เครื่องวัดเสียง คืออะไร? มีกลไกในการวัดระดับความดังของเสียงอย่างไร

มลภาวะทางเสียงเป็นหนึ่งในปัญหาสิ่งแวดล้อมและอาชีวอนามัยที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อสุขภาพและการได้ยิน การควบคุมระดับเสียงให้เป็นไปตามกฎหมายหรือมาตรฐานความปลอดภัยจึงเป็นเรื่องสำคัญ ซึ่งเครื่องมือที่ใช้ในการวัดระดับเสียงดังกล่าวคือ เครื่องวัดเสียง (Sound Level Meter) ที่ทำหน้าเป็นด่านแรกในการจัดการมลภาวะทางเสียงเหล่านี้

ในบทความนี้เราจะพาไปทำความเข้าใจว่าจริง ๆ แล้ว เครื่องวัดเสียง คืออะไร? มีหลักการทำงานอย่างไร ตั้งแต่พื้นฐาน และปัจจัยทางเทคนิคที่ซับซ้อน รวมถึงวิธีการเลือกใช้งานให้ถูกต้อง

เครื่องวัดเสียง คืออะไร?

เครื่องวัดเสียง คือ อุปกรณ์สำหรับตรวจวัดระดับความดันเสียง (Sound Pressure Level – SPL) โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อแปลงสัญญาณเสียงที่หูมนุษย์ได้ยิน หรือแม้แต่เสียงที่หูมนุษย์ไม่ได้ยิน ให้กลายเป็นตัวเลขที่สามารถอ่านค่าและนำไปวิเคราะห์ต่อได้ ซึ่งมีหน่วยวัดที่ใช้เป็นมาตรฐานสากลคือ เดซิเบล (Decibel หรือ dB)

แน่นอนว่าหน้าที่หลักของเครื่องวัดเสียงคือการบอกว่าเสียงดังแค่ไหน ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในการตรวจสอบความปลอดภัยในโรงงานอุตสาหกรรม การประเมินผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมจากการจราจรหรือการก่อสร้าง รวมถึงการใช้ในงานวิศวกรรมเสียงเพื่อปรับแต่งระบบเสียงในห้องประชุมหรือคอนเสิร์ตฮอลล์ให้มีความสมบูรณ์ที่สุด

โดยสิ่งสำคัญของเครื่องวัดเสียงอยู่ที่ความสามารถในการเลียนแบบการรับรู้เสียงของหูมนุษย์ ซึ่งมีความซับซ้อนกว่าไมโครโฟนทั่วไป เนื่องจากหูของคนเรามีการตอบสนองต่อความถี่ต่าง ๆ ไม่เท่ากัน และมีความไวต่อระดับความดังที่แตกต่างกัน เครื่องวัดเสียงที่มีมาตรฐาน (ตามข้อกำหนด IEC 61672) จึงต้องมีวงจรประมวลผลที่จำลองพฤติกรรมเหล่านั้น เพื่อให้ค่าที่วัดได้สะท้อนความเป็นจริงในมุมมองของความปลอดภัยและสุขภาพมากที่สุด

เครื่องวัดเสียงทำงานอย่างไร

กลไกการทำงานของเครื่องวัดเสียงนั้นเริ่มต้นจาก ไมโครโฟน ซึ่งทำหน้าที่เป็นเซนเซอร์รับเสียง โดยส่วนใหญ่เครื่องวัดเสียงคุณภาพสูงจะใช้ไมโครโฟนชนิดคอนเดนเซอร์ (Condenser Microphone) เนื่องจากมีความแม่นยำสูงและตอบสนองต่อย่านความถี่ได้กว้างกว่า เมื่อคลื่นเสียงในอากาศเดินทางมากระทบกับแผ่นไดอะแฟรมของไมโครโฟน จะทำให้เกิดการสั่นสะเทือน การสั่นนี้จะถูกแปลงค่าเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่มีแรงดันต่ำมาก (หน่วยเป็นมิลลิโวลต์) ซึ่งความแรงของสัญญาณไฟฟ้าจะแปรผันตามความดันของเสียงที่เข้ามากระทบ

แต่อย่างไรก็ตาม สัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากไมโครโฟนนั้นเบาบางเกินกว่าจะนำไปประมวลผลได้ทันที จึงต้องส่งผ่านไปยังภาคขยายสัญญาณ (Preamplifier) เพื่อขยายสัญญาณให้แรงขึ้นโดยที่ยังรักษารูปคลื่นเดิมไว้ไม่ให้ผิดเพี้ยน ในขั้นตอนนี้หาก Preamplifier ไม่มีคุณภาพ จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในระบบและส่งผลให้ค่าที่วัดได้คลาดเคลื่อนตั้งแต่เริ่มต้น

เมื่อได้สัญญาณที่แรงพอแล้ว สัญญาณจะถูกส่งเข้าสู่ วงจรกรองความถี่ (Frequency Weighting Network) ซึ่งมีหน้าที่ปรับแต่งสัญญาณเสียงให้ตรงกับวัตถุประสงค์การวัด โดยมาตรฐานสากลจะแบ่งออกเป็นโหมดหลัก ๆ คือ A-Weighting และ C-Weighting

ในโหมด A-Weighting เครื่องจะทำการกรองเสียงความถี่ต่ำและสูงมากออกไป เพื่อเลียนแบบการได้ยินของหูมนุษย์ที่มักจะไม่ค่อยไวต่อเสียงทุ้มต่ำ ค่าที่ได้จะระบุหน่วยเป็น dBA ซึ่งนิยมใช้ในงานกฎหมายแรงงานและสิ่งแวดล้อม

ส่วน C-Weighting นั้นจะมีการตอบสนองที่ราบเรียบกว่า ยอมให้ความถี่ต่ำผ่านเข้ามาได้มากกว่า เหมาะสำหรับการวัดเสียงเครื่องจักรที่มีเสียงกระหึ่ม หรือเสียงระเบิด เพื่อดูพลังงานเสียงที่แท้จริง

หลังจากผ่านการกรองความถี่ สัญญาณจะเข้าสู่ภาคการหน่วงเวลา (Time Weighting) เนื่องจากการวัดเสียงที่เป็นปัจจุบันอาจทำให้ตัวเลขบนหน้าจอวิ่งเปลี่ยนไปมาจนอ่านค่าไม่ได้ วงจรนี้จึงทำหน้าที่เฉลี่ยค่าในช่วงเวลาสั้น ๆ เพื่อให้การแสดงผลนิ่งขึ้น โดยทั่วไปจะมีโหมด Fast (วัดค่าเฉลี่ยทุก 125 มิลลิวินาที) และ Slow (วัดค่าเฉลี่ยทุก 1 วินาที) ซึ่งการเลือกใช้ขึ้นอยู่กับลักษณะของเสียงว่ามีความคงที่หรือเปลี่ยนแปลงรวดเร็วเพียงใด

และในลำดับสุดท้าย สัญญาณที่ผ่านการประมวลผลทั้งหมดจะถูกคำนวณโดยตัวตรวจจับ RMS (Root Mean Square) เพื่อหาค่าพลังงานเฉลี่ยและแปลงเป็นตัวเลขเดซิเบล แสดงผลบนหน้าจอดิจิทัลให้ผู้ใช้งานอย่างเราอ่านค่าออกมาได้นั่นเอง

ข้อระวังในการใช้เครื่องวัดเสียงเพื่อให้ค่าแม่นยำ

แม้เครื่องวัดเสียงจะเป็นอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง แต่ปัจจัยภายนอกและการใช้งานที่ผิดวิธีสามารถทำให้ค่าที่วัดได้ผิดเพี้ยนไปจากความเป็นจริงอย่างมหาศาล ผู้ใช้งานจึงควรระวังตัวแปรที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนต่อไปนี้

• กระแสลมที่ปะทะไมโครโฟน เมื่อคุณวัดเสียงในพื้นที่โล่งแจ้งหรือบริเวณที่มีลมพัดผ่านจะสร้างเสียงรบกวนที่ทำให้เครื่องวัดเสียงอ่านได้สูงกว่าความเป็นจริง สามารถแก้ไขได้ด้วยการสวมฟองน้ำกันลมที่หัวไมโครโฟนเสมอเมื่อใช้เครื่องวัดเสียงภายนอกอาคาร หรือแม้แต่ในอาคารที่มีระบบปรับอากาศพัดแรง
• การสะท้อนของเสียง ผู้ใช้งานไม่ควรยืนวัดเสียงใกล้กำแพงหรือมุมห้องมากเกินไป เว้นแต่จะเป็นข้อกำหนดเฉพาะของการวัดนั้น ๆ เพราะเสียงจะสะท้อนกลับมาจากผิววัตถุแข็งมารวมกับเสียงจริง ทำให้ค่าสูงขึ้น นอกจากนี้ ตัวผู้ทำการวัดเองก็เป็นวัตถุสะท้อนเสียงเช่นกัน จึงควรใช้ขาตั้งหรือยื่นแขนออกไปให้ไกลจากลำตัวมากที่สุดขณะวัด
• ระดับเสียงพื้นฐานก่อนเริ่มงาน หากเสียงสภาพแวดล้อมในขณะที่เครื่องจักรหยุดทำงานมีความดังใกล้เคียงกับตอนที่เครื่องจักรทำงาน ค่าที่วัดได้จะไม่ใช่ค่าของเครื่องจักรที่แท้จริง ตามหลักการแล้ว เสียงพื้นฐานควรเบากว่าเสียงของแหล่งกำเนิดที่เราต้องการวัดอย่างน้อย 10 dB ขึ้นไป หากผลต่างน้อยกว่านั้น จะต้องมีการนำค่ามาคำนวณหักลบตามสูตรทางคณิตศาสตร์เพื่อหาค่าที่ถูกต้อง
• การ Calibration เพราะเครื่องวัดเสียงเป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความชื้น และความดันอากาศ เซนเซอร์ไมโครโฟนอาจมีความไวเปลี่ยนไปตามกาลเวลา ทำให้การไม่ Pre-calibration ในหลายครั้งทำให้ข้อมูลทั้งหมดที่วัดมาเชื่อถือไม่ได้ การใช้เครื่องกำเนิดเสียงมาตรฐาน (Sound Calibrator) เพื่อตรวจสอบความถูกต้องที่ 94 dB หรือ 114 dB ก่อนและหลังการวัดทุกครั้ง จึงเป็นขั้นตอนปฏิบัติมาตรฐานที่ละเลยไม่ได้

วิธีเลือกเครื่องวัดเสียง

ปัจจัยแรกในการเลือกซื้อเครื่องวัดเสียงคือ ประเภทความแม่นยำ (Accuracy Class) ซึ่งตามมาตรฐาน IEC 61672 จะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ เครื่องวัดเสียงมาตรฐาน Class 1 และ Class 2

• หากงานของคุณคือการวัดเพื่อทำรายงานส่งราชการ การวัดเสียงในคดีความหรือการวิจัยในห้องปฏิบัติการ คุณจำเป็นต้องใช้เครื่องวัดเสียง Class 1 ซึ่งมีความแม่นยำสูงสุด (และแน่นอนว่ามีราคาสูงกว่า)
• แต่ถ้าหากเป็นการใช้งานเพื่อตรวจสอบความปลอดภัยเบื้องต้น หรือวัดเสียงทั่วไปในโรงงาน เครื่องวัดเสียง Class 2 ก็เพียงพอ

ปัจจัยต่อมาคือ ฟังก์ชันการบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูล (Data Logging & Analysis) เพราะงานบางประเภทต้องการดูแนวโน้มของเสียงหรือต้องการค่าเฉลี่ย ซึ่งในกรณีนี้คุณจะต้องการเครื่องวัดเสียงรุ่นมืออาชีพ เพราะเครื่องวัดเสียงรุ่นประหยัดอาจทำได้เพียงแสดงค่าปัจจุบัน

ประเด็นสุดท้ายอยู่ที่ช่วงการวัด (Measurement Range) และ ช่วงพลวัต (Dynamic Range) โดยเครื่องวัดเสียงที่ดีควรมีช่วง Dynamic Range ที่กว้าง เพื่อให้สามารถวัดเสียงที่เบามากและดังมากได้โดยไม่ต้องคอยกดเปลี่ยน Range บ่อย ๆ ซึ่งจะช่วยให้ไม่พลาดข้อมูลสำคัญในช่วงที่เสียงมีการเปลี่ยนแปลงกะทันหัน

เป็นอย่างไรกันบ้างครับ กับเจาะลึกเรื่องเครื่องวัดเสียง หวังว่าข้อมูลนี้จะช่วยให้คุณมองเห็นภาพรวมของกลไกการทำงานและความสำคัญของการวัดเสียงได้ชัดเจนขึ้นนะครับ และสำหรับใครที่กำลังมองหาเครื่องวัดเสียงตัวแรกที่เชื่อถือได้ สเปกครบครันในราคาที่สมเหตุสมผล ขอแนะนำ เครื่องวัดเสียง รุ่น DT-815 แบรนด์ SUMO

เครื่องวัดเสียง รุ่น DT-815 แบรนด์ SUMO

โดยเครื่องวัดเสียง รุ่น DT-815 แบรนด์ SUMO เป็นเครื่องวัดเสียงมาตรฐาน IEC 61672-1 Class 2 ที่สเปกเพียงพอและเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับงาน จป. (เจ้าหน้าที่ความปลอดภัย) ในการตรวจวัดระดับเสียงในโรงงาน หรือการวัดเสียงสิ่งแวดล้อมทั่วไป โดยมีความแม่นยำสูงถึง ±1.4 dB และครอบคลุมช่วงการวัดกว้างตั้งแต่ 30 ไปจนถึง 130 dB (มีทั้งระบบปรับย่านวัดอัตโนมัติและกำหนดเอง) พร้อมฟังก์ชันสำหรับหน้างาน ไม่ว่าจะเป็นโหมด A/C Weighting สำหรับกกรองความถี่, โหมด Fast/Slow Response สำหรับจับสัญญาณเสียงรูปแบบต่าง ๆ, ฟังก์ชัน Max/Min Hold สำหรับล็อกค่าสูงสุดต่ำสุด และยังมี Datalogger ที่บันทึกข้อมูลในตัวได้ถึง 50 ค่า ช่วยให้การจดบันทึกค่าหน้างานสะดวกขึ้นมาก ทั้งหมดนี้แสดงผลบนจอ LCD Backlight ที่อ่านค่าได้ชัดเจนแม้ในที่มืด