Бар и паскаль в чем разница

бар → паскаль (Па), Метрические единицы

Перевод величин: бар → паскаль (Па), Метрические единицы

Не можете найти нужную единицу?

Попробуйте поискать:
Другие варианты:

Надеемся, Вы смогли перевести все ваши величины, и Вам у нас на Convert-me.Com понравилось. Приходите снова!

бар → паскаль (Па), Метрические единицы
Это — мобильная (для смартфонов) версия нашего сайта.
Copyright © 1996-2023 Сергей Герштейн, Анна Герштейн. Копирование материалов этого сайта (кроме результатов перевода величин) запрещено.
Использование персональных данных

! Значение единицы приблизительное.
Либо точного значения нет,
либо оно неизвестно. ? Пожалуйста, введите число. (?) Простите, неизвестное вещество. Пожалуйста, выберите что-то из списка. *** Нужно выбрать вещество.
От этого зависит результат.

Совет: Не можете найти нужную единицу? Попробуйте поиск по сайту. Поле для поиска в верхней части страницы.

Действительно ли наш сайт существует с 1996 года? Да, это так. Первая версия онлайнового конвертера была сделана ещё в 1995, но тогда ещё не было языка JavaScript, поэтому все вычисления делались на сервере — это было медленно. А в 1996г была запущена первая версия сайта с мгновенными вычислениями.

Для экономии места блоки единиц могут отображаться в свёрнутом виде. Кликните по заголовку любого блока, чтобы свернуть или развернуть его.

Слишком много единиц на странице? Сложно ориентироваться? Можно свернуть блок единиц — просто кликните по его заголовку. Второй клик развернёт блок обратно.

Разница между давлением в барах и атмосферах

ava22

Для измерения давления в земной атмосфере существуют различные метрические величины. Согласно международной системе единиц СИ этот параметр измеряется в паскалях (Па). Паскаль – это производная единица метрической системы, являющаяся абсолютной физической величиной. Но кроме паскаля, давление измеряют во внесистемных единицах – барах и атмосферах.

Что такое внесистемные единицы

Согласно ГОСТ 8. 417-2002 любая внесистемная единица, которая не входит в международную систему СИ, временно допустима к использованию и не должна нигде заново вводиться. То есть, эта величина была выбрана произвольно, для каких-то конкретных измерений, вне международных систем. Применять такие условные единицы для постоянных измерений не стоит, так как их все равно придется переводить в системные величины. А это увеличит вероятность накопления погрешностей при переводе из одной системы в другую и займет много времени.

В свое время эти параметры вводились для удобства вычислений при физических и химических исследованиях.

Описываемые в статье бар и атмосфера – это внесистемные произвольно выбранные единицы, которые, тем не менее, могут быть выражены через системный и широко используемый параметр СИ паскаль (Па).

Что такое бар

Название «бар» происходит от древнегреческого «барос», что означает «тяжесть». Один бар примерно равен давлению атмосферы на уровне моря. Официальный международный символ – «bar».

Если выразить параметр через систему СГС, то получится следующее:1 бар = 10 6 дина/см², где дина – это 1 г/(см·с²).
Если перевести его в миллиметры ртутного столба, то: 1 бар = 750,0616827 мм рт. ст.
А если в метры водяного столба, то: 1 бар = 10,197 m H₂O
В параметрах международной системы СИ: 1 бар = 1*10 5 Па = 100 Кпа = 0,1Мпа

Бар

Существует внесистемная единица psi, представляющая собой воздействие фунт-силы на кв.дюйм. Она используется в Соединенных Штатах. В паскалях 1 psi равен 6,894757 кПа. Если выразить бар через этот параметр, то получится такое равенство: 1 бар = 14,504 psi

В России бар в основном применяют в качестве единицы градуировки технических манометров – паскаль для таких измерений неудобен из-за громоздкости чисел.

Основная сфера применения этого параметра в мире – метеорология. Еще ее используют для измерений в системах контроля за давлением и воздухом. Кроме того, давление в кофемашинах измеряется именно в барах – например, идеальное значение для приготовления эспрессо равняется 9 bar.

Существуют кратные бару параметры:

Бария.
Миллибар.
Микробар.
Килобар.
Децибар.

Бария или барий ранее использовалась в Гауссовой системе СГС. Под 1 барией понималось давление, равномерно создаваемое силой в 1 дин на площадь в 1 кв.см. При переводе в систему СИ 1 барий = 0,1 Па. Эта величина практически не применяется.

В метеорологии используется миллибар, равный 10 -3 бар. Его введению наука обязана основателю службы погоды Норвегии и автору современных моделей метеопрогнозирования Вильгельму Бьеркнесу. Размер стандартного атмосферного давления равен 1013,25 мбар. Кроме метеорологии, эту величину применяют для измерений давления в вакууме.

Микробар является величиной измерения давления на планетоидах, где есть сильно разреженная атмосфера. Он обозначается как мкбар и составляет 10 -6 бар. Килобар применяют для измерений в геологических системах, а децибар используется в океанографии для определения давления воды на глубине.

Что такое атмосфера

Атмосфера как физический параметр является приблизительной величиной давления воздуха на земной поверхности, измеренного на уровне Мирового океана.

Существует понятие физической и технической атмосферы. Они были введены в свое время учеными для проведения конкретных исследований в области физики.

Физическая атмосфера (атм) – это величина давления на собственное горизонтальное основание ртутного столба со следующими характеристиками:

Высота – 760 мм.
Температура – 0 градусов по Цельсию.
Плотность вещества (ртути) – 13 595,04 кг/м³.
Ускорение свободного падения (нормальное) – 9,80665м/с².

Если вместо ртути взять для измерений воду, то температура будет равна 4 градуса Цельсия, а высота столба 10,33 ж.

При переводе в основную системную единицу паскаль получается следующее равенство: 1 атм = 101 325 Па.
В миллиметрах ртутного столба это выглядит так: 1 атм = 760 мм.рт.ст.
В редко использующихся метрах водяного столба получится следующее: 1 атм = 10,33mH₂O
Через внесистемную единицу psi: 1 атм = 14,696psi

Значение в одну физическую атмосферу применяется в химической промышленности в качестве нормальных физических условий. Но позже для экспериментов, связанных с определениями физических свойств субстанций, стандартный показатель приравняли к 100 Кпа.

Техническая атмосфера (ат) была введена для удобства вычислений. С ее помощью обозначали нормальные технические условия. Именно в этих величинах градуируют шкалу манометров.

1 ат – это показатель, полученный в результате измерения равномерного воздействия силы в 1 кг/с на поверхность площадью 1 кв.см. , которая расположена перпендикулярно. А 1 кг/с – это сила тяжести, что действует на предмет, весящий 1 кг при нормальном параметре ускорения свободного падения в 9,80665м/с².

Соответственно, 1 ат – это 1 кгс/см² или 980 000 дин. Если перевести 1 ат в паскали, то получится такое равенство: 1 ат = 98 066,5 Па.

В миллиметрах ртутного столба: 1 ат = 735,56 мм.рт.ст.
В метрах водяного столба это: 1 ат = 10 m H₂O
Во внесистемных единицах psi: 1 ат = 14,223 psi
Между собой величины относятся так: 1 атм равняется 1,033233 ат.

Так как обе эти атмосферы изначально возникли в устаревших системах исчисления, то МОЗМ (международная организация по законодательной метрологии) классифицирует их однозначно. С ее точки зрения, это понятия, подлежащие изъятию из обращения, как несоответствующие современной международной системе СИ. И в будущем они более не должны вводиться. В России можно использовать исключительно техническую атмосферу. Она применяется в технических расчетах.

Соотношение между ними

Соотношение между баром, а также физической и технической атмосферой будет следующим:

1 bar = 0,98692 атм = 1,0197 ат
1 ат = 0,96784 атм = 0,980665 bar
1 атм = 1 ,033 ат = 1, 01325 bar

Кроме того, оба эти параметра можно привязать к системной единице СИ паскалю.

Подробнее о давлении

Давление в большинстве кастрюль-скороварок во время работы равно 1,5–2 атмосферам или 152–202 килопаскалям.

Общие сведения

Воздушный шар, лопающийся в офисе TranslatorsCafe.com

В физике давление определяется как сила, действующая на единицу площади поверхности. Если две одинаковые силы действуют на одну большую и одну меньшую поверхность, то давление на меньшую поверхность будет больше. Согласитесь, гораздо страшнее, если вам на ногу наступит обладательница шпилек, чем хозяйка кроссовок. Например, если надавить лезвием острого ножа на помидор или морковь, овощ будет разрезан пополам. Площадь поверхности лезвия, соприкасающаяся с овощем, мала, поэтому давление достаточно велико, чтобы разрезать этот овощ. Если же надавить с той же силой на помидор или морковь тупым ножом, то, скорее всего, овощ не разрежется, так как площадь поверхности ножа теперь больше, а значит давление — меньше.

В системе СИ давление измеряется в паскалях, или ньютонах на квадратный метр.

Относительное давление

Иногда давление измеряется как разница абсолютного и атмосферного давления. Такое давление называется относительным или манометрическим и именно его измеряют, например, при проверке давления в автомобильных шинах. Измерительные приборы часто, хотя и не всегда, показывают именно относительное давление.

Атмосферное давление

Атмосферное давление — это давление воздуха в данном месте. Обычно оно обозначает давление столба воздуха на единицу площади поверхности. Изменение в атмосферном давлении влияет на погоду и температуру воздуха. Люди и животные страдают от сильных перепадов давления. Пониженное давление вызывает у людей и животных проблемы разной степени тяжести, от психического и физического дискомфорта до заболеваний с летальным исходом. По этой причине, в кабинах самолетов поддерживается давление выше атмосферного на данной высоте, потому что атмосферное давление на крейсерской высоте полета слишком низкое.

Анероид содержит датчик — цилиндрическую гофрированную коробку (сильфон), связанную со стрелкой, которая поворачивается при повышении или понижении давления и, соответственно, сжатия или расширения сильфона

Атмосферное давление понижается с высотой. Люди и животные, живущие высоко в горах, например в Гималаях, адаптируются к таким условиям. Путешественники, напротив, должны принять необходимые меры предосторожности, чтобы не заболеть из-за того, что организм не привык к такому низкому давлению. Альпинисты, например, могут заболеть высотной болезнью, связанной с недостатком кислорода в крови и кислородным голоданием организма. Это заболевание особенно опасно, если находиться в горах длительное время. Обострение высотной болезни ведет к серьезным осложнениям, таким как острая горная болезнь, высокогорный отек легких, высокогорный отек головного мозга и острейшая форма горной болезни. Опасность высотной и горной болезней начинается на высоте 2400 метров над уровнем моря. Во избежание высотной болезни доктора советуют не употреблять депрессанты, такие как алкоголь и снотворное, пить много жидкости, и подниматься на высоту постепенно, например, пешком, а не на транспорте. Также полезно есть большое количество углеводов, и хорошо отдыхать, особенно если подъем в гору произошел быстро. Эти меры позволят организму привыкнуть к кислородной недостаточности, вызванной низким атмосферным давлением. Если следовать этим рекомендациям, то организму сможет вырабатывать больше красных кровяных телец для транспортировки кислорода к мозгу и внутренним органам. Для этого организм увеличат пульс и частоту дыхания.

Первая медицинская помощь в таких случаях оказывается немедленно. Важно переместить больного на более низкую высоту, где атмосферное давление выше, желательно на высоту ниже, чем 2400 метров над уровнем моря. Также используются лекарства и портативные гипербарические камеры. Это легкие переносные камеры, в которых можно повысить давление с помощью ножного насоса. Больного горной болезнью кладут в такую камеру, в которой поддерживается давление, соответствующее более низкой высоте над уровнем моря. Такая камера используется только для оказания первой медицинской помощи, после чего больного необходимо спустить ниже.

Некоторые спортсмены используют низкое давление, чтобы улучшить кровообращение. Обычно для этого тренировки проходят в нормальных условиях, а спят эти спортсмены в среде с низким давлением. Таким образом, их организм привыкает к высокогорным условиям и начинает вырабатывать больше красных кровяных телец, что, в свою очередь, повышает количество кислорода в крови, и позволяет достичь более высоких результатов в спорте. Для этого выпускаются специальные палатки, давление в которых регулируются. Некоторые спортсмены даже изменяют давление во всей спальне, но герметизация спальни — дорогостоящий процесс.

Скафандры

Многоразовый транспортный космический корабль НАСА «Атлантис» в экспозиции Космического центра имени Кеннеди.

Пилотам и космонавтам приходится работать в среде с низким давлением, поэтому они работают в скафандрах, позволяющих компенсировать низкое давление окружающей среды. Космические скафандры полностью защищают человека от окружающей среды. Их используют в космосе. Высотно-компенсационные костюмы используют пилоты на больших высотах — они помогают пилоту дышать и противодействуют низкому барометрическому давлению.

Гидростатическое давление

Гидростатическое давление — это давление жидкости, вызванное силой тяжести. Это явление играет огромную роль не только в технике и физике, но также и в медицине. Например, артериальное давление — это гидростатическое давление крови на стенки кровеносных сосудов. Артериальное давление представлено двумя величинами: систолическим, или наибольшим давлением, и диастолическим, или наименьшим давлением во время сердцебиения. Приборы для измерения артериального давления называются сфигмоманометрами или тонометрами. За единицу артериального давления приняты миллиметры ртутного столба.

Цифровой аппарат для измерения давления, также называемый сфигмоманометром

Кружка Пифагора — занимательный сосуд, использующий гидростатическое давление, а конкретно — принцип сифона. Согласно легенде, Пифагор изобрел эту чашку, чтобы контролировать количество выпитого вина. По другим источникам эта чашка должна была контролировать количество выпитой воды во время засухи. Внутри кружки находится изогнутая П-образная трубка, спрятанная под куполом. Один конец трубки длиннее, и заканчивается отверстием в ножке кружки. Другой, более короткий конец, соединен отверстием с внутренним дном кружки, чтобы вода в чашке наполняла трубку. Принцип работы кружки схож с работой современного туалетного бачка. Если уровень жидкости становится выше уровня трубки, жидкость перетекает во вторую половину трубки и вытекает наружу, благодаря гидростатическому давлению. Если уровень, наоборот, ниже, то кружкой можно спокойно пользоваться.

Давление в геологии

Кристалл кварца, освещенный лазерной указкой

Давление — важное понятие в геологии. Без давления невозможно формирование драгоценных камней, как природных, так и искусственных. Высокое давление и высокая температура необходимы также и для образования нефти из остатков растений и животных. В отличие от драгоценных камней, в основном образующихся в горных породах, нефть формируется на дне рек, озер, или морей. Со временем над этими остатками собирается всё больше и больше песка. Вес воды и песка давит на остатки животных и растительных организмов. Со временем этот органический материал погружается глубже и глубже в землю, достигая нескольких километров под поверхностью земли. Температура увеличивается на 25 °C с погружением на каждый километр под земной поверхностью, поэтому на глубине нескольких километров температура достигает 50–80 °C. В зависимости от температуры и перепада температур в среде формирования, вместо нефти может образоваться природный газ.

Алмазные инструменты

Природные драгоценные камни

Образование драгоценных камней не всегда одинаково, но давление — это одна из главных составных частей этого процесса. К примеру, алмазы образуются в мантии Земли, в условиях высокого давления и высокой температуры. Во время вулканических извержений алмазы перемещаются в верхние слои поверхности Земли благодаря магме. Некоторые алмазы попадают на Землю с метеоритов, и ученые считают, что они образовались на планетах, похожих на Землю.

Синтетические драгоценные камни

Производство синтетических драгоценных камней началось в 1950-х годах, и набирает популярность в последнее время. Некоторые покупатели предпочитают природные драгоценные камни, но искусственные камни становятся все более и более популярными, благодаря низкой цене и отсутствию проблем, связанных с добычей натуральных драгоценных камней. Так, многие покупатели выбирают синтетические драгоценные камни потому, что их добыча и продажа не связана с нарушением прав человека, детским трудом и финансированием войн и вооруженных конфликтов.

Одна из технологий выращивания алмазов в лабораторных условиях — метод выращивания кристаллов при высоком давлении и высокой температуре. В специальных устройствах углерод нагревают до 1000 °C и подвергают давлению около 5 гигапаскалей. Обычно в качестве кристалла-затравки используют маленький алмаз, а для углеродной основы применяют графит. Из него и растет новый алмаз. Это самый распространенный метод выращивания алмазов, особенно в качестве драгоценных камней, благодаря низкой себестоимости. Свойства алмазов, выращенных таким способом, такие же или лучше, чем свойства натуральных камней. Качество синтетических алмазов зависит от метода их выращивания. По сравнению с натуральными алмазами, которые чаще всего прозрачны, большинство искусственных алмазов окрашено.

Благодаря их твердости, алмазы широко используются на производстве. Помимо этого ценятся их высокая теплопроводность, оптические свойства и стойкость к щелочам и кислотам. Режущие инструменты часто покрывают алмазной пылью, которую также используют в абразивных веществах и материалах. Большая часть алмазов в производстве — искусственного происхождения из-за низкой цены и потому, что спрос на такие алмазы превышает возможности добывать их в природе.

Некоторые компании предлагают услуги по созданию мемориальных алмазов из праха усопших. Для этого после кремации прах очищается, пока не получится углерод, и затем на его основе выращивают алмаз. Изготовители рекламируют эти алмазы как память об ушедших, и их услуги пользуются популярностью, особенно в странах с большим процентом материально обеспеченных граждан, например в США и Японии.

Метод выращивания кристаллов при высоком давлении и высокой температуре

Метод выращивания кристаллов при высоком давлении и высокой температуре в основном используется для синтеза алмазов, но с недавнего времени этот метод помогает усовершенствовать натуральные алмазы или изменить их цвет. Для искусственного выращивания алмазов используют разные прессы. Самый дорогой в обслуживании и самый сложный из них — это пресс кубического типа. Он используется в основном для улучшения или изменения цвета натуральных алмазов. Алмазы растут в прессе со скоростью примерно 0,5 карата в сутки.

Конвертер величин

Если необходимо изменить опорное давление, например, для расчетов подводных гидроакустических систем, пользуйтесь нашим Конвертером уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давления.

Звуковое давление, P

Н/м², ньютон на кв. метр?
Па, паскаль?
мПа, миллипаскаль?
мкПа, микропаскаль?
дин/см², дина на кв. сантиметр?
бар, бар?
мбар, миллибар?
мкбар, микробар?

Уровень звукового давления относительно 20 мкПа , L_p

дБ SPL, уровень звукового давления в децибелах?

Инфразвуковые волны

Подробнее об уровне звукового давления

Удивительная вещь наш слух! Наше ухо не только позволяет нам слышать, оно еще отвечает за способность удерживать равновесие и определять пространственное положение тела. Человек способен воспринимать звуковые волны в огромном диапазоне громкостей. Мы отчетливо слышим очень тихий звук комара, летящего на расстоянии нескольких метров, и в то же время мы можем отличить рёв пропеллеров турбовинтового самолета от рева турбин самолета с турбовентиляторными двигателями.

Звук представляет собой механические колебания воздуха или иной среды, проводящей звук. Комар вызывает колебания воздуха только очень малой амплитуды, в то время как турбовинтовой двигатель создает колебания огромной амплитуды. Звуковое давление, как и любое другое давление, измеряется в паскалях (Па) или иных единицах для измерения давления. Комар создает давление всего в 20 микропаскалей, в то время как самый громкий звук, который человек может слышать без необратимого повреждения слуха, имеет давление в несколько сотен паскалей.

В связи с тем, что диапазон громкостей звука такой большой, удобно пользоваться логарифмической шкалой для объединения и сжатия огромного диапазона амплитуд давлений, которые способно воспринимать ухо человека. Даже переменные резисторы в показанном на рисунке ниже микшерном пульте имеют логарифмическую зависимость между углом поворота ручки и сопротивлением потенциометра, что позволяет достичь естественную, воспринимаемую как линейную зависимость изменения звука от угла поворота ручки или от перемещения ползунка фейдера.

При распространении звука в воздухе, его давление немного увеличивается и уменьшается. Амплитуда этих изменений давления воздуха определяет громкость звука и называется амплитудой звукового давления.

Этот конвертер позволяет преобразовывать единицы звукового давления в логарифмические единицы уровня звукового давления, которые используется для измерения эффективного давления звука относительно эталонного давления 20 мкПа.

Переменные резисторы, используемые в микшерном пульте для регулировки громкости, имеют логарифмическую зависимость сопротивления от угла поворота или перемещения ручки линейного переменного резистора.

Определения

Звуковое давление — переменное избыточное мгновенное давление в точке, где имеется звуковая волна и атмосферное давление. Единица измерения давления звука в системе СИ — паскаль (Па). Другими часто используемыми единицами измерения давления являются ньютон на квадратный метр (Н/м²), бар и дина на квадратный сантиметр (дин/см²).

Уровень звукового давления — измеренное по логарифмической шкале звуковое давление, отнесенное к эталонному давлению 20 мкПа, соответствующего порогу слышимости человека. Порог слышимости — это самый тихий звук, который может слышать молодой здоровый человек. Уровень звукового давления L_p измеряется в децибелах и рассчитывается по формуле:

Здесь p — среднеквадратичное значение звукового давления и p₀ — эталонное давление звука (обычно 20 мкПа или 0,00002 Па). Уровень звукового давления представляет собой абсолютное значение, так как оно измерено относительно другого абсолютного значения — порога слышимости. Следовательно, звуковое давление в линейных единицах, таких как паскаль, можно конвертировать в уровни звукового давления в децибелах, если указано эталонное значение давления.

Например, если мы знаем, что труба может создать давление в 50 Па на расстоянии 50 см от уха, то уровень давления в децибелах L_p определяется так:

L_p = 20 log₁₀ (50 Pa/0.000020 Pa) = 127 dB.

Основной и рулевой винты вертолетов создают низкочастотный аэродинамический шум

Электрический эквивалент звукового давления

Для тех, кто знаком с основами электроники, будет интересно описать аналогию между акустическими и электрическими процессами. Акустической аналогией электрического напряжения U является звуковое давление p. Аналогией электрической мощности является интенсивность звука, аналогией электрического тока является колебательная (акустическая) скорость частиц среды v, а аналогией электрического сопротивления R является акустический импеданс Z. Существует даже акустический ом — единица измерения акустического импеданса, который является отношением акустического давления к акустической объемной скорости. Впрочем, акустический ом — устаревшее название единицы измерения акустического импеданса Па·с/м³. Закон Ома для акустики гласит, что скорость частиц прямо пропорциональна звуковому давлению и обратно пропорциональна акустическому импедансу:

Сравните это с законом Ома для участка электрической цепи:

Отметим, что колебательная скорость частиц среды не является скоростью звука и скоростью движения самой среды! Даже для очень сильных звуков колебательная скорость частиц более, чем на порядок меньше скорости звука.

Звуковое давление зависит не только от мощности источника звука, но и от акустических свойств помещения, а также от расстояния между источником и приемником звука. Звуковое давление — это то, что мы реально слышим и то, что измеряет шумомер, часто называемый также прибором для измерения уровня звука. Восприятие звука человеком зависит от частоты и график этой зависимости не является прямой линией. Низкочастотные звуки не кажутся нам такими же громкими, как звуки той же силы, но более высокой частоты. То же можно сказать и о верхних частотах диапазона звуков, который слышит человек. Для учета этой разницы используют различные взвешивающие (корректирующие) фильтры, которые мы рассмотрим позже.

Мощность источника звука можно сравнить с мощностью электронагревателя. Мощность звука — это акустическая энергия, которая излучается источником звука. Это абсолютная величина, не зависящая от окружающей среды и расстояния между источником и приемником звука. Она характеризует только источник звука точно так же, как мощность электронагревателя определяет сколько энергии он может выделить в единицу времени. Аналогично, мощность электронагревателя не зависит от расстояния между нагревателем и человеком, который его использует.

Примеры звукового давления и уровня звукового давления различных источников звука

Источник звука и расстояние до слушателя	Звуковое давление, Па	Уровень звукового давления, дБ_{SPL относительно 20 мкПа}
ракета-носитель Сатурн-5, 100 м	6300	170
светошумовая граната, менее 1 м	2000	160
ракета-носитель «Союз», 100 м	355	145
труба, 0,5 м	63	130
турбореактивный двигатель, 100 м	20	120
турбовентиляторный двигатель на взлетном режиме, 100 м	2	100
загруженная автомагистраль, 10 м	2	100
негромкий разговор, 1 м	0,063	50
тихая комната, в любом месте комнаты	0,00063	30
порог слышимости на частоте 1 кГц, 1 см	0,00002	0
безэховая камера, в любом месте камеры	0,0000063. 0,000002	-10. -20

Ракета-носитель Сатурн-5 в экспозиции комплекса посетителей Космического центра имени Кеннеди. Шум на удалении 100 м от старта — 170 дБ.

Уровень звукового давления и расстояние до источника звука

При измерении уровня звукового давления от определенного источника звук (не окружающий шум), уровень звука падает на 6 дБ при увеличении расстояния в два раза. Уровень звука L_p2 в децибелах на расстоянии r₂ можно определить по формуле:

Здесь L_p1 — уровень звука, измеренный на расстоянии r₁. Эта формула справедлива только для распространения звука в свободном поле, когда он без отражений распространяется во всех направлениях

В соответствии с законом обратной пропорциональности, уровень звукового давления уменьшается на 6 дБ при каждом удвоении расстояния до источника звука. Отметим, что, например, для трубы при расстоянии 10 см от раструба ухо услышит звук 130 дБ, то есть громче, чем звук, издаваемый турбореактивным двигателем на расстоянии 40 м от слушателя (128 дБ)

Учет неодинаковой чувствительности органа слуха к звукам разных частот при измерении уровня шума

Наши уши неодинаково воспринимают звуки разных частот c одинаковым уровнем звукового давления. Наш орган слуха очень чувствителен в диапазоне частот приблизительно от 500 до 6000 Гц и значительно менее чувствителен на более низких и более высоких частотах. Эта субъективная оценка громкости звука также зависит от самой громкости. Естественно предположить, что шумомеры должны измерять то, что люди реально слышат. Именно поэтому в шумомерах, которые также часто называют измерителями уровня звука (в англоязычной литературе они называются sound level meter), используется коррекция с помощью различных стандартных фильтров, учитывающих особенности слуховой сенсорной системы человека. Во всех шумомерах должны быть установлены стандартные взвешивающие фильтры и при измерении должен быть выбран фильтр, соответствующий поставленной при измерении задаче. Чаще всего в шумомерах используются стандартные взвешивающие фильтры с характеристиками (шкалами) А, С и Z.

Амплитудно-частотные характеристики взвешивающих фильтров: кривые А (синяя), В (зеленая), C (красная) и Z (оранжевая)

Взвешивающий фильтр типа А

Взвешивающий фильтр А охватывает весь диапазон человеческого слуха. Форма кривой А похожа на то, как орган слуха человека воспринимает громкость звуков в зависимости от частоты. Взвешивающий фильтр А входит в состав любого шумомера. Значение уровня звука, измеренное при использовании фильтра А, записывается как L_A = x дБ и обозначается дБ(А), дБ-А или дБА. Применение этого типа фильтра не всегда позволяет получить правильные результаты в связи с тем, что шумомеры, работающие с таким фильтром, хорошо измеряют только тихие звуки. Однако, если , например, нужно измерить шум, создаваемый ветрогенератором, прибор с включенным фильтром типа А будет полностью игнорировать звуки в области низких и инфранизких частот. В то же время, вентрогенераторы шумят именно на низких частотах от одного до нескольких герц, причем уровень шума под генератором превышает 140 дБ. Получается слишком большая коррекция! Шум есть, хоть его и не слышно, но прибор показывает, что он отсутствует. Этим пользуются изготовители ветрогенераторов, которые указывают в технических характеристиках данные по шуму с использованием фильтра А.

Изготовители ветрогенераторов указывают в технических характеристиках результаты измерения шума с включенным взвешивающим фильтром типа А, в результате чего резко уменьшаются низкочастотные компоненты шума

Взвешивающий фильтр типа B

Коррекция с помощью взвешивающего фильтра типа В используется для средних уровней звукового давления. Частотная характеристика этого фильтра похожа на характеристику типа А, но в области нижних частот сигнал ослабляется меньше. Этот фильтр представляет только исторический интерес, не описан в современных стандартах и не входит в состав измерительных приборов.

Взвешивающий фильтр типа C

В области верхних частот (выше 1 кГц) частотная характеристика фильтра типа С аналогична характеристикам фильтров А и В, однако в области нижних частот фильтр пропускает большую часть шума: его ослабление там значительно меньше, чем у фильтров А и В. Этот тип взвешивающего фильтра и обычно используется для измерения сильных шумов (взрывов, авиационных двигателей, тяжелого оборудования). Результаты измерений с фильтром С обозначаются дБ(С), дБ-С или дБС.

Взвешивающий фильтр типа Z

Фильтр типа Z означает отсутствие частотной коррекции (от англ. Zero-weighting — нулевая коррекция) в частотном диапазоне 10–20 000 Гц. Этот тип взвешивающего фильтра заменяет старый термин «линейное взвешивание» и используется в новых стандартах измерения звука и шума. Шумомер, установленный в режим измерения с корректирующим фильтром типа Z, не будет вводить коррекцию в пределах допусков, определенных классом измерительного прибора.

Изготовители программ для смартфонов предлагают множество мобильных приложений для измерения шума, которые используют встроенные микрофоны или внешние микрофоны класса 2, например такие, как показан на этом снимке. Как показывают исследования, такие приложения обеспечивают качественные измерения с отклонением от измерений, выполненных прибором класса 1, в пределах ±2 дБ. Использование таких приложений, особенно с внешними точными микрофонами позволит значительно улучшить качество исследований шума на рабочих местах и борьбу с ним.

Измерительные микрофоны

Кажется, что измерить любое акустическое явление совсем просто. Всё, что нужно — это взять микрофон, подключить его к какому-нибудь измерительному устройству и считать уровень в децибелах или паскалях. Всё это, конечно, так. Главная трудность заключается в определении точности такого измерения. Точность измерений зависит от множества факторов окружающей среды, а также от качества измерительного оборудования. В частности, на измерение будут влиять многочисленные отражения в измерительной установке, частотный диапазон измерений, внешние звуки, тип, качество, размер и собственный шум микрофона, расположение микрофона в измерительной установке и направление его на источник звука, качество испытательного сигнала, калибровка микрофона и качество измерительного оборудования. Сравните, например, измерение параметров электроакустической системы в идеальных лабораторных условиях и в кинотеатре, наполненном движущимися людьми. А ведь в конечном итоге нас интересуют именно результаты измерений в условиях эксплуатации, а не в лаборатории! Как видим, измерить звук очень трудно и для этого нужно специальное оборудование.

Измерительные микрофоны в идеале должны быть ненаправленными, иметь плоскую частотную характеристику и малый размер. При вводе микрофона в звуковое поле важно, чтобы он не изменял измеряемое звуковое поле. Отражения и дифракция, вызванные самим микрофоном, будут влиять на полученные результаты. Именно поэтому измерительные микрофоны делают в форме тонкой длинной трубки с микрофонным капсюлем на конце, которая обеспечивает минимальные дифракционные помехи, вносимые корпусом и креплением микрофона.

Чтобы измерить звук или шум с помощью микрофона, нужно точно знать его чувствительность, а поскольку чувствительность изменяется в течение срока службы микрофона, необходимо регулярно калибровать его самостоятельно или с использованием сервиса, предлагаемого многими изготовителями микрофонов. Результаты измерений должны быть прослеживаемыми, то есть они должны быть связаны с международными стандартами по цепи сравнений с указанием неопределенностей на каждом этапе измерения. Измерительные микрофоны являются наиболее точными, надежными и калиброванными устройствами. Их характеристики точно определены и их поведение в течение всего срока службы стабильное и предсказуемое.

Какой микрофон лучше?

Если измерительные микрофоны так хороши, возникает вопрос, почему же они обычно не используются для студийных записей. Причин тому несколько. При выборе микрофона для конкретной задачи нужно учесть множество факторов и плоская частотная характеристика — только один из них. Измерительные микрофоны обычно имеют очень маленькие капсюли, которые шумят сильнее их собратьев большего размера. Это связано с тем, что при измерении сильных звуков и шумов собственный шум микрофона не слишком важен. Однако, такие микрофоны не годятся, например, для записи шепота певца. Измерительные микрофоны ненаправленные и инженер звукозаписи вряд ли захочет использовать такой микрофон в студии вместо привычного кардиоидного микрофона. Также в ненаправленных микрофонах отсутствует эффект близости (подчеркивание низких частот при приближении микрофона к источнику звука). Поэтому даже если певец привычно станет петь, касаясь губами микрофона, чтобы обогатить звук, у него ничего не получится и он попросит заменить микрофон.

Шумомеры

Шумомеры используются для акустических измерений шума и звуков. Современный шумомер — обычно небольшой помещающийся в руке переносный прибор с измерительным микрофоном. Прибор измеряет звуки примерно так же, как мы их слышим. В состав любого шумомера входит измерительный микрофон, схема обработки сигнала и блок отображения информации (дисплей). Диафрагма конденсаторного микрофона, который чаще всего используется в портативных измерителях, перемещается в ответ на изменение давления воздуха, вызванного звуковыми волнами. Это движение приводит к изменению емкости микрофонного капсюля — то есть к преобразованию звукового давления в электрический сигнал, который усиливается и обрабатывается прибором. Поскольку чувствительность микрофона в вольтах на паскаль известна, прибор может точно преобразовать измеренное на выходе микрофона напряжение обратно в паскали, а затем рассчитать уровень звукового давления P_SPL по формуле

где P — давление, рассчитанное по напряжению на выходе микрофона и P₀ = 2•10⁻⁵ Па — порог слышимости. Давление звука в децибелах отображается на дисплее совместно с другой информацией, которую шумомеры могут измерить.

Стандарты, в том числе и российский стандарт ГОСТ Р 53188.1—2008 (МЭК 61672-1:2002) разделяют шумомеры на два класса. Приборы, относящиеся к обоим классам, имеют одинаковую функциональность. Их различие только в том, что приборы 1-го класса лучше приборов 2-го класса, так как у них шире частотный диапазон и они обеспечивают более высокую точность. Измерители 1-го класса — дороже. Какого класса выбрать прибор зависит от того, для чего он нужен. Для многих измерений вполне подойдет прибор 2-го класса. Например, если нужно оценить звуковое давление на рок-концерте, чтобы не допустить его повышение за предельно допустимое значение, вполне подойдет прибор 2-го класса. Однако если прибор нужен для представления в суд вещественных доказательств или результатов экспертизы, лучше воспользоваться прибором 1-го класса. Отметим, что как приборы 2-го класса, так и приборы 1-го класса должны регулярно калиброваться.

Во всех шумомерах устанавливается взвешивающий фильтр типа А. Многие приборы также снабжены фильтрами типа С и Z, о которых мы говорили выше. Фильтр типа А следует всегда использовать для измерения производственного шума на рабочем месте. Фильтр типа А был первоначально разработан только для измерения относительно тихих звуков с уровнем звукового давления до 40 дБ. Однако в новых стандартах рекомендуется использовать его для измерения любых величин звукового давления.

Измерение уровня шума

Устройство шумомера

Любой шумомер состоит из следующих элементов

Микрофон
Блок обработки, в состав которого обычно входят:
- Предусилитель
- Взвешивающие фильтры
- Полосовые фильтры для частотного анализа, позволяющие представить результаты измерения в виде спектра частот
- Усилитель
- Среднеквадратичный детектор
- Интегратор, который необходим в связи с тем, что измеряемый звук обычно не постоянный
- Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
Цифровой шумомер Wensn WS1361. 1 — ветрозащитный колпачок из акустического поролона; 2 — крышка батарейного отсека; 3 — задняя крышка с батарейным отсеком; 4 — электронный блок с дисплеем и клавиатурой; 5 — трубка с электретным конденсаторным микрофоном; 6 — колпачок микрофона; 7 — измеритель в сборе
Похожие публикации: