Конвертер звука
Переводите уровни звукового давления между дБ SPL, Па и мкПа или интенсивность звука между дБ IL и Вт/м². Введите значение звука и выберите исходную и целевую единицы.
Перевод уровня звука, давления, интенсивности и мощности
Формула конвертера звука
Где:
- \(p\) — звуковое давление в паскалях (Па)
- \(p_0\) — опорное звуковое давление в воздухе, \(20\times10^{-6}\) Па
- \(L_p\) — уровень звукового давления в дБ SPL
Эта формула преобразует уровень звукового давления в соответствующее ему давление. Калькулятор также поддерживает обратное преобразование, преобразования с участием микропаскалей и отдельные преобразования интенсивности звука.
Конвертер звука — пример расчёта
Пример: преобразуем значение звука по умолчанию — 85 дБ SPL — в Па.
\[p=(20\times10^{-6})10^{85/20}\approx0.355655882\ \mathrm{Pa}\]
Результат: 0,355656 Па, округлено до шести знаков после запятой.
Как пользоваться калькулятором
- Введите неотрицательное число в поле Значение звука. По умолчанию — 85.
- Выберите текущую единицу значения в поле Исходная единица.
- Выберите нужную единицу в поле Целевая единица. По умолчанию выполняется преобразование дБ SPL в Па.
- Прочитайте результат в поле Преобразованное значение звука. Если выводится «Неподдерживаемое преобразование», выберите одну из поддерживаемых пар единиц ниже.
Калькулятор поддерживает преобразования в обоих направлениях между дБ SPL и Па, дБ SPL и мкПа, а также дБ IL и Вт/м². Прямое преобразование Па в мкПа не выполняется, хотя обе единицы являются единицами давления; для такого преобразования используйте конвертер давления или умножьте Па на миллион.
Что означают уровень звукового давления и интенсивность звука
Звуковое давление — это изменение давления, связанное со звуковой волной. Паскали (Па) и микропаскали (мкПа) выражают его величину в линейной шкале: \(1\ \mathrm{Pa}=1{,}000{,}000\ \mathrm{\mu Pa}\). Уровень звукового давления, или дБ SPL, выражает давление в виде логарифмического отношения к опорному значению калькулятора — \(20\ \mathrm{\mu Pa}\) в воздухе. Таким образом, 0 дБ SPL соответствует 20 мкПа, а не нулевому давлению.
Для давления \(L_p=20\log_{10}(p/p_0)\). Увеличение на 20 дБ SPL соответствует десятикратному давлению; увеличение примерно на 6 дБ соответствует удвоению давления. Эти соотношения описывают отношения давлений, а не обязательно то, насколько громче звук покажется слушателю. Воспринимаемая громкость зависит также от частоты и других условий. Если вам нужно преобразовывать циклы в секунду в другие единицы частоты, используйте конвертер частоты.
Интенсивность звука описывает акустическую мощность, проходящую через площадку, и измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м²). Калькулятор использует опорную интенсивность \(I_0=10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\) и соотношение \(L_I=10\log_{10}(I/I_0)\). Увеличение на 10 дБ IL означает десятикратную интенсивность. Следовательно, 0 дБ IL соответствует \(10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\), а не нулевой интенсивности.
Хотя оба уровня измеряются в децибелах, дБ SPL и дБ IL описывают разные физические величины. Чтобы превратить измеренное давление в интенсивность, нужна информация о звукопроводящей среде и условиях волны; выбор одной децибельной единицы вместо другой эту информацию не даёт. Этот калькулятор выполняет преобразования давления и интенсивности раздельно.
Допущения и практические ограничения
- Опорные значения фиксированы. Калькулятор использует 20 мкПа для дБ SPL и \(10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\) для дБ IL. Перед сравнением результатов проверьте, какое опорное значение использовано в вашем источнике.
- Для логарифмических преобразований используйте положительные линейные значения. Ноль Па, ноль мкПа и ноль Вт/м² не имеют конечного уровня в децибелах, поскольку их логарифмы не определены. Отрицательные линейные значения не принимаются.
- Отрицательные значения в децибелах недоступны. Поле «Значение звука» имеет минимум ноль, хотя уровни ниже 0 дБ SPL или 0 дБ IL математически возможны относительно своих опорных значений.
- Результаты округляются до шести знаков после запятой. Поэтому очень малые интенсивности могут отображаться как 0 Вт/м². Например, 0 дБ IL представляет \(10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}\), но отображаемый результат округляется до 0 Вт/м²; сама интенсивность при этом не равна нулю.
- Это преобразование единиц, а не оценка шумового воздействия. Оно не применяет частотное взвешивание, не учитывает длительность воздействия и не вычисляет усреднённый по времени уровень. Оно также не преобразует звуковую мощность в ваттах (Вт).
Для осмысленных измерений выясните, является ли указанное давление среднеквадратичным (RMS) или пиковым значением и является ли указанный уровень в децибелах взвешенным, например дБ(A). Изменение этих правил измерения может изменить интерпретацию, даже если обозначение единицы выглядит похожим.
Часто задаваемые вопросы
Как вручную рассчитать дБ SPL по измеренному давлению?
Разделите измеренное среднеквадратичное (RMS) давление на 20 мкПа, возьмите десятичный логарифм и умножьте на 20. Например, 0,2 Па — это давление, в 10 000 раз превышающее опорное, поэтому его уровень равен \(20\log_{10}(10{,}000)=80\) дБ SPL. Используйте среднеквадратичное значение давления; подстановка пикового давления даёт другой уровень.
Какой уровень звука типичен для тихой комнаты или разговора?
Тихая комната может показывать около 30–40 дБ SPL, а обычный разговор на небольшом расстоянии — около 60 дБ SPL. Это приблизительные примеры, а не целевые значения: фоновый шум, расстояние, акустика помещения и метод измерения могут изменить показание. Одно число также не описывает, какие частоты присутствуют.
Означает ли прибавка 3 дБ удвоение звукового давления?
Нет. Рост на 3 дБ соответствует примерно удвоенной интенсивности, но лишь примерно в 1,41 раза большему среднеквадратичному давлению при сопоставимых условиях. Два одинаковых по громкости независимых источника звука часто дают суммарный уровень примерно на 3 дБ выше, чем каждый источник в отдельности. Это правило может не выполняться для когерентных источников или когда один источник значительно громче другого.
Насколько различаются пиковый и среднеквадратичный уровни звукового давления?
Для чистой синусоиды пиковое давление в \(\sqrt{2}\) раза больше среднеквадратичного, поэтому уровень по пиковому значению примерно на 3,01 дБ выше. Универсальной поправки в 3 дБ для речи, музыки и других сложных звуков нет: их отношение пикового значения к среднеквадратичному различается. Перед сравнением показаний проверьте, какое значение давления выдаёт ваш прибор.
Можно ли по звуковому давлению оценить интенсивность звука?
Да, но только при определённых допущениях о звуковом поле и среде. Для бегущей плоской волны интенсивность можно оценить как \(I=p_{\mathrm{RMS}}^2/(\rho c)\), где \(\rho\) — плотность среды, а \(c\) — скорость звука. Отражения, стоячие волны и измерения в ближнем поле могут сделать такую оценку ненадёжной. Одного измерения давления недостаточно для определения интенсивности в любой ситуации.
Безопасно ли слушать 85 дБ SPL?
Определить безопасное время воздействия только по невзвешенному значению в дБ SPL нельзя. Рекомендации по риску для слуха обычно основаны на усреднённых по времени взвешенных уровнях A: например, NIOSH рекомендует ограничивать профессиональное воздействие уровнем 85 дБ(A) в среднем за восемь часов, с более коротким временем при более высоких уровнях. Если воздействие частое или причиняет дискомфорт, измерьте его надлежащим образом и рассмотрите средства защиты слуха.