دسی بل

دسی بل یا db یکی از گیج کننده ترین مفاهیم در تولید صدا است. اگر بخواهیم به یکباره در مورد تمام جزئیات این واژه فکر کنیم احساس غرق شدن به ما دست خواهد داد. اما حقیقت این است که یادگیری آنها چند اصل مهم در مورد دسی بل برای انجام کار در صنعت صوت کافی است. این مقاله تمام مواردی را که احتمالاً باید در مورد دسی بل بدانید بیان می کند.

 

دسی بل ها می توانند نسبت های بزرگی را با اعداد ساده نشان دهند

همانطور که می دانید دسی بل در چندین برنامه کاربردی در صنعت صدا استفاده می شود. در این بخش بیان خواهیم نمود که چگونه دسی بل محاسبات و ارتباطات بصورت صوتی را ساده می کند.

مفهوم ترکیب اعداد بزرگ

دسی بل دو عدد  را با هم مقایسه می کند که در بسیاری از ارقام با یکدیگر متفاوتند و نسبت آن اعداد را با یک عدد ساده تر نشان می دهند. دسی بل برای مقایسه اعدادی که به نسبت چندین اندازه با هم متفاوتند بسیار مفید است. از همین رو از دسی بل برای توصیف قدرت آکوستیک، توان الکتریکی و سطح فشار استفاده می کنند.

دسی بل ها لگاریتمی هستند و به اعداد ساده اجازه می دهند، مقدارهایی را بیان کنند که معمولاً به رقم های بیشتری نیاز دارند. بعنوان مثال انسان قادر به درک طیف گسترده ای از فشار صدا از کم تا زیاد است. اما وقتی صحبت در مورد مقدار مطلقی از سطح فشار صدا می شود، بحث چالش برانگیز می گردد.

پاسکال واحد اندازه گیری فشار است که  به صورت مطلق فشار را در هر متر مربع اندازه گیری می کند. انسان قادر به درک تغییرات فشار از زیر 20 میکرو پاسکال تا حداکثر 20 پاسکال است. نسبت بین این مقادیر بین 1 تا 10000000 می باشد.

مقایسه سطح فشار صوت وقتی به جای گذر نوشته می شود، بسیار ساده تر است. جدول زیر یک مقایسه جانبی از سطح فشار صدا را نشان می دهد که بعنوان پاسکال و دسی بل ارائه شده است:

سطح فشار صدا ( دسی بل)

سطح فشار صدا (پاسکال)

منبع صوت

0 dB SPL

0.00002 Pa

آستانه شنوایی( صدای آرام)

60 dB SPL

0.02 Pa

سطح گفتار معمولی

80 dB SPL

0.2 Pa

میانگین سطح گوش دادن به موسیقی

120 dB SPL

20 Pa

حداکثر شنوایی( صدای بلند)

درک انسان از شنیدن

دسی بل از آن جهت مفید است که تغییرات فشار صدا را در مقیاسی ارائه می دهد که به نحوه درک انسان از بلندی صدا بیشتر مرتبط است. اکثر ما انسانها بصورت خطی فکر می کنیم. بطور مثال دو برابر مقدار حروف، دو برابر کلمه را تولید می کند. این طرز فکر در مورد بلندی صدا صدق نمی کند و با فکر کردن به صورت خطی ممکن است شک کنید که با دو برابر کردن قدرت تقویت کننده صدایی موجب دو برابر شدن بلندی آن صدا می شود. که این طرز فکر در مورد صدا درست نیست و مقیاس درک انسان از بلندی صدا از مقیاس خطی به مقیاس لگاریتمی نزدیک تر است. در مقیاس خطی در هر مرحله رشد به صورت خطی افزایش می یابد مانند 10، 20، 30، 40 و... که در هر مرحله 10 واحد اضافه شده است. اما در مقیاس لگاریتمی در هر مرحله نسبت مشابهی دارد مانند 10، 100، 1000، 10000 و ...که در هر مرحله 10* را مشاهده می نماییم.

برای افزایش سطح فشار صدا قدرت بیشتری لازم است تا همان میزان افزایش درک شده در بلندی را ایجاد کرد. دسی بل این پدیده را ایجاد می کند. دسی بل ها مقادیر مطلق مانند پاسکال یا وات را در مقیاس لگاریتمی ارائه می دهد که درک آن برای انسان ساده تر است و همچنین با نحوه درک تغییرات در بلندی صدا در ارتباط است. دسی بل به ما می گوید که اختلاف سطح ناشی از تغییر یک مقدار، به مقدار اولیه و درصد تغییر یافته بستگی دارد.

استفاده از دسی بل به یک مرجع (منبع) نیاز دارد

دسی بل راهی برای توصیف نسبت بین دو کمیت است. هنگام استفاده از دسی بل شما همیشه مقادیر دو مقدار را باهم مقایسه می کنید. بطور مثال اگر گفته شود طبل ها دارای صدای 120 دسی بل است، جمله ناقصی را بیان می کند. زیرا دسی بل خود به تنهایی هیچ ارزشی ندارد. همانطور که گفته شد دسی بل ها فقط نسبت بین دو کمیت معنی دار را توصیف می کنند. اما در عوض می توانیم بگوییم طبل ها 20 دسی بل بلندتر از گیتار هستند. این جمله معنی دار است زیرا صدا را در سطح طبل و گیتار با هم مقایسه نموده است.

تغییرات مثبت و منفی در دسی بل

در مورد کنسول مخلوط کن به یک فیدر (منبع تغذیه) فکر کنید. اگر فیدر در صفر دسی بل قرار گیرد، به سادگی امکان عبور  سیگنال صوتی را می دهد. با افزایش فشار به فیدر به بیش از صفر دسی بل سیگنال نیز افزایش می یابد. همچنین اگر فشار بر فیدر را به زیر صفر کاهش دهیم، عبور سیگنال صوتی نیز کاهش می یابد. در مورد فیدر مخلوط کن فوق نقطه صفر دسی بل نقطه عطف (رجوع) محسوب می شود و مقادیر دسی بل بیش از صفر مثبت و پایین تر از صفر دسیبل منفی هستند.

همانطور که در ادامه مشاهده خواهید نمود هر کاربرد دسی بل دارای یک نقطه عطف است که مقادیر بیشتر از نقطه عطف اعداد مثبت و مقادیر کمتر از نقطه عطف مقادیر منفی هستند.

امتیازات نقطه عطف صفر دسی بل در صدا

از دسی بل ها می توان برای توصیف مقادیر مربوط به بسیاری موارد از جمله نور، صدا، امواج رادیویی و برق استفاده کرد. برای بسیاری از کاربردهای دسی بل، نقاط عطف استاندارد صفر دسی بل به صورت مطلق تعریف شده است. ناگفته نماند هر برنامه دارای پسوند های مربوط به خود است از جمله db ,dbu,dBm و Spl و ...

نقطه عطف (صفر دسی بل)

اختصار

واحد فیزیکی

0 dB = 1 volt

dBV

ولتاژ

0 dB = 0.775

dBu

ولتاژ

0dB = 1 watt @ 50 ohms impedance

dBW

قدرت الکتریکی

0 dB = 0.001 watts @ 600 ohms impedance

dBm

قدرت الکتریکی

0 dB = 0.00002 pascals    آستانه شنوایی انسان

dB SPL

فشار صدا

0 dB = +4 dBu (1.228 volts RMS)

(واحد صدا) dB VU

سنجش صوت آنالوگ

0 dB = Maximum Value in a Fixed Point System

(حالت کامل) dB FS

سنجش صوت آنالوگ

منابع صفر دسی بل ذکر شده در نمودار فوق برای انواع دسی بل معنا و کاربرد دارد. بهتر است نگاهی دقیق تر به دو مورد از رایج ترین برنامه های تولید صوت بیندازیم: سطح فشار صوت (SPL ) و اندازه گیری صوت دیجیتال (db FS ).

سطح فشار صدا (db SPL)

0db SPL یا سطح فشار صوت است که آستانه شنوایی انسان را نشان می دهد. یا بعبارتی کمترین صدایی که انسان قادر به شنیدن آن است. ما می دانیم که 80 db SPL که برابر با 80 دسی بل است بلندتر از کمترین صدایی است که انسان می تواند بشنود.

سنجش صوت دیجیتال (dB FS)

0 db FS یا مقیاس کامل، به حداکثر مقدار در یک سیستم دیجیتال با نقطه ثابت اشاره دارد. بنابراین بالاترین سطح ممکن در سیستم صوتی دیجیتال با نقطه 0 db FS می باشد.

اگر یک سیگنال صوتی دیجیتال بیش از 0 db در مقیاس کامل در یک سیستم ثابت باشد، قطع دیجیتال رخ می دهد. سطح صدای دیجیتالی اعداد منفی است (-12 db FS, -20 db FS و ...)

-12 db FS ، 12 دسی بل پایین تر حداکثر حد ممکن در یک سیستم دیجیتال با نقطه ثابت است.

یک دسی بل 10/1 بل است

در بخش های بعدی یاد خواهی گرفت که چگونه محاسبات دسی بل را انجام دهید. علاوه بر این نسبت دسی بل ها بین واحدهای مطلق مانند ولت، وات یا پاسکال را نیز پیدا خواهید نمود.

یک سی بل و بل یک رابطه یکسانی با یک متر سنج دارند. در فرمول محاسبات دسی بل اگر درک کنید که چگونه دسی بل مربوط به بل است، درک و ارتباط بیشتری پیدا خواهید نمود.

محاسبه نسبت در Bels

فرمول یافتن نسبت قدرت بین دو مقدار در Bels به شرح زیر است:

Power1 توان مرجع و power2 توان اندازه گیری شده است. این فرمول با استفاده از یک ماشین حساب با عملکرد لگاریتمی قابل حل است. برای انجام این کار فقط با تقسیم توان دوم به توان اول، می توان نسبت بین دو قدرت را تعیین نمود. سپس لگاریتم آن را از طریق ماشین حساب تعیین کنید.

محاسبه نسبت در دسی بل

حال که فرمول اساسی محاسبه نسبت در Bels را می دانید، بیایید تا ببینیم این فرمول برای محاسبه نسبت در دسی بل چگونه است؟

دسی بل یک دهم بل است که با پیشوند متریک نشان داده شده است. بدین معنا که برای پیدا کردن مقدار دسی بل باید مقدار بل را در 10 ضرب نماییم. فرمول زیر چگونگی محاسبات دسی بل را نشان می دهد:

امیدواریم شما هم به این نتیجه رسیده باشید که دسی بل به اندازه گذشته گیج کننده نیست و برای محاسبه آن فقط کافیست مقدار Bels را در 10 ضرب نمائید.

دسی بل یک رابطه وابسته به توان ( قدرت) است.

برای بسیاری گیج کننده ترین جنبه استفاده از دسی بل تصمیم گیری برای استفاده از فرمول در شرایط معین است. همانطور که در بخش قبل بیان شد فرمول دسی بل به شرح زیر است:

و در برخی شرایط از فرمول زیر نیز استفاده می کنند:

 

 

حال سوال اینجاست چرا از فرمول های مختلف استفاده می شود؟ چگونه می دانید در شرایط خاص از کدامیک باید استفاده نمود؟ در این بخش خواهید فهمید!!

محاسبه نسبت توان در دسی بل

دسی بل همیشه یک نسبت انرژی است. هنگام محاسبه تغییرات الکتریکی و اکوستیک از فرمول زیر محاسبه می شود:

 

محاسبه نسبت های غیر توان در دسی بل

از دسی بل می توان برای محاسبه نسبت بین مقادیر غیر توان (قدرت) نیز استفاده نمود. هنگام محاسبه فشار ولتاژ و فشار صوتی از فرمول زیر استفاده می شود:

 

 

دلیل ما برای اینکه چرا این فرمول با عدد 20 ضرب شده است در زیر آمده است:

 

 

در این معادله W توان (قدرت)، E ولتاژ و R مقاومت است.

توجه داشته باشید که مقدار ولتاژ مربع است و توان متناسب با مربع ولتاژ است. از همین رو برای یافتن دسی بل تغییر ولتاژ 20 برابر می شود. راه دیگر برای یافتن همان پاسخ استفاده از فرمول زیر است:

 

 

نکته: مقادیری که قدرت نیستند باید متناسب با قدرت باشند. هر زمان که مقادیر توان را در دسی بل ها مقایسه می کنید، فرمول Bel را در 10 ضرب کنید و هر زمان که مقادیر غیر توان (قدرت) را در دسی بل مقایسه می کنید، فرمول Bel را در عدد 20 ضرب نمائید.

3 دسی بل دو برابر قدرت و 6 دسی بل دو برابر ولتاژ یا فشار صدا را نشان می دهد

زمانی که پرسیده می شود چند دسی بل دو برابر شده است؟ پاسخ دادن به این سوال دشوار است. زیرا این امر بستگی به دو برابر شدن دارد. همانطور که در بخش قبل آموختید، مقادیر غیر قدرت می باید متناسب با قدرت باشد تا بتوان دسی بل ها را نشان داد. این کار را می توان با ترکیب هر مقدار غیر توان، قبل از پیدا کردن نسبت بین آنها یا با ضرب کردن مقدار Bel در عدد 20 بجای عدد 10 انجام داد.

مقدار دسی بل برای نشان دادن دو برابر شدن در مقادیر قدرت با دو برابر شدن در مقادیر غیر قدرت متفاوت است. در زمینه تولید صدا، ولتاژ و فشار صدا متداول ترین مقادیر قدرت نیستند. 3 دسی بل میزان دو برابر شدن نیرو را نشان می دهد، در حالی که 6 دسی بل نشان دهنده دو برابر شدن فشار ولتاژ یا فشار صدا است

معیارهای مربوط به روابط دسی بل

بخاطر سپردن مقدار دسی بل برای تغییرات 1:2 و 1:10 قدرت، ولتاژ و فشار صدا مفید است. به جدول زیر توجه نمایید:

 

مقدار  دسی بل

نسبت

واحد فیزیکی

3 dB

2:1

توان

10 dB

10:1

توان

6 dB

2:1

ولتاژ

20 dB

10:1

ولتاژ

6 dB

2:1

سطح فشار صدا

20 dB

10:1

سطح فشار صدا

نتیجه گیری

امیدواریم مقاله روبرو برخی از سردرگمی ها در مورد دسی بل را برایتان رفع نموده باشد. یادگیری این مفاهیم کلیدی باعث می شود استفاده از دسی بل برایتان راحت تر شود. ما معتقدیم همیشه ارزش این تلاش را داریم که بفهمیم چیزی به طور شهودی و نه فقط بخاطر سپردن اطلاعات، مرور مجدد توضیحات مربوط به دسی بل نیازمند اطلاعات پایه ای است که ما در این مقاله برایتان بازگو نمودیم. امیدوارم مفید واقع گردیده باشد.