ระดับย่านความถี่: การวัดค่าเสียงในแบบที่นักอคูสติกทำ — เกือบจะเหมือนเป๊ะ

หากคุณถามนักสวนศาสตร์ว่าเสียงบางอย่างดังแค่ไหน คุณจะได้คำถามกลับมาทันที: ที่ความถี่เท่าไร? ตัวเลขเดซิเบลเพียงค่าเดียวเป็นแค่บทสรุปที่ซ่อนทุกอย่างที่น่าสนใจเอาไว้ เสียงเบสของเพื่อนบ้านทะลุกำแพงของคุณเข้ามาในขณะที่เสียงฉาบไม่ทะลุเข้ามา ระบบระบายอากาศส่งเสียงฮึมฮัมที่ระดับเสียงหนึ่งและส่งเสียงซู่ที่อีกระดับเสียงหนึ่ง ค่า 60 dB เท่ากันอาจเป็นเสียงซู่ซ่าที่พอทนได้หรือเป็นเสียงฮัมที่เหลือทน ดังนั้น งานสวนศาสตร์ระดับมืออาชีพจึงวัดค่าเป็น แถบความถี่ — โดยแบ่งสเปกตรัมออกเป็นส่วนๆ ตามมาตรฐาน โดยทั่วไปคืออ็อกเทฟ (แต่ละแถบความถี่จะมีค่าความถี่เป็นสองเท่าของแถบก่อนหน้า) หรือหนึ่งในสามอ็อกเทฟ และรายงานระดับของแต่ละส่วน มีมาตรฐานสากลเฉพาะสำหรับการแบ่งส่วนนี้: IEC 61260-1 ซึ่งกำหนดตัวกรองลงลึกไปถึงกรอบค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของตัวกรองเหล่านั้น

เครื่องมือระดับแถบความถี่ของ Sentio คือแนวคิดนั้นในเวอร์ชันโทรศัพท์มือถือ และโพสต์นี้จะพูดถึงทั้งสองส่วนของประโยคดังกล่าว: วิธีที่โทรศัพท์จำลองโครงสร้างการวัดค่าแบบแถบความถี่ได้อย่างแท้จริง และจุดที่มันแยกทางจากเครื่องมือที่ผ่านการสอบเทียบแล้วอย่างแม่นยำ — เพราะเส้นแบ่งนั้นชัดเจน และการแกล้งทำเป็นมองไม่เห็นคือวิธีที่แอปพลิเคชันวัดค่าต่างๆ สร้างชื่อเสียให้กับตัวเอง

เสียงโทนสิบหกเสียง กับเคล็ดลับตรงไปตรงมาหนึ่งข้อ

เครื่องมือนี้ไม่ได้กรองเสียงรบกวนรอบข้างออกเป็นแถบความถี่แบบพาสซีฟ แต่มันเป็นฝั่งรับของการวัดค่าด้วยโทรศัพท์สองเครื่อง โดยโทรศัพท์เครื่องที่สอง (หรือเว็บแอป) จะเล่น การกวาดเสียงโทนแบบขั้นบันได — ซึ่งเป็นเสียงโทนบริสุทธิ์สิบหกเสียงที่เว้นระยะห่างแบบลอการิทึมตั้งแต่ 100 Hz ถึง 12 kHz ห่างกันประมาณครึ่งอ็อกเทฟ โดยแต่ละเสียงจะดังค้างไว้หนึ่งจังหวะและเว้นจังหวะก่อนเสียงถัดไป โทรศัพท์ที่ใช้วัดจะฟังผ่านเส้นทางไมโครโฟนดิบที่ไม่ได้ผ่านการประมวลผล และค้นหาจุดยอดของสเปกตรัม วัดค่าระดับของจุดนั้น และวัดค่าสัญญาณรบกวนรอบข้างในบริเวณนั้นสำหรับแต่ละเสียงโทน

ความสง่างามของมันคือการกวาดเสียงนั้นสามารถ ระบุตัวตนได้เอง เสียงโทนแต่ละเสียงจะประกาศตัวเองด้วยการเป็นเพียงเสียงเดียวที่กำลังเล่นอยู่ ดังนั้นโทรศัพท์ทั้งสองเครื่องจึงไม่จำเป็นต้องใช้สายเคเบิล ไม่ต้องซิงค์นาฬิกา และไม่ต้องจับคู่กัน — เครื่องรับจะรับรู้แต่ละแถบความถี่ตามความถี่และยอมรับค่าจังหวะเวลาของโทรศัพท์เครื่องใดก็ได้ และเนื่องจากทุกแถบความถี่จะบันทึกอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของตัวเอง เครื่องมือนี้จึงรู้ว่า ในแต่ละแถบความถี่ มันได้ยินเสียงโทนนั้นจริงๆ หรือเป็นแค่เสียงในห้องกันแน่ แถบความถี่ที่ไม่สามารถผ่านเกณฑ์อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ 20 dB จะถูกคัดออกจากการหาข้อสรุป แทนที่จะเอาไปปนเพื่อทำให้ค่าเจือจางลงอย่างเงียบๆ — ซึ่งเป็นกฎ "ปฏิเสธดีกว่าเดา" แบบเดียวกับที่ การตรวจคัดกรองการได้ยิน นำมาใช้กับการตรวจสอบห้อง

นี่คือกลไกที่อยู่เบื้องหลัง กิจกรรมการวัดค่าฉนวนกันเสียงด้วยโทรศัพท์สองเครื่อง: กวาดเสียงโทนในเส้นทางที่ไม่มีสิ่งกีดขวาง จากนั้นกวาดเสียงโทนผ่านกำแพงอีกครั้ง และผลต่างของแต่ละแถบความถี่ก็คือสเปกตรัมการลดทอนของกำแพง — โดยที่การตอบสนองความถี่ที่ไม่ทราบค่าของอุปกรณ์ทั้งสองเครื่องจะหักล้างกันไปในการลบ

คราวนี้มาดูช่องว่างของการสอบเทียบกัน — อธิบายกันแบบตรงๆ

เครื่องวัดระดับเสียงระดับมืออาชีพจะถูกควบคุมโดยมาตรฐาน IEC 61672-1 ซึ่งกำหนดเกรดความแม่นยำไว้สองระดับ: คลาส 1 (เกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดกว่า เป็นเกรดสำหรับห้องปฏิบัติการและงานที่ปรึกษา) และ คลาส 2 (หย่อนกว่าเล็กน้อย เป็นเกรดสำหรับงานภาคสนามทั่วไป) คลาสเหล่านี้ไม่ใช่ระดับทางการตลาด — แต่เป็นชุดข้อกำหนดเกี่ยวกับความไวสัมบูรณ์ การตอบสนองความถี่ ความเป็นเชิงเส้นตลอดระดับเสียง การตอบสนองตามทิศทาง และพฤติกรรมต่ออุณหภูมิ ซึ่งได้รับการตรวจสอบกับตัวเครื่องมือจริง รวมถึงต้องมีเครื่องสอบเทียบภาคสนามที่ขันเข้ากับไมโครโฟนทั้งก่อนและหลังการวัดค่าอย่างจริงจังทุกครั้ง

โทรศัพท์จะตกม้าตายในเรื่องนี้ในจุดเฉพาะข้อหนึ่งที่ต่อรองไม่ได้ นั่นคือ: การอ้างอิงสัมบูรณ์ ระดับของเครื่องมือวัดค่านี้คือเดซิเบลเมื่อเทียบกับสเกลเต็มทางดิจิทัล (dBFS) ของตัวโทรศัพท์เอง — ซึ่งเป็นตัวเลขที่วัดมาอย่างแม่นยำและตรงไปตรงมา แต่ความสัมพันธ์ของมันกับความดันเสียงจริงในห้องนั้นไม่มีใครทราบ เนื่องจากไม่มีใครเคยนำไมโครโฟนนี้ไปวัดเทียบกับเครื่องสอบเทียบ โทรศัพท์สองเครื่องที่อ่านเสียงโทนเดียวกันจะรายงานระดับ dBFS ที่ต่างกัน ทว่าทั้งสองเครื่องมีความสอดคล้องในตัวเอง แต่ไม่มีเครื่องใดเลยที่รายงานเป็นระดับความดันเสียงจริงๆ

แอปพลิเคชันจะแค่เพิ่มตารางการแก้ไขค่าสำหรับโทรศัพท์แต่ละรุ่นได้ไหม? บางแอปก็พยายามทำเช่นนั้น การประเมิน แอปพลิเคชันวัดค่าเสียงบนสมาร์ทโฟน ของ NIOSH พบว่าแอปที่ดีที่สุดทำค่าได้ใกล้เคียงกับเครื่องมืออ้างอิงภายในช่วงประมาณ 2 dB — ซึ่งน่าทึ่งมาก แต่ก็ยังไม่ได้ใบรับรองคลาส 2 อยู่ดี เนื่องจากค่าปรับแก้เฉลี่ยของรุ่นไม่สามารถรับรู้เกี่ยวกับไมโครโฟนเฉพาะตัวของคุณ เคสของคุณ ฝุ่นในกระเป๋าเสื้อผ้าของคุณ หรือการควบคุมอัตราขยายอัตโนมัติที่บางเส้นทางสัญญาณเสียงแอบเปิดใช้เงียบๆ ด้วยเหตุนี้ เครื่องมือนี้จึงบันทึกว่าใช้เส้นทางสัญญาณเสียงใดในการจับสัญญาณ และจะทำเครื่องหมายแจ้งเตือนการจับสัญญาณใดๆ ที่อาจมีการปรับอัตราขยายเกิดขึ้น: การวัดค่าระดับเสียงบนเส้นทางสัญญาณที่มีการควบคุมอัตราขยายไม่ได้หมายความว่าเป็น การวัดค่า ที่แย่ลง แต่มันไม่ถือเป็นการวัดค่าเลยต่างหาก

คำตอบในเชิงการออกแบบ: มีเพียงผลต่างเท่านั้นที่หลุดออกจากกรอบของโทรศัพท์

เครื่องมือระดับแถบความถี่ช่วยแก้ปัญหาช่องว่างดังกล่าวในแบบเดียวกับที่ทั้งแพลตฟอร์มทำ — โดยการสร้างข้อสรุปจากปริมาณที่การสอบเทียบที่ไม่ทราบค่าจะ หักล้างกันไป:

• ผลต่างระหว่างการจับสัญญาณสองครั้งบนโทรศัพท์เครื่องเดียวกัน (ค่าอ้างอิงลบด้วยค่าที่ผ่านเข้ามาในกิจกรรมการวัดค่าฉนวนกันเสียง) จะหักลบการตอบสนองที่ไม่ทราบค่าของไมโครโฟนออกจากคำตอบทั้งหมดโดยสิ้นเชิง
• รูปทรงตามแถบความถี่ต่างๆ — เช่น การรั่วไหลของเสียงเบสหนักเทียบกับเสียงแหลมหนัก — จะไม่ได้รับผลกระทบจากความคลาดเคลื่อนของการสอบเทียบ เนื่องจากความคลาดเคลื่อนนั้นคงที่ในขณะที่รูปทรงแปรเปลี่ยนไป
• ระดับ dBFS สัมบูรณ์ในการบันทึกค่าหนึ่งครั้ง จะถูกบันทึกไว้เพื่อประโยชน์ในการวัดค่าซ้ำ โดยระบุประเภทไว้อย่างชัดเจน และจะไม่ถูกนำไปอ้างว่าเป็น "ห้องนี้มีความดัง X เดซิเบล" อย่างเด็ดขาด

แล้วสิ่งนั้นยังมีประโยชน์อย่างไร

ปรากฏว่ามีประโยชน์อย่างมากทีเดียว คำถามที่ผู้คนสงสัยจริงๆ — การอุดช่องว่างหน้าต่างช่วยได้ไหม ผนังด้านไหนเป็นจุดอ่อน ประตูบานใหม่ดีกว่าบานเก่าหรือเปล่า ทำไมถึงได้ยินเสียงซับวูฟเฟอร์ของเพื่อนบ้านแต่ไม่ได้ยินเสียงทีวี — ล้วนเป็นคำถามเชิงเปรียบเทียบความแตกต่างและเชิงเปรียบเทียบรูปแบบเสียง ซึ่งอยู่ในขอบเขตที่โทรศัพท์วัดค่าได้ดีอย่างยิ่ง ผู้เชี่ยวชาญพร้อมเครื่องวัดระดับเสียง class 1 จะตอบคำถามที่คุณอาจจะถามเพียงครั้งเดียวต่อหนึ่งอาคาร แต่โทรศัพท์จะตอบคำถามยี่สิบข้อก่อนและหลังการถามคำถามนั้น รวมถึงคำตอบว่าการซ่อมแซมที่คุณจ่ายเงินไปได้ผลจริงหรือไม่ การวัดค่าในวันที่งานเสร็จสิ้นและเก็บข้อมูลไว้ใต้ผนังเดียวกันในรายการสิ่งของของคุณ คือการเปรียบเทียบก่อน/หลังที่ไม่มีใบแจ้งหนี้ไหนจะให้คุณได้

สำหรับการดูสเปกตรัมเสียงผ่านโทรศัพท์เครื่องเดียวแบบพาสซีฟ โปรดดู ลายนิ้วมือความถี่ ส่วนข้อโต้แย้งอย่างละเอียดว่าการวัดค่าประเภทใดที่โทรศัพท์ควรและไม่ควรทำ โปรดดู การประเมินอย่างตรงไปตรงมา