Cộng tiếng ồn: vì sao hai nguồn 60 dB chỉ ra khoảng 63 dB

Hai nguồn ồn bằng nhau cộng lại chỉ tăng khoảng 3 dB, nên 60 dB cộng 60 dB ra khoảng 63 dB chứ không phải 120 dB. Lý do là decibel đo theo thang logarit: hai nguồn bằng nhau thì năng lượng gấp đôi, mà năng lượng gấp đôi chỉ tương ứng với thêm khoảng 3 dB. Nếu hai nguồn chênh nhau từ 10 dB trở lên, nguồn nhỏ gần như không làm thay đổi tổng.

Cộng năng lượng, không cộng con số

Mức âm tính bằng decibel là 10 lần logarit cơ số 10 của tỉ số giữa cường độ âm và một mức chuẩn. Cách định nghĩa này giúp nén một dải cường độ khổng lồ, từ tiếng thì thầm tới tiếng máy bay phản lực, vào một thang số dễ dùng. Nhưng cái giá là không thể cộng decibel như cộng tiền.

Muốn cộng hai nguồn ồn, phải đổi từng mức về năng lượng, cộng năng lượng, rồi đổi ngược lại về decibel:

Tổng = 10 × log10 (10^(L1/10) + 10^(L2/10) + …)

Với hai nguồn 60 dB: mỗi nguồn ứng với 10^6 đơn vị năng lượng, cộng lại là 2 × 10^6. Logarit cơ số 10 của 2 xấp xỉ 0,301, nhân 10 được khoảng 3. Tổng là khoảng 63 dB.

Ngoại lệ: khi hai nguồn cộng ra 6 dB

Quy tắc +3 dB áp dụng cho các nguồn không tương quan, tức phát ra âm thanh độc lập với nhau, như hai chiếc xe, hai cái máy, hai nhóm người nói chuyện. Đó là gần như mọi tình huống tiếng ồn ngoài đời.

Nếu hai nguồn phát cùng một tín hiệu và đồng pha, như hai chiếc loa cùng phát một bản nhạc và người nghe đứng cách đều, áp suất âm cộng trực tiếp với nhau và mức có thể tăng tới khoảng 6 dB ở một số tần số; ở chỗ khác chúng lại triệt tiêu nhau một phần. Đây là chuyện của hệ thống loa, không thay đổi phép cộng nhanh cho tiếng ồn môi trường.

Bảng cộng nhanh không cần máy tính

Ngoài hiện trường, kỹ sư âm học thường dùng một bảng nhẩm: lấy hiệu giữa hai mức, tra ra số decibel cần cộng vào mức lớn hơn.

Khi có nhiều nguồn, cộng lần lượt từng cặp, bắt đầu từ hai nguồn nhỏ nhất. Mười nguồn bằng nhau cộng lại tăng khoảng 10 dB; một trăm nguồn bằng nhau tăng khoảng 20 dB.

Tai nghe thấy gì khi số tăng

Con số trên máy đo và cảm giác của tai không đi cùng nhịp. Các quy tắc gần đúng hay dùng trong âm học môi trường:

• Thay đổi khoảng 1 dB: hầu như không nhận ra trong đời sống thường ngày.
• Thay đổi khoảng 3 dB: vừa đủ để nhận ra khi để ý.
• Thay đổi khoảng 5 dB: nhận ra rõ ràng.
• Thay đổi khoảng 10 dB: cảm thấy to gấp đôi (hoặc nhỏ đi một nửa).

Ghép hai bảng lại sẽ thấy một điều bất ngờ: thêm một chiếc máy y hệt chiếc đang chạy (tăng 3 dB) chỉ "vừa đủ nhận ra", chứ không ồn gấp đôi như ta tưởng. Để thấy ồn gấp đôi, phải có khoảng mười chiếc như vậy.

Hệ quả thực tế: tắt nguồn nào thì có ích

Xử lý nguồn to nhất trước

Giả sử một quán có ba nguồn ồn tới nhà bên cạnh: dàn loa 72 dB, máy nén tủ đông 62 dB, quạt hút 60 dB. Tổng xấp xỉ 72,6 dB. Tắt hẳn máy nén và quạt hút, mức chỉ còn 72 dB — giảm chưa tới 1 dB, gần như không nhận ra. Còn hạ dàn loa xuống 62 dB thì tổng còn khoảng 66 dB, giảm hơn 6 dB, khác biệt nhận ra rõ ràng. Đây là lý do mọi kế hoạch giảm ồn đều bắt đầu bằng việc tìm nguồn trội nhất.

Nhưng đêm khuya thì nguồn nhỏ cũng đáng kể

Khi nguồn to đã tắt, các nguồn nhỏ lại thành nguồn trội. Máy nén tủ đông 62 dB không đáng kể lúc quán mở nhạc, nhưng sau 23 giờ khi loa đã tắt, chính nó là thứ người hàng xóm nghe thấy suốt đêm.

Thêm một nguồn mới vào chỗ vốn yên

Ở khu vực có tiếng nền 40 dB, thêm một cục nóng điều hoà 50 dB sẽ đẩy mức lên khoảng 50,4 dB — tăng 10 dB so với trước, tức ồn gấp đôi trong cảm nhận. Còn đặt cùng cục nóng đó cạnh một trục đường có nền 70 dB thì gần như không ai nhận ra. Cùng một nguồn, tác động khác hẳn tuỳ nền.

Phép trừ: tách nguồn ồn ra khỏi tiếng nền

Phép tính ngược cũng hữu ích. Khi đo một nguồn ồn trong khi xung quanh vẫn có tiếng nền, con số đo được là tổng của hai thứ. Muốn biết riêng nguồn, đo thêm tiếng nền khi nguồn tắt, rồi trừ theo năng lượng.

Ví dụ: có máy bơm, đo được 65 dB; tắt máy bơm, nền còn 60 dB. Hiệu 5 dB, trừ khoảng 2 dB, vậy riêng máy bơm vào khoảng 63 dB. Nếu tổng chỉ cao hơn nền dưới 3 dB, các phương pháp đo chuẩn thường coi là không đủ tin cậy để tách riêng nguồn.

Một ví dụ trong căn hộ

Buổi tối, trong phòng khách một căn hộ mặt đường, đóng cửa sổ, tiếng xe lọt vào khoảng 45 dB. Tivi bật ở mức nghe thoải mái, khoảng 55 dB tại chỗ ngồi. Máy lạnh chạy êm, khoảng 40 dB. Tổng cả ba vào khoảng 55,5 dB: tivi quyết định gần như tất cả, tiếng xe chỉ góp khoảng nửa decibel.

Sau 23 giờ, tắt tivi. Còn tiếng xe 45 dB và máy lạnh 40 dB, tổng khoảng 46 dB. Lúc này tiếng xe là nguồn trội, và muốn yên hơn thì phải xử lý cửa sổ chứ không phải máy lạnh. Đến 2 giờ sáng, dòng xe thưa, tiếng xe còn khoảng 38 dB; giờ máy lạnh 40 dB lại thành nguồn trội. Cùng một căn phòng, nguồn cần quan tâm thay đổi theo giờ — và đó là lý do khi tìm cách giảm ồn cho phòng ngủ, cần biết tiếng nào là tiếng trội vào giờ ngủ, không phải vào giờ mình đang đứng đo.

Góc nhìn hôm nay: dùng phép cộng khi nói chuyện về tiếng ồn

Hiểu phép cộng decibel giúp tránh hai kiểu tranh cãi vô ích. Một là "nhà mình chỉ có cái quạt nhỏ, sao bảo ồn" — nếu nền đêm rất thấp, cái quạt nhỏ đủ làm thay đổi rõ rệt. Hai là "chỗ này vốn ồn, thêm một máy có sao đâu" — đúng là ở nền cao một nguồn nhỏ không đáng kể, nhưng cộng dồn nhiều nguồn "không đáng kể" thì cũng thành 10 dB.

Khi lập kế hoạch giảm ồn cho quán, văn phòng hay nhà mình: liệt kê nguồn, ước mức từng nguồn, xử lý nguồn trội nhất, đo lại, rồi mới tính đến nguồn tiếp theo. Giáo trình âm học môi trường ở các trường kỹ thuật và bộ tiêu chuẩn ISO 1996 đều trình bày các phép cộng trừ này, kèm các điều kiện để kết quả đáng tin.