Warum kann das gleichzeitige Tragen von Kapselgehörschützern (ob passiv oder aktiv) und Ohrstöpseln nicht mehr als 36 dB Rauschunterdrückungsverhältnis (NRR) erreichen?

Ich habe bei Wikipedia gelesen :

Die gleichzeitige Verwendung von Ohrenschützern (ob passiv oder aktiv) und Ohrstöpseln führt zu maximalem Schutz, aber die Wirksamkeit eines solchen kombinierten Schutzes in Bezug auf die Verhinderung dauerhafter Gehörschäden ist nicht schlüssig, da Beweise dafür sprechen, dass ein kombiniertes Geräuschminderungsverhältnis (NRR) von nur 36 dB beträgt (C-bewertet) ist das maximal Mögliche bei gleichzeitiger Verwendung von Kapselgehörschützern und Gehörschutzstöpseln, was nur einem Schutz von 36 - 7 = 29 dB(A) entspricht.[23]

Die Referenz [23] ( Spiegel ) sagt:

Für häufiges Schießen oder sogar gelegentliches Arbeiten mit Hochgeschwindigkeitsgewehren empfehlen wir mehr Schutz. Ihre sicherste Wahl ist eine Kombination aus Steckern und einem darüber getragenen Muff. In Kombination kann eine gute Schätzung des maximalen Schutzes berechnet werden, indem 6 zur Bewertung des Stöpsels addiert wird: Beispielsweise ergibt ein Ultimate 10-Muff mit 30 NRR plus einem MAX-Schaumstöpsel mindestens 36 NRR. Darüber hinaus haben Sie mit diesem Muffen-und-Stöpsel-System ungefähr so ​​viel Schutz, wie es in einem tragbaren Gehörschutzgerät möglich ist – um jeden Preis.

Warum kann das gleichzeitige Tragen von Ohrenschützern (egal ob passiv oder aktiv) und Ohrstöpseln nicht bestenfalls zu mehr als 36 Noise Reduction Ratio (NRR) führen?

Ich hätte gedacht, dass das Tragen eines individuell angepassten Ohrstöpsels mit 30 dB NRR zusätzlich zu einem Kapselgehörschützer mit 33 dB NRR zu einem Schutz von mehr als 36 dB NRR führen würde.

Antworten (3)

Kleiner Haftungsausschluss über Dezibel

Für Schalldrücke sind Dezibel wie folgt definiert:

XdB = 20 log (p1/p0)

wobei p1 die Amplitude des Druckfeldes des Schalls und p0 eine Referenz (20 Mikropascal Druck) ist.

In Bezug auf Leistung/Lautstärke bedeutet dies:

Pow_dB = 10 log(P1/P0)

Aufgrund dieser Definition kann man Schallleistungen nicht einfach addieren:

10 log((P1+P2)/P0) different from 10 log (P1/P0) + 10 log (P2/P0)

Dank der ersten Formel hier summieren sie sich jedoch , wenn Dezibel für Verstärkung oder Dämpfung verwendet werden: Beginnen wir mit einem Schalldruck P1 und wenden wir eine zweifache Verstärkung an. Der resultierende Druck ist 2*P1. In dB:

X = 10 log(2*P1/P0) = 10 log(2) + 10 log(P1/P0) approx 10 log(P1/P0) + 3dB

Wenn wir diesen letzten Schallpegel ein weiteres Mal mit 2 multiplizieren, ergibt sich schließlich, dass wir wieder 3 dB addiert haben , was zu einem Endwert von führt

 X = 10 log(4*P1/P0) = 10 log(4) + 10 log(P1/P0) approx 10 log(P1/P0) + 3dB + 3dB = 10 log(P1/P0) + 6dB

Offensichtlich funktioniert das andersherum. Teilen wir unseren Sound durch zwei:

X = 10 log(P1/(2*P0) = 10 log(1/2) + 10 log(P1/P0) approx 10 log(P1/P0) - 3dB

Das Teilen der Leistung entspricht dem Subtrahieren von dB.

Das ist nett, denn für uns Menschen hinter einem Mischpult ist es viel einfacher, hinter einer Konsole in Addition oder Subtraktion zu denken.

Zu deinem Problem

Nach meiner Aussage müsste man eigentlich die dB-Reduktion des Schutzes addieren können…

Aber: Dieser Schutz schützt Ihre Ohren, und Schall dringt leider auch ins Fleisch ein . Schauen wir uns den Übertragungskoeffizienten des Schalls an :

T = 2 Z2 / (Z1+Z2)

Wo Zsind die akustischen Impedanzen unserer beiden Medien (sagen wir, Luft und Wasser, hauptsächlich wie Fleisch).

Man kann diese beiden Impedanzen berechnen:

Zwater = 1.5 10^6 Pa s/m
Zair = 408 Pa s/m

Ergebend:

 T = 2Zair/(Zair + Zwater) = 0.000544

Lassen Sie uns das in dB-Dämpfung umwandeln:

10 log (2*Z1/(Z1+Z2)) = -32.64 dB

Sie werden feststellen, dass dies für -36 dB nicht weit ist, besonders wenn man bedenkt, dass der Kopf nur aus Wasser besteht! Die Dinge werden ein bisschen anders sein, wenn man den Schädel und so betrachtet, aber das allgemeine Bild ist hier.

Aus diesem Grund kann ein Gehörschutz nicht mehr als das reduzieren: Er verhindert nicht, dass der Schall vom Fleisch oder vom Schädel in Ihr Innenohr gelangt …

QED

Würde das bedeuten, dass Sie durch das Tragen eines Ganzkörper-Schallschutzanzugs mehr als 36 dB Gehörschutz erreichen könnten?
@nick012000 Sehr wahrscheinlich. Ich bin mir nicht sicher, wie praktisch das wäre…
Ich denke, Sie haben einen Fehler in Ihrer Formel für Dezibel. Es sollte entweder das 20-fache von log_10 des Druckverhältnisses oder das 10-fache von log_10 des Leistungsverhältnisses betragen.
@TannerSwett Es hängt davon ab, ob Sie in Bezug auf Amplitude (Druck- oder Geschwindigkeitsfelder) (10 log_10) oder in Bezug auf Energie / Leistung sprechen, die sich im Verhältnis zum Quadrat der Amplitude in 20 log_10 verwandelt. Bei Audio handelt es sich normalerweise um Druck (Sound Pressure Level oder SPL).
@ nick012000 Vermutlich blockieren schalltote Kammern den Schall um mehr als 36 dB, und es handelt sich um Ganzkörper-Antischallanzüge in Würfelform mit viel zusätzlichem Platz.
Wikipedia sagt (unter Berufung auf eine ISO-Norm), dass der Schalldruckpegel als das 20-fache des Logarithmus eines Druckverhältnisses definiert ist und der Schallleistungspegel als das 10-fache des Logarithmus eines Leistungsverhältnisses definiert ist. Es ist falsch, das Protokoll eines Druckverhältnisses zu nehmen und es dann mit 10 zu multiplizieren. es gibt Ihnen nicht den Schalldruckpegel.
@TannerSwett Sie haben Recht, hier wird alles in Bezug auf die Leistung getan, ich werde es bearbeiten.
Sie können Verstärkungen und Dämpfungen hinzufügen, da dies eigentlich Multiplikatoren sind, und wenn Sie wie Basen multiplizieren, addieren sich die Exponenten. Ohrenschützer über Ohrstöpsel zu stülpen ist keine multiplikative Aktion, es ist additiv.
@ToddWilcox Ja, es ist multiplikativ, wie jeder Übertragungseffekt in der Physik, es hängt nicht von der Leistung der ankommenden Welle ab: transmittiert = eingehender * Übertragungskoeffizient. Siehe: en.wikipedia.org/wiki/Transmission_coefficient
Ohrenschützer und Ohrstöpsel dämpfen den Schall, einer nach dem anderen…
Die letzte Zeile ist das einzige, was in dieser Antwort notwendig ist. Die Frage zeigt keine Verwirrung über die Kombination der Dämpfung in dB. +1 trotzdem
Dies erklärt nicht, warum OSHA sagt, dass man beim Kombinieren von zwei verschiedenen Gehörschützern nicht einfach die NRRs hinzufügen kann. Stattdessen nimmt man das höhere NRR und addiert 5 dazu. Das gilt für NRRs von beispielsweise 12. Wenn Sie Recht haben, sollte NRR 12 + NRR 12 zu einem NRR von 24 führen (weil dies bei weitem nicht der maximalen theoretischen Dämpfung entspricht, die Sie hier postuliert haben), aber OSHA sagt das Das richtige Ergebnis ist NRR 17, was eher der Physik der Situation entspricht, wie ich behauptet habe. Siehe: osha.gov/SLTC/noisehearingconservation/attenuation.html
@ToddWilcox All dies sind Gesundheitsrezepte. Mir geht es um die Physik. Wenn der Schall durch ein absorbierendes Material nach dem anderen wandert, wirkt die Absorption auf das, was aus dem zweiten Material kommt, und dies ist multiplikativ, da es sich um eine Dämpfung handelt. Dies hat nichts mit zwei Lautsprechern nebeneinander zu tun.
Erwähnenswert ist, dass im speziellen Fall von Gewehren und Schrotflinten die Technik darin besteht, die Gesichtsknochen buchstäblich gegen den Schaft zu drücken, was einen hervorragenden Kanal für Vibrationen bietet.
@ToddWilcox Der Unterschied könnte darauf zurückzuführen sein, dass die eingeschlossene Luft zwischen den beiden Schutzvorrichtungen nicht "genau" als freier Raum ist. Dies könnte auch die Tatsache berücksichtigen, dass die Betreiber Schutzmaßnahmen nicht immer richtig einsetzen. Der menschliche Faktor wird in diesen Koeff berücksichtigt.
@nick012000: für bestimmte Werte von "Ganzkörper-Anti-Sound-Anzug". Sie werden besser als -36 dB, wenn Sie sich mit einer Schicht aus ausreichend hartem Vakuum umgeben können, vielleicht mit Magnetschwebebahnaufhängung oder weichen Gummisohlen! Realistischer könnte eine Art Helm vielleicht besser sein als Ohrenschützer und Stöpsel.

Zusätzlich zu dem, was @Tom_C gesagt hat, besteht ein weiterer Grund darin, dass sowohl Ohrstöpsel als auch Ohrenschützer hochfrequente Geräusche sehr gut blockieren, niederfrequente jedoch sehr schlecht blockieren.

Vermutlich geht die „30-dB-Reduzierung“ davon aus, dass der Ton über einen bestimmten Standardfrequenzbereich gleich laut ist, aber wenn Sie beide Ausrüstungsgegenstände tragen, besteht der „Eingang“ zu den Ohrstöpseln größtenteils aus den niedrigen Frequenzen, die die Ohrenschützer nicht blockieren konnten .

Fairer Punkt, aber sie dämpfen niedrige Frequenzen immer noch recht gut gemäß diesen Diagrammen .
@FranckDernoncourt: Hmm, diese Grafik endet eine Größenordnung über der niedrigsten hörbaren Frequenz. Laut diesem Bericht (Seite 14) variiert es stark je nach Marke, wobei einige ziemlich teure Marken über das gesamte Spektrum hinweg stabil bleiben, während sich andere so verhalten, wie ich es beschrieben habe.
Danke, das ist ein sehr interessantes Dokument (Spiegel: archive.org/details/… )! Der Dämpfungsunterschied zwischen 63 dB und 250 dB ist auf den Seiten 14 und 15 zwar nicht so groß, aber auf den Punkt gebracht und definitiv gut zu wissen. Ich wünschte, mehr Ohrstöpsel hätten Messungen für 63 dB (und darunter). Ich habe einige angepasste ER25 (Tippfehler im Preis in ihrer Tabelle, sollte übrigens ~ 150 EUR betragen). Ich wäre neugierig, eine ähnliche Tabelle für kundenspezifische Protektoren für Schlaf- oder Bauumgebungen zu sehen.
@frankdernoncourt Ich glaube du meintest Hz und nicht dB ;)

Scheint ein Punkt der Verwirrung bei dieser Frage zu sein, ist eigentlich die Physik, nicht die Mathematik.

Ein einfaches Experiment, das Sie zu Hause ausprobieren können und das erklärt, warum Ohrstöpsel + Ohrenschützer die dB-Dämpfung nicht verdoppeln:

Sie benötigen zwei Aktivlautsprecher und ein dB-Meter. Erstellen Sie in Ihrer Lieblings-DAW eine Monospur einer Klangquelle, rosa Rauschen wäre perfekt. Oder wenn Sie einen Rauschgenerator haben, verwenden Sie diesen. Geben Sie das Rauschen gleichmäßig gemischt über beide Aktivlautsprecher wieder. Schalten Sie einen Lautsprecher aus und stellen Sie den anderen so ein, dass Sie eine klare Anzeige im dB-Meter haben - etwa 70 dB wären gut. Schalten Sie dann den Lautsprecher aus, den Sie gerade eingestellt haben, schalten Sie den anderen ein und passen Sie ihn an den ersten an (es ist hilfreich, ein Stativ zu haben, um das dB-Messgerät so zu montieren, dass es sich zwischen den Messungen nicht bewegt).

Jetzt sollten Sie zwei Lautsprecher haben, die jeweils so kalibriert sind, dass sie korreliertes weißes Rauschen mit 70 dB wiedergeben. Wenn Sie beide Lautsprecher einschalten, beträgt der resultierende SPL nicht 140 dB, was verdammt gut ist, denn das würde Ihr Gehör schädigen. Das SPL-Meter sollte etwa 76 dB anzeigen. In der Praxis wird er wahrscheinlich niedriger als 76 dB sein, denn obwohl das Signal, das beiden Lautsprechern zugeführt wird, korreliert ist, ist der resultierende Schall, der von jedem Lautsprecher am dB-Meter ankommt, aufgrund unterschiedlicher Weglängen und Reflexionen von Raumoberflächen nicht mehr korreliert.

Wenn Sie weiter forschen möchten, kalibrieren Sie beide Lautsprecher, um das Rauschen mit 60 dB (statt 70) wiederzugeben. Wenn beide jetzt eingeschaltet sind, sollten Sie einen Pegel von ungefähr 66 dB erhalten. Eine Verdopplung der Lautstärke entspricht einer Erhöhung um 6 dB. Wenn Sie einen der Lautsprecher ausschalten, sinkt der Pegel um 6 dB. Die Halbierung der Lautstärke entspricht einem Abfall von 6 dB.

Es ist keine perfekte Analogie, aber die Physik und Mathematik stimmen mit NRRs überein. Wenn Sie 30 NRR-Ohrstöpsel haben und 30 NRR-Ohrenschützer hinzufügen, erhalten Sie eine zusätzliche Reduzierung von 6 dB für insgesamt 36. Wenn Sie stattdessen 20 NRR-Ohrstöpsel hätten und 20 NRR-Ohrenschützer hinzufügen, würden Sie am Ende einen NRR von 26 erhalten. Wenn die beiden Zahlen nicht übereinstimmen, wird es mit der Mathematik etwas chaotischer. Der Punkt ist, dass Sie keine NRRs hinzufügen können, da dies akustisch nicht analog zu einer 30-dB-Reduzierung ist, gefolgt von einer weiteren 30-dB-Reduzierung. Auf die gleiche Weise fügt das Hinzufügen eines zweiten Lautsprechers, der den gleichen Sound wiedergibt, nicht akustisch 70 dB Verstärkung zu weiteren 70 dB Verstärkung hinzu.

Eine einfachere Erklärung:

Ihre Intuition, dass das Beginnen mit 30 dB Reduzierung und das Bereitstellen einer zusätzlichen 30 dB Reduzierung die Reduzierung verdoppelt. Das ist richtig. Was verwirrend ist, ist, dass Sie diese Reduzierung um 6 dB erhöhen, wenn Sie die Reduzierung verdoppeln. Der Grund, warum 2x = 6 dB ist, habe ich unten geschrieben:

Das bringt es auf den Punkt, was Dezibel eigentlich sind. Eine Möglichkeit, über sie nachzudenken, sind Verhältnisse. Eine andere Möglichkeit, die uns hilft zu verstehen, warum sie nicht linear addieren oder subtrahieren, besteht darin, sie als Exponenten zu betrachten.

Zum Beispiel ist 2 2 + 2 2 nicht gleich 2 4 , sondern gleich 2 3 . Wenn wir also die gemeinsame Basis all dieser Exponenten ignorieren, scheint 2 + 2 = 3! Beachten Sie auch Folgendes:

  • 2 3 + 2 3 = 2 4
  • 2 4 + 2 4 = 2 5
  • 2 5 + 2 5 = 2 6
  • usw.

Ein Dezibel ist ein Exponent, bei dem die Basis entfernt wurde, sodass die Kombination zweier unterschiedlicher Dezibelwerte nicht zu einem neuen Wert führt, der die Summe der beiden Werte ist. Wenn wir einen Exponenten von 2 zu sich selbst addieren, ist der Wert, den wir erhalten, der Exponent plus 1 von 2. Also in "Exponent von 2"-Mathematik:

x (+) x := x + 1

Dabei ist (+) die spezielle Operation „Exponenten von 2 addieren“ und := eine spezielle Art von „gleich“ für die Operation.

So wie wir diese speziellen "Exponenten von 2"-Mathematik machen können, gibt es spezielle Mathematik für das "Addieren" von Dezibel-Werten. In Dezibel-Mathematik:

x (+) x := x + 6

(Experten für Dezibel werden darauf hinweisen, dass dies nicht immer zutrifft – es gibt tatsächlich zwei verschiedene Arten von Dezibel, die für jede etwas unterschiedliche Mathematik haben. Für diese Antwort konzentrieren wir uns einfach auf die Art von Dezibel, die dem oben Genannten entspricht "Formel".)

Mit anderen Worten, wenn wir einen 30-dB-Ton haben und einen weiteren 30-dB-Ton hinzufügen, beträgt der resultierende Schallpegel 36 dB, nicht 60 dB.

Die gleiche Beziehung gilt umgekehrt für negative Dezibel. Wenn wir eine Schallreduzierung von 30 dB haben und weitere 30 dB Schallreduzierung hinzufügen, beträgt die Gesamtreduzierung 36 dB.

Der Grund, warum 36 dB eine weiche Grenze für die tragbare Schalldämmung darstellen, liegt darin, dass Sie nicht immer mehr und größere Ohrenschützer hinzufügen können.

Sie denken vielleicht: „Hey Todd, Sie sagten, 30 dB plus 30 dB sind gleich 36 dB, aber was ist mit 30 dB plus 33 dB?“ Die Antwort ist, dass diese 3 zusätzlichen dB nicht so viel sind, wenn sie mit den anderen 30 dB kombiniert werden, und wir können die Summe leicht auf 36 dB abrunden.

Danke für die tolle Erklärung, macht Sinn! (Ich frage mich, ob es besser wäre, „2 + 2 = 3!“ durch „2 + 2 = 3.“ zu ersetzen, damit die Leute das Ausrufezeichen nicht als Fakultät lesen.)
„Ein anderer Weg, der uns hilft zu verstehen, warum sie nicht linear addieren oder subtrahieren“: Sie tun es, wenn Sie in Bezug auf Verstärkung oder Dämpfung sprechen.
"Wenn wir 30 dB Schalldämmung haben und weitere 30 dB Schalldämmung hinzufügen, beträgt die Gesamtreduzierung 36 dB." : Sie können den Schallpegel nicht addieren, aber es ist richtig, Dämpfung oder Verstärkung hinzuzufügen, da es sich um Produkte des Schallpegels handelt, die dank des Logarithmus von dB in Summe umgewandelt werden. Ich würde sagen, das ist nicht das richtige Argument.
Diese Erklärung ist falsch. Das Hinzufügen einer 30-dB-Schallwelle zu einer anderen 30-dB-Schallwelle derselben Frequenz kann tatsächlich zu einer 36-dB-Schallwelle führen (oder irgendetwas zwischen 0-36, abhängig von der relativen Phase der Wellen). Wenn es um Schalldruck geht, bedeutet x dB „10^x lauter als Referenzlautstärke“. Der Schalldruck wird addiert, was mit den Exponenten nicht ohne weiteres darstellbar ist.
Die Verwendung von Ohrstöpseln mit einer Dämpfung von 20 dB und 10 dB Kapselgehörschutz ergibt jedoch eine theoretische Dämpfung von 30 dB. Hier bedeutet x db Dämpfung "der Ton, der herauskommt, ist 10 ^ x mal weniger laut als der, der hereinkommt". Beim Verketten von Dämpfungsgliedern müsste man die Dämpfungsverhältnisse multiplizieren, um die Summe zu erhalten. 10^x*10^y=10^(x+y). Wenn Verhältnisse multipliziert werden, werden Exponenten addiert. Schauen Sie sich die Antwort von @Tom_C an - es ist wahrscheinlich die richtige Erklärung.
"Wenn wir 30 dB Schalldämmung haben und weitere 30 dB Schalldämmung hinzufügen, beträgt die Gesamtreduzierung 36 dB." – Das ergibt für mich keinen Sinn. Sie sagen effektiv, dass Ohrstöpsel den Schalldruck (oder vielleicht die Schallleistung) um einen konstanten Betrag reduzieren. Aber das tun sie nicht, oder?
Warum 6? Müssten es nicht 3 sein? (Denn 10^0,3 ist ungefähr 2, während 10^3 ungefähr 2^10 ist.) (Hinzugefügt: Oh, ich erinnere mich, dass mir einmal jemand erklärt hat, dass manchmal irgendwo ein Quadrat im Spiel ist.)
Diese Antwort ist falsch. Eine Reduzierung um 30 dB entspricht einer multiplikativen Reduzierung der Schallleistung von 1/1000. Die Verkettung von zwei davon würde theoretisch die Schallleistung um 1/1000 * 1/1000 oder 60 dB reduzieren. Der Grund, warum das nicht passiert, ist eine Frage der Pragmatik.
@BlueRaja-DannyPflughoeft Wo Sie durcheinander gekommen sind, ist, dass die Ermäßigungen nicht "verkettet" sind. Sie werden nicht miteinander multipliziert, sondern addiert. Wenn Sie Ohrenschützer über Ohrstöpsel stülpen, ist es nicht 1/1000 * 1/1000, es ist eine andere Formel, die zu einer resultierenden Verstärkung von 1/2000 führt, nicht 1/1.000.000.
@ja2142 Sie werden in diesem Fall nicht multipliziert, sondern addiert.
@Tom_C Scheint, als wäre das Missverständnis dieses Themas nicht die Mathematik, sondern die Physik. Ohrenschützer über Ohrstöpsel zu stülpen ist KEINE Verkettung von Dämpfungsstufen!! Es ist vergleichbar mit zwei Lautsprechern, die beide Musik mit 80 dB SPL (jeweils) spielen. Wenn beide zusammen spielen und Sie eine Messung vornehmen, beträgt die Messung 86 dB SPL (ungefähr). Wenn Sie einen Lautsprecher ausschalten, sinkt der Pegel auf 80 dB SPL. Das liegt daran, dass die Pegel der beiden Lautsprecher addiert und nicht miteinander multipliziert werden.
@toddwilcox Ich stimme den Rednern zu, aber die Situation ist hier nicht dieselbe. Nehmen Sie zwei Wände hintereinander und nicht nebeneinander, die jeweils 3bB dämpfen, die Gesamtdämpfung nach den beiden Wänden beträgt 6bB.
@Tom_C Jetzt sagst du, dass STC und NRR mathematisch / akustisch analog sind, dem ich nicht zustimme.
@ToddWilcox Aber Ohrenschützer und Stöpsel sind verkettete Dämpfungsglieder. Der Ton zwischen Ohrenschützer und Ohrstöpsel wird nur durch die Ohrenschützer gedämpft. Als „Eingang“ für die Ohrstöpsel nehmen Sie also den „Ausgang“ der Ohrenschützer. Es ist sehr ähnlich wie im Fall von zwei Wänden hintereinander - die Dämpfung vervielfacht sich (addiert sich also in dB). Wie gesagt, ich stimme zu, dass zwei Lautsprecher nicht so funktionieren, aber hier dämpfen beide Gehörschutzteile den Schall, sie erzeugen ihn nicht.
Warum kann das gleichzeitige Tragen von Kapselgehörschützern (ob passiv oder aktiv) und Ohrstöpseln nicht mehr als 36 dB Rauschunterdrückungsverhältnis (NRR) erreichen?
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