เดซิเบล (Decibel – dB)

ในงานที่เกี่ยวกับเสียงเรามักจะได้ยินชื่อหน่วยเดซิเบลเป็นประจำ จนทำให้หลายคนเข้าใจไปว่า “เดซิเบล” เป็นหน่วยวัดความดังเสียง

เป็นความเข้าใจที่ผิดครับ!เดซิเบลเปล่า ๆ ไม่มีอะไรต่อท้ายเลยเป็นการบอกปริมาณแบบสัมพัทธ์ ปริมาณที่ระบุโดยนิยามจะเป็นปริมาณกลุ่ม “กำลัง” ที่มีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) สมการคำนวณค่าเดซิเบลคือ

\(P_{dB} = 10\log{\left(\frac{P}{P_{ref}}\right)}\; dB\)

เมื่อ \(P_{ref}\) คือค่ากำลังที่ใช้อ้างอิงหน่วยเป็นวัตต์ \(P\) คือค่ากำลังที่เราสนใจหน่วยเป็นวัตต์ และ \(P_{dB}\) คือค่ากำลังที่เราสนใจ แต่ระบุหน่วยเป็นเดซิเบลเมื่อเทียบกับค่ากำลังอ้างอิง นี้หมายความว่าหาก \(P\) ที่เราสนใจมีค่าเท่ากับค่ากำลังอ้างอิง \(P_{ref}\) แล้วล่ะก็ \(P_{dB}\) ที่คำนวณได้จะเป็น 0 เดซิเบลครับ หากกำลัง \(P\) ที่สนใจมีค่ามากกว่า \(P_{ref}\) ค่าเดซิเบลก็จะเป็นบวก ในแง่มุมนี้เราใช้เดซิเบลในการบอกระดับของสัญญาณว่ามีขนาดเท่าใดเมื่อเทียบกับขนาดสัญญาณอ้างอิง

การใช้งานค่าเดซิเบลอีกทางหนึ่งคือการบอกอัตราขยาย (Gain) ของระบบ ในกรณีนี้ระดับสัญญาณอินพุตจะเป็นค่าอ้างอิง หากค่าเดซิเบลเป็นบวกแปลว่าระบบขยายสัญญาณให้ใหญ่ขึ้น ในทางกลับกันหากค่าเดซิเบลเป็นลบหมายความว่าระบบย่อสัญญาณให้เล็กลง

ในทางปฏิบัติเราอาจไม่ได้วัดค่ากำลังของสัญญาณ แต่จะวัดเป็นปริมาณภาคสนามหรือปริมาณรากของกำลัง (Field Quantities – ปัจจุบันเรียกว่า Root-Power Quantities) เช่นแรงดัน (Voltage) กระแส (Current) ความดันเสียง (Sound Pressure) เพื่อให้เข้าใจง่ายจะให้พิจารณาที่แรงดันและวงจรขยายแรงดันนะครับ

หากเรามีแรงดันค่าหนึ่ง (\(V_{1}\)) เอาไว้ขับโหลดตัวหนึ่ง (\(R\)) เราคิดว่าแรงดันนี้น้อยเกินไปอยากจะขยายให้มากขึ้น ก็เลยนำไปขยายกลายเป็นแรงดันอีกค่าหนึ่ง (\(V_{2}\)) ก็ตั้งใจให้ใช้ขับโหลด \(R\) ตัวเดิมนั่นแหละ หากต้องการพิจารณาว่าขยายสัญญาณได้กี่เดซิเบลก็ใช้สมการ

\(V_{dB} = 10\log{\left(\frac{V_{out}^{2}/R}{V_{in}^{2}/R}\right)} = 20\log{\left(\frac{V_{out}}{V_{in}}\right)}\)

จะเห็นได้ว่าหน่วยเดซิเบลเฉย ๆ ไม่มีความหมายอะไรเลยหากไม่ทราบว่าค่ากำลังอ้างอิงนั้นเป็นเท่าใดครับ

กำลังอ้างอิงในวงการต่าง ๆ ก็จะมีค่าต่าง ๆ กันครับ และค่าเดซิเบลที่อ้างอิงกับค่าอ้างอิงนั้น ๆ ก็จะมีหน่วยเฉพาะที่ทำให้ทราบได้ทันทีว่าค่ากำลังอ้างอิงเป็นเท่าใด ผมคัดมาบางตัวที่ผมพอรู้จักให้ดูในตารางนะครับ

ชื่อหน่วยค่าอ้างอิงใช้ในสายงาน
dBV1 V (RMS)เครื่องเสียง / อิเล็กทรอนิกส์
dBu1 mW @ Load 600 Ohms หรือประมาณ 0.7746 V (RMS)เครื่องเสียง / อิเล็กทรอนิกส์
dBFSค่าเต็มสเกลดนตรี / อิเล็กทรอนิกส์ / สังเคราะห์เสียง
dBm1 mWสายส่ง / โทรศัพท์ / วิทยุ

สำหรับงานทางอคูสติก เรามักจะสนใจความดันเสียง (Sound Pressure Level – SPL) กำลังเสียง (Sound Power Level – SWL) และความเข้มเสียง (Sound Intensity Level – SIL) ซึ่งมีสมการดังนี้

ค่าเดซิเบลสมการค่าอ้างอิง
dB - SPL\(L_{P}=20\log{\left(\frac{p}{p_{ref}}\right)}\)\(p_{ref} = 20 uPa (RMS)\)
dB - SWL\(L_{W}=10\log{\left(\frac{w}{w_{ref}}\right)}\)\(w_{ref} = 1 pW\)
db - SIL\(L_{I}=10\log{\left(\frac{I}{I_{ref}}\right)}\)\(I_{ref} = 1 pW/m^{2}\)

By Jose Reynaldo da Fonseca (Own work) [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY 2.5], via Wikimedia Commons
ค่า dBSPL มักใช้วัดระดับความดังของเสียง ส่วน dBSWL จะใช้วัดกำลังของเสียง และ dBSIL จะใช้วัดความเข้มของเสียง ซึ่งหมายถึงกำลังเสียงต่อหน่วยพื้นที่

ตอนที่ใช้งานหากเรามีมิเตอร์วัดระดับเสียง (Sound Level Meter) ดังรูป ค่าที่อ่านได้มักจะเป็นค่า dBSPL ที่ใช้ค่าความดันอคูสติกอ้างอิงที่ 20 uPa อยู่แล้วสามารถนำไปใช้ได้ทันทีไม่ต้องคำนวณอะไรอีกครับ

ทั้งนี้ในบรรดาหน่วยเดซิเบลทั้งสาม ค่า dBSPL จะเป็นที่รู้จักในหมู่ประชาชนมากที่สุด แต่มักจะถูกเข้าใจผิดมากที่สุดเช่นเดียวกัน ต่อไปเวลามีคนมาบอกว่าเสียงดังเท่านั้นเท่านี้เดซิเบล จะต้องถามกลับแล้วว่าเป็น dBSPL หรือเปล่าแล้วนะครับ