприятия человеческого уха, ее очень легко экстраполировать в таблицу.

dB

Пример

140

Взлет самолета, 30 метров

130

Болевой порог

120

Порог дискомфорта

110

Бензопила в одном метре

100

Дискотека в пределах 1 метра от колонок

90

Грузовик в 10 метрах

80

Шумная и оживленная улица

70

Пылесос на расстоянии 1 метра

60

Речь на расстоянии 1 метра

пятьдесят

Средний шум дома

40

Тихая библиотека

30

Спальня ночью

20

Фоновый шум в студии звукозаписи

10

Лист, падающий на ветру

0

Порог слышимости

Чтобы вы лучше понимали эту шкалу, мы собираемся применить шкалу 10 к 10 дБ с эффектами, которые они могут вызвать.

Источник звука

dB

эффект

Самолет взлетает на 25 метров

150

Разрыв барабанных перепонок

Взлетная полоса из аэропорта

140

Болевой порог

Взлет военного истребителя на 20 метров

130

Боль. Это в 32 раза больше интенсивности, чем 70 дБА.

Гудок грузовика на расстоянии 1 метра. Концерт в живую.

110

Средняя человеческая боль. В 16 раз больше интенсивности, чем 70 дБА.

Электрическая газонокосилка. Вертолет 30 метров.

100

В восемь раз больше интенсивности, чем 70 дБА. Поддержание этого уровня в течение 8 часов вызывает повреждение барабанных перепонок.

Мотоцикл 10 метров

90

В 4 раза больше интенсивности, чем 70 дБА. Он может повредить барабанные перепонки, если находиться на открытом воздухе более 8 часов.

Посудомоечная машина. Заводской (средний).

80

Удвойте интенсивность 70 дБА. Порог того, что обычно раздражает.

ТВ аудио

70

От такой интенсивности это уже многих людей раздражает.

Разговор в ресторане

60

Половина интенсивности 70 дБА.

Нормальный разговор в доме.

пятьдесят

В четыре раза меньше, чем 70 дБА.

библиотека

40

Одна восьмая интенсивность 70 дБА.

Сельская зона

30

В шестнадцать раз меньше, чем 70 дБА.

Whisper

20

Едва слышно, если не очень близко.

Дыхание

10

Неслышно для большинства. Обычно люди не слышат собственное дыхание.

Абсолютная тишина

0

Человеку буквально невозможно «услышать» абсолютную тишину, но это порог слышимости.

Если вам интересно, людям буквально невозможно запечатлеть абсолютную тишину. Хотя он может существовать в глубоком космосе, человек всегда, всегда что-то слышит (если, конечно, он не полностью глухой), а в ситуациях крайней тишины он начинает слышать (в дополнение к своему собственному дыханию) даже поток крови. по его венам.

Источник

Единица измерения для уровня интенсивности звука это дб гц вольт грей м2

1. ОСНОВНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ

Звук — волновой колебательный процесс, происходящий в упру­гой среде (воздухе, воде и др.) и вызывающий слуховое ощущение.

Звуковое поле — область пространства (объем), в которой рас­пространяются звуковые волны.

Звуковое давление — разность между статическим (атмосфер­ным) давлением и давлением в данной точке звукового поля. Мгно­венное звуковое давление — звуковое давление в рассматриваемый момент времени.

Различают максимальное (пиковое) и минимальное звуковое дав­ления, представляющие максимальное и минимальное значения мгно­венного звукового давления, а также эффективное (среднеквадратич­ное) значение звукового давления за полный период. Согласно новой системе единиц СИ-1 за единицу звукового давления принят ньютон на квадратный метр (1 н/м 2 ). Наряду с этой единицей в литературе можно еще встретить прежнюю единицу звукового давления систе­мы единиц СГС— бар или иначе дину на квадратный сантиметр (1 дин/см 2 ), которая равна 0,1 н/м 2 ; отсюда 1 н/м 2 = 10 дин/см г = 10 бар.

Интенсивность звука (прежнее название — сила звука) — сред­нее значение мгновенной плотности звуковой энергии. Представляет собой поток свободно распространяющейся звуковой энергии, про­ходящий в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Единица интенсивности звука в системе единиц СИ-1— ватт на квадратный метр (1 вт/м 2 ), в прежней, еще действующей системе единиц СГС единица интенсивности— 1 эрг/сек · см 2 . Последняя единица равна 0,001 вт/м 2 ; наоборот, 1 вт/м 2 —10 3 эрг/сек · см 2 .

В тех случаях, когда направление распространения звуковой волны определить трудно или невозможно, используют другую энергетическую характеристику поля — плотность звуковой энергии.

Плотность звуковой энергии — звуковая энергия, содержащаяся в единице объема. Единица измерения — 1 дж/м 3 (в системе СГС — 1 эрг/см 3 ).

Звуковая мощность — поток звуковой энергии, проходящий за 1 сек через данную поверхность перпендикулярно ей. Единица изме­рения — ватт (10 7 эрг/сек). Определяется по величинам звукового давления или интенсивности звука.

Скорость звука (точнее, скорость распространения звуковой вол­ны) — путь, проходимый звуковой волной в однородной среде в еди­ницу времени, выражается в метрах в секунду.

Скорость звука зависит от плотности и упругости среды, напри­мер: в воздухе 344 м/сек, в морской воде 1504 м/сек, в стали 4 990 м/сек, в сосне 3 320 м/сек.

Колебательная скорость — скорость колебательного смещения частиц, среды от положения покоя.

Длина волны — расстояние между ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе колебаний; расстояние, проходимое распространяющейся волной за один период колебания.

Период — время, в течение которого происходит одно полное ко­лебание.

Частота — количество колебаний в секунду.

Фаза — стадия движения колеблющейся частицы или тела отно­сительно какого-либо их положения, принятого за начальное. Выра­жается в радианах или градусах.

Синфазность — равнофазность, одинаковая фаза переменных гармонических величин. Синфазное включение громкоговорителей — такое электрическое соединение громкоговорителей, при котором создаваемые ими звуковые давления находятся в одинаковой фазе.

Чистый тон — звук, создаваемый синусоидальным акустическим колебанием.

Шум — неприятный или нежелательный звук случайного характе­ра, не содержащий ясно выраженных частотных составляющих.

Белый шум — сложный звук, спектр которого, измеренный анали­затором с постоянной шириной полосы, является непрерывной и глад­кой функцией частоты в достаточно широком диапазоне частот.

Спектр акустический — характеристика звука, выражающая его частотный (спектральный) состав и получаемая в результате анализа звука.

Биения — периодическое изменение интенсивности звука в данной точке, вызываемое взаимодействием (интерференцией) двух звуковых волн близких частот.

Интерференция — взаимодействие двух или более звуковых волн, одновременно приходящих в данную точку, приводящее к ослабле­нию или усилению интенсивности звука в зависимости от разницы в фазах волн (от сдвига фаз).

Дифракция — изменение направления распространения звуковой волны, вызванное прохождением ее около края какого-либо препят­ствия.

Реверберация — затухающее звучание в закрытом помещении после прекращения действия источника звука, обусловленное многократными отражениями звука от оканчивающих поверхностей. Стандартное время реверберации — время, в течение которого интенсивность затухающего звука уменьшится в миллион раз (10 6 ) от ее начального значения, а уровень интенсивности звука спадет на 60 дб.

Громкость — субъективное ощущение интенсивности звука. Она изменяется приблизительно пропорционально логарифму изменения интенсивности звука.

Стоячая волна — результат наложения двух бегущих синусои­дальных волн, распространяющихся в противоположных направлениях: падающей и отраженной; характеризуется различными амплитудами в различных точках пространства.

Явление (эффект) Допплера — изменение высоты звука (частоты колебаний) вследствие движения источника звука.

Тембр звука — характерная особенность (окраска) сложного звука, определяемая количеством и интенсивностью обертонов.

Обертоны — все дополнительные тоны, кратные по частоте основ­ному, которые создаются колеблющимся телом.

Унтертоны — тоны, частоты которых составляют целую часть от частоты основного тона.

Октава — представляет интервал частот (полосу), в котором от­ношение большей крайней частоты к меньшей равно 2.

В общем виде отношение крайних частот полосы между собой выражается в октавах формулой f max / f min =2 n где п — количество октав. Таким образом, количество октав равно логарифму (при осно­вании 2) отношения крайних частот.

В качестве примера определим отношение двух частот, равное 1/3 октавы:

Обратной задачей будет найти, например, скольким октавам соответствует отношение частот, равное 1,41, т.е. 2 n = 1,41 или, пере­ходя к десятичному логарифму, n = 3,33 lg 1,41. С помощью таблиц или логарифмической линейки находим, что n = 0,5 октавы.

Динамический диапазон какой-либо переменной величины опре­деляется отношением максимального ее значения к минимальному, т.е.

Однако чаще динамический диапазон выражают в единицах уровня (децибелах), т. е. определяют 10 lg D для энергетических величин (см. ниже). Понятие динамического диапазона имеет важное значение в технике радиовещания, звукозаписи и звуковоспроизведения. Ввиду того что минимальное значение сигнала (электрического или акустического) практически определяется уровнем шума, сохранение натурального динамического диапазона некоторых инструментов или ансамблей потребовало бы чрезмерно высоких уровней сигнала и мощностей. Это трудно осуществимо и экономически нецелесообразно; поэтому в процессе радиовещания или звукозаписи натуральный динамический диапазон уменьшают (сжимают).

Сопротивление излучения — комплексное акустическое сопротив­ление, которым колеблющаяся (вибрирующая) поверхность, напри­мер конус громкоговорителя, нагружена со стороны воздушной сре­ды. Сопротивление излучения характеризует величину связи вибри­рующей поверхности с окружающей средой. Сопротивление излуче­ния имеет активную составляющую, определяющую излучаемую мощность, и реактивную, определяющую связанную с излучателем присоединенную массу среды, которая прибавляется к собственной массе излучателя.

Уровень — выражение величины акустического или электрическо­го сигнала в децибелах.

Децибел — логарифмическая относительная единица измерения уровня.

Применение понятия «уровень» в практике расчета и измерений избавляет от необходимости иметь дело с очень малыми или дробными числами. Кроме того, пользование этим понятием исключает необходимость в перемножении или делении величин, заменяя эти действия более простыми; сложением пли вычитанием, что непосред­ственно вытекает из правил логарифмов (логарифм произведения ра­вен сумме логарифмов сомножителей). Одним из оснований широ­кого использования в акустике и электроакустике единиц уровня — децибелов — явилось, то, что субъективное ощущение громкости в зависимости от интенсивности звука подчиняется психофизиологи­ческому закону: с изменением интенсивности звука ощущение гром­кости изменяется приблизительно пропорционально логарифму изме­нения интенсивности звука. Вот почему наше ухо может восприни­мать громадный динамический диапазон интенсивностей звука, до­стигающий на средних частотах 10 12 . Использование шкалы уровней позволяет выразить этот огромный диапазон интенсивностей вели­чиной всего в 120 дб. Переход к уровню от абсолютной величины производится путем логарифмирования отношения этой величины к условно выбранной начальной.

Уровень интенсивности звука в децибелах выражается формулой

где I — интенсивность (сила) звука, переводимая в единицы уровня;

I — интенсивность (сила) звука частотой 1000 гц на пороге слышимости — 10 -12 вт/м 2 = 10 -9 эрг/см 2 · сек.

Поскольку интенсивность звука пропорциональна второй степени звукового давления ( I = kp 2 ), то соответствующий уровень звукового давления будет:

где р — данное эффективное значение звукового давления, а р = 2 10 -5 н/м 2 = 2 • 10 -4 дин/см 2 .

Подобно акустическим уровням введено понятие электрического уровня. Электрические уровни выражают через отношение мощностей или напряжений

причем P =1 мвт (0,001 вт), U = 0,775 в, а R =600 ом. Величина U получается из соотношения, связывающего мощность, напряжение и сопротивление: U = ( P R ) 1/2

Уровни, вычисленные из отношения напряжений, совпадают с уровнями, вычисленными из отношения мощностей, только в том слу­чае, если сопротивления нагрузок, на которых выделяются мощности Р и Р, равны ( R = R ).

Если уровни вычислены по мощности, причем Р=1 мвт, то к единице измерения уровня иногда добавляют букву м и обознача­ют ее дбм ( dbm ).

То обстоятельство, что энергетические величины (интенсивность, мощность и т. п.) переводятся в величины уровня с множителем 10, тогда как перевод исходных линейных величин (звуковое давление, напряжение, ток) в величины уровня совершается с множителем 20, обеспечивает одинаковое изменение уровня физической величины, не­зависимо от того, по каким величинам она оценивается. Это очень важно, так как устраняет возможную путаницу. Например, звуковое давление, создаваемое громкоговорителем, изменилось в 2 раза 21 = 2), что означает изменение уровня звукового давления на 6 дб (20 lg 2); интенсивность звука при этом изменилась в 4 раза ( I 2 / I 1 = 4), но уровень интенсивности звука изменился также на б дб (10 lg 4).

Рис. 1. Шкала для перевода отношения двух величин в децибелы

Верхняя шкала, дб, для звукового давления, напряжения, тока и т. д. Нижняя

шкала, дб, для интенсивности звука и мощности. Средняя шкала — отношение

переводимых в уровни величин.

Перевод абсолютных величин сигнала в единицы уровня удоб­но производить с помощью логарифмической линейки; сперва находят значение отношения двух величин (переводимой и соответствующей нулевому уровню, например, р/р), затем логарифм этого отноше­ния, последний умножают на 20 (или 10). Можно также воспользо­ваться графиком, приведенным на рис. 1.

Если переводимая в значения уровня физическая величина (зву­ковое давление, мощность, напряжение) меньше величины, соответ­ствующей нулевой, то уровень станет отрицательным (так как лога­рифм правильной дроби отрицателен).

Источник

Интенсивность звука

Физика > Интенсивность звука
[ctu_ultimate_oxi ]

Как определить уровень интенсивности звука: значение и термины, децибелы и амплитуда, единица звуковой интенсивности, формула, что определяет интенсивность.

Пример

Используйте данные для вычисления звуковой интенсивности и уровня децибела.

Pavw = 331 м/с 2 при 0°C. (Давление воздуха при 0°С = 1.29 кг/м 3 ).

Переведем уровень интенсивности звука в уровень децибела:

Обзор интенсивности

Звуковая интенсивность – мощность на единицу переносимой волной площади. Мощность отображает скорость транспортировки волной энергии.

Для определения интенсивности применяют формулу I = P/A (Р – мощность, А – единица интенсивности в Вт/м 2 ). Это общая формула для интенсивности, но на нее можно взглянуть с позиции звука.

Звуковая интенсивность

Для измерения звуковой интенсивности подойдет формула (Δp – изменение давления или амплитуда, ρ – плотность материала, сквозь который проходит звук, vw – скорость наблюдаемого звука). Видно, что изменение давления и амплитуда пропорциональны интенсивности, поэтому можно сказать, что при подъеме колебания повышается и интенсивность. На изображении показана эта тенденция.

Перед вами графики калибровочных давлений в двух звуковых волнах, отличающихся по интенсивности. Большая интенсивность формируется источником с большими амплитудными колебаниями, где присутствуют значительные максимумы и минимумы давления. Видно, что показатель давления растет при большей интенсивности, поэтому способен оказывать более значимое усилие на тела

Стандартной единицей интенсивности считают Вт/м 2 , но чаще всего используют децибелы. Это соотношения амплитуды к эталонному значению (0 дБ). Формула:

(β – уровень децибела, I – наблюдаемая интенсивность, I – эталонная интенсивность).

Чтобы получить контрольную точку на уровнях интенсивности, ниже указан список нескольких интенсивностей:

0 дБ, I = 1 x 10 -12 – порог человеческого слуха.

10 дБ, I = 1 x 10 -11 – шелест листьев.

60 дБ, I = 1 x 10 -6 – обычная беседа.

100 дБ, I = 1 x 10 -2 – громкая сирена.

160 дБ, I = 1 x 10 4 – лопнут барабанные перепонки.

Источник

Уровень интенсивности силы звука

Пользуясь определениями бела и децибела, можно сформулировать определение принятому в акустике основному понятию − «уровень интенсивности (силы) звука — L» в дБи записать его условную формулу (28):
(28)

В математическом виде формула (28) с учётом пропорциональности (21) примет вид формулы (29):
(29)
Уровень интенсивности (силы) звука — L(дБ) является отвлечённым понятием, которым пользуются в практических расчетах вместо конкретного физического понятия − интенсивность (сила) звука. В то же время с его помощью можно объяснить многие противоречия между объективными и субъективными оценками звука. С учётом тождества (11) в мировой практике принято следующее определение этого понятия:

Уровень интенсивности (силы) звука, выраженный в децибелах, представляет собой двадцатикратный логарифм отношения абсолютной величины давления звука р к базисной величине звукового давления р0 = 210-5 Н/м2 стандартного тона частотой f = 1000 Гц на пороге слышимости ЭИЗ = 10-12Вт/м2 установленного международным соглашением.
Очень важно понимать, что уровень интенсивности (силы) звука — это не физическое, а чисто математическое понятие.

Понимание того, что уровень интенсивности (силы) звука не физическое, а чисто математическое понятие очень важно для понимания многих «тайн акустики».

Источник

Децибел (дБ, dB).

Единицу децибел (дБ, dB) вы уже часто встречали в различных статьях нашего блога. Конечно, чтобы записать аудиосигнал, можно и не вникать в суть этого термина. Нужно просто не давая показаниям пикового измерителя превысить порог, обозначенный как 0 дБ. Но для достоверного измерения уровня сигнала необходимо более детально разобраться в особенностях единицы «децибел».

Бел и децибел

Единица измерения бел была названа в честь Александра Грэхема Белла (Alexander Graham Bell). Однако, в практике акустики и звуковой технике применяется более удобная единица децибел (дБ, dB). Почему?

Дело в том, что бел – единица крупная и поэтому неудобная, так как она равна десятикратному изменению интенсивности звука. Но минимальный перепад уровня, который способно воспринять наше ухо, равен одному децибелу. И это одна из главных причин введения такой системы измерения уровня. Вот поэтому для измерений повсюду применяется десятая часть бела – децибел (0,1 Б — децибел, дБ, dB).

Децибел и логарифмическая шкала

Чтобы мы могли услышать звук, звуковые волны, воздействуют на диафрагму уха, вызывают колебания волосков и возбуждение клеток. Чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем сильнее ощущение громкости звука.

Но само возрастание громкости происходит не по линейному закону, пропорционально амплитуде колебаний, а по логарифмическому закону, поэтому для определения параметров звука применяют логарифмические шкалы, а при измерениях пользуются логарифмическими единицами — децибелами (дБ).

Логарифмическая шкала означает, что увеличение громкости в два раза соответствует увеличению силы звука в 100 раз (звукового давления — в 10 раз), увеличение громкости в 3 раза соответствует увеличению силы звука уже в 10000 раз (звукового давления — в 100 раз), а увеличение громкости в 4 раза соответствует изменению силы звука в 100000000 раз (звукового давления — в 10000 раз)! Такая зависимость называется логарифмической, и именно из-за такой особенности нашего восприятия изменение уровня (громкости) звука принято измерять в логарифмических единицах — белах (Б).

Логарифмическая шкала громкости с практической точки зрения

Если рассматривать логарифмическую шкалу громкости с практической точки зрения, то она приблизительно отражает закономерности различения изменения громкости сигнала, присущие человеческому слуху. Увеличение громкости на 3 дБ соответствует двукратному повышению звукового давления или интенсивности звука, уменьшение громкости на 3 дБ соответствует их двукратному понижению, но на слух изменение громкости звука будет едва заметным. Изменение громкости на 1-2 дБ, как правило, не различается. Для субъективного, т.е. на слух, восприятия повышения громкости вдвое необходимо, как правило, повысить уровень громкости примерно на 20-30 дБ.

Поэтому если, к примеру, мы берём два одинаковых источника звука, то есть удваиваем мощность, то громкость увеличится на 3 дБ. Например, если к вокалисту (голосу) добавить ещё одного певца, равного по громкости, то уровень звука увеличиться на 3 дБ, то есть разница намного больше, чем минимально различимая ухом в 1 дБ. Увеличение громкости ещё на 3 дБ потребует вдвое увеличить число певцов и т. д. Кстати, именно так можно сделать мощный голос в фонограмме (продублируйте вокал ещё на несколько треков и он станет мощнее).

Интересный факт: в одной октаве содержится шесть нотных интервалов, а изменению напряжений в два раза (как бы «на октаву») соответствует изменение уровня на 6 дБ, т. е. музыкальный звуковысотный интервал в один тон соответствует одному децибелу. Причём значения совпадают с точностью 0,0004. Что это — глубинная, скрытая взаимосвязь?

Вот небольшая таблица для понимания логарифмической шкалы (децибел):

Половина максимального уровня в логарифмическом масштабе равна величине 6 дБ, треть – минус 10 дБ, четверть – минус 12 дБ, десятая часть – минус 20 дБ и т. д. Увеличение уровня сигнала по сравнению с его предыдущим значением отмечается, как прирост на то или иное количество «положительных» децибел.

Чувствительность человеческого уха и громкость звука (SPL)

Чувствительность человеческого слуха к громкости звука характеризует уровень звукового давления по шкале децибелов ( SPL — Sound Pressure Level). При этом за точку отсчета 0 дБ принят порог слышимости. Это минимальный уровень звукового давления, при котором большинство людей еще способны слышать звук. Хотя этот порог субъективен. Некоторые люди с очень острым слухом могут расслышать звуки при уровне звукового давления даже ниже О дБ.

Чувствительность человеческого уха и частота

Чувствительность человеческого слуха зависит не только от громкости звука, но и от частоты звука, которая максимальна в центральной части диапазона звуковых (слышимых) частот, это соответствует диапазону человеческой речи. На краях этого диапазона чувствительность снижается.

Например, в домашних стереофонических комплексах и в другой звуковоспроизводящей аппаратуре громкость регулируется с учетом этой особенности человеческого слуха. То есть когда вы увеличиваете громкость звука регулятором громкости, на самом деле усиливаются только высокие и низкие частоты, а центральная часть спектра остается неизменной. Почему именно так?

Дело в том, что за счет подъема высоких и низких частот компенсируется снижение чувствительности человеческого слуха на краях звукового диапазона. Следовательно, усиливаются именно те частоты, на которых человек хуже слышит при низкой громкости звука. В итоге звук становится более сочным, более отчетливым, хотя его интенсивность возросла не настолько, как это кажется на слух.

При сведении проекта по той же причине при высоком уровне громкости подобная коррекция дает очень слабый эффект. Так как при высоком уровне громкости происходит выравнивание кривой равной громкости. Подробнее в статье ( Громче значит лучше? ).

Опорный эталонный уровень, виды

Децибел величина относительная. Ведь уровень электрического сигнала измеряется в разных единицах: dBm (дБмВт); dBu; dBV (дБВ); dBfs.

Не бойтесь, при сведении проекта эти непривычные единицы вам вряд ли понадобятся и необходимости разбираться в их различиях нет. Эти единицы встречаются в характеристиках аудиооборудования и представляют интерес, в первую очередь, для инженеров, которым эти данные нужны для согласования аппаратуры.

Если столько вариантов измерения, то как нам правильно измерить реальные физические величины вольты, ватты и др. Вот для этого и нужен опорный (эталонный) уровень.

Приведём пример. Так исторически сложилось, что за опорный уровень была принята величина мощности в 1 милливатт на нагрузке 600 Ом. А величина напряжения составляет:

P=1 мВт — мощность;

В практике измерений используют следующие опорные (эталонные) уровни:

  • dBu — опорное напряжение 0,775 В, соответствующее мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом. Например стандартизованный уровень сигнала для профессионального аудиооборудования составляет +4 dBu, т. е. 1,23 В;
  • dBV (русское обозначение дБВ; встречается и обозначение dBm (дБм) — опорное напряжение 1 В на номинальной нагрузке (для бытовой техники обычно 47 кОм). Например стандартизированный уровень сигнала для бытового аудиооборудования составляет –10 dBV;
  • dBfs — опорное напряжение соответствует полной шкале прибора. Например: «уровень записи составляет –6dBfs»; при аналого-цифровом преобразовании для линейного цифрового кода каждый разряд соответствует 6 дБ и максимальный возможный уровень записи равен 0 dBfs;
  • dBA, dBB, dBC, dBD — опорные уровни выбраны на основе частотных характеристик «весовых фильтров» в соответствии с «кривыми равной громкости».

Наиболее распространённые уровни электрических сигналов:

  • Стандартный «нулевой» уровень 0dB=0,775V;
  • Ещё один часто встречаемый уровень +4dB=1,23V;
  • В профессиональной аппаратуре +6dB=1,55V;
  • В бытовой аппаратуре -10dB=0,25V (250 милливольт)

Формула для вычислений децибел (дБ)

N=20*lg(U2/U1)

где U1 — опорное напряжение; U2 — измеряемое напряжение; N — их соотношение в децибелах.

При измерении мощности в этой формуле изменяется только одна цифра: первый множитель заменяется числом 10, а напряжения заменяются мощностью. Если после расчёта результат «N» получается со знаком «минус» — то это значит, что измеряемая величина меньше опорной (эталонной).

Стандартные единицы измерения амплитуды (децибел, дБ) в секвенсорах

В секвенсорах (программах цифровой обработки звука) амплитуда звукового сигнала обычно характеризуется его относительным уровнем, выраженным в децибелах (дБ).

Например, О дБ — это не порог слышимости звука, а точка отсчета, выбранная разработчиками приложения, исходя из определенных известных им соображений.

Конкретный сигнал может иметь уровень как меньше 0 дБ (т.е. отрицательный уровень), так и выше 0 дБ. В некоторых приложениях 0 дБ — это максимально допустимый уровень сигнала. Bэтих программах отображаемый уровень сигнала всегда меньше 0 дБ. В некоторых есть значения выше 0 дБ, например, Cubase ⇓:

Всем спасибо и удачи в творчестве!

Подписывайтесь на RSS блога и следите за новыми статьями.

Похожие записи

Аддитивный синтез звука (Additive)

5 / 5 ( 18 голосов ) В этой статье поговорим о таком виде, как аддитивный синтез звука (Additive). Facebook…

Субтрактивный синтез звука (Subtractive)

5 / 5 ( 20 голосов ) В этой и следующих статьях познакомимся с различными видами синтеза звука. Сегодня поговорим…

Dante, AES 50, AVB и все такое: какой формат аудио сети вам подходит?

5 / 5 ( 30 голосов ) Аудиосеть становится все более важной частью концертных и студийных мероприятий. Но в чем разница…

Настройка высоты тона в синтезаторе

5 / 5 ( 19 голосов ) Настройка высоты тона является важным параметром в синтезаторе. Рассмотрим какие названия можно встретить…

Голоса (voice) и полифония в синтезаторе

5 / 5 ( 21 голос ) Разберёмся что такое голос (voice) в синтезаторе и чем этот термин отличается от…

Источник