A hang és a decibel megértése
A hang megértésével kapcsolatos vitákban a decibel mértékegysége kétségtelenül a beszélgetés részévé válik. Szinte minden más mértékegységtől eltérően a decibel nem lineáris skála. Azaz 1 decibel (ezt dB-nek is írják) nem egytizede a 10 dB amplitúdójának vagy erősségének. Ebben a cikkben elmagyarázzuk a decibelskála működését, és bemutatunk néhány referencia-információt, amelyek segítenek megérteni a decibelskála működését.
Mi az a hang?
A hang levegőmolekulák rezgése, amely a dobhártyánkat vibrálja. A dobhártya ezeket a rezgéseket apró csontokon, úgynevezett csontokon keresztül a középfülbe továbbítja. A belső fül a csigaházhoz hasonló alakú, és mikroszkopikus szőrsejteket tartalmaz, amelyek ezeket a rezgéseket apró elektromos jelekké alakítják. Ezeket a jeleket a hallóidegbe, majd az agyunkba továbbítják. Minden belső fül nagyjából 18 000 szőrsejtet tartalmaz, amelyek mindegyike elfér egy gombostű fején. Ha egy szőrsejt egyszer megsérül, soha nem nő vissza, és nem is gyógyul meg.
A decibel értelmezése
A decibel egységet az 1920-as években a Bell Telephone Laboratories hozta létre a korai telefonrendszerekben használt kommunikációs kábelek veszteségének leírására. Az eredeti egység MSC (Miles of Standard Cable) volt, és 1 mérföldnyi kábelben 795,8 Hz-es frekvencián jelentkező jelveszteség volt, ami egyenértékű az átlagos hallgató által észlelhető legkisebb észlelhető csillapítással.
A decibel és a hangszint mérése
A hangszintekről beszélve a megfelelő formátum a dB SPL, dB(SPL) vagy dBSPL mértékegység használata. Minden állítás referenciapontja a hangnyomás 0 dB-hez viszonyítva. A 0 dB egy szúnyog által érzékelt hang a hallgatótól 10 láb távolságban.
Mivel a dB SPL egy arányt fejez ki, a hangok halkabbak lehetnek 0 dB-nél. Képzelje el, ha akarja, abban a térben van, ahol az eredeti szúnyog által keltett hangot mérték. Ha elvisszük a szúnyogot, csendesebb lesz a tér. Az, hogy mennyivel halkabb, más zajforrásoktól függ. A világítás által keltett elektromos zaj, valamint a fűtési és hűtési rendszerek által okozott zaj egyaránt hozzájárul. Ha a lehető legtöbb zajt megszüntetjük, a szoba egyre csendesebb lesz.
A Guinness-rekordok könyve szerint 2012-ben a világ legcsendesebb helye az Orfield Laboratoriesban található, visszhangtalan tesztkamra volt. A hangerőt ebben a helyiségben -13 dBA-n mérték. 2015 októberében a Microsoft redmondi (Washington) központi irodájának egy mérnökcsoportja megdöntötte ezt a rekordot a 87-es épület visszhangmentes kamrájában végzett mérésekkel. Egy független szakértőkből álló csapat -20,35 dBA zajszintet mért. A helyiség nemcsak teljesen el van szigetelve minden zaj- és rezgésforrástól, hanem a falakat nagy akusztikus hab ékekkel bélelték, amelyek elnyelik a hangot.
A hangspektrum másik végén 191 dB SPL van. Ez az a zajszint, ahol a levegő nyomása 1 Bar vagy 1 atmoszféra. Lineáris hang e szint felett nem létezhet, mert a hullám alacsony nyomású oldala eléri az abszolút vákuumot. Vannak hangosabb zajok (például nukleáris robbanások), de ezeket nyomáshullámként, nem hangként vizsgálják.
Nem minden hang egyformán érzékelhető
Az emberi fül nem érzékeny minden hangra egyformán. 1933-ban publikálták azoknak a kutatásoknak az eredményeit, amelyek azt vizsgálták, hogyan érzékeli fülünk a különböző frekvenciákat. Fletcher és Munson kutatók egy sor emberi hallásérzékenységi görbét adtak ki, amelyek frekvencián és amplitúdóján alapulnak. A görbék egy tiszta 1 kHz-es és egy eltérő frekvenciájú hangszín felváltva történő lejátszásával jöttek létre. Az 1 kHz-es hang amplitúdóját addig állítottuk, amíg a résztvevők úgy nem érezték, hogy a kettő szintje egyenértékű. A beállítási szintet rögzítették, és átkerültek egy másik frekvenciára.
1937-ben Churcher és King is végzett hasonló teszteket, de az eredmények nagymértékben eltértek a Fletcher Munson diagramoktól. Robinson és Dadson kutatók 1956-ban megismételték a tesztelést újabb berendezésekkel. Az eredményül kapott méréseket elfogadtuk, és meghatároztuk az ISO 226 normál, egyenlő hangerőszintű kontúrokat. Ezek a szabványok maradtak 2003-ig, amikor az új tesztek tovább módosították a grafikonokat.
A görbék azt mutatják, hogy hallásunk a legérzékenyebb 2-3 kHz körül, amplitúdótól függően. Körülbelül 20 dB-lel kevésbé vagyunk érzékenyek a 10 kHz és 150 Hz körüli nagyfrekvenciás információkra. Egyre kevésbé vagyunk érzékenyek a 150 Hz alatti hangokra, de ez a jelenség a hangerő növekedésével csökken.
Hogyan érzékeljük a hangot
Sok hangerővel kapcsolatos kijelentést eldobnak az iparágban. Beszéljünk és tisztázzunk néhány leggyakoribbat.
A 3 dB kétszer olyan hangos. Nem. Nem, nem az. A 3 dB-es változás az akusztikus energia megduplázódását vagy felezését jelenti. Egy erősítőnek kétszer akkora teljesítményre van szüksége ahhoz, hogy 73 dB-es hangot produkáljon, mint amennyi 70 dB-en. A valóság az, hogy a legtöbb hallgató alig érzékeli a 3 dB-es változást minden hallható frekvencián.
Ha a 3 dB nem kétszer olyan hangos, mi az? Kiterjedt tesztelés alapján egyetértés van abban, hogy a 10 dB-es szintváltozás kétszer vagy fele olyan hangosnak számít.
A hallgatási teszt
Csak szórakozásból és oktatásból az alábbiakban egy sor teszthangot mutatunk be, amelyek bemutatják, hogy képesek vagyunk az amplitúdóbeli különbségek észlelésére. Ezeket a teszteket azért hozták létre, hogy a különbségek a lehető legkönnyebben érzékelhetőek legyenek.
A hangok egy 1 kHz-es frekvenciájú szinuszhullámot tartalmaznak, amelyet a teljes skáláról -10 dB kiindulási szinten rögzítettek, 44,1 kHz-es, 16 bites tömörítetlen .wav fájlformátumban. A hullámforma amplitúdója (térfogata) egy-, két- és hárommásodperces jeleknél változó mértékben csökken. A legtöbb számára könnyű felismerni a lépésenkénti 1 dB-es csökkenést. Sokan képesek lesznek érzékelni a lépésenkénti 0,5 dB-es csökkenést. A lépésenkénti 0,25 dB-es csökkenés nehezen hallható.
1. szám
1 kHz, amplitúdója 1,0 dB-lel csökken egy másodperces időközönként
2. szám
1 kHz-es amplitúdó 0,5 dB-lel csökkenése egy másodperces időközönként
3. szám
1 kHz-es amplitúdó 0,25 dB-lel csökkenése egy másodperces időközönként
Az Ön eredményei alapján ez a teszt cáfolja a fenti állításokat a 3 dB és 10 dB különbségekről? Egyáltalán nem. Mint már említettük, a tesztek célja, hogy nagyon megkönnyítsék a szintváltozások érzékelését. Ha meghallgatna egy dalt, majd öt perccel később, miután a hangerőt 0,5 dB-lel vagy 1 dB-lel felfelé vagy lefelé állította, újra lejátssza, a legtöbb ember nem érzékelné a különbséget.
A jövőbeli cikkekben újra megvizsgáljuk a decibelt, és elmagyarázzuk, hogy a különböző minősítési görbék hogyan befolyásolják az általunk leolvasott számokat, amikor megvizsgáljuk az audioberendezések zajmérését és specifikációit. Addig is reméljük, hogy tetszett a cikk és a tesztszámok.