Nível de Pressão Sonora SPL
O nível de pressão sonora (SPL), expresso em decibéis (dB), é comumente usado em acústica. Pode ser medido no ar usando um microfone e na água usando um hidrofone.
O nível de pressão sonora (SPL), expresso em decibéis (dB), é comumente usado em acústica. Pode ser medido no ar usando um microfone e na água usando um hidrofone.
O nível de pressão sonora é uma medida logarítmica da pressão efetiva de um som em relação a um valor de referência, definido em dB (decibel). A pressão sonora de referência comumente usada no ar é de 20 μPa, que geralmente é considerada o limite da audição humana. O limite inferior de audibilidade é definido como um SPL de 0 dB. A maior variação de pressão que uma onda sonora não distorcida pode ter na atmosfera da Terra é de 1 atm (194 dB de pico ou 191 dB SPL).
A pressão sonora é o desvio local da pressão atmosférica ambiente causado por uma onda sonora. Pode ser medido no ar usando um microfone e na água usando um hidrofone. A pressão sonora é medida em pascais (Pa). A definição matemática de pressão sonora é a pressão total, que é igual à pressão estática mais a pressão dinâmica. A variável complementar à pressão sonora em uma onda sonora é a velocidade das partículas, que juntas determinam a intensidade sonora da onda.
As medições de SPL podem indicar o potencial de dano auditivo. A exposição a níveis de pressão sonora acima de 85 dB por períodos prolongados pode causar danos auditivos, enquanto a exposição a níveis acima de 120 dB pode causar danos auditivos imediatos e permanentes. Portanto, é essencial medir os níveis de SPL e tomar as medidas apropriadas para se proteger da exposição ao ruído alto, como o uso de protetores auriculares ou protetores auriculares.
A frequência do som afeta as medições SPL, pois o ouvido humano tem diferentes sensibilidades para diferentes frequências. Portanto, os medidores de nível de som usam filtros de ponderação de frequência, como os filtros de ponderação A, B e C, para ajustar as medições SPL para corresponder à sensibilidade do ouvido humano em diferentes frequências. Os filtros de ponderação A são comumente usados para medir o ruído ambiental, pois correspondem melhor à sensibilidade do ouvido humano aos sons de frequência média. Os filtros com ponderação B enfatizam as frequências mais altas, enquanto os filtros com ponderação C enfatizam as frequências mais baixas.
Cálculo SPL
Para calcular o SPL, você pega a relação entre a pressão sonora e o nível de referência da pressão sonora e, em seguida, obtém o logaritmo (base 10) dessa relação e depois multiplica por 20. Isso fornece o SPL em decibéis (dB).
Por exemplo, se a pressão sonora for 20 µPa, a relação entre a pressão sonora RMS e o nível de referência da pressão sonora é 20/20 = 1. Tomando o logaritmo (base 10) dessa relação, você obtém 0 e multiplicando por 20 fornece um SPL de 0 dB. Este é o SPL mais baixo possível, que corresponde ao limiar de audição.
Por outro lado, se a pressão sonora for 200 µPa, a relação entre a pressão sonora RMS e o nível de referência da pressão sonora é 200/20 = 10. Tomando o logaritmo (base 10) dessa relação, você obtém 1, e multiplicar por 20 dá a você um SPL de 20 dB. Isso é muito mais alto do que o limiar da audição, mas ainda relativamente silencioso.
À medida que a pressão sonora aumenta, o SPL também aumenta. Com um SPL de 120 dB, o som é considerado no limiar da dor, e qualquer som mais alto que isso pode causar danos auditivos permanentes.
Ao medir a pressão sonora em Pa, adicionar 20 dB ao nível dB equivale a multiplicar a pressão sonora por 10. Por exemplo, 200 µPa corresponde a 20 dB (re 20 µPa), enquanto 2000 µPa corresponde a 40 dB.
Qual é o valor de referência para SPL?
O valor de referência para SPL (Nível de Pressão Sonora) é o nível mínimo de pressão sonora que pode ser percebido pelo ouvido humano, que é igual a 0 dB SPL. Isso corresponde a uma pressão sonora de 20 µPa (micro Pascal), também conhecida como limiar de audição. O valor de referência é usado para calcular a diferença nos níveis de pressão sonora entre a pressão sonora medida e a pressão sonora mínima audível. Os níveis de pressão sonora são expressos em dB SPL, que é uma medida logarítmica do nível de pressão sonora em relação ao valor de referência.
A ISO 1999 define o nível de pressão sonora (Lp) pela seguinte fórmula:
Lp=10lg (p/p0)2
onde p é a pressão sonora em pascais e a pressão sonora de referência p0 é 20 μPa, de acordo com a ISO 1683.
O nível de pressão sonora ponderado A LpA
LpA=10lg (pA/p0)2
onde, pA é a pressão sonora ponderada A em pascal.
Os humanos percebem os níveis de pressão sonora em uma escala logarítmica de decibéis, que está relacionada à pressão sonora audível mais baixa de aproximadamente 20 μPa (20 micro pascal), também conhecida como 0 dB. O nível de pressão sonora mais baixo que os humanos podem ouvir ocorre normalmente entre 3.000 e 4.000 Hz. Uma pressão sonora de aproximadamente 60 Pa pode causar dor no ouvido humano normal.
Devido às grandes mudanças na amplitude da pressão sonora, o nível de pressão sonora em decibéis (Lp) é usado em vez de unidades Pascal. Utilizando a fórmula Lp=10lg (p/p0)2, onde p é a pressão sonora em pascais, e p0 é a pressão sonora de referência de 20 μPa. Esta fórmula expressa o nível de pressão sonora como uma função logarítmica da razão entre a pressão sonora e a pressão de referência. Dobrar a pressão sonora em pascais aumenta o nível de pressão sonora em decibéis em 6 dB.
Na escala de decibéis, os sons audíveis variam de 0 dB, o limiar da audição, até mais de 130 dB, o limiar da dor. Embora duplicar a pressão sonora corresponda a um aumento de 6 dB, são necessários cerca de 10 dB de aumento para que o som pareça subjetivamente duas vezes mais alto. A menor mudança que os humanos podem ouvir é de cerca de 3 dB.
O nível de pressão sonora (NPS) pode ser descrito subjetivamente com base na escala de decibéis (dB). Uma faixa de 0 a 40 dB é considerada silenciosa a muito silenciosa, enquanto 60 a 80 dB é geralmente descrita como barulhenta. Um nível de pressão sonora de 100 dB é considerado muito ruidoso, enquanto qualquer valor superior a 120 dB é intolerável.
A sensibilidade do ouvido humano a diferentes frequências não é igual, sendo a faixa mais sensível entre 2 kHz e 5 kHz. Isso significa que o volume subjetivo de um som não é determinado apenas por seu nível de pressão sonora, mas também por outros fatores complexos. Além disso, essa diferença na sensibilidade de frequência é mais pronunciada em níveis de pressão sonora baixos do que em altos. Os contornos de volume igual na figura mostram o nível de pressão sonora necessário em qualquer frequência para dar o mesmo volume aparente de um tom de 1 kHz. Por exemplo, um tom de 50 Hz deve ser 15 dB mais alto que um tom de 1 kHz em um nível de 70 dB para ter o mesmo volume subjetivo.
Os sons de impulso, por outro lado, representam um desafio na avaliação do volume. Um som de impulso é um som com menos de um segundo de duração. O ouvido é menos sensível para perceber a intensidade de tais sons devido à sua curta duração. Por exemplo, ruídos de máquina de escrever e martelar são exemplos de sons de impulso. Os pesquisadores geralmente concordam que sons com menos de 70 milissegundos têm um volume percebido mais baixo do que sons de maior duração com o mesmo nível de pressão sonora.
O nível de pressão sonora para algumas fontes pode variar dependendo da distância entre a fonte e o ouvinte. Os valores nesta tabela são fornecidos como um guia geral:
| Source | Sound Pressure Level (dB) |
|---|---|
| Limite de audição | 0 |
| Farfalhar de folhas | 20 |
| Sussurro silencioso (1 m) | 30 |
| Escritório silencioso | 40 |
| Conversa normal a 1 m | 60 |
| Dentro de um carro | 65-80 |
| Cantando alto | 70 |
| Aspirador (3m) | 75 |
| Ônibus, caminhões a diesel, motocicletas (15 m) | 80 |
| Britadeira (15 m) | 90 |
| Metrô (interior) | 94 |
| Cortador de grama (1 m) | 107 |
| Ensurdecedor, limite de dor humana | 120 |
| Avião a jato (30 m) | 130 |
| Limiar da dor | 140 |
| Decolagem de Jato Militar (30 m) | 150 |
| Grandes armas militares | 180 |
Baixe o gráfico de nível de decibéis
O nível de pressão sonora SPL é normalmente medido usando um medidor de nível de som. O medidor de nível de som inclui um microfone, seção de processamento e display.
Ondas de pressão sonora colocam uma membrana de microfone em movimentos, que são convertidos em sinais elétricos pelo medidor de nível de som. Em seguida, o SLM converte os sinais elétricos em digitais para que possam ser exibidos na forma de decibéis.
Para calcular o nível de pressão sonora ponderado A (LpA), o SLM usa filtros de ponderação de frequência que ajustam a leitura da pressão sonora para corresponder à sensibilidade do ouvido humano a diferentes frequências. O filtro de ponderação A coloca mais peso nas frequências que os humanos podem ouvir melhor.
O SLM também pode integrar a pressão sonora ao longo do tempo na forma de nível de som contínuo equivalente (Leq), que é a energia média do som durante um determinado período de tempo.
Ao medir o som, é importante capturar com precisão as variações no nível de pressão sonora, que podem flutuar rapidamente. Historicamente, os medidores analógicos de nível de som não conseguiam acompanhar essas flutuações, resultando em leituras erráticas. Para resolver esse problema, duas características de resposta do detector foram padronizadas: rápida (F) e lenta (S).
A resposta rápida do detector tem uma constante de tempo de 125 milissegundos, o que permite uma resposta de exibição de reação rápida que pode medir com precisão níveis de som flutuantes não muito rápidos. Por outro lado, a resposta lenta do detector tem uma constante de tempo de 1 segundo, o que fornece uma resposta mais lenta que ajuda a compensar as flutuações de exibição em um medidor analógico.
Os medidores de nível de som modernos com visores digitais superam o problema de visores flutuantes. No entanto, eles ainda usam detectores rápidos e lentos, pois geralmente são ditados pelo padrão no qual as medições devem ser baseadas.
A ponderação de tempo lenta é comumente usada para medir níveis sonoros em locais de trabalho, a ponderação de tempo rápida é usada no monitoramento de ruído ambiental. A ponderação de tempo de impulso é usada para medir o ruído impulsivo, como de máquinas, tiros ou explosões, porque captura o nível de pico do som.
As ponderações A, C e Z são ponderações de frequência usadas em medidores de nível de som para ajustar o nível de pressão sonora (SPL) medido para melhor corresponder à percepção humana do som.
A curva de ponderação A mostra como o ouvido humano reage a diferentes níveis de pressão sonora e é frequentemente usada para medir o ruído no ambiente e na indústria. A curva de ponderação A atenua os níveis de pressão sonora de baixa e alta frequência, dando mais peso às frequências entre 500 Hz e 10 kHz, onde a audição humana é mais sensível.
A curva de ponderação C mede o nível geral de pressão sonora em todas as frequências sem atenuação. Ele é usado para medir o som em ambientes de alto nível de ruído, como shows de rock ou pistas de aeroportos.
A curva de ponderação Z também é conhecida como ponderação “linear” ou “plana” e não aplica nenhuma ponderação de frequência à medição SPL. Ele mede o nível de pressão sonora em todas as frequências e é usado para medições científicas ou instrumentos de calibração.
LAF e LAS são níveis de pressão sonora ponderados comumente usados em padrões acústicos modernos, como IEC 61672. LAF significa “Nível de som ponderado A, ponderação de tempo rápido”, que é uma medida do nível de pressão sonora ajustada para levar em conta a sensibilidade do ouvido humano a diferentes frequências. LAS significa “A-weighted sound level, fast time weighting”, que é semelhante ao LAF, mas usa uma ponderação de tempo lenta. Ambos LAF e LAS são comumente usados em medições de exposição a ruído ocupacional e avaliações de ruído ambiental. No geral, a relação entre SPL, LAF e LAS é que LAF e LAS são duas maneiras diferentes de medir SPL, usando ponderações de frequência ponderadas A específicas.
Um som é uma forma de energia, e a quantidade de dano auditivo causado pela exposição a um ambiente sonoro depende tanto do nível quanto da duração da exposição. Para descobrir se um som afeta a audição humana, é necessário medir o nível de som e seu tempo de duração. O nível de som contínuo equivalente (LEQ) fornece informações sobre quanta energia uma pessoa foi exposta. As medições LEQ são usadas para muitos tipos de medições acústicas, incluindo acústica de edifícios, ruído ambiental e ruído ocupacional.
O LEQ é uma média linear da pressão sonora ao quadrado durante um determinado período de tempo e não está usando ponderação de tempo. O Leq é útil para representar um nível de energia sonora equivalente ao longo do tempo e é comumente usado para representar os níveis de exposição ao ruído em locais de trabalho e outros ambientes.
As medições LEQ podem ser realizadas em qualquer período de tempo adequado, o que é chamado de tempo de integração, enquanto o SPL é uma medida do nível instantâneo de pressão sonora em um momento específico. Os medidores de nível de som Svantek registram os níveis de pressão sonora e LEQ em uma forma de tempos de integração consecutivos em um arquivo registrador de histórico de tempo.
Em acústica, o volume e a intensidade são medidas diferentes do SPL (nível de pressão sonora). SPL é uma medida do nível de pressão de uma onda sonora em relação a um nível de referência, geralmente dado em decibéis (dB). É uma medida da força física de uma onda sonora.
A intensidade, por outro lado, é uma medida da quantidade de energia sonora que passa por uma determinada área em um determinado tempo. Geralmente é medido em watts por metro quadrado (W/m2). Intensidade é uma medida da energia que uma onda sonora carrega.
Loudness é uma percepção subjetiva de quão intenso é um som. É influenciado por muitos fatores, incluindo SPL e frequência, bem como a sensibilidade do ouvido humano. Loudness é geralmente medido em unidades chamadas phon.
O nível de pressão sonora (SPL) de uma onda sonora diminui à medida que a distância da fonte aumenta. Isso ocorre porque as ondas sonoras se espalham em todas as direções à medida que se afastam da fonte, e a energia da onda é distribuída por uma área cada vez maior. A diminuição do SPL com a distância é conhecida como atenuação do som.
A taxa de atenuação do som depende de muitas coisas, como a frequência da onda sonora, o tamanho e a forma da fonte e o ambiente em que o som se propaga. No entanto, como regra geral, o SPL diminui em 6 decibéis (dB) para cada duplicação da distância da fonte.
Por exemplo, se o SPL de uma onda sonora a uma distância de 1 metro for de 80 dB, será de 74 dB a uma distância de 2 metros, 68 dB a uma distância de 4 metros e assim por diante. Isso significa que o volume de um som depende muito de quão perto você está da fonte. Ao medir e controlar os níveis de ruído em locais diferentes, é importante ter isso em mente.
Nível de pressão sonora (SPL) tem várias aplicações, algumas das quais incluem:
No contexto do áudio, SPL é usado para descrever o volume dos sinais de áudio. O SPL é usado no projeto e teste de equipamentos de áudio, como alto-falantes e fones de ouvido, para garantir que eles produzam som em níveis seguros e adequados. Também é usado em estúdios de gravação e ambientes de som ao vivo para monitorar o volume dos sinais de áudio e evitar danos à audição de artistas e ouvintes.
A calibração é necessária para garantir que os medidores de nível de som forneçam medições exatas e precisas. Para calibrar um medidor de nível de som, um calibrador acústico portátil é colocado sobre o microfone. Os calibradores fornecem um nível de pressão sonora definido para o qual o medidor de nível de som pode ser ajustado. Os níveis típicos de pressão sonora usados para calibração são 94 dB ou 114 dB (a escolha depende do fundo acústico).
Resumo
Pontos-chave do Nível de Pressão Sonora (SPL):
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