Как я могу рассчитать уровень звука в дБ?

Question

Я хочу рассчитать уровень шума в помещении с помощью микрофона компьютера. Я записываю шум как аудиофайл, но как рассчитать уровень шума в дБ?

Я не знаю с чего начать!

Answer 1

Все предыдущие ответы верны, если вы хотите технически точный или научно ценный ответ. Но если вам просто нужна общая оценка сравнительной громкости, например, если вы хотите проверить, лает ли собака или плачет ли ребенок, и хотите ли вы указать пороговое значение в дБ, тогда это сравнительно простой расчет.

Многие редакторы волновых файлов имеют вертикальный масштаб в децибелах. Там нет калибровки или эталонных измерений, просто простой расчет:

dB = 20 * log10(amplitude)

Амплитуда в этом случае выражается числом от 0 до 1, где 1 представляет максимальную амплитуду в звуковом файле. Например, если у вас есть 16-битный звуковой файл, амплитуда может доходить до 32767. Таким образом, вы просто делите семпл на 32767. (Мы работаем с абсолютными значениями, только с положительными числами.) Так что если у вас есть волна с пиками на 14731, затем:

amplitude = 14731 / 32767
          = 0.44

dB = 20 * log10(0.44)
   = -7.13

Но есть очень важные вещи, которые нужно учитывать, в частности, ответы других.

1) Как говорит Йорг В. Миттаг, дБ является относительным измерением. Поскольку у нас нет калибровок и эталонов, это измерение относится только к самому себе. Под этим я подразумеваю, что вы сможете увидеть, что звук в звуковом файле в этот момент на 3 дБ громче, чем в этот момент, или что этот всплеск на 5 децибел громче, чем фон. Но вы не можете знать, насколько это громко в реальной жизни, не без калибровок, на которые ссылаются другие.

2) Это также было упомянуто PaulR и user545125: поскольку вы оцениваете в соответствии с записанным звуком, вы измеряете звук только в определенном месте, где находится микрофон, смещенным в направлении, куда указывает микрофон, и фильтруется по частотной характеристике вашего оборудования. В нескольких футах человек, слушающий человеческими ушами, получит совершенно другой уровень звука и разные частоты.

3) Без калиброванного оборудования нельзя сказать, что звук составляет 60 дБ или 89 дБ или что-то еще. Все, что могут дать вам эти вычисления, - это сравнение пиков в звуковом файле с другими пиками в том же звуковом файле.

Если это все, что вы хотите, тогда все в порядке, но если вы хотите сделать что-то серьезное, например, определить, является ли уровень шума на фабрике безопасным для работников, тогда послушайте Пола, user545125 и Jörg.

Answer 2

Для расчета уровня шума (дБ УЗД или уровня звукового давления) вам потребуется эталонное оборудование (то есть эталонный микрофон). Одна вещь, которую продает Radio Shack, это SPL-метр за 50 дБ. Если вы делаете научные расчеты, я бы не использовал его. Но если цель состоит в том, чтобы получить общее представление о взвешенном измерении (дБА или дБС) звукового давления в данной среде, то это может быть полезно. Как звукорежиссер, я все время использую свою, чтобы увидеть, какую громкость звука я генерирую во время микширования. Как правило, с точностью до 2 дБ.

Это мой ответ. Все остальное - к сведению.

Йорг правильно, что дБ УЗД является относительным измерением. Все децибел измерения. Но вы подразумевали, что SPL 0 дБ, или 20 микропаскалей, с научной точки зрения согласились, что это самый тихий звук, который может обнаружить человеческое ухо (хотя, понятно, что то, что человек на самом деле слышит, очень трудно определить). Это, согласно Википедии, о звуке летящего комара на расстоянии около 10 футов (http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel).

Предполагая, что вы не понимаете децибел, я думаю, что Йорг просто пытается обмануть вас. Он явно не дал вам практического ответа. : -)

Невзвешенные измерения (дБ вместо дБА или дБС) используются редко, так как большая часть звукового давления не обнаруживается человеческим ухом. В данной офисной среде обычно уровень звукового давления составляет 80-100 дБ (уровень звукового давления). Чтобы дать вам представление о том, сколько именно не слышно, в США профессиональные правила ограничивают воздействие шума до 80 дБА для данной 8-часовой рабочей смены (80 дБА - это уровень фонового шума вашего Средняя улица города - сложно, но не невозможно обсуждать). 85 дБА угнетающе, и в 90 большинство людей пытаются уйти. Таким образом, разница между 80 дБ и 80 дБА очень значительная - 80 дБА трудно обсудить, а 80 дБ вполне мирно. : -)

Так что же такое «А»? Взвешивание «А» компенсирует тот факт, что мы не воспринимаем звуки более низкой частоты, а также звуки высокой частоты (мы слышим от 20 до 20000 Гц). Есть много низкочастотного грохота, который наши уши / мозг в значительной степени игнорируют. Кроме того, мы более чувствительны к определенному среднему диапазону (от 1000 до 4000 Гц). Большинство согласны с тем, что этот частотный диапазон содержит звуки согласных речи (гласные встречаются с гораздо меньшей частотой). Представь, что ты говоришь только с гласными. Вы ничего не можете понять. Таким образом, способность человека общаться (условно) зависит от повышения чувствительности слуха от 1 кГц до 5 кГц. Интересно, что именно поэтому большинство телефонных систем передают только от 300 Гц до 3000 Гц. Было установлено, что это был минимальный ответ, необходимый для понимания голоса на другом конце.

Но я думаю, что это больше, чем вы хотели знать. Надеюсь, поможет. : -)

Answer 3

Вы не можете легко измерить абсолютный уровень звукового давления в дБ, поскольку ваш микрофон и аналоговое оборудование не откалиброваны. Возможно, вам удастся выполнить приблизительную калибровку для конкретного оборудования, но вам нужно будет повторить это для каждого другого микрофона и оборудования, которое вы планируете поддерживать.

Если у вас есть какой-либо источник ссылок SPL, который вы можете использовать, тогда это становится проще:

• используйте ваш опорный источник для генерации тона на известном уровне звукового давления в дБ - измерьте это
• измерение окружающего шума
• рассчитать уровень шума = 20 * log10 (V_noise / V_ref) + dB_ref

Конечно, это предполагает, что частотная характеристика вашего микрофона и аудиооборудования достаточно плоская, и вы просто хотите получить ровный (невзвешенный) коэффициент шума. Если вы хотите получить взвешенный (например, A-weight) коэффициент шума, вам придется сделать гораздо больше обработки.

Answer 4

Вы не можете. дБ - это относительная единица, IOW это единица для сравнения двух измерений друг с другом. Вы можете только сказать, что измерение A на x дБ громче, чем измерение B, но в вашем случае у вас есть только одно измерение. Поэтому просто невозможно рассчитать уровень дБ.

Answer 5

По данным Merchant et al. (раздел 3.2 в приложении: «Измерение акустической среды обитания», «Методы в экологии и эволюции», 2015 г.), вы можете фактически рассчитать абсолютные калиброванные значения SPL, используя спецификации производителя, вычитая поправочный член S из ваших относительных (масштабированных до максимальных) значений SPL. :

S = M + G + 20 * log10 (1 / Vadc) + 20 * log10 (2 ^ Nbit-1)

где M - чувствительность преобразователя (микрофона) относительно 1 В / Па. G - усиление, применяемое пользователем. Vadc - это напряжение от нуля до пика, полученное путем умножения среднеквадратичного напряжения АЦП на коэффициент преобразования квадратного корня (2). Nbit - глубина дискретизации битов.

Последний член необходим, если ваша система масштабирует амплитуду по максимуму.

Коррекция будет более точной при использовании сквозной калибровки со звуковыми калибраторами.

Обратите внимание, что приведенная выше формула зависит от частоты, но вы можете применять ее в более широком частотном диапазоне, если у вашего микрофона плоская частотная характеристика.

Answer 6

Я использую калибратор уровня звука. Он производит 94 дБ или 114 дБ при 1 кГц которая является частотой, где взвешивание Фильтры имеют общий уровень. С калибратором на 114 дБ я настраиваю усиление микрофона, чтобы достичь почти полной шкалы Ввод просто просмотра звуковой карты на основе виртуального осциллографа. Теперь я знаю Vref @ 114dB. Я разработал простой программный измеритель SPL это может быть предоставлено при необходимости. Вы также можете использовать REW. Вы наверняка знаете, что аппаратное обеспечение ПК вряд ли достигает 60 дБ динамического диапазона, поэтому калибровка @ 114 дБ не будет читать меньше 54 дБ, что довольно высоко, если учесть, что спать хорошо с менее чем 35 дБ А. В этом случае вы можете калибровать на 94 дБ и тогда вы можете измерить до 34 дБ но опять вы поразите компьютер и микрофон что вы можете помешать достичь таких низких уровней. Во всяком случае, после калибровки измеряет на 114 дБ и 94дБ должен читать нормально. Примечание: лабораторный калибратор поршневых телефонов работает на частоте 250 Гц.

Answer 7

Короткий ответ: вы не можете измерять уровень звука на своем ноутбуке, на своем мобильном телефоне и т. Д. По всем причинам, изложенным выше, плюс к тому, что ваш мобильный телефон, ноутбук и т. Д. Используют алгоритмы сжатия, чтобы гарантировать, что все записано в пределах возможностей оборудования. Так, если, например, вы измеряете звук, а затем запускаете его с помощью программного обеспечения для обработки сигналов, такого как Head Artemis или LMS Test.Lab, указанный уровень звукового давления всегда будет в пределах 80 дБ (A) независимо от истинного уровня. Я могу сказать это, использовав звук с мобильного телефона или ноутбука, чтобы получить представление о частотном спектре шума, а также проводя измерения уровня с помощью калиброванного измерителя уровня звука. Интересно, что Radio Shack продавал микрофон, предназначенный для речевого ввода при видеоконференцсвязи, который имел очень ровную частотную характеристику в широком диапазоне и стоил всего около 15 долларов.