Razumevanje zvoka in decibelov
V vsaki razpravi o razumevanju zvoka bo enota decibelov nedvomno postala del pogovora. Za razliko od skoraj vseh drugih merskih enot decibel ni linearna lestvica. To pomeni, da 1 decibel (napisan tudi kot dB) ni ena desetina amplitude ali jakosti 10 dB. V tem članku bomo razložili, kako deluje lestvica decibelov, in predstavili nekaj referenčnih informacij, ki vam bodo pomagale razumeti, kako deluje lestvica decibelov.
Kaj je zvok?
Zvok je nihanje molekul zraka, ki vibrira naše bobniče. Bobnič prenaša te vibracije do srednjega ušesa skozi drobne koščice, imenovane koščice. Notranje uho ima obliko, ki je podobna obliki polžje lupine in vsebuje mikroskopske lasne celice, ki pretvarjajo te vibracije v majhne električne signale. Ti signali se prenašajo v slušni živec in nato v naše možgane. Vsako notranje uho vsebuje približno 18.000 lasnih celic, ki naj bi se vse prilegale glavi bucike. Ko je lasna celica poškodovana, nikoli več ne zraste nazaj ali se sama popravi.
Razumevanje decibelov
Enoto decibel so leta 1920 ustvarili Bell Telephone Laboratories za opis izgub v komunikacijskih kablih, ki so se uporabljali v zgodnjih telefonskih sistemih. Prvotna enota je bila MSC (milje standardnega kabla) in je bila izguba signala v 1 milji kabla pri frekvenci 795,8 Hz, ki je bila enakovredna najmanjšemu zaznavnemu dušenju, ki ga lahko zazna povprečni poslušalec.
Merjenje decibelov in ravni zvoka
Ko govorimo o nivojih zvoka, je pravilna oblika uporaba enote dB SPL, dB(SPL) ali dBSPL. Referenca za vsako izjavo je zvočni tlak v primerjavi z 0 dB. 0dB je opredeljen kot zaznani zvok komarja na razdalji 10 čevljev od poslušalca.
Ker dB SPL izraža razmerje, so lahko zvoki tišji od 0 dB. Predstavljajte si, če hočete, da ste v prostoru, kjer so izmerili zvok, ki ga je ustvaril tisti prvotni komar. Če odstranimo komarja, bo prostor tišji. Koliko tišji je odvisno od drugih virov hrupa. K temu prispevata električni hrup, ki ga povzroča razsvetljava, in hrup, ki ga povzročajo ogrevalni in hladilni sistemi. Če odpravimo čim več hrupa, bo prostor vedno tišji.
Po Guinnessovi knjigi rekordov je bila leta 2012 najtišji kraj na svetu brezehoična testna komora v laboratorijih Orfield v Minneapolisu. Raven hrupa v tej sobi je bila izmerjena na -13dBA. Oktobra 2015 je skupina inženirjev na sedežu Microsofta v Redmondu v Washingtonu podrla ta rekord z meritvami, opravljenimi v brezehoični komori v stavbi 87. Skupina neodvisnih strokovnjakov je izmerila raven hrupa -20,35 dBA. Prostor ni le popolnoma izoliran od vseh virov hrupa in vibracij, ampak so stene obložene z velikimi akustičnimi penastimi klini, ki absorbirajo zvok.
Na nasprotnem koncu zvočnega spektra imamo 191 dB SPL. To je raven hrupa, ko je zrak pod tlakom 1 bar ali 1 atmosfero. Linearni zvok ne more obstajati nad to ravnjo, ker nizkotlačna stran valovanja doseže absolutni vakuum. Obstajajo glasnejši zvoki (kot so jedrske eksplozije), vendar se obravnavajo kot tlačni valovi in ne zvoki.
Vsi zvoki se ne zaznavajo enako
Človeško uho ni enako občutljivo za vse zvoke. Leta 1933 so bili objavljeni rezultati raziskav o tem, kako naša ušesa zaznavajo različne frekvence. Raziskovalca Fletcher in Munson sta objavila niz krivulj občutljivosti človeškega sluha, ki temeljijo na frekvenci in amplitudi. Krivulje so bile ustvarjene z izmenično predvajanjem čistega tona 1 kHz in tona na drugi frekvenci. Amplitudo tona 1 kHz so prilagajali, dokler udeleženci niso začutili, da sta ravni obeh enakovredni. Nivo prilagoditve je bil zabeležen in premaknjeni so na drugo frekvenco.
Leta 1937 sta podobno testiranje opravila Churcher in King, vendar so se rezultati zelo razlikovali od lestvic Fletcherja Munsona. Raziskovalca Robinson in Dadson sta leta 1956 ponovila testiranje z novejšo opremo. Dobljene meritve so bile sprejete in definirane konture normalne enake ravni glasnosti ISO 226. Ti so ostali standard do leta 2003, ko je novo testiranje še dodatno popravilo grafe.
Krivulje nam povedo, da je naš sluh najbolj občutljiv okoli 2 do 3 kHz, odvisno od amplitude. Na visokofrekvenčne informacije okoli 10 kHz in 150 Hz smo manj občutljivi za približno 20 dB. Vedno manj smo občutljivi na zvoke pod 150 Hz, vendar se ta pojav zmanjša z večanjem glasnosti.
Kako zaznavamo zvok
V industriji se širijo številne izjave o ravneh zvoka. Pogovorimo se o nekaj najpogostejših in jih razjasnimo.
3dB je dvakrat glasnejši. Ne. Ne, ni. Sprememba za 3 dB pomeni podvojitev ali prepolovitev zvočne energije. Ojačevalnik potrebuje dvakrat toliko moči, da ustvari ton pri 73 dB, kot potrebuje pri 70 dB. Resničnost je taka, da večina poslušalcev komajda zazna spremembo ravni 3 dB pri vseh slišnih frekvencah.
Če 3dB ni dvakrat glasnejši, kaj je? Na podlagi obsežnega testiranja se je strinjalo, da se sprememba ravni 10 dB šteje za dvakrat ali polovico glasnejšo.
Preizkus poslušanja
Samo za zabavo in izobraževanje je spodaj niz preskusnih tonov, ki prikazujejo našo sposobnost zaznavanja razlik v amplitudi. Ti testi so ustvarjeni, da bi bile razlike čim lažje zaznavne.
Toni vključujejo sinusni val s frekvenco 1 kHz, posnet na začetni ravni -10 dB od celotnega obsega v 44,1 kHz, 16-bitnem nestisnjenem formatu datoteke .wav. Amplituda (glasnost) valovne oblike se zmanjša pri oznakah ene, dveh in treh sekund za različne količine. Za večino je enostavno ugotoviti zmanjšanje za 1 dB na korak. Mnogi bodo lahko zaznali zmanjšanje za 0,5 dB na korak. Zmanjšanje za 0,25 dB na korak je težko slišati.
1. skladba
1 kHz, zmanjševanje amplitude za 1,0 dB v enosekundnih intervalih
2. skladba
1 kHz z zmanjšanjem amplitude za 0,5 dB v enosekundnih intervalih
3. skladba
1 kHz z zmanjšanjem amplitude za 0,25 dB v enosekundnih intervalih
Ali glede na vaše rezultate ta test ovrže zgornje trditve o razlikah 3 dB in 10 dB? Sploh ne. Kot že omenjeno, so testi zasnovani tako, da olajšajo zaznavanje sprememb ravni. Če bi poslušali pesem in nato pet minut kasneje znova predvajali isto skladbo, potem ko bi povečali ali zmanjšali glasnost za 0,5 dB ali 1 dB, večina ljudi ne bi mogla zaznati razlike.
V prihodnjih člankih bomo ponovno obravnavali decibel in razložili, kako različne krivulje ocenjevanja vplivajo na številke, ki jih preberemo, ko gledamo meritve in specifikacije hrupa avdio opreme. Do takrat pa upamo, da ste uživali v tem članku in preizkusnih progah.