Pembelajaran 2

Sound Pressure Level (SPL): Our Way to Quantify The Strength of Noise

Setelah kita memahami apa itu kebisingan latar belakang, mari kita bicara tentang bagaimana kita mengukurnya.

Cukup umum bagi kita untuk menggambarkan kenyaringan suara, termasuk kebisingan, dengan istilah kualitatif, seperti keras atau tenang. Namun, dapatkah Anda bayangkan betapa bingungnya Anda jika teman Anda mengatakan bahwa mesin cucinya mengeluarkan bunyi derit yang ‘keras’ saat berputar? Anda akan bertanya-tanya seberapa keras itu. Tidak apa-apa dia tidak bisa menggambarkannya dengan angka, tetapi masalahnya di sini terletak pada kenyataan bahwa dia mengabaikan referensi.

Karena kita perlu mengukurnya (secara objektif), para ilmuwan dan insinyur memperkenalkan istilah yang lebih ‘bertanggung jawab’, yaitu tingkat tekanan suara. Namun, perlu diingat, kuantitas ini saja tidak mewakili persepsi psikoakustik kita tentang kenyaringan. Ini lebih tentang kekuatan fisik tekanan suara. Inilah yang ada di tampilan alat ukur.

Figure 1 Measuring noise using SPL-meter

Tingkat Tekanan Suara (SPL): Definisi

Mari kita mengingat sedikit arti dari tekanan. Kita tahu dari sekolah bahwa definisi tekanan adalah gaya yang diterapkan dibagi dengan luas di mana gaya itu didistribusikan secara tegak lurus. Gambar 2 Tekanan = Gaya / Luas

Dalam Sistem Satuan Internasional (SI), gaya dinyatakan dalam newton (N) sedangkan luas dalam meter persegi (m2). Oleh karena itu, satuan SI untuk tekanan adalah N/m2, dan disebut pascal (Pa), yang diambil dari nama fisikawan Prancis, Blaise Pascal.

Ambang pendengaran telinga manusia pada 1.000 Hertz (Hz) sesuai dengan tekanan suara 0,00002 Pa. Angka ini ditetapkan oleh para ilmuwan setelah beberapa penelitian ilmiah yang menggabungkan ribuan pengukuran di antara orang-orang dari berbagai usia, jenis kelamin, dan ras. kelompok. Sedangkan tekanan suara tertinggi sebelum telinga manusia merasakan sakit adalah 20 Pa.

Mengapa dan bagaimana para ilmuwan mengubah pascal menjadi desibel?

Kebanyakan orang akan mengalami masalah jika mereka harus menyatakan besarnya tekanan suara dari 0,00002 Pa hingga 20 Pa. Oleh karena itu, beberapa ilmuwan duduk bersama untuk menemukan besaran baru untuk menyatakan kekuatan tekanan suara dalam angka yang lebih sederhana. Setelah beberapa nomor permainan matematika, mereka menyimpulkan solusi seperti yang digambarkan di bawah ini.

Gambar 3. Konversi tingkat tekanan suara

Langkah pertama, mereka mengubah tekanan suara (Pa) menjadi intensitas suara (W/m2).

Saat bepergian di udara, suara dengan tekanan 20 Pa setara dengan intensitas suara 1 W/m2, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 di atas. Karena intensitas suara sebanding dengan kuadrat tekanannya, kita dapat menurunkan intensitas suara pada tekanan lain. Kita dapat melihat di sini bahwa eksponen intensitas suara untuk 20 Pa dan 0,00002 Pa berturut-turut adalah 0 dan -12. Namun, mereka tidak ingin memiliki nilai negatif. Oleh karena itu, mereka menjadikan intensitas pada ambang pendengaran sebagai nilai acuan. Ini kemudian membawa kita ke langkah kedua.

Langkah kedua, mereka membagi setiap intensitas suara dengan nilai referensi ini sehingga kita bisa mendapatkan rasio intensitas.

Dari sini, setiap nilai rasio intensitas tampak lebih sederhana daripada angka lainnya. Kami memiliki eksponen yang semuanya positif. Sekarang, mari kita ambil eksponennya saja dan tebak apa yang kita miliki! Kami memiliki rentang nilai eksponen dari 0 hingga 12. Namun, ini masih terlalu sempit jika kami ingin menghubungkan angka ini dengan persepsi manusia tentang kenyaringan. Itu membawa kita ke langkah berikutnya.

Langkah ketiga, para ilmuwan mengalikan setiap nilai eksponen dengan 10 (deci dalam bahasa Latin) untuk membuat angka ini lebih relevan dengan persepsi manusia.

Sekarang, kisarannya adalah dari 0 hingga 120. Jika jumlahnya ditambah 3, orang mulai melihat perbedaannya. Mereka akhirnya memutuskan untuk tetap dengan kisaran ini. Selanjutnya, mereka menyebut kuantitas baru ini sebagai tingkat tekanan suara.

Seperti besaran lainnya, kita memerlukan satuan untuk menyatakan nilai ini. Setelah brainstorming untuk sementara mencari nama terbaik, mereka setuju untuk menggunakan bel (dari Alexander Graham Bell, penemu telepon praktis pertama) untuk menghormatinya. Jadi, sekarang kita memiliki desibel (dB) sebagai satuan untuk skala logaritmik ini untuk mewakili tingkat tekanan suara.

Tingkat tekanan suara dan persepsi manusia tentang kenyaringan

Dalam akustik, tingkat tekanan suara dan kenyaringan adalah dua besaran yang berbeda, tetapi memang memiliki korelasi yang kuat. Salah satu faktor yang mempengaruhi kekuatan kenyaringan adalah tingkat tekanan suara. Kenyaringan lebih tentang bagaimana telinga manusia kita merasakan kekuatan tekanan suara. Inilah yang membuatnya menarik.

Mari kita lihat Gambar 4 di bawah ini. Jika 60 dB kebisingan memiliki kenyaringan yang sama di semua frekuensi, kurva kenyaringan akan mengikuti garis lurus seperti yang digambarkan oleh garis hijau. Pada kenyataannya, kenyaringan tidak bekerja seperti itu. Besarnya tingkat tekanan suara pada 1.000 Hz akan memiliki kenyaringan yang berbeda dengan yang ada pada 20 Hz. Perkiraan kenyaringan dalam berbagai frekuensi ditunjukkan oleh kontur ungu. Kontur ini sering disebut sebagai kontur kenyaringan yang sama, versi yang lebih berkembang dari kurva Fletcher-Munson.

Figure 4 ISO 226 equal-loudness contours (Mathworks with modification)

Mari kita ambil contoh. Lihat kontur yang disorot dengan warna merah. Kebisingan 60 dB pada 1.000 Hz akan memiliki kenyaringan yang sama dengan kebisingan 78 dB dan 55 dB pada masing-masing 100 Hz dan 3.000 Hz.

Sekarang, Anda telah mempelajari dua hal penting hari ini.
1. Kita dapat menggunakan tingkat tekanan suara untuk mengukur suara apa pun, termasuk kebisingan.
2. Tingkat tekanan suara yang sama dapat memiliki kenyaringan yang berbeda pada frekuensi yang berbeda.