Od telefonu Bella do współczesnego kina Dolby Atmos

Gdy patrzymy na wyświetlacz amplitunera i widzimy -30 dB, -20 dB albo 0 dB, większość użytkowników zakłada, że jest to po prostu „skala głośności”. W rzeczywistości za tym niepozornym symbolem kryje się jedna z najważniejszych jednostek w historii elektroniki, telekomunikacji i akustyki.

Bez decybeli nie byłoby telefonii, profesjonalnych studiów nagraniowych, kina Dolby Atmos, a nawet współczesnych pomiarów audio.

To także jedna z najbardziej niezrozumianych jednostek przez miłośników sprzętu audio.

Historia decybela

Początki sięgają końca XIX wieku i działalności firmy Bell Telephone Company, założonej przez Alexandra Grahama Bella.

Inżynierowie rozwijający sieci telefoniczne potrzebowali sposobu określania strat sygnału na długich liniach telefonicznych. Problem polegał na tym, że sygnał nie zmniejszał się liniowo.

Jeżeli sygnał był dwa razy słabszy, nie oznaczało to spadku o połowę w odczuciu człowieka.

Ludzki słuch działa logarytmicznie.

Aby opisać takie zależności, wprowadzono jednostkę nazwaną na cześć Bella:

Bell (B)

Ponieważ Bell okazał się zbyt dużą jednostką, zaczęto używać jednej dziesiątej Bella.

Tak narodził się:

decybel (dB)

1 Bell = 10 decybeli

Do dziś jest to podstawowa jednostka stosowana w akustyce, elektronice i telekomunikacji.

Czym właściwie jest decybel?

Tutaj pojawia się największe zaskoczenie.

Decybel nie mierzy głośności.

Decybel mierzy stosunek jednej wartości do drugiej.

Jest jednostką względną.

Oznacza to, że sam zapis:

10 dB

nie mówi jeszcze absolutnie nic.

Trzeba wiedzieć:

10 dB względem czego?

Dlatego spotykamy wiele odmian:

• dB SPL – poziom ciśnienia akustycznego
• dBV – napięcie względem 1 V
• dBu – napięcie względem 0,775 V
• dBFS – poziom cyfrowy względem maksimum systemu cyfrowego
• dBA – poziom dźwięku z korekcją odpowiadającą czułości ludzkiego słuchu

Sam „dB” jest tylko sposobem opisu proporcji.

Dlaczego skala jest logarytmiczna?

Nasze uszy nie działają jak linijka.

Jeżeli orkiestra zacznie grać dwa razy głośniej energetycznie, nie odbierzemy tego jako dwa razy większej głośności.

Mózg kompresuje ogromny zakres poziomów dźwięku.

Dzięki temu możemy słyszeć zarówno:

• spadający liść
• startujący samolot odrzutowy

Zakres ten przekracza miliony razy różnicy energii.

Zwykła skala liniowa byłaby całkowicie niepraktyczna.

Co oznacza 0 dB?

To jedno z najczęściej zadawanych pytań.

Odpowiedź brzmi:

To zależy od rodzaju skali.

W przypadku ciśnienia akustycznego:

0 dB SPL oznacza próg słyszalności przeciętnego młodego człowieka przy częstotliwości około 1 kHz.

Nie oznacza to braku dźwięku.

Po prostu jest to punkt odniesienia.

Natomiast w świecie cyfrowym:

0 dBFS oznacza maksymalny możliwy poziom sygnału.

Powyżej tej wartości występuje clipping, czyli przesterowanie.

W amplitunerze kina domowego:

0 dB oznacza zazwyczaj poziom referencyjny.

I właśnie tutaj zaczyna się najciekawsza część.

Dlaczego podgłaśniamy od -80 dB do 0 dB?

Wiele osób po zakupie amplitunera jest zaskoczonych.

Skala wygląda tak:

-80 dB

-60 dB

-40 dB

-20 dB

0 dB

+12 dB

Czy amplituner gra ciszej niż nic?

Nie.

To nie jest poziom dźwięku w pokoju.

To poziom względem punktu referencyjnego.

Przykładowo:

-20 dB oznacza 20 decybeli poniżej poziomu referencyjnego.

0 dB oznacza dokładnie poziom referencyjny.

Narodziny poziomu referencyjnego w kinie

W profesjonalnym kinie filmowym obowiązuje standard opracowany przez Dolby i później spopularyzowany przez THX.

Podczas kalibracji każdy kanał jest ustawiany tak, aby generował:

85 dB SPL

w miejscu odsłuchowym.

Dzięki temu film zmiksowany w Hollywood zabrzmi tak samo w tysiącach kin na świecie.

Reżyser dźwięku dokładnie wie, jak głośno odtworzony zostanie jego materiał.

Referencja w kinie domowym

Ze względu na mniejsze pomieszczenia przyjęto nieco inne założenie.

Podczas automatycznej kalibracji:

Audyssey

Dirac

YPAO

MCACC

ustawiają zwykle każdy kanał na około:

75 dB SPL

dla sygnału testowego.

Po zakończeniu kalibracji pozycja:

0 dB na wyświetlaczu

odpowiada poziomowi referencyjnemu przewidzianemu przez twórców filmu.

Jak głośno jest naprawdę przy 0 dB?

Znacznie głośniej niż większość osób przypuszcza.

W filmach kinowych szczyty dynamiczne mogą osiągać:

• 105 dB dla kanałów głównych
• 115 dB dla kanału LFE

To poziomy porównywalne z:

• koncertem rockowym
• młotem pneumatycznym
• pierwszymi rzędami sali kinowej

Dlatego wielu użytkowników ogląda filmy przy:

-15 dB

-20 dB

a czasem nawet:

-25 dB

względem referencji.

Największe nieporozumienie: „3 dB więcej”

Dla początkujących brzmi to niegroźnie.

Tymczasem:

+3 dB oznacza podwojenie mocy.

+10 dB oznacza dziesięciokrotny wzrost mocy.

Co ciekawe:

dopiero około +10 dB odbieramy subiektywnie jako dwukrotnie większą głośność.

To pokazuje, jak niezwykły jest ludzki słuch.

Ile decybeli ma świat wokół nas?

0 dB SPL – próg słyszalności

20 dB SPL – szept

40 dB SPL – spokojna biblioteka

60 dB SPL – normalna rozmowa

80 dB SPL – ruchliwa ulica

100 dB SPL – koncert rockowy

120 dB SPL – próg bólu

140 dB SPL – silnik odrzutowy z bliskiej odległości

A co z audiofilami?

W świecie hi-fi decybele pojawiają się wszędzie:

• skuteczność kolumn
• dynamika nagrań
• odstęp sygnału od szumu
• zakres dynamiki
• poziom zniekształceń

Gdy producent podaje skuteczność:

89 dB / 1W / 1m

oznacza to, że dostarczając do kolumny zaledwie 1 wat mocy i mierząc dźwięk z odległości 1 metra, uzyskamy poziom 89 dB SPL.

Każde dodatkowe 3 dB wymaga około dwukrotnego zwiększenia mocy wzmacniacza.

Dlatego osiągnięcie poziomu kinowego w dużym pomieszczeniu może wymagać setek watów mocy.

Podsumowanie

Decybel nie jest jednostką głośności.

Jest uniwersalnym językiem opisującym relacje pomiędzy poziomami sygnałów, mocy i ciśnienia akustycznego.

Powstał w epoce telefonii, ale dziś rządzi całym światem audio – od smartfonów, przez studia nagraniowe, po największe sale kinowe Dolby Atmos.

Gdy następnym razem spojrzysz na amplituner pokazujący -20 dB, pamiętaj:

to nie oznacza, że słuchasz cicho.

Oznacza jedynie, że jesteś 20 decybeli poniżej poziomu referencyjnego, który został zaprojektowany tak, aby w pełni oddać zamysł realizatorów filmu.

A 0 dB?

To punkt, w którym domowe kino zaczyna zachowywać się jak prawdziwa sala kinowa.