Ложь Децибела: Почему

Это классическая ошибка, которую совершает почти каждый любитель домашнего кинотеатра или начинающий музыкант. У вас есть усилитель на 50 ватт. Вы хотите, чтобы ваша система была «в два раза громче». Поэтому вы идете и покупаете усилитель на 100 ватт. Вы подключаете его, выкручиваете громкость на максимум, и... он звучит едва ли громче. Вы чувствуете себя обманутым. Вам кажется, что маркетологи вам солгали.

Но маркетинг не лгал (по большей части). Математика вселенной просто сложнее, чем простое сложение. Звук не линеен; он логарифмичен. То, как ваши уши воспринимают громкость, и то, как физика измеряет энергию, находится в двух совершенно разных плоскостях.

В этом подробном руководстве мы демистифицируем Децибел (дБ), объясним, почему вам нужно в десять раз больше мощности, чтобы получить удвоение громкости, и как Закон обратных квадратов диктует, где вам стоять на концерте, чтобы избежать необратимого повреждения слуха.

Биология слуха: Зачем нам логарифмы

Чтобы понять математику, сначала нужно понять биологию. Человеческое ухо — это чудо инженерии с невероятно широким динамическим диапазоном. Мы можем слышать комара, летающего в тихой комнате, и мы можем переносить рев реактивного двигателя (недолго). Разница в энергии между этими двумя звуками ошеломляет.

Самый тихий звук, который может слышать человек (порог слышимости), составляет 0 дБ. Порог боли — около 130 дБ. С точки зрения сырой акустической интенсивности (Ватт на квадратный метр), реактивный двигатель в 10 000 000 000 000 (десять триллионов) раз мощнее комара.

Если бы мы использовали линейную шкалу для измерения звука, цифры были бы неуправляемыми. «Сделай потише с 5 000 000 000 до 4 000 000 000» звучит неудобно. Поэтому Александр Грэм Белл (да, тот самый, с телефоном) дал свое имя логарифмической единице: Бел. Мы используем одну десятую Бела, Децибел (дБ).

Правило 3 дБ против Правила 10 дБ

Вот фундаментальный разрыв между мощностью (за что вы платите) и громкостью (что вы слышите). Есть два конкретных правила, которые нужно запомнить, если вы работаете со звуком.

1. Правило Мощности (+3 дБ)

Если вы удваиваете электрическую мощность (Ватты), вы получаете увеличение на 3 децибела.

Увеличение на 3 дБ заметно, но это определенно не «в два раза громче». Это просто вежливое увеличение громкости.

2. Правило Громкости (+10 дБ)

Чтобы что-то звучало психоакустически в два раза громче для человеческого уха, вам нужно увеличение примерно на 10 децибел.

Сколько мощности нужно для +10 дБ? Давайте посчитаем в обратном порядке.
10 = 10 × log10(P2 / P1)
1 = log10(P2/P1)
10^1 = P2/P1.

Вам нужно в 10 раз больше мощности.

Если у вас есть усилитель на 100 ватт, и вы хотите, чтобы он звучал в два раза громче, вам не нужно 200 ватт. Вам нужно 1000 ватт. Вот почему погоня за ваттами — дорогая и часто бесполезная игра для аудиофилов. Вы боретесь с логарифмами.

Вы можете рассчитать эти соотношения самостоятельно, используя наш Калькулятор Соотношения дБ.

Закон обратных квадратов: Расстояние имеет значение

Теперь поговорим о концертах или настройке домашнего кинотеатра. Звук распространяется сферой (или полусферой) от источника. По мере того как сфера растет, энергия распределяется по большей площади.

Правило простое: Каждый раз, когда вы удваиваете расстояние от источника, вы теряете 6 дБ уровня звукового давления (SPL).

• 1 метр от динамика: 100 дБ
• 2 метра от динамика: 94 дБ
• 4 метра от динамика: 88 дБ
• 8 метров от динамика: 82 дБ

Вот почему первый ряд на концерте физически болезнен, а задняя часть стадиона — на уровне разговора. Энергия быстро рассеивается. Если вы настраиваете домашнюю студию, перемещение вашей позиции прослушивания всего на один метр ближе математически эквивалентно увеличению мощности усилителя в четыре раза. Проверьте падение уровня с нашим Калькулятором Дистанции SPL.

Сложение децибел: 80 дБ + 80 дБ ≠ 160 дБ

Вот еще одна головоломка. Если у вас есть труба, играющая на 80 дБ, и к ней присоединяется вторая труба, играющая на 80 дБ, насколько это громко? 160 дБ? Нет. 160 дБ убьют вас мгновенно (буквально разорвав легкие).

Поскольку децибелы логарифмичны, их нельзя складывать линейно. Сложение двух идентичных некогерентных источников звука добавляет 3 дБ к общему уровню.

80 дБ + 80 дБ = 83 дБ.
Чтобы достичь 90 дБ, вам понадобится десять труб, играющих на 80 дБ. Чтобы достичь 100 дБ, вам нужно 100 труб. Требования к энергии выходят из-под контроля очень быстро. Используйте наш Калькулятор Сложения дБ, чтобы точно суммировать несколько источников шума.

Математика безопасности: Порог 85 дБ

Понимание этой математики защищает ваш слух. Стандарты безопасности труда (OSHA/NIOSH) гласят, что 85 дБ безопасны в течение 8 часов. Но поскольку энергия удваивается каждые 3 дБ, «безопасное время» сокращается вдвое при каждом увеличении на 3 дБ.

• 85 дБ: 8 часов
• 88 дБ: 4 часа
• 91 дБ: 2 часа
• 94 дБ: 1 час
• 100 дБ: 15 минут

Типичный рок-концерт — это 105-110 дБ. Без берушей вы наносите необратимый вред своим волосковым клеткам уха менее чем за 5 минут. Математика не ведет переговоров с вашей биологией.

Заключение

Аудиоинженерия — это место, где искусство встречается с холодным, жестким исчислением. Сводите ли вы трек, настраиваете PA-систему или просто покупаете Bluetooth-колонку, помните Логарифмическое Правило. Не дайте ваттам одурачить вас. Смотрите на спецификации чувствительности, учитывайте расстояние и уважайте экспоненциальную мощь звука.