Mẹo đo âm thanh: cách lấy giá trị decibel chính xác

Một máy đo mức âm thanh chỉ báo đúng điều micrô bắt được. Chất lượng tín hiệu thu được phụ thuộc đặt máy đo ở đâu, chọn trọng số và đáp ứng thời gian nào, cầm thiết bị thế nào, và trung bình kết quả ra sao. Làm đúng những điều đó, một máy đo điện thoại đã hiệu chuẩn khớp với máy đo Class 2 tham chiếu trong khoảng ±2 dB cho các nguồn môi trường điển hình. Làm sai, cùng chiếc điện thoại đó cho bạn giá trị lệch 10 dB hoặc hơn — không phải vì máy đo dở, mà vì phép đo sai.

Trang này tập hợp các kỹ thuật thực hành đưa giá trị từ "ước lượng thô" sang "đáng tin". Trang giả định bạn đã làm quy trình hiệu chuẩn một lần cho thiết bị. Không mẹo nào ở đây bù được cho máy đo chưa hiệu chuẩn — chúng rút ra số đáng tin từ một máy đo đã hiệu chuẩn.

Đặt micrô

Micrô là thứ duy nhất "nghe" thấy phòng. Càng gần nguồn, càng nhìn thấy nhiều bề mặt phản xạ, và không khí xung quanh càng hỗn loạn, các yếu tố đó càng chiếm ưu thế trong giá trị đo so với chính âm thanh bạn quan tâm.

Khoảng cách tới nguồn

Với một nguồn điểm lý tưởng trong trường tự do, luật bình phương nghịch đảo dự đoán tăng gấp đôi khoảng cách làm SPL giảm 6 dB. Phép đo thực tế trong nhà hiếm khi khớp hoàn hảo do các phản xạ trong phòng, nhưng xu hướng vẫn đúng:

Với phép đo nghề nghiệp, quy tắc là đo ở vị trí tai người lao động. Với phép đo môi trường, chọn vị trí có ý nghĩa: tầm gối khi đo tiếng ồn giấc ngủ, mặt bàn làm việc khi đo tiếng ồn văn phòng, giữa sàn nhảy khi đo địa điểm.

Nếu bạn công bố một con số, luôn ghi khoảng cách. "Máy cắt cỏ: 85 dBA tại 5 m" là một phát biểu đầy đủ; "máy cắt cỏ: 85 dBA" mơ hồ và gần như vô dụng với người muốn ước lượng mức ở khoảng cách khác.

Trường tự do và trường phản xạ

Một trường tự do hoàn hảo không có bề mặt phản xạ. Phòng triệt âm xấp xỉ trường tự do; một bãi cỏ trống vào ngày không gió là thứ tốt nhất kế đó. Phần lớn phòng phản xạ mạnh, đặc biệt phòng nhỏ với bề mặt cứng như nhà tắm, bếp, và cabin thang máy.

Trong phòng phản xạ, SPL ở phần lớn các điểm bị thống trị bởi trường âm dội, không phải âm trực tiếp từ nguồn. Điều này có hai hệ quả thực tế:

• Quy tắc 6 dB mỗi lần tăng gấp đôi của trường trực tiếp gãy đổ ở vài mét cách nguồn.
• Giá trị tại một vị trí có thể dịch 3 – 6 dB nếu bạn dịch micrô 0,5 m, do các nút và bụng sóng đứng.

Để dập điều này, trung bình qua nhiều vị trí trong phòng (ít nhất ba, cách nhau ~1 m), và báo trung bình.

Tránh cầm tay, túi và bề mặt

Micrô trong điện thoại hoặc laptop bắt rung động dễ như bắt âm thanh truyền trong không khí. Cầm thiết bị trong tay đưa vào tiếng ngón tay và tiếng cọ quần áo, có thể thêm 5 – 15 dB ở tần số trầm. Đặt thiết bị trên bàn cứng đưa vào phản xạ mặt đất.

Vị trí thực tế hoạt động trên mọi thiết bị:

• Đặt thiết bị trên một miếng vải mềm gấp lại (vải sợi nhỏ, áo phông) trên bàn ở tầm ngực.
• Hướng micrô về phía nguồn. Phần lớn điện thoại có micrô ở cạnh đáy, nhưng cũng tùy — kiểm tra bằng cách vỗ tay nếu không chắc.
• Khi đã đặt thiết bị, đừng chạm vào trong lúc đo.

Cho phép đo rất dài, một chân máy nhỏ với kẹp smartphone giữ thiết bị tách khỏi mọi bề mặt và cho ra giá trị sạch nhất.

Trọng số tần số

Máy đo áp dụng trọng số tần số trước khi tính SPL. Có ba lựa chọn thường được dùng; chúng cho ra số rất khác nhau cho cùng âm thanh.

Mặc định cho gần như mọi tham chiếu được công bố (NIOSH REL, OSHA PEL, hướng dẫn cộng đồng của WHO, ISO 1996, QCVN 24:2016/BYT của Việt Nam) là trọng số A. Trừ khi bạn có lý do cụ thể — thường vì nguồn bị tần số dưới 200 Hz thống trị — hãy để máy đo ở A.

Nếu bạn đang đo một địa điểm có nội dung loa siêu trầm đáng kể và giá trị trọng số A của bạn có vẻ thấp hơn cảm nhận trong ngực, chuyển sang C và báo cả hai. Khoảng cách giữa A và C bản thân nó là chẩn đoán: chênh 20 dB (C cao hơn 20 dB) có nghĩa nguồn bị bass thống trị; chênh 5 dB có nghĩa là dải trung.

Toán đầy đủ đằng sau các đường trọng số có ở trang khoa học âm thanh.

Trọng số thời gian

Trọng số thời gian là trung bình hàm mũ áp dụng trước khi giá trị được hiển thị. Ba thiết lập là chuẩn:

• Fast (hằng số thời gian 125 ms) — bắt biến thiên tốc độ lời nói và sự kiện ngắn không nhấp nháy. Mặc định cho gần như mọi thứ.
• Slow (hằng số thời gian 1 s) — giá trị mượt hơn cho tiếng ồn xung quanh ổn định. Dùng khi bạn muốn một con số ổn định để ghi và nguồn ổn định.
• Impulse (tấn công 35 ms, suy giảm 1,5 s) — được thiết kế để bắt các xung (tiếng súng, búa đập, bóng nổ). Đọc rõ rệt cao hơn Fast cho sự kiện ngắn.

Một sai lầm phổ biến là để máy đo ở Slow khi đo nguồn ngắt quãng hoặc xung. Slow báo thấp đỉnh vì hằng số thời gian 1 giây không có thời gian "ổn định" tới đỉnh trước khi sự kiện qua. Dùng Fast trừ khi bạn cụ thể muốn sự làm mượt.

Cho nguồn có xung mạnh thường xuyên — dụng cụ xưởng, sự kiện thể thao, trường bắn — Impulse là trọng số đại diện nhất, và là trọng số mà một số tiêu chuẩn (ISO 9612 cho phép đo nghề nghiệp với xung nổi bật) yêu cầu.

Trung bình nhiều mẫu

Một phép đo 5 giây duy nhất chỉ bắt tiếng ồn trong 5 giây đó. Với nguồn biến đổi, lát cắt đó hiếm khi đại diện cho phơi nhiễm dài hạn quan trọng với sức khỏe.

Hai chiến lược trung bình bao phủ phần lớn trường hợp:

Trung bình số học (Avg)

Thống kê Avg trên máy đo của chúng tôi là trung bình số học của tất cả các giá trị hiển thị. Cho tiếng ồn xấp xỉ ổn định, đây là ước lượng ổn của mức xung quanh — ví dụ, một quạt chạy ở 55 dBA liên tục sẽ có Min, Avg và Max đều trong khoảng 2 dB của nhau.

Mức liên tục tương đương (Leq)

Cho tiếng ồn biến đổi, đại lượng phù hợp là mức trọng số A liên tục tương đương, hay LAeq. Đây là SPL ổn định sẽ truyền cùng tổng năng lượng âm trong khoảng đo như tín hiệu biến đổi thực. Toán học:

LAeq,T = 10 × log10( (1/T) × integral( 10^(LA(t)/10) ) dt )

Máy đo trên trình duyệt hôm nay không tính Leq trực tiếp, nhưng cho tiếng ồn tương đối ổn định hoặc không cực đoan, thống kê Avg trong khoảng 1 dB của LAeq. Nếu bạn công bố một con số cần định nghĩa năng lượng tương đương (ví dụ cho phép đo khiếu nại tiếng ồn), dùng SLM Class 2 có tích hợp Leq.

Đo bao lâu

Mẫu ngắn hơn trên nguồn biến đổi có nguy cơ bắt điều kiện không điển hình — hoặc một khoảng yên tĩnh hoặc một sự kiện đỉnh — và báo nó như đại diện.

Loại bỏ nhiễm bẩn

Phần lớn sai số đo lớn đến từ những thứ không phải nguồn bạn dự định đo. Xác định và loại bỏ chúng theo thứ tự này:

1. Gió trên micrô. Ngay cả gió nhẹ cũng tạo dao động áp suất đọc thành 60 – 80 dBA tại micrô. Phép đo ngoài trời không có chắn gió không đáng tin trên ~1 m/s gió. Quả xốp trên micrô giúp; cho công việc ngoài trời nghiêm túc, dùng chắn gió kiểu lông ("dead cat").
2. Tiếng cầm nắm và cáp. Đã bàn ở trên. Đặt thiết bị xuống vải và đừng chạm.
3. HVAC, tủ lạnh, quạt máy tính trong cùng phòng. Tiếng ồn nền thấp hơn mục tiêu hơn 10 dB là ổn để bỏ qua. Tiếng ồn nền giữa 10 và 6 dB thấp hơn mục tiêu cần hiệu chỉnh (trừ khoảng 1 – 2 dB từ giá trị tổng hợp). Tiếng ồn nền dưới 6 dB thấp hơn mục tiêu khiến phép đo không đáng tin — hoặc loại bỏ tiếng nền hoặc dùng vị trí khác.
4. Sự hiện diện của người vận hành. Hơi thở, tiếng cọ quần áo và bước chân của bạn to lạ thường ở gần. Đứng cách máy đo; nếu phải gần, hãy đứng yên.
5. Mưa trên thiết bị. Ngay cả mưa phùn cũng gõ vào thiết bị với năng lượng nghe được. Dùng vị trí có mái che cho phép đo ngoài trời.

Tình huống cụ thể

Một số tình huống phổ biến có những đặc thù riêng đáng biết.

Giám sát giao thông ngoài trời

ISO 1996‑2 (Việt Nam: TCVN 7878-2:2018) yêu cầu đo tại 7,5 m từ trục giữa đường, ở độ cao 1,2 m, có chắn gió. Cho dùng tại nhà không chính thức, chọn vị trí gần người tiếp nhận quan tâm (cửa sổ phòng ngủ, ghế hiên) và trung bình ít nhất 10 phút trong điều kiện giao thông đại diện.

Máy móc nơi làm việc

Đo ở vị trí tai người vận hành trong điều kiện sử dụng bình thường. Nếu người vận hành di chuyển giữa các vị trí, lấy trung bình theo thời gian qua các vị trí có trọng số bằng thời gian dành cho mỗi vị trí. Cho thiết bị làm việc biến đổi (máy dập ngắt quãng), đo qua ít nhất một chu kỳ đầy đủ.

Hòa nhạc, hộp đêm và âm lượng địa điểm

Trọng số C đọc đại diện hơn trọng số A vì âm thanh nặng bass. Đo ở nhiều vị trí (đầu, giữa, cuối, hai bên) — âm thanh địa điểm hiếm khi đồng nhất. Trang sức khỏe thính giác có hướng dẫn về NRR thiết bị bảo vệ bạn cần cho thời lượng phơi nhiễm khác nhau.

Phòng em bé qua đêm

Dùng trọng số thời gian Slow và trung bình ít nhất một giờ đầy đủ trong khoảng đêm bạn quan tâm. Khuyến nghị phòng ngủ của WHO ở 30 dBA LAeq trong khi ngủ là tham chiếu. Máy phát tiếng trắng, nếu dùng, không nên tạo quá 50 dBA tại vị trí nôi — nhiều máy ở âm lượng tối đa vượt xa con số đó.

Âm học nhà hàng hoặc văn phòng

Đo trong giờ cao điểm. Phòng trống đọc thấp hơn 10 – 20 dB so với phòng đầy. Các ngưỡng "thoải mái" được công bố (50 dBA văn phòng, 70 dBA nhà hàng) áp dụng cho điều kiện đang sử dụng.

Giới hạn của phép đo bằng điện thoại

Một máy đo điện thoại đã hiệu chuẩn là công cụ sàng lọc. Nó xuất sắc cho việc phác thảo không gian, xác định khu vực có vấn đề, và cho người dùng phi chuyên gia khả năng nhìn vào phơi nhiễm của chính họ. Nó không phải là máy đo mức âm thanh Class 2, và một số tình huống yêu cầu Class 2:

• Tài liệu tuân thủ. Thanh tra OSHA, yêu cầu bồi thường cho người lao động, các vụ khiếu nại tiếng ồn chính thức đều cần SLM đã hiệu chuẩn (và thường là bộ hiệu chuẩn, giấy tờ, và chuỗi giám sát cho các giá trị đo).
• Mức trên ~95 dBA. Phần lớn micrô điện thoại cắt đỉnh trong dải này, báo thấp hơn mức thực. SLM Class 2 được định mức tới ≥130 dB.
• Phân tích tần số. Máy đo của chúng tôi hiển thị FFT thời gian thực hữu ích cho chẩn đoán nhưng không phải bộ phân tích dải 1/3 octave hay octave. Tiêu chuẩn yêu cầu đo theo dải octave cần thiết bị chuyên dụng.

Cho mọi thứ khác, một điện thoại đã hiệu chuẩn, đặt cẩn thận, và đúng trọng số và đáp ứng thời gian sẽ cho ra số bạn có thể tin.

Tổng hợp lại

Một phép đo đáng tin cậy là kết quả của tất cả những điều trên đúng cùng một lúc. Như danh sách kiểm tra cho bất kỳ phép đo nào quan trọng:

• Đã hiệu chuẩn thiết bị này so với tham chiếu đã biết (quy trình)
• Micrô đặt ở vị trí người nghe, trên bề mặt mềm, không cầm nắm trong lúc đọc
• Trọng số A (hoặc trọng số C nếu đo bass cụ thể)
• Trọng số thời gian Fast (hoặc Impulse cho nguồn xung)
• Kiểm soát gió và cầm nắm (chắn gió nếu ngoài trời, không chạm tay vào thiết bị)
• Tiếng ồn nền ít nhất thấp hơn mục tiêu 6 dB, lý tưởng là 10 dB
• Trung bình qua thời lượng phù hợp với nguồn (ít nhất 30 giây cho ổn định, 10+ phút cho biến đổi)
• Khoảng cách nguồn và trọng số được báo cùng với con số

Làm tốt, điều này cho ra giá trị vừa chính xác vừa lặp lại được — hai chất lượng bạn sẽ muốn mỗi lần con số bạn báo cáo có hệ quả.