Вопрос о переводе дБ в дБм и наоборот часто приходится слышать от клиентов, встречать на специализированных форумах. Однако, как бы не хотелось, нельзя перевести мощность в затухание.
Если мощность оптического сигнала измерена в дБм, то для определения затухания A (дБ) необходимо от мощности сигнала на входе в линию отнять мощность сигнала на выходе из нее. Но обо всем этом по порядку.
Оптическая мощность, или мощность оптического излучения - это основополагающий параметр оптического сигнала. Он может быть выражен в привычных нам единицах измерения - Ватт (Вт), милливатт (мВт), микроватт (мкВт). А также логарифмических единицах - дБм.
Затухание оптического сигнала (А) - величина, которая показывает во сколько раз мощность сигнала на выходе линии связи (P вых) меньше мощности сигнала на входе этой линии (Pвх). Затухание выражается в дБ (дециБелл) и может быть определено по следующей формуле:
Рисунок 1 - формула расчета оптического затухания в случае если оптическая мощность выражена в Вт
Немного непривычно, не так ли? Логарифмические линейки и таблицы - уходят в прошлое, по крайней мере для молодых монтажников их давно уже заменил калькулятор. И даже с учетом использования калькулятора - такая формула не сильно удобна. Поэтому, для упрощения расчетов было принято решение перевести единицы измерения мощности в логарифмический формат и таким образом избавиться от логарифмов в формуле:
.jpg)
Рисунок 2 - пересчет мощности из мВт в дБм
Для перевода дБм в Вт и наоборот можно пользоваться также таблицей:
| дБм | Милливат |
| 0 | 1,0 |
| 1 | 1,3 |
| 2 | 1,6 |
| 3 | 2,0 |
| 4 | 2,5 |
| 5 | 3,2 |
| 6 | 4 |
| 7 | 5 |
| 8 | 6 |
| 9 | 8 |
| 10 | 10 |
| 11 | 13 |
| 12 | 16 |
| 13 | 20 |
| 14 | 25 |
| 15 | 32 |
В результате пересчета, формула вычисления оптического затухания (рис 1) превращается в:
Рисунок 3 - перевод дБм в дБ (dBm в dB), взаимозависимость между мощностью и затуханием
Учитывая тот факт, что все известные автору измерители оптической мощности в качестве основной единицы измерения используют дБм, то используя формулу на рис 3 инженер может определить уровень затухания даже в уме. Кроме того, многие приборы имеют функцию установки опорного уровня, благодаря чему пользователю выдается значение потерь сразу в Дб.
В этом случае, измерение затухания оптической линии значительно упрощается, что продемонстрировано на следующем видео.
Измерение затухания оптической линии
Зачастую измерянного значения затухания в дБ - достаточно. Однако для того, чтобы представить во сколько раз уменьшился входной сигнал, можно воспользоваться формулой:
m = 10 (n / 10)
где m - отношение в разах, n - отношение в децибелах
можно также пользоваться следующей таблицей:
Таблица 1 - перевод дБ в разы
| дБ | Раз | дБ | Раз | дБ | Раз |
| 0 | 1,000 | 0,9 | 1,109 | 9 | 2,82 |
| 0,1 | 1,012 | 1 | 1,122 | 10 | 3,16 |
| 0,2 | 1,023 | 2 | 1,26 | 11 | 3,55 |
| 0,3 | 1,035 | 3 | 1,41 | 12 | 3,98 |
| 0,4 | 1,047 | 4 | 1,58 | 13 | 4,47 |
| 0,5 | 1,059 | 5 | 1,78 | 14 | 5,01 |
| 0,6 | 1,072 | 6 | 2,00 | 15 | 5,62 |
| 0,7 | 1,084 | 7 | 2,24 | 16 | 6,31 |
| 0,8 | 1,096 | 8 | 2,51 | 17 | 7,08 |
Уровень шума — это уровень совокупности различных звуков, не вызывающий у человека повышенного беспокойства и значительных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, которые чувствительны к шуму.
Это уровень шума, который не вызывает у человека беспокойства и любых других физиологических либо психических изменений, как правило не превышающий 55 децибел (дБ). Высокий уровень шума таит в себе очень большую опасность. Чтобы понять какое влияние оказывает шум для слуха, необходимо иметь представление о допустимых нормах шума для разного времени суток, а также знать, какой уровень шума в децибелах производят различные звуки. После этого можно понять, являются ли безопасными для слуха определенные звуки или таят в себе опасность. После понимания важности влияния шума, можно будет стараться избегать вредного воздействия звуков на слух.
Допустимые нормы уровня шума в квартире и других жилых помещениях.
Допустимые нормы уровня шума определяются согласно установленным санитарным нормам, допустимым считают уровень шума не наносящий вреда слуху даже после длительного воздействия на слуховой аппарат. Допустимая величина составляет:
- в дневное время допустимый уровень шума равен - 55 децибел (дБ);
- в ночное время допустимый уровень шума равен - 40 децибел (дБ).
Данная величина является оптимальной для нашего уха. Однако в условиях больших городов они, как правило, нарушаются.
|
Вид трудовой деятельности, рабочее место |
Время суток |
Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц |
Уровни звука и эквива-лен-тные уровни звука (в дБА) |
Макси-маль-ные уровни звука L Амакс, дБА |
|||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Палаты больниц и сана-то-риев, операционные больниц |
с 7 до 23 ч. с 23 до 7 ч. |
||||||||||||
|
Кабинеты врачей поликлиник, ам-бу-латорий, диспансеров, больниц, санаториев |
|||||||||||||
|
Классные помещения, учебные кабинеты, учительские комнаты, аудитории школ и других учебных заведений, конференцзалы, чи-таль-ные залы библиотек |
|||||||||||||
|
Жилые комнаты квартир, жилые помещения домов отдыха, пансионатов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, спальные помещения в детских дошкольных учреждениях и школах-интернатах |
с 7 до 23 ч. с 23 до 7 ч. |
||||||||||||
|
Номера гостиниц и жилые комнаты общежитий |
с 7 до 23 ч. с 23 до 7 ч. |
||||||||||||
|
Залы кафе, ресторанов, столовых |
|||||||||||||
|
Торговые залы магазинов, пасса-жир-ские залы аэропортов и вокзалов, приемные пункты пред-приятий бытового обслуживания |
|||||||||||||
|
Территории, непосредственно при--легающие к зданиям больниц и санаториев |
с 7 до 23 ч. с 23 до 7 ч. |
||||||||||||
|
Территории, непосредственно прилегающие к жилым домам, зданиям поликлиник, зданиям амбулаторий, диспансеров, домов отдыха, пансионатов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, детских дошкольных учреждений, школ и других учебных заведений, библиотек |
с 7 до 23 ч. с 23 до 7 ч. |
||||||||||||
|
Территории, непосредственно прилегающие к зданиям гостиниц и общежитий |
с 7 до 23 ч. с 23 до 7 ч. |
||||||||||||
|
Площадки отдыха на территории больниц и санаториев |
|||||||||||||
|
Площадки отдыха на территории микрорайонов и групп жилых домов, домов отдыха, пансионатов, домов-интернатов для престарелых и инвалидов, площадки детских дошкольных учреждений, школ и др. учебных заведений |
|||||||||||||
Уровень шума в децибелах (дБ).
Уровень шума в децибелах - это физическая характеристика громкости звука измеряемая в децибелах (дБ). Если посмотреть какой уровень шума издают привычные для большинства людей вещи и машины, то видно как часто превышен нормальный уровень шума . В качестве примера приведем лишь незначительную часть звуков, которые окружают нас в жизни и какое количество децибел (дБ) они в действительности в себе содержат:
|
Децибел, |
Характеристика |
Источники звука |
|---|---|---|
|
Ничего не слышно |
||
|
Почти не слышно |
||
|
Почти не слышно |
тихий шелест листьев |
|
|
Едва слышно |
шелест листвы |
|
|
Едва слышно |
шепот человека (на расстоянии 1 метр). |
|
|
шепот человека (1м) |
||
|
шепот, тиканье настенных часов. |
||
|
Довольно слышно |
приглушенный разговор |
|
|
Довольно слышно |
обычная речь. |
|
|
Неплохо слышно |
обычный разговор |
|
|
Отчётливо слышно |
разговор, пишущая машинка |
|
|
Отчётливо слышно |
Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам) |
|
|
Норма для контор |
||
|
громкий разговор (1м) |
||
|
громкие разговоры (1м) |
||
|
крик, смех (1м) |
||
|
Очень шумно |
крик, мотоцикл с глушителем, шум пылесоса (с большой мощностью двигателя - 2 киловатта). |
|
|
Очень шумно |
громкий крик, мотоцикл с глушителем |
|
|
Очень шумно |
громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах) |
|
|
Очень шумно |
вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона) |
|
|
Крайне шумно |
оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома, визг работающей бензопилы Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам) |
|
|
Крайне шумно |
в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия) |
|
|
Крайне шумно |
вертолёт |
|
|
Крайне шумно |
пескоструйный аппарат (1м) |
|
|
Почти невыносимо |
отбойный молоток (1м) |
|
|
Почти невыносимо |
||
|
Болевой порог |
самолёт на старте |
|
|
Контузия |
||
|
Контузия |
звук взлетающего реактивного самолета |
|
|
Контузия |
старт ракеты |
|
|
Контузия, травмы |
||
|
Контузия, травмы |
||
|
Шок, травмы |
ударная волна от сверхзвукового самолёта |
|
|
При уровнях звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, |
||
Как видно, большинство шумов значительно превышают допустимую норму. Причем в таблице представлены естественные фоновые шумы, на которые мы, как правило, не можем никак повлиять. А если еще учесть шум от работающего телевизора или громкой музыки, которому мы сами подвергаем свой слуховой аппарат. Нанося собственноручно огромный вред нашему слуху.
Какой уровень шума наносит вред?
Уровень шума который, достигает уровня в 70-90 децибел (дБ), при длительном воздействии на слуховой аппарат оказывает влияние на центральную нервную систему и может привести к ее заболеваниям. Шум, достигший уровня в 100 и более децибел (дБ), воздействуя длительное время может привести к значительному снижению слуха вплоть до полной глухоты. Поэтому слушая музыку на максимальной громкости мы получаем вреда намного больше, чем удовольствия и пользы.
Шум можно разделить на 4 основные группы, имеющие деление на подгруппы.
По механизму возникновения:
- механический шум (работа машин и механизмов) - создается упругими колебаниями твердой и жидкой поверхности;
- аэро- и гидродинамический шум, который возникает при появлении турбулентности в газовой или жидкой среде;
- электродинамический шум слышим при появлении электрической дуги, коронного разряда.
По частоте различают следующие виды шума:
- низкочастотный менее трехсот герц;
- среднечастотный от трехсот до восьмисот герц;
- высокочастотный выше восьмисот герц.
По спектру шумового действия:
- широкополосный (более одной октавы);
- тональный (неравномерное распределение энергии звука со значительным перевесом в пределах произвольной октавы).
Для начинающих несколько слов о не понятных для многих единицах измерения принятых в антенной технике и радиотехнике высоких частот.
- GSM : dBm = 2 × ASU - 113 , ASU в диапазоне значений 0..31 и 99 (сеть не определена).
- UMTS : dBm = ASU - 116 , ASU в диапазоне значений -5..91 и 255 (сеть не определена).
- LTE : (ASU - 141) ≤ dBm < (ASU - 140)
dBi (дБи). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель - идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%. Излучение сигнала таким излучателем происходит с равномерной интенсивностью во все стороны. Такой антенны в природе не существует, это виртуальный объект, однако, очень удобный в качестве эталона для измерения параметров реальных антенн. Существует еще одна единица: dBd - здесь за эталон принят полуволновой диполь. Однако, использование dBi предпочтительнее, т.к. в этом случае проще расчет энергетического баланса трассы радиосвязи. dBi - это относительная единица, ничем по сути от простого децибела не отличима, кроме определения эталона, относительно которого и идет отсчет. Принципиальной разницы между dBi и dBd нет - усиление в dBi = усилению в dBd + 2.15 dB . В старых радиолюбительских книжках и журналах усиление антенн измеряют просто в децибелах. В этом случае чаще всего имеется ввиду усиление относительно полуволнового вибратора, т.е. оно эквивалентно dBd . Измерение относительно изотропного излучателя изначально использовалось только в США, но в последнее время распространилось во всем мире, поэтому во избежании путаницы сейчас, если речь идет об усилении антенны, правилом хорошего тона считается использование децибела с суффиксом - dBi или dBd.
dBm (дБм).
Иногда удобно какую либо величину принять за эталон (нулевой уровень) и относительно ее измерять уровень уже в децибелах. Так, если принять за нулевой уровень - 1мВт и относительно его измерять мощность по логарифмической децибельной шкале, то появляется такая единица измерения как дБм(1мВт = 0 дБм). Она уже имеет вполне весомый физический смысл, в отличии от безличных децибелов, dBm - это мера мощности. В ней измеряют уровень слабых сигналов (в том же «палкомере» модема), чувствительность приемников, мощность передатчиков и т.п. Например уровень в 50 мкВ на 50-омном входе приемника соответствует уровню мощности 5·10
-8
мВт или -73 дБм. Измерять чувствительность в единицах мощности более удобно, чем в единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело с сигналами разной формы, в том числе шумовыми. К тому же, мы избавляемся от необходимости каждый раз уточнять, каково входное сопротивление приемника. Например, пороговая мощность большинства "свистков", при которой они еще коннектятся с базовой станцией около -110 dBm. Мощность передатчика тоже можно измерять в dBm. Например мощность Wi Fi роутера в 100 мВт равна 20 dbm. Можно воспользоваться нашим онлайн калькулятором для перевода мВт в дБм и обратно . Во многих устройствах вы обнаружите уровень сигнала в asu
. Это еще одна единица измерения уровня сигнала, призваная вогнать в ступор анонима своей непонятностью. Расшифровывается - "Arbitrary Strength Unit" - усредненная единица уровня сигнала. Дело в том, что в разных диапазонах мы используем каналы с разной модуляцией, разной полосой частот и т.п. Поэтому равные dBm
в
3G
и 4G
- не эквивалентны одинаковой чувствительности по отношению сигнал/шум в канале. Чтобы привести чувствительность к единому знаменателю придумали asu
. Связь между asu
и dBm
для разных диапазонов следующая:
В принципе за «нулевой уровень» можно принять любую величину. Так на свет появляются такие звери как "дБмкВ" (напряжение - отношение к одному микровольту), "дБВт" (мощность - отношение к одному ватту). В акустике за нулевой уровень звука принято звуковое давление 2·10
-5
Па - порог слышимости. При этом там не стали заморачиваться с довеском к «дБ», а прямо так и измеряют уровень звука в децибелах. Так сложилось исторически, потому что децибелы впервые применялись именно в области акустики. Но надо иметь ввиду - это как бы не «чистые» относительные децибелы, а «звуковые» - абсолютные. Например, шум реактивного самолета с расстояния 25 м равен 140 дБ, а 0 дБ - это порог слышимости. Часто можно встретить единицу под именем dBA
. Она специально придумана для измерений интенсивности шумов. Величина дБА - уровень звукового давления, измеренный в "звуковых" децибелах при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, имитирующую чувствительность человеческого уха, что дает возможность получать отсчеты более соответствующие реальной слышимости шума.
Вообще, люди начали использовать децибелы для измерения различных вещей не просто так. Еще в XIX веке психофизиологами Эрнстом Вебером и Густавом Фехнером было установлено, что “сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S”. Это относится к звуку, освещенности, тактильным ощущениям.
В технике проводной связи используют другую единицу - Непер. Неперы определяются не через десятичный, а через натуральный логарифм. Может это и правильнее, ведь многие законы природы основаны на числе Эйлера, которое является основанием натурального логарифма. Но все-таки мы пользуемся децибелами. (1 непер = 8,686 дБ)
При расчетах все эти dB, dBi, dBm
по сути своей все являются децибелами, т.е. суммируются (если усиление) или вычитаются (если затухание), но dBm
имеет приоритет как мера мощности сигнала. Например:
Уровень на входе приемника(dBm) = Мощность передатчика(dBm) + Усиление антенн(dBi) - Ослабление сигнала(dB)
Неискушенный аноним обычно теряется при виде такого изобилия разновидностей децибел. Но затем приходит понимание, что это приносит упрощение в расчетах. Например в расчете дальности связи Wi-Fi . Многим трудно наглядно представить себе «децибельную» шкалу, особенно в отрицательной области. На самом деле это легко сделать по аналогии с привычным всем термометром. Чем выше мощность в dBm, тем «теплее» цифра. Другими словами -75dBm больше (выше по шкале, «теплее»), чем -95dBm. Более отрицательная цифра в параметре чувствительностии означает, что приемник способен принять более слабый (холодный) сигнал.
Вот так оно все запутано в этом децибельном царстве. И напоследок... Имейте ввиду, что децибел и имбецил совершенно разные понятия.
Нередко граждане, особенно городские жители, жалуются на излишний шум в квартирах и на улице. Особенно раздражает он (шум) в выходные и ночью. Да и днем радости от него мало, особенно если в квартире находится маленький ребенок.
Как эксперты, так и интернет едины в своих советах – нужно вызвать участкового. Но перед тем как обратиться к представителю правоохранительных органов, необходимо хотя бы примерно разбираться с уровнями шума, при которых такое обращение оправдано, а какое является лишь раздражающим фактором, но под запрет не попадает.
Допустимые уровни шума в жилых помещениях
Регулируется он законодательными актами, согласно которым время суток делится на периоды и для каждого периода допустимый уровень шума различен.
- 22.00 – 08.00 период тишины, во время которого указанный уровень не должен превышать 35-40 децибел, (именно в них считается данный показатель).
- С восьми утра до десяти вечера по закону относится к светлому времени суток и шуметь можно чуть сильнее – 40-50 дБ.
Многие интересуется, а почему такой разброс в дБ. Все дело в том, что федеральные власти дали только примерные значения, а каждый регион устанавливает их самостоятельно. К примеру, в некоторых регионах, в частности, в столичном, днем существуют дополнительные периоды тишины. Обычно это промежуток от 13.00 до 15.00. Несоблюдение тишины в этот срок является нарушением.
Стоит сказать, что под нормами понимается тот уровень, который не может нанести никакого вреда человеческому слуху. Но многие не понимают, что означают указанные показатели. Поэтому даем сравнительную таблицу с уровнями шума и с тем, с чем сравнить.
- 0-5 дБ – ничего или почти ничего не слышно.
- 10 – этот уровень можно сравнить с небольшим шелестом листвы на дереве.
- 15 – шелест листвы.
- 20 – еле слышный человеческий шепот (на примерном расстоянии в один метр).
- 25 – уровень, когда человек разговаривает шепотом на расстоянии пары метров.
- 30 децибел с чем сравнить? – громкий шепот, ход часов на стене. Согласно нормативам СНиП, данный уровень является максимально допустимым в ночное время в помещениях, относящихся к жилым.
- 35 – примерно на этом уровне ведется разговор, правда, на приглушенных тонах.
- 40 децибел – обычная речь. СНиП определяет этот уровень как допустимый для дневного времени.
- 45 – также стандартный разговор.
- 50 – звук, который издает пишущая машинка (старшее поколение поймет).
- 55 – с чем можно сравнить этот уровень? Да то же самое, что и верхняя строка. Кстати, согласно евронормам, данный уровень является максимально допустимым для офисов класса А.
- 60 – уровень, определяемый законодательством для обычных офисов.
- 65-70 – громкие разговоры на расстоянии в один метр.
- 75 – человеческий крик, смех.
- 80 – работающий мотоцикл с глушителем, также это уровень работающего пылесоса с двигателем мощностью в 2 кВт и более.
- 90 — звук, издаваемый грузовым вагоном при движении по железке и слышный на расстояний в семь метров.
- 95 – это звук вагона метро при движении.
- 100 – на этом уровне играет оркестр духовых, работает бензопила. Звук такой же мощности издает гром. По евростандартам это максимально допустимый уровень для наушников плеера.
- 105 – такой уровень допускался в пассажирских авиалайнерах до 80-х гг. прошлого столетия.
- 110 – шум, издаваемый летящим вертолетом.
- 120-125 –звук работающего на расстоянии в один метр отбойника.
- 130 – столько децибел выдает стартующий самолет.
- 135-145 – с таким шумом взлетает реактивный самолет либо ракета.
- 150-160 – сверхзвуковой самолет пересекает звуковой барьер.
Все перечисленное условно делится по уровню воздействия на человеческий слух:
- 0-10 – ничего или почти ничего не слышно.
- 15-20 – еле слышно.
- 25-30 – тихо.
- 35-45 – уже довольно шумно.
- 50-55 – отчетливо слышно.
- 60-75 – шумно.
- 85-95 – очень шумно.
- 100-115 – крайне шумно.
- 120-125 – почти невыносимый уровень шума для человеческого слуха. Работающие отбойным молотком рабочие в обязательном порядке должны надевать специальные наушники, иначе потеря слуха обеспечена.
- 130 – это так называемый болевой порог, звук выше для человеческого слуха уже фатален.
- 135-155 – без защитного снаряжения (наушники, шлемы) у человека наступает контузия, травмы мозга.
- 160-200 – гарантирован разрыв барабанных перепонок и, внимание, легких.
Свыше 200 децибел можно даже не рассматривать, так как это смертельный уровень звука. Именно на таком уровне действует так называемое шумовое оружие.
Что еще
Но и меньшие показатели могут привести к необратимым травмам. К примеру, длительное воздействие на слух звука в 70-90 децибел оказывает на человека пагубное воздействие, в частности, на ЦНС. Для сравнения – обычно это громко играющий телевизор, уровень музыки в автомобиле у некоторых «любителей», звук в наушниках плеера. Хотите еще слушать громкую музыку – будьте готовы к тому, что впоследствии придется долго лечить нервы.
А если шум превышает показатель в 100 децибел, то потеря слуха практически гарантирована. Да и как показывает практика, от музыки на таком уровне больше негатива, чем удовольствия.
В Европе запрещено размещать много оргтехники в одном помещении, особенно если комната не отделана звукопоглощающими материалами. Ведь в небольшом помещении два компьютера, факс и принтер могут поднять уровень шума до 70 дБ.
Вообще на рабочем месте максимальный уровень шума может быть не более 110 дБ. Если где-то он превышает 135, то на этом участке запрещается любое пребывание человека, даже кратковременное.
При превышении уровня шума на рабочем месте 65-70 дБ рекомендуется носить специальные мягкие беруши. Если они изготовлены качественно, то должны уменьшить внешний шум на 30 дБ.
Изолирующие наушники, продаваемые в строительных магазинах, не только обеспечивают максимальную защиту практически от любого шума, но и защитят височную долю головы.
И в заключение скажем одну интересную новость, которая кому-то может показаться смешной. Статистика показала, что городской житель, живущий в режиме постоянного шума, попав в зону полной тишины, где уровень шума не превышает 20 дБ, начинает испытывать дискомфорт. Да что говорить, у него начинается депрессия. Вот такой вот парадокс.
Изображённый на фотографии прибор называется измерителем уровня громкости звука, а по-простому - шумомером. Нажмём на кнопку и посмотрим, что он покажет. Оказывается, в тихой комнате, где я сейчас нахожусь, уровень звука составляет 35 дБ (читается «35 децибел»). То есть какой-то звук здесь всё-таки есть, хотя я и сижу молча и неподвижно. И в самом деле, если прислушаться, то можно услышать, как хлопнула дверь в подъезде, проехала машина на улице, где-то вдали идёт поезд - прибор реагирует на все эти звуки и отображает на дисплее общий уровень шума. А что будет, если я заговорю? Уровень звука теперь прыгает между 55 и 70 дБ. Было 35 - стало 70. Означает ли это, что звук стал в два раза громче? Похоже, что нет - ведь было совсем тихо, а стало довольно громко - и с этим надо разобраться.
Для начала давайте поймём, что такое громкость звука и как её можно измерять. Всякий звук - это волна, которая распространяется в упругой среде, например, в воздухе. Волны создаются колеблющимися телами и распространяются от них во все стороны, перенося механическую энергию. Именно эта энергия заставляет колебаться барабанную перепонку нашего уха или мембрану микрофона. Наш шумомер - это прежде всего микрофон; чем больше энергия, переносимая волной, тем больше амплитуда колебаний мембраны микрофона и тем больше электрический ток, который течёт от этого микрофона по проводам. Мы измеряем этот ток и по его величине узнаём, какова была энергия звуковой волны, которая заставила колебаться мембрану.
Если энергия - слишком абстрактное понятие для вас, подойдём к делу по-другому. Пусть в комнате вместо одного человека с той же самой громкостью разговаривают десять человек одновременно. Естественно считать, что при этом шум в комнате станет в десять раз громче. А физик скажет, что десять одновременно говорящих людей по сравнению с одним человеком создают в десять раз большую звуковую энергию.
Однако при чём здесь децибелы? Ведь это какая-то совсем другая единица? Это правильный вопрос, и с ним полезно будет разобраться. Тем более что это не только интересная физика, но и хорошая математика.
Мы начнём с того, что дадим определение децибела, и его надо внимательно прочитать. Говорят, что один сигнал сильнее («громче») другого на 10 децибел, когда энергия первого сигнала превышает энергию второго сигнала в 10 раз . Прочитайте это определение ещё раз, чтобы привыкнуть, потому что на первый взгляд оно звучит достаточно странно. А теперь давайте с ним разбираться.
Самое главное в этом определении то, что оно связывает две разные арифметические операции - сложение и умножение. «Больше на» - это сложение; «больше в» - умножение. Найдём, во сколько раз будет различаться энергия двух сигналов, когда один из них будет громче другого на 30 дБ. Первый сигнал будет громче второго на 10 дБ, плюс ещё на 10 дБ, плюс ещё на 10 дБ. Применяем определение и понимаем, что энергия первого сигнала будет больше энергии второго сигнала в 10 раз, потом ещё в 10 раз, и потом ещё в 10 раз. Но увеличить что-то в 10 раз три раза подряд - значит увеличить его в 10 × 10 × 10 = 1000 раз.
Но что же такое тогда звук в 0 дБ, от которого идёт отсчёт шкалы громкости? Это вовсе не отсутствие звука в физическом смысле - это такой уровень звука, когда человеческое ухо перестаёт что-либо слышать. Звук в физическом смысле, как колебания воздуха, ещё есть, но мы его уже не слышим, потому что он для нас слишком слабый. Если этот звук сделать в 10 раз громче, его уровень станет равным 10 дБ, увеличение громкости ещё в 10 раз даст уровень 20 дБ, и так далее. Заметьте также, что громкость звука на шкале децибел может быть отрицательной - просто такие звуки мы не будем слышать, хотя какое-нибудь более чуткое ухо или физический прибор всё равно сможет их фиксировать.
Если уровень звука на громкой дискотеке равен 100 дБ, это означает, что он в 10 000 000 000 раз (десять нулей) громче самого тихого звука, который мы можем слышать. Примерные значения разных уровней громкости показаны в этой таблице. Интересно заметить, что психологически мы воспринимаем скорее децибелы, чем звуковую энергию: громкий и тихий разговор различаются на 30 дБ, но никто не почувствует, что разговор стал в 1000 раз громче.
| 15 | Шелест листвы |
| 20 | Тихий шёпот, 1 м |
| 35 | Тиканье настенных часов |
| 45 | Тихий разговор |
| 60 | Спокойный разговор |
| 75 | Громкий разговор |
| 80 | Шум пылесоса |
| 90 | Тяжёлый грузовик, 7 м |
| 100 | Концерт рок-музыки |
| 110 | Вертолёт |
| 120 | Отбойный молоток |
| 140 | Взлёт реактивного самолета, 25 м |
| 150 | Взлёт ракеты, 100 м |
| 160 | Выстрел из ружья вблизи уха |
Задачи
1. Сколько нужно собрать человек, чтобы они, разговаривая одновременно, издавали звук такой же громкости, как один вертолёт?
2. По определению, если один звук громче другого на 10 дБ, то он громче этого второго звука в 10 раз. А если два звука различаются на 5 дБ, во сколько раз один из них будет громче другого?
Ответы
1. По таблице в статье вертолёт громче спокойного разговора на 50 дБ. Значит, громкость вертолёта равна громкости разговора 10 5 = 100 000 человек.
2. Пусть второй звук на 5 дБ громче первого, а третий звук на 5 дБ громче второго. Пусть второй звук громче первого в x раз. Тогда третий звук громче второго тоже в x раз. Значит, третий звук громче первого в x 2 раз. С другой стороны, третий звук громче первого на 10 дБ, то есть в 10 раз. Значит, x 2 = 10, то есть x = 10 ≈ 3,16 .
Художник Максим Калякин