Logaritmikong yunit na sumusukat sa antas ng presyon ng tunog

Ang dB SPL (Sound Pressure Level) ay sumusukat sa presyon ng tunog na nauugnay sa 20 µPa, ang hangganan ng pandinig ng tao. Ang logaritmikong sukat ay nangangahulugan na +10 dB = 10× pagtaas ng presyon, +20 dB = 100× pagtaas ng presyon, ngunit 2× lamang ang perceived na lakas dahil sa nonlinearity ng pandinig ng tao.

Halimbawa: Ang pag-uusap sa 60 dB ay may 1000× mas maraming presyon kaysa sa hangganan ng pandinig sa 0 dB, ngunit subjektibong tunog lamang ito na 16× mas malakas.

Pisikal na puwersa bawat lugar na idinulot ng mga alon ng tunog

Ang presyon ng tunog ay ang instantaneong pagkakaiba-iba ng presyon na sanhi ng isang alon ng tunog, na sinusukat sa pascal (Pa). Ito ay nag-iiba mula 20 µPa (halos hindi marinig) hanggang 200 Pa (napakalakas na nakakasakit). Ang RMS (root mean square) na presyon ay karaniwang iniuulat para sa mga tuluy-tuloy na tunog.

Halimbawa: Ang normal na pagsasalita ay lumilikha ng 0.02 Pa (63 dB). Ang isang rock concert ay umaabot sa 2 Pa (100 dB)—100× mas mataas na presyon ngunit 6× lamang na mas malakas na perceptually.

Kapangyarihang akustiko bawat yunit ng lugar

Ang intensidad ng tunog ay sumusukat sa daloy ng enerhiya ng akustiko sa pamamagitan ng isang ibabaw, sa watt bawat metro kuwadrado. Ito ay nauugnay sa presyon² at pangunahing ginagamit sa pagkalkula ng kapangyarihan ng tunog. Ang hangganan ng pandinig ay 10⁻¹² W/m², habang ang isang jet engine ay gumagawa ng 1 W/m² sa malapit na saklaw.

Halimbawa: Ang isang bulong ay may intensidad na 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). Ang hangganan ng sakit ay 1 W/m² (120 dB)—1 trilyong beses na mas matindi.

Naimbento ang Ponograpo

Inimbento ni Thomas Edison ang ponograpo, na nagbigay-daan sa mga unang pag-record at pag-playback ng tunog, na nagpasiklab ng interes sa pag-quantify ng mga antas ng audio.

Ipinakilala ang Decibel

Ipinakilala ng Bell Telephone Laboratories ang decibel para sa pagsukat ng pagkawala ng transmisyon sa mga kable ng telepono. Ipinangalan kay Alexander Graham Bell, mabilis itong naging pamantayan para sa pagsukat ng audio.

Mga Kurba ng Fletcher-Munson

Inilathala nina Harvey Fletcher at Wilden A. Munson ang mga contour ng pantay na lakas na nagpapakita ng pagiging sensitibo ng pandinig na nakadepende sa dalas, na naglatag ng pundasyon para sa A-weighting at phon scale.

Metro ng Antas ng Tunog

Unang komersyal na metro ng antas ng tunog na binuo, na nag-standardize ng pagsukat ng ingay para sa mga pang-industriya at pangkapaligirang aplikasyon.

Naging Pamantayan ang Sone Scale

Pormal na ginawa ni Stanley Smith Stevens ang sone scale (ISO 532), na nagbibigay ng linear na sukat ng perceived na lakas kung saan ang pagdodoble ng mga sone = pagdodoble ng perceived na lakas.

Mga Pamantayan ng OSHA

Itinatag ng US Occupational Safety and Health Administration ang mga limitasyon sa pagkakalantad sa ingay (85-90 dB TWA), na ginagawang kritikal ang pagsukat ng tunog para sa kaligtasan sa lugar ng trabaho.

Pagbabago sa ISO 226

Na-update ang mga contour ng pantay na lakas batay sa modernong pananaliksik, na nagpapabuti sa mga sukat ng phon at katumpakan ng A-weighting sa iba't ibang dalas.

Mga Pamantayan ng Digital Audio

Naging pamantayan ang LUFS (Loudness Units relative to Full Scale) para sa broadcast at streaming, na pinapalitan ang mga sukat na batay lamang sa peak ng perceptually-based na pagsukat ng lakas.

• **+3 dB = pagdodoble ng kapangyarihan** (halos hindi napapansin ng karamihan sa mga tao)
• **+6 dB = pagdodoble ng presyon** (batas ng kabaligtarang kuwadrado, paghati sa distansya)
• **+10 dB ≈ 2× mas malakas** (ang perceived na lakas ay nagdodoble)
• **+20 dB = 10× presyon** (dalawang dekada sa log scale)
• **60 dB SPL ≈ normal na pag-uusap** (sa layo na 1 metro)
• **85 dB = 8-oras na limitasyon ng OSHA** (hangganan para sa proteksyon ng pandinig)
• **120 dB = hangganan ng sakit** (agad na kakulangan sa ginhawa)

• **Parehong pinagmulan:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (hindi 160!)
• **10 dB ang pagitan:** 90 dB + 80 dB ≈ 90.4 dB (ang mas tahimik na pinagmulan ay halos walang epekto)
• **20 dB ang pagitan:** 90 dB + 70 dB ≈ 90.04 dB (hindi gaanong kontribusyon)
• **Pagdodoble ng mga pinagmulan:** N parehong pinagmulan = orihinal + 10×log₁₀(N) dB
• **10 parehong 80 dB na pinagmulan = 90 dB kabuuan** (hindi 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = hangganan ng pandinig
• **20 dB** = bulong, tahimik na aklatan
• **60 dB** = normal na pag-uusap, opisina
• **85 dB** = matinding trapiko, panganib sa pandinig
• **100 dB** = nightclub, chainsaw
• **120 dB** = rock concert, kulog
• **140 dB** = putok ng baril, malapit na jet engine
• **194 dB** = teoretikal na maximum sa atmospera

• **Huwag kailanman magdagdag ng dB sa aritmetika** — gamitin ang mga formula ng logaritmikong pagdaragdag
• **dBA ≠ dB SPL** — Binabawasan ng A-weighting ang bass, walang direktang conversion na posible
• **Pagdodoble ng distansya** ≠ kalahati ng antas (ito ay -6 dB, hindi -50%)
• **3 dB ay halos hindi napapansin,** hindi 3× mas malakas — ang persepsyon ay logaritmiko
• **0 dB ≠ katahimikan** — ito ang reference point (20 µPa), maaaring maging negatibo
• **phon ≠ dB** maliban sa 1 kHz — pantay na lakas na nakadepende sa dalas

Tatlong dahilan kung bakit mahalaga ang logaritmikong pagsukat:

• Persepsyon ng tao: Tumutugon ang mga tainga sa logaritmiko—ang pagdodoble ng presyon ay parang +6 dB, hindi 2×
• Pag-compress ng saklaw: 0-140 dB vs 20 µPa - 200 Pa (hindi praktikal para sa pang-araw-araw na paggamit)
• Ang multiplikasyon ay nagiging adisyon: Ang pagsasama-sama ng mga pinagmulan ng tunog ay gumagamit ng simpleng adisyon
• Likas na pag-scale: Ang mga factor na 10 ay nagiging pantay na mga hakbang (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Ang logaritmikong sukat ay kontra-intuitibo. Iwasan ang mga pagkakamaling ito:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (hindi 120 dB!) — logaritmikong adisyon
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB pagkakaiba—ibawas ang mga halaga, pagkatapos ay antilog
• Ang pagdodoble ng distansya ay nagpapababa ng antas ng 6 dB (hindi 50%)
• Ang paghati sa kapangyarihan = -3 dB (hindi -50%)
• 3 dB pagtaas = 2× kapangyarihan (halos hindi napapansin), 10 dB = 2× lakas (malinaw na naririnig)

Mga pangunahing equation para sa mga kalkulasyon ng antas ng tunog:

• Presyon: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Intensidad: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Kapangyarihan: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Pagsasama-sama ng parehong mga pinagmulan: L_total = L + 10×log₁₀(n), kung saan n = bilang ng mga pinagmulan
• Batas ng distansya: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) para sa mga puntong pinagmulan

Hindi mo maaaring idagdag ang mga decibel sa aritmetika. Gamitin ang logaritmikong adisyon:

• Dalawang parehong pinagmulan: L_total = L_single + 3 dB (hal., 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Sampung parehong pinagmulan: L_total = L_single + 10 dB
• Iba't ibang mga antas: I-convert sa linear, idagdag, i-convert pabalik (kumplikado)
• Pangkalahatang tuntunin: Ang pagdaragdag ng mga pinagmulan na 10+ dB ang pagitan ay halos hindi nagpapataas ng kabuuan (<0.5 dB)
• Halimbawa: 90 dB na makina + 70 dB na background = 90.04 dB (halos hindi napapansin)

Yunit ng antas ng lakas na may reference sa 1 kHz

Ang mga halaga ng phon ay sumusunod sa mga contour ng pantay na lakas (ISO 226:2003). Ang isang tunog sa N phon ay may parehong perceived na lakas sa N dB SPL sa 1 kHz. Sa 1 kHz, ang phon = dB SPL eksakto. Sa ibang mga dalas, sila ay malaki ang pagkakaiba dahil sa pagiging sensitibo ng tainga.

• 1 kHz reference: 60 phon = 60 dB SPL sa 1 kHz (ayon sa kahulugan)
• 100 Hz: 60 phon ≈ 70 dB SPL (+10 dB na kailangan para sa pantay na lakas)
• 50 Hz: 60 phon ≈ 80 dB SPL (+20 dB na kailangan—ang bass ay mas tahimik na tunog)
• 4 kHz: 60 phon ≈ 55 dB SPL (-5 dB—peak na pagiging sensitibo ng tainga)
• Aplikasyon: Pag-equalize ng audio, pagkakalibrate ng hearing aid, pagtatasa ng kalidad ng tunog
• Limitasyon: Nakadepende sa dalas; nangangailangan ng mga purong tono o pagsusuri ng spectrum

Linear na yunit ng subjektibong lakas

Ang mga sone ay nag-quantify ng perceived na lakas sa linear: ang 2 sone ay 2 beses na mas malakas kaysa sa 1 sone. Itinakda ng batas ng kapangyarihan ni Stevens, 1 sone = 40 phon. Ang pagdodoble ng mga sone = +10 phon = +10 dB sa 1 kHz.

• 1 sone = 40 phon = 40 dB SPL sa 1 kHz (kahulugan)
• Pagdodoble: 2 sones = 50 phon, 4 sones = 60 phon, 8 sones = 70 phon
• Batas ni Stevens: Perceived na lakas ∝ (intensidad)^0.3 para sa mga tunog na nasa gitnang antas
• Tunay na mundo: Pag-uusap (1 sone), vacuum (4 sones), chainsaw (64 sones)
• Aplikasyon: Mga rating ng ingay ng produkto, paghahambing ng mga appliance, subjektibong pagtatasa
• Kalamangan: Intuitive—ang 4 sone ay literal na 4× na mas malakas kaysa sa 1 sone

Ang propesyonal na audio ay malawakang gumagamit ng dB para sa mga antas ng signal, paghahalo, at mastering:

• 0 dBFS (Full Scale): Maximum na digital na antas bago mag-clip
• Paghahalo: Target na -6 hanggang -3 dBFS peak, -12 hanggang -9 dBFS RMS para sa headroom
• Mastering: -14 LUFS (mga yunit ng lakas) para sa streaming, -9 LUFS para sa radyo
• Ratio ng signal-sa-ingay: >90 dB para sa propesyonal na kagamitan, >100 dB para sa mga audiophile
• Saklaw na dinamiko: Musika ng klasikal 60+ dB, musika ng pop 6-12 dB (digmaan ng lakas)
• Akustika ng silid: RT60 reverberation time, -3 dB vs -6 dB roll-off points

Ang mga limitasyon sa pagkakalantad sa ingay sa lugar ng trabaho ay pumipigil sa pagkawala ng pandinig:

• OSHA: 85 dB = 8-oras na TWA (time-weighted average) na antas ng aksyon
• 90 dB: 8 oras na maximum na pagkakalantad nang walang proteksyon
• 95 dB: 4 na oras na maximum, 100 dB: 2 oras, 105 dB: 1 oras (panuntunan sa paghati)
• 115 dB: 15 minuto na maximum nang walang proteksyon
• 140 dB: Agarang panganib—mandatory ang proteksyon sa pandinig
• Dosimetry: Pagsubaybay sa kumulatibong pagkakalantad gamit ang mga dosimeter ng ingay

Ang mga regulasyon sa kapaligiran ay nagpoprotekta sa pampublikong kalusugan at kalidad ng buhay:

• Mga alituntunin ng WHO: <55 dB sa araw, <40 dB sa gabi sa labas
• EPA: Ldn (araw-gabi na average) <70 dB upang maiwasan ang pagkawala ng pandinig
• Sasakyang panghimpapawid: Kinakailangan ng FAA ang mga contour ng ingay para sa mga paliparan (65 dB DNL na limitasyon)
• Konstruksyon: Ang mga lokal na limitasyon ay karaniwang 80-90 dB sa linya ng ari-arian
• Trapiko: Ang mga hadlang sa ingay sa highway ay naglalayon ng 10-15 dB na pagbabawas
• Pagsukat: Ang dBA weighting ay tinatantya ang reaksyon ng tao sa pagkayamot

Ang disenyo ng akustika ay nangangailangan ng tumpak na kontrol sa antas ng tunog:

• Pagiging malinaw ng pagsasalita: Target na 65-70 dB sa tagapakinig, <35 dB na background
• Mga concert hall: 80-95 dB peak, 2-2.5s na reverberation time
• Mga recording studio: NC 15-20 (mga kurba ng criterion ng ingay), <25 dB na ambient
• Mga silid-aralan: <35 dB na background, 15+ dB na ratio ng pagsasalita-sa-ingay
• Mga rating ng STC: Sound Transmission Class (pagganap ng paghihiwalay ng pader)
• NRC: Noise Reduction Coefficient para sa mga materyales na sumisipsip

• Gamitin ang mga na-calibrate na Class 1 o Class 2 na mga metro ng antas ng tunog (IEC 61672)
• I-calibrate bago ang bawat sesyon gamit ang acoustic calibrator (94 o 114 dB)
• Ilagay ang mikropono malayo sa mga reflective surface (karaniwang taas na 1.2-1.5m)
• Gamitin ang mabagal na tugon (1s) para sa mga matatag na tunog, mabilis (125ms) para sa mga nagbabago
• Ilapat ang windscreen sa labas (ang ingay ng hangin ay nagsisimula sa 12 mph / 5 m/s)
• Mag-record ng 15+ minuto upang makuha ang mga temporal na pagkakaiba-iba

• A-weighting (dBA): Pangkalahatang layunin, ingay sa kapaligiran, sa trabaho
• C-weighting (dBC): Mga sukat ng peak, pagtatasa ng mababang dalas
• Z-weighting (dBZ): Patag na tugon para sa pagsusuri ng buong spectrum
• Huwag kailanman i-convert ang dBA ↔ dBC—nakadepende sa nilalaman ng dalas
• Ang A-weighting ay tinatantya ang 40-phon contour (katamtamang lakas)
• Gamitin ang pagsusuri ng octave-band para sa detalyadong impormasyon sa dalas

• Palaging tukuyin: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (hindi lang 'dB')
• Iulat ang pagtitimbang ng oras: Mabilis, Mabagal, Impulso
• Isama ang distansya, taas ng pagsukat, at oryentasyon
• Tandaan nang hiwalay ang mga antas ng ingay sa background
• Iulat ang Leq (katumbas na tuluy-tuloy na antas) para sa mga nagbabagong tunog
• Isama ang kawalan ng katiyakan sa pagsukat (karaniwang ±1-2 dB)

• 85 dB: Isaalang-alang ang proteksyon para sa matagal na pagkakalantad (>8 oras)
• 90 dB: Mandatoryong proteksyon pagkatapos ng 8 oras (OSHA)
• 100 dB: Gumamit ng proteksyon pagkatapos ng 2 oras
• 110 dB: Magprotekta pagkatapos ng 30 minuto, dobleng proteksyon sa itaas ng 115 dB
• Mga earplug: 15-30 dB na pagbabawas, mga earmuff: 20-35 dB
• Huwag kailanman lumampas sa 140 dB kahit na may proteksyon—panganib sa pisikal na pinsala

Ang mga blue whale ay gumagawa ng mga tawag hanggang sa 188 dB SPL sa ilalim ng tubig—ang pinakamalakas na biological na tunog sa Earth. Ang mga tawag na ito na may mababang dalas (15-20 Hz) ay maaaring maglakbay ng daan-daang milya sa karagatan, na nagbibigay-daan sa komunikasyon ng mga balyena sa malalayong distansya.

Ang pinakatahimik na silid sa mundo (Microsoft, Redmond) ay sumusukat ng -20.6 dB SPL—mas tahimik kaysa sa hangganan ng pandinig. Maaaring marinig ng mga tao ang kanilang sariling tibok ng puso, sirkulasyon ng dugo, at kahit ang pag-ungol ng tiyan. Walang nanatili nang higit sa 45 minuto dahil sa disorientasyon.

Ang pinakamalakas na tunog sa naitalang kasaysayan: 310 dB SPL sa pinagmulan, narinig sa layo na 3,000 milya. Ang alon ng presyon ay umikot sa Earth nang 4 na beses. Ang mga mandaragat na 40 milya ang layo ay nagtamo ng mga sirang eardrum. Ang ganitong intensidad ay hindi maaaring umiral sa normal na atmospera—lumilikha ito ng mga shock wave.

Ang 194 dB SPL ay ang teoretikal na maximum sa atmospera ng Earth sa antas ng dagat—lampas dito, lumilikha ka ng isang shock wave (pagsabog), hindi isang alon ng tunog. Sa 194 dB, ang rarefaction ay katumbas ng vacuum (0 Pa), kaya ang tunog ay nagiging discontinuous.

Ang mga aso ay nakakarinig ng 67-45,000 Hz (vs sa mga tao na 20-20,000 Hz) at nakakadetect ng mga tunog na 4× mas malayo. Ang kanilang pagiging sensitibo sa pandinig ay pinakamataas sa paligid ng 8 kHz—10 dB na mas sensitibo kaysa sa mga tao. Ito ang dahilan kung bakit gumagana ang mga pito ng aso: 23-54 kHz, hindi maririnig ng mga tao.

Ang mga sinehan ay naglalayon ng 85 dB SPL na average (Leq) na may mga peak na 105 dB (spec ng Dolby). Ito ay 20 dB na mas malakas kaysa sa panonood sa bahay. Ang pinalawak na tugon sa mababang dalas: ang mga subwoofer na 20 Hz ay nagbibigay-daan sa mga makatotohanang pagsabog at epekto—ang mga sistema sa bahay ay karaniwang nagpuputol sa 40-50 Hz.

Ang dBA ay naglalapat ng pagtitimbang na nakadepende sa dalas na nagpapababa ng mga mababang dalas. Ang isang 100 Hz na tono sa 80 dB SPL ay sumusukat ng ~70 dBA (-10 dB na pagtitimbang), habang ang 1 kHz sa 80 dB SPL ay sumusukat ng 80 dBA (walang pagtitimbang). Nang hindi nalalaman ang spectrum ng dalas, imposible ang conversion. Kakailanganin mo ang pagsusuri ng FFT at ilapat ang inverse na A-weighting curve.

Ang +3 dB = pagdodoble ng kapangyarihan o intensidad, ngunit 1.4× lamang na pagtaas ng presyon. Ang persepsyon ng tao ay sumusunod sa isang logaritmikong tugon: ang 10 dB na pagtaas ay parang 2× na mas malakas. Ang 3 dB ay ang pinakamaliit na pagbabago na nakikita ng karamihan sa mga tao sa ilalim ng mga kontroladong kondisyon; sa mga tunay na kapaligiran, kailangan ang 5+ dB.

Hindi mo maaaring idagdag ang mga decibel sa aritmetika. Para sa mga parehong antas: L_total = L + 3 dB. Para sa iba't ibang mga antas: I-convert sa linear (10^(dB/10)), idagdag, i-convert pabalik (10×log₁₀). Halimbawa: 80 dB + 80 dB = 83 dB (hindi 160 dB!). Pangkalahatang tuntunin: ang pinagmulan na 10+ dB na mas tahimik ay nag-aambag ng <0.5 dB sa kabuuan.

dB SPL: Hindi-timbang na antas ng presyon ng tunog. dBA: A-weighted (tinatantya ang pandinig ng tao, nagpapababa ng bass). dBC: C-weighted (halos patag, minimal na pagsasala). Gamitin ang dBA para sa pangkalahatang ingay, sa kapaligiran, sa trabaho. Gamitin ang dBC para sa mga sukat ng peak at pagtatasa ng mababang dalas. Sinusukat nila ang parehong tunog nang iba—walang direktang conversion.

Ang tunog ay sumusunod sa batas ng kabaligtarang kuwadrado: ang pagdodoble ng distansya ay nagpapababa ng intensidad ng ¼ (hindi ½). Sa dB: bawat pagdodoble ng distansya = -6 dB. Halimbawa: ang 90 dB sa 1m ay nagiging 84 dB sa 2m, 78 dB sa 4m, 72 dB sa 8m. Ipinapalagay nito ang isang puntong pinagmulan sa isang malayang larangan—ang mga silid ay may mga repleksyon na nagpapahirap dito.

Oo! Ang 0 dB SPL ay ang reference point (20 µPa), hindi katahimikan. Ang mga negatibong dB ay nangangahulugang mas tahimik kaysa sa reference. Halimbawa: -10 dB SPL = 6.3 µPa. Ang mga anechoic chamber ay sumusukat hanggang -20 dB. Gayunpaman, ang thermal noise (paggalaw ng molekular) ay nagtatakda ng absolutong limitasyon sa paligid ng -23 dB sa temperatura ng silid.

Katumpakan at pagkakalibrate. Ang mga metro ng Class 1 ay nakakatugon sa IEC 61672 (±0.7 dB, 10 Hz-20 kHz). Ang mga murang metro: ±2-5 dB na error, mahinang tugon sa mababa/mataas na dalas, walang pagkakalibrate. Ang propesyonal na paggamit ay nangangailangan ng traceable na pagkakalibrate, pag-log, pagsusuri ng octave, at tibay. Ang pagsunod sa legal/OSHA ay nangangailangan ng sertipikadong kagamitan.

Sa 1 kHz: ang phon = dB SPL eksakto (ayon sa kahulugan). Sa ibang mga dalas: sila ay nag-iiba dahil sa pagiging sensitibo ng tainga. Halimbawa: ang 60 phon ay nangangailangan ng 60 dB sa 1 kHz, ngunit 70 dB sa 100 Hz (+10 dB) at 55 dB sa 4 kHz (-5 dB). Isinasaalang-alang ng phon ang mga contour ng pantay na lakas, hindi ng dB.