دسی بل

دسی بل چیست؟

دسی بل (decibels) 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، اما قبل از این باید بدانیم که به طور کلی صوت چیست و امواج صوتی چیست . 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 میشود. در این بخش بیان خواهیم نمود که چگونه دسی بل محاسبات و ارتباطات بصورت صوتی را ساده میکند.

مفهوم ترکیب اعداد بزرگ

دسی بل دو عدد را با هم مقایسه میکند که در بسیاری از ارقام با یکدیگر متفاوتند و نسبت آن اعداد را با یک عدد ساده تر نشان میدهند. 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 میکنند.

دسی بل ها لگاریتمی هستند و به اعداد ساده اجازه میدهند، 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 میشود، بحث چالش برانگیز میگردد.

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

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

درک انسان از شنیدن

دسی بل از آن جهت مفید است که تغییرات فشار صدا را در مقیاسی ارائه میدهد که به نحوه درک انسان از بلندی صدا بیشتر مرتبط است. اکثر ما انسانها بصورت خطی فکر میکنیم. بطور مثال دو برابر مقدار حروف، دو برابر کلمه را تولید میکند. این طرز فکر در مورد بلندی صدا صدق نمیکند 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 میشود.

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 مینماییم.

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 میکند. دسی بل ها مقادیر مطلق مانند پاسکال یا وات را در مقیاس لگاریتمی ارائه میدهد که درک آن برای انسان ساده تر است و همچنین با نحوه درک تغییرات در بلندی صدا در ارتباط است. دسی بل به ما میگوید 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 میکنید. بطور مثال اگر گفته شود طبل ها دارای صدای 120 دسی بل است، جمله ناقصی را بیان میکند. 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 میکنند. اما در عوض میتوانیم 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 دستگاه مخلوط کن به یک فیدر (منبع تغذیه) فکر کنید. اگر فیدر در صفر دسی بل قرار گیرد، به سادگی امکان عبور  سیگنال صوتی را میدهد. 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 میشود 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 میتوان برای توصیف مقادیر مربوط به بسیاری موارد از جمله نور، صدا، امواج رادیویی و برق استفاده کرد. برای مثال هدفون ها و اسپیکر ها با کیفت زیادی هستند که می شود به آنها اشاره کرد اما باید بدانیم که hi res audio چیست و چه قابلیت هایی را ارائه میدهد. 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 …

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 میدهد. یا به عبارتی 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 میتواند 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 میباشد.

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:

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. اما جدا از دسی بل ما باید بدانیم که فرکانس چیست تا بتوانیم درباره صدا اطلاعات خود را افزایش دهیم. امیدواریم این مقاله براتون مفید بوده باشه.