Mức cường độ âm hay cường độ âm là đại lượng dùng để so sánh độ to của một âm với độ to âm chuẩn, đo bằng đơn vị ben, kí hiệu là B. Công thức mức cường độ âm:
1. Cường độ âm thanh là gì?
Cường độ âm thanh là năng lượng được sóng âm truyền đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm, đơn vị cường độ âm thành là W/m2.
Âm thanh phát sinh do sự dao động cơ khí của vật chất. Khi vật chất dao động, không khí xung quanh xảy ra hàng loạt sự biến đổi đặc và loãng. Biến đổi này không ngừng mở rộng, từ đó nảy sinh sóng âm. Số lần lên xuống của sóng âm trong một giây được gọi là tần số. Nhờ vào tần số người ta có thể tính toán được phạm vi dao động của âm thanh. Tai người có thể nghe được âm thanh có tần số từ 20 – 20.000 Hz, được gọi là dải âm thanh nghe được. Tần số vượt quá 20.000 Hz được gọi là sóng siêu âm, tần số thấp hơn 20 Hz được gọi là sóng hạ âm.
Âm thanh ngoài sự cao thấp về tần số còn có sự khác biệt mạnh yếu về cường độ. Âm thanh quá nhỏ, thấp hơn mức cảm giác của con người, con người không thể nghe được; âm thanh lớn, gây cảm giác đau tai, âm thanh quá lớn có thể gây điếc. Lượng vật lý dùng đề miêu tả độ mạnh yếu của âm thanh được gọi là cường độ âm thanh.
Mức cường độ âm: là giá trị logarit thập phân của cường độ âm thanh và cường độ âm thanh chuẩn. Được kí hiệu là L(B). L(B) = lg(I/I0). Trong thực tế, kỹ thật âm thanh dùng đơn vị đề xi ben (db) làm đơn vị đo mức cường độ âm thanh. 1db = 1/10 b
Đềxiben được xác định như sau: Trong phòng cách âm lấy mức tiếng động thấp nhất con người có thể nghe được (10 – 16 W/cm 2 ) làm chuẩn, các cường độ âm thanh khác được so sánh với mức chuẩn này lấy đối số, dùng đơn vị đềxiben để biểu hiện. Khi cường độ âm thanh tăng lên so với mức chuẩn 1 lần là 0 đềxiben; cường độ tăng lên 10 lần là 10 đềxiben; tăng 100 lần là 20 đềxiben; tăng 1000 lần và 10000 lần, lần lượt là 30 đềxiben và 40 đềxiben.
Tại sao lại dùng đềxiben làm đơn vị đo cường độ âm thanh?
Vì mỗi khi cường độ âm thanh tăng lên 10 lần, dùng đềxiben làm đơn vị thể hiện chỉ tăng 10 đềxiben, dễ tính toán và biểu đạt. Quan trọng hơn là thính giác của con người tỷ lệ thuận với đềxiben. Mỗi khi số đềxiben tăng hoặc giảm một lần, mức tiếng động con người nghe được cũng tăng hoặc giảm tương ứng một lần. Do vậy, đơn vị đềxiben rất phù hợp với cảm giác thực của con người.
Dùng đơn vị Đề xi ben để tính toán cường độ âm thanh, tiếng gió thổi, lá cây kêu xào xạc là 0 Đềxiben, tiếng đạn pháo nổ ầm ầm là 130 đềxiben. Cường độ âm thanh càng lớn, mức độ ảnh hưởng đến con người càng mạnh.
2. Tai người và mức cường độ âm thanh
Con người chỉ chịu được một cường độ âm thanh trong các khoảng mức sau:
| Hoàn toàn không nghe thấy gì | 0dB |
| Rạp phim cách âm, không có tiếng ồn | ~50dB |
| Văn phòng đang làm việc, sảnh yên tĩnh của khách sạn, nhà hàng ăn | ~60dB |
| Văn phòng ồn ào, siêu thị | ~70dB |
| Hội trường ồn ào, nhà in | ~80dB |
| Nhà máy sản xuất | ~90dB |
| Máy bay cất cánh cách 1km | ~90dB |
| Máy phát điện | ~100dB |
| Đại nhạc hội Rock, DJ | ~110dB |
| Tiếng sét lớn | ~120dB |
| Ngưỡng đau | ~130dB |
| Gây điếc tai | ~140dB |
Cường độ âm thanh từ 90 – 140 đềxiben sẽ gây ảnh hưởng đến thính giác. Sống 1 phút trong môi trường có độ ồn 100 – 120 đềxiben sẽ gây điếc tạm thời, tiếng ồn 140 Đề xi ben có thể gây điếc vĩnh viễn. Do vậy, các nhà khoa học ấn định 100 đềxiben là giới hạn cao nhất của cường độ âm thanh an toàn.
Tác hại của Tiếng Ồn:
- Tiếng ồn tác động đến tai, sau đó tác động đến hệ thần kinh trung ương, rồi đến hệ tim mạch, dạ dày và các cơ quan khác, sau đó mới đến cơ quan thích giác.
- Tác động của tiếng ồn phụ thuộc vào tần số và cường độ âm, tần số lặp lại của tiếng ồn.
- Tác động đến cơ quan thính giác: tiếng ồn làm giảm độ nhạy cảm, tăng ngưỡng nghe, ảnh hưởng đến quá trình làm việc và an toàn.
Tác động đến các cơ quan khác:
- Hệ thần kinh trung ương: Tiếng ồn gây kích thích hệ thần kinh trung ương, ảnh hưởng đến bộ não gây đau đầu, chóng mặt, sợ hãi, giận dữ vô cớ.
- Hệ tim mạch: làm rối loạn nhịp tim, ảnh hưởng tới sự hoạt động bình thường của tuần hoàn máu, làm tăng huyết áp.
- Dạ dày: làm rối loạn quá trình tiết dịch, tăng axit trong dạ dày, làm rối loạn sự co bóp, gây viêm loét dạ dày
- Tiếng ồn ảnh hưởng tới sức khỏe và tính mạng của người lao động.
3. Các phương pháp đo cường độ âm thanh:
Thông thường các kỹ sư dùng thiết bị chuyên dụng để đo cường độ âm thanh, tuy nhiên có một phương pháp Nhanh và tiện (tuy nhiên độ chính xác không cao) đó là sử dụng các application trên các điện thoại thông minh như decibel & tiếng ồn, sound meter….
4. Sự suy giảm cường độ âm thanh và khoảng cách:
Tại các sân khấu, hội trường việc tính toán âm thanh để nghe hay và rõ là hết sức quan trọng, quyết định tính thành công của buổi diễn. Để âm thanh từ dàn loa phát ra, cường độ âm cần lớn hơn mức độ ồn của không gian từ 10-20db. Cách tính này cần căn cứ vào người ngồi xa loa nhất khoảng cách là bao nhiêu, để có thể trừ ra sự suy hao cường độ do khoảng cách. Thông thường các kỹ sư áp dụng bảng công thức sau để tính toán mức suy giảm cường độ âm thanh và khoảng cách
| Khoảng cách (mét) | 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 |
| Độ suy giảm (dB) | 0 | -6 | -12 | -18 | -24 | -30 | -36 |
(Mức suy giảm được tính trên không gian giữa người nghe và loa không có vật cản)
Ví dụ cụ thể: 1 người đứng cách loa 16m, dàn loa phát ra 100db, tiếng ồn của không gian là 60db. Hỏi người tại vị trí dó có nghe hay không.
Dựa vào bảng suy giảm ta có được tại vị trí người nghe cường độ âm thanh của dàn loa là: 100-24 = 76db. Cao hơn độ ồn của không gian 16db, tại vị trí này, người nghe vẫn nghe rõ và hay chương trình.
5. Các phương pháp tính toán và đảm bảo mức cường độ âm thanh:
Thông thường mức cường độ âm thanh của dàn loa phát ra được tính bằng: logait tổng công suất hệ thống loa (tính trong trường hợp lý tưởng ampli đẩy đúng công suất của loa phát ra).
1 W = 10 0 log 1 W = log10 0 = 0 Bel = 0 DB
10W = 10 1 log 1 0W = log10 1 = 1 Bel = 10 DB
100W= 102 log 1 00W = log10 2 = 2 Bel = 20 DB
1000W= 103 log 1 000W = log 10 3 = 3 Bel = 30 DB
Để đảm bảo âm thanh tại vị trí người ngồi gần và xa dàn loa là như nhau, các kỹ sư âm thanh dùng các loa vệ tinh để tăng âm cho người ngồi xa. Khi đó công thức tính cường độ âm tại một vị trí trong không gian được tính như sau
XdB = loa 1 dB – (G1)db + loa 2 dB – (G2)db + loa 3 dB – (G3)db +….. + loa n dB – (Gn)db
Trong đó:
- XdB : Mức cường độ âm thanh
- Gdb: Mức suy giảm do khoảng cách giữa loa và vị trí người nghe.
Sau khi tính toán được vị trí người nghe yêu cầu cần cường độ âm thanh bao nhiêu để nghe hay và rõ chương trình, kỹ sư âm thanh sử dụng các loa vệ tinh đặt gần vị trí và tính toán độ trễ tín hiệu giữa dàn loa chính và loa vê tinh sao cho phù hợp và tương đồng về giao thoa thời gian. Đây phần lớn phụ thuộc vào kinh nghiệm của soundman.