Kitengo cha logariti kinachopima kiwango cha shinikizo la sauti

dB SPL (Kiwango cha Shinikizo la Sauti) hupima shinikizo la sauti kulinganisha na 20 µPa, kizingiti cha usikivu wa binadamu. Kipimo cha logariti kinamaanisha +10 dB = ongezeko la shinikizo mara 10, +20 dB = ongezeko la shinikizo mara 100, lakini ni ongezeko la sauti linalosikika mara 2 tu kutokana na kutokuwa na mstari kwa usikivu wa binadamu.

Mfano: Mazungumzo kwa 60 dB yana shinikizo kubwa mara 1000 kuliko kizingiti cha kusikia kwa 0 dB, lakini husikika tu mara 16 zaidi kwa hisia.

Nguvu ya kimwili kwa eneo inayotolewa na mawimbi ya sauti

Shinikizo la sauti ni tofauti ya shinikizo la papo hapo inayosababishwa na wimbi la sauti, linalopimwa kwa pascal (Pa). Inatofautiana kutoka 20 µPa (karibu kutosikika) hadi 200 Pa (sauti kubwa ya kuumiza). Shinikizo la RMS (mzizi wa wastani wa mraba) kawaida huripotiwa kwa sauti endelevu.

Mfano: Hotuba ya kawaida huunda 0.02 Pa (63 dB). Tamasha la rock hufikia 2 Pa (100 dB)—shinikizo kubwa mara 100 lakini linasikika tu mara 6 zaidi.

Nguvu ya akustiki kwa eneo la kitengo

Ukali wa sauti hupima mtiririko wa nishati ya akustiki kupitia uso, katika wati kwa kila mita ya mraba. Inahusiana na shinikizo² na ni msingi katika kukokotoa nguvu ya sauti. Kizingiti cha kusikia ni 10⁻¹² W/m², wakati injini ya ndege hutoa 1 W/m² kwa karibu.

Mfano: Mnong'ono una ukali wa 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). Kizingiti cha maumivu ni 1 W/m² (120 dB)—mara trilioni moja zaidi.

Fonografu Ilivumuliwa

Thomas Edison alivumbua fonografu, na kuwezesha rekodi za kwanza na uchezaji wa sauti, na hivyo kuamsha shauku ya kupima viwango vya sauti.

Desibeli Ilianzishwa

Maabara ya Simu ya Bell ilianzisha desibeli kwa ajili ya kupima upotevu wa upitishaji katika nyaya za simu. Ilipewa jina la Alexander Graham Bell, na haraka ikawa kiwango cha upimaji wa sauti.

Miviringo ya Fletcher-Munson

Harvey Fletcher na Wilden A. Munson walichapisha michoro ya sauti sawa inayoonyesha unyeti wa kusikia unaotegemea marudio, na kuweka msingi wa upimaji wa A-weighting na kipimo cha fon.

Mita ya Kiwango cha Sauti

Mita ya kwanza ya kibiashara ya kiwango cha sauti ilitengenezwa, na kusawazisha upimaji wa kelele kwa matumizi ya viwandani na kimazingira.

Kipimo cha Son Kilisawazishwa

Stanley Smith Stevens alirasimisha kipimo cha son (ISO 532), akitoa kipimo cha mstari cha sauti inayosikika ambapo kuongezeka mara mbili kwa son = kuongezeka mara mbili kwa sauti inayosikika.

Viwango vya OSHA

Utawala wa Usalama na Afya Kazini wa Marekani (OSHA) ulianzisha viwango vya juu vya mfiduo wa kelele (85-90 dB TWA), na kufanya upimaji wa sauti kuwa muhimu kwa usalama mahali pa kazi.

Marekebisho ya ISO 226

Michoro ya sauti sawa iliyosasishwa kulingana na utafiti wa kisasa, ikiboresha vipimo vya fon na usahihi wa upimaji wa A-weighting katika marudio yote.

Viwango vya Sauti vya Kidijitali

LUFS (Vitengo vya Sauti jamaa na Kiwango Kamili) vilisawazishwa kwa ajili ya utangazaji na utiririshaji, vikichukua nafasi ya vipimo vya kilele pekee na upimaji wa sauti unaozingatia mtazamo.

• **+3 dB = kuongezeka mara mbili kwa nguvu** (karibu isionekane kwa watu wengi)
• **+6 dB = kuongezeka mara mbili kwa shinikizo** (sheria ya mraba kinyume, kupunguza umbali kwa nusu)
• **+10 dB ≈ mara 2 zaidi** (sauti inayosikika huongezeka mara mbili)
• **+20 dB = mara 10 shinikizo** (miongo miwili kwenye kipimo cha logariti)
• **60 dB SPL ≈ mazungumzo ya kawaida** (katika umbali wa mita 1)
• **85 dB = kikomo cha masaa 8 cha OSHA** (kizingiti cha ulinzi wa masikio)
• **120 dB = kizingiti cha maumivu** (usumbufu wa haraka)

• **Vyanzo sawa:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (sio 160!)
• **Tofauti ya 10 dB:** 90 dB + 80 dB ≈ 90.4 dB (chanzo chenye sauti ya chini hakina umuhimu mkubwa)
• **Tofauti ya 20 dB:** 90 dB + 70 dB ≈ 90.04 dB (mchango usio na maana)
• **Kuongeza vyanzo mara mbili:** Vyanzo N sawa = asili + 10×log₁₀(N) dB
• **Vyanzo 10 sawa vya 80 dB = 90 dB jumla** (sio 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = kizingiti cha kusikia
• **20 dB** = mnong'ono, maktaba tulivu
• **60 dB** = mazungumzo ya kawaida, ofisi
• **85 dB** = msongamano mkubwa wa magari, hatari kwa masikio
• **100 dB** = klabu ya usiku, msumeno wa minyororo
• **120 dB** = tamasha la rock, ngurumo
• **140 dB** = mlio wa bunduki, injini ya ndege karibu
• **194 dB** = kiwango cha juu cha kinadharia katika angahewa

• **Kamwe usiongeze dB kwa njia ya hesabu** — tumia fomula za kuongeza za logariti
• **dBA ≠ dB SPL** — Upimaji wa A-weighting hupunguza besi, hakuna ubadilishaji wa moja kwa moja unaowezekana
• **Kuongeza umbali mara mbili** ≠ nusu ya kiwango (ni -6 dB, sio -50%)
• **3 dB karibu isionekane,** sio mara 3 zaidi — mtazamo ni wa logariti
• **0 dB ≠ ukimya** — ni alama ya marejeleo (20 µPa), inaweza kuwa hasi
• **fon ≠ dB** isipokuwa kwa 1 kHz — sauti sawa inayotegemea marudio

Sababu tatu hufanya upimaji wa logariti kuwa muhimu:

• Mtazamo wa binadamu: Masikio hujibu kwa logariti—kuongeza shinikizo mara mbili husikika kama +6 dB, sio mara 2
• Ukandamizaji wa anuwai: 0-140 dB dhidi ya 20 µPa - 200 Pa (haiwezekani kwa matumizi ya kila siku)
• Kuzidisha kunakuwa kuongeza: Kuunganisha vyanzo vya sauti hutumia uongezaji rahisi
• Kipimo cha asili: Sababu za 10 huwa hatua sawa (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Kipimo cha logariti si rahisi kuelewa. Epuka makosa haya:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (sio 120 dB!) — uongezaji wa logariti
• 90 dB - 80 dB ≠ tofauti ya 10 dB—toa thamani, kisha antilog
• Kuongeza umbali mara mbili hupunguza kiwango kwa 6 dB (sio 50%)
• Kupunguza nguvu kwa nusu = -3 dB (sio -50%)
• Ongezeko la 3 dB = nguvu mara 2 (karibu isionekane), 10 dB = sauti kuu mara 2 (inasikika wazi)

Milinganyo ya msingi kwa hesabu za kiwango cha sauti:

• Shinikizo: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Ukali: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Nguvu: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Kuunganisha vyanzo sawa: L_total = L + 10×log₁₀(n), ambapo n = idadi ya vyanzo
• Sheria ya umbali: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) kwa vyanzo vya nukta

Huwezi kuongeza desibeli kwa njia ya hesabu. Tumia uongezaji wa logariti:

• Vyanzo viwili sawa: L_total = L_single + 3 dB (k.m., 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Vyanzo kumi sawa: L_total = L_single + 10 dB
• Viwango tofauti: Badilisha kuwa mstari, ongeza, badilisha tena (ngumu)
• Kanuni ya kidole gumba: Kuongeza vyanzo vilivyotofautiana kwa 10+ dB karibu hakuongezi jumla (<0.5 dB)
• Mfano: mashine ya 90 dB + mandhari ya 70 dB = 90.04 dB (karibu isionekane)

Kitengo cha kiwango cha sauti kinachorejelewa kwa 1 kHz

Thamani za fon hufuata michoro ya sauti sawa (ISO 226:2003). Sauti kwa N fon ina sauti inayosikika sawa na N dB SPL kwa 1 kHz. Kwa 1 kHz, fon = dB SPL hasa. Kwa marudio mengine, hutofautiana sana kutokana na unyeti wa sikio.

• Rejeleo la 1 kHz: 60 fon = 60 dB SPL kwa 1 kHz (kwa ufafanuzi)
• 100 Hz: 60 fon ≈ 70 dB SPL (+10 dB inahitajika kwa sauti sawa)
• 50 Hz: 60 fon ≈ 80 dB SPL (+20 dB inahitajika—besi husikika tulivu zaidi)
• 4 kHz: 60 fon ≈ 55 dB SPL (-5 dB—kilele cha unyeti wa sikio)
• Matumizi: Usawazishaji wa sauti, urekebishaji wa vifaa vya kusikia, tathmini ya ubora wa sauti
• Kikomo: Inategemea marudio; inahitaji toni safi au uchambuzi wa spektra

Kitengo cha mstari cha sauti ya kibinafsi

Sones hupima sauti inayosikika kwa mstari: sones 2 husikika mara mbili zaidi kuliko sone 1. Inafafanuliwa na sheria ya nguvu ya Stevens, sone 1 = fon 40. Kuongeza sones mara mbili = +10 fon = +10 dB kwa 1 kHz.

• 1 son = 40 fon = 40 dB SPL kwa 1 kHz (ufafanuzi)
• Kuongeza mara mbili: sones 2 = 50 fon, sones 4 = 60 fon, sones 8 = 70 fon
• Sheria ya Stevens: Sauti inayosikika ∝ (ukali)^0.3 kwa sauti za kiwango cha kati
• Ulimwengu halisi: Mazungumzo (1 son), kisafishaji cha utupu (4 sones), msumeno wa minyororo (64 sones)
• Matumizi: Ukadiriaji wa kelele za bidhaa, ulinganisho wa vifaa, tathmini ya kibinafsi
• Faida: Inayoeleweka—sones 4 husikika kihalisi mara 4 zaidi kuliko sone 1

Sauti ya kitaalamu hutumia dB sana kwa viwango vya ishara, kuchanganya, na kumalizia:

• 0 dBFS (Kiwango Kamili): Kiwango cha juu cha dijitali kabla ya kukatwa
• Kuchanganya: Lengo la kilele cha -6 hadi -3 dBFS, RMS ya -12 hadi -9 dBFS kwa ajili ya nafasi ya juu
• Kumalizia: -14 LUFS (vitengo vya sauti) kwa ajili ya utiririshaji, -9 LUFS kwa ajili ya redio
• Uwiano wa ishara-kwa-kelele: >90 dB kwa vifaa vya kitaalamu, >100 dB kwa wapenzi wa sauti
• Anuwai ya nguvu: Muziki wa klasiki 60+ dB, muziki wa pop 6-12 dB (vita vya sauti)
• Akustiki ya chumba: Wakati wa mwangwi wa RT60, alama za kushuka za -3 dB dhidi ya -6 dB

Viwango vya juu vya mfiduo wa kelele mahali pa kazi huzuia upotevu wa kusikia:

• OSHA: 85 dB = kiwango cha hatua cha TWA cha masaa 8 (wastani wa uzito wa muda)
• 90 dB: mfiduo wa juu wa masaa 8 bila ulinzi
• 95 dB: masaa 4 ya juu, 100 dB: masaa 2, 105 dB: saa 1 (kanuni ya nusu)
• 115 dB: dakika 15 za juu bila ulinzi
• 140 dB: Hatari ya haraka—ulinzi wa masikio ni lazima
• Dosimetri: Kufuatilia mfiduo wa jumla kwa kutumia dosimita za kelele

Kanuni za mazingira hulinda afya ya umma na ubora wa maisha:

• Miongozo ya WHO: <55 dB mchana, <40 dB usiku nje
• EPA: Ldn (wastani wa mchana-usiku) <70 dB ili kuzuia upotevu wa kusikia
• Ndege: FAA inahitaji michoro ya kelele kwa viwanja vya ndege (kikomo cha 65 dB DNL)
• Ujenzi: Viwango vya juu vya eneo kawaida ni 80-90 dB kwenye mstari wa mali
• Trafiki: Vizuizi vya kelele vya barabara kuu vinalenga kupunguza kwa 10-15 dB
• Upimaji: upimaji wa dBA unakaribia mwitikio wa usumbufu wa binadamu

Usanifu wa akustiki unahitaji udhibiti sahihi wa kiwango cha sauti:

• Uelewa wa hotuba: Lengo la 65-70 dB kwa msikilizaji, <35 dB ya mandharinyuma
• Ukumbi wa tamasha: kilele cha 80-95 dB, muda wa mwangwi wa 2-2.5s
• Studio za kurekodi: NC 15-20 (miviringo ya vigezo vya kelele), <25 dB ya mazingira
• Madarasa: <35 dB ya mandharinyuma, uwiano wa hotuba-kwa-kelele wa 15+ dB
• Ukadiriaji wa STC: Darasa la Upitishaji wa Sauti (utendaji wa kutenga wa ukuta)
• NRC: Mgawo wa Kupunguza Kelele kwa vifaa vya kunyonya

• Tumia mita za kiwango cha sauti za Daraja la 1 au Daraja la 2 zilizosawazishwa (IEC 61672)
• Sawazisha kabla ya kila kipindi na kalibrata ya akustiki (94 au 114 dB)
• Weka maikrofoni mbali na nyuso zinazoakisi (urefu wa kawaida 1.2-1.5m)
• Tumia mwitikio wa polepole (1s) kwa sauti thabiti, wa haraka (125ms) kwa zinazobadilika
• Weka kinga ya upepo nje (kelele ya upepo huanza kwa 12 mph / 5 m/s)
• Rekodi kwa dakika 15+ ili kunasa mabadiliko ya muda

• Upimaji wa A (dBA): Matumizi ya jumla, kelele za mazingira, kazini
• Upimaji wa C (dBC): Vipimo vya kilele, tathmini ya marudio ya chini
• Upimaji wa Z (dBZ): Mwitikio gorofa kwa uchambuzi kamili wa spektra
• Kamwe usibadilishe dBA ↔ dBC—inategemea maudhui ya marudio
• Upimaji wa A unakaribia mchoro wa 40-fon (sauti ya wastani)
• Tumia uchambuzi wa bendi ya oktava kwa maelezo ya kina ya marudio

• Daima taja: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (kamwe 'dB' pekee)
• Ripoti uzito wa muda: Haraka, Polepole, Msukumo
• Jumuisha umbali, urefu wa upimaji, na mwelekeo
• Andika viwango vya kelele vya mandharinyuma kando
• Ripoti Leq (kiwango endelevu sawa) kwa sauti zinazobadilika
• Jumuisha kutokuwa na uhakika wa upimaji (kawaida ±1-2 dB)

• 85 dB: Fikiria ulinzi kwa mfiduo wa muda mrefu (> masaa 8)
• 90 dB: Ulinzi wa lazima baada ya masaa 8 (OSHA)
• 100 dB: Tumia ulinzi baada ya masaa 2
• 110 dB: Jilinde baada ya dakika 30, ulinzi mara mbili juu ya 115 dB
• Vibao vya masikio: upunguzaji wa 15-30 dB, vifuniko vya masikio: 20-35 dB
• Kamwe usizidi 140 dB hata ukiwa na ulinzi—hatari ya jeraha la kimwili

Nyangumi wa bluu hutoa miito hadi 188 dB SPL chini ya maji—sauti ya kibiolojia kubwa zaidi Duniani. Miito hii ya marudio ya chini (15-20 Hz) inaweza kusafiri mamia ya maili kupitia bahari, na kuwezesha mawasiliano ya nyangumi katika umbali mkubwa sana.

Chumba tulivu zaidi duniani (Microsoft, Redmond) kinapima -20.6 dB SPL—tulivu kuliko kizingiti cha kusikia. Watu wanaweza kusikia mapigo ya moyo wao wenyewe, mzunguko wa damu, na hata mngurumo wa tumbo. Hakuna aliyekaa kwa zaidi ya dakika 45 kutokana na kuchanganyikiwa.

Sauti kubwa zaidi katika historia iliyorekodiwa: 310 dB SPL kwenye chanzo, ilisikika maili 3,000 mbali. Wimbi la shinikizo lilizunguka Dunia mara 4. Mabaharia maili 40 mbali walipata eardrum zilizopasuka. Ukali kama huo hauwezi kuwepo katika angahewa ya kawaida—huunda mawimbi ya mshtuko.

194 dB SPL ni kiwango cha juu cha kinadharia katika angahewa la Dunia kwenye usawa wa bahari—zaidi ya hapo, unaunda wimbi la mshtuko (mlipuko), sio wimbi la sauti. Katika 194 dB, rarefaction inalingana na ombwe (0 Pa), kwa hivyo sauti inakuwa isiyoendelevu.

Mbwa husikia 67-45,000 Hz (dhidi ya binadamu 20-20,000 Hz) na hugundua sauti mara 4 mbali zaidi. Unyeti wao wa kusikia hufikia kilele karibu 8 kHz—10 dB nyeti zaidi kuliko binadamu. Hii ndiyo sababu filimbi za mbwa hufanya kazi: 23-54 kHz, hazisikiki kwa binadamu.

Majumba ya sinema hulenga wastani wa 85 dB SPL (Leq) na kilele cha 105 dB (vipimo vya Dolby). Hii ni sauti kubwa zaidi kwa 20 dB kuliko kutazama nyumbani. Mwitikio wa marudio ya chini uliopanuliwa: subwoofers za 20 Hz huwezesha milipuko na athari za kweli—mifumo ya nyumbani kawaida hukata kwa 40-50 Hz.

dBA hutumia uzito unaotegemea marudio ambao hupunguza marudio ya chini. Toni ya 100 Hz kwa 80 dB SPL hupima ~70 dBA (uzito wa -10 dB), wakati 1 kHz kwa 80 dB SPL hupima 80 dBA (hakuna uzito). Bila kujua spektra ya marudio, ubadilishaji hauwezekani. Utahitaji uchambuzi wa FFT na kutumia mzingo wa uzito wa A ulio kinyume.

+3 dB = kuongeza nguvu au ukali mara mbili, lakini ni ongezeko la shinikizo mara 1.4 tu. Mtazamo wa binadamu hufuata mwitikio wa logariti: ongezeko la 10 dB husikika karibu mara 2 zaidi. 3 dB ni mabadiliko madogo zaidi ambayo watu wengi hugundua katika hali zilizodhibitiwa; katika mazingira halisi, 5+ dB inahitajika.

Huwezi kuongeza desibeli kwa njia ya hesabu. Kwa viwango sawa: L_total = L + 3 dB. Kwa viwango tofauti: Badilisha kuwa mstari (10^(dB/10)), ongeza, badilisha tena (10×log₁₀). Mfano: 80 dB + 80 dB = 83 dB (sio 160 dB!). Kanuni ya kidole gumba: chanzo kilicho tulivu kwa 10+ dB huchangia <0.5 dB kwa jumla.

dB SPL: Kiwango cha shinikizo la sauti kisicho na uzito. dBA: A-weighted (inakaribia usikivu wa binadamu, hupunguza besi). dBC: C-weighted (karibu gorofa, uchujaji mdogo). Tumia dBA kwa kelele za jumla, za mazingira, kazini. Tumia dBC kwa vipimo vya kilele na tathmini ya marudio ya chini. Wanapima sauti moja kwa njia tofauti—hakuna ubadilishaji wa moja kwa moja.

Sauti hufuata sheria ya mraba kinyume: kuongeza umbali mara mbili hupunguza ukali kwa ¼ (sio ½). Katika dB: kila ongezeko la umbali mara mbili = -6 dB. Mfano: 90 dB kwa 1m huwa 84 dB kwa 2m, 78 dB kwa 4m, 72 dB kwa 8m. Hii inachukua chanzo cha nukta katika uwanja huru—vyumba vina mwangwi unaochanganya hili.

Ndio! 0 dB SPL ni alama ya marejeleo (20 µPa), sio ukimya. dB hasi inamaanisha tulivu kuliko marejeleo. Mfano: -10 dB SPL = 6.3 µPa. Vyumba vya anechoic hupima hadi -20 dB. Walakini, kelele ya joto (mwendo wa molekuli) huweka kikomo kamili karibu -23 dB kwenye joto la kawaida.

Usahihi na usawazishaji. Mita za Daraja la 1 zinatimiza IEC 61672 (±0.7 dB, 10 Hz-20 kHz). Mita za bei rahisi: kosa la ±2-5 dB, mwitikio duni wa marudio ya chini/juu, hakuna usawazishaji. Matumizi ya kitaalamu yanahitaji usawazishaji unaoweza kufuatiliwa, kurekodi, uchambuzi wa oktava, na uimara. Uzingatiaji wa kisheria/OSHA unahitaji vifaa vilivyothibitishwa.

Kwa 1 kHz: fon = dB SPL hasa (kwa ufafanuzi). Kwa marudio mengine: hutofautiana kutokana na unyeti wa sikio. Mfano: 60 fon zinahitaji 60 dB kwa 1 kHz, lakini 70 dB kwa 100 Hz (+10 dB) na 55 dB kwa 4 kHz (-5 dB). Fon huzingatia michoro ya sauti sawa, dB haifanyi hivyo.