Cách hiệu chuẩn máy đo decibel trên điện thoại hoặc laptop

Một micrô điện thoại hoặc laptop tiêu dùng, dùng thẳng từ nhà máy, có thể báo mức âm thanh chênh 5 đến 15 dB so với một máy đo Class 2 đã hiệu chuẩn. Đó không phải là lỗi sản xuất — đó là hệ quả không thể tránh của việc dùng một thiết bị được thiết kế cho cuộc gọi thoại và khử ồn xung quanh như thể nó là dụng cụ đo lường. Tin tốt là việc loại bỏ phần lớn sai số này chỉ tốn 5 phút, không cần thiết bị đặc biệt, và đưa máy đo trên trình duyệt trên trang này về khoảng chênh ±2 dB so với tham chiếu cho dải môi trường và nghề nghiệp điển hình.

Trang này trình bày ba phương pháp hiệu chuẩn (theo thứ tự độ chính xác và tính thực dụng), giải thích cách đặt bù hiệu chuẩn trong bảng cài đặt, và nói thẳng về giới hạn của phần cứng tiêu dùng.

Vì sao hiệu chuẩn quan trọng

Thang decibel được hiệu chuẩn theo tham chiếu vật lý cố định: 0 dB SPL = 20 micropascal (µPa) biến thiên áp suất. Một máy đo mức âm thanh được hiệu chuẩn đúng, khi nhận tín hiệu tham chiếu 94 dB SPL, đọc đúng 94 dB. Bất kỳ giá trị nào khác là sai số đo — một độ lệch không đổi giữa mức âm thanh thực và con số trên màn hình.

Ba nguồn sai số chiếm ưu thế ở phần cứng tiêu dùng:

• Dung sai độ nhạy micrô. Micrô MEMS trong điện thoại và laptop thường được ghi đặc tả ở −38 dBV/Pa ± 3 dB. Dải ±3 dB đó dịch trực tiếp thành ±3 dB sai số đo trước khi tính bất kỳ yếu tố nào khác.
• Khuếch đại pre-amp và thang ADC. Chuỗi tín hiệu từ micrô qua phần analog đến giá trị mẫu kỹ thuật số thêm vài decibel biến động và không được chuẩn hóa giữa các thiết bị.
• Xử lý đường ống âm thanh. Phần lớn hệ điều hành và trình duyệt hiện đại áp dụng tự động khuếch đại (AGC), khử vọng, khử ồn và cân bằng cho đầu vào micrô. Mỗi tính năng làm thay đổi quan hệ giữa SPL trong phòng và giá trị mẫu kỹ thuật số, thường là phi tuyến theo mức.

Máy đo trên trình duyệt của trang này đã yêu cầu micrô với xử lý bị tắt khi nền tảng hỗ trợ (echoCancellation: false, noiseSuppression: false, autoGainControl: false trong các ràng buộc getUserMedia). Dù vậy, xử lý nền tảng còn sót và dung sai micrô có nghĩa mọi thiết bị đều hưởng lợi từ một lần hiệu chuẩn.

Phương pháp 1 — Đối chiếu với SLM tham chiếu (mặc định thực dụng)

Nếu bạn có quyền truy cập máy đo Class 2 đã hiệu chuẩn (của bạn, của đồng nghiệp, của bộ phận EHS), đây là cách hiệu chuẩn dễ nhất và đáng tin cậy nhất. Nó bắt sai số dưới một tín hiệu phòng thực tế và mất khoảng năm phút.

1. Đặt cả hai máy cạnh nhau. Đặt điện thoại hoặc laptop chạy máy đo của chúng tôi cạnh SLM tham chiếu, micrô ở cùng độ cao và hướng, lý tưởng là cách nhau dưới 5 cm.
2. Chọn nguồn ổn định ở mức trung bình. Một nguồn nhiễu trắng hằng định ở 60 – 80 dB là lý tưởng — quạt chạy, ống thông gió, tiếng quay số trên loa ngoài. Tránh nhạc có xung lớn và tránh môi trường yên tĩnh nhất nơi sàn nhiễu của một trong hai máy chiếm ưu thế.
3. Cấu hình cả hai cùng cài đặt. Trọng số A, trọng số thời gian Slow trên cả hai. Slow trung bình hóa các dao động ngắn, nếu không sẽ làm so sánh nhiễu.
4. Trung bình trong 30 – 60 giây. Quan sát cả hai giá trị. Phần lớn SLM tham chiếu hiển thị Leq chạy; với máy đo của chúng tôi, hãy xem thống kê Avg.
5. Tính độ lệch. Giá trị tham chiếu trừ giá trị của chúng tôi, theo dB. Nếu tham chiếu đọc 70 dBA và máy của chúng tôi đọc 65 dBA, độ lệch là +5 dB.
6. Nhập độ lệch trong cài đặt. Mở menu bánh răng, cuộn đến "Bù hiệu chuẩn", nhập giá trị tính được (kèm dấu). Bấm lưu.

Một lần so sánh 30 giây thứ hai sau khi nhập độ lệch sẽ cho thấy hai máy trong khoảng 1 dB của nhau. Nếu chênh hơn 2 dB trên nguồn ổn định, đáp tuyến tần số của thiết bị bạn không phẳng ở phổ của nguồn thử — hãy thử nguồn dải rộng như quạt hoặc ống HVAC, không phải nguồn âm sắc như TV.

Phương pháp 2 — Bộ hiệu chuẩn âm học (chuẩn vàng)

Chuyên viên vệ sinh công nghiệp và nhà nghiên cứu âm học hiệu chuẩn bằng pistonphone hoặc bộ hiệu chuẩn âm học — một thiết bị úp lên micrô và phát một tone tham chiếu chính xác, thường là 94 dB SPL hoặc 114 dB SPL ở 1 kHz, có thể truy nguyên đến tiêu chuẩn đo lường quốc gia (IEC 60942 Class 1 hoặc Class 2).

Nếu bạn có quyền truy cập một bộ (ví dụ từ đội EHS hoặc kỹ thuật âm thanh):

1. Lắp bộ hiệu chuẩn lên micrô. Đây là bước vướng víu trên điện thoại hoặc laptop, vì phần lớn cổng micrô tiêu dùng quá nhỏ, bị thụt vào, hoặc lệch trục so với khớp nối của bộ hiệu chuẩn. Một miếng xốp hoặc băng dính chuyển đổi có thể giúp, nhưng độ kín sẽ không hoàn hảo.
2. Kích hoạt bộ hiệu chuẩn (94 dB SPL, 1 kHz). Chạy máy đo của chúng tôi 30 giây với trọng số A, Fast.
3. Tính độ lệch. 94 trừ giá trị của chúng tôi. Nhập trong cài đặt.

Phương pháp bộ hiệu chuẩn chính xác nhất theo thiết kế — nhưng hình dáng micrô tiêu dùng giới hạn mức độ tin cậy có thể ghép bộ hiệu chuẩn với chính màng micrô. Với phần lớn người dùng, Phương pháp 1 (SLM tham chiếu trong cùng phòng) cho kết quả không phân biệt được với ít rắc rối hơn nhiều.

Phương pháp 3 — Sàn yên tĩnh đã biết (giải pháp cuối)

Nếu bạn không có cả SLM tham chiếu lẫn bộ hiệu chuẩn, bạn có thể neo máy đo theo một mức yên tĩnh đã biết. Đây là phương pháp ít chính xác nhất trong ba nhưng chỉ cần thiết bị của bạn và một phòng yên tĩnh.

1. Tìm một không gian yên tĩnh đã biết. Phòng ngủ yên tĩnh ban đêm thường 30 – 35 dBA; phòng thu tại nhà có xử lý âm có thể 25 dBA; phòng đọc thư viện thường 35 – 40 dBA.
2. Chờ phòng ổn định. Ngừng đi lại, giữ thiết bị yên, yêu cầu mọi người trong phòng yên lặng. Chạy máy đo của chúng tôi với trọng số thời gian Slow, trọng số A, trong 60 giây.
3. So với giá trị kỳ vọng. Phòng ngủ yên tĩnh điển hình đọc 30 – 35 dBA trên máy đo đã hiệu chuẩn. Nếu máy đo của bạn đọc 25 dBA trong không gian bạn mô tả là "phòng ngủ yên tĩnh", độ lệch của bạn xấp xỉ +5 đến +8 dB. Ngược lại, nếu nó đọc 50 dBA, thiết bị của bạn đang đọc quá cao 15 đến 20 dB và bù hiệu chuẩn là âm.

Phương pháp này thô — nó giả định bạn phân loại đúng phòng theo âm học — nhưng với người không có thiết bị tham chiếu, nó đưa hiệu chuẩn vào đúng khoảng và ngăn các giá trị đọc trở nên kỳ quặc. Tốt hơn nhiều so với không hiệu chuẩn gì cả.

Đặt bù hiệu chuẩn

Khi đã có một con số, nhập nó vào máy đo:

1. Bấm biểu tượng bánh răng (góc trên phải máy đo).
2. Tìm trường Bù hiệu chuẩn.
3. Nhập độ lệch, kèm dấu. Ví dụ: +5 nếu máy của bạn đọc thấp hơn tham chiếu 5 dB; -3 nếu nó đọc cao hơn 3 dB.
4. Lưu.

Độ lệch được lưu trong local storage của trình duyệt cho origin và thiết bị đó, nên nó được nhớ qua các phiên. Nó không đồng bộ giữa các thiết bị — điện thoại và laptop thường cần độ lệch khác nhau, và ngay cả hai điện thoại cùng mẫu cũng có thể chênh vài decibel.

Nếu bạn muốn thử nhiều thiết bị, lưu độ lệch của từng thiết bị riêng. Chúng tôi có mục trong roadmap để thêm hồ sơ đặt tên theo từng thiết bị; hiện giờ bạn cần nhớ con số của mỗi thiết bị.

Khi nào nên hiệu chuẩn lại

Vài tình huống đáng để chạy lại hiệu chuẩn:

• Thiết bị mới hoặc trình duyệt mới. Đường ống âm thanh khác nhau giữa Chrome / Firefox / Safari và giữa các phiên bản hệ điều hành. Hiệu chuẩn lại sau cập nhật OS lớn nếu giá trị trôi.
• Micrô mới. Micrô USB hoặc Bluetooth ngoài có hiệu chuẩn riêng. Bluetooth đặc biệt khó vì codec mã hóa thay đổi mức cảm nhận theo cách phi tuyến.
• Thay đổi nhiệt độ hoặc độ ẩm đáng kể. Micrô MEMS trôi theo môi trường, nhưng hiệu ứng nhỏ (dưới một decibel) cho điều kiện trong nhà điển hình.
• Bất đồng với tham chiếu đã biết. Nếu một phép đo bất đồng với tham chiếu công bố hơn 5 dB trên nguồn ổn định, hiệu chuẩn lại trước khi coi sự bất đồng là thật.

Kiểm tra hằng tháng so với cùng không gian tham chiếu (cùng quạt trong cùng phòng) là thói quen tốt nếu bạn dùng máy đo cho bất kỳ quyết định nào quan trọng.

Những điều bạn không thể hiệu chuẩn được

Ba giới hạn của micrô tiêu dùng không thể sửa bằng cách đặt bù hiệu chuẩn.

Cắt đỉnh ở SPL tối đa

Phần lớn micrô điện thoại và laptop cắt đỉnh — tức là phần analog phía trước bão hòa và tín hiệu kỹ thuật số không còn tỉ lệ với đầu vào — ở đâu đó giữa 95 và 110 dB SPL. Trên điểm cắt đỉnh, máy đo báo thấp hơn mức thực. Không có độ lệch nào sửa được điều này; thông tin đã mất trước khi máy đo nhìn thấy.

Nếu bạn cần đo 100 dBA hoặc to hơn một cách đáng tin cậy, bạn cần một máy đo mức âm thanh Class 2 (IEC 61672‑1) hoặc một liều kế chuyên dụng. Máy đo trên trình duyệt của chúng tôi là công cụ sàng lọc xuất sắc dưới dải cắt đỉnh.

Đáp tuyến tần số

Một micrô đo lường hoàn hảo có đáp tuyến tần số phẳng từ 20 Hz đến 20 kHz. Micrô điện thoại và laptop có các đỉnh và hõm vài decibel xuyên qua dải đó — được thiết kế cho giọng nói (200 Hz – 4 kHz) phải trả giá bằng độ rền tần số trầm và độ thoáng tần số cao. Bù hiệu chuẩn là một số đơn; nó không thể sửa đáp tuyến tần số không phẳng.

Trong thực tế điều này có nghĩa máy đo của chúng tôi sẽ khá chính xác trên nguồn dải rộng dải trung (giao thông, trò chuyện, HVAC) và kém chính xác hơn một chút trên các nguồn nặng tần số trầm hoặc tần số cao. Trọng số C khuếch đại sai số tần số trầm; trọng số A nén nó. Khi không chắc, dùng trọng số A.

Tích phân theo thời gian

Máy đo đọc giá trị tức thời có trọng số thời gian; hiệu chuẩn một giá trị duy nhất ở mức ổn định không bảo đảm tích phân Leq chính xác trong một giờ, đặc biệt với tiếng ồn biến đổi. Trang mẹo nói khi nào điều này quan trọng.

Xác minh hiệu chuẩn

Sau khi đặt độ lệch, làm một phép kiểm tra tính lặp lại:

1. Đo ba lần 30 giây một nguồn ổn định (cùng quạt, cùng khoảng cách). Mỗi lần phải rơi vào trong 1 dB của nhau.
2. Nếu giá trị trôi hơn 1 dB, nguồn không thực sự ổn định hoặc AGC của thiết bị vẫn còn hoạt động dù có cờ getUserMedia. Thử nguồn khác (ống HVAC từ 1 m thường đáng tin nhất).
3. Kiểm tra chéo với tham chiếu khác nếu có. Nếu hai tham chiếu độc lập đồng ý trong 2 dB, hiệu chuẩn của bạn đáng tin.

Một máy đo trình duyệt đã hiệu chuẩn, dùng trong giới hạn của nó, đủ tốt cho gần như mọi việc trừ tài liệu tuân thủ chính thức. Hướng dẫn, mẹo, và bảng so sánh đều giả định bạn đã làm việc này một lần — không có hiệu chuẩn, mọi giá trị trên trang này đều lệch một lượng không xác định nhưng có lẽ đáng kể.