Перейти к содержанию

Уровень звукового давления (дБ SPL)

Микрофоны, датчики шума и звуковые излучатели описывают в децибелах звукового давления — дБ SPL. Одно число из этой шкалы встречается в каждом даташите микрофона: 94 дБ SPL, давление 1 Па, при котором меряют чувствительность.

Обновлено Редакция GAW

Уровень звукового давления (sound pressure level, SPL) — среднеквадратичное звуковое давление p, выраженное в децибелах относительно опорного давления p₀:

L=20lg⁡pp0.L = 20 \lg \frac{p}{p_0}.

Шкалу удобно привязать к одной точке, которая есть в каждом даташите микрофона: 94 дБ SPL — это 1 Па. При этом уровне, синусом 1 кГц, производители меряют чувствительность (InvenSense, Understanding Microphone Sensitivity). Отсюда опорное давление p₀ = 1 Па / 10^(94/20) ≈ 20 мкПа (наш расчёт). Пересчёт децибел в разы — в калькуляторе децибел.

Несколько опорных точек

УровеньЧто это
ниже 10 дБ SPLтихая студия звукозаписи (рис. 4 InvenSense)
29 дБА SPLсобственный шум MEMS-микрофона ICS-43434
94 дБ SPL1 Па, точка измерения чувствительности
120 дБ SPLперегрузка ICS-43434 и большинства MEMS-микрофонов
выше 130 дБ SPLболевой порог

Что важно при пересчётах

  • Вход — среднеквадратичный. InvenSense подчёркивает: акустический уровень в дБ SPL всегда задаётся по среднеквадратичному давлению, а выход цифрового микрофона в дБFS — по пику. Это главный источник ошибок на 3 дБ.
  • Расстояние. Каждое удвоение расстояния до источника снижает уровень на 6 дБ.
  • Диапазон микрофона ограничен снизу эквивалентным входным шумом, сверху — точкой акустической перегрузки. Их разность — динамический диапазон: у ICS-43434 120 − 29 = 91 дБ.

Как пересчитать отсчёты I²S-микрофона в дБ SPL — в статье «Микрофоны для микроконтроллера».

Частые вопросы

Что значит 94 дБ SPL?

Звуковое давление 1 Па. При нём производители меряют чувствительность микрофонов: подают синус 1 кГц с уровнем 94 дБ SPL и смотрят, какой сигнал получился на выходе. Если подставить 1 Па в формулу уровня, опорное давление выходит около 20 мкПа (наш расчёт).

Уровень в дБ SPL — пиковый или среднеквадратичный?

Среднеквадратичный, для любого микрофона — так прямо пишет InvenSense. Пиковым бывает только выход цифрового микрофона в дБFS, потому что полная шкала цифрового слова — пиковая величина. Из-за этого при сравнении входа и выхода легко ошибиться на 3 дБ.

Насколько тише звук, если отойти от источника вдвое дальше?

На 6 дБ: по InvenSense уровень падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния, то есть давление уменьшается вдвое. Поэтому микрофону телефона у рта нужна высокая перегрузка, а конференц-микрофону, который слышит людей с нескольких метров, — высокая чувствительность.

Источники

  1. InvenSense. Lewis J. Understanding Microphone Sensitivity (WP, Revision 1.0, 12/18/2013) — чувствительность микрофона обычно меряют синусом 1 кГц при 94 дБ SPL, то есть давлении 1 Па; входные акустические уровни в дБ SPL — всегда среднеквадратичные, для любого типа микрофона; уровень звука падает на 6 дБ при каждом удвоении расстояния до источника (рис. 3); рис. 4 — от тихих студий ниже 10 дБ SPL до болевого порога выше 130 дБ SPL; максимальный акустический вход типичных микрофонов около 120 дБ SPL
  2. TDK InvenSense. ICS-43434 Multi-Mode Microphone with I2S Digital Output: Datasheet (DS-000069, Revision 1.2) — табл. 2: чувствительность −26 дБFS при 1 кГц и 94 дБ SPL, эквивалентный входной шум 29 дБА SPL, перегрузка (AOP) 120 дБ SPL при КНИ 10 %, КНИ 0,2 % при 105 дБ SPL; табл. 6 (предельные режимы) — звуковое давление 160 дБ

Нашли ошибку?

Смотрите также