dB là gì? dB spl, dBu, dBv là gì? Chi tiết sẽ có trong bài viết này!

dB là gì? dB spl, dBu, dBv là gì? Chi tiết sẽ có trong bài viết này!

Decibel: dB, dB(A), dBA, dB(C), dBV, dBm và dBi? Tất cả chúng là gì? Chúng có liên quan như thế nào với độ ồn, âm thanh và âm thanh? Và lớn đến mức nào? Trang này mô tả và so sánh tất cả chúng và đưa ra ví dụ về tệp âm thanh. Trang liên quan cho phép bạn đo phản ứng thính giác của mình và so sánh với đường cong thính giác tiêu chuẩn. Đây là trang nền cho các chương đa phương tiện Âm thanh và Định lượng âm thanh

Định nghĩa và ví dụ

Decibel ( dB ) là đơn vị logarit dùng để đo mức âm thanh. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong điện tử, tín hiệu và truyền thông. dB là một cách logarit để mô tả tỷ lệ. Tỷ lệ này có thể là công suất, áp suất âm thanh, điện áp hoặc cường độ hoặc một số thứ khác. Sau này chúng ta liên hệ dB ​​với phon và sone , thứ đo độ ồn. Nhưng trước tiên, để hiểu rõ hơn về biểu thức logarit, chúng ta hãy xem xét một số con số.

dB là gì? dB spl, dBu, dBv là gì? Chi tiết sẽ có trong bài viết này!
dB là gì? dB spl, dBu, dBv là gì? Chi tiết sẽ có trong bài viết này!

Ví dụ: giả sử chúng ta có hai loa, loa đầu tiên phát âm thanh với công suất P 1 và một loa khác phát phiên bản to hơn của cùng một âm thanh với công suất P 2 , nhưng mọi thứ khác (khoảng cách, tần số) vẫn giữ nguyên.

Sử dụng đơn vị decibel, sự khác biệt về mức âm thanh giữa hai mức được xác định là

10 log (P 2 /P 1 ) dB trong đó log cơ số 10.

Nếu cái thứ hai tạo ra công suất gấp đôi cái thứ nhất thì sự chênh lệch tính bằng dB là

10 log (P 2 /P 1 ) = 10 log 2 = 3 dB (gần đúng).

Điều này được thể hiện trên biểu đồ, vẽ 10 log (P 2 /P 1 ) theo P 2 /P 1 . Để tiếp tục ví dụ, nếu cái thứ hai có công suất gấp 10 lần cái thứ nhất thì sự khác biệt tính bằng dB sẽ là

10 log (P 2 /P 1 ) = 10 log 10 = 10 dB.

Nếu cái thứ hai có công suất gấp một triệu lần cái thứ nhất thì sự khác biệt tính bằng dB sẽ là

10 log (P 2 /P 1 ) = 10 log 1.000.000 = 60 dB.

Ví dụ này cho thấy một đặc điểm của thang đo decibel rất hữu ích khi thảo luận về âm thanh: chúng có thể mô tả những tỷ lệ rất lớn bằng cách sử dụng những con số có kích thước khiêm tốn. Nhưng lưu ý rằng decibel mô tả một tỷ lệ : cho đến nay chúng tôi vẫn chưa cho biết công suất mà một trong hai loa phát ra là bao nhiêu mà chỉ nói tỷ lệ công suất. ( Cũng lưu ý hệ số 10 trong định nghĩa, nó đặt ‘deci’ theo decibel: chênh lệch mức độ theo bel (được đặt tên theo Alexander Graham Bell) chỉ là log (P 2 / P 1 ). )

Áp suất âm thanh, mức âm thanh và dB . Âm thanh thường được đo bằng micrô và chúng phản ứng tương ứng với áp suất âm thanh, p. Bây giờ công suất trong sóng âm, tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau, tỉ lệ với bình phương của áp suất. (Tương tự, công suất điện trong một điện trở tỉ lệ với bình phương của điện áp.) Log của x 2 chỉ bằng 2 log x, do đó, điều này đưa ra hệ số 2 khi chúng ta chuyển đổi tỷ số áp suất thành decibel. Do đó , sự khác biệt về mức áp suất âm thanh giữa hai âm thanh p 1 và p 2 là:

20 log (p 2 /p 1 ) dB = 10 log (p 2 /p 2 ) dB = 10 log (P 2 /P 1 ) dB (xuyên suốt, log có cơ số 10).

Điều gì xảy ra khi bạn giảm một nửa công suất âm thanh? Log của 2 là 0,3010, do đó log của 1/2 là  0,3, gần đúng. Vì vậy, nếu giảm một nửa công suất, bạn sẽ giảm công suất và mức âm thanh đi 3 dB. Giảm một nửa lần nữa (giảm xuống còn 1/4 công suất ban đầu) và bạn giảm mức thêm 3 dB. Nếu bạn tiếp tục giảm một nửa công suất, bạn sẽ có những tỷ lệ này.

ví dụ về dB, tỷ số áp suất và
Điều gì xảy ra nếu tôi thêm hai âm thanh giống hệt nhau? Tôi có tăng gấp đôi cường độ (tăng 3 dB) không? Hay tôi tăng gấp đôi áp suất (tăng 6 dB)

Tệp âm thanh để hiển thị kích thước của decibel

Chúng ta đã thấy ở trên rằng việc giảm một nửa công suất sẽ làm giảm áp suất âm thanh √2 và mức âm thanh giảm 3 dB. Đó là những gì chúng ta đã thực hiện ở file đồ họa và âm thanh đầu tiên bên dưới.

Mẫu âm thanh đầu tiên là tiếng ồn trắng (sự kết hợp của nhiều tần số âm thanh, tương tự như ánh sáng trắng, là sự kết hợp của tất cả các tần số nhìn thấy được). Mẫu thứ hai có tiếng ồn tương tự, với điện áp giảm theo hệ số √2. Bây giờ 1/√2 xấp xỉ 0,7, vì vậy  3 dB tương ứng với việc giảm điện áp hoặc áp suất xuống 70% giá trị ban đầu. Đường màu xanh lá cây hiển thị điện áp là hàm của thời gian. Đường màu đỏ biểu thị sự phân rã theo cấp số nhân liên tục theo thời gian. Lưu ý rằng điện áp giảm 50% cho mỗi mẫu thứ hai.

Cũng lưu ý rằng việc tăng gấp đôi công suất không tạo ra sự khác biệt lớn đối với âm lượng. Chúng ta sẽ thảo luận thêm về vấn đề này bên dưới, nhưng đây là điều hữu ích cần nhớ khi chọn thiết bị tái tạo âm thanh.

Các tập tin âm thanh và hoạt hình của John Tann và George Hatsidimitris. Rất tiếc, hoạt ảnh không chạy trên Safari.
Một decibel lớn đến mức nào? Trong loạt tiếp theo, các mẫu liên tiếp sẽ giảm chỉ một decibel.

Một decibel có cùng thứ tự với Sự khác biệt đáng chú ý (JND) cho mức âm thanh. Khi nghe những tập tin này, bạn sẽ nhận thấy rằng tập tin cuối cùng yên tĩnh hơn tập tin đầu tiên, nhưng tai nghe không rõ ràng rằng tập tin thứ hai trong bất kỳ cặp nào đều yên tĩnh hơn tập tin trước đó. 10*log 10 (1,26) = 1, vậy để tăng mức âm thanh thêm 1 dB thì công suất phải tăng thêm 26% hoặc điện áp tăng thêm 12%.

Nếu sự khác biệt nhỏ hơn decibel thì sao? Mức âm thanh hiếm khi được đưa ra với số thập phân. Lý do là các mức âm thanh khác nhau dưới 1 dB rất khó phân biệt, như ví dụ tiếp theo cho thấy. (Điều này làm cho dB trở thành đơn vị kích thước thuận tiện.)

bước 0,3 dB. Bạn có thể nhận thấy rằng cặp cuối cùng yên tĩnh hơn cặp đầu tiên, nhưng rất khó để nhận thấy sự khác biệt giữa các cặp liên tiếp. 10*log 10 (1,07) = 0,3, do đó, để tăng mức âm thanh thêm 0,3 dB thì công suất phải tăng thêm 7% hoặc điện áp tăng thêm 3,5%.

Mức tham chiếu tiêu chuẩn (mức âm thanh ‘tuyệt đối’)

Chúng tôi đã nói ở trên rằng decibel là một tỷ lệ. Vì vậy, khi nó được sử dụng để cung cấp mức âm thanh cho một âm thanh chứ không phải một tỷ lệ thì phải chọn mức tham chiếu. Đối với mức áp suất âm thanh, mức tham chiếu (đối với không khí) thường được chọn là p ref = 20 micropascal (20 μPa) hoặc 0,02 mPa. Đây là một con số rất thấp: nó bằng 2 phần mười tỷ bầu khí quyển. Tuy nhiên, đây là về giới hạn độ nhạy của tai người, trong dải tần số nhạy cảm của nó. (Thông thường độ nhạy này chỉ thấy ở những người còn khá trẻ hoặc ở những người chưa tiếp xúc với âm nhạc lớn hoặc những tiếng ồn lớn khác. Hệ thống âm nhạc cá nhân có loa trong tai có khả năng tạo ra mức âm thanh rất cao trong tai và được nhiều người tin tưởng. một số nguyên nhân gây ra phần lớn tình trạng mất thính giác ở thanh niên ở một số quốc gia.)Vì vậy, nếu bạn đọc mức áp suất âm thanh là 86 dB, điều đó có nghĩa là

20 log (p 2 /p ref ) = 86 dB

trong đó p ref là áp suất âm thanh của mức tham chiếu và p 2 là áp suất âm thanh được đề cập. Chia cả hai vế cho 20:

log (p 2 /p ref ) = 4.3

2 /p ref = 10 4.3

4 là log của 10 nghìn, 0,3 là log của 2 nên âm thanh này có áp suất âm thanh lớn hơn 20 nghìn lần so với mức tham chiếu (p 2 /p ref = 20.000) hoặc cường độ gấp 400 triệu lần cường độ tham chiếu . 86 dB là âm thanh lớn nhưng không nguy hiểm—với điều kiện thời gian tiếp xúc ngắn.0 dB có nghĩa là gì? Mức này xảy ra khi cường độ đo được bằng mức tham chiếu. tức là mức âm thanh tương ứng với 0,02 mPa. Trong trường hợp này chúng ta có

mức âm thanh = 20 log (p đo được /p ref ) = 20 log 1 = 0 dB

Hãy nhớ rằng decibel đo một tỷ lệ. 0 dB xảy ra khi bạn lấy log có tỷ lệ 1 (log 1 = 0). Vì vậy, 0 dB không có nghĩa là không có âm thanh , nó có nghĩa là mức âm thanh trong đó áp suất âm thanh bằng mức tham chiếu. Đây là một áp lực nhỏ, nhưng không phải bằng không. Cũng có thể có các mức âm thanh âm: – 20 dB có nghĩa là âm thanh có áp suất nhỏ hơn 10 lần so với áp suất tham chiếu, tức là 2 μPa.Không phải tất cả áp suất âm thanh đều lớn như nhau . Điều này là do tai con người không phản ứng như nhau với tất cả các tần số: chúng ta nhạy cảm hơn nhiều với âm thanh trong dải tần khoảng 1 kHz đến 7 kHz (1000 đến 7000 rung động mỗi giây) so với âm thanh có tần số rất thấp hoặc cao. Vì lý do này, máy đo âm thanh thường được gắn một bộ lọc có phản ứng với tần số hơi giống với tai người. (Thông tin thêm về các bộ lọc này bên dưới.) Nếu sử dụng “Bộ lọc trọng số A”, mức áp suất âm thanh được tính theo đơn vị dB(A) hoặc dBA . Mức áp suất âm thanh trên thang dBA rất dễ đo và do đó được sử dụng rộng rãi. Một lý do khiến nó khác với âm lượng là do bộ lọc không phản hồi giống như tai. Để hiểu được độ to của âm thanh, điều đầu tiên bạn cần làm là tham khảo một số đường cong biểu thị đáp ứng tần số của tai người dưới đây. (Ngoài ra, bạn có thể đo phản ứng thính giác của chính mình.) Một lý do khác là thính giác của con người không phải là logarit.

Các biện pháp logarit

Tại sao chúng ta sử dụng decibel? Tai có khả năng nghe được một phạm vi âm thanh rất lớn: tỷ lệ áp suất âm thanh gây tổn thương vĩnh viễn do tiếp xúc trong thời gian ngắn với giới hạn mà tai (không bị hư hại) có thể nghe được là hơn một triệu. Để xử lý phạm vi như vậy, đơn vị logarit rất hữu ích: log của một triệu là 6, do đó tỷ lệ này biểu thị chênh lệch 120 dB. Thính giác vốn không phải là phản ứng logarit. (Các phép đo logarit cũng hữu ích khi âm thanh (trong thời gian ngắn) tăng hoặc giảm theo cấp số nhân theo thời gian. Điều này xảy ra trong nhiều ứng dụng liên quan đến tăng hoặc giảm tỷ lệ.)

Các bộ lọc được sử dụng cho dBA và dB(C)

Bộ lọc mức âm thanh được sử dụng rộng rãi nhất là thang đo A, gần tương ứng với nghịch đảo của đường cong âm lượng bằng nhau 40 dB (ở 1 kHz). Do đó, sử dụng bộ lọc này, máy đo mức âm thanh ít nhạy hơn với tần số rất cao và rất thấp. Các phép đo được thực hiện trên thang đo này được biểu thị bằng dBA. Thang đo C thay đổi rất ít trong vài quãng tám và do đó chỉ phù hợp cho các phép đo chủ quan đối với mức âm thanh từ trung bình đến cao. Các phép đo được thực hiện trên thang đo này được biểu thị bằng dB(C). Ngoài ra còn có thang đo trọng số B (hiếm khi được sử dụng), nằm giữa A và C. Hình bên dưới hiển thị phản hồi của bộ lọc A (trái) và bộ lọc C, với mức tăng tính bằng dB tương ứng với 1 kHz. (Để biết phần giới thiệu về bộ lọc, hãy xem bộ lọc RC, bộ tích hợp và bộ phân biệt .)

Trên các trang web âm học âm nhạc và âm học lời nói , chúng tôi vẽ biểu đồ phổ âm thanh tính bằng dB. Lý do cho thực tế phổ biến này là phạm vi áp suất âm thanh đo được rất lớn.

Các phép đo dB(G) sử dụng bộ lọc băng tần hẹp mang lại trọng số cao cho các tần số trong khoảng từ 1 đến 20 Hz và trọng số thấp cho các tần số khác. Do đó, nó mang lại giá trị lớn cho âm thanh và siêu âm không thể nghe được. ISO 7196:1995

Độ ồn, âm thanh và âm thanh, đường cong phản ứng thính giác

phon là một đơn vị có liên quan đến dB bởi đáp ứng tần số đo được về mặt tâm sinh lý của tai. Ở tần số 1 kHz, số đọc bằng phons và dB theo định nghĩa là như nhau. Đối với tất cả các tần số khác, thang âm phon được xác định bằng kết quả thí nghiệm trong đó các tình nguyện viên được yêu cầu điều chỉnh âm lượng của tín hiệu ở tần số nhất định cho đến khi họ đánh giá âm lượng của nó bằng với âm lượng của tín hiệu 1 kHz. Để chuyển đổi từ dB sang phons, bạn cần có biểu đồ về các kết quả đó. Biểu đồ như vậy phụ thuộc vào mức âm thanh: nó trở nên phẳng hơn ở mức âm thanh cao.

Biểu đồ này, do Lindosland cung cấp, hiển thị dữ liệu năm 2003 của Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế về các đường cong có âm lượng bằng nhau được xác định bằng thực nghiệm. Đồ thị có âm lượng bằng nhau như một hàm của tần số thường được gọi chung là đường cong Fletcher-Munson theo tác phẩm gốc của Fletcher, H. và Munson, WA (1933) J.Acoust.Soc.Am. 6:59. Bạn có thể tạo đường cong của riêng mình bằng cách sử dụng trang web phản hồi thính giác của chúng tôi .

Âm thanh này bắt nguồn từ các phép đo tâm sinh lý trong đó các tình nguyện viên điều chỉnh âm thanh cho đến khi họ đánh giá chúng to gấp đôi. Điều này cho phép người ta liên hệ âm lượng cảm nhận được với âm thanh. Một sone được định nghĩa bằng 40 phons. Bằng thực nghiệm, người ta thấy rằng, trên 40 phons, mức âm thanh tăng 10 dB tương ứng với mức âm lượng tăng gấp đôi. Vì vậy, phép tính gần đúng đó được sử dụng trong định nghĩa về sone: 1 sone = 40 phon, 2 sone = 50 phon, 4 sone = 60 phon, v.v.

 

 

Mối quan hệ này ngụ ý rằng độ to và cường độ có liên hệ với nhau bằng định luật lũy thừa: độ to tính theo âm tỷ lệ với (cường độ) log 2 = (cường độ) 0,3 .

Sẽ thật tuyệt vời nếu có thể chuyển đổi từ dB (có thể đo bằng nhạc cụ) sang âm thanh (độ ồn gần đúng mà mọi người cảm nhận được) phải không? Điều này đôi khi được thực hiện bằng cách sử dụng các bảng mà bạn có thể tìm thấy trong sổ tay âm học. Tuy nhiên, nếu bạn không bận tâm đến một phép tính gần đúng khá thô sơ, bạn có thể nói rằng đường cong trọng số A xấp xỉ đáp ứng tần số của con người ở mức âm thanh từ thấp đến trung bình, do đó dB(A) gần giống như phons, trong một phạm vi giới hạn có mức độ thấp. Khi đó người ta có thể sử dụng mối quan hệ logarit giữa sones và phons được mô tả ở trên.

Mức ghi và decibel

Máy đo đo mức ghi hoặc mức đầu ra trên thiết bị điện tử âm thanh (bảng điều khiển trộn, v.v.) hầu như luôn ghi lại điện áp AC rms (xem các liên kết để tìm hiểu về AC và rms ). Với một điện trở R cho trước, công suất P là V 2 /R, do đóchênh lệch mức điện áp = 20 log (V 2 /V 1 ) dB = 10 log (V 2 /V 2 ) dB = 10 log (P 2 /P 1 ) dB, hoặcmức điện áp tuyệt đối = 20 log (V/V ref )

trong đó V ref là điện áp tham chiếu. Vậy điện áp tham chiếu là gì?Mức rõ ràng để chọn là một volt rms và trong trường hợp này mức được viết là dBV . Điều này là hợp lý và cũng thuận tiện với các thẻ kỹ thuật số tương tự có phạm vi tối đa thường là khoảng một volt rms. Vì vậy, người ta phải nhớ duy trì mức dBV âm (nhỏ hơn một volt) để tránh cắt các đỉnh tín hiệu, nhưng không quá âm (vì vậy tín hiệu của bạn vẫn lớn hơn nhiều so với nhiễu nền).

Đôi khi bạn sẽ thấy dBm . Điều này từng có nghĩa là decibel của năng lượng điện, tương ứng với một miliwatt, và đôi khi nó vẫn như vậy. Tuy nhiên, nó phức tạp vì lý do lịch sử. Vào giữa thế kỷ 20, nhiều đường dây âm thanh có trở kháng danh định là 600 Ω. Nếu trở kháng hoàn toàn là điện trở và nếu bạn đặt V 2/600 Ω = 1 mW, thì bạn nhận được V = 0,775 volt. Vì vậy, với điều kiện bạn đang sử dụng tải 600 Ω, 1 mW công suất là 0 dBm, tức là 0,775 V, do đó, bạn đã hiệu chỉnh máy đo mức của mình. Vấn đề nảy sinh bởi vì, khi một máy đo mức đo điện áp được hiệu chỉnh như thế này, nó sẽ đọc 0 dBm ở 0,775 V ngay cả khi nó không được kết nối với 600 Ω Vì vậy, có lẽ phi lý, dBm đôi khi sẽ có nghĩa là dB đối với 0,775 V. ( Khi tôi còn nhỏ, máy tính rất đắt tiền nên tôi đã sử dụng thước trượt cũ của bố, thước này có hệ số 0,775 được đánh dấu trên cửa sổ con trỏ để thuận tiện cho việc tính toán. )

Làm thế nào để chuyển đổi dBV hoặc dBm thành dB mức âm thanh? Không có cách nào đơn giản. Nó phụ thuộc vào cách bạn chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng âm thanh. Ngay cả khi tín hiệu điện của bạn được kết nối trực tiếp với loa, việc chuyển đổi sẽ phụ thuộc vào hiệu suất và trở kháng của loa. Và tất nhiên có thể có bộ khuếch đại công suất và nhiều biến chứng âm thanh khác nhau giữa nơi bạn đo dBV trên bàn trộn và vị trí tai của bạn trong trường âm thanh.

Cường độ, bức xạ và dB

Mức âm thanh (hoặc mức tín hiệu vô tuyến, v.v.) phụ thuộc như thế nào vào khoảng cách từ nguồn?Một nguồn phát ra bức xạ như nhau theo mọi hướng được gọi là nguồn đẳng hướng . Hãy xem xét một nguồn âm thanh biệt lập, cách xa mọi bề mặt phản xạ – có thể là một con chim đang hót trên không trung. Hãy tưởng tượng một hình cầu có bán kính r, có tâm ở nguồn. Nguồn phát ra tổng công suất P liên tục. Năng lượng âm thanh này lan ra và truyền qua bề mặt của quả cầu. Theo định nghĩa, nếu nguồn đẳng hướng thì cường độ I là như nhau ở mọi nơi trên bề mặt này. Cường độ I được định nghĩa là công suất trên một đơn vị diện tích . Diện tích bề mặt của quả cầu là 4πr 2 , do đó, công suất (trong ví dụ của chúng ta là công suất âm thanh) truyền qua mỗi mét vuông bề mặt theo định nghĩa:

I = P/4πr 2 .Vì vậy, chúng ta thấy rằng, đối với một nguồn đẳng hướng, cường độ tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến nguồn:Tôi 2 /I 1 = r 2 /r 2 .Nhưng cường độ tỷ lệ với bình phương áp suất âm thanh, nên chúng ta có thể viết như sau:p 2 /p 1 = r 1 /r 2 .Vì vậy, nếu chúng ta tăng gấp đôi khoảng cách, chúng ta sẽ giảm áp suất âm thanh theo hệ số 2 và cường độ âm thanh theo hệ số 4: nói cách khác, chúng ta giảm mức âm thanh đi 6 dB. Nếu chúng ta tăng r lên 10 lần thì chúng ta sẽ giảm mức 20 dB, v.v.Tuy nhiên, hãy cảnh báo rằng nhiều nguồn không đẳng hướng, đặc biệt nếu bước sóng nhỏ hơn hoặc có kích thước tương đương với nguồn. Hơn nữa, phản xạ thường khá quan trọng, đặc biệt nếu mặt đất ở gần hoặc nếu bạn ở trong nhà.

Áp suất, cường độ và trở kháng cụ thểĐối với sóng âm, trở kháng âm riêng z được định nghĩa là tỷ số giữa áp suất âm p và vận tốc hạt trung bình u, do ave âm thanh, z = p/u. Trong Trở kháng âm thanh, cường độ và công suất , chúng tôi trình bày cách liên hệ áp suất âm RMS p và cường độ I:Tôi = p 2 /zĐối với không khí, trở kháng âm riêng z là 420 kg.s −1 .m −2   = 420 Pa.sm −1 . Đối với nước (trong lành), trở kháng âm riêng của nước là 1,48 MPa.sm −1 . Vì vậy, sóng âm trong nước có cùng áp suất có cường độ thấp hơn nhiều so với sóng âm trong không khí.

dBi và bức xạ thay đổi theo hướng

Bức xạ có hướng thay đổi được gọi là dị hướng . Đối với nhiều trường hợp trong giao tiếp, bức xạ đẳng hướng là lãng phí: tại sao lại phát ra một phần năng lượng đáng kể hướng lên trên nếu người nhận, giống như bạn, tương đối gần mặt đất. Đối với âm thanh có bước sóng ngắn (bao gồm hầu hết phạm vi quan trọng của giọng nói), loa có thể giúp giọng nói của bạn trở nên bất đẳng hướng hơn. Đối với đài phát thanh, một loạt các thiết kế cho phép ăng-ten có tính dị hướng cao cho cả truyền và thu.Vì vậy, khi bạn quan tâm đến sự phát xạ theo (hoặc thu nhận từ) một hướng cụ thể, bạn muốn tỷ lệ cường độ đo được theo hướng đó, ở một khoảng cách nhất định, cao hơn cường độ đo được ở cùng khoảng cách từ bộ bức xạ đẳng hướng (hoặc thu được). bởi một máy thu đẳng hướng). Tỷ lệ này được gọi là độ lợi ; biểu thị tỷ lệ tính bằng dB và bạn có mức tăng tính bằng dBi cho bộ bức xạ đó. Thiết bị này chủ yếu được sử dụng cho ăng-ten, truyền và nhận, nhưng đôi khi nó được sử dụng cho nguồn âm thanh và micrô định hướng.

Vấn đề ví dụ

Một số người đã viết thư yêu cầu ví dụ về cách sử dụng dB trong tính toán. Vì thế…

  • Tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau, loa được điều khiển bởi bộ khuếch đại 100 W to hơn bao nhiêu (trong phạm vi tuyến tính) so với bộ khuếch đại 10 W?Công suất khác nhau gấp 10 lần, như chúng ta đã thấy ở trên, là 10 dB. Tất cả những thứ khác đều bằng nhau ở đây có nghĩa là đáp ứng tần số bằng nhau và sử dụng cùng một tín hiệu đầu vào, v.v. Vì vậy, sự phụ thuộc tần số phải giống nhau. 10 dB tương ứng với 10 phon. Để có được âm lượng tăng gấp đôi, bạn cần tăng 10 âm thanh. Vì vậy, loa được điều khiển bởi bộ khuếch đại 100 W sẽ to gấp đôi so với khi được điều khiển bởi bộ khuếch đại 10 W, giả sử bạn ở trong phạm vi tuyến tính và không làm biến dạng hoặc phá hủy loa. (Bộ khuếch đại 100 W tạo ra số lượng âm thanh nhiều gấp đôi so với bộ khuếch đại 10 W.)
  • Tôi đang đứng cách một nguồn âm thanh nhỏ một khoảng R (kích thước nhỏ hơn R nhiều), trên mặt đất ngoài trời, nơi có thể bỏ qua phản xạ. Mức âm thanh là L. Nếu bây giờ tôi di chuyển đến một khoảng cách nR (na số và nR vẫn lớn hơn nhiều so với kích thước của nguồn), mức âm thanh mới sẽ là bao nhiêu?Đầu tiên, hãy lưu ý rằng việc bỏ qua các phản xạ là rất quan trọng. Tính toán này sẽ không thực hiện được trong phòng, nơi phản xạ từ tường (gọi chung là tạo ra âm vang) khiến việc tính toán trở nên khá khó khăn. Ở ngoài trời, cường độ âm tỷ lệ với 1/r 2 , trong đó r là khoảng cách từ nguồn. (Hằng số tỷ lệ phụ thuộc vào mức độ phản xạ của mặt đất và không liên quan đến chúng ta ở đây, bởi vì nó sẽ gần như bị loại bỏ trong phép tính, miễn là r đủ lớn.) Vì vậy, nếu chúng ta tăng r từ R lên nR, chúng ta sẽ giảm cường độ từ I đến I/n 2 .Sự chênh lệch về decibel giữa hai tín hiệu có cường độ I2  I1 được xác định ở trên làΔL = 10 log (I 2 /I 1 ) = 10 log ((I/n 2 )/I) = 10 log (1/n 2 ) = −10 log (n 2 ) = −20 log n.Ví dụ: nếu n là 2 (tức là nếu chúng ta đi xa gấp đôi), cường độ giảm đi 4 lần và mức âm thanh giảm từ L xuống (L − 6dB).
  • Nếu, trong điều kiện yên tĩnh lý tưởng, một người trẻ có thể nghe thấy âm thanh 1 kHz ở mức 0 dB phát ra từ loa (có lẽ là loa mềm?), thì phải tăng công suất loa lên bao nhiêu để nâng âm thanh lên 110 dB (a mức độ ồn ào nguy hiểm nhưng có thể sống sót)?Độ chênh lệch decibel giữa hai tín hiệu công suất P 2 và P 1 được xác định ở trên làΔL = 10 log (P 2 /P 1 ) dB do đó, lũy thừa 10 của hai đại lượng bằng nhau này:
    10 L/10 = P 2 /P 1    nên:
    2 /P 1 = 10 110/10 = 10 11   = một trăm nghìn triệu.đó là bằng chứng cho thấy tai người có dải động rất lớn, có lẽ còn lớn hơn cả mắt.
  • Một bộ khuếch đại có đầu vào 10 mV và đầu ra 2 V. Độ lợi điện áp của nó tính bằng dB là bao nhiêu?Điện áp, giống như áp suất, xuất hiện dưới dạng bình phương trong biểu thức công suất hoặc cường độ. (Công suất tiêu tán trên điện trở R là V 2 /R.) Vì vậy, theo quy ước, chúng ta định nghĩa:khuếch đại = 20 log (V out /V in )
    = 20 log (2V/10mV)
    = 46 dB(Trong các trường hợp âm thanh nêu trên, chúng ta thấy rằng tỷ số áp suất, tính bằng dB, giống như tỷ số công suất: đó là lý do có hệ số 20 khi xác định dB cho áp suất. Điều đáng chú ý là, trong điện áp Ví dụ về độ khuếch đại, mức tăng công suất của bộ khuếch đại khó có thể bằng mức tăng điện áp, được xác định theo quy ước được sử dụng ở đây. Công suất tỷ lệ với bình phương điện áp trong một điện trở nhất định. Tuy nhiên, trở kháng đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại thường khá khác nhau. Ví dụ, bộ khuếch đại đệm hoặc bộ theo dõi bộ phát có mức tăng điện áp khoảng 1, nhưng mức tăng dòng điện lớn.)
  • Sự khác biệt, tính bằng dB, giữa bức xạ (cường độ ánh sáng) trên trái đất (cách mặt trời 8,3 phút ánh sáng) và trên Sao Thiên Vương (160 phút ánh sáng) là gì?Giống như âm thanh, cường độ ánh sáng đẳng hướng giảm theo r −2 , do đó tỉ số cường độ là (160/8.3) 2 = 20 log (160/8.3) = 26 dB.

Sức khỏe và an toàn lao động

Các quốc gia và tỉnh khác nhau rõ ràng có các luật khác nhau liên quan đến tiếp xúc với tiếng ồn tại nơi làm việc và được thực thi với sự nhiệt tình khác nhau. Nhiều quy định như vậy có giới hạn tiếp xúc với tiếng ồn liên tục là 85 dB(A) trong một ca làm việc 8 giờ. Với mỗi mức tăng 3 dB, mức phơi sáng cho phép sẽ giảm đi một nửa. Vì vậy, nếu bạn làm việc trong hộp đêm nơi âm nhạc khuếch đại tạo ra 100 dB(A) gần tai bạn thì thời gian tiếp xúc được phép là 15 phút. Có giới hạn đối với tiếng ồn xung như súng cầm tay hoặc các công cụ sử dụng chất nổ. (ví dụ không nên vượt quá đỉnh 140 dB vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày.) Có nhiều tài liệu đưa ra lời khuyên về cách giảm tiếp xúc tiếng ồn tại nguồn (tức là giảm mức nhạc xuống), giữa nguồn và tai (tức là di chuyển cách xa loa tại buổi hòa nhạc) và ở tai (tức là đeo nút tai hoặc thiết bị bảo vệ thính giác công nghiệp). Quản lý tiếng ồn và bảo vệ thính giác tại nơi làm việc là quy tắc thực hành ở bang New South Wales, Australia (địa chỉ của tác giả).

Một số câu hỏi thường gặp

  • Máy bay ồn ào thế nào? Một chuyến tàu? Một người đang hát? Chó sủa à? Một công cụ điện? Các câu trả lời cho câu hỏi này rất khác nhau. Nó phụ thuộc rất nhiều vào khoảng cách của bạn, bạn có ở trong nhà hay không, có tiếng vang hay không, nguồn cụ thể mạnh đến mức nào và quang phổ của nó là bao nhiêu. Đưa ra các giá trị mà không nêu cụ thể về các điều kiện sẽ gây hiểu nhầm phần nào. Bởi vì phần còn lại của trang này nhằm mục đích đáng tin cậy nên tôi không muốn đưa ra các giá trị ở đây.
  • Làm thế nào để “thêm decibel”?, nghĩa là bạn nhận được mức âm thanh nào khi thêm cấp độ a vào cấp độ b? Nếu các nguồn là nhất quán (thường có nghĩa là cuối cùng chúng đến từ cùng một nguồn), thì có thể có những hiệu ứng nhiễu phức tạp. Trong hầu hết các trường hợp, khi các nguồn độc lập, người ta có thể cộng cường độ và sau đó chuyển đổi thành decibel. Tuy nhiên, nếu bạn được cung cấp các mức âm thanh tính bằng dB(A), thì không dễ để quay lại cường độ và người ta phải biết điều gì đó về quang phổ của âm thanh. Nếu bạn biết sự phân bố của âm thanh ở các dải tần khác nhau, bạn có thể sử dụng applet trên liên kết này .

Logarit là gì? Giới thiệu ngắn gọn.

Đầu tiên chúng ta hãy nhìn vào số mũ. Nếu chúng ta viết 10 2 hoặc 10 3 , ý chúng ta là10 2 = 10*10 = 100 và 10 3  = 10*10*10 = 1000.Vì vậy, số mũ (2 hoặc 3 trong ví dụ của chúng ta) cho chúng ta biết cơ số (10 trong ví dụ của chúng ta) với chính nó bao nhiêu lần. Đối với trang này, chúng ta chỉ cần logarit cơ số 10 nên đó là tất cả những gì chúng ta sẽ thảo luận. Trong các ví dụ này, 2 là log của 100 và 3 là log của 1000. Trong phép tính nhân như trên, 10 1 có nghĩa là chỉ có một 10 trong tích, nên 1 là log của 10, hoặc nói cách khác10 1 = 10.Chúng ta cũng có thể có logarit âm. Khi chúng ta viết 10  2 , chúng ta có nghĩa là 0,01, tức là 1/100, vì vậy10  n = 1/10 nHãy tiến thêm một bước phức tạp hơn. Hãy tính giá trị của (10 2 ) 3 . Điều này đủ dễ thực hiện, từng bước một:(10 2 ) 3 = (100) 3 = 100*100*100 = 1.000.000 = 10 6 .Bằng cách viết nó ra, bạn nên thuyết phục bản thân rằng, với mọi số nguyên n và m,(10 n ) m = 10 nm .

 

log 10 x vs x.
log 10 x vs x.

 

Hi vọng bài viết đã giúp các bạn hiểu hết về dB trong vật lý nói chung và âm thanh nói riêng, nếu còn gì k hiểu các bạn để lại bình luận mình giải đáp nhé!

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *