Măsurătorile. Unități

Decibelul este o unitate de măsură relativă, nu este ca alte mărimi cunoscute, prin urmare nu a fost inclus în sistemul SI de unități de măsură general acceptate. Cu toate acestea, multe calcule permit utilizarea decibelilor la egalitate cu unitățile de măsură absolute și chiar le folosesc ca valoare de referință.

Decibelii sunt determinați de apartenența la mărimi fizice, prin urmare nu pot fi atribuiți conceptelor matematice. Acest lucru este ușor de imaginat dacă facem o paralelă cu procentele, cu care decibelii au multe în comun. Nu au dimensiuni specifice, dar în același timp sunt foarte convenabile atunci când comparăm 2 valori cu același nume, chiar dacă sunt de natură diferită. Deci nu este greu de imaginat ce se măsoară în decibeli.

Istoria originii

După cum s-a dovedit ca urmare a cercetărilor pe termen lung, susceptibilitatea nu este direct legată de nivelul absolut de propagare a sunetului. Este o măsură a puterii aplicate unei anumite unități de suprafață care se află în zona de expunere la undele sonore, care se măsoară în decibeli astăzi. Drept urmare, s-a stabilit o proporție curioasă - cu cât spațiul aparține zonei utilizabile a urechii umane, cu atât este mai bine pentru perceperea puterilor minime.

Astfel, cercetătorul Alexander Graham Bell a reușit să stabilească că limita de percepție a urechii umane este de 10 până la 12 wați pe metru pătrat. Datele obţinute au acoperit o gamă foarte largă, care a fost reprezentată doar de câteva valori. Acest lucru a creat anumite inconveniente și cercetătorul a fost nevoit să-și creeze propria scară de măsurare.

În versiunea originală, scala fără nume avea 14 valori - de la 0 la 13, unde șoapta umană avea valoarea „3” și limba vorbită - „6”. Ulterior, această scară a fost utilizată pe scară largă, iar unitățile sale au fost numite bels. Pentru a obține date mai precise la scară logaritmică, unitatea inițială a fost mărită de 10 ori - așa s-au format decibelii.

Informatii generale

În primul rând, trebuie menționat că decibelul este o zecime din Bel, care este forma zecimală a logaritmului care determină raportul dintre cele 2 puteri. Natura capacităţilor de comparat este arbitrară. Principalul lucru este că se respectă regula, reprezentând puterile comparate în unități egale, de exemplu, în wați. Datorită acestei caracteristici, desemnările decibelilor sunt utilizate în diferite zone:

• mecanic;
• electric;
• acustic;
• electromagnetic.

Deoarece aplicarea practică a arătat că Bel s-a dovedit a fi o unitate destul de mare, pentru o mai bună claritate, s-a propus să-i înmulțească valoarea cu zece. Astfel, a apărut unitatea general acceptată - decibelul, în care astăzi se măsoară sunetul.

În ciuda domeniului său extins de aplicare, majoritatea oamenilor știu că decibelii sunt folosiți pentru a determina gradul de zgomot. Această valoare caracterizează valurile pe metru pătrat. Astfel, o creștere a volumului cu 10 decibeli este comparabilă cu o dublare a intensității sunetului.

În legislație, decibelul era recunoscut ca valoare calculată a nivelului de zgomot al unei încăperi. A fost caracteristica definitorie pentru calcularea puterii de zgomot admisă în clădirile rezidențiale. Această valoare face posibilă măsurarea nivelului de zgomot admis în decibeli în apartament și dezvăluirea faptelor de încălcare, dacă este necesar.

Zona de aplicare

Designerii de telecomunicații folosesc astăzi decibelul ca unitate de bază pentru compararea performanței dispozitivului la scară logaritmică. Astfel de posibilități sunt oferite de caracteristica de proiectare a acestei valori, care este o unitate logaritmică de diferite niveluri utilizate pentru atenuare sau, dimpotrivă, pentru amplificarea puterii.

Decibelul este utilizat pe scară largă în diverse domenii ale tehnologiei moderne. Ce se măsoară în decibeli astăzi? Acestea sunt diferite valori care variază într-un interval larg care pot fi aplicate:

• în sistemele legate de transferul de informații;
• inginerie radio;
• optica;
• tehnologia antenei;
• acustică.

Astfel, decibelii sunt folosiți pentru a măsura caracteristicile intervalului dinamic, de exemplu, pot măsura volumul unui anumit instrument muzical. De asemenea, devine posibil să se calculeze undele amortizate în momentul trecerii lor prin mediul absorbant. Decibelii vă permit să determinați câștigul sau să fixați cifra de zgomot generată de amplificator.

Este posibil să se utilizeze aceste unități adimensionale atât pentru mărimi fizice legate de ordinul doi - energie sau putere, cât și pentru mărimi legate de ordinul întâi - curent sau tensiune. Decibelii deschid posibilitatea de a măsura relația dintre toate mărimile fizice și, în plus, cu ajutorul lor, se compară valorile absolute.

Volumul sunetului

Componenta fizică a sonorității impactului sonor este determinată de nivelul presiunii sonore disponibile care acționează asupra unei unități de suprafață de contact, care se măsoară în decibeli. Nivelul de zgomot se formează din fuziunea haotică a sunetelor. O persoană reacționează la frecvențe joase sau, dimpotrivă, la sunete de înaltă frecvență, ca la sunete mai silentioase. Sunetele medii vor fi percepute ca mai puternice, în ciuda aceleiași intensități.

Ținând cont de percepția neuniformă a sunetelor de diferite frecvențe de către urechea umană, a fost creat un filtru de frecvență pe bază electronică, capabil să transmită un grad echivalent de sunet cu o unitate de măsură, care este exprimată în dBa - unde „a” denotă utilizarea unui filtru. Acest filtru, bazat pe normalizarea măsurătorilor, este capabil să simuleze o valoare ponderată a nivelului de sunet.

Capacitatea diferiților oameni de a percepe sunetele este în intervalul de sunet de la 10 la 15 dB și, în unele cazuri, chiar mai mare. Limitele percepute ale intensității sunetului sunt frecvențe de la 20 la 20 mii Herți. Cele mai ușoare sunete de percepție sunt situate în intervalul de frecvență de la 3 la 4 kHz. Se obișnuiește să se folosească această frecvență în telefoane, precum și în emisiunile radio pe unde medii și lungi.

De-a lungul anilor, gama de sunete percepute se îngustează, în special în spectrul de frecvență înaltă, unde sensibilitatea poate fi redusă la 18 kHz. Acest lucru duce la o deficiență generală de auz care afectează multe persoane în vârstă.

Nivel de zgomot acceptabil în spațiile rezidențiale

Odată cu utilizarea decibelilor, a devenit posibilă determinarea unei scale de zgomot mai precise pentru sunetele ambientale. Acesta reflectă caracteristici care sunt superioare ca precizie în comparație cu scara originală creată la timp de Alexander Bell. Cu ajutorul acestei scale, autoritățile legislative au determinat nivelul de zgomot, a cărui normă este valabilă în cadrul spațiilor de locuit destinate recreerii cetățenilor.

Astfel, o valoare de „0” dB înseamnă liniște deplină, din care se aude țiuit în urechi. Următoarea valoare de 5 dB determină, de asemenea, liniștea completă în prezența unui mic sunet de fundal care îneacă procesele interne ale corpului. La 10 dB, sunetele neclare devin distinse - tot felul de foșnet sau foșnet de frunze.

O valoare de 15 dB se află în intervalul clar al celor mai silentioase sunete, cum ar fi ticăitul unui ceas de mână. Cu o putere sonoră de 20 dB, puteți percepe șoaptele precaute ale oamenilor la o distanță de 1 metru. Marca de 25 dB vă permite să auziți mai clar o conversație în șoaptă și un foșnet de la frecarea țesuturilor moi.

30 dB definește câți decibeli sunt permisi într-un apartament pe timp de noapte și este comparat cu conversația tăcută sau ticăitul unui ceas de perete. La 35 dB, vorbirea înfundată poate fi auzită clar.

Nivelul de 40 de decibeli determină intensitatea sunetului unei conversații normale. Este suficient de tare pentru a comunica liber în cameră, pentru a vă uita la televizor sau pentru a asculta melodii. Acest marcaj determină câți decibeli sunt permisi în apartament în timpul zilei.

Nivelul de zgomot de funcționare

În comparație cu nivelul de zgomot admis în decibeli într-un apartament, în producție și în activitățile de birou, alte niveluri sonore sunt permise în timpul programului de lucru. Aici se aplică restricții de ordin diferit, clar ajustate pentru fiecare tip de ocupație. Regula de bază în aceste condiții este evitarea nivelurilor de zgomot care pot afecta negativ sănătatea umană.

În birouri

Valoarea nivelului de zgomot de 45 dB este în limitele unei bune audibilități și este comparabilă cu zgomotul unui burghiu sau al unui motor electric. Zgomotul de 50 dB este, de asemenea, caracterizat de limite de audibilitate excelente și are aceeași putere ca sunetul unei mașini de scris.

Nivelul de zgomot de 55 de decibeli rămâne în limitele unei audibilități excelente, acesta putând fi reprezentat prin exemplul unei conversații sonore simultane între mai multe persoane deodată. Acest indicator este considerat marca superioară acceptabilă pentru spațiul de birou.

În creșterea animalelor și în activități de clericală

Nivelul de zgomot de 60 dB este considerat a fi ridicat, acest nivel de zgomot poate fi găsit în birourile în care lucrează mai multe mașini de scris în același timp. Indicatorul de 65 dB este de asemenea considerat crescut și poate fi fixat atunci când echipamentul de imprimare funcționează.

Nivelul de zgomot, ajungând la 70 dB, rămâne ridicat și se găsește la fermele de animale. O valoare a zgomotului de 75 dB este nivelul extrem de zgomot și poate fi observată în fermele de păsări.

În producție și transport

Cu o notă de 80 dB, se instalează un nivel de sunet puternic, expunerea prelungită la care va duce la pierderea parțială a auzului. Prin urmare, atunci când se lucrează în astfel de condiții, se recomandă utilizarea de protecție pentru urechi. Nivelul de zgomot de 85 dB este, de asemenea, în cadrul nivelului sonor puternic, care poate fi comparat cu funcționarea echipamentului unei fabrici de țesut.

Cifra de zgomot de 90 dB rămâne în intervalul de sunet puternic, un astfel de nivel de zgomot poate fi înregistrat atunci când un tren este în mișcare. Nivelul de zgomot de 95 dB atinge limitele extreme ale sunetului puternic, un astfel de nivel de zgomot poate fi detectat într-un atelier de laminare a metalelor.

Limitați nivelul de zgomot

Nivelul de zgomot în jur de 100 dB atinge limitele sunetului excesiv de puternic, poate fi comparat cu zgomotul tunetului. Munca în astfel de condiții este considerată dăunătoare sănătății și este efectuată în cadrul unei anumite vechimi, după care o persoană este considerată inaptă pentru muncă dăunătoare.

Valoarea zgomotului de 105 dB este, de asemenea, în limitele unui sunet excesiv de puternic, zgomotul unei astfel de forțe este creat de un tăietor cu gaz la tăierea metalului. Nivelul de zgomot de 110 dB rămâne în limitele unui sunet excesiv de puternic, un astfel de indicator fiind înregistrat în timpul decolării elicopterului. Nivelul de zgomot de 115 dB este considerat limită pentru limitele sunetului excesiv de puternic, un astfel de zgomot este emis de o sablă de nisip.

Nivelul de zgomot de 120 dB este considerat insuportabil și poate fi comparat cu funcționarea unui ciocan pneumatic. Nivelul de zgomot de 125 dB se caracterizează și printr-un nivel de zgomot insuportabil, care este atins de aeronava la pornire. Nivelul maxim de zgomot în dB este considerat a fi limita în jur de 130, după care se instalează pragul durerii, pe care nu toată lumea este capabilă să-l suporte.

Nivel critic de zgomot

Nivelul de zgomot de aproximativ 135 dB este considerat inacceptabil; o persoană care se află în zona unui astfel de sunet va primi o comoție cerebrală. Nivelul de zgomot de 140 dB duce și la o comoție cerebrală, un astfel de sunet însoțind lansarea unui avion cu reacție. La un nivel de zgomot de 145 dB, o grenadă de fragmentare explodează.

Ruptura unui proiectil cumulat pe armura tancului ajunge la 150-155 dB, sunetul unei astfel de forțe duce la comoție și răni. Peste 160 dB, apare o barieră de sunet, sunetul care depășește această limită duce la ruperea timpanelor urechii, dezintegrarea plămânilor și leziuni multiple ale undelor de șoc, ducând la moarte instantanee.

Impactul asupra corpului al sunetelor inaudibile

Un sunet cu o frecvență sub 16 Hz se numește infraroșu, iar dacă frecvența lui depășește 20 mii Hz, atunci un astfel de sunet se numește ultrasunete. Timpanele urechii umane sunt incapabile să capteze sunete de această frecvență, așa că se află în afara intervalului de auz uman. Decibelii, în care se măsoară sunetul astăzi, determină și semnificațiile sunetelor inaudibile.

Sunetele de joasă frecvență, de la 5 la 10 Hz, sunt slab tolerate de corpul uman. Un astfel de impact poate activa defecțiuni în activitatea organelor interne și poate afecta activitatea creierului. În plus, intensitatea frecvențelor joase afectează țesutul osos, provocând dureri articulare la persoanele care suferă de diverse boli sau rănite.

Sursele de zi cu zi de ultrasunete sunt diverse vehicule și pot fi, de asemenea, tunete sau funcționarea echipamentelor electronice. Astfel de influențe sunt exprimate în încălzirea țesuturilor, iar puterea influenței lor depinde de distanța până la sursa activă și de gradul de sunet.

Există, de asemenea, anumite restricții pentru locurile publice de muncă cu rază inaudibilă. Puterea maximă a sunetului în infraroșu trebuie menținută la 110 dBa, iar puterea ultrasunetelor este limitată la 125 dBa. Chiar și o ședere pe termen scurt în zonele în care presiunea sonoră depășește 135 dB de orice frecvență este strict interzisă.

Influența zgomotului de la echipamentele de birou și metodele de protecție

Zgomotul emis de un computer și alte echipamente organizaționale poate fi mai mare de 70 dB. În acest sens, experții nu recomandă instalarea unui număr mare din acest echipament într-o singură cameră, mai ales dacă nu este mare. Se recomanda instalarea unor unitati zgomotoase in afara spatiului unde sunt oameni.

Pentru a reduce nivelul de zgomot în lucrările de finisare, se folosesc materiale cu proprietăți de absorbție a sunetului. În plus, puteți folosi perdele din țesătură groasă sau, în cazuri extreme, urși, acoperind timpanele de la impact.

Astăzi, în construcția clădirilor moderne, există un nou standard care determină gradul de izolare fonică a spațiilor. Pereții și tavanele clădirilor clădirilor de apartamente sunt verificate pentru rezistența la zgomot. Dacă nivelul de izolare fonică este sub limita acceptabilă, clădirea nu poate fi pusă în funcțiune până când problemele nu sunt remediate.

În plus, astăzi au stabilit limite pentru puterea sunetului pentru diferite dispozitive de semnalizare și avertizare. Pentru sistemele de protecție împotriva incendiilor, de exemplu, puterea sonoră a semnalului de avertizare ar trebui să fie între 75 dBa și 125 dBa.

Un decibel este o unitate adimensională folosită pentru a măsura raportul unor cantități „energetice” (putere, energie, densitate a fluxului de putere etc.) sau „putere” (curent, tensiune etc.). Cu alte cuvinte, decibelul este o valoare relativă. Nu absolut, cum ar fi, de exemplu, wați sau volți, ci aceeași relativă ca multiplicitatea ("diferența de trei ori") sau procentul, concepute pentru a măsura raportul ("raportul nivelului") a altor două mărimi și se aplică o scară logaritmică la raportul rezultat.

Utilizată pentru prima dată pentru a măsura intensitatea sunetului, unitatea de decibeli a fost numită după Alexander Graham Bell. Inițial, dB a fost folosit pentru a estima raportul de putere, iar în sens canonic, familiar, valoarea exprimată în dB presupune logaritmul raportului dintre cele două puteri și se calculează prin formula:

unde P 1 / P 0 este raportul dintre valorile a două puteri: măsurat P 1 la așa-numita referință P 0, adică cea de bază luată ca nivel zero (adică nivelul zero în unități dB, întrucât în ​​cazul egalităţii puterilor P 1 = P 0 logaritmul raportului lor lg (P 1 / P 0) = 0).

În consecință, trecerea de la raportul dB la putere se realizează conform formulei:

P 1 / P 0 = 10 0,1 · (valoare în dB),

iar puterea P 1 poate fi găsită cu o putere de referinţă cunoscută P 0 prin expresie

P 1 = P 0 · 10 0,1 · (valoare în dB).

Expresia provine din legea Weber-Fechner - o lege psihofiziologică empirică, care afirmă că intensitatea senzației este proporțională cu logaritmul intensității stimulului.

Într-o serie de experimente, începând cu 1834, E. Weber a arătat că un nou stimul, pentru a diferi în senzații de cel anterior, trebuie să difere de original printr-o cantitate proporțională cu stimulul inițial. Pe baza observațiilor, G. Fechner a formulat în 1860 „legea psihofizică de bază” conform căreia puterea senzației p proporțional cu logaritmul intensității stimulului:

unde este valoarea intensității stimulului. - valoarea limită inferioară a intensității stimulului: dacă, stimulul nu se simte deloc. - o constantă care depinde de subiectul senzației.

Asadar, un candelabru cu 8 becuri ni se pare la fel de mult mai luminos decat un candelabru cu 4 becuri, pe cat un candelabru cu 4 becuri este mai luminos decat un candelabru cu 2 becuri. Adică numărul de becuri trebuie să crească de același număr de ori, astfel încât să ni se pară că creșterea luminozității este constantă. În schimb, dacă creșterea absolută a luminozității (diferența de luminozitate „după” și „înainte”) este constantă, atunci ni se va părea că creșterea absolută scade pe măsură ce valoarea luminozității în sine crește. De exemplu, dacă adăugați un bec la un candelabru cu două lumini, creșterea aparentă a luminozității va fi semnificativă. Dacă adăugăm un bec la un candelabru de 12 becuri, atunci cu greu vom observa o creștere a luminozității.

Putem spune și asta: raportul dintre creșterea minimă a puterii stimulului, care provoacă pentru prima dată noi senzații, și valoarea inițială a stimulului este o valoare constantă.

Orice operații cu decibeli sunt simplificate dacă respectați regula: valoarea în dB este de 10 logaritmi zecimale ai raportului a două cantități de energie cu același nume. Orice altceva este o consecință a acestei reguli.

Operațiile cu decibeli pot fi efectuate mental: în loc de înmulțire, împărțire, exponențiere și extragere a rădăcinii, se adună și se scad unitățile de decibeli. Pentru a face acest lucru, puteți utiliza tabelele de rapoarte (primele 2 sunt aproximative):

1 dB → 1,25 ori,

3 dB → de 2 ori,

10 dB → de 10 ori.

Extinderea „valorilor mai complexe” în „compus”, obținem:

6 dB = 3 dB + 3 dB → 2 2 = de 4 ori,

9 dB = 3dB + 3dB + 3dB → 2 2 2 = de 8 ori,

12 dB = 4 (3 dB) → 2 4 = de 16 ori

etc., precum și:

13 dB = 10 dB + 3 dB → 10 2 = de 20 de ori,

20 dB = 10 dB + 10 dB → 10 10 = de 100 de ori,

30 dB = 3 · (10 dB) → 10³ = 1000 de ori.

Adunarea (scăderea) valorilor în dB corespunde înmulțirii (împărțirii) rapoartelor în sine. Valorile negative dB corespund rapoartelor inverse. De exemplu:

reducerea puterii de 40 de ori → aceasta este de 4 10 ori sau de - (6 dB + 10 dB) = −16 dB;

o creștere a puterii de 128 de ori este de 2 7 sau 7 · (3 dB) = 21 dB;

o scădere a tensiunii de 4 ori este echivalentă cu o scădere a puterii (valori de ordinul doi) de 4² = 16 ori; ambele la R 1 = R 0 sunt echivalente cu o reducere de 4 · (−3 dB) = −12 dB.

Există o serie de motive pentru a utiliza decibeli și a opera în logaritmi în loc de procente sau fracții:

natura afișării în organele de simț ale oamenilor și animalelor a modificărilor în cursul multor procese fizice și biologice este proporțională nu cu amplitudinea acțiunii de intrare, ci cu logaritmul acțiunii de intrare (fauna sălbatică trăiește conform logaritmului). ). Prin urmare, este destul de firesc să setați scalele instrumentelor și, în general, scalele unităților în cele logaritmice, inclusiv folosind decibeli. De exemplu, scala de temperament egal muzical este o astfel de scară logaritmică.

comoditatea unei scale logaritmice în cazurile în care într-o singură problemă este necesar să se opereze simultan cu cantități care diferă nu în a doua zecimală, ci uneori și, cu atât mai mult, diferă cu multe ordine de mărime (exemple: problema alegerea unui afișaj grafic al nivelurilor de semnal, gamele de frecvență ale receptoarelor radio, calculul frecvențelor pentru acordarea unei claviaturi de pian, calculele spectrelor în sinteza și procesarea sunetului muzical și a altor sunet armonic, unde luminoase, afișaje grafice ale vitezelor în astronautică, aviație, în transportul de mare viteză, afișarea grafică a altor variabile, modificări în care într-o gamă largă de valori sunt extrem de importante)

comoditatea de a afișa și analiza o valoare care variază într-un interval foarte larg (exemplele sunt modelul de directivitate a antenei, răspunsul în frecvență al unui filtru electric)

Decibelul este folosit pentru a determina raportul dintre două cantități. Dar nu este de mirare că decibelul este folosit și pentru măsurarea valorilor absolute. Pentru a face acest lucru, este suficient să cădeți de acord asupra nivelului mărimii fizice măsurate care va fi luat ca nivel de referință (condițional 0 dB).

Strict vorbind, trebuie să se determine fără ambiguitate ce mărime fizică și ce valoare este folosită ca nivel de referință. Nivelul de referință este indicat ca un aditiv după simbolurile „dB” (de ex. dBm), sau nivelul de referință trebuie să fie clar din context (de exemplu, „dB re 1 mW”).

În practică, următoarele niveluri de referință și denumiri speciale pentru acestea sunt comune:

dBm(Rusă dBm) - nivelul de referință este puterea de 1 mW. Puterea este de obicei determinată la sarcina nominală (pentru echipamente profesionale - de obicei 10 kΩ pentru frecvențe mai mici de 10 MHz, pentru echipamente cu frecvență radio - 50 Ω sau 75 Ω). De exemplu, „puterea de ieșire a etajului amplificatorului este de 13 dBm” (adică puterea eliberată la sarcina nominală pentru această etapă a amplificatorului este de 20 mW).

dBV(Rusă dBV) - tensiune de referință 1 V la sarcină nominală (pentru aparatele de uz casnic - de obicei 47 kOhm); de exemplu, nivelul semnalului standardizat pentru echipamentele audio de consum este -10 dBV, adică 0,316 V într-o sarcină de 47 kΩ.

dBuV(Rusă dBμV) - tensiune de referință 1 μV; de exemplu, "sensibilitatea receptorului radio măsurată la intrarea antenei este -10 dBμV ... impedanța nominală a antenei este de 50 Ohm."

Unitățile de măsură compozite sunt formate prin analogie. De exemplu, nivelul densității puterii spectrale dBW/Hz este analogul „decibel” al unității de măsură W/Hz (puterea eliberată la sarcina nominală într-o bandă de frecvență de 1 Hz centrată la frecvența specificată). Nivelul de referință din acest exemplu este 1 W/Hz, adică mărimea fizică „densitatea puterii spectrale”, dimensiunea sa „W/Hz” și valoarea „1”. Astfel, înregistrarea „-120 dBW / Hz” este complet echivalentă cu înregistrarea „10 −12 W / Hz”.

În caz de dificultate, pentru a evita confuzia, este suficient să indicați în mod explicit nivelul de referință. De exemplu, scrierea a -20 dB (referită la 0,775 V într-o sarcină de 50 ohmi) elimină ambiguitatea.

Următoarele reguli sunt valabile (o consecință a regulilor de acțiuni cu mărimi dimensionale):

este imposibil să înmulțiți sau să împărțiți valorile „decibeli” (acest lucru este inutil);

însumarea valorilor „decibeli” corespunde înmulțirii valorilor absolute, scăderea valorilor „decibelilor” corespunde împărțirii valorilor absolute;

Adunarea sau scăderea valorilor „decibeli” poate fi efectuată indiferent de dimensiunea lor „originală”. De exemplu, egalitatea 10 dBm + 13 dB = 23 dB este corectă, complet echivalentă cu egalitatea 10 mW · 20 = 200 mW și poate fi interpretată ca „un amplificator cu un câștig de 13 dB crește puterea semnalului de la 10 dBm la 23 dBm”.

La transformarea nivelurilor de putere (dBW, dBm) în niveluri de tensiune (dBV, dBμV) și invers, este necesar să se țină cont de rezistența la care sunt determinate puterea și tensiunea.

În inginerie radio, este adesea folosit raportul semnal-zgomot (SNR) - o valoare adimensională egală cu raportul dintre puterea semnalului util și puterea zgomotului.

Unde P- putere medie, și A este valoarea rădăcină pătrată medie a amplitudinii. Ambele semnale sunt măsurate în lățimea de bandă a sistemului.

De obicei raportul semnal-zgomot este exprimat în decibeli (dB). Cu cât acest raport este mai mare, cu atât mai puțin zgomotul afectează performanța sistemului.

În ingineria audio, raportul semnal-zgomot este determinat prin măsurarea tensiunii zgomotului și a semnalului la ieșirea unui amplificator sau a unui alt dispozitiv de reproducere a sunetului cu un milivoltmetru rms sau un analizor de spectru. Amplificatoarele moderne și alte echipamente audio de înaltă calitate au un raport semnal-zgomot de aproximativ 100-120 dB.

Bel (abreviere: B) este o unitate de măsură adimensională a raportului (diferența de niveluri) a unor mărimi pe o scară logaritmică. Conform GOST 8.417-2002, bel este definit ca logaritmul zecimal al raportului adimensional al unei mărimi fizice la o mărime fizică cu același nume, luată ca fiind cea inițială:

la pentru cantități de energie cu același nume;

la pentru aceleași cantități de „putere”;

Bel nu este inclus în sistemul SI de unități, totuși, conform deciziei Conferinței Generale pentru Greutăți și Măsuri, poate fi folosit fără restricții împreună cu SI. Este folosit în principal în acustică (unde volumul unui sunet este măsurat în bels) și electronică. Denumirea rusă - B; internaţional - B.

Destul de des în literatura populară de inginerie radio, o unitate de măsură este utilizată în descrierea circuitelor electronice - decibeli (dB sau dB).

Când studiază electronica, un radioamator începător este obișnuit cu unități de măsură absolute precum Ampere (puterea curentului), Volt (tensiune și EMF), Ohm (rezistență electrică) și multe altele, cu ajutorul cărora unul sau altul parametru electric ( capacitate, inductanță, frecvență).

Pentru un radioamator începător, de regulă, nu este dificil să-ți dai seama ce este un amper sau un volt. Totul este clar aici, există un parametru electric sau o cantitate care trebuie măsurată. Există un nivel inițial de numărare, care este acceptat implicit în formularea unei anumite unități de măsură. Există un simbol pentru acest parametru sau valoare (A, V). Într-adevăr, de îndată ce citim inscripția 12 V, atunci înțelegem că vorbim despre o tensiune similară, de exemplu, cu tensiunea bateriei unei mașini.

Dar de îndată ce se întâlnește o inscripție, de exemplu: tensiunea a crescut cu 3 dB sau puterea semnalului este de 10 dBm (10 dBm), atunci mulți oameni sunt confuzi. Ca aceasta? De ce este menționată tensiunea sau puterea, dar valoarea este indicată în câțiva decibeli?

Practica arată că nu mulți radioamatori începători înțeleg ce este un decibel. Să încercăm să risipim ceața impenetrabilă peste o unitate de măsură atât de misterioasă precum decibelul.

Unitatea de măsură numită Bel Inginerii din laboratorul de telefonie ale lui Bell au fost folosiți pentru prima dată. Un decibel este o zecime de Bel (1 decibel = 0,1 Bel). În practică, decibelul este utilizat pe scară largă.

După cum am menționat deja, decibelul este o unitate de măsură specială. Este de remarcat faptul că decibelul nu face parte din sistemul oficial de unități SI. Dar, în ciuda acestui fapt, decibelul a câștigat recunoaștere și a ocupat un loc ferm alături de alte unități de măsură.

Amintiți-vă, când vrem să explicăm o schimbare, spunem că, de exemplu, a devenit de 2 ori mai strălucitoare. Sau, de exemplu, tensiunea a scăzut de 10 ori. În același timp, am stabilit un anumit prag de numărătoare inversă, față de care a existat o schimbare de 10 sau 2 ori. Cu ajutorul decibelilor se măsoară și acești „timpi”, doar în scară logaritmică.

De exemplu, o modificare de 1 dB corespunde unei modificări de 1,26 ori a valorii energiei. O modificare de 3 dB corespunde unei modificări de două ori a valorii energiei.

Dar de ce să te deranjezi atât de mult cu decibelii când relațiile pot fi măsurate uneori? Nu există un singur răspuns la această întrebare. Dar, deoarece decibelii sunt utilizați în mod activ, atunci acest lucru este probabil justificat.

Există încă motive pentru a folosi decibelii. Să le enumerăm.

O parte a răspunsului la această întrebare constă în așa-numitul Legea Weber-Fechner... Aceasta este o lege psihofiziologică empirică, adică se bazează pe rezultatele experimentelor reale, nu teoretice. Esența ei constă în faptul că orice modificări în orice cantități (luminozitate, volum, greutate) sunt resimțite de noi, cu condiția ca aceste modificări să fie de natură logaritmică.

Un grafic al dependenței senzației de zgomot de puterea (puterea) sunetului. Legea Weber-Fechner

De exemplu, sensibilitatea urechii umane scade odată cu creșterea volumului semnalului audio. De aceea, atunci când alegeți un rezistor variabil care este planificat să fie utilizat în controlul volumului unui amplificator audio, merită să luați o dependență exponențială a rezistenței de unghiul de rotație al butonului de control. În acest caz, când rotiți glisorul de control al volumului, sunetul din difuzor va crește fără probleme. Controlul volumului va fi liniar, deoarece dependența exponențială a controlului volumului compensează dependența logaritmică a auzului nostru și va deveni liniară în totalitate. Acest lucru va deveni mai clar privind desenul.

Dependența rezistenței rezistenței variabile de unghiul de rotație al motorului (A-liniar, B-logaritmic, B-exponențial)

Aici sunt prezentate grafice ale dependenței rezistenței rezistențelor variabile de diferite tipuri: A - liniară, B - logaritmică, C - exponențială. De regulă, de rezistențele variabile de producție internă, se indică ce dependență are rezistența variabilă. Controalele digitale și electronice ale volumului se bazează pe aceleași principii.

De asemenea, este de remarcat faptul că urechea umană percepe sunete, a căror putere diferă cu o cantitate colosală de 10.000.000.000.000 de ori! Astfel, cel mai puternic sunet diferă de cel mai silențios pe care auzul nostru îl poate capta cu 130 dB (de 10.000.000.000.000 de ori).

Al doilea motiv pentru utilizarea pe scară largă a decibelilor este ușurința de calcul.

Sunteți de acord că este mult mai ușor să utilizați numere mici, cum ar fi 10, 20, 60,80,100,130 (cele mai frecvent utilizate numere atunci când se calculează în decibeli) în comparație cu numerele 100 (20 dB), 1000 (30 dB), 1000 000 ( 60 dB), 100.000.000 (80 dB), 10.000.000.000 (100 dB), 10.000.000.000.000 (130 dB). Un alt avantaj al decibelilor este că sunt pur și simplu adunați împreună. Dacă efectuați calcule uneori, atunci numerele trebuie înmulțite.

De exemplu, 30 dB + 30 dB = 60 dB (uneori: 1000 * 1000 = 1000 000). Cred că totul este clar cu asta.

De asemenea, decibelii sunt foarte folositori pentru a reprezenta grafic diferite dependențe. Toate graficele, cum ar fi modelele de radiație ale antenei, caracteristicile amplitudine-frecvență ale amplificatoarelor sunt realizate folosind decibeli.

Decibel este unitate adimensională... Am aflat deja că decibelul arată de câte ori a crescut sau a scăzut o valoare (curent, tensiune, putere). Diferența dintre decibeli și timpi constă doar în faptul că măsurarea are loc pe o scară logaritmică. Pentru a desemna cumva acest lucru și a atribui denumirea dB ... Într-un fel sau altul, atunci când evaluezi, trebuie să treci de la decibeli la ori. Orice unități de măsură (nu numai curent, tensiune etc.) pot fi comparate folosind decibeli, deoarece decibelul este o mărime relativă, adimensională.

Dacă semnul „-” este indicat, de exemplu, -1 dB, atunci valoarea mărimii măsurate, de exemplu, puterea, a scăzut de 1,26 ori. Dacă în fața decibelilor nu se pune niciun semn, atunci vorbim de o creștere, de o creștere a valorii. Acest lucru merită luat în considerare. Uneori, în loc de semnul „-”, se vorbește despre atenuare, o scădere a câștigului.

Trecând de la decibeli la ori.

În practică, cel mai adesea trebuie să treci de la decibeli la ori. Există o formulă simplă pentru aceasta:

Atenţie! Aceste formule sunt folosite pentru așa-numitele cantități de „energie”. Cum ar fi energia și puterea.

m = 10 (n / 10), unde m este raportul în timpi, n este raportul în decibeli.

De exemplu, 1dB este egal cu 10 (1dB / 10) = 1,258925... = 1,26 ori.

De asemenea,

la 20dB: 10 (20dB / 10) = 100 (creștere a valorii de 100 de ori)

la 10dB: 10 (10dB / 10) = 10 (mărire 10x)

Dar, nu totul este atât de simplu. Există și capcane. De exemplu, atenuarea semnalului este de -10 dB. Atunci:

la -10dB: 10 (-10dB / 10) = 0,1

Dacă puterea a scăzut de la 5 W la 0,5 W, atunci scăderea puterii este de -10 dB (o scădere de 10 ori).

la -20dB: 10 (-20dB / 10) = 0,01

Aici este similar. Cu o scădere a puterii de la 5 W la 0,05 W, în decibeli, căderea de putere va fi de -20 dB (o scădere cu un factor de 100).

Astfel, la -10 dB puterea semnalului a scăzut de 10 ori! Mai mult, dacă înmulțim valoarea inițială a semnalului cu 0,1, atunci vom obține valoarea puterii semnalului cu atenuare de -10 dB. De aceea, valoarea 0,1 este indicată fără „ori”, ca în exemplele anterioare. Luați în considerare această caracteristică când înlocuiți valorile decibelilor cu semnul „-” în datele formulei.

Trecând din timp la decibeli se poate face folosind următoarea formulă:

n = 10 * log 10 (m), unde n este valoarea în decibeli, m este raportul în timp.

De exemplu, o creștere de 4 ori a puterii ar corespunde unei valori de 6,021 dB.

10 * log 10 (4) = 6,021 dB.

Atenţie! Pentru a recalcula rapoartele unor astfel de cantități ca Voltajși amperaj există formule ușor diferite:

(Curentul și tensiunea sunt așa-numitele cantități de „putere”. Prin urmare, formulele sunt diferite.)

Pentru a converti în decibeli: n = 20 * log 10 (m)

Pentru a trece de la decibeli la ori: m = 10 (n / 20)

n - valoare în decibeli, m - raport în timp.

Dacă ai ajuns cu succes la aceste linii, atunci consideră că ai făcut un alt pas semnificativ în stăpânirea electronicii!

] De obicei, decibelii sunt folosiți pentru a măsura volumul unui sunet. Decibelul este logaritmul zecimal. Aceasta înseamnă că o creștere a volumului cu 10 decibeli indică faptul că sunetul a devenit de două ori mai puternic decât cel original. Volumul sunetului în decibeli este de obicei descris prin formulă 10Log 10 (I / 10 -12) unde I este intensitatea sunetului în wați/metru pătrat.

Pași

Tabel de comparație a nivelurilor de zgomot în decibeli

Tabelul de mai jos descrie nivelurile de decibeli în ordine crescătoare și exemplele corespunzătoare de surse de sunet. De asemenea, oferă informații despre efectele negative asupra auzului în fața fiecărui nivel de zgomot.

Măsurarea nivelului de sunet cu instrumente

Folosește-ți computerul. Cu software și hardware speciale, este ușor să măsurați nivelul de zgomot în decibeli chiar pe computer. Mai jos sunt doar câteva dintre modalitățile prin care puteți face acest lucru. Rețineți că utilizarea unui echipament de înregistrare de mai bună calitate va da întotdeauna rezultate mai bune; cu alte cuvinte, microfonul încorporat în laptopul tău poate fi suficient pentru anumite sarcini, dar un microfon extern de înaltă calitate va da rezultate mai precise.

1. Utilizați o aplicație mobilă. Pentru a măsura nivelul sunetului oriunde, aplicațiile mobile vor fi la îndemână. Este posibil ca microfonul de pe dispozitivul dvs. mobil să nu fie la fel de bun ca un microfon extern conectat la computer, dar poate fi surprinzător de precis. De exemplu, precizia citirii pe un telefon mobil poate diferi cu 5 decibeli față de echipamentul profesional. Mai jos este o listă de programe pentru citirea nivelului de sunet în decibeli pentru diferite platforme mobile:

   • Pentru dispozitivele Apple: Decibel 10th, Decibel Meter Pro, dB Meter, Sound Level Meter
   • Pentru dispozitive Android: Sound Meter, Decibel Meter, Noise Meter, deciBel
   • Pentru telefoane Windows: Decibel Meter Free, Cyberx Decibel Meter, Decibel Meter Pro

2. Utilizați un contor profesional de decibeli. Acest lucru nu este de obicei ieftin, dar poate fi cel mai simplu mod de a obține măsurători precise ale nivelului de sunet care vă interesează. Denumit și „sonometru”, acesta este un dispozitiv specializat (disponibil dintr-un magazin online sau dintr-un magazin specializat) care folosește un microfon sensibil pentru a măsura nivelul de zgomot din jurul acestuia și oferă o citire precisă în decibeli. Deoarece astfel de dispozitive nu sunt la mare căutare, pot fi destul de scumpe, deseori începând de la 200 de dolari, chiar și pentru dispozitivele entry-class.

   • Rețineți că decibeli / sonometrul îl poate numi ușor diferit. De exemplu, un alt dispozitiv similar numit „contor de zgomot” face același lucru ca un sonometru.

   Calcularea decibelilor

   1. Aflați intensitatea sunetului în wați/metru pătrat.În viața de zi cu zi, decibelii sunt folosiți ca o simplă măsură a zgomotului. Cu toate acestea, lucrurile nu sunt atât de simple. În fizică, decibelii sunt adesea priviți ca o modalitate convenabilă de a exprima „intensitatea” unei unde sonore. Cu cât este mai mare amplitudinea undei sonore, cu atât transferă mai multă energie, cu atât mai multe particule de aer vibrează în calea sa și sunetul în sine este mai intens. Datorită relației directe dintre intensitatea unei unde sonore și volumul în decibeli, este posibil să se găsească valoarea decibelilor, cunoscând doar intensitatea nivelului sonor (care se măsoară de obicei în wați/metru pătrat)

      • Rețineți că valoarea intensității este foarte scăzută pentru sunetele normale. De exemplu, un sunet cu o intensitate de 5 × 10 -5 (sau 0,00005) watt/metru pătrat corespunde la aproximativ 80 de decibeli, care este aproximativ volumul unui blender sau robot de bucătărie.
      • Pentru o mai bună înțelegere a relației dintre intensitate și nivelul de decibeli, să rezolvăm o problemă. De exemplu, să luăm asta: să presupunem că suntem ingineri de sunet și trebuie să depășim nivelul de zgomot de fundal din studioul de înregistrare pentru a îmbunătăți calitatea sunetului înregistrat. După instalarea echipamentului, am înregistrat intensitatea zgomotului de fond 1 × 10 -11 (0,00000000001) wați / metru pătrat... Apoi, folosind aceste informații, putem calcula nivelul de zgomot de fond al studioului în decibeli.

   2. Împărțiți la 10 -12. Dacă știi intensitatea sunetului tău, îl poți conecta cu ușurință la formula 10Log 10 (I / 10 -12) (unde „I” este intensitatea în wați/metru pătrat) pentru a obține valoarea decibelilor. Mai întâi, împărțiți 10 -12 (0,000000000001). 10 -12 afișează intensitatea sunetului cu un scor 0 pe scara decibelilor, comparând intensitatea sunetului dvs. cu acest număr, veți găsi raportul acestuia la valoarea inițială.

      • În exemplul nostru, am împărțit valoarea intensității 10 -11 la 10 -12 și am obținut 10 -11 / 10 -12 = 10 .

   3. Să calculăm Log 10 al acestui număr și să-l înmulțim cu 10. Pentru a finaliza soluția, tot ce trebuie să faceți este să luați logaritmul de bază 10 al numărului rezultat și apoi să îl înmulțiți cu 10. Acest lucru confirmă că decibelii sunt logaritmul de bază 10 - cu alte cuvinte, o creștere cu 10 decibeli a nivelului de zgomot este o dublarea volumului sunetului.

      • Exemplul nostru este ușor de rezolvat. Log 10 (10) = 1,1 × 10 = 10. Prin urmare, valoarea zgomotului de fond în studioul nostru este 10 decibeli... Este suficient de silențios, dar încă captat de echipamentul nostru de înregistrare de înaltă calitate, așa că probabil că trebuie să eliminăm sursa de zgomot pentru a obține o înregistrare de înaltă calitate.

   4. Înțelegerea naturii logaritmice a decibelilor. După cum am menționat mai sus, decibelii sunt valori logaritmice cu baza 10. Pentru orice valoare dată de decibeli, zgomotul de 10 decibeli este de două ori mai puternic decât originalul, iar zgomotul de 20 decibeli este de patru ori mai puternic și așa mai departe. Acest lucru face posibilă desemnarea unei game largi de intensități de sunet care pot fi percepute de urechea umană. Cel mai tare sunet pe care îl poate auzi o persoană fără a experimenta durere este de un miliard de ori mai puternic decât cel mai silentios sunet pe care îl poate auzi o persoană. Folosind decibelii, evităm să folosim numere uriașe pentru a descrie sunete obișnuite - în schimb, avem nevoie doar de trei cifre.

      • Gândiți-vă care este mai ușor de utilizat: 55 decibeli sau 3 × 10 -7 wați / metru pătrat? Ambele valori sunt egale, dar în loc să folosiți notația științifică (ca o fracțiune foarte mică a unui număr), este mult mai convenabil să folosiți decibelii, care sunt un fel de abreviere simplă pentru o utilizare ușoară de zi cu zi.

Destul de ciudat, sunetele dincolo de audibilitatea urechii umane joacă un rol enorm în diferite domenii ale cunoașterii. Oamenii de știință, înarmați cu metodele tehnologiei moderne de calcul și electronice, au reușit nu numai să descifreze astfel de sunete naturale, ci și să le pună în slujba umanității.

De exemplu, în țările care suferă un tsunami devastator (Japonia, Filipine, Malaezia, Thailanda și Indonezia și altele), a fost desfășurată o întreagă rețea de stații de avertizare timpurie cu privire la astfel de evenimente. Pe lângă stațiile seismice staționare de coastă, care înregistrează infrasunetele cutremurelor subacvatice, a fost desfășurată o întreagă rețea de senzori autonomi, care sunt în plutire liberă și conectați cu centrele de procesare a informațiilor prin comunicații prin satelit. Și există speranța că tragedii precum tragedia din 2004, când sute de mii de oameni din Asia de Sud au fost afectate de tsunami, precum și tragedia de la Fukushima din 2011, să nu se mai repete. Chiar dacă nu suntem încă capabili să controlăm forțele subterane și nu putem evita pierderile materiale în viitorul apropiat, trebuie și putem cel puțin să minimizăm numărul victimelor umane.

Infrasunetele sunt utilizate cu succes de geofizicieni în studiul proprietăților și caracteristicilor Pământului și ale componentelor sale individuale - scoarța, mantaua și miezul. Explorarea seismică este o metodă extrem de economică în căutarea mineralelor, printre care este necesar să se evidențieze zăcăminte deosebit de valoroase de petrol și gaze naturale. Deoarece acum o treime din petrolul produs este produs din mare, iar rezervele nedescoperite offshore le depășesc pe cele de pe uscat, s-a acordat din ce în ce mai multă atenție explorării fundului mării. Cu ajutorul tehnologiilor computerizate moderne pentru procesarea semnalelor infrasonice reflectate și refractate, este posibilă obținerea de imagini 2D și 3D ale depozitelor și evaluarea perspectivelor dezvoltării lor ulterioare.

Monitorizarea cu infrasunete este o parte integrantă a monitorizării generale a conformității cu Tratatul de interzicere completă a testelor nucleare, împreună cu monitorizarea seismică, chimică și radiologică. Monitorizarea infrasunetelor este convenabilă pentru detectarea exploziilor nucleare datorită faptului că infrasunetele sunt capabile să parcurgă distanțe lungi practic fără împrăștiere.

Și în timp ce distrugerea zidurilor Ierihonului din cauza sunetului trâmbițelor rămâne un mit biblic (ceea ce din punctul de vedere al științei moderne este destul de posibil, este suficient doar pentru a obține o rezonanță deplină în infrasunete), știința istorică nu rezistă. totuși, este foarte posibil să putem găsi o confirmare materială a cunoștințelor oamenilor din vechime.

Referință istorică

Prima observație oficială a infrasunetelor a fost făcută în timpul erupției puternice a vulcanului Krakatoa din strâmtoarea Sunda în 1883. Puterea exploziei vulcanului a fost echivalentă cu explozia unei bombe atomice de 200 de megatone, care este de patru ori puterea testului Uniunii Sovietice a bombei cu hidrogen AN602, denumirea Tsar Bomba, prin analogie cu tunul țarului și clopotul țarului) la 30 octombrie 1961 la locul de testare nucleară al insulei Novaya Zemlya. Unda de șoc de la explozia vulcanului a înconjurat de trei ori globul, sub influența sa, geamurile de sticlă s-au spart pe o rază de sute de kilometri, zgomotele erupției s-au auzit în orașul Perth (Australia de Vest, distanță peste 3000 de kilometri). ) și pe Insula Rodriguez, lângă insula Mauritius (distanță peste 4800 de kilometri).

Interesul pentru sunetele care se află dincolo de audibilitatea urechii umane și de fenomenele fizice și psihofizice asociate cu acestea a început să se manifeste ca apariția și dezvoltarea unor științe precum ingineria radio și electronica. În mod paradoxal, munca fizicienilor din diferite țări de la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea le-a pus într-o gamă complet diferită de lungimi de undă - gama radio. Oameni de știință remarcabili precum Heinrich Rudolf Hertz, Alexander Stepanovici Popov și Guglielmo Marconi sunt incluși printre aceștia.

Momentul cheie în cercetarea și generarea atât a sunetului audio, cât și a infrasunetelor și ultrasunetelor a fost inventarea amplificatoarelor electronice. La început, au existat circuite bazate pe tuburi electronice, a căror dezvoltare o datorăm unei întregi galaxii de inventatori remarcabili. În 1883, T.A. Edison a fost primul care a descoperit efectul conducerii în vid. Apoi, în 1904, D.A. Fleming a fost primul care a folosit practic efectul Edison pentru a converti curentul alternativ în curent continuu (curent de redresare) folosind o lampă cu doi electrozi (diodă). În 1906, Lee de Forest a introdus un al treilea electrod în lampă - o grilă de control, după ce a primit un element de amplificare triodă. În 1912, pe baza acestuia a fost creat primul autogenerator. Ulterior, pe baza invenției tranzistoarelor, și apoi a circuitelor integrate, au fost create circuite mai avansate și mai economice pentru amplificarea și generarea de semnale electrice din gama de frecvență joasă. Culmea acestui proces poate fi considerată dezvoltarea metodelor digitale de analiza și sintetizare a sunetului din orice gamă imaginabilă, folosind tehnologii computerizate moderne, la care se pretează chiar și metodele de vizualizare a sunetului.

Ca întotdeauna, inginerii militari sunt înaintea restului planetei în această zonă. Ei nu numai că au învățat să determine locația bateriilor de artilerie inamice prin infrasunete din împușcăturile lor din poziții închise, ci au învățat și să detecteze obiectele ascunse sub apă sub forma unui nou tip de arme (submarine), folosind, pe lângă infrasunete, sunet şi ultrasunete (hidroecholocaţie). Specialitatea unui inginer acustic a devenit o parte integrantă atât a forțelor navale, cât și a celor terestre.

Infrasunete. definirea şi fizica fenomenelor

Infrasunetele includ sunete cu frecvențe sub frecvențele percepute de auzul uman, adică cu o frecvență sub 20 Hz; limita inferioară a infrasunetelor este convențional luată egală cu 1 milihertz, totuși, în practică, limita inferioară de 0,1 Hz este adesea considerată.

Când se propagă în diverse medii, infrasunetele respectă în general legile acusticii, adică pot atenua, reflecta și refracta. Dar există câteva diferențe:

• pentru percepția umană prin vibrațiile corpului, infrasunetele ar trebui să aibă o amplitudine de vibrație mai mare în comparație cu undele sonore din domeniul audibil;
• infrasunetele se propagă mult mai departe în aer, deoarece este slab absorbit de atmosferă;
• Datorită lungimilor de undă mari, fenomenele de difracție (evitarea obstacolelor) sunt caracteristice infrasunetelor într-o măsură mai mare decât sunetul obișnuit.

În natură, infrasunetele apar în timpul cutremurelor, fulgerelor, erupțiilor vulcanice, cu vânturi puternice, în timpul furtunilor și uraganelor. Pe mare, o creștere a fondului infrasonic este un semn sigur al unei furtuni iminente; același lucru este valabil și pentru avalanșe.

Percepția infrasunetelor de către animale

Este destul de firesc ca în fauna sălbatică cele mai sensibile la acțiunea infrasunetelor să fie animalele mari: balene, elefanți, hipopotami, rinoceri, girafe, okapi, crocodili, lei și tigri. Ei nu numai că percep infrasunetele, dar le și generează perfect datorită dimensiunii organelor lor. Balenele și elefanții folosesc cu succes semnalele infrasonice pentru a comunica cu propria lor specie, iar raza de acțiune a unei astfel de comunicări pe uscat poate ajunge la sute de kilometri în condiții favorabile pentru propagarea infrasunetelor. În acest fel, prădătorii își protejează teritoriul de vânătoare de invadările asupra acestuia de către străini din specia lor, deși habitatul mândriei nu depășește o rază de 10 kilometri. În cazul balenelor, raza de comunicare poate fi chiar și de câteva mii de kilometri! Poate că, în oceanul deschis, efectul transmisiei pe distanțe lungi este utilizat datorită formării unui fel de canal de propagare a infrasunetelor din cauza diferenței de temperatură, a diferenței de presiune hidrostatică și a diferenței de salinitate a apelor de suprafață și adânci. Principiul de funcționare al acestui canal este similar cu principiul transmiterii informațiilor printr-un cablu de fibră optică, în care razele de lumină se propagă și datorită reflexiei interne totale.

Generarea tehnologică de infrasunete

De la construirea primelor structuri megalitice (amintiți-vă de Stonehenge!), Umanitatea a devenit inconștient un generator tehnogen de infrasunete, construind diverse clădiri pentru nevoi economice, rezidențiale și religioase, ale căror camere (camere, holuri, sobe și șeminee cu coșuri) serveau drept un fel de rezonatoare infrasunete și generatoare pasive pentru expunerea la vânt. Odată cu dezvoltarea forțelor naturale, oamenii au devenit un generator din ce în ce mai activ de infrasunete. Primele dispozitive au fost apa și morile de vânt, deși intensitatea infrasunetelor lor nu era atât de mare, cu toate acestea, ele produceau un anumit efect mistic. Nu degeaba, în toate legendele diverselor popoare, meseria de morar, precum și cea de fierar, forțat de loviturile sale uniforme de ciocan să provoace infrasunete, sunt înconjurate de legende cu conotații negative. Descendenții direcți ai acestor dispozitive sunt acum conductele de presiune ale centralei hidroelectrice, generatoarele de energie eoliană și ciocanele mecanice de dimensiuni titanice.

În producție, sursa de infrasunete este și mașinile-unelte grele, unde există o mișcare alternativă a mase mari (de exemplu, compresoare cu piston), ventilatoare și sisteme de aer condiționat, turbine și platforme vibrante și alte echipamente. Motoarele cu reacție emit și unde infrasonice. Odată cu dezvoltarea energiei cu abur și introducerea masivă a centralelor electrice pe nave, am început să generăm infrasunete nu numai pe uscat, ci și pe mare.

În prezent, principalele surse de poluare fonică antropică în ocean sunt navele, tunurile pneumatice pentru explorarea seismică a mineralelor de pe fundul mării și oceane, platformele de foraj și producție offshore pentru producția de petrol și gaze, precum și sonarele, atât militare, cât și civile. Exploziile nucleare sunt, de asemenea, surse de infrasunete, iar infrasunetele de la acestea se pot propaga prin ghidul de undă atmosferic pe mii de kilometri.

Biologii trag un semnal de alarmă pe bună dreptate, atribuind eliberările masive de cetacee pe uscat datorită infrasunetelor, sunetelor și ultrasunetelor antropice generate de noi. În opinia lor, pur și simplu deviam animalele cu sunetul nostru, provocând defecțiuni ale sistemelor lor de navigație. Acum poluarea fonică a mărilor în banda de frecvență a infrasunetelor atinge intensitatea maximă, depășind cu un factor de mii poluarea acustică la alte frecvențe.

Expunerea omului la infrasunete

Corpul uman și psihicul său sunt supuse influenței infrasunetelor pentru că stimulează aparatul vestibular și, de asemenea, datorită faptului că aproape toate organele umane au frecvențe de rezonanță între 8-20 Hz:

• 20-30 Hz (rezonanța capului);
• 18 Hz și 40-100 Hz (rezonanță oculară);
• 0,5-13 Hz (rezonanța aparatului vestibular);
• 4-6 Hz (rezonanță cardiacă);
• 2-3 Hz (rezonanță stomacală);
• 2-4 Hz (rezonanță intestinală);
• 6-8 Hz (rezonanță renală);
• 2-5 Hz (rezonanță manuală).

Răspândirea valorilor se explică prin împrăștierea datelor antropometrice printre reprezentanții umanității.

Se crede că vibrațiile infrasonice, chiar și de intensitate scăzută, provoacă simptome asemănătoare comoției cerebrale (greață, tinitus, tulburări de vedere). Fluctuațiile de intensitate moderată pot provoca diaree „non-alimentară” și disfuncții cerebrale cu consecințe neașteptate. Se crede că infrasunetele de mare intensitate, care implică rezonanță, duce la distrugerea aproape a tuturor organelor interne, posibil fatale din cauza stopului cardiac sau a ruperii vaselor de sânge.

Efecte și mai interesante sunt produse de infrasunete asupra stării psihoemoționale a persoanelor expuse la acesta. În acest sens, este indicativ experimentul de amploare realizat de un grup de cercetători englezi pe o audiență de 700 de persoane în Purcell Room din Londra, care au fost invitați să asculte un concert de muzică în două părți. Fiecare dintre secțiuni a fost compusă din patru piese, în două dintre ele infrasunetele cu o frecvență de 17 Hz de intensitate scăzută au fost amestecate în performanța originală, în a doua secțiune infrasunetele a fost amestecat în alte două bucăți. Ascultătorii au fost rugați să-și descrie sentimentele și o parte semnificativă a respondenților (22%) au notat experiențe neobișnuite: anxietate, anxietate, tristețe extremă, sentimente de dezgust și teamă, frisoane de-a lungul coloanei vertebrale și o senzație de presiune în piept chiar la momentul în care a fost dat semnalul infrasunetelor.

Un efect extrem de curios asupra oamenilor al infrasunetelor cu o frecvență de 18,98 Hz a fost descoperirea unui efect vizual de către inginerul de cercetare englez Vic Tandy la începutul anilor 80 ai secolului trecut. Stând până târziu în laboratorul său, Tandy a observat în mod repetat apariția unei pate cenușii fără formă cu vederea sa periferică, care a dispărut când capul a fost întors în direcția lui. Ca un pasionat spadasin, a observat, de asemenea, că atunci când lustruiește o spadă cu o prindere într-o menghină, vârful ei tremura vizibil. Presupunând din vibrațiile pincei (lama pincei juca rolul unui receptor-inregistrator) prezența infrasunetelor în cameră, a investigat sediul laboratorului și a constatat că infrasunetele erau într-adevăr prezente - sursa acestuia era un ventilator de evacuare instalat recent. Semnalul infrasonic maxim a fost notat chiar deasupra biroului lui Tandy, iar frecvența acestuia era apropiată de frecvența de rezonanță a globului ocular de 18 Hz, determinată de NASA. Lucrările în această direcție au fost rezumate de W. Tandy în articolul „Ghosts from the Machine” publicat în 1998. Ulterior, la invitația cercetătorilor paranormali, a fost implicat în grupurile de lucru privind sondajul subsolului centrului turistic din Coventry în 2001 și a Castelului Warwick în 2004. În ambele cazuri s-a observat un nivel ridicat de infrasunete. Deci apariția fantomelor în castelele englezești are o bază complet materială!

Infrasunete „fantomă”.

Și mai surprinzător, o persoană este influențată de infrasunetele „fantomă”. Cert este că, datorită efectului binaural al auzului inerent la oameni și la majoritatea animalelor superioare, creierul uman evaluează sursa de sunet după frecvența, faza și intensitatea semnalului, calculând direcția către sursa de sunet după aceste semne, inclusiv diferența de fază a vibrațiilor sonore care intră în urechea dreaptă și stângă. Ca urmare, atunci când canalele de auz drept și stânga sunt expuse la frecvențe apropiate, cu o diferență situată în intervalul de percepție a sunetului, senzații „fantomă” ale percepției sunetului a tonului „fundamental” apar atunci când se ascultă frecvențe mai înalte (armonici). . În acest caz, apare o percepție „fantomă” a frecvenței fundamentale, deși nu este prezentă deloc în semnalul original. De exemplu, dacă o ureche aude un semnal cu o frecvență de 550 Hz, iar cealaltă cu o frecvență de 570 Hz, atunci creierul percepe (adică ca și cum ar auzi) o frecvență suplimentară de 20 Hz, care este diferența dintre aceste două frecvențe. Trebuie remarcat faptul că aceasta nu este suma obișnuită a două semnale sinusoidale de frecvențe diferite, în urma cărora se observă bătăi. Însumarea are loc în creier, nu în aer! Iar sunetul nu se formează în aer, ci în creierul ascultătorului.

Uneori, o persoană aude sunete de joasă frecvență care nu există în realitate. Acest lucru se datorează faptului că creierul supune sunetul la o procesare serioasă, adăugând frecvențe care nu sunt în sunete. Acest fenomen este utilizat pe scară largă în inginerie. Un exemplu este un canal telefonic limitat la o lățime de bandă de 300-3000 Hz. Cu toate acestea, cu toții determinăm cu încredere sexul unei voci prin telefon, deși pentru reprezentanții sexului „puternic”, frecvența caracteristică a vocii este de 150 Hz. Creierul nostru, cel mai perfect computer din acest moment, ne înșală!

Situația este și mai gravă (și poate și mai bună) când două semnale cu o diferență mică de frecvență, care se află în domeniul infrasunetelor, vin în urechea dreaptă și stângă. Acest lucru se datorează, probabil, faptului că activitatea electrică a creierului uman are mai multe bioritmuri asociate cu starea sa. Unele dintre aceste ritmuri EEG sunt discutate mai jos.

• Undele beta: cele mai rapide, caracteristice stării de veghe, concentrare și cunoaștere. Excesul lor este însoțit de anxietate, frică și panică. În funcție de gradul de afecțiune, aceasta poate varia în intervalul 14-42 Hz. Nivelurile slabe ale undelor beta sunt corelate statistic cu depresia, atenția selectivă slabă și memoria slabă.
• Undele alfa: bioritmurile creierului încetinesc la frecvențe de 8-13 Hz. Dominanța lor corespunde stării de seninătate, capacității de a percepe informații noi. În această stare, creierul produce cea mai mare cantitate de endorfine și encefaline - „medicamente” de producție proprie.
• Unde Theta: semnale EEG în intervalul 4-8 Hz. În studiile pe animale, undele theta sunt înregistrate folosind electrozi implantați în creier. Pentru studiile pe oameni, electrozii sunt lipiți de cap. Studiile umane arată că undele theta sunt asociate cu somnul REM și cu trecerea de la somn la starea de veghe, precum și cu starea calmă de veghe.
• Unde delta: trecerea la o stare de somnolenta sau inconstienta, activitatea electrica a creierului incetineste la frecvente sub 4 Hz si are o amplitudine mare. Asociat cu somnul profund.
• Există, de asemenea, unde gamma cerebrale care apar la rezolvarea sarcinilor care necesită atenție maximă. Deoarece frecvența lor tipică (40 Hz) se află în afara limitelor intervalului considerat, ne vom limita doar la a le menționa. Menționăm doar că această listă este departe de a fi exhaustivă.

Cântarea în gâtul călugărilor tibetani și cântarea corului gregorian se bazează pe aceste efecte. Datorită bătăilor aproape imperceptibile în performanță, ele provoacă o stare de extaz până la extaz la ascultătorii recunoscători. Și acum șarlatanii medicali le reclamă drept un panaceu pentru ameliorarea stărilor de anxietate ale psihicului, oferind muzică „liniștitoare” fără nicio supraveghere medicală.

Din punctul de vedere al autorului acestui articol - inginer radio, informatician, ateu notoriu și materialist, creierul uman este un receptor extrem de selectiv cu multe puncte de intrare, în plus, conectat la un supercalculator cu propriile programe de procesare a intrărilor. semnale, ai căror algoritmi nu reflectă suficient de adecvat realitatea obiectivă.

Experienta in detectarea infrasunetelor

Echipamente

În viața noastră de zi cu zi, există întotdeauna infrasunete, al căror generator principal sunt ventilatoarele și conductele de aer ale sistemelor de aer condiționat. În principiu, un ventilator de viteză mică ca generator de infrasunete este suficient pentru a demonstra infrasunetele. Ca receptor de infrasunete, puteți utiliza un difuzor subwoofer în modul invers, conectat la reportofon printr-un preamplificator cu un nivel scăzut de zgomot și un filtru de tăiere de înaltă frecvență, deoarece toate microfoanele acustice tipice răspund slab la infrasunete din cauza dimensiunilor reduse. . Un osciloscop digital sau analogic sau un înregistrator de sunet poate fi folosit ca un înregistrator de infrasunete. Rezultatele înregistrării sunetului aparatului de aer condiționat cu geam și ale ventilatorului de podea sunt prezentate în grafice.

Aceste două grafice arată sunetul înregistrat al ventilatorului de podea. Graficul de jos arată spectrograma (spectrul de frecvență - dependența frecvenței de timp și dependența amplitudinii semnalului de frecvență la un anumit moment de timp). În dreapta acestui grafic este arătat cum se schimbă culoarea de la negru la alb în funcție de amplitudinea semnalului. Amplitudinea este indicată în decibeli în raport cu scara completă. 0 dBFS corespunde nivelului maxim de semnal posibil pentru acest sistem de înregistrare.