Что такое дБ? Что означает сокращение звукового обозначения

Децибелы - универсальная шкала для измерения громкости звука. Но что на самом деле означают эти таинственные "дБ"? Давайте разберемся!

История создания децибел

Потребность в единой шкале измерения силы сигналов возникла еще в 19 веке с развитием телеграфной связи. Но по-настоящему актуальной эта задача стала с изобретением телефона Александром Грэхемом Беллом.

Изначально единицей потерь сигнала была миля стандартного кабеля (mile of standard cable) - это были потери мощности сигнала 800 Гц при прохождении по 1 миле (1.6 км) телефонного кабеля с определенными параметрами.

Однако такая единица была неудобна, поскольку зависела от частоты сигнала. Поэтому в 1931 году было дано следующее определение децибела:

Децибел может быть определен таким утверждением, что две величины мощности отличаются на 1 децибел, когда они находятся в соотношении 10^0.1.

Так децибел был введен как универсальная безразмерная логарифмическая шкала для измерения отношения двух мощностей.

Физический смысл децибел

Что же означает эта логарифмическая природа децибела?

• Если два сигнала отличаются на 1 дБ, их мощности относятся как 10^0.1 ≈ 1.259
• 10 дБ - соотношение мощностей 10¹ = 10 раз
• 20 дБ - соотношение в 10² = 100 раз

Иными словами, децибелы - это удобный способ представлять огромные динамические диапазоны физических величин. Например, от самого тихого шелеста листьев с уровнем 10 дБ до громкого реактивного самолета с уровнем 120 дБ - разница аж в 1000 раз!

А для измерения отношения силовых величин, таких как напряжение или звуковое давление, 1 дБ соответствует отношению 10^0.05 ≈ 1.122.

Поэтому звук в 70 дБ звучит громче 35 дБ не в 2 раза, а в 100 раз! Такова психоакустическая особенность нашего восприятия.

Обозначение уровней в децибелах

Для удобства в технических текстах используется система специальных сокращений при обозначении уровней в дБ:

То есть, например, 0 дБм = 1 мВт, 20 дБм = 100 мВт, 40 дБм = 10 Вт. А 10 дБВ = 10 В, 30 дБВ = 1000 В.

Применение децибел в измерительной технике

Благодаря логарифмической природе децибелы чрезвычайно удобны для измерения и индикации различных электрических и акустических величин, которые могут меняться в очень широких пределах. Например:

• амплитуды и мощности электрических колебаний и сигналов
• коэффициенты усиления и ослабления различных устройств
• интенсивности инфракрасного, светового, рентгеновского и гамма-излучений
• мощности лазерных лучей
• интенсивности ультразвуковых колебаний

Как видите, дБ действительно универсальная шкала! Давайте теперь более подробно разберем особенности измерения акустических сигналов и шумов с помощью децибел.

Децибелы для измерения звука и шума

Звуковые волны характеризуются амплитудой колебаний частиц воздуха, которая называется звуковым давлением. Это силовая величина. А воспринимаемая нами громкость звука определяется его интенсивностью или мощностью - то есть квадратом звукового давления.

Поэтому если звуковое давление вырастет в 2 раза, то субъективная громкость вырастет в 2² = 4 раза. В децибелах же удвоение давления даст прирост всего лишь на 6 дБ.

Например, если громкость звука (интенсивность) возросла на 10 дБ, то это значит, что она возросла в 10 раз, а звуковое давление - в 3.16 раза.

Типичные уровни звукового давления различных источников шума приведены в таблице:

Как видите, динамический диапазон очень широкий - целых 110 дБ или 100 миллионов по отношению амплитуд! И здесь дБ незаменимы.

Достоинства и недостатки децибельной шкалы

Основное достоинство шкалы в дБ в том, что она позволяет компактно представлять очень большие отношения физических величин. Например, 120 дБ занимает в записи всего три знака, тогда как соотношение амплитуд 1:10000000000 потребовало бы 11 знаков.

К недостаткам можно отнести то, что при сложении и вычитании уровней в дБ не всегда можно получить правильный результат. Например, если один звук 70 дБ, а второй 50 дБ, их сумма составит не 70+50=120 дБ, а 71 дБ. Приходится применять специальные формулы пересчета.

Правильные вычисления с децибелами

Итак, что такое дБ в математическом плане? Это логарифм отношения двух одноименных величин. А значит, для правильного сложения уровней в дБ нужно сначала перевести их в отношения, перемножить, и только потом брать логарифм.

Например, пусть есть два источника звука с уровнями 80 дБ и 60 дБ. Сначала переводим их в отношительные величины: 10^80/10 = 100 000 и 10^60/10 = 1000. Сумма отношений получается 100 000 * 1000 = 100 000 000. Это число в децибелах равно 10*lg(100 000 000) = 80 дБ.

Измерение шума в повседневной жизни

Для измерения уровня шума в быту используют специальные приборы - шумомеры. Они бывают профессиональными для проведения замеров и контроля норм, и более простыми бытовыми - для ориентировочной оценки громкости.

С помощью такого шумомера можно, например:

• Проверить, не слишком ли громко звучит музыка в наушниках
• Оценить шум от соседей или с улицы в квартире
• Контролировать шум на рабочем месте
• Подобрать оптимальную громкость аудиосистемы

В целом знание принципов шкалы дБ позволяет грамотно подходить к вопросам звукоизоляции, звукопоглощения, а также заботы о собственном слухе.

Применение децибел в музыке и звукозаписи

Основная задача звукорежиссера - это выравнивание громкости всех дорожек и всего материала. Для этого при записи, сведении и мастеринге музыки обязательно используют измерения в децибелах.

Например, стандартный уровень громкости музыкального трека составляет от -10 до -6 дБ, чтобы был запас по громкости без искажений. А суммарный уровень готовой фонограммы - около -0,1 дБ.

Прослушивание музыки

При прослушивании музыки тоже важно правильно выбрать громкость, чтобы получить удовольствие и не навредить слуху. Ориентировочно комфортный уровень громкости наушников и колонок - около 60-80 дБ.

Однако на больших живых концертах уровень громкости нередко зашкаливает. И здесь на помощь приходят специальные беруши, которые снижают громкость звука, но сохраняют хорошее качество.

Измерение шума окружающей среды

Кроме музыки и техники, децибелы активно применяются для контроля шумового загрязнения окружающей среды, в частности:

• Городского транспорта и промышленных предприятий
• Шума ветра, морского прибоя, грозы
• Естественных шумов леса или океана

Такие данные важны как для защиты комфорта людей, так и для сохранения фауны.

Децибелы в медицине

Децибел (русское обозначение: дБ; международное: dB) — дольная единица, равная одной десятой единицы бел. В основе единицы лежит десятичный логарифм.

Единица названа в честь американского ученого Александра Белла.

В медицине децибелы используются, например, в аудиометрии для диагностики слуха пациентов. С помощью специальных тестовых сигналов разной частоты и интенсивности определяют минимальный порог слышимости, а также дискомфортный порог для каждого уха в отдельности.

Аналогично измеряют чувствительность органов чувств животных или птиц при экологическом мониторинге территорий.

Измерение инфразвука и ультразвука

Помимо слышимых человеком звуковых частот, с помощью децибел измеряют уровни инфразвука (ниже 20 Гц) и ультразвука (выше 20 кГц).

Инфразвук применяют, например, для геофизических исследований Земли. А ультразвук - в медицинской визуализации и диагностике, а также в промышленности.

Децибелы в подводной акустике

Особое применение децибелы нашли в подводной акустике - для обнаружения объектов гидролокаторами и измерения шумов океана. Здесь приходится иметь дело с огромным затуханием звука на больших расстояниях.

Например, американские и российские подводные лодки могут обнаруживать друг друга гидроакустическими станциями на дистанции в сотни километров. А киты и дельфины общаются с помощью щелчков и свистов на расстоянии в десятки километров.

Будущее акустических измерений

С развитием цифровой техники и вычислительных мощностей появляются новые перспективные области применения децибел и акустических измерений вообще.

Это, в частности, акустическая голография и томография для визуализации внутренней структуры объектов, адаптивные системы шумоподавления, беспроводная звуковая передача данных. Децибелы здесь по-прежнему незаменимы!