Desibel sebagai “satuan” ilmiah

• Desibel (dB) bukanlah satuan yang sesungguhnya, melainkan konsep indikator yang menyatakan besarnya perubahan nilai
• Bel awalnya dimulai sebagai prefiks eksponensial yang setara dengan perubahan 10 kali lipat, tetapi penerapan rumus daya yang tidak intuitif menimbulkan kebingungan
• Bel terlalu besar sehingga penggunaan desibel, yang dibagi menjadi 10 tingkat, menjadi arus utama, tetapi karena acuannya sering tidak dinyatakan dengan jelas, hal ini mudah menimbulkan salah paham
• dB tidak memiliki makna nyata yang jelas tanpa titik acuan dan satuan penerapan (tegangan, daya, dan sebagainya), dan standar penafsirannya berbeda di tiap bidang
• Di berbagai bidang seperti akustik dan nirkabel, akhiran seperti dB, dBm, dBu digunakan bercampur, sehingga menimbulkan kurangnya kejelasan dan kebingungan

---

Pendahuluan: masalah mendasar tentang desibel

• Penulis menunjukkan bahwa "satuan ilmiah" bernama desibel (dB) tidak intuitif, rumit, dan sering terasa membingungkan karena kurang konsisten
• Desibel secara populer dikenal sebagai "satuan untuk mengukur kerasnya suara", tetapi sebenarnya bukan satuan umum, melainkan indikator relatif untuk menyatakan besarnya perubahan nilai

Latar belakang lahirnya bel dan desibel

• Bel digunakan seperti prefiks yang menyatakan eksponen basis 10; +1 bel berarti kenaikan 10 kali lipat, dan -2 bel berarti penurunan menjadi 1/100
• Satuan ini pada awalnya dirancang untuk mengukur perubahan daya, dan dinamai untuk menghormati Alexander Bell
• Dalam rangkaian elektronik nyata, daya berbanding lurus dengan kuadrat tegangan, sehingga ketika bel diterapkan pada satuan tegangan, muncul karakteristik perilaku eksponensial yang berbeda dari daya
• Pada bel, muncul situasi yang tidak intuitif di mana faktor pengalinya berbeda tergantung satuannya (daya 10 kali lipat, tegangan √10 kali lipat)

Kompleksitas desibel yang makin besar

• Karena satuan bel terlalu besar untuk digunakan secara praktis dalam keseharian, desibel (decibel) yang bernilai sepersepuluhnya menjadi standar
• Akibatnya, ketika dB digunakan untuk daya, faktor pengalinya adalah 10 pangkat 1/10 (1,2589 kali), sedangkan untuk tegangan menjadi 10 pangkat 1/20 (1,1220 kali), sehingga masalah interpretasi yang berubah-ubah terus berlanjut
• Desibel dipakai seolah-olah satuan tunggal, tetapi tanpa titik acuan (Reference Point) dan satuan dasar (Base Unit), ia tidak bermakna; dalam praktik lapangan, informasi ini sering dihilangkan sehingga menimbulkan kebingungan

Cara desibel benar-benar diterapkan

• Sebagai contoh, dalam bidang akustik, dB sebenarnya menyatakan tekanan udara dalam satuan pascal (Pa)
• Acuan 0 dB adalah tekanan 20 μPa yang disebabkan gelombang suara 1 kHz (batas ambang dengar manusia), tetapi hal ini tidak dapat diketahui hanya dari notasi dB itu sendiri
• dB akustik memiliki beberapa skala yang hidup berdampingan, seperti tekanan suara absolut (dB SPL) dan pembobotan yang meniru pendengaran manusia

Kebingungan penandaan desibel pada produk nyata

• Dalam lembar spesifikasi mikrofon, -45 dB sebenarnya adalah satuan tegangan, dengan titik acuan berupa kondisi yang menghasilkan amplitudo 1V
• Namun, tekanan suara acuan untuk standar ini bukan ambang dengar manusia (0 dB SPL), melainkan 94 dB SPL (setara kebisingan mesin pemotong rumput bensin)
• Karena penulisan dB berbeda-beda antarbidang dan titik acuannya tidak dijelaskan dengan jelas, pengguna menjadi bingung

Masalah berbagai akhiran dB

• Di bidang nirkabel dan lainnya, dBm bukan berarti "desibel-meter", melainkan daya relatif dengan acuan miliwatt
• dBμ tampak seperti mikrowatt, tetapi sebenarnya beracuan mikrovolt, sehingga mudah tertukar dengan dBu dan lainnya
• Pencampuran berbagai akhiran ini menyebabkan kurangnya kejelasan dan kesalahan interpretasi

Kesimpulan

• Desibel pada dasarnya bukan satuan tunggal, melainkan konsep prefiks yang menyatakan perubahan eksponensial suatu rasio
• Titik acuan dan satuan penerapan selalu diperlukan, tetapi dalam praktik informasi ini sering dihilangkan, sehingga tercipta sistem yang tidak transparan dan hanya dipahami oleh orang yang sudah tahu
• Karena kebingungan notasi di berbagai bidang, muncul kebutuhan akan penyajian informasi yang jelas dan konsisten

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Hal yang perlu diperhatikan adalah, saat menggunakan bel atau decibel, idealnya level referensi harus selalu dinyatakan dalam tanda kurung atau sebagai subskrip, dan tidak seharusnya hanya diimplikasikan. Misalnya, untuk menyatakan tekanan suara absolut digunakan dB(SPL), sedangkan tingkat kenyaringan yang dirasakan manusia menggunakan dB(A) dan satuan serupa. Tegangan RMS berbasis daya ditulis sebagai dB(u) (dulu disebut dB(v), berbeda dari dB(V) dengan huruf kapital). Berbagai satuan dB sebaiknya dipahami sebagai entitas yang benar-benar terpisah satu sama lain. Memang semuanya menyatakan rasio logaritmik, tetapi saat muncul satuan dB baru, sikap yang tepat adalah memperlakukannya seperti alien yang baru pertama kali dilihat

  • Orang sering bilang kenyaringan yang dirasakan manusia dinyatakan dengan dB(A), tetapi saya ingin menekankan bahwa dB(A) pada kenyataannya hanya benar-benar bekerja untuk suara yang cukup keras hingga bisa merusak pendengaran atau untuk test tone. Artinya, masalah "definisi yang tidak jelas" yang dialami pemula hanya dipindahkan ke wilayah ini. Akan lebih bijak menjelaskan bahwa dB(A) mengukur semacam "flaunkis" yang didefinisikan oleh respons frekuensi manusia. Lalu pertanyaan berikutnya menjadi, "bagaimana menghitung loudness rekaman musik dalam flaunkis?" dan inti sesungguhnya adalah bahwa hal itu memang rumit

• Orang bingung dengan konsep decibel karena mereka menganggap dB sebagai satuan yang berdiri sendiri. Padahal sebenarnya itu hanyalah rasio terhadap satuan tertentu

  • Rasio tanpa satuan juga kadang dipakai, misalnya orang sering bilang, "yang itu output-nya 10dB lebih rendah daripada yang ini"

  • Klaim bahwa dB tidak boleh dipakai tanpa referensi jelas tidak sepenuhnya benar. Untuk gain dan attenuation, penggunaan dB tanpa referensi sangatlah alami. Justru memakai dBm atau satuan turunannya dalam konteks seperti itu akan menjadi penggunaan yang sepenuhnya keliru

• Saat bekerja sebagai engineer software di proyek radar, saya melihat engineer radar di sebelah saya benar-benar sangat sering memakai dB. Bahkan dari sudut pandang engineer, saya merasa sering kali orang sadar warisan historisnya tidak masuk akal, tetapi pada akhirnya tetap bertahan karena praktis. Di software pun sebenarnya sama saja. Protokol email, terminal escape sequence, UX perintah git, dan sebagainya—untuk semuanya bisa saja ditulis artikel berjudul "ini benar-benar tidak masuk akal". Tetapi kenyataannya semua orang tetap memakainya. Salah satu kelebihan dB adalah ia mengubah perkalian menjadi penjumlahan. Jika nilai gain atau attenuation sangat besar atau sangat kecil, menghitungnya secara linear akan melibatkan eksponen, tetapi dalam sistem decibel hal itu berubah menjadi penjumlahan sederhana angka dua digit lewat transformasi logaritmik. Ini sejalan dengan prinsip dalam komputasi numerik, ketika perkalian berulang bilangan kecil diubah menjadi penjumlahan dengan memakai log

  • Di dunia nyata memang banyak contoh sejarah mengalahkan kepraktisan; negara-negara seperti Amerika Serikat yang masih memakai satuan nonmetrik adalah contohnya

• Saya senang membaca tulisan di internet yang membongkar dB, tetapi tetap saja rasanya belum ada pengganti yang sama bergunanya. Di bidang RF, level sinyal dinyatakan dalam dBm dan gain dalam dB, sehingga perhitungannya bisa dilakukan dengan penjumlahan alih-alih perkalian. Terutama seperti contoh filter dan amplifier yang pernah dimasukkan nilainya, cukup dijumlahkan langsung, jadi ini benar-benar keuntungan besar bahkan saat mengerjakan tugas kuliah. Dan dengan notasi sederhana ini kita bisa menyatakan daya, gain, attenuation, SPL, dan banyak hal lain, jadi sangat praktis. Para engineer bersikeras memakai dB karena ini sangat cocok dengan realitas sinyal yang kompleks, dan memang tidak ada alternatif yang jelas lebih baik

  • Tidak ada masalah dengan penggunaan skala logaritmik itu sendiri. Inti masalahnya adalah memakai decibel alih-alih bel, memakainya seperti satuan tanpa titik referensi, dan bahwa tiap satuan memakai skala referensi yang berbeda. Sangat disayangkan banyak orang tidak benar-benar memahami hal ini

• Saya juga punya hubungan cinta-benci dengan dB. Saya sempat berpikir tulisan ini layak diperluas menjadi artikel Wikipedia tentang decibel. Setiap kali membaca artikel Decibel itu berkali-kali dalam hidup saya, saya pernah berpikir, "kenapa saya tidak bisa memahami ini?" Kalau artikel itu dimulai dengan "ini rumit secara tidak masuk akal", mungkin memang tidak cocok dengan gaya serius Wikipedia, tetapi secara pedagogis rasanya akan jauh lebih membantu

  • Di Wikipedia kadang memang ada bagian kritik (Criticism of…). Tulisan blog seperti ini bisa berperan sebagai referensi, tetapi akan lebih baik lagi kalau ada sumber yang lebih dapat dipercaya

• Rasanya banyak orang tidak menyadari betapa pentingnya peran decibel di komunikasi, RF, dan rekayasa serat optik. Hubungan antara tegangan dan daya memang fakta yang ada, dan itu juga titik yang pasti membuat engineer pemula salah, tetapi pada akhirnya itu cuma persoalan apakah dibagi 10 atau 20; berkat decibel, perkalian bilangan sangat kecil dan sangat besar bisa diubah menjadi penjumlahan angka dua digit dengan akurasi yang tetap cukup. Saat melihat tulisan yang mengeluhkan sistem seperti ini, saya jadi bertanya-tanya apakah penulisnya benar-benar pernah punya pengalaman praktik nyata

  • Meski pengalaman praktiknya kurang, orang tetap bisa terbiasa dengan kebiasaan yang aneh. Bagi penulis, sulit dipahami bahwa simbol dB yang sama bisa berarti dimensi yang sama sekali berbeda, atau bahkan angka tanpa satuan, tergantung konteks, sehingga definisi satuannya tidak rapi seperti fisika. Kalau suffix-nya selalu jelas, saya rasa orang tidak akan terus mengangkat masalah ini

  • Decibel untuk gain amplifikasi menurut saya tidak masalah (dBm di ranah RF khususnya terasa sangat masuk akal). Tetapi fakta bahwa rumusnya berubah tergantung apakah yang dibahas tegangan atau daya (10 kali/20 kali) tetap terasa aneh. Khususnya di audio, decibel terlalu ambigu dalam definisinya sehingga jadi masalah. Dan penggunaan dB yang punya satuan dasar bisa berantakan setiap saat jika baseline-nya tidak dinyatakan dengan benar. Baru-baru ini saya melihat iklan yang menyatakan "low noise pada jarak 3 meter" dalam decibel; bagus juga karena referensinya ditunjukkan, tetapi dibanding standar umum 1m, itu juga berarti mengabaikan selisih sekitar 10dB dalam tekanan

  • Saya bekerja di bidang signal processing, tetapi agak jauh dari RF atau audio. Karena dB sering membingungkan, dalam dokumen teknis kami sengaja tidak memakainya. Saya mengalami bahwa saat pelanggan memakai dB, sebagian besar dari mereka tidak cukup memahami konteks, sehingga salah paham sangat sering terjadi

  • Ini bukan sanggahan yang benar-benar menjawab poin kritik yang diajukan sebelumnya, melainkan hanya menunjukkan kebiasaan dan mempertahankan status quo

  • Keluhan penulis saya lihat hanya sebagai perangkat gaya tulisan, dan saya tidak terlalu merasakan nada yang negatif

• Saya ngakak pada kalimat bercanda yang bilang bel dinamai dari Alexander Bell, seolah-olah itu tradisi yang sama seperti wat yang diambil dari James Watt

• Saat membicarakan tingkat kerasnya suara dalam dB, saya selalu frustrasi karena jarak pengukurannya harus dinyatakan dengan jelas. Di tulisan asli juga ada kesalahan dengan menghilangkan rentangnya saat menulis "94 dB, kira-kira suara mesin pemotong rumput bensin". Di sini jarak benar-benar penting, dan tekanan suara nyata berubah sebanding dengan kuadrat jarak. Misalnya, untuk mesin pemotong rumput 94dB, kita mungkin mengasumsikan pengukuran dilakukan pada jarak 1m, tetapi pada jarak 2m nilainya turun menjadi 91dB. Fakta bahwa setengah daya adalah 3dB juga terasa absurd; saya malah berharap basisnya base 2 (logaritma biner)

  • Hukum yang menyatakan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (inverse square law) hanya berlaku di medan jauh, yaitu saat kita cukup jauh sehingga sumber suara bertindak seperti sumber titik. Untuk mesin pemotong rumput, ini tidak langsung berlaku pada 1m, dan untuk speaker pun biasanya inverse square law baru berlaku setelah sekitar 2m atau lebih. Jika beroperasi dekat batas itu, sumber akan bertindak seperti quasi-point source, dan pada praktiknya wilayah yang bisa diukur dengan benar baru muncul di jarak yang lebih jauh

• Riwayat kalibrasi audio vu Meter sepenuhnya adalah model yang subjektif; pada 1920-an BBC dan perusahaan-perusahaan Amerika menetapkan "cara kami adalah standar", lalu berbagai variasi ditambahkan di atasnya. Sekarang ini praktis hanya dibenarkan belakangan agar cocok dengan sebagian standar BIPM. Pada kenyataannya, pendekatannya lebih seperti, "kalau dibandingkan dengan buatan kami dan hasilnya bekerja dengan baik, berarti tidak masalah". Histeresis yang muncul pada alat ukur kumparan-magnet bahkan menjadi contoh kasus di mana sesuatu yang tadinya bug justru dianggap fitur

• Secara umum, skala db adalah alat yang sangat berguna di banyak ranah praktis, dan saya rasa hal itu kurang dibahas dalam tulisan kritik seperti ini. Memang pada akhirnya ia "hanyalah rasio daya pada skala logaritmik", tetapi saat menghitung rangkaian gain/attenuation dalam sebuah sistem, secara praktis semuanya cukup dijumlahkan, sehingga ketika berbicara dengan sound engineer, ini menjadi keuntungan besar karena perhitungan seperti itu bisa dilakukan bahkan tanpa memahami dasar ilmiahnya

  • Menurut saya penulis justru mengakui bahwa ratio itu berguna. Inti masalahnya adalah bagaimana satuan itu digunakan dan bagaimana skala referensinya didefinisikan. Contoh yang diberikan sebenarnya baik-baik saja karena berupa ratio murni (referensi tidak dinyatakan), tetapi tetap ada keterbatasan karena apa yang dijadikan dasar pengukuran—tegangan, daya, dan sebagainya—masih ambigu

  • Kalau bukan situasi seperti dB yang menumpuk banyak satuan, misalnya kita anggap ada rugi 4m pada satuan mili dan penguatan 6m, maka wajar menghitung sisa 2m. Keunikan dB adalah operasi gabungan seperti ini terjadi secara alami di ruang logaritmik

• Di bidang RF (radar), dB/dBm adalah alat yang luar biasa saat memikirkan sambungan amplifier, insertion loss, dan sebagainya. Kekuatan sinyal pemancar dan penerima di dunia nyata bisa sangat berbeda, dan berkat sistem dB, perbandingannya jadi jauh lebih intuitif

[soonil]

Saya malah tekun membaca tentang dB padahal sama sekali tidak perlu dalam hidup saya wkwkwk