Уровень звукового давления что это

Уровень звукового давления

Звуково́е давле́ние — переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Единица измерения — паскаль (Па).

Мгновенное значение звукового давления в точке среды изменяется как со временем, так и при переходе к другим точкам среды, поэтому практический интерес представляет среднеквадратичное значение данной величины, связанное с интенсивностью звука:

где — интенсивность звука, — звуковое давление, — удельное акустическое сопротивление среды, _t — усреднение по времени.

При рассмотрении периодических колебаний иногда используют амплитуду звукового давления; так, для синусоидальной волны

где — амплитуда звукового давления.

Уровень звукового давления (англ. SPL, Sound Pressure Level ) — измеренное по относительной шкале значение звукового давления, отнесённое к опорному давлению = 20 мкПа, соответствующему порогу слышимости синусоидальной звуковой волны частотой 1 кГц:

дБ.

Уровни звукового давления от различных источников

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Уровень звукового давления» в других словарях:

УРОВЕНЬ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ — логарифмический уровень эффективного звукового давления или среднеквадратического значения отклонений давления от атмосферного давления, вызванных прохождением звуковой волны … Российская энциклопедия по охране труда

уровень звукового давления — (МСЭ Т K.49). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN sound pressure levelSPL … Справочник технического переводчика

уровень звукового давления — 3.3 уровень звукового давления (sound pressure level) Lp, дБ: Величина, рассчитываемая как десять десятичных логарифмов отношения среднего квадрата данного звукового давления к квадрату опорного звукового давления. Примечание Опорное звуковое… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

уровень звукового давления L_p, дБ — 3.4 уровень звукового давления Lp, дБ (sound pressure level): Десятикратный десятичный логарифм отношения квадрата звукового давления к квадрату опорного звукового давления. Примечания 1 Обычно указывают частотную характеристику или полосу частот … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

уровень звукового давления L_p — 3.2 уровень звукового давления Lp (sound pressure level), дБ: Величина, равная десяти десятичным логарифмам квадрата отношения данного среднеквадратического звукового давления к опорному звуковому давлению. Примечания 1 Опорное звуковое давление… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Уровень звукового давления, — 3.1 Уровень звукового давления, Lр логарифм отношения данного звукового давления к опорному звуковому давлению. Уровень звукового давления в децибелах равен двадцати логарифмам этого отношения при основании, равном десяти. Опорное звуковое… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

уровень звукового давления L, дБ — 3.2.1 уровень звукового давления L, дБ (sound pressure level): Величина, равная десяти десятичным логарифмам квадрата отношения среднеквадратичного звукового давления, измеренного при стандартных временной и частотной характеристиках… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

уровень звукового давления — garso slėgio lygis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. sound pressure level vok. Schalldruckpegel, m rus. уровень звукового давления, m pranc. niveau… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Источник

Звуковое давление и его уровни (spl)

В настоящее статье поговорим о том, что такое звуковое давление, рассмотрим понятие (импеданс) — удельное акустическое сопротивление среды. Также поговорим об уровнях звукового давления и интенсивности звука.

Чтобы лучше понимать о чём сегодня пойдёт речь, советую прочитать предыдущую статью по этой теме ( звуковые волны, виды, длина волны и скорость звука ).

Звуковое давление

Звуковая волна, как мы уже рассматривали в прошлой статье, распространяется в среде в виде волн сжатия и разряжения плотности.

В газах (в том числе и воздухе) плотность и давление связаны между собой:

p = RTp

А поскольку у волны имеются области сжатия и разряжения, то в первой области давление будут выше статического атмосферного. А в случае разряжения – ниже.

Вот как это выглядит:

Разность между мгновенным значением давления в данной точке среды и атмосферным давлением называется звуковым давлением.

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/м².

Наша слуховая система может определять очень большой диапазон разностей между мгновенным значением звукового давления и атмосферным.

На рисунке ниже представлено, различное звуковое давление от звуковых источников в децибелах (про децибелы подробнее читай далее):

Импеданс

Рассматривая звук, в прошлой статье ( читать ) мы выяснили, что звуковая волна зависит от частоты и амплитуды звукового давления. Если тело оказывает большое сопротивление приложенному звуковому давлению, то частицы приобретают малую скорость.

Поэтому импеданс – это удельное акустическое сопротивление среды. Представляет из себя отношение звукового давления к скорости колебаний частиц среды:

Z = p/v

Измеряется в (Па · с)/м или кг/(с · м²).

Удельное акустическое сопротивление для воздуха составляет (при температуре 20 С°) 413 кг/(с · м²). В металле, к примеру, оно составляет 47,7 × 10 кг/(с · м²). Так как в воздухе импеданс достаточно мал, то и излучаемая полезная энергия также мала.

Если рассматривать КПД (коэффициент полезного действия) музыкальных инструментов, голосового аппарата, громкоговорителей и т. п., то оно в воздухе находится в пределах 0,2-1%.

Энергетические параметры

Звуковая волна переносит энергию механических колебаний, значит она имеет энергетические параметры. Среди которых: акустическая энергия P (Дж); мощность W – энергия, переносимая в единицу времени (Вт); интенсивность I – количество энергии, проходящее в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения волны (Вт/м²); плотность – количество звуковой энергии в единице объёма (Дж/м²).

Уровни звукового давления (анг. SPL, sound pressure level)

Восприятие громкости человеком происходит не по линейному закону, пропорционально амплитуде колебаний, а по логарифмическому. Поэтому для определения параметров звука применяют логарифмические шкалы.

Человек различает огромный диапазон изменения звукового давления от тихого 2 × 10 ⁻⁵ Па до очень громкого 20 Па. Разница составляет 10⁶.

Использовать такую школу очень неудобно. Поэтому в измерительных приборах пользуются логарифмическими единицами – децибелами (дБ). Эта единица происходит от другой – бел, который равен десятикратному изменению интенсивности звука. Однако бел – единица крупная и неудобная для измерений. Поэтому применяется её десятая часть – децибел.

Уровень звукового давления определяется как:

L = 20 lg p/p₀

Например, если звуковое давление p = 2 Па, то уровень звукового давления равен: L = 20 lg (2 Па/(2 × 10 ⁻⁵) Па) = 20 lg (1 × 10⁺⁵) = 20 × 5 = 100 дБ.

Один децибел – примерно та наименьшая разница в громкости, которую человеческое ухо может почувствовать.

Полезно запомнить следующее. Изменение громкости в 3 дБ равно отношению 2:1. Поэтому если мы берем два одинаковых источника звука, т. е. удваиваем мощность, то громкость увеличиться на 3 дБ. Например, если к голосу присоединяется ещё один, равный по громкости, то уровень звука увеличится на 3 дБ. Если нужно ещё увеличить на 3 дБ, потребуется вдвое увеличить имеющийся состав.

Также можно обратиться к следующей таблице (в ней показано на сколько дБ нужно убавить, чтобы получить звучание в 2 раза тише, в 3 и т. д.):

Для определения суммарного уровня давления нескольких инструментов их никогда не складывают. Вначале необходимо рассчитать значение звукового давления каждого инструмента. Допустим играют две скрипки. Одна с уровнем 80 дБ, другая 86 дБ. У первой звуковое давление равно — 0,2 Па, второй — 0,4 Па.

Рассчитывается так: L = 20 lg p/p₀, значит 80 дБ = 20 lg p / (2 × 10 ⁻⁵), далее lg p / (2 × 10 ⁻⁵) = 4. Следовательно 10⁴ = p / (2 × 10 ⁻⁵), отсюда значение звукового давления будет p = 0,2 Па.

После этого определяется суммарное звуковое давление

В нашем случае суммарное давление равно p = 0, 447 Па. Затем определяется суммарный уровень звукового давления. Который равен 86,98 дБ.

Уровень интенсивности звука

Уровень интенсивности звука также измеряется в децибелах по формуле:

L₁ = 10 lg I/I₀

I₀ – нулевой уровень, равный 10⁻¹² Вт/м².

Мощность, напряжение, ток

Перечисленные электрические характеристики также часто приводятся в децибелах и имеют свои специальные обозначения. Приведём несколько примеров:

L dBm = 10 lg WВт/ 1мВт – уровень мощности отнесённый к 1 мВт

L dBv = 20 lg UB/1B – уровень напряжения, отнесённый к 1 В (Америка)

L dBv = 20 lg UB/0,775 B – уровень напряжения, отнесённый к 0,775 В (Европа)

Спасибо, что читаете New Style Sound ( подписаться на новости )

Источник

Звуковое давление или что такое громкость

Звук – разновидность кинетической энергии, которая называется «акустической» и представляет собой пульсацию давления, возникающую в физической среде при прохождении звуковой волны.

Интенсивность звука – сила звука, средняя по времени энергия, переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны в единицу времени.

Громкость звука – субъективная величина слухового ощущения, которая зависит от интенсивности звука и его частоты. При неизменной частоте громкость звука растет с увеличением интенсивности. При одинаковой интенсивности наибольшей громкостью обладают звуки в диапазоне частот 700-6000 Гц. Ну- левой уровень громкости звука соответствует звуковому давлению 20 мкПа и силе звука 10-12 Вт/м2 при частоте 1 кГц.

Звуковое давление – звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, расположенную в заданном направлении от источника звука и удаленную от него на определенное расстояние (как правило, на 1 м). Звуковое давление измеряется в паскалях (Па).

Децибел – логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений, безразмерная носительная характеристика, позволяющая сравнивать между собой нужные величины:

Полный период колебания волны (звукового давления) состоит из полупериода сжатия (повышения давления) и последующего полупериода разряжения молекул воздуха (понижения давления). Звуки с большей амплитудой (громкие) вызывают более сильное сжатие и разряжение молекул воздуха, чем звуки с меньшей амплитудой (тихие).

В зависимости от контекста существует множество различных определений звука:

Звук – это упругие волны, продольно распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания. Чтобы понять, как распространяются данные волны, дополним это определение:
Звук – это процесс последовательной передачи колебательного состояния в упругой среде.

В современной физике утвердился взгляд, при котором многие процессы отождествляют с энергией.

Звук – это разновидность кинетической энергии, которая называется «акустической» и представляет собой пульсацию давления, возникающую в физической среде при прохождении звуковой волны. Звук распространяется по волновым законам, следовательно, к нему применимы такие общие физические понятия, как интерференция и дифракция. Результатом интерференции может быть как усиление, так и уменьшение уровня звука, например, при сложении одного и того же сигнала, но с различной фазировкой. При расчете параметров звукового поля на открытых пространствах следует учитывать множество различных факторов, например, влажность, ветер, температуру, например, при высокой температуре звук распространяется вверх, а при низкой температуре – вниз.

В акустике присутствует множество различных факторов, которые необходимо учитывать при выборе и расстановке звукового оборудования и микшерного пульта. Одним из таких факторов является реверберация. Звук в закрытых или открытых пространствах распространяется по разному. Стены комнаты отражают звуковые волны, тогда как на открытой площадке волны проходят практически без столкновений с какими-либо препятствиями. В закрытом пространстве за счет отражений уровень звука выше. В открытом пространстве звук распространяется практически по прямой. Прямой звук идентичен оригиналу по качеству и форме. Отраженный звук, наоборот, сильно зависит от отражающей способности места (после неопределенного числа отражений, достигает слушателя со всех сторон, и слушатель не может точно установить точку его происхождения). Распространение звука в этом случае происходит через первичные и вторичные отражения исходного звука от горизонтальных и вертикальных поверхностей помещения. Уровень отражения в большой степени зависит от характера стен, типа материала, из которого они сделаны, их гладкости, поглощающих свойств и изменения поглощения на раз-личных частотах. Мебель также может играть решающую роль в распространении звука – в зависимости от ее расстановки и поглощающей способности. Слушателю приходится воспринимать как прямой, так и отраженный звук. Время, с момента, в который звуковой источник прекращает излучать до момента, в который звук больше не воспринимается, определяется как время реверберации. Замечено, что любая среда характеризуется собственной «музыкальной окраской», связанной с распространением отраженных звуков и временем реверберации, которое и характеризует эту среду. Единственной переменной в уже существующей структуре остается мебель. Наилучшие результаты могут быть получены, когда принимается во внимание конструкция мебели, материал, из которого она сделана и ее расстановка в помещении.

Реверберация – это явление, которое возникает, когда слышен не прямой звук от источника, а отраженный от встречающихся на пути звуковой волны препятствий или помех различного характера. Для предотвращения нежелательного воздействия отраженного звука на прямой необходимо, чтобы последний, при задержке более чем на 50 мс, достигал слушателя уменьшенным не более чем на 10 дБ. Время реверберации пропорционально объему окружающего пространства и обратно пропорционально суммарному поглощению поверхностей, составляющих ее. Отраженный звук, который достигает уха слушателя через 40-50 мс после прямого, расценивается как усиление, окраска первоначального звука. Отраженные звуки, которые доходят с задержкой 50-80 мс, наоборот, искажают первоначальный сигнал и могут стать причиной потери разборчивости.

Звуковое давление – звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, расположенную в заданном направлении от источника звука и удаленную от него на определенное расстояние (как правило, на 1 м). Звуковое давление измеряется в паскалях (Па).

Зависимость уровня звукового давления от подводимой мощности

Слух, как и другие человеческие ощущения, воспринимает воздействие по логарифмическому закону (см. рис. 2.6). Для того чтобы удвоить звуковое давление, не достаточно удваивать число источников звука или электрическую мощность громкоговорителей, а необходимо удесятерять. Увеличение акустического давления может быть получено установкой нескольких громкоговорителей, расположенных близко друг к другу и ориентированных в одном направлении или при каждом удвоении мощности громкоговорителей, в любом случае, увеличение (или уменьшение) акустического давления будет ±3 дБ (в дальнейшем мы сформируем более точное правило). Для построения зависимости уровня звукового давления от подводимой мощности обратимся к теории. Мгновенное значение звукового давления в точке среды изменяется как со временем, так и при переходе к другим точкам среды, поэтому практический интерес представляет среднеквадратичное значение данной величины, называемое интенсивностью звука.

Интенсивность – это поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, прошедший через единицу поверхности (1 м2), являющейся нормалью к направлению распространения звуковой волны (измеряется в Вт/м2). Интенсивность иначе называют силой звука. Интенсивность определяет громкость звука, которую мы слышим. Мы не можем померить ее непосредственно (особенно в закрытых помещениях), поэтому на практике данную величину связывают с мощностью источника логарифмическим соотношением:

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:

В практике измерений используют следующие опорные (эталонные) уровни:

Наиболее распространённые уровни электрических сигналов:

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.

Источник