Глоссарий измерения звука: термины акустики и слуха
Этот глоссарий собирает наиболее распространённые термины измерения звука, слухового здоровья и профессионального шума — определены простым языком, с перекрёстными ссылками на более глубокое освещение по сайту. Используйте как быструю справку при чтении страницы науки, страницы рабочих норм или любого технического документа, предполагающего знакомство со словарём.
A
A‑weighting (А-коррекция, dBA)
Фильтр частотной коррекции, применяемый к измерениям SPL, аппроксимирующий отклик человеческого слуха на умеренных уровнях. А-коррекция сильно ослабляет низкие частоты (около −30 dB на 50 Hz) и слегка выше 6 kHz, оставляя 1 – 5 kHz почти плоским — там ухо самое чувствительное. Почти любая современная норма шума — REL NIOSH, PEL OSHA, рекомендации сообщества WHO, ISO 1996, ЕС 2003/10 — задаёт А-коррекцию. См. частотные коррекции.
Acoustic trauma (акустическая травма)
Внезапная серьёзная потеря слуха от единичного высокоинтенсивного воздействия — обычно взрыва, выстрела вблизи или производственного инцидента. Отличается от постепенной NIHL: механизм — механическое разрушение, а не метаболическое истощение волосковых клеток. Повреждение может включать разрыв барабанной перепонки и нарушение цепи слуховых косточек помимо коклеарного.
Action level (уровень действия)
Уровень экспозиции, при котором программа сохранения слуха становится обязательной по профессиональным нормам. В OSHA 29 CFR 1910.95 уровень действия — 85 dBA / 8 ч TWA (PEL — 90 dBA, но обязательная аудиометрия и обучение начинаются с 85). Директива ЕС 2003/10/EC имеет два значения: нижнее на 80 dBA, верхнее на 85 dBA. См. рабочие нормы.
AGC (Automatic Gain Control, автоматическое усиление)
Особенность обработки сигнала, присутствующая в большинстве потребительских микрофонов и записывающих трактов; автоматически регулирует входной коэффициент усиления, удерживая уровень записи у целевого. AGC помогает в голосовых звонках и казуальной записи, но активно вреден для измерений уровня — делает связь между реальным SPL и значением сэмпла переменной во времени и нелинейной. Наш браузерный шумомер запрашивает autoGainControl: false у ОС; потребительские устройства по-разному соблюдают эту флаг — одна из причин, по которым калибровка важна для каждого устройства.
ANSI S1.4
Американский национальный стандарт, определяющий требования к производительности и калибровке шумомеров. Международный аналог — IEC 61672‑1. Оба определяют Класс 1 (точность, ±1 dB) и Класс 2 (общего назначения, ±2 dB). Большинство приборов профессионального соответствия — Класс 2.
Audiogram (аудиограмма)
График порогов слуха по частотам, характеризующий слух человека. Производится аудиометром в звукоизолированной кабине. Базовая аудиограмма до профессиональной экспозиции и ежегодная — обязательны по OSHA 29 CFR 1910.95 для работников выше уровня действия 85 dBA. Классическая подпись NIHL — «зарубка»: более резкий провал на 4 kHz, чем на соседних частотах, видна даже когда остальная аудиограмма в норме.
B
Background noise (фоновый шум)
Уровень звука, присутствующий в месте при отключённом источнике интереса. Чтобы измерение было валидным, фон должен быть минимум на 10 dB ниже целевого (источник минимум на 10 dB выше фона). Фон между 6 и 10 dB ниже требует коррекции; фон в пределах 6 dB от цели делает измерение ненадёжным.
Basilar membrane (базилярная мембрана)
Мембрана внутри улитки, на которой сидят сенсорные волосковые клетки. Её механическая настройка отображает частоту в позицию: высокие вибрируют у основания, у овального окна; низкие — у апекса. Поражение основания — ранняя подпись NIHL, потому что основание получает наибольший акустический стресс.
C
C‑weighting (С-коррекция, dBC)
Почти плоская частотная коррекция, используемая для измерений пика и для источников, где доминируют низкие (концерты, сабвуферы, гром, фейерверк). С-коррекция почти плоская от 31,5 Hz до 8 kHz, лишь несколько dB ослабления по краям. Указывайте всегда вместе с уровнем: «100 dBC», не просто «100 dB».
Cochlea (улитка / кохлея)
Заполненный жидкостью спиральный орган внутреннего уха, преобразующий звуковое давление в нервные сигналы. Содержит около 15 000 сенсорных волосковых клеток на базилярной мембране. Волосковые клетки улитки млекопитающих не регенерируют — поэтому повреждение шумом постоянно. См. слуховое здоровье.
D
Decibel (децибел, dB)
Логарифмическая единица, выражающая отношение между двумя величинами; в акустике используется для уровня звукового давления (SPL), интенсивности и мощности. Децибел не единица в смысле SI; для смысла нужна опора. Для давления опора — 20 µPa (порог слышимости на 1 kHz), формула — L = 20 × log10(p / 20 µPa). См. шкала децибелов.
dBA, dBC, dBZ
Уровень звукового давления в децибелах с применённой A, C или Z (нулевой, плоской) коррекцией. Каждая коррекция даёт другое число для одного физического звука. Всегда указывайте использованную коррекцию.
dB FS (full scale)
Цифровая аудиошкала, в которой 0 dB FS — максимально представимый сэмпл. Используется в DAW и продакшене. Прямо с dB SPL без эталонной калибровки, отображающей известное давление в известный сэмпл, не сравнивается.
dB SPL (sound pressure level, уровень звукового давления)
Значение в децибелах с опорой на 20 микропаскалей (20 µPa) колебания давления воздуха. По умолчанию для средовой и профессиональной акустики. Число на шумомере — dB SPL, если явно не отмечено иначе.
Dynamic range (динамический диапазон)
Отношение между самым громким и самым тихим сигналом, который может обработать система. Здоровое человеческое ухо имеет диапазон около 120 dB (от порога слышимости 0 dB SPL до порога боли около 120 dB SPL). Шумомеры обычно покрывают 25 – 130 dB SPL.
E
Equal‑loudness contour (кривая равной громкости)
Кривая на графике частота–SPL, показывающая комбинации частоты и SPL, воспринимаемые как одинаково громкие. Стандартизована в ISO 226:2003, изначально измерена Флетчером и Мансоном в 1933. Кривые объясняют, почему А-коррекция сформирована именно так и почему лучше всего работает на умеренных уровнях.
Exchange rate (коэффициент обмена)
Число децибел, на которое уменьшается вдвое безопасное время экспозиции. NIOSH и большинство международных стандартов используют 3 dB (энергетический эквивалент: каждые 3 dB удваивают акустическую энергию). OSHA использует 5 dB по историческим причинам. Коэффициент — одно из крупнейших практических различий между PEL OSHA и REL NIOSH.
F
FFT (Fast Fourier Transform, быстрое преобразование Фурье)
Эффективный алгоритм перехода от временного сигнала к частотному представлению. Визуализатор нашего шумомера выполняет FFT каждого окна сэмплов микрофона и показывает магнитуду каждого частотного бина. Разрешение бина = sample_rate / FFT_size — для сигнала 48 kHz с 2048 сэмплами на окно каждый бин охватывает 23,4 Hz.
Free field (свободное поле)
Идеализированная акустическая среда без отражающих поверхностей — звук распространяется от источника беспрепятственно. Аппроксимируется безэховой камерой и (менее идеально) открытыми пространствами. В свободном поле работает закон обратных квадратов: удвоение расстояния от точечного источника снижает SPL на 6 dB.
Frequency (частота)
Число полных колебаний в секунду в периодическом сигнале, в герцах (Hz). Слышимый диапазон у молодых здоровых людей — 20 Hz – 20 kHz. Ниже 20 Hz — инфразвук; выше 20 kHz — ультразвук.
H
Hair cell (волосковая клетка)
Сенсорная клетка улитки, преобразующая механическое движение базилярной мембраны в нервные сигналы. У млекопитающих ~15 000 в каждом ухе: 3 500 внутренних (фактические преобразователи) и 12 000 наружных (механические усилители). Повреждённые шумом волосковые клетки не регенерируют.
Hearing Conservation Program (HCP, программа сохранения слуха)
Набор активностей, требуемых нормами профессионального шума при экспозиции выше уровня действия. Включает мониторинг, аудиометрию, протекторы слуха, обучение и записи. Полная разбивка — на странице рабочих норм.
Hertz (герц, Hz)
Единица частоты SI: циклы в секунду. 1 Hz = один цикл/секунду; 1 kHz = 1000; 20 kHz = 20 000.
Hyperacusis (гиперакузия)
Сниженная переносимость обычных уровней звука — звуки, комфортные другим, ощущаются неприятно громкими. Часто сопутствует тиннитусу и шумовому повреждению; иногда симптом неврологических состояний.
I
IEC 61672‑1
Международный стандарт, определяющий производительность и калибровку шумомеров. Определяет категории Класс 1 (точность, ±1 dB) и Класс 2 (общего назначения, ±2 dB). Приборы соответствия для профессионального и средового шума должны быть сертифицированы по IEC 61672‑1.
Impulse weighting (Impulse-коррекция, I)
Временная коррекция с быстрым атаком (35 ms) и медленным спадом (1,5 s), для отлова коротких громких событий. Используется при импульсных источниках — выстрелах, ударах молотка, лопающихся шарах — и требуется некоторыми нормами для профессиональных измерений с заметными импульсами.
ISO 1996
Международный стандарт измерения средового шума. Две части: 1996‑1 — терминология и величины; 1996‑2 — полевые процедуры. Опора для картирования шума сообщества, исследований трафика и оценок воздействия на среду.
L
LAeq
A-взвешенный эквивалентный непрерывный SPL — стационарный SPL, выдающий ту же общую акустическую энергию, что и реальный переменный сигнал за период. Формально: LAeq,T = 10 × log10((1/T) × integral(10^(LA(t)/10) dt)). Энергоэквивалентная величина, используемая практически в каждой современной норме профессионального и средового шума.
Lden
24-часовое взвешенное среднее значение, используемое в картировании шума ЕС. Штрафует вечерний шум (+5 dB) и ночной (+10 dB). Норма WHO 2018 для дорожного трафика — 53 dB Lden на улице.
Leq
Эквивалентный непрерывный SPL — то же определение, что у LAeq, но без указания частотной коррекции. Чаще встречается как LAeq (А-взвешенный) или LCeq (С-взвешенный).
L10, L50, L90
Статистические дескрипторы переменного шума. L10 — уровень, превышенный 10 % периода («типичный пик»), L50 — медиана, L90 — превышен 90 % времени («фон»). Полезны для шума сообщества, где один Leq скрывает распределение событий.
Lmax, Lpeak
Максимумы по событию. Lmax — наивысший временно-взвешенный уровень за измерение (с Fast, Slow или Impulse). Lpeak — наивысшее мгновенное некорректированное значение сэмпла, ловящее очень короткие пики, которые временная коррекция бы усреднила.
Logarithmic scale (логарифмическая шкала)
Шкала, на которой равные приращения соответствуют равным отношениям, а не равным разностям. Шкала децибелов логарифмическая; +10 dB — отношение ×10 в интенсивности на любом уровне. Логарифмические шкалы сжимают широкие диапазоны в управляемые числа и приближают то, как человек воспринимает многие сенсорные величины (громкость, яркость, тон).
M
Microphone, omnidirectional vs directional (микрофон, всенаправленный vs направленный)
Преобразователь, преобразующий давление воздуха в электрический сигнал. Всенаправленный микрофон — равная чувствительность во всех направлениях; направленный (кардиоида, гиперкардиоида, shotgun) — сниженная чувствительность вне оси. Шумомеры обычно используют всенаправленные, чтобы показание зависело от реального SPL в позиции, а не от направления. Микрофоны телефонов часто направленные или с программным beamforming — одна из причин, почему калибровка — поустройственная.
N
NIHL (Noise‑Induced Hearing Loss, шумовая потеря слуха)
Постоянная сенсоневральная потеря слуха от воздействия громкого звука, постепенно за годы (хроническая NIHL) или от единичного события высокого уровня (акустическая травма). Вторая по распространённости форма сенсоневральной тугоухости после возрастной. Почти полностью предотвратима; в данный момент необратима. Подробности — на странице слухового здоровья.
NIOSH REL (Recommended Exposure Limit, рекомендуемый предел экспозиции)
Рекомендуемый NIOSH профессиональный предел: 85 dBA в TWA 8 часов с коэффициентом обмена 3 dB. Защитнее PEL OSHA. Де-факто международный стандарт для не-США работодателей и для американских работодателей с лучшей практикой сохранения слуха.
NRR (Noise Reduction Rating)
Маркированное ослабление протектора слуха в децибелах, выведенное из лабораторных измерений по ANSI S3.19. Реальное ослабление обычно меньше; OSHA рекомендует снижать NRR поролоновых вкладышей на 50 % и чашек — на 25 % для практических расчётов экспозиции. Современные системы тестирования посадки измеряют ослабление в реальном ухе пользователя.
O
OSHA PEL (Permissible Exposure Limit, допустимый предел экспозиции)
Регулируемый OSHA профессиональный предел: 90 dBA в TWA 8 часов с коэффициентом обмена 5 dB. Кодифицирован в 29 CFR 1910.95; не менялся с 1983. Программы сохранения слуха обязательны при достижении уровня действия 85 dBA. См. рабочие нормы.
P
Pascal (паскаль, Pa)
Единица давления SI: один ньютон на квадратный метр. Атмосферное давление — около 101 325 Pa. Порог слышимости — около 20 µPa (0,00002 Pa). Порог боли — около 20 Pa.
Phon (фон)
Единица уровня громкости, определённая как SPL тона на 1 kHz, воспринимаемого равно громко с тестовым тоном. Тон в 60 фон на любой частоте звучит так же громко, как 60 dB SPL на 1 kHz. Отличается от сона, измеряющего воспринимаемую громкость на линейной шкале.
R
Reverberation time (RT60, время реверберации)
Время, за которое звук в помещении затухает на 60 dB после остановки источника. Стандартизовано как RT60. Меньшее время реверберации улучшает разборчивость; ANSI S12.60 рекомендует 0,6 s RT60 для классов. Гостиные обычно 0,3 – 0,6 s; соборы могут превышать 5 s.
S
Sone (сон)
Линейная единица воспринимаемой громкости. 1 сон = 40 фон (тон 40 dB SPL на 1 kHz); 2 сона = 50 фон (вдвое громче); 4 сона = 60 фон. Используется в спецификациях громкости оборудования (HVAC, кухонная техника), где перцептивно линейная мера полезнее логарифмического dB.
Sound Pressure Level (SPL, уровень звукового давления)
Значение в децибелах измерения звукового давления, опирающееся на 20 µPa. Всегда сообщается в dB; обычно дополнительно квалифицируется коррекцией (dBA / dBC / dBZ) и временной коррекцией (Fast / Slow / Impulse).
STS (Standard Threshold Shift, стандартный сдвиг порога)
Изменение аудиометрических порогов в среднем на 10 dB или больше на 2, 3 и 4 kHz, измеренное против базовой аудиограммы. STS — триггер обязательного последующего действия в программе сохранения слуха OSHA: переподогнать защиту, переэкзаменовать, рассмотреть удаление работника из зоны высокого шума.
T
Threshold of hearing (порог слышимости)
Наименьший SPL, который может различить здоровое молодое человеческое ухо на данной частоте. По соглашению определён как 0 dB SPL на 1 kHz (соответствует давлению 20 µPa). Выше (менее чувствительный) на очень низких и очень высоких частотах — см. кривую равной громкости.
Time weighting (временная коррекция, Fast / Slow / Impulse)
Экспоненциальное усреднение, применяемое к квадратированному сигналу давления перед расчётом SPL для дисплея. Fast — постоянная 125 ms — по умолчанию для большинства измерений. Slow — 1 s — для стабильного фона. Impulse — 35 ms attack и 1500 ms decay — для транзиентов.
Tinnitus (тиннитус)
Восприятие звука (звон, гудение, писк) в отсутствие внешнего источника. Часто следует за акустической экспозицией; хронический тиннитус в большинстве случаев ассоциируется с измеримой потерей слуха. CDC оценивает, что 50 миллионов американцев живут с тиннитусом.
TWA (Time‑Weighted Average, средневзвешенный по времени уровень)
Энергоэквивалент 8 часов переменной шумовой экспозиции работника за смену. Считается из дозы: TWA = 16,61 × log10(D/100) + 90 при коэффициенте обмена 5 dB OSHA, или TWA = 10 × log10(D/100) + 85 при 3 dB NIOSH. Величина соответствия в каждой норме профессионального шума.
Z
Z‑weighting (Z-коррекция / нулевая / плоская)
Плоский частотный отклик от 10 Hz до 20 kHz. Заменяет старую терминологию «линейный» / «без коррекции», которая была не согласованной у разных производителей. Используется в исследованиях, верификации приборов и в любых измерениях, где коррекция внесла бы нежелательное искажение. Определена в IEC 61672‑1.
Если искомого термина здесь нет — он, вероятно, освещён на странице науки (технические понятия) или странице слухового здоровья (медицинские и физиологические). Таблица сравнения связывает многие из этих терминов с реальными уровнями звука.