डेसिबल को समझना: एक व्यावहारिक गाइड

हम ध्वनि को डेसिबल में क्यों मापते हैं

WhiteNoise.top पर ऑडियो टूल विकसित करने के मेरे दैनिक कार्य में, मैं लगातार ध्वनि स्तर मापता हूं, और डेसिबल स्केल वह इकाई है जिसे मैं हर बार उपयोग करता हूं। डेसिबल इसलिए मौजूद है क्योंकि मानव कान ध्वनि तीव्रता की अविश्वसनीय रूप से विस्तृत रेंज पर प्रतिक्रिया करता है, जो सबसे नरम पहचान योग्य फुसफुसाहट से लेकर सबसे तेज़ सहनीय ध्वनि तक लगभग बारह परिमाण के क्रम तक फैली हुई है। इन मानों को रैखिक इकाइयों में व्यक्त करने के लिए भारी संख्याओं की आवश्यकता होगी: सबसे शांत और सबसे तेज़ ध्वनियों के बीच अनुपात लगभग एक ट्रिलियन से एक है। डेसिबल स्केल लॉगरिदम का उपयोग करके उस विशाल रेंज को 0 से लगभग 130 तक की प्रबंधनीय सीमा में संपीड़ित करके इस समस्या को हल करता है।

डेसिबल मीटर या किलोग्राम की तरह एक निरपेक्ष इकाई नहीं है। यह एक अनुपात है, जो लॉगरिदमिक स्केल पर व्यक्त किया जाता है। एक डेसिबल दो पावर मात्राओं के अनुपात के बेस-10 लॉगरिदम का दस गुना, या दो आयाम मात्राओं के अनुपात के बेस-10 लॉगरिदम का बीस गुना होता है। यह भेद मायने रखता है क्योंकि पावर आयाम के वर्ग के समानुपाती है, इसलिए आयाम अनुपात के लिए बीस का गुणक पावर अनुपात के लिए दस के गुणक के समान डेसिबल मान उत्पन्न करता है।

मेरे अनुभव में, डेसिबल स्केल की लॉगरिदमिक प्रकृति ध्वनिकी में नए लोगों के लिए भ्रम का सबसे बड़ा स्रोत है। एक रैखिक स्केल सुझाव देता है कि 60, 30 का दोगुना है, लेकिन डेसिबल की दुनिया में, 60 dB एक ध्वनि तीव्रता को दर्शाता है जो 30 dB से एक हज़ार गुना अधिक है। इस अरैखिक संबंध को समझना शोर विनिर्देशों, एम्प्लीफायर गेन, और ध्वनि स्तर मापों को समझने के लिए आवश्यक है।

डेसिबल वैरिएंट: dB SPL, dBFS, dBV, और अधिक

क्योंकि डेसिबल एक अनुपात है, इसे निरपेक्ष शर्तों में सार्थक बनने के लिए एक संदर्भ बिंदु की आवश्यकता है। ऑडियो इंजीनियरिंग के विभिन्न क्षेत्र अलग-अलग संदर्भ बिंदुओं का उपयोग करते हैं, जो डेसिबल वैरिएंट का एक परिवार बनाते हैं जो भ्रमित कर सकते हैं यदि आप नहीं जानते कि कौन सा उपयोग में है।

ध्वनिकी में सबसे आम वैरिएंट dB SPL (ध्वनि दबाव स्तर) है, जो 20 माइक्रोपास्कल के संदर्भ दबाव का उपयोग करता है। यह संदर्भ लगभग 1 kHz पर मानव श्रवण की सीमा से मेल खाता है। एक शांत पुस्तकालय लगभग 30 dB SPL मापता है, एक मीटर पर सामान्य बातचीत लगभग 60 dB SPL है, और मंच के पास एक रॉक कॉन्सर्ट 110 dB SPL या उससे अधिक तक पहुंच सकता है। मेरे फील्ड मापों में, मैं एक कैलिब्रेटेड साउंड लेवल मीटर का उपयोग करता हूं जिसमें आधा इंच कंडेंसर माइक्रोफोन है और प्रत्येक माप सत्र से पहले 94 dB SPL पिस्टनफोन के खिलाफ कैलिब्रेशन सत्यापित करता हूं।

डिजिटल ऑडियो में, मानक dBFS (फुल स्केल के सापेक्ष डेसिबल) है, जहां 0 dBFS दिए गए बिट डेप्थ में एन्कोड किया जा सकने वाला अधिकतम आयाम दर्शाता है। अधिकतम से नीचे के सभी सिग्नल स्तर ऋणात्मक संख्याओं के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। माइनस 6 dBFS पर एक सिग्नल में फुल-स्केल सिग्नल का आधा आयाम होता है। मेरे नॉइज़ जनरेटर में, मैं क्लिपिंग से बचने के लिए पर्याप्त हेडरूम प्रदान करने के लिए डिफॉल्ट आउटपुट स्तर को माइनस 12 dBFS पर सेट करता हूं जब सिग्नल अन्य ऑडियो स्रोतों के साथ संयुक्त होता है।

अन्य वैरिएंट में dBV (एक वोल्ट के संदर्भ में), dBu (0.775 वोल्ट के संदर्भ में, वह वोल्टेज जो 600-ओम लोड पर एक मिलीवॉट उत्पन्न करता है), और dBm (एक मिलीवॉट पावर के संदर्भ में) शामिल हैं। प्रत्येक वैरिएंट विशिष्ट संदर्भों में उपयोग किया जाता है: dBV और dBu एनालॉग ऑडियो उपकरण विनिर्देशों में, और dBm दूरसंचार और RF इंजीनियरिंग में। मेरे काम में, मैं सबसे अधिक बार dB SPL और dBFS का सामना करता हूं, लेकिन डिजिटल सिस्टम को एनालॉग उपकरण के साथ इंटरफेस करते समय अन्य को समझना महत्वपूर्ण है।

व्यवहार में लॉगरिदमिक स्केल

डेसिबल स्केल की लॉगरिदमिक प्रकृति का मतलब है कि डेसिबल मानों पर सरल अंकगणितीय संचालन अंतर्निहित मात्राओं के गुणन या विभाजन से मेल खाते हैं। 3 dB जोड़ने से पावर दोगुनी हो जाती है। 6 dB जोड़ने से आयाम दोगुना हो जाता है (और पावर चार गुना)। 10 dB जोड़ने से पावर दस गुना बढ़ जाती है। 20 dB जोड़ने से आयाम दस गुना बढ़ जाता है। ये संबंध मानसिक अंकगणित शॉर्टकट हैं जिनका हर ऑडियो इंजीनियर दैनिक उपयोग करता है।

मेरे परीक्षण और कैलिब्रेशन कार्य में, मैं इन नियमों पर लगातार निर्भर करता हूं। जब मुझे नॉइज़ जनरेटर को उसके वर्तमान आयाम के आधे पर सेट करने की आवश्यकता होती है, तो मैं स्तर को 6 dB कम करता हूं। जब मुझे दो माइक्रोफोन की तुलना करनी होती है और एक में दूसरे से 3 dB अधिक संवेदनशीलता होती है, तो मैं जानता हूं कि अधिक संवेदनशील माइक्रोफोन समान ध्वनि दबाव के लिए लगभग 1.41 गुना वोल्टेज उत्पन्न करता है। ये त्वरित गणनाएं रैखिक मानों में वापस परिवर्तित करने, अंकगणित करने, और डेसिबल में वापस परिवर्तित करने की तुलना में तेज़ और अधिक सहज हैं।

लॉगरिदमिक स्केल का एक व्यावहारिक परिणाम यह है कि समान स्तर के दो असंबद्ध ध्वनि स्रोतों का संयोजन एक संयुक्त स्तर उत्पन्न करता है जो 3 dB अधिक है, दोगुना नहीं। यदि दो समान पंखे प्रत्येक 50 dB SPL उत्पन्न करते हैं, तो दोनों पंखों को एक साथ चलाने से लगभग 53 dB SPL उत्पन्न होता है, 100 dB SPL नहीं। ऐसा इसलिए है क्योंकि डेसिबल स्केल पहले से ही पावर जोड़ का हिसाब रखता है: पावर दोगुनी करने से 3 dB जुड़ता है। यह सिद्धांत सीधे नॉइज़ जनरेशन पर लागू होता है। जब मैं दो स्वतंत्र नॉइज़ जनरेटर को लेयर करता हूं, तो संयुक्त आउटपुट अकेले किसी एक से 3 dB तेज़ होता है, यह मानते हुए कि वे असंबद्ध हैं।

आवृत्ति भारण: A-भारण और उससे आगे

कच्चे ध्वनि दबाव स्तर माप सभी आवृत्तियों को समान रूप से मानते हैं, लेकिन मानव श्रवण नहीं। कान मिडरेंज आवृत्तियों (1 से 5 kHz) के प्रति निम्न आवृत्तियों (200 Hz से नीचे) या बहुत उच्च आवृत्तियों (10 kHz से ऊपर) की तुलना में कहीं अधिक संवेदनशील है। इसका हिसाब रखने के लिए, ध्वनिकीविद SPL मापों पर आवृत्ति भारण वक्र लागू करते हैं। सबसे आम A-भारण है, जो निम्न सुनने के स्तरों पर समान-ज़ोर समोच्च के व्युत्क्रम का अनुमान लगाता है।

एक A-भारित माप, जिसे dBA के रूप में व्यक्त किया जाता है, मिडरेंज के सापेक्ष निम्न और बहुत उच्च आवृत्तियों को क्षीण करता है। 100 Hz पर, A-भारण मापे गए स्तर को लगभग 19 dB कम करता है। 1 kHz पर, भारण 0 dB है (कोई परिवर्तन नहीं)। 10 kHz पर, लगभग 2.5 dB की थोड़ी कमी है। मेरे फील्ड मापों में, मैं लगभग हमेशा dBA में परिणाम रिपोर्ट करता हूं क्योंकि यह विशिष्ट पर्यावरणीय ध्वनियों के लिए अभारित dB SPL की तुलना में अनुभूत ज़ोर के साथ अधिक निकटता से सहसंबद्ध है।

C-भारण एक और आम वक्र है जो निम्न आवृत्तियों पर बहुत कम क्षीणन लागू करता है, जो इसे तेज़, बास-भारी ध्वनियों को मापने के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है। Z-भारण (जिसे फ्लैट या लीनियर भारण भी कहा जाता है) कोई आवृत्ति सुधार लागू नहीं करता। मेरे उपकरण कैलिब्रेशन कार्य में, मैं पूर्ण-बैंडविड्थ ध्वनि ऊर्जा की सटीक तस्वीर प्राप्त करने के लिए Z-भारण का उपयोग करता हूं, जबकि श्रोताओं पर ध्वनि के व्यक्तिपरक प्रभाव का आकलन करने के लिए A-भारण का उपयोग करता हूं।

जब मैं हमारे नॉइज़ जनरेटर का परीक्षण करता हूं, तो मैं A-भारण और Z-भारण दोनों के साथ आउटपुट स्तर मापता हूं। व्हाइट नॉइज़, अपनी मजबूत उच्च-आवृत्ति सामग्री के साथ, dBZ की तुलना में dBA में कई डेसिबल अधिक मापती है क्योंकि मिडरेंज और ट्रेबल ऊर्जा वह है जहां A-भारण में सबसे कम क्षीणन है। ब्राउन नॉइज़, जो निम्न आवृत्तियों द्वारा प्रभुत्व है, dBZ की तुलना में dBA में काफी कम मापती है क्योंकि A-भारण बास ऊर्जा को भारी रूप से क्षीण करता है। यह अंतर उन उपयोगकर्ताओं के लिए महत्वपूर्ण है जो विभिन्न नॉइज़ रंगों की अनुभूत ज़ोर से मिलान करना चाहते हैं।

विस्तारित उपयोग के लिए सुरक्षित सुनने के स्तर

उन टूल्स के डेवलपर के रूप में जिनका लोग घंटों तक उपयोग करते हैं, मैं सुरक्षित सुनने के स्तर के प्रश्न को गंभीरता से लेता हूं। NIOSH (व्यावसायिक शोर एक्सपोज़र मानक) से व्यापक रूप से उद्धृत व्यावसायिक एक्सपोज़र सीमा आठ घंटे के कार्य दिवस के लिए अनुशंसित अधिकतम 85 dBA निर्धारित करती है। 85 dBA से ऊपर हर 3 dB वृद्धि के लिए, सुरक्षित एक्सपोज़र समय आधा हो जाता है: 88 dBA चार घंटे के लिए सुरक्षित है, 91 dBA दो घंटे के लिए, इत्यादि।

मेरे परीक्षण में, मैंने विभिन्न हेडफोन मॉडलों के माध्यम से हमारे जनरेटर के आउटपुट स्तरों को मापा है ताकि उपयोगकर्ताओं को मिलने वाले स्तरों की सीमा को समझ सकूं। स्मार्टफोन पर पूर्ण वॉल्यूम पर विशिष्ट उपभोक्ता ईयरबड्स के साथ, व्हाइट नॉइज़ बजाते समय कान नहर के अंदर स्तर 100 dBA से अधिक हो सकता है, जो किसी भी विस्तारित अवधि के लिए सुरक्षित एक्सपोज़र सीमा से काफी ऊपर है। इसीलिए मैंने अपने प्लेटफॉर्म में एक डिफॉल्ट वॉल्यूम कैप लागू की है जो प्रारंभिक आउटपुट को लगभग 70 dBA समतुल्य तक सीमित करती है, जो पूरे दिन के उपयोग के लिए सुरक्षित क्षेत्र में है।

जो एक्सपोज़र सीमाएं मैं उद्धृत करता हूं वे व्यावसायिक सुरक्षा मानकों से हैं, और व्यक्तिगत संवेदनशीलता भिन्न होती है। एक ऑडियो टूल डेवलपर के रूप में मेरी भूमिका यह सुनिश्चित करना है कि हमारे उत्पाद समझदार डिफॉल्ट स्तरों पर काम करें और उपयोगकर्ताओं को उनकी सुनने की आदतों के बारे में सूचित निर्णय लेने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करें। मैं हमेशा सिफारिश करता हूं कि उपयोगकर्ता वॉल्यूम को उस सबसे कम स्तर पर सेट करें जो उनके वांछित प्रभाव को प्राप्त करे, चाहे वह विकर्षक ध्वनियों को मास्क करना हो, एकाग्रता में सहायता करना हो, या ऑडियो उपकरण का परीक्षण करना हो।

ऑडियो उपकरण विनिर्देशों में डेसिबल

ऑडियो उपकरण के विनिर्देशों की व्याख्या करने के लिए डेसिबल को समझना आवश्यक है। हमारे प्लेटफॉर्म के साथ संगतता के लिए हेडफोन, स्पीकर, एम्प्लीफायर, और माइक्रोफोन का मूल्यांकन करने के मेरे काम में, मैं कई संदर्भों में डेसिबल विनिर्देशों का सामना करता हूं।

माइक्रोफोन संवेदनशीलता dBV प्रति पास्कल या dBFS प्रति पास्कल में निर्दिष्ट की जाती है, जो एक पास्कल (94 dB SPL) के ध्वनि दबाव द्वारा उत्पन्न आउटपुट वोल्टेज या डिजिटल स्तर को दर्शाती है। माइनस 38 dBV/Pa की संवेदनशीलता का मतलब है कि माइक्रोफोन 94 dB SPL इनपुट के लिए लगभग 12.6 मिलीवोल्ट का वोल्टेज उत्पन्न करता है। उच्च संवेदनशीलता (कम ऋणात्मक संख्या) का मतलब है कि माइक्रोफोन को उपयोग योग्य सिग्नल उत्पन्न करने के लिए कम ध्वनि दबाव की आवश्यकता होती है, जो शांत स्रोतों को रिकॉर्ड करने के लिए वांछनीय है लेकिन तेज़ स्रोतों के साथ क्लिपिंग का कारण बन सकती है।

हेडफोन संवेदनशीलता आमतौर पर dB SPL प्रति मिलीवॉट के रूप में निर्दिष्ट की जाती है, जो एक मिलीवॉट विद्युत शक्ति द्वारा उत्पन्न ध्वनि स्तर को दर्शाती है। विशिष्ट मान लगभग 95 से 115 dB SPL/mW तक होते हैं। उच्च संवेदनशीलता का मतलब है कि हेडफोन दिए गए एम्प्लीफायर आउटपुट के लिए अधिक ज़ोर से बजता है। मेरे हेडफोन परीक्षण में, मैं विभिन्न वॉल्यूम सेटिंग्स पर उत्पन्न वास्तविक SPL को मापने के लिए एक कैलिब्रेटेड ईयर सिम्युलेटर (GRAS 43AG कपलर) का उपयोग करता हूं, जो मुझे हमारे जनरेटर के डिजिटल आउटपुट स्तर को श्रोता के कानपट्टी तक पहुंचने वाले भौतिक ध्वनि दबाव से सहसंबद्ध करने की अनुमति देता है।

सिग्नल-टू-नॉइज़ रेशियो (SNR) एक और महत्वपूर्ण विनिर्देश है, जो डेसिबल में व्यक्त किया जाता है। 110 dB के SNR वाले माइक्रोफोन प्रीएम्प्लीफायर में स्व-शोर है जो अधिकतम सिग्नल स्तर से 110 dB नीचे है, जिसका मतलब है कि नॉइज़ फ्लोर अत्यंत कम है। ऑडियो उपकरण में, उच्च SNR मान बेहतर हैं क्योंकि वे अधिक विस्तृत उपयोग योग्य डायनामिक रेंज दर्शाते हैं। नॉइज़ जनरेशन के लिए, प्लेबैक श्रृंखला का SNR निर्धारित करता है कि जनरेटर का आउटपुट विश्वसनीय रूप से पुनरुत्पादित होता है या उपकरण के अपने इलेक्ट्रॉनिक शोर से दूषित होता है, जो विशेष रूप से कम प्लेबैक स्तरों पर महत्वपूर्ण है जहां सिग्नल और नॉइज़ फ्लोर सबसे करीब होते हैं।