Wednesday, 10 July 2024

เดซิเบล (dB) คืออะไร? วิทยาศาสตร์เบื้องหลังระดับเสียง

28 May 2024
23
เดซิเบลคือ

เดซิเบล (Decibel เขียนย่อ dB) คือหน่วยใช้วัดระดับเสียง ความดังของเสียง อีกทั้งนอกจากนี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สัญญาณ และการสื่อสาร ซึ่งแสดงอัตราส่วนระหว่างปริมาณทางกายภาพสองปริมาณ ซึ่งมักจะเป็นปริมาณเสียงหรือกำลังไฟฟ้า

Decibel ดูเหมือนเป็นหน่วยวัดแต่จริงๆ แล้วไม่ใช่เลย คือไม่มีหน่วย เราเห็นว่าถูกใช้ในด้านเสียง การสั่นสะเทือน อิเล็กทรอนิกส์ โทรศัพท์ วิศวกรรมเสียง และการออกแบบ

1. ประวัติความเป็นมา

เดซิเบลเดิมได้รับการพัฒนาและใช้งานโดยอุตสาหกรรมโทรศัพท์เพื่อหาปริมาณพลังงานที่สูญเสียไปในสัญญาณโทรเลขและโทรศัพท์เมื่อส่งผ่านสายเคเบิลยาว ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ Alexander Graham Bell ผู้บุกเบิกด้านโทรคมนาคม แม้ว่าเดซิเบลจะกำหนดให้เป็นหนึ่งในสิบของเบล แต่หน่วยเบลนั้นไม่ค่อยได้ใช้

เดซิเบลไม่ใช่หน่วยวัดแบบดั้งเดิม แต่เป็นอัตราส่วนลอการิทึมระหว่างตัวเลขสองตัว การใช้เดซิเบลจะทำให้เปรียบเทียบค่าต่างๆ ได้ง่ายขึ้น

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเรามีลำโพงสองตัว อันแรกเล่นเสียงที่มีพาวเวอร์ P1 และอีกอันหนึ่งเล่นเสียงเดียวกันในเวอร์ชันที่ดังกว่าด้วยพาวเวอร์ P2 แต่อย่างอื่นยังคงเหมือนเดิม การใช้หน่วยเดซิเบลจะทำให้ระดับเสียงที่แตกต่างกันระหว่างทั้งสองถูกกำหนดให้เป็น

10 log (P2/P1) dB โดยที่ log อยู่ที่ฐาน 10

 

ตัวอย่างให้ลำโพงตัวที่ 2 มีกำลัง (Power) มากกว่าลำโพงตัวที่ 1 เป็นปริมาณ 2 เท่า ค่าความต่างของ dB จะเป็นดังนี้

10 log (P2/P1) = 10 log 2 = 3 dB

2. การกำหนดสูตร

เดซิเบลคืออัตราส่วนลอการิทึมระหว่างตัวเลขสองตัว เช่นค่าที่วัดได้และค่าอ้างอิง ซึ่งแสดงอยู่ในสองรูปแบบด้านล่าง:

สมการที่ 1 สำหรับปริมาณ POWER และ

สมการที่ 2 สำหรับปริมาณ AMPLITUDE เช่นแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า

3.การประยุกต์ใช้งาน

3.1 การวัดเสียง

  1. ระดับความดังเสียง (SPL) วัดความดังของเสียงที่สัมพันธ์กับค่าอ้างอิง โดยทั่วไปจะใช้ในทางอะคูสติกเพื่ออธิบายความเข้มของเสียงในอากาศ
  2. ใช้ในการวัดระดับเสียงในสภาพแวดล้อมเพื่อให้แน่ใจว่าปลอดภัยสำหรับหูของมนุษย์ การสัมผัสกับระดับเสียงที่สูงกว่า 85 dB เป็นเวลานานอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อการได้ยินได้

3.2 อิเล็กทรอนิกส์และการประมวลผลสัญญาณ

  1. ความแรงของสัญญาณ: dB ใช้เพื่อแสดงความแรงของสัญญาณที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง ตัวอย่างเช่นเครื่องขยายเสียง (แอมพลิฟายเออร์) จะเพิ่มความแรงของสัญญาณเป็น dB
  2. การลดทอน: วัดปริมาณสัญญาณที่ลดลงในหน่วย dB ขณะเดินทางผ่านตัวกลางหรืออุปกรณ์

3.3 ระบบการสื่อสาร

  1. ระดับพลังงาน ใช้เพื่อเปรียบเทียบระดับพลังงานในวิศวกรรมโทรคมนาคม วิทยุ และเครื่องเสียง
  2. อัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (SNR) แสดงเป็น dB โดยวัดระดับของสัญญาณที่ต้องการเปรียบเทียบกับระดับเสียงรบกวนพื้นหลัง

ตัวอย่างความดังเสียงในหน่วยเดซิเบล

  • 0 dB: เกณฑ์การได้ยิน ซึ่งเป็นเสียงที่เบาที่สุดที่หูของมนุษย์โดยเฉลี่ยสามารถตรวจจับได้
  • 10 dB: ใบไม้ส่งเสียงกรอบแกรบ เงียบมาก
  • 30 dB: ห้องสมุดที่กระซิบและเงียบสงบ
  • 60 dB: การสนทนาปกติ, เครื่องปรับอากาศ
  • 85 dB: การจราจรในเมืองที่พลุกพล่าน แนะนำขีดจำกัดการสัมผัสเพื่อป้องกันการสูญเสียการได้ยิน
  • 100 dB: เลื่อยไฟฟ้า เสียงเพลงดัง อาจเกิดความเสียหายต่อการได้ยินหากสัมผัสเป็นเวลานาน
  • 120 dB: ความเจ็บปวด คอนเสิร์ตร็อคดัง เครื่องยนต์ไอพ่นเมื่อเครื่องขึ้น
  • 140 dB: อันตรายทันทีต่อการได้ยิน กระสุนปืน ดอกไม้ไฟ

เดซิเบลมิเตอร์คืออะไร

สามารถวัดเสียงได้ด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่าเดซิเบลมิเตอร์ ซึ่งวัดและสุ่มตัวอย่างเสียง และสามารถเรียกอีกอย่างว่าเครื่องวัดระดับเสียง การวัดเสียงของสภาพแวดล้อมด้วยอุปกรณ์อย่างสม่ำเสมอช่วยปกป้องหูของคุณได้

สรุป

เดซิเบลเป็นหน่วยอเนกประสงค์และจำเป็นทั้งในด้านอะคูสติกและอิเล็กทรอนิกส์ ถือเป็นวิธีการมาตรฐานในการวัดและเปรียบเทียบความเข้มของเสียงและสัญญาณ ลักษณะลอการิทึมช่วยให้ครอบคลุมความต้องการการได้ยินและการประมวลผลสัญญาณของมนุษย์ที่หลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การทำความเข้าใจเดซิเบลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานต่างๆ ตั้งแต่การรับรองความปลอดภัยในการได้ยินไปจนถึงการปรับปรุงการสื่อสารทางอิเล็กทรอนิกส์