Спросите акустика, насколько это громко, и вы услышите встречный вопрос: на какой частоте? Одно значение в децибелах — это лишь обобщение, которое скрывает все самое интересное. Басы соседа проходят сквозь стену, а высокие частоты тарелок — нет; вентиляция гудит на одной ноте и шипит на другой; одни и те же 60 dB могут быть как терпимым шумом, так и невыносимым гулом. Поэтому профессиональная акустика проводит измерения в полосах частот — спектр нарезается на стандартизированные отрезки, обычно октавы (частота каждой полосы вдвое больше предыдущей) или трети октавы, и уровень сообщается для каждого отрезка отдельно. Для такой «нарезки» существует международный стандарт: IEC 61260-1, жестко задающий требования к фильтрам вплоть до шаблонов допусков.
Инструмент уровней в полосах частот в Sentio — это мобильная версия данной идеи, и статья посвящена обеим частям этого утверждения: тому, как телефон действительно воссоздает структуру измерений по полосам частот, и тому, где именно он расходится с калиброванными приборами. Эта граница весьма четкая, а попытки ее игнорировать — как раз то, из-за чего измерительные приложения заслужили свою сомнительную репутацию.
Шестнадцать тонов, один честный трюк
Этот инструмент не просто пассивно фильтрует окружающий шум по полосам. Он представляет собой принимающую часть измерения с помощью двух телефонов: второй телефон (или веб-приложение) воспроизводит ступенчатый свип-тон — шестнадцать чистых тонов с логарифмическим шагом от 100 Hz до 12 kHz, примерно через пол-октавы, каждый из которых звучит в течение одного такта с паузой перед следующим. Измерительный телефон принимает сигнал через тракт необработанного микрофона и для каждого тона находит спектральный пик, измеряет его уровень, а также уровень фонового шума вокруг него.
Изящество решения в том, что свип-тон является самоидентифицирующимся. Каждый тон заявляет о себе просто тем, что звучит в данный момент в одиночку, поэтому двум телефонам не нужны кабели, синхронизация часов или сопряжение — приемник распознает каждую полосу по частоте и подстраивается под тайминги любого телефона. А поскольку в каждой полосе регистрируется собственное отношение сигнал/шум, инструмент для каждой полосы знает, действительно ли он услышал тон или просто шум комнаты. Полоса, которая не может преодолеть порог отношения сигнал/шум в 20 dB, исключается из результатов, а не «размывает» их своими догадками — то же правило «отказывайся, а не гадай», которое проверка слуха применяет при оценке шума в комнате.
Именно этот механизм лежит в основе активности по измерению звукоизоляции двумя телефонами: сначала свип-сигнал проходит по прямому пути без преград, затем — через стену, и разница по каждой полосе дает спектр затухания стены. При этом неизвестные частотные характеристики обоих устройств просто взаимно уничтожаются при вычитании.
А теперь о разрыве в калибровке — прямо и честно
Работа профессионального шумомера регламентируется стандартом IEC 61672-1, который определяет два класса точности: класс 1 (более жесткие допуски, лабораторный и экспертный уровень) и класс 2 (чуть более свободные, для общих полевых измерений). Класс — это не маркетинговая категория, а набор строгих требований к абсолютной чувствительности, частотной характеристике, линейности уровней, направленности и температурному поведению, подтвержденных на конкретном приборе. Плюс полевой калибратор, который надевается на микрофон до и после каждого серьезного измерения.
Телефон не справляется с этим в одном конкретном и принципиальном моменте: отсутствие абсолютной опорной величины. Измеряемые инструментом уровни — это децибелы относительно собственной цифровой шкалы телефона (dBFS). Это честное, точно измеренное значение, но его связь с реальным звуковым давлением в комнате неизвестна, поскольку никто никогда не поверял этот микрофон по калибратору. Два телефона, улавливающие один и тот же тон, покажут разные уровни в dBFS; оба результата будут внутренне согласованными, но ни один из них не является уровнем звукового давления.
Может ли приложение просто добавить таблицу поправок для каждой модели телефона? Некоторые пытаются это сделать. Оценка приложений для измерения звука на смартфонах, проведенная NIOSH, показала, что лучшие приложения укладываются в диапазон около 2 dB относительно эталонных приборов. Это впечатляет, но всё же не даёт сертификата класса 2, поскольку усредненная поправка для модели не может знать о вашем конкретном микрофоне, чехле, пыли в кармане или автоматической регулировке усиления, которую некоторые аудиотракты применяют незаметно. Именно поэтому данный инструмент записывает, через какой аудиотракт был выполнен захват, и помечает любую запись, где могла произойти автоматическая регулировка уровня: измерение уровня на тракте с регулировкой усиления — это не просто плохое измерение, это вообще не измерение.
Конструктивное решение: за рамки телефона выходят только разности
Инструмент пополосного измерения уровней устраняет этот разрыв так же, как и вся платформа, — строя выводы на величинах, в которых неизвестная калибровка сокращается:
- Разность между двумя записями на одном телефоне (опорная запись минус проходящий звук в активности измерения изоляции) полностью исключает неизвестную характеристику микрофона из результата.
- Форма спектра по полосам (например, утечка с преобладанием басов или высоких частот) не зависит от погрешности калибровки, так как погрешность постоянна, а форма спектра меняется.
- Абсолютный уровень в dBFS для одной записи сохраняется в истории для воспроизводимости и обозначается именно так, как есть, но никогда не выдается за утверждение вида «в комнате X децибел».
| Профессиональный прибор | Инструмент пополосного измерения уровней на телефоне | Где сказывается разница |
|---|---|---|
| Шумомер 1-го класса + октавный анализ ($3000–$10000, ежегодная лабораторная калибровка, полевой калибратор) | Уровни 16-полосного свип-тона в dBFS, SNR по полосам, необработанный аудиотракт | Любые заявления об абсолютном SPL: нормы шума, условия труда, экологическая оценка — требуется сертификат, телефон не подходит |
| Шумомер 2-го класса ($300–$2000, верифицирован по IEC 61672) | Разности уровней на одном телефоне, при которых характеристика устройства сокращается | Сравнение ваших показаний с чужими или с нормативными пороговыми значениями — показатели dBFS нельзя сопоставлять между разными устройствами, в отличие от разностей |
| Оборудование для строительной акустики (калиброванный источник + шумомер, методы полевых измерений ISO; обычно требуется нанимать консультанта) | Свип-тест с двумя телефонами: относительный спектр затухания для вашей стены и вашей геометрии | Официальные индексы (Rw/STC) для сертификации зданий требуют стандартизированных помещений и методов — результат телефона индивидуален и не сопоставим со спецификацией |
| Октавные фильтры IEC 61260 с допусками и верификацией | Пиковые уровни БПФ на 16 известных частотах тона — дискретизация полос, а не фильтрация полос с допусками | Широкополосный и импульсный шум (транспорт, работа оборудования) требует настоящих банков фильтров; метод свип-тона измеряет только то, что зондируют его тональные сигналы |
Честное утверждение в одном предложении: телефон действительно точно измеряет форму звука и его изменение, но вообще не измеряет звуковое давление. Любой экран результатов в инструменте сформулирован строго в этих рамках — «медианное затухание ~28 dB для данной конфигурации и геометрии», но никак не «звукоизоляция вашей стены составляет 28 dB».
В чём же тогда польза?
Оказывается, в огромной. Вопросы, которые на самом деле волнуют людей — помогает ли герметизация оконных щелей, какая из стен пропускает больше звука, лучше ли новая дверь по сравнению со старой, почему я слышу сабвуфер соседа, но не слышу его телевизор — все они сводятся к разностям и форме спектра, то есть именно к тому, что телефон измеряет отлично. Консультант с шумомером класса 1 ответит на вопрос, который вы зададите максимум один раз для всего здания; телефон же ответит на двадцать вопросов до и после него, в том числе помог ли ремонт, за который вы заплатили. Измерение, сделанное в день завершения работ и сохраненное в вашем каталоге для этой стены, дает сравнение «до и после», которое не предоставит ни один подрядчик в своем счете.
Пассивный анализ спектра звука с помощью одного телефона описан в статье «Частотный отпечаток пальца», а подробные рассуждения о том, какие измерения телефону стоит пытаться делать, а какие нет — в статье «Честный расчет».