Шум – это акустический загрязнитель воздуха. Существуют разные уровни шума и его допустимые нормы, превышение которых представляет большую опасность для человеческого слуха.
Как измеряется шум?
Уровень шума, как и звуков, измеряется в децибелах (дБ). По закону РФ существуют установленные нормы, которые нельзя превышать. В дневное время – не более 55 децибел, в ночное – не выше 45 дБ. Это предельно допустимые значения, так как их увеличение негативно отражается на здоровье человека. В основном страдает нервная система, возникают головные боли.
Чем опасны высокие звуки?
Уровни шума могут быть разными. Одни не превышают установленных законом норм и не мешают жизнедеятельности человека. В дневное время допускается более высокий уровень звуков, но и он имеет свои рамки в децибелах. Если норма превышена, то человек может ощущать нервозность, раздражительность. Затормаживаются реакции, уменьшается производительность и сообразительность.
Шум свыше 70 децибел может привести к ухудшению слуха. Особенно громкие звуки сильно влияют на здоровье малышей, инвалидов и престарелых людей. Согласно исследованиям влияния шума на человека, реакция нервной системы на повышение допустимых норм звукового фона начинается с 40 децибел. Сон нарушается уже при 35 дБ.
Сильные изменения нервной системы происходят при шуме в 70 децибел. В этом случае у человека могут возникнуть психические заболевания, ухудшиться слух и зрение и даже измениться в негативную сторону состав крови.
Например, в Германии почти двадцать процентов рабочих трудятся при шуме от 85 до 90 децибел. И это повлекло за собой участившиеся случаи тугоухости. Постоянный шум, превышающий норму, влечет за собой как минимум сонливость, усталость и раздражение.
Что происходит со слухом под воздействием шума?
Длительный или чрезмерно громкий звуковой фон может повредить слуховой аппарат человека. Самое опасное при этом – разрыв барабанных перепонок. Соответственно, снижается слух или наступает полная глухота. В худшем варианте при громком взрыве, звуковой уровень которого достигает 200 децибел, человек умирает.
Нормы
Максимальный уровень шума в жилом помещении (в любое время суток) установлен согласно санитарным требованиям. Звук свыше 70 децибел и выше вреден не только для психологического, но и для физического состояния человека. На предприятиях шумовой уровень регулируется соответственно санитарным нормам и гигиеническим требованиям, установленным в Российской Федерации.
Высокий уровень шума (дБ) – это 90. Он вызывает головные боли, повышает давление и т. д. К зонам с повышенным уровнем шума относятся жилые территории рядом с аэропортами, промышленными предприятиями и т. д. В местах строительства разрешенная норма повышенных звуков не должна превышать 45 децибел.
Основные источники шума – это автомобили, авиационный и ж/д транспорт, промышленные производства и т. д. Средний шумовой фон на дорогах крупных городов – от 73 до 83 децибел. А максимальный – от 90 до 95 дБ. В домах, расположенных вдоль магистралей, шум может достигать от 62 до 77 децибел.
Хотя по санитарным нормам звуковой фон не должен превышать днем 40 дБ, а ночью – 30 дБ. По данным Министерства транспорта, в зонах шумового дискомфорта в РФ проживает приблизительно тридцать процентов населения. А от трех до четырех процентов горожан находятся под авиационным звуковым фоном.
Уровни шума малой интенсивности от городского транспорта, который слышен в жилых помещениях, приблизительно равны 35 децибелам. Это не вызывает у людей физиологических сдвигов. При звуковом уровне в 40 децибел через десять минут начинается изменение чувствительности слуха. Под воздействием постоянного шума в течение пятнадцати минут ощущения возвращаются к норме. При 40 дБ немного нарушается продолжительность спокойного сна.
На заводских производствах, где работает пресс, на него устанавливается специальный глушитель. В результате шум снижается с 95 до 83 децибел. И становится ниже установленных санитарных норм для производства.
Но в основном люди страдают от автомобильного шума. В городах, где есть оживленное транспортное движение, звуковой фон несколько превышает норму. Во время проезда мощных грузовых автомобилей шум достигает максимального значения – от 85 до 95 децибел. Но в среднем в больших городах превышение допустимой нормы колеблется от 5 до 7 децибел. И только в частных секторах шумовая нагрузка соответствует принятым стандартам.
Технический прогресс вызывает увеличение искусственного звукового фона, который в этом случае становится вредным для человека. На некоторых производствах уровень шума в помещении достигает от 60 до 70 децибел и выше. Хотя нормой должно быть значение 40 дБ. Все работающие механизмы создают большой шум, распространяемый на большое расстояние.
Это особенно заметно в горной и металлургической промышленности. На таких производствах шум достигает отметки от 75 до 80 децибел. От взрывов и работы турбореактивных двигателей – от 110 до 130 дБ.
Что включают в себя санитарные нормы шума?
Санитарные нормы шума включают в себя много факторов. Измеряются частотные характеристики, длительность и время воздействия громкого звукового фона, его характер. Измерения проводятся в децибелах.
В основе норм заложены характеристики, какой уровень шума, воздействуя даже в течение долгого времени, не вызывает в организме человека негативных изменений. Днем это не более 40 децибел, а ночью – не выше 30 дБ. Допустимый предел транспортного шума – от 84 до 92 дБ. И со временем установленные нормы звукового фона планируется снизить еще.
Как определить уровень шума?
В ночное время избавиться от громкого шума довольно просто. Можно вызвать участкового или наряд полиции. Но в дневное время определить уровень шума намного проблематичнее. Поэтому существует специальная экспертиза. Вызывается специальная санитарно-эпидемиологическая комиссия из Роспотребнадзора. И исходящий шум фиксируется в децибелах. После замеров составляется акт.
Нормы шума при строительстве
При строительстве жилых домов застройщики обязаны обеспечить помещения хорошей звукоизоляцией. Шум не должен быть более 50 децибел. Это касается звуков, передающихся по воздуху (работающий телевизор, разговоры соседей и т. д.).
Сравнительные показатели допустимого шума
Кратковременное нахождение под воздействием громких звуков до 60 децибел для человека неопасно. В отличие от систематического шума, который нарушает нервную систему. Далее описаны уровни шума (в дБ) от различных источников:
- человеческий шепот — от 30 до 40;
- работа холодильника — 42;
- движение лифтовой кабины — от 35 до 43;
- вентиляция "Бризер" — от 30 до 40;
- кондиционер — 45;
- шум пролетающего авиалайнера — 140;
- игра на пианино — 80;
- шум леса — от 10 до 24;
- стекающая вода — от 38 до 58;
- шум работающего пылесоса — 80;
- разговорная речь — от 45 до 60;
- шум супермаркета — 60;
- автомобильный гудок — 120;
- приготовление на плите пищи — 40;
- шум мотоцикла или поезда — от 90;
- ремонтные работы — 100;
- танцевальная музыка в ночных клубах — 110;
- детский плач — от 70 до 80;
- смертельный для человека шумовой уровень — 200.
Из списка видно, что множество звуков, с которыми ежедневно сталкивается человек, превышают допустимый уровень шума. Причем выше перечислены только естественные звуки, которых избежать почти невозможно. И если при этом добавляются дополнительные децибелы, то резко превышается установленный санитарными нормами звуковой порог.
Поэтому отдых немаловажен. После работы на производствах, на которых зашкаливает шумовой уровень, необходимо восстанавливать слух. Для этого достаточно бывать как можно больше времени в расслабляющих, спокойных местах. Для этого хорошо подходят выезды на природу.
Как измерить шум в децибелах?
Допустимый уровень шума можно измерить самостоятельно с помощью специальных предметов – шумометров. Но стоят они очень дорого. И фиксация уровня звуков производится только специалистами, без заключения которых акты будут недействительными.
Как уже упомянуто выше, агрессивное шумовое воздействие иногда приводит к разрыву барабанных перепонок. По этой причине слух ухудшается, иногда до полной глухоты. Хотя барабанная перепонка может восстановиться, но процесс это очень долгий и зависит от тяжести повреждения.
По этой причине рекомендуется избегать длительного воздействия шума. Периодически нужно давать ушам отдохнуть: находиться в полной тишине, ездить в деревню (на дачу), не слушать музыку, телевизор отключать. Но в первую очередь желательно отказаться от всевозможных портативных проигрывателей музыки с наушниками.
Все это поможет сберечь наш драгоценный слух, который будет всегда служить верой и правдой. Кроме того, тишина способствует восстановлению барабанных перепонок после травмирования.
В параметрах климатического оборудования уровень шума указывается отдельно для наружного и внутреннего блока. Шум внутреннего блока обусловлен звуком воздуха проходящего вентилятор. Поэтому более дорогие модели кондиционеров, как правило, имеют больший размер внутреннего блока по сравнению с более бюджетными аналогичной мощности. Объяснение этому простое: аналогичный объём воздуха, проходя через больший вентилятор вращающийся с меньшей скоростью создаёт меньше шума.
Шум наружного блока прежде всего обусловлен шумом компрессора. Здесь значительно выигрывают инверторные модели кондиционеров. Хотя уровень шума кондиционеров типа on/off (не инверторные) в последнее время также значительно снизился.
| Mitsubishi Electric MSZ-EF35VEW | 3,5 | 895×299×195 | 630 | 21 |
| Daikin ATXN35MB / ARXN35MB | 3,41 | 800×288×206 | 608 | 22 |
| Zanussi ZACS-12 HPR/A15/N1 | 3,5 | 800×300×197 | 560 | 23 |
| Electrolux EACS/I-12 HM/N3_15Y | 3,37 | 790×275×200 | 560 | 24 |
| Ballu BSA-12HN1_15Y | 3,5 | 816×265×200 | 550 | 27 |
| Lessar LS-H12KJA2 / LU-H12KJA2 | 3,51 | 790×265×198 | 580 | 32 |
Примечание: Таблица составлена по данным производителей
С точки зрения человеческого уха «шум» — это беспорядочное смешение звуков, неблагоприятное для восприятия человеком. Физическая характеристика громкости звука — уровень звукового давления, в децибелах (дБ).
Децибел — это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин, в нашем случае – громкости звука. Важно помнить что это не абсолютная величина, как, например, ватт или вольт, а такая же относительная, как кратность («трехкратное увеличение») или проценты, предназначенная для измерения отношения двух других величин. При этом в отличии от процентов или кратности к полученному отношению применяется логарифмический масштаб.
Децибелы широко применяются в областях техники, где требуется измерение величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, автоматического регулирования и управления, в оптике, акустике и др.
Для лучшего понимания рассмотрим два случая:
1. Что получится, если к шуму 25 дБ увеличить еще на 25 дБ? Шум общей интенсивностью в 50 дБ? Нет — ведь при удвоении числа его логарифм возрастает на
0,3 (с точностью до двух десятичных знаков). Тогда при удвоении интенсивности звука уровень интенсивности увеличивается на
0,3 бела, то есть на
3 дБ, до 28дБ. Это справедливо для любого уровня интенсивности: удвоение интенсивности звука приводит к увеличению уровня интенсивности на 3 дБ.
2. Во сколько раз отличается уровень шума в 20 и 32 дБ? Если бы мы имели дело с линейным ростом, то ответ был бы прост: 32 / 20 =
1,5 раза. Именно такую ошибку чаше всего и допускают покупатели,
| 21 | 24 | 27 | 30 | 33 |
| Увеличение в число раз | ×1 |
|---|
Примечание: Обращаем ваше внимание на разницу между дБ и дБА. дБА – акустический децибел, единица измерения уровня шума с учетом восприятия звука человеком. При измерении в дБА удвоение громкости грубо соответствует увеличению уровня шума на 10 дБА.
| дБА | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
|---|---|
| Увеличение в число раз | ×1 |
Звуки с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности.
Человек, в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10 – 15 дБ и выше. Максимальный диапазон частот для человеческого уха, в среднем от 20 до 20 000 Гц (возможный разброс значений: от 12 – 24 до 18000 – 24000 герц). В молодости лучше слышен среднечастотный звук с частотой 3 кГц, в среднем возрасте 2 – 3 кГц, в старости 1 кГц. Такие частоты, в первые килогерцы (до 1000 – 3000 Гц зона речевого общения) — обычны в телефонах. С возрастом, воспринимаемый на слух звуковой диапазон сужается: для высокочастотных звуков он уменьшаясь до 18 килогерц и менее (у пожилых людей, каждые десять лет примерно на 1000 Гц), а для низкочастотных — увеличиваясь от 20 Гц и более.
У спящего человека основным источником информации об окружающем мире являются уши. Чувствительность слуха резко обостряется по сравнению с дневным временем суток, поэтому незаметный днем шум, а особенно шум со скачками громкости, может легко разбудить спящих людей.
Отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (эха) от стен, потолка, мебели), что увеличит итоговый уровень шума на несколько децибел.
Шкала шумов (уровни звука в дБА – акустический децибел, единица измерения уровня шума с учетом восприятия звука человеком)
| Ничего не слышно | ||
| 5 | Почти не слышно | |
| 10 | Почти не слышно | Тихий шелест листьев |
| 15 | Едва слышно | Шелест листвы |
| 20 | Едва слышно | Шепот человека на расстоянии 1 метр. |
| 25 | Тихо | Шепот человека на расстоянии 1 метр. |
| От 29 до 34 дБА — шум низкий Шум различим уже с двух метров от источника, но не привелекает особого внимания. Лего переносится длительное время и не мешает работе. |
||
| 30 | Тихо | Шепот, тиканье настенных часов. Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч. (СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»). |
| От 35 до 39 дБА — средний уровень шума. Шум уверенно различается и заметно обращает на себя внимание, особенно при общем низком уровне фонового шума. Работать при таком уровнем шума в целом возможно. Однозначно мешает отдыху и спокойному сну. |
||
| 35 | Довольно слышно | Приглушенный разговор |
| От 40 дБА и выше — высокий уровень шума. Постоянный шум такого уровеня в течении длительного времени начинает раздражать и утомлять. При нахождении в помещении с таким уровнем шума появляется желание выйти из помещения или выключить источник шума. |
||
| 40 | Довольно слышно | Обычная речь. Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч. (СНиП 23-03-2003 «Защита от шума»). |
| 45 | Довольно слышно | Обычный разговор. |
| 50 | Отчетливо слышно | Разговор, пишущая машинка. |
| 55 | Отчетливо слышно | Верхняя норма для офисных помещений класса А. |
| 60 | Шумно | Норма для офисных помещений. |
| 65 – 75 | Шумно | Громкий разговор, громкий смех на расстоянии 1м. |
| 80 – 85 | Очень шумно | Шум интенсивного уличного движения, Детский плач, работающий пылесос. |
| 90 | Очень шумно | Громкие крики, грузовой железнодорожный вагон. |
| 95 | Очень шумно | Вагон метро. |
| 100 | Крайне шумно | Раскаты грома, визг работающей бензопилы. Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера. |
| 110 | Крайне шумно | Вертолет. |
| 115 | Крайне шумно | Пескоструйный аппарат на расстоянии в 1м, звук спецсигнала на автомобилях оперативных служб. |
| 120 | Почти невыносимо | Отбойный молоток на расстоянии 1м. |
| 125 | Почти невыносимо | Сирена большой мощности или корабельный ревун. |
| 130 | Болевой порог | Звук взлетающего реактивного самолета. |
| 135 | Контузия | |
| 140 | Контузия | |
| 145 | Контузия | Старт космической ракеты. |
| 150 – 155 | Контузия, травмы | |
| 160 | Шок, травмы | Ударная волна от сверхзвукового самолета. |
При уровнях звука свыше 160 децибел возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких, больше 200 – смерть
Разговорная речь колеблется от 45 децибел (дБ) до 60 децибел (дБ), в зависимости от громкости голоса;
Максимально допустимые уровни звука больше «нормальных» на 15 децибел. Например, для жилых комнат квартир допустимый постоянный уровень звука в дневное время – 40 децибелов, а временный максимальный – 55. При постоянно работающем инженерном оборудовании учитывается поправка: минус 5.
Неслышный шум – звуки с частотами менее 16-20 Гц (инфразвук) и более 20 КГц (ультразвук). Низкочастотные колебания в 5-10 герц могут вызывать резонанс, вибрацию внутренних органов и влиять на работу мозга. Низкочастотные акустические колебания усиливают ноющие боли в костях и суставах у больных людей. Источники инфразвука: автомобили, вагоны, гром от молнии и т.д.
Высокочастотный звук и ультразвук с частотой 20-50 килогерц, воспроизводимый с модуляцией на несколько герц – применяются для отпугивания птиц с аэродромов, животных (например собак) и насекомых (комаров, мошек).
Как и чем измеряется шум
Для измерения уровня шума применяется прибор шумомер. Шумомеры бывают бытовые ( диапазоны измерения 30 – 130 дБ, 31,5 Гц – 8 кГц,) и промышленные. Для измерений инфразвуковых и ультразвуковых шумов применяются широкодиапазонные шумомеры.
Одним из важнейших вопросов является зависимость уровня звука от его частоты. Нижняя частотная граница восприятия звука человеком составляет около 30 Гц, а верхняя — не выше 18 кГц; поэтому шумомер должен был бы регистрировать звуки в том же диапазоне частот. Но тут возникает серьезное затруднение. Дело в том что чувствительность человеческого уха для различных частот не одинакова; так, например, чтобы звуки с частотой 30 Гц и 1 кГц звучали одинаково громко, уровень звукового давления первого из них должен быть на 40 дБ выше, чем второго. И следовательно, показания шумомера сами по себе еще не многого стоят.
По этому все современные шумомеры снабжены корректирующими контурами, благодаря которым можно снизить чувствительность шумомера к низкочастотным и очень высокочастотным звукам и тем самым приблизить частотные характеристики прибора к свойствам человеческого уха. Обычно шумомер содержит три корректирующих контура, обозначаемых А, В и С; наиболее полезна коррекция А; коррекцию В применяют лишь изредка; и ещё реже коррекцию С.
Чаще всего уровень бытового и промышленного шума принимают равным уровню, измеренному в дБ при помощи шумомера с коррекцией А, и выражают его в единицах дБА. Хотя человеческое ухо воспринимает звук несравненно более утонченно, чем шумомер, и поэтому звуковые уровни, выраженные в дБА, ни в коей мере не соответствуют точно физиологической реакции, но простота этой единицы делает ее чрезвычайно удобной для практического применения.
Ещё одним достоинством шкалы дБА является то обстоятельство, что удвоение громкости грубо соответствует увеличению уровня шума на 10 дБА.
Для приближенной оценки уровня шума можно использовать «подручные средства» в виде настольного компьютера, ноутбука, планшета и или смартфона. Конечно такое измерение будет более грубым чем выполненное хотя бы с помощью бытового специализированного шумомера, зато практически бесплатно.
Измеряем уровень шума используя настольный компьютер или ноутбук:
- Для ПК с MS Windows 8, можно воспользоваться бесплатным приложением Decibel Meter или Asa Tempo. Их можно загрузить с Microsoft App Store (https://www.microsoft.com/en-us/store/apps/windows). Эти приложения, используют микрофон подключенный к вашему компьютеру, внешний или встроенный, и могут измерить звуки громкостью до 96 дБ (Decibel Meter).
- Для продуктов Apple есть аналогичные программы в iTunes App Store (Decibel 10th — Professional Noise Meter).
- Вы так же можете использовать звуковые редакторы для измерения громкости шума. Главное что бы программа могла работать с микрофоном в качестве источника звука. Например в Audacity, бесплатном звуковом редакторе (лицензия GNU GPL v2), есть функция измерения уровня входного сигнала. Он доступен для самых разных ОС: MS Windows (10/8/7/Vista/XP), GNU/Linux, Mac OS X. Загрузить его можно с сайта разработчиков по адресу http://www.audacityteam.org/ Пользователи ОС семейства GNU/Linux в большинстве случаем могут поставить его прямо из репозитария своего дистрибутивы.
Для планшета и смартфона:
Микрофон в мобильном устройстве конечно не даст такого качества, как внешний микрофон, зато вы получите возможность измерения уровня звука практически в любом месте. Тем не менее этой точности будет достаточно для оценки уровня шума в большинстве бытовых случаев.
- Для устройств Apple: Decibel 10th, Decibel Meter Pro, dB Meter, Sound Level Meter;
- Для устройств под управлением Andro ><Тут надо ранжировать по важности и характеру. А так же указать что за шум указывается в паспортных данных)
- Компрессор. Он так же является источником низкочастотных (в том числи инфранизкие, распространяющихся в первую очередь по строительным конструкциям) шумов.
В сплит-системах его вклад ниже чем в оконных или мобильных моделях. Так же в мобильных и оконных системах он суммируется с шумом вентилятора и шумом воздушного потока. - 2. Вентилятор внутреннего блока. Мотора не должно быть слышно.
- 3. Качающаяся створка. Ели слышна, обратится в сервис
- 4. Реле переключения режимов. Слышно на не инверторных («on/off») моделях
- Шум хладогента: по магистралям слышен только при обогреве, если слышен при охлаждении, значит есть какие то проблемы 6. Могут ли шуметь различные «фильтры»? По идее ионный / плазменный может «пищать» или «трещать».
Что и как шумит в обогревателях
- В конвекторах (тепловентиляторах) и тепловых пушках: вентиляторы и воздушный поток. Чем диаметр вентилятора меньше — тем шум больше. На уровень шума так же влияет форма вентиляционной решетки.
- В маслянных радиаторах — движение масла при большой мощности
- В газовых и дизельных тепловых пушках: пламя
Гигиенические нормы шума
Для определения допустимого уровня шума на рабочих местах, в жилых помещениях, общественных зданиях и территории жилой застройки используется ГОСТ 12.1.003-83. ССБТ «Шум. Общие требования безопасности», СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Нормирование шума звукового диапазона осуществляется по предельному спектру уровня шума и по дБА. Этот метод устанавливает предельно допустимые уровни (ПДУ) в девяти октавных полосах со среднегеометрическими значениями частот 31, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц.
Очень часто новички сталкивается с таким понятием, как децибел. Многие из них интуитивно догадываются, что это такое, но у большинства до сих пор возникают вопросы.
Что такое децибел?
Относительные логарифмические единицы Белы (децибелы) широко используются при количественных оценках параметров различных аудио, видео, измерительных устройств. Физическая природа сравниваемых мощностей может быть любой — электрической, электромагнитной, акустической, механической, — важно лишь, чтобы обе величины были выражены в одинаковых единицах — ваттах, милливаттах и т. п. Бел выражает отношение двух значений энергетической величины десятичным логарифмом этого отношения, причем под энергетическими величинами понимаются: мощность, энергия.
Кстати, эта единица получила свое название в честь Александра Белл (1847 – 1922) – американского ученого шотландского происхождения, основоположника телефонии, основателя всемирно известных компаний AT&T и “Bell Laboratories”. Еще интересно напомнить, что во многих современных мобильных телефонах (смартфонах) обязательно есть выбираемый звук звонка (оповещения), так и называемый “bell”. Впрочем, Бел относится к единицам, не входящим в Международную систему единиц (СИ), но в соответствии с решением Международного комитета мер и весов допускается к применению без ограничений совместно с единицами СИ. В основном применяется в электросвязи, акустике, радиотехнике.
Формулы для вычисления децибелов
P1 – мощность до усиления, Вт
P2 – мощность после усиления или ослабления, Вт
На практике, оказалось, что удобнее пользоваться уменьшенным в 10 раз значением Бел, т.е. децибел, поэтому:
дециБел (дБ) = 10 * lg(P2/P1)
Усиление или ослабление мощности в децибелах выражается формулой:
NдБ – усиление, либо ослабление мощности в децибелах
P1 – мощность до усиления, Вт
P2 – мощность после усиления или ослабления, Вт
Значения Бел, децибел могут быть со знаком “плюс”, если P2 > P1 (усиление сигнала) и со знаком “минус”, если P2
Во многих случаях, сравнение сигналов путем измерения мощностей может быть неудобным или невозможным – проще измерить напряжение или ток.
В этом случае, если мы сравниваем напряжения или токи, формула примет уже другой вид:
NдБ – усиление, либо ослабление мощности в децибелах
U1 – это напряжение до усиления, В
U2 – напряжение после усиления, В
I2 – сила тока после усиления, А
Вот небольшая табличка, в которой приведены основные отношения напряжений и соответствующее число децибел:
Дело в том, что операции умножения и деления над числами в обычном базисе, заменяются операциями сложения и вычитания в логарифмическом базисе. Например, у нас есть два каскадно-включенных усилителя с коэффициентами усиления K1 = 963 и K2 = 48. Какой общий коэффициент усиления? Правильно – он равен произведению K = K1 * K2. Вы можете в уме быстро вычислить 963*48? Я – нет. Я могу прикинуть K = 1000*50 = 50 тыс., не более. А, если нам известно, что K1 = 59 дБ и K2 = 33 дБ, то К = 59+33 = 92 дБ – сложить было не трудно, надеюсь.
Впрочем, актуальность таких вычислений было велика в эпоху, когда ввели понятие Бел и когда не было не то, что айфонов, но и электронных калькуляторов. Сейчас же достаточно открыть калькулятор на ваших гаджетах и быстренько посчитать , что есть что. Ну и чтобы не париться каждый раз при переводе дБ в разы, удобнее всего найти в интернете онлайн-калькулятор. Да хотя бы вот.
Закон Вебера-Фехнера
Почему именно децибелы? Все исходит от закона Вебера-Фехнера, который говорит нам, что интенсивность ощущения человеческих чувств прямо-пропорциональна логарифму интенсивности какого-либо раздражителя.
Так светильник, в котором восемь лампочек, кажется нам настолько же ярче светильника из четырёх лампочек, насколько светильник из четырёх лампочек ярче светильника из двух лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться каждый раз вдвое, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. То есть если добавить к нашим 32 лампочкам на графике еще одну лампочку, то мы даже и не заметим разницы. Для того, чтобы для нашего глаза была заметна разница, мы должны к 32 лампочкам добавить еще 32 лампочки, и т.д. Или иными словами, для того, чтобы нам казалось, что наш светильник плавно набирает яркость, нам надо зажигать вдвое больше лампочек каждый раз, чем было предыдущее значение.
Поэтому децибел действительно удобнее в некоторых случаях, так как сравнивать две величины намного проще в маленьких цифрах, чем в миллионах и миллиардах. А так как электроника – это чисто физическое явление, то и децибелы не обошли ее стороной.
Децибелы и АЧХ усилителя
Как вы помните в прошлом примере с ОУ, у нас неинвертирующий усилитель усиливал сигнал в 10 раз. Если посмотреть в нашу табличку, то это получается 20 дБ относительно входного сигнала. Ну да, так оно и есть:
Также в дБ на некоторых графиках АЧХ обозначают наклон характеристики АЧХ. Это может выглядеть примерно вот так:
На графике мы видим АЧХ полосового фильтра. Изменение сигнала +20 дБ на декаду (дБ/дек, dB/dec) говорит нам о том, что при каждом увеличении частоты в 10 раз, амплитуда сигнала возрастает на 20 дБ. То же самое можно сказать и про спад сигнала -20 дБ на декаду. При каждом увеличении частоты в 10 раз, у нас амплитуда сигнала будет уменьшаться на -20 дБ. Есть также похожая характеристика дБ на октаву (дБ/окт, dB/oct). Здесь почти все то же самое, только изменение сигнала происходит при каждом увеличении частоты в 2 раза.
Давайте рассмотрим пример. Имеем фильтр высоких частот (ФВЧ) первого порядка, собранного на RC-цепи.
Его АЧХ будет выглядеть следующим образом (кликните для полного открытия)
Нас сейчас интересует наклонная прямая линия АЧХ. Так как у нее наклон примерно одинаковый до частоты среза в -3дБ, то можно найти ее крутизну, то есть узнать, во сколько раз увеличивается сигнал при каждом увеличении частоты в 10 раз.
Итак возьмем первую точку на частоте в 10 Герц. На частоте в 10 Герц амплитуда сигнала уменьшилась на 44 дБ, это видно в правом нижнем углу (out:-44)
Умножаем частоту на 10 (декада) и получаем вторую точку в 100 Герц. На частоте в 100 Герц наш сигнал уменьшился приблизительно на 24 дБ
То есть получается за одну декаду у нас сигнал увеличился с -44 до -24 дБ на декаду. То есть наклон характеристики составил +20 дБ/декаду. Если +20 дБ/декаду перевести в дБ на октаву, то получится 6 дБ/октаву.
Достаточно часто, дискретные аттенюаторы (делители) выходного сигнала на измерительных приборах (особенно на генераторах) проградуированы в децибелах:
0, -3, -6, -10, -20, -30, -40 дБ. Это позволяет быстро ориентироваться в относительном уровне выходного сигнала.
Что еще измеряют в децибелах?
Также очень часто в дБ выражают отношение сигнал-шум ( signal-to-noise ratio , сокр. SNR)
Uc – это эффективное значение напряжения сигнала, В
Uш – эффективное значение напряжения шума, В
Чем выше значение сигнал/шум, тем более чистый звук обеспечивается аудиосистемой. Для музыкальной аппаратуры желательно, чтобы это отношение было не менее 75 дБ, а для Hi-Fi аппаратуры не менее 90 дБ. Не имеет значение физическая природа сигнала, важно, чтобы единицы были в одинаковых измерениях.
В качестве единицы логарифмического отношения двух одноимённых физических величин применяется также непер (Нп) — 1 Нп
0,8686 Б. В основе лежит не десятичный (lg), а натуральный (ln) логарифм отношений. В настоящее время используется редко.
Во многих случаях, удобно сравнивать между собой не произвольные величины, а одну величину относительно другой, названной условно опорной (нулевой, базовой).
В электротехнике, в качестве такой опорной или нулевой величины выбрано значение мощности равное 1 мВт выделяемое на резисторе сопротивлением 600 Ом.
В этом случае, базовыми значениями при сравнении напряжений или токов станут величины 0.775 В или 1.29 мА.
Для звуковой мощности такой базовой величиной является 20 микроПаскаль (0 дБ), а порог +130 дБ считается болевым для человека:
Более подробно об этом написано в Википедии по этой ссылке.
Для случаев когда в качестве базовых значений используются те или иные конкретные величины, придуманы даже специальные обозначения единиц измерений:
dbW (дБВт) – здесь отсчет идет относительно 1 Ватта (Вт). Например, пусть уровень мощности составил +20 дБВт. Это значит что мощность увеличилась в 100 раз, то есть на 100 Вт.
dBm (дБм) – здесь у нас отсчет уже идет относительно 1 милливатта (мВт). Например, уровень мощности в +30дБм будет соответственно равен 1 Вт. Не забываем, что это у нас энергетические децибелы, поэтому для них будет справедлива формула
Следующие характеристики – это уже амплитудные децибелы. Для них будет справедлива формула
dBV (дБВ) – как вы догадались, опорное напряжение 1 Вольт. Например, +20дБВ даст – это 10 Вольт
От дБВ также вытекают другие виды децибелов с разными приставками:
dBmV (дБмВ) – опорный уровень 1 милливольт.
dBuV (дБмкВ) – опорное напряжение 1 микровольт.
Здесь я привел наиболее употребимые специальные виды децибелов в электронике.
Децибелы используются и в других отраслях, где они также показывают отношение каких-либо двух измеряемых величин в логарифмическом масштабе.
Также на YouTube есть интересное видео о децибелах.
