وحدة لوغاريتمية تقيس مستوى ضغط الصوت

يقيس dB SPL (مستوى ضغط الصوت) ضغط الصوت بالنسبة إلى 20 ميكروباسكال، عتبة السمع البشري. يعني المقياس اللوغاريتمي أن +10 ديسيبل = زيادة في الضغط 10 مرات، +20 ديسيبل = زيادة في الضغط 100 مرة، ولكن فقط ضعف الجهارة المتصورة بسبب عدم خطية السمع البشري.

مثال: محادثة عند 60 ديسيبل لها ضغط أكبر 1000 مرة من عتبة السمع عند 0 ديسيبل، ولكنها تبدو أعلى 16 مرة فقط من الناحية الذاتية.

القوة المادية لكل منطقة تمارسها الموجات الصوتية

ضغط الصوت هو التغير اللحظي في الضغط الناتج عن موجة صوتية، ويقاس بالباسكال (Pa). يتراوح من 20 ميكروباسكال (بالكاد مسموع) إلى 200 باسكال (صاخب بشكل مؤلم). عادة ما يتم الإبلاغ عن ضغط RMS (الجذر التربيعي المتوسط) للأصوات المستمرة.

مثال: الكلام العادي يخلق 0.02 باسكال (63 ديسيبل). يصل حفل موسيقى الروك إلى 2 باسكال (100 ديسيبل) — ضغط أعلى 100 مرة ولكن أعلى 6 مرات فقط من الناحية الإدراكية.

القدرة الصوتية لكل وحدة مساحة

تقيس شدة الصوت تدفق الطاقة الصوتية عبر سطح، بالواط لكل متر مربع. تتعلق بـ (الضغط)² وهي أساسية في حساب القدرة الصوتية. عتبة السمع هي 10⁻¹² واط/م²، بينما ينتج محرك طائرة نفاثة 1 واط/م² على مسافة قريبة.

مثال: الهمس له شدة 10⁻¹⁰ واط/م² (20 ديسيبل). عتبة الألم هي 1 واط/م² (120 ديسيبل) — أكثر شدة بتريليون مرة.

اختراع الفونوغراف

يخترع توماس إديسون الفونوغراف، مما يتيح أول تسجيلات وتشغيل للصوت، ويثير الاهتمام بتحديد مستويات الصوت كميًا.

تقديم الديسيبل

تقدم مختبرات بيل للهاتف الديسيبل لقياس فقدان الإرسال في كابلات الهاتف. سُمي على اسم ألكسندر غراهام بيل، وسرعان ما أصبح معيارًا لقياس الصوت.

منحنيات فليتشر-مونسون

ينشر هارفي فليتشر ووايلدن إيه. مونسون منحنيات تساوي الجهارة التي تُظهر حساسية السمع المعتمدة على التردد، مما يضع الأساس لترجيح A ومقياس الفون.

مقياس مستوى الصوت

تم تطوير أول مقياس تجاري لمستوى الصوت، لتوحيد قياس الضوضاء للتطبيقات الصناعية والبيئية.

توحيد مقياس السون

يضفي ستانلي سميث ستيفنز الطابع الرسمي على مقياس السون (ISO 532)، مما يوفر مقياسًا خطيًا للجهارة المتصورة حيث مضاعفة السونات = مضاعفة الجهارة المتصورة.

معايير OSHA

تضع إدارة السلامة والصحة المهنية الأمريكية (OSHA) حدودًا للتعرض للضوضاء (85-90 ديسيبل TWA)، مما يجعل قياس الصوت أمرًا بالغ الأهمية لسلامة مكان العمل.

مراجعة ISO 226

تم تحديث منحنيات تساوي الجهارة بناءً على الأبحاث الحديثة، مما أدى إلى تحسين قياسات الفون ودقة ترجيح A عبر الترددات.

معايير الصوت الرقمي

تم توحيد LUFS (وحدات الجهارة بالنسبة للمقياس الكامل) للبث المباشر والتدفق، لتحل محل قياسات الذروة فقط بقياس الجهارة القائم على الإدراك.

• **+3 ديسيبل = مضاعفة القدرة** (بالكاد ملحوظ لمعظم الناس)
• **+6 ديسيبل = مضاعفة الضغط** (قانون التربيع العكسي، تقليل المسافة إلى النصف)
• **+10 ديسيبل ≈ أعلى بمرتين** (تتضاعف الجهارة المتصورة)
• **+20 ديسيبل = ضغط أعلى 10 مرات** (عقدان على المقياس اللوغاريتمي)
• **60 ديسيبل SPL ≈ محادثة عادية** (على مسافة 1 متر)
• **85 ديسيبل = حد OSHA لمدة 8 ساعات** (عتبة حماية السمع)
• **120 ديسيبل = عتبة الألم** (انزعاج فوري)

• **مصادر متساوية:** 80 ديسيبل + 80 ديسيبل = 83 ديسيبل (وليس 160!)
• **بفارق 10 ديسيبل:** 90 ديسيبل + 80 ديسيبل ≈ 90.4 ديسيبل (المصدر الأكثر هدوءًا بالكاد يهم)
• **بفارق 20 ديسيبل:** 90 ديسيبل + 70 ديسيبل ≈ 90.04 ديسيبل (مساهمة لا تذكر)
• **مضاعفة المصادر:** N من المصادر المتساوية = الأصل + 10×log₁₀(N) ديسيبل
• **10 مصادر متساوية بقوة 80 ديسيبل = 90 ديسيبل إجماليًا** (وليس 800 ديسيبل!)

• **0 ديسيبل SPL** = 20 ميكروباسكال = عتبة السمع
• **20 ديسيبل** = همس، مكتبة هادئة
• **60 ديسيبل** = محادثة عادية، مكتب
• **85 ديسيبل** = حركة مرور كثيفة، خطر على السمع
• **100 ديسيبل** = ملهى ليلي، منشار كهربائي
• **120 ديسيبل** = حفل موسيقى الروك، رعد
• **140 ديسيبل** = طلقة نارية، محرك طائرة نفاثة قريب
• **194 ديسيبل** = الحد الأقصى النظري في الغلاف الجوي

• **لا تجمع الديسيبل حسابيًا أبدًا** — استخدم صيغ الجمع اللوغاريتمية
• **dBA ≠ ديسيبل SPL** — ترجيح A يقلل من الجهير، لا يمكن التحويل المباشر
• **مضاعفة المسافة** ≠ نصف المستوى (إنها -6 ديسيبل، وليس -50%)
• **3 ديسيبل بالكاد ملحوظ،** وليس أعلى 3 مرات — الإدراك لوغاريتمي
• **0 ديسيبل ≠ صمت** — إنها النقطة المرجعية (20 ميكروباسكال)، يمكن أن تكون سالبة
• **فون ≠ ديسيبل** إلا عند 1 كيلوهرتز — جهارة متساوية تعتمد على التردد

ثلاثة أسباب تجعل القياس اللوغاريتمي ضروريًا:

• الإدراك البشري: تستجيب الأذنان لوغاريتميًا — مضاعفة الضغط تبدو مثل +6 ديسيبل، وليس مرتين
• ضغط النطاق: 0-140 ديسيبل مقابل 20 ميكروباسكال - 200 باسكال (غير عملي للاستخدام اليومي)
• الضرب يصبح جمعًا: دمج مصادر الصوت يستخدم الجمع البسيط
• التحجيم الطبيعي: عوامل 10 تصبح خطوات متساوية (20 ديسيبل، 30 ديسيبل، 40 ديسيبل...)

المقياس اللوغاريتمي غير بديهي. تجنب هذه الأخطاء:

• 60 ديسيبل + 60 ديسيبل = 63 ديسيبل (وليس 120 ديسيبل!) — جمع لوغاريتمي
• 90 ديسيبل - 80 ديسيبل ≠ فرق 10 ديسيبل — اطرح القيم، ثم استخدم اللوغاريتم العكسي
• مضاعفة المسافة تقلل المستوى بمقدار 6 ديسيبل (وليس 50%)
• تقليل القدرة إلى النصف = -3 ديسيبل (وليس -50%)
• زيادة 3 ديسيبل = ضعف القدرة (بالكاد ملحوظ)، 10 ديسيبل = ضعف الجهارة (مسموع بوضوح)

المعادلات الأساسية لحسابات مستوى الصوت:

• الضغط: ديسيبل SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• الشدة: ديسيبل IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• القدرة: ديسيبل SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• دمج مصادر متساوية: L_total = L + 10×log₁₀(n)، حيث n = عدد المصادر
• قانون المسافة: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) للمصادر النقطية

لا يمكنك جمع الديسيبلات حسابيًا. استخدم الجمع اللوغاريتمي:

• مصدران متساويان: L_total = L_single + 3 ديسيبل (على سبيل المثال، 80 ديسيبل + 80 ديسيبل = 83 ديسيبل)
• عشرة مصادر متساوية: L_total = L_single + 10 ديسيبل
• مستويات مختلفة: حول إلى خطي، اجمع، ثم حول مرة أخرى (معقد)
• قاعدة عامة: إضافة مصادر بفارق 10 ديسيبل أو أكثر بالكاد تزيد الإجمالي (<0.5 ديسيبل)
• مثال: آلة 90 ديسيبل + ضوضاء خلفية 70 ديسيبل = 90.04 ديسيبل (بالكاد ملحوظ)

وحدة مستوى الجهارة مرجعها 1 كيلوهرتز

تتبع قيم الفون منحنيات تساوي الجهارة (ISO 226:2003). صوت عند N فون له نفس الجهارة المتصورة مثل N ديسيبل SPL عند 1 كيلوهرتز. عند 1 كيلوهرتز، الفون = ديسيبل SPL بالضبط. عند الترددات الأخرى، تختلف بشكل كبير بسبب حساسية الأذن.

• مرجع 1 كيلوهرتز: 60 فون = 60 ديسيبل SPL عند 1 كيلوهرتز (حسب التعريف)
• 100 هرتز: 60 فون ≈ 70 ديسيبل SPL (+10 ديسيبل مطلوبة لتساوي الجهارة)
• 50 هرتز: 60 فون ≈ 80 ديسيبل SPL (+20 ديسيبل مطلوبة — يبدو الجهير أكثر هدوءًا)
• 4 كيلوهرتز: 60 فون ≈ 55 ديسيبل SPL (-5 ديسيبل — ذروة حساسية الأذن)
• التطبيق: معادلة الصوت، معايرة المعينات السمعية، تقييم جودة الصوت
• القيود: يعتمد على التردد؛ يتطلب نغمات نقية أو تحليل طيفي

وحدة خطية للجهارة الذاتية

تقيس السونات الجهارة المتصورة بشكل خطي: 2 سون تبدو أعلى بمرتين من 1 سون. تُعرّف بقانون ستيفنز للقدرة، 1 سون = 40 فون. مضاعفة السونات = +10 فون = +10 ديسيبل عند 1 كيلوهرتز.

• 1 سون = 40 فون = 40 ديسيبل SPL عند 1 كيلوهرتز (تعريف)
• المضاعفة: 2 سون = 50 فون، 4 سون = 60 فون، 8 سون = 70 فون
• قانون ستيفنز: الجهارة المتصورة ∝ (الشدة)^0.3 للأصوات متوسطة المستوى
• العالم الحقيقي: محادثة (1 سون)، مكنسة كهربائية (4 سون)، منشار كهربائي (64 سون)
• التطبيق: تقييمات ضوضاء المنتجات، مقارنات الأجهزة، التقييم الذاتي
• الميزة: بديهية — 4 سون تبدو حرفيًا أعلى 4 مرات من 1 سون

يستخدم الصوت الاحترافي الديسيبل على نطاق واسع لمستويات الإشارة والمزج والماسترينغ:

• 0 dBFS (المقياس الكامل): أقصى مستوى رقمي قبل القص
• المزج: استهداف -6 إلى -3 dBFS للذروة، -12 إلى -9 dBFS لـ RMS كهامش أمان
• الماسترينغ: -14 LUFS (وحدات الجهارة) للتدفق، -9 LUFS للراديو
• نسبة الإشارة إلى الضوضاء: >90 ديسيبل للمعدات الاحترافية، >100 ديسيبل لعشاق الصوتيات
• النطاق الديناميكي: الموسيقى الكلاسيكية 60+ ديسيبل، موسيقى البوب 6-12 ديسيبل (حرب الجهارة)
• صوتيات الغرفة: زمن التردد RT60، نقاط انحدار -3 ديسيبل مقابل -6 ديسيبل

حدود التعرض للضوضاء في مكان العمل تمنع فقدان السمع:

• OSHA: 85 ديسيبل = مستوى الإجراء TWA لمدة 8 ساعات (متوسط مرجح بالوقت)
• 90 ديسيبل: 8 ساعات كحد أقصى للتعرض بدون حماية
• 95 ديسيبل: 4 ساعات كحد أقصى، 100 ديسيبل: ساعتان كحد أقصى، 105 ديسيبل: ساعة واحدة كحد أقصى (قاعدة النصف)
• 115 ديسيبل: 15 دقيقة كحد أقصى بدون حماية
• 140 ديسيبل: خطر فوري — حماية السمع إلزامية
• قياس الجرعات: تتبع التعرض التراكمي باستخدام أجهزة قياس جرعات الضوضاء

اللوائح البيئية تحمي الصحة العامة ونوعية الحياة:

• إرشادات منظمة الصحة العالمية: <55 ديسيبل نهارًا، <40 ديسيبل ليلاً في الهواء الطلق
• وكالة حماية البيئة: Ldn (متوسط ​​النهار والليل) <70 ديسيبل لمنع فقدان السمع
• الطائرات: تتطلب إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) خطوط كنتور الضوضاء للمطارات (حد 65 ديسيبل DNL)
• البناء: الحدود المحلية عادة ما تكون 80-90 ديسيبل عند خط الملكية
• حركة المرور: تهدف حواجز ضوضاء الطرق السريعة إلى تقليل 10-15 ديسيبل
• القياس: ترجيح dBA يقارب استجابة الإزعاج البشري

يتطلب التصميم الصوتي تحكمًا دقيقًا في مستوى الصوت:

• وضوح الكلام: استهداف 65-70 ديسيبل عند المستمع، <35 ديسيبل ضوضاء خلفية
• قاعات الحفلات الموسيقية: 80-95 ديسيبل للذروة، زمن تردد 2-2.5 ثانية
• استوديوهات التسجيل: NC 15-20 (منحنيات معيار الضوضاء)، <25 ديسيبل ضوضاء محيطة
• الفصول الدراسية: <35 ديسيبل ضوضاء خلفية، نسبة الكلام إلى الضوضاء 15+ ديسيبل
• تصنيفات STC: فئة نقل الصوت (أداء عزل الجدران)
• NRC: معامل تقليل الضوضاء لمواد الامتصاص

• استخدم مقاييس مستوى الصوت من الفئة 1 أو الفئة 2 المعايرة (IEC 61672)
• قم بالمعايرة قبل كل جلسة باستخدام معاير صوتي (94 أو 114 ديسيبل)
• ضع الميكروفون بعيدًا عن الأسطح العاكسة (ارتفاع نموذجي 1.2-1.5م)
• استخدم استجابة بطيئة (1 ثانية) للأصوات الثابتة، وسريعة (125 مللي ثانية) للأصوات المتقلبة
• استخدم واقي الرياح في الهواء الطلق (تبدأ ضوضاء الرياح عند 12 ميل/ساعة / 5 م/ث)
• سجل لمدة 15+ دقيقة لالتقاط التغيرات الزمنية

• ترجيح A (dBA): للأغراض العامة، الضوضاء البيئية، المهنية
• ترجيح C (dBC): لقياسات الذروة، تقييم الترددات المنخفضة
• ترجيح Z (dBZ): استجابة مسطحة لتحليل الطيف الكامل
• لا تحول أبدًا بين dBA ↔ dBC — يعتمد على محتوى التردد
• ترجيح A يقارب منحنى 40-فون (جهارة معتدلة)
• استخدم تحليل نطاق الأوكتاف للحصول على معلومات تردد مفصلة

• حدد دائمًا: ديسيبل SPL, dBA, dBC, dBZ (وليس 'ديسيبل' فقط)
• أبلغ عن ترجيح الوقت: سريع، بطيء، نبضي
• أدرج المسافة، ارتفاع القياس، والاتجاه
• لاحظ مستويات ضوضاء الخلفية بشكل منفصل
• أبلغ عن Leq (المستوى المستمر المكافئ) للأصوات المتغيرة
• أدرج عدم اليقين في القياس (نموذجي ±1-2 ديسيبل)

• 85 ديسيبل: فكر في الحماية للتعرض المطول (>8 ساعات)
• 90 ديسيبل: حماية إلزامية بعد 8 ساعات (OSHA)
• 100 ديسيبل: استخدم الحماية بعد ساعتين
• 110 ديسيبل: احمِ بعد 30 دقيقة، حماية مزدوجة فوق 115 ديسيبل
• سدادات الأذن: تقليل 15-30 ديسيبل، واقيات الأذن: 20-35 ديسيبل
• لا تتجاوز أبدًا 140 ديسيبل حتى مع الحماية — خطر الصدمة الجسدية

تنتج الحيتان الزرقاء نداءات تصل إلى 188 ديسيبل SPL تحت الماء — وهو أعلى صوت بيولوجي على وجه الأرض. يمكن لهذه النداءات منخفضة التردد (15-20 هرتز) أن تنتقل لمئات الأميال عبر المحيط، مما يتيح للحيتان التواصل عبر مسافات شاسعة.

أهدأ غرفة في العالم (Microsoft, Redmond) تقيس -20.6 ديسيبل SPL — أهدأ من عتبة السمع. يمكن للناس سماع نبضات قلوبهم، ودورة الدم، وحتى قرقرة المعدة. لم يبق أحد أكثر من 45 دقيقة بسبب الارتباك.

أعلى صوت في التاريخ المسجل: 310 ديسيبل SPL عند المصدر، سُمع على بعد 3000 ميل. دارت موجة الضغط حول الأرض 4 مرات. عانى البحارة على بعد 40 ميلاً من تمزق طبلة الأذن. لا يمكن أن توجد مثل هذه الشدة في الغلاف الجوي العادي — إنها تخلق موجات صدمة.

194 ديسيبل SPL هو الحد الأقصى النظري في غلاف الأرض الجوي عند مستوى سطح البحر — بعد هذا، تخلق موجة صدمة (انفجار)، وليس موجة صوتية. عند 194 ديسيبل، يساوي التخلخل الفراغ (0 باسكال)، لذا يصبح الصوت متقطعًا.

تسمع الكلاب من 67-45000 هرتز (مقابل البشر 20-20000 هرتز) وتكتشف الأصوات على مسافة أبعد 4 مرات. تبلغ حساسية سمعها ذروتها حوالي 8 كيلوهرتز — أكثر حساسية بـ 10 ديسيبل من البشر. هذا هو سبب عمل صفارات الكلاب: 23-54 كيلوهرتز، غير مسموعة للبشر.

تستهدف دور السينما 85 ديسيبل SPL كمتوسط ​​(Leq) مع ذروات 105 ديسيبل (مواصفات Dolby). هذا أعلى بـ 20 ديسيبل من المشاهدة المنزلية. استجابة الترددات المنخفضة الممتدة: تمكن مضخمات الصوت 20 هرتز من تحقيق انفجارات وتأثيرات واقعية — عادةً ما تنقطع الأنظمة المنزلية عند 40-50 هرتز.

يطبق dBA ترجيحًا يعتمد على التردد يضعف الترددات المنخفضة. نغمة 100 هرتز عند 80 ديسيبل SPL تقيس ~70 dBA (ترجيح -10 ديسيبل)، بينما 1 كيلوهرتز عند 80 ديسيبل SPL يقيس 80 dBA (لا يوجد ترجيح). بدون معرفة طيف التردد، يكون التحويل مستحيلاً. ستحتاج إلى تحليل FFT وتطبيق منحنى ترجيح A العكسي.

+3 ديسيبل = مضاعفة القدرة أو الشدة، ولكن فقط زيادة في الضغط بمقدار 1.4 مرة. يتبع الإدراك البشري استجابة لوغاريتمية: زيادة 10 ديسيبل تبدو أعلى بمرتين تقريبًا. 3 ديسيبل هو أصغر تغيير يكتشفه معظم الناس في ظل ظروف خاضعة للرقابة؛ في البيئات الحقيقية، يلزم 5+ ديسيبل.

لا يمكنك جمع الديسيبلات حسابيًا. للمستويات المتساوية: L_total = L + 3 ديسيبل. للمستويات المختلفة: حول إلى خطي (10^(ديسيبل/10))، اجمع، ثم حول مرة أخرى (10×log₁₀). مثال: 80 ديسيبل + 80 ديسيبل = 83 ديسيبل (وليس 160 ديسيبل!). قاعدة عامة: مصدر أهدأ بـ 10+ ديسيبل يساهم بأقل من 0.5 ديسيبل في الإجمالي.

ديسيبل SPL: مستوى ضغط صوت غير مرجح. dBA: مرجح A (يقارب السمع البشري، يضعف الجهير). dBC: مرجح C (شبه مسطح، ترشيح ضئيل). استخدم dBA للضوضاء العامة، البيئية، المهنية. استخدم dBC لقياسات الذروة وتقييم الترددات المنخفضة. يقيسون نفس الصوت بشكل مختلف — لا يوجد تحويل مباشر.

يتبع الصوت قانون التربيع العكسي: مضاعفة المسافة تقلل الشدة بمقدار ¼ (وليس ½). بالديسيبل: كل مضاعفة للمسافة = -6 ديسيبل. مثال: 90 ديسيبل عند 1م تصبح 84 ديسيبل عند 2م، 78 ديسيبل عند 4م، 72 ديسيبل عند 8م. هذا يفترض وجود مصدر نقطي في مجال حر — تحتوي الغرف على انعكاسات تعقد هذا الأمر.

نعم! 0 ديسيبل SPL هو النقطة المرجعية (20 ميكروباسكال)، وليس الصمت. يعني الديسيبل السالب أهدأ من المرجع. مثال: -10 ديسيبل SPL = 6.3 ميكروباسكال. تقيس الغرف عديمة الصدى حتى -20 ديسيبل. ومع ذلك، فإن الضوضاء الحرارية (الحركة الجزيئية) تضع حدًا مطلقًا حوالي -23 ديسيبل عند درجة حرارة الغرفة.

الدقة والمعايرة. تلبي مقاييس الفئة 1 معيار IEC 61672 (±0.7 ديسيبل، 10 هرتز - 20 كيلوهرتز). المقاييس الرخيصة: خطأ ±2-5 ديسيبل، استجابة ضعيفة للترددات المنخفضة/العالية، لا توجد معايرة. يتطلب الاستخدام الاحترافي معايرة قابلة للتتبع، وتسجيل، وتحليل أوكتاف، ومتانة. يتطلب الامتثال القانوني/لـ OSHA معدات معتمدة.

عند 1 كيلوهرتز: فون = ديسيبل SPL بالضبط (حسب التعريف). عند الترددات الأخرى: تتباعد بسبب حساسية الأذن. مثال: 60 فون يتطلب 60 ديسيبل عند 1 كيلوهرتز، ولكن 70 ديسيبل عند 100 هرتز (+10 ديسيبل) و 55 ديسيبل عند 4 كيلوهرتز (-5 ديسيبل). يأخذ الفون في الاعتبار منحنيات تساوي الجهارة، بينما لا يفعل الديسيبل ذلك.