Какво е dbv. Децибел: какво е това? Преобразуване на нивото на напрежение в мощност на сигнала
Интернет е пълен с подобни калкулатори, но и аз исках да си направя собствен. Сигурен съм, че няма да изненадам никого, като кажа, че работи и тук JavaScript, и цялото изчислително натоварване пада върху вашия браузър. Ако има празни полета, това означава, че вашият браузър не работи с JavaScript-ом, и изчисленията няма да работят :(
19 декември 2017 гсе появи преобразувател на единици EMC. Може би отговаря по-добре на вашите нужди?
Условия за ползванеадски просто. Променете стойността на която и да е от стойностите и всички останали стойности ще бъдат преизчислени автоматично.
Преобразуване на съотношението на падащата и отразената мощност в стойност на КСВ:
За всеки случай съвет за употреба:
Преизчислете dBµV V dBm(dBμV до dBm) В полето „Напрежение, dBμV“ въведете стойността на напрежението в децибели-микроволта. Ако имате стойност в децибели миливолта (dBmV), просто добавете 60 dB към нея (0 dBmV ≡ 60 dBmV). Не забравяйте, че за да преобразувате напрежението в мощност, трябва да знаете и съпротивлението на товара! Преизчислете dBm V dBµV(dBm в dBμV) В полето „Мощност, dBm“ въведете стойността на мощността в децибели-миливати. Ако имате стойност в децибел-ватове, просто извадете 30 dB от нея (0 dBW ≡ 30 dBm). Не забравяйте, че за да преобразувате мощността в напрежение, трябва да знаете и съпротивлението на товара! Преобразуване на децибели по пъти Въведете в таблицата промяната на нивото в децибели и калкулаторът ще покаже колко пъти ще се променят напрежението и мощността. Калкулаторът не харесва отрицателните числа и ги заменя с положителни. Преобразувайте времената в децибели В таблицата въведете промяната в нивото на напрежението или мощността на сигнала в съответното поле и ще разберете колко децибела е тя. В същото време промяната във второто количество ще бъде преизчислена. Калкулаторът не обича отрицателните числа и ги заменя с положителни. Всъщност увеличение от 0,5 пъти е намаление от 2 пъти, а физически разлика няма. Но така е по-ясно! Преобразувайте съотношението на мощността в КСВ Въведете вашите стойности на падаща и отразена мощност в съответните полета. Ако вместо стойности имате тяхната разлика, незабавно въведете тази разлика в полето за разликата и игнорирайте двете горни полета Преобразуване на КСВ в съотношение на мощност Въведете стойността на КСВ в съответното поле и калкулаторът ще изчисли съотношението на мощността, и за определената стойност P FWD ще въведе съответната стойност P REF
КАКВО СА ДЕЦИБЕЛИ?
Универсални логаритмични единици децибели намират широко приложение при количествени оценки на параметрите на различни аудио и видео устройства у нас и в чужбина. В радиоелектрониката, по-специално в кабелните комуникации, технологията за запис и възпроизвеждане на информация, децибелите са универсална мярка.
Децибелът не е физическа величина, а математическа концепция
В електроакустиката децибелът служи по същество като единствена единица за характеризиране на различни нива - интензитет на звука, звуково налягане, сила на звука, както и за оценка на ефективността на мерките за контрол на шума.
Децибелът е специфична мерна единица, която не прилича на нито една от тези, които се срещат в ежедневната практика. Децибелът не е официална единица в системата от единици SI, въпреки че според решението на Генералната конференция по мерки и теглилки може да се използва без ограничения заедно със SI, а Международната камара по мерки и теглилки има препоръчва включването му в тази система.
Децибелът не е физическа величина, а математическа концепция.
В това отношение децибелите имат някои прилики с процентите. Подобно на процентите, децибелите са безразмерни и служат за сравняване на две величини с едно и също име, които по принцип са много различни, независимо от тяхното естество. Трябва да се отбележи, че терминът "децибел" винаги се свързва само с енергийни количества, най-често с мощност и, с известни резерви, с напрежение и ток.
Децибел (руско обозначение - dB, международно - dB) е една десета от по-голямата единица - бела 1.
бел е десетичният логаритъм от отношението на двете степени. Ако са известни две мощности Р 1 И Р 2 , тогава съотношението им, изразено в bels, се определя по формулата:
Физическата природа на сравняваните мощности може да бъде всякаква - електрическа, електромагнитна, акустична, механична - важно е само двете величини да са изразени в едни и същи единици - ватове, миливати и т.н.
Нека си припомним накратко какво е логаритъм. Всяко положително число 2, както цяло, така и дробно, може да бъде представено с друго число до определена степен.
Така например, ако 10 2 = 100, тогава 10 се нарича основа на логаритъма, а числото 2 е логаритъм на числото 100 и се обозначава като log 10 100 = 2 или log 100 = 2 (да се чете по следния начин: „логаритъмът от сто при основа десет е равен на две“).
Логаритмите с основа 10 се наричат десетични логаритми и са най-често използваните. За числа, кратни на 10, този логаритъм е числено равен на броя на нулите зад единицата, а за други числа се изчислява на калкулатор или се намира от таблици за логаритми.
Логаритми с основа e = 2,718... се наричат естествени. В изчисленията обикновено се използват логаритми с основа 2.
Основни свойства на логаритмите:
Разбира се, тези свойства са валидни и за десетични и естествени логаритми. Логаритмичният метод за представяне на числа често се оказва много удобен, тъй като ви позволява да замените умножението с добавяне, деленето с изваждане, степенуването с умножение и извличането на корен с деление.
На практика bel се оказа твърде голяма стойност, например всяко съотношение на мощността в диапазона от 100 до 1000 се побира в рамките на един bel - от 2 B до 3 B. Затова за по-голяма яснота решихме да умножим числото показване на броя на bel с 10 и изчисляване на резултатния индикатор на продукта в децибели, т.е. например 2 B = 20 dB, 4,62 B = 46,2 dB и т.н.
Обикновено съотношението на мощността се изразява директно в децибели, като се използва формулата:
Операциите с децибели не се различават от операциите с логаритми.
2 dB = 1 dB + 1 dB → 1,259 * 1,259 = 1,585;
3 dB → 1,259 3 = 1,995;
4 dB → 2,512;
5 dB → 3,161;
6 dB → 3,981;
7 dB → 5,012;
8 dB → 6.310;
9 dB → 7,943;
10 dB → 10.00.
Знакът → означава „съвпадение“.
По подобен начин можете да създадете таблица за отрицателни стойности в децибели. Минус 1 dB характеризира намаляване на мощността с 1/0,794 = 1,259 пъти, т.е. също с около 26%.
Не забравяйте, че:
⇒ Ако Р 2 =P 1 т.е. P 2 /P 1 =1 , Че н dB = 0 , защото дневник 1=0 .
⇒ Ако П 2 >P л , тогава броят на децибелите е положителен.
⇒ Ако Р 2 < P 1 , тогава децибелите се изразяват като отрицателни числа.
Положителните децибели често се наричат децибели на усилването. Отрицателните децибели, като правило, характеризират загубите на енергия (във филтри, разделители, дълги линии) и се наричат децибели на затихване или загуба.
Съществува проста връзка между децибелите на усилване и затихване: същият брой децибели с различни знаци съответстват на числата на обратното съотношение. Ако например отношението Р 2 /Р 1 = 2 → 3 dB , Че –3 dB → 1/2 , т.е. 1/R 2 /Р 1 = П 1 /Р 2
⇒ Ако Р 2 /Р 1 представлява степен на десет, т.е. Р 2 /Р 1 = 10 к , Където к - всяко цяло число (положително или отрицателно), тогава NdB = 10k , защото lg 10 к = k .
⇒ Ако Р 2 или Р 1 е равно на нула, тогава изразът за NdB губи значението си.
И още една особеност: кривата, която определя стойностите на децибелите в зависимост от съотношенията на мощността, първоначално расте бързо, след това нейният растеж се забавя.
Знаейки броя на децибелите, съответстващ на едно съотношение на мощността, можете да преизчислите за друго - близко или множествено съотношение. По-специално, за коефициенти на мощност, които се различават с фактор 10, броят на децибелите се различава с 10 dB. Тази характеристика на децибелите трябва да се разбира добре и да се помни - тя е една от основите на цялата система
Предимствата на децибелната система включват:
⇒ универсалност, т.е. способността да се използва при оценка на различни параметри и явления;
⇒ огромни разлики в преобразуваните числа - от единици до милиони - се показват в децибели в числа от първите сто;
⇒ естествените числа, представляващи степени на десет, се изразяват в децибели като кратни на десет;
⇒ реципрочните числа се изразяват в децибели като равни числа, но с различни знаци;
⇒ както абстрактните, така и назованите числа могат да бъдат изразени в децибели.
Недостатъците на децибелната система включват:
⇒ лоша яснота: преобразуването на децибели в съотношения на две числа или извършването на обратните операции изисква изчисления;
⇒ съотношенията на мощността и съотношенията на напрежението (или тока) се преобразуват в децибели с помощта на различни формули, което понякога води до грешки и объркване;
⇒ децибелите могат да се броят само спрямо ниво, различно от нула; абсолютната нула, например 0 W, 0 V, не се изразява в децибели.
Знаейки броя на децибелите, съответстващ на едно съотношение на мощността, можете да преизчислите за друго - близко или множествено съотношение. По-специално, за коефициенти на мощност, които се различават с коефициент 10, броят на децибелите се различава с 10 dB. Тази характеристика на децибелите трябва да бъде добре разбрана и твърдо запомнена - тя е една от основите на цялата система.
Сравняването на два сигнала чрез сравняване на техните мощности не винаги е удобно, тъй като директното измерване на електрическата мощност в аудио и радиочестотния диапазон изисква скъпи и сложни инструменти. На практика, когато работите с оборудване, е много по-лесно да измервате не мощността, освободена от товара, а спада на напрежението върху него, а в някои случаи и протичащия ток.
Познавайки напрежението или тока и съпротивлението на натоварване, е лесно да се определи мощността. Ако измерванията се извършват на същия резистор, тогава:
Тези формули се използват много често в практиката, но имайте предвид, че ако напреженията или токовете се измерват при различни товари, тези формули не работят и трябва да се използват други, по-сложни зависимости.
Използвайки техниката, която беше използвана за съставяне на таблицата за мощност в децибели, можете по подобен начин да определите на какво е равно 1 dB съотношение напрежение/ток. Положителният децибел ще бъде равен на 1,122, а отрицателният децибел ще бъде равен на 0,8913, т.е. 1 dB напрежение или ток характеризира увеличение или намаляване на този параметър с приблизително 12% спрямо първоначалната стойност.
Формулите са получени при предположението, че съпротивленията на товара са активни по природа и няма фазово изместване между напрежения или токове. Строго погледнато, трябва да се вземе предвид общият случай и да се вземе предвид наличието на ъгъл на фазово изместване за напрежения (токове), а за товари не само активно, но общо съпротивление, включително реактивни компоненти, но това е важно само при високи честоти.
Полезно е да запомните някои често срещани стойности на децибели в практиката и съотношенията мощност и напрежение (ток), които ги характеризират, дадени в таблица. 1.
Маса 1.Общи стойности на децибели за мощност и напрежение
Използвайки тази таблица и свойствата на логаритмите, е лесно да се изчисли на какво съответстват стойностите на произволния логаритъм. Например, 36 dB мощност може да се представи като 30+3+3, което съответства на 1000*2*2 = 4000. Получаваме същия резултат, като представим 36 като 10+10+10+3+3 → 10*10 *10* 2*2 = 4000.
СРАВНЕНИЕ НА ДЕЦИБЕЛИТЕ С ПРОЦЕНТИ
По-рано беше отбелязано, че понятието децибели има някои прилики с процентите. Всъщност, тъй като процентът изразява съотношението на едно число към друго, условно прието за сто процента, съотношението на тези числа може да бъде представено и в децибели, при условие че и двете числа характеризират мощност, напрежение или ток. За съотношението на мощността:
За съотношение на напрежение или ток:
Можете също да изведете формули за преобразуване на децибели в процентни съотношения:
В табл 2 предоставя превод на някои от най-често срещаните стойности на децибели в процентни съотношения. Различни междинни стойности могат да бъдат намерени от номограмата на фиг. 1.
Ориз. 1. Преобразуване на децибели в проценти според номограмата
Таблица 2.Преобразуване на децибели в проценти
Нека да разгледаме два практически примера, за да обясним преобразуването на проценти в децибели.
Пример 1.Какво ниво на хармоници в децибели спрямо нивото на сигнала на основната честота съответства на фактор на хармонично изкривяване от 3%?
Нека използваме фиг. 1. През точката на пресичане на вертикалната линия 3% с графиката "напрежение", начертайте хоризонтална линия до пресичане с вертикалната ос и получете отговора: –31 dB.
Пример 2.Какъв процент от затихването на напрежението съответства на промяна от –6 dB?
Отговор. На 50% от първоначалната стойност.
При практическите изчисления дробната част от числената стойност на децибелите често се закръгля до цяло число, но това въвежда допълнителна грешка в резултатите от изчислението.
ДЕЦИБЕЛИ В РАДИОЕЛЕКТРОНИКАТА
Нека да разгледаме няколко примера, които обясняват метода за използване на децибели в радиоелектрониката.
Затихване на кабела
Загубите на енергия в линии и кабели на единица дължина се характеризират с коефициента на затихване α, който при равни входни и изходни съпротивления на линията се определя в децибели:
Където U 1 - напрежение в произволен участък от линията; U 2 - напрежение в друга секция, отдалечена от първата с единица дължина: 1 m, 1 km и т.н. Например, високочестотен кабел от тип RK-75-4-14 има коефициент на затихване α при честота от 100 MHz = –0,13 dB/m, кабел с усукана двойка от категория 5 при същата честота има затихване от около -0,2 dB/m, а кабел от категория 6 е малко по-малко. Графиката на затихването на сигнала в неекраниран кабел с усукана двойка е показана на фиг. 2.
Ориз. 2. Графика на затихването на сигнала в неекраниран кабел с усукана двойка
Оптичните кабели имат значително по-ниски стойности на затихване, вариращи от 0,2 до 3 dB при дължина на кабела от 1000 m. Всички оптични влакна имат сложна връзка между затихването и дължината на вълната, която има три „прозореца на прозрачност“ от 850 nm, 1300 nm и 1550 nm. . „Прозорец на прозрачност“ означава най-малката загуба при максималния обхват на предаване на сигнала. Графиката на затихването на сигнала в оптичните кабели е показана на фиг. 3.
Ориз. 3. Графика на затихване на сигнала в оптични кабели
Пример 3.Намерете какво ще бъде напрежението на изхода на парче кабел с дължина RK-75-4-14 л = 50 m, ако на входа му се подаде напрежение 8 V с честота 100 MHz. Съпротивлението на натоварване и характеристичният импеданс на кабела са равни или, както се казва, съвпадат.
Очевидно затихването, въведено от кабелен сегмент, е К = –0,13 dB/m * 50 m = –6,5 dB. Тази стойност в децибели приблизително съответства на съотношение на напрежението от 0,47. Това означава, че напрежението в изходния край на кабела е U 2 = 8 V * 0,47 = 3,76 V.
Този пример илюстрира една много важна точка: загубите в линия или кабел се увеличават изключително бързо с увеличаване на дължината им. За кабелна секция с дължина 1 км затихването ще бъде -130 dB, т.е. сигналът ще бъде отслабен повече от триста хиляди пъти!
Затихването до голяма степен зависи от честотата на сигналите - в аудио честотния диапазон ще бъде много по-малко, отколкото във видео диапазона, но логаритмичният закон на затихване ще бъде същият и при дълга дължина на линията затихването ще бъде значително.
Аудио усилватели
Отрицателната обратна връзка обикновено се въвежда в аудио усилвателите, за да се подобри тяхната качествена работа. Ако усилването на напрежението при отворена верига на устройството е равно на ДА СЕ , и с обратна връзка КЪМ ОС се нарича това число, показващо колко пъти се променя усилването под влияние на обратната връзка дълбочина на обратната връзка . Обикновено се изразява в децибели. В работещ усилвател коеф ДА СЕ И ДА СЕ операционна система определено експериментално, освен ако усилвателят не се управлява с отворена верига за обратна връзка. Когато проектирате усилвател, първо изчислете ДА СЕ и след това определете стойността КЪМ ОС по следния начин:
където β е коефициентът на предаване на веригата за обратна връзка, т.е. отношението на напрежението на изхода на веригата за обратна връзка към напрежението на нейния вход.
Дълбочината на обратната връзка в децибели може да се изчисли по формулата:
Стерео устройствата трябва да отговарят на допълнителни изисквания в сравнение с моно устройствата. Ефектът на съраунд звук се постига само при добро разделяне на каналите, т.е. когато няма проникване на сигнали от един канал в друг. В практически условия това изискване не може да бъде напълно удовлетворено и взаимното изтичане на сигнали се осъществява главно през възли, общи за двата канала. Качеството на разделяне на каналите се характеризира с т.нар преходно затихване a PZ Мярка за затихване на кръстосаните смущения в децибели е съотношението на изходните мощности на двата канала, когато входният сигнал се прилага само към един канал:
Където Р д - максимална изходна мощност на текущия канал; Р NE - изходна мощност на свободния канал.
Доброто разделяне на каналите съответства на преходно затихване от 60-70 dB, отлично -90-100 dB.
Шум и фон
На изхода на всяко приемащо и усилващо устройство, дори при липса на полезен входен сигнал, може да се открие променливо напрежение, което се дължи на собствения шум на устройството. Причините, които причиняват вътрешния шум, могат да бъдат както външни - поради смущения, лошо филтриране на захранващото напрежение, така и вътрешни, поради собствения шум на радиокомпонентите. Най-сериозният ефект е шумът и смущенията, възникващи във входните вериги и в първото стъпало на усилвателя, тъй като те се усилват от всички следващи стъпала. Вътрешният шум влошава действителната чувствителност на приемника или усилвателя.
Шумът може да бъде количествено определен по няколко начина.
Най-простият е, че целият шум, независимо от причината и мястото на неговия произход, се преобразува във входа, т.е. напрежението на шума на изхода (при липса на входен сигнал) се разделя на усилването:
Това напрежение, изразено в микроволта, служи като мярка за неговия собствен шум. Въпреки това, за да се оцени дадено устройство от гледна точка на смущенията, не е важна абсолютната стойност на шума, а съотношението между полезния сигнал и този шум (съотношение сигнал-шум), тъй като полезният сигнал трябва да бъдат надеждно разграничени от фоновите смущения. Съотношението сигнал/шум обикновено се изразява в децибели:
Където Р с - определена или номинална изходна мощност на полезния сигнал заедно с шума; Р w - изходна мощност на шума при изключване на източника на полезен сигнал; U ° С - сигнално и шумово напрежение през товарния резистор; U Ш - шумово напрежение през същия резистор. Така се получава т.нар „непретеглено“ съотношение сигнал/шум.
Често параметрите на аудио оборудването включват съотношението сигнал/шум, измерено с претеглен филтър. Филтърът ви позволява да вземете предвид различната чувствителност на човешкия слух към шум при различни честоти. Най-често използваният филтър е тип А, като в този случай обозначението обикновено показва мерната единица "dBA" ("dBA"). Използването на филтър обикновено дава по-добри количествени резултати, отколкото за непретеглен шум (обикновено съотношението сигнал/шум е с 6-9 dB по-високо), следователно (по маркетингови причини) производителите на оборудване често посочват „претеглената“ стойност. За повече информация относно филтрите за претегляне вижте раздела Измерватели на нивото на звука по-долу.
Очевидно за успешна работа на устройството съотношението сигнал/шум трябва да е по-високо от определена минимално допустима стойност, която зависи от предназначението и изискванията към устройството. За оборудване от клас Hi-Fi този параметър трябва да бъде най-малко 75 dB, за оборудване от Hi-End - най-малко 90 dB.
Понякога на практика се използва обратното съотношение, характеризиращо нивото на шума спрямо полезния сигнал. Нивото на шума се изразява в същия брой децибели като отношението сигнал/шум, но с отрицателен знак.
В описанията на приемно и усилващо оборудване понякога се появява терминът фоново ниво, което характеризира в децибели съотношението на компонентите на фоновото напрежение към напрежението, съответстващо на дадена номинална мощност. Фоновите компоненти са кратни на мрежовата честота (50, 100, 150 и 200 Hz) и се измерват от общото шумово напрежение с помощта на лентови филтри.
Съотношението сигнал/шум обаче не ни позволява да преценим каква част от шума е причинена директно от елементите на веригата и каква част е въведена в резултат на несъвършенства на дизайна (смущения, фон). За оценка на шумовите свойства на радиокомпонентите се въвежда концепцията шумов фактор . Коефициентът на шум се измерва чрез мощност и също се изразява в децибели. Този параметър може да се характеризира по следния начин. Ако на входа на устройство (приемник, усилвател) полезен сигнал с мощност Р с и мощност на шума Р w , тогава съотношението сигнал/шум на входа ще бъде (Р с /Р w ) в След укрепване на отношението (Р с /Р w )вън ще бъде по-малко, тъй като усиленият собствен шум на усилвателните стъпала ще се добави към входния шум.
Коефициентът на шум е съотношението, изразено в децибели:
Където ДА СЕ Р - усилване на мощността.
Следователно коефициентът на шума представлява съотношението на мощността на шума на изхода към мощността на усиления шум на входа.
Смисъл Rsh.in определя се чрез изчисление; Rsh.out се измерва и ДА СЕ Р обикновено. известни от изчисление или след измерване. Идеалният усилвател от гледна точка на шума трябва да усилва само полезни сигнали и не трябва да внася допълнителен шум. Както следва от уравнението, за такъв усилвател стойността на шума е Е Ш = 0 dB .
За транзисторите и интегралните схеми, предназначени да работят в първите етапи на усилвателните устройства, стойността на шума е регулирана и дадена в справочници.
Напрежението на собствения шум определя и друг важен параметър на много усилващи устройства - динамичния обхват.
Динамичен диапазон и настройки
Динамичен диапазон е съотношението на максималната неизкривена изходна мощност към нейната минимална стойност, изразено в децибели, при което все още е осигурено приемливото съотношение сигнал/шум:
Колкото по-нисък е подът на шума и по-висока е неизкривената изходна мощност, толкова по-широк е динамичният диапазон.
Динамичният обхват на източниците на звук - оркестър, глас - се определя по подобен начин, само че тук минималната звукова мощност се определя от фоновия шум. За да може едно устройство да предава както минималната, така и максималната амплитуда на входния сигнал без изкривяване, неговият динамичен диапазон трябва да бъде не по-малък от динамичния диапазон на сигнала. В случаите, когато динамичният обхват на входния сигнал надвишава динамичния обхват на устройството, той се компресира изкуствено. Това се прави например при запис на звук.
Ефективността на ръчния контрол на звука се проверява при две крайни позиции на контрола. Първо, с регулатора в положение на максимална сила на звука, към входа на аудио усилвателя се прилага напрежение с честота 1 kHz с такава величина, че на изхода на усилвателя се установява напрежение, съответстващо на определена определена мощност. След това копчето за регулиране на силата на звука се завърта до минималната сила на звука и напрежението на входа на усилвателя се повишава, докато изходното напрежение отново стане равно на първоначалното. Съотношението на входното напрежение с управление при минимална сила на звука към входното напрежение при максимална сила на звука, изразено в децибели, е индикатор за работата на управлението на звука.
Дадените примери не изчерпват практическите случаи на прилагане на децибели за оценка на параметрите на радиоелектронни устройства. Познавайки общите правила за използване на тези единици, можете да разберете как се използват при други условия, които не са обсъдени тук. Когато срещнете непознат термин, дефиниран в децибели, трябва ясно да си представите съотношението на кои две величини съответства. В някои случаи това става ясно от самото определение, в други случаи връзката между компонентите е по-сложна и когато няма ясна яснота, трябва да се обърнете към описанието на техниката на измерване, за да избегнете сериозни грешки.
Когато работите с децибели, винаги трябва да обръщате внимание на съотношението на кои единици - мощност или напрежение - отговаря всеки конкретен случай, т.е. кой коефициент - 10 или 20 - трябва да стои пред знака за логаритъм.
ЛОГАРИТМИЧНА СКАЛА
Логаритмичната система, включително децибели, често се използва при конструирането на амплитудно-честотни характеристики (AFC) - криви, изобразяващи зависимостта на коефициента на предаване на различни устройства (усилватели, делители, филтри) от честотата на външно въздействие. За да се конструира честотна характеристика, чрез изчисление или експеримент се определят редица точки, характеризиращи изходното напрежение или мощност при постоянно входно напрежение при различни честоти. Плавна крива, свързваща тези точки, характеризира честотните свойства на устройството или системата.
Ако числените стойности са нанесени по честотната ос в линейна скала, т.е. пропорционално на техните действителни стойности, тогава такава честотна характеристика ще бъде неудобна за използване и няма да бъде ясна: в областта на по-ниските честоти тя е компресирана , а в по-високите честоти е разтеглен.
Честотните характеристики обикновено се нанасят върху така наречената логаритмична скала. По честотната ос стойностите, които не са пропорционални на самата честота, се нанасят в удобен за работа мащаб. f , и логаритъма lgf/f о , Където f О - честота, съответстваща на референтната точка. Стойностите се записват срещу маркировките на оста. f . За конструиране на логаритмични честотни характеристики се използва специална логаритмична милиметрова хартия.
Когато извършват теоретични изчисления, те обикновено използват не само честота f , и размера ω = 2πf която се нарича кръгова честота.
Честота f О , съответстващ на началото, може да бъде произволно малък, но не може да бъде равен на нула.
На вертикалната ос е нанесено отношението на коефициентите на предаване при различни честоти към неговата максимална или средна стойност в децибели или в относителни числа.
Логаритмичната скала ви позволява да показвате широк диапазон от честоти на малък сегмент от оста. На такава ос равни съотношения на две честоти съответстват на секции с еднаква дължина. Интервалът, характеризиращ десетократно увеличение на честотата, се нарича десетилетие ; съответства на двойно честотно съотношение октава (този термин е заимстван от музикалната теория).
Честотен диапазон с гранични честоти f з И f IN заема ивица за десетилетия f б /f з = 10м , Където м - броя на декадите и в октави 2 н , Където н - брой октави.
Ако лента от една октава е твърде широка, тогава могат да се използват интервали с по-малко честотно съотношение от половин октава или една трета от октавата.
Средната честота на октава (половин октава) не е равна на средноаритметичната стойност на долните и горните честоти на октавата, а е равна на 0,707f IN .
Честотите, намерени по този начин, се наричат средноквадратичен корен.
За две съседни октави средните честоти също образуват октави. Използвайки това свойство, по избор може да се разглежда същата логаритмична серия от честоти или като граници на октави, или като техните средни честоти.
На формуляри с логаритмична мрежа средната честота разделя октавния ред наполовина.
На честотна ос в логаритмична скала за всяка трета от октавата има равни сегменти от оста, всеки с дължина една трета от октавата.
При тестване на електроакустично оборудване и провеждане на акустични измервания се препоръчва използването на редица предпочитани честоти. Честотите на тази серия са членове на геометрична прогресия със знаменател 1,122. За удобство стойностите на някои честоти са закръглени в рамките на ±1%.
Интервалът между препоръчителните честоти е една шеста от октавата. Това не е направено случайно: серията съдържа доста голям набор от честоти за различни видове измервания и включва серии от честоти на интервали от 1/3, 1/2 и цяла октава.
И още едно важно свойство на редица предпочитани честоти. В някои случаи не октава, а декада се използва като основен честотен интервал. Така че предпочитаният диапазон от честоти може еднакво да се счита както за двоичен (октав), така и за десетичен (десетичен).
Знаменателят на прогресията, на базата на която се изгражда предпочитаният диапазон от честоти, е числено равен на 1 dB напрежение, или 1/2 dB мощност.
ПРЕДСТАВЯНЕ НА НАИМЕНОВАНИТЕ ЧИСЛА В ДЕЦИБЕЛИ
Досега приемахме, че и дивидентът, и делителят под знака на логаритъм имат произволна стойност и за извършване на преобразуване в децибели е важно да знаем само съотношението им, независимо от абсолютните стойности.
Специфичните стойности на мощностите, както и напреженията и токовете също могат да бъдат изразени в децибели. Когато е дадена стойността на един от членовете под знака на логаритъма в разгледаните по-горе формули, вторият член на съотношението и броят на децибелите еднозначно ще се определят взаимно. Следователно, ако зададете референтна мощност (напрежение, ток) като условно ниво на сравнение, тогава друга мощност (напрежение, ток), сравнена с нея, ще съответства на строго определен брой децибели. В този случай нула децибел съответства на мощност, равна на мощността на конвенционалното ниво на сравнение, откога н П = 0 R 2 =P 1 следователно това ниво обикновено се нарича нула. Очевидно при различни нулеви нива една и съща специфична мощност (напрежение, ток) ще бъде изразена в различен брой децибели.
Където Р - мощността, която трябва да се преобразува в децибели, и Р 0 - нулево ниво на мощност. величина Р 0 се поставя в знаменателя, докато мощността се изразява в положителни децибели P > P 0 .
Условното ниво на мощност, с което се прави сравнението, по принцип може да бъде всяко, но не всяко би било удобно за практическа употреба. Най-често нулевото ниво е настроено на 1 mW мощност, разсейвана в резистор 600 Ohm. Изборът на тези параметри се случи исторически: първоначално децибелът като мерна единица се появи в технологията за телефонна комуникация. Характерният импеданс на въздушните двупроводни медни линии е близо до 600 ома, а мощност от 1 mW се развива без усилване от висококачествен въглероден телефонен микрофон при съгласуван импеданс на натоварване.
За случая, когато Р 0 = 1 mW=10 –3 Вт.: П Р = 10 log P + 30
Фактът, че децибелите на представения параметър се отчитат спрямо определено ниво, се подчертава от термина „ниво“: ниво на смущение, ниво на мощност, ниво на звука
С помощта на тази формула е лесно да се установи, че по отношение на нулевото ниво от 1 mW мощността на 1 W се определя като 30 dB, 1 kW като 60 dB, а 1 MW е 90 dB, т.е. почти всички срещани мощности се вписват в рамките на първите сто децибела. Мощности по-малки от 1 mW ще бъдат изразени в отрицателни числа в децибели.
Децибелите, определени спрямо нивото от 1 mW, се наричат децибели миливати и се означават като dBm или dBm. Най-често срещаните стойности за нулеви нива са обобщени в таблица 3.
По подобен начин можем да представим формули за изразяване на напрежения и токове в децибели:
Където U И аз - напрежение или ток за преобразуване, a U 0 И аз 0 - нулеви нива на тези параметри.
Фактът, че децибелите на представения параметър се отчитат спрямо определено ниво, се подчертава от термина „ниво”: ниво на смущение, ниво на мощност, ниво на звука.
Чувствителност на микрофона , т.е. съотношението на електрическия изходен сигнал към звуковото налягане, действащо върху диафрагмата, често се изразява в децибели, сравнявайки мощността, развита от микрофона при номиналния импеданс на натоварване със стандартното нулево ниво на мощност П 0 =1 mW . Тази настройка на микрофона се нарича стандартно ниво на чувствителност на микрофона . Типични условия на изпитване се считат за звуково налягане от 1 Pa с честота от 1 kHz и съпротивление на натоварване за динамичен микрофон от 250 ома.
Таблица 3.Нулеви нива за измерване на именувани числа
| Обозначаване | Описание | |
| международни | Руски | |
| dBс | dBc | еталонът е нивото на носещата честота (англ. carrier) или основния хармоник в спектъра; например „нивото на изкривяване е –60 dBc.“ |
| dBu | dBu | референтно напрежение 0,775 V, съответстващо на мощност от 1 mW в товар от 600 Ohms; например стандартизираното ниво на сигнала за професионално аудио оборудване е +4 dBu, т.е. 1,23 V. |
| dBV | dBV | референтно напрежение 1 V при номинално натоварване (за домакински уреди обикновено 47 kOhm); например, стандартизираното ниво на сигнала за потребителско аудио оборудване е –10 dBV, т.е. 0,316 V |
| dBμV | dBµV | референтно напрежение 1 µV; например „чувствителността на приемника е –10 dBµV.“ |
| dBm | dBm | референтна мощност от 1 mW, съответстваща на мощност от 1 миливат при номинално натоварване (в телефонията 600 ома, за професионално оборудване обикновено 10 kOhm за честоти под 10 MHz, 50 ома за високочестотни сигнали, 75 ома за телевизионни сигнали) ; например „чувствителността на мобилния телефон е –110 dBm“ |
| dBm0 | dBm0 | референтна мощност в dBm при нулева точка на относително ниво. dBm - референтното напрежение съответства на термичния шум на идеален резистор от 50 ома при стайна температура в лента от 1 Hz. Например „нивото на шума на усилвателя е 6 dBm0“ |
| dBFS |
|
(Английска пълна скала - „пълна скала“) референтното напрежение съответства на пълната скала на устройството; например „нивото на запис е –6 dBfs“ |
| dBSPL |
|
(Английско ниво на звуково налягане - „ниво на звуково налягане“) - референтно звуково налягане от 20 μPa, съответстващо на прага на чуваемост; например „сила на звука 100 dBSPL“. dBPa - референтно звуково налягане 1 Pa или 94 dB скала за обем на звука dBSPL; например, „за обем от 6 dBPa, миксерът беше настроен на +4 dBu, а контролът на записа беше настроен на –3 dBFS, изкривяването беше –70 dBc.“ |
|
dBA, dBB, dBC, dBD |
|
референтните нива са избрани така, че да съответстват на честотната характеристика на стандартните "претеглящи филтри" тип A, B, C или D съответно (филтрите отразяват еднакви криви на силата на звука за различни условия, вижте по-долу в раздела "Измерители на нивото на звука") |
Мощността, генерирана от динамичен микрофон, естествено е изключително ниска, много по-малка от 1 mW, и следователно нивото на чувствителност на микрофона се изразява в отрицателни децибели. Познавайки стандартното ниво на чувствителност на микрофона (то е дадено в паспортните данни), можете да изчислите неговата чувствителност в единици напрежение.
През последните години, за характеризиране на електрическите параметри на радиооборудването, други стойности започнаха да се използват като нулеви нива, по-специално 1 pW, 1 μV, 1 μV/m (последното за оценка на силата на полето).
Понякога става необходимо да се преизчисли известно ниво на мощност П Р или напрежение П U , определени спрямо едно нулево ниво Р 01 (или U 01 ) друг Р 02 (или U 02 ). Това може да стане с помощта на следната формула:
Способността да се представят както абстрактни, така и назовани числа в децибели води до факта, че едно и също устройство може да се характеризира с различен брой децибели. Тази двойственост на децибелите трябва да се има предвид. Ясното разбиране на естеството на определяния параметър може да служи като защита срещу грешки.
За да избегнете объркване, препоръчително е изрично да посочите референтното ниво, например –20 dB (спрямо 0,775 V).
При преобразуване на нива на мощност в нива на напрежение и обратно е необходимо да се вземе предвид съпротивлението, което е стандартно за тази задача. По-конкретно, dBV за 75 ома телевизионна верига е (dBm–11dB); dBµV за 75-омова телевизионна верига съответства на (dBm+109dB).
ДЕЦИБЕЛИ В АКУСТИКАТА
Досега, когато говорим за децибели, използвахме електрически термини - мощност, напрежение, ток, съпротивление. Междувременно логаритмичните единици се използват широко в акустиката, където те са най-често използваната единица при количествени оценки на звукови величини.
Звуково налягане Р представлява свръхналягането в среда спрямо постоянното налягане, съществуващо там преди появата на звуковите вълни (мерната единица е паскал (Pa)).
Пример за приемници на звуково налягане (или градиент на звуково налягане) са повечето видове съвременни микрофони, които преобразуват това налягане в пропорционални електрически сигнали.
Интензитетът на звука е свързан със звуковото налягане и скоростта на вибрациите на въздушните частици чрез проста връзка:
J=pv
Ако звукова вълна се разпространява в свободно пространство, където няма отражение на звука, тогава
v=p/(ρc)
тук ρ е плътността на средата, kg/m3; с - скорост на звука в средата, m/s. Продукт ρ ° С характеризира средата, в която се разпространява звуковата енергия и се нарича специфично акустично съпротивление . За въздух при нормално атмосферно налягане и температура 20°C ρ ° С =420 kg/m2*s; за вода ρ ° С = 1,5*106 kg/m2*s.
Можем да напишем, че:
J=p 2 / (ρс)
всичко, което беше казано за преобразуването на електрическите величини в децибели, се отнася в еднаква степен и за акустичните явления
Ако сравним тези формули с формулите, получени по-рано за мощност. ток, напрежение и съпротивление, тогава е лесно да се открие аналогия между отделни понятия, характеризиращи електрически и акустични явления и уравнения, описващи количествени зависимости между тях.
Таблица 4.Връзка между електрически и акустични характеристики
Аналогът на електрическата мощност е акустичната мощност и интензивността на звука; Аналогът на напрежението е звуковото налягане; електрическият ток съответства на скоростта на колебание, а електрическото съпротивление съответства на специфичния акустичен импеданс. По аналогия със закона на Ом за електрическа верига можем да говорим за акустичен закон на Ом. Следователно всичко, което беше казано за преобразуването на електрическите величини в децибели, се отнася в еднаква степен и за акустичните явления.
Използването на децибели в акустиката е много удобно. Интензивността на звуците, срещани в съвременните условия, може да варира стотици милиони пъти. Такъв огромен диапазон от промени в акустичните величини създава голямо неудобство при сравняване на техните абсолютни стойности, но при използване на логаритмични единици този проблем се елиминира. Освен това е установено, че силата на звука, когато се оценява на ухо, нараства приблизително пропорционално на логаритъма на интензитета на звука. По този начин нивата на тези количества, изразени в децибели, съответстват доста близо на силата на звука, възприемана от ухото. За повечето хора с нормален слух промяната в силата на звука от 1 kHz се възприема като промяна в интензитета на звука от приблизително 26%, т.е. 1 dB.
В акустиката, по аналогия с електротехниката, дефиницията на децибелите се основава на съотношението на две мощности:
Където Дж 2 И Дж 1 - акустични мощности на два произволни източника на звук.
По същия начин съотношението на два интензитета на звука се изразява в децибели:
Последното уравнение е валидно само ако акустичните съпротивления са равни, с други думи, физическите параметри на средата, в която се разпространяват звуковите вълни, са постоянни.
Децибелите, определени по горните формули, не са свързани с абсолютните стойности на акустичните величини и се използват за оценка на затихването на звука, например ефективността на звукоизолацията и системите за потискане и затихване на шума. По подобен начин се изразява неравномерността на честотните характеристики, т.е. разликата между максималните и минималните стойности в даден честотен диапазон на различни звукови излъчватели и приемници: микрофони, високоговорители и др. В този случай обикновено се извършва броене от средната стойност на разглежданата стойност или (при работа в звуков диапазон) спрямо стойността при честота от 1 kHz.
В практиката на акустичните измервания обаче, като правило, трябва да се работи със звуци, чиито стойности трябва да бъдат изразени в конкретни числа. Оборудването за извършване на акустични измервания е по-сложно от оборудването за електрически измервания и е значително по-ниско по точност. За да се опростят техниките за измерване и да се намалят грешките в акустиката, се дава предпочитание на измерванията спрямо референтни, калибрирани нива, чиито стойности са известни. Със същата цел, за измерване и изследване на акустичните сигнали, те се преобразуват в електрически.
Абсолютните стойности на мощностите, интензитетите на звука и звуковото налягане също могат да бъдат изразени в децибели, ако в горните формули те са посочени от стойностите на един от термините под знака на логаритъма. По международно споразумение референтното ниво на интензитета на звука (нулево ниво) се счита за Дж 0 = 10 –12 W/m 2 . Този незначителен интензитет, под въздействието на който амплитудата на вибрациите на тъпанчето е по-малка от размера на атом, условно се счита за праг на чуване на ухото в честотния диапазон на най-голямата чувствителност на слуха. Ясно е, че всички звукови звуци се изразяват спрямо това ниво само в положителни децибели. Действителният праг на чуване за хора с нормален слух е малко по-висок и е 5-10 dB.
За да представите интензитета на звука в децибели спрямо дадено ниво, използвайте формулата:
Стойността на интензитета, изчислена с помощта на тази формула, обикновено се нарича ниво на интензитет на звука .
Нивото на звуковото налягане може да се изрази по подобен начин:
За да могат интензитетът на звука и нивата на звуково налягане в децибели да бъдат изразени числено като една стойност, нулевото ниво на звуково налягане (праг на звуково налягане) трябва да се приеме като:
Пример.Нека определим какво ниво на интензитет в децибели създава оркестър със звукова мощност 10 W на разстояние r = 15 m.
Интензитетът на звука на разстояние r = 15 m от източника ще бъде:
Ниво на интензитет в децибели:
Същият резултат ще се получи, ако преобразувате не нивото на интензивност в децибели, а нивото на звуково налягане.
Тъй като на мястото, където се приема звук, нивото на интензитета на звука и нивото на звуковото налягане се изразяват с еднакъв брой децибели, на практика терминът „ниво на децибели” често се използва без да се посочва за кой параметър се отнасят тези децибели.
Чрез определяне на нивото на интензивност в децибели във всяка точка на пространството на разстояние r 1 от източника на звук (изчислено или експериментално), лесно е да се изчисли нивото на интензивност на разстояние r 2 :
Ако звуковият приемник е едновременно засегнат от два или повече източника на звук и интензитетът на звука в децибели, създаден от всеки от тях, е известен, тогава, за да се определи получената стойност в децибели, децибелите трябва да бъдат преобразувани в абсолютни стойности на интензитета (W/m2 ), добавени и тази сума отново преобразувана в децибели. В този случай е невъзможно да се добавят децибелите наведнъж, тъй като това би съответствало на произведението на абсолютните стойности на интензитетите.
Ако е налична н няколко еднакви източника на звук с нивото на всеки Л Дж , тогава тяхното общо ниво ще бъде:
Ако нивото на интензивност на един източник на звук надвишава нивата на другите с 8-10 dB или повече, само този източник може да бъде взет под внимание, а ефектите на останалите могат да бъдат пренебрегнати.
В допълнение към разглежданите акустични нива, понякога можете да срещнете понятието ниво на звукова мощност на източник на звук, определено по формулата:
Където Р - звукова мощност на характеризирания произволен източник на звук, W; Р 0 - първоначална (прагова) звукова мощност, чиято стойност обикновено се приема равна на P 0 = 10 –12 W.
НИВА НА ЗВУК
Чувствителността на ухото към звуци с различни честоти варира. Тази зависимост е доста сложна. При ниски нива на интензитет на звука (до приблизително 70 dB), максималната чувствителност е 2-5 kHz и намалява с увеличаване и намаляване на честотата. Следователно звуци с еднакъв интензитет, но различни честоти ще звучат различно по сила. С увеличаване на интензитета на звука честотната характеристика на ухото се изравнява и при високи нива на интензитет (80 dB и повече) ухото реагира приблизително еднакво на звуци с различни честоти в аудио диапазона. От това следва, че интензивността на звука, която се измерва със специални широколентови устройства, и силата на звука, която се записва от ухото, не са еквивалентни понятия.
Нивото на силата на звука на всяка честота се характеризира със стойността на нивото на звук, равен по обем с честота 1 kHz
Нивото на силата на звука на всяка честота се характеризира с нивото на звук с еднаква сила на звука с честота 1 kHz. Нивата на силата на звука се характеризират с така наречените криви на равна сила на звука, всяка от които показва какво ниво на интензитет при различни честоти трябва да развие източникът на звук, за да създаде впечатлението за еднаква сила на звука на тон от 1 kHz с дадена интензивност (фиг. 4).
Ориз. 4. Криви на еднаква сила на звука
Кривите на еднаква сила на звука по същество представляват група от честотни характеристики на ухото в децибелна скала за различни нива на интензитет. Разликата между тях и конвенционалните честотни характеристики се състои само в метода на конструиране: "блокирането" на характеристиката, т.е. намаляването на коефициента на предаване, тук е представено чрез увеличение, а не чрез намаляване на съответния участък от кривата .
Единицата, характеризираща нивото на звука, за да се избегне объркване с интензитета и децибелите на звуковото налягане, е получила специално име - заден план .
Нивото на силата на звука във фоновете е числено равно на нивото на звуково налягане в децибели на чист тон с честота 1 kHz, равен по обем.
С други думи, едно бръмчене е 1 dB SPL от 1 kHz тон, коригиран за честотната характеристика на ухото. Няма постоянна връзка между тези две единици: тя се променя в зависимост от силата на звука на сигнала и неговата честота. Само за токове с честота 1 kHz числените стойности за нивото на силата на звука във фонов режим и нивото на интензитет в децибели са еднакви.
Ако се позовем на фиг. 4 и проследете хода на една от кривите, например, за ниво от 60 von, лесно е да се определи, че за да се осигури еднакъв обем с тон от 1 kHz при честота от 63 Hz, интензитет на звука от 75 dB е необходимо, а при честота 125 Hz само 65 dB.
Висококачествените аудио усилватели използват ръчни контроли на звука с компенсация на силата на звука или, както се наричат още, компенсирани контроли. Такива регулатори, едновременно с регулиране на стойността на входния сигнал надолу, осигуряват увеличаване на честотната характеристика в областта на по-ниската честота, поради което се създава постоянен звуков тембър за ухото при различни обеми на възпроизвеждане на звук.
Изследванията също така установяват, че промяната на силата на звука наполовина (оценена чрез слуха) е приблизително еквивалентна на промяна в силата на звука с 10 фона. Тази зависимост е в основата на оценката на силата на звука. На единица сила на звука, наречена мечта , нивото на звука обикновено се приема за 40 фон. Двоен обем, равен на два сина, съответства на 50 фона, четири сина съответства на 60 фона и т.н. Преобразуването на нивата на звука в обемни единици се улеснява от графиката на фиг. 5.
Ориз. 5. Връзка между гръмкост и ниво на гръмкост
Повечето от звуците, които срещаме в ежедневието, са шум по природа. Характеризирането на силата на шума въз основа на сравнение с чисти тонове от 1 kHz е просто, но води до факта, че оценката на шума на ухо може да се различава от показанията на измервателните уреди. Това се обяснява с факта, че при равни нива на силата на шума (на заден план) най-дразнещ ефект върху човека оказват компонентите на шума в диапазона 3-5 kHz. Шумовете могат да се възприемат като еднакво неприятни, въпреки че техните нива на сила на звука не са еднакви.
Дразнещото действие на шума се оценява по-точно по друг параметър, т.нар възприемано ниво на шум . Мярка за възприемания шум е звуковото ниво на еднороден шум в октавна лента със средна честота 1 kHz, което при дадени условия се оценява от слушателя като еднакво неприятно като измерения шум. Възприеманите нива на шум се характеризират с единици PNdB или PNdB. Те се изчисляват по специален метод.
По-нататъшно развитие на системата за оценка на шума са така наречените ефективни възприемани нива на шум, изразени в EPNdB. Системата EPNdB ви позволява да оцените цялостно естеството на шумовото въздействие: честотния състав, отделните компоненти в неговия спектър, както и продължителността на излагане на шум.
По аналогия с единицата за сила на звука сън е въведена единица за шум - Ной .
В един Ной Приема се нивото на равномерен шум в лентата 910-1090 Hz при ниво на звуково налягане 40 dB. В други отношения noi са подобни на sons: удвояването на нивото на шума съответства на повишаване на нивото на възприемания шум с 10 PNdB, т.е. 2 noi = 50 PNdB, 4 noi = 60 PNdB и т.н.
Когато работите с акустични концепции, имайте предвид, че интензитетът на звука представлява обективен физически феномен, който може да бъде точно дефиниран и измерен. Тя наистина съществува, независимо дали някой я чува или не. Силата на звука определя ефекта, който звукът произвежда върху слушателя, и следователно е чисто субективно понятие, тъй като зависи от състоянието на слуховите органи на човека и неговите лични способности да възприема звука.
МЕРКИ ЗА ЗВУК
За измерване на всички видове шумови характеристики се използват специални устройства - шумомери. Звукомерът е самостоятелно, преносимо устройство, което ви позволява да измервате нивата на интензитета на звука директно в децибели в широк диапазон спрямо стандартните нива.
Звукомерът (фиг. 6) се състои от висококачествен микрофон, широкообхватен усилвател, превключвател за чувствителност, който променя усилването на стъпки от 10 dB, превключвател за честотна характеристика и графичен индикатор, който обикновено предоставя няколко опции за представяне на измерените данни - от числа и таблици до графики.
Ориз. 6. Преносим цифров шумомер
Съвременните шумомери са много компактни, което позволява да се правят измервания на труднодостъпни места. Сред домашните шумомери може да се посочи устройството на компанията Octava-Electrodesign „Octava-110A“ (http://www.octava.info/?q=catalog/soundvibro/slm).
Уредите за измерване на нивото на звука могат да определят както нивата на общия интензитет на звука при измерване с линейна честотна характеристика, така и нивата на фонов звук при измерване с честотни характеристики, подобни на тези на човешкото ухо. Диапазонът на измерване на нивата на звуково налягане обикновено е в диапазона от 20-30 до 130-140 dB спрямо стандартното ниво на звуково налягане от 2 * 10–5 Pa. Използвайки сменяеми микрофони, нивото на измерване може да се разшири до 180 dB.
В зависимост от метрологичните параметри и технически характеристики битовите шумомери се разделят на първи и втори клас.
Честотните характеристики на целия път на шумомера, включително микрофона, са стандартизирани. Има общо пет честотни характеристики. Един от тях е линеен в целия работен честотен диапазон (символ Лин), останалите четири се доближават до характеристиките на човешкото ухо за чисти тонове при различни нива на звука. Наименувани са с първите букви от латинската азбука А, Б, В И д . Появата на тези характеристики е показана на фиг. 7. Превключвателят на честотната характеристика е независим от превключвателя на обхвата на измерване. За шумомери от първи клас се изискват характеристиките А, Б, В И Лин . Честотна характеристика д - допълнителен. Шумомерите от втори клас трябва да имат характеристиките А И СЪС ; останалите са разрешени.
Ориз. 7. Стандартни честотни характеристики на шумомери
Характеристика А имитира ухо на приблизително 40° фон. Тази характеристика се използва при измерване на слаби шумове - до 55 dB и при измерване на нива на звука. В практически условия най-често се използва АЧХ с корекция А . Това се обяснява с факта, че въпреки че човешкото възприемане на звука е много по-сложно от простата честотна зависимост, която определя характеристиката А , в много случаи резултатите от измерването на устройството са в добро съответствие с оценката на шума чрез ухо при ниски нива на звука. Много стандарти - вътрешни и чуждестранни - препоръчват оценката на шума да се извършва според характеристиките А независимо от действителното ниво на интензитета на звука.
Характеристика IN повтаря характеристиката на ухото на ниво 70 фон. Използва се при измерване на шум в диапазона 55-85 dB.
Характеристика СЪС равномерно в диапазона 40-8000 Hz. Тази характеристика се използва при измерване на значителни нива на звука - от 85 von и повече, при измерване на нива на звуково налягане - независимо от границите на измерване, както и при свързване на устройства към шумомер за измерване на спектралния състав на шума в случаите, когато шумомерът няма честотна характеристика Лин .
Характеристика д - спомагателни. Той представлява средната реакция на ухото при приблизително 80 von, като се вземе предвид увеличението на неговата чувствителност в обхвата от 1,5 до 8 kHz. Когато се използва тази характеристика, показанията на шумомера съответстват по-точно от другите характеристики на нивото на възприемания шум от човек. Тази характеристика се използва главно при оценка на дразнещия ефект на шум с висока интензивност (самолети, високоскоростни автомобили и др.).
Шумомерът включва и превключвател Бързо - Бавно - Импулсно , който контролира времевите характеристики на устройството. Когато превключвателят е настроен на Бърз , устройството успява да следи бързите промени в нивата на звука, в положение Бавно уредът показва средната стойност на измерения шум. Времева характеристика Пулс използва се при запис на кратки звукови импулси. Някои видове шумомери съдържат и интегратор с времеконстанта от 35 ms, симулиращ инерцията на човешкото звуково възприятие.
Когато използвате шумомер, резултатите от измерването ще варират в зависимост от зададената честотна характеристика. Следователно, когато се записват показанията, за да се избегне объркване, се посочва и типът на характеристиката, при която са направени измерванията: dB ( А ), dB ( IN ), dB ( СЪС ) или dB ( д ).
За да калибрира целия път на микрофона, шумомерът обикновено включва акустичен калибратор, чиято цел е да създава равномерен шум на определено ниво.
Съгласно действащата в момента инструкция „Санитарни норми за допустим шум в помещенията на жилищни и обществени сгради и в жилищни зони“ стандартизираните параметри на непрекъснат или периодичен шум са нивата на звуково налягане (в децибели) в октавни честотни ленти със средни честоти 63 , 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. За периодичен шум, например шум от преминаващи превозни средства, нормализираният параметър е нивото на звука в dB( А ).
Установени са следните сумарни нива на звука, измерени по скала А на шумомер: жилищни помещения - 30 dB, класни стаи и класни стаи на учебни заведения - 40 dB, жилищни зони и места за отдих - 45 dB, работни помещения на адм. сгради - 50 dB ( А ).
За санитарна оценка на нивото на шума се правят корекции на показанията на шумомера от –5 dB до +10 dB, които отчитат характера на шума, общото време на неговото действие, времето на деня и местоположение на обекта. Например, през деня допустимият стандарт за шум в жилищни помещения, като се вземе предвид изменението, е 40 dB.
В зависимост от спектралния състав на шума, приблизителната норма на максимално допустимите нива dB се характеризира със следните числа:
| Висока честота от 800 Hz и повече | 75-85 |
| Средна честота 300-800 Hz | 85-90 |
| Ниска честота под 300 Hz | 90-100 |
При липса на шумомер може да се направи приблизителна оценка на нивата на звука на различни шумове с помощта на таблица. 5.
Таблица 5.Шумове и тяхната оценка
| Оценка на силата на звука слухово |
Ниво шум, dB |
Източник и място на измерване на шума |
| Оглушителен | 160 | Увреждане на тъпанчето. |
| 140-170 | Реактивни двигатели (отблизо). | |
| 140 | Граница на шумоустойчивост. | |
| 130 | Праг на болка (звукът се възприема като болка); бутални авиационни двигатели (2-3 м). | |
| 120 | Гръмотевица отгоре. | |
| 110 | Високоскоростни мощни двигатели (2-3 м); занитваща машина (2-3 м); много шумна работилница. | |
| Много шумен | 100 | Симфоничен оркестър (върхове на силата на звука); дървообработващи машини (на работното място) |
| 90 | Външен високоговорител; шумна улица; металорежещи машини (на работното място). | |
| 80 | Силно радио (2 м) | |
| Силно | 70 | Интериор на автобуса; вик; полицейска свирка (15 м); средно шумна улица; шумен офис; зала на голям магазин |
| Умерен | 60 | Спокоен разговор (1 м). |
| 50 | Лек автомобил (10-15 м); тих офис; жилищно пространство. | |
| слаб | 40 | шепот; читалня. |
| 60 | Шумолене на хартия. | |
| 20 | Болнично отделение. | |
| Много слаб |
10 | Тиха градина; студио на радиоцентър. |
| 0 | Праг на чуване |
2 Логаритмите на отрицателните числа са комплексни числа и няма да бъдат разглеждани по-нататък.
Английски децибел, dB) - психофизическа единица за интензитет на стимула, една десета от бел: 1 бел = lg (I/Ithr), където / е интензитетът на даден стимул (например физическата яркост на светлината или интензитетът на звука), I/Ithr е интензитетът на праговия стимул (абсолютна прагова стойност). От една страна, скалата D. позволява по-адекватно да се прецени субективната сила на различни стимули (в съответствие със закона на Фехнер); от друга страна, знаейки свойствата на логаритмите, не е трудно да се оцени връзката между физическите характеристики. Скалата D. също позволява по-директни крос-модални сравнения на интензитета на стимула (напр. както интензитетът на звука, така и интензитетът на светлината от 130-140 dB са непосилни и физически опасни за сетивата, докато 60-70 dB е ниво на стимул от средно ниво обем и яркост). ср. Слух, фон. (Б.М.)
ДЕЦИБЕЛ (dB)
Мерна единица, която обикновено се използва за изразяване на интензивността на звука. Той винаги изразява връзката между две измерения на налягането (физическите сили). Трябва да се дефинира стандартната употреба на този термин. Общата система използва 0,0002 dynes/cm2 за измерване на звука; това съответства приблизително на средния човешки праг за тон от 1000 Hz. По този начин интензитетът на всеки даден тон се изразява чрез dB = 10log,10I1,/I2, където I1 е въпросният интензитет, а I2 е стандартът. Тъй като връзката е логаритмична, увеличаването на децибелите е придружено от геометрично увеличение на интензитета. На разстояние от 5 фута (приблизително 1,5 метра), човешкият шепот измерва приблизително 20 dB, нормалната реч е приблизително 60 dB, шумът от ударен чук е приблизително 100 dB, а отвъд прага на болката ще има широк диапазон от звуци ( напр. рок музика) от приблизително 120 dB. Имайте предвид обаче, че децибелът е мярка за нещо повече от интензитет на звука. Буквално един децибел е 1/10 от бялото, единица, която понякога се използва за измерване на електрическо напрежение и светлина. Тъй като това измерване е съотношението на две енергии, то логично не се ограничава до звуково налягане и може да се използва в други физически континууми.
Децибел (dB)
Стандартна единица за измерване на интензитета или амплитудата на звука. Съответства на една десета от бел, а един бел е десетичният логаритъм на коефициента на енергия (или интензитет). За изчисляване на интензитета в децибели често се използва формулата:
Ndb = 20 logRe/Pr,
където Ndb е броят на децибелите, Pe е звуковото налягане, което трябва да бъде изразено в децибели, Pr е стандартното налягане, с което се сравнява измереното налягане и което е равно на 0,0002 dyn/cm2. Звуковото налягане, което трябва да бъде изразено в децибели (Re), се сравнява с определено стандартно налягане, близко по стойност до прага на човешката слухова чувствителност (за звук с честота 1000 Hz).
Области на използване
Децибелът първоначално е бил използван за измерване на съотношения енергия(мощност, енергия) или защитни сили(напрежение, ток) количества. По принцип децибелите могат да се използват за измерване на всичко, но в момента се препоръчва използването на децибели само за измерване на ниво мощности някои други величини, свързани с мощността. Така че децибелите се използват днес в акустиката за измерване сила на звукаи в електрониката за измерване мощност на електрическия сигнал. Понякога динамичният обхват (например звукът на музикални инструменти) също се измерва в децибели. Децибелът също е единица за звуково налягане.
Измерване на мощността
Както бе споменато по-горе, първоначално белите са били използвани за оценка на съотношението капацитет, следователно, в каноничния, обичаен смисъл, стойност, изразена в белове, означава логаритмично съотношение на две капацитети се изчислява по формулата:
стойност в бели =Където П 1 / П 0 - съотношение на нивата на две степени, обикновено измеримикъм т.нар поддържащ, основно (взето за нулево ниво). За да бъдем по-точни, това е - "бялото на власт". Тогава съотношението на две количества в "децибели по мощност"изчислено по формулата:
стойност в децибели (по мощност) =Измерване на неенергийни величини
Формули за изчисляване на разликите в нивата в децибели крехък(неенергийни) количества като напр волтажили сила на тока, се различават от горните! Но в крайна сметка съотношението на тези количества, изразено в децибели, също се изразява чрез съотношението на мощностите, свързани с тях.
Така че за линейна верига е валидно следното равенство:
От това виждаме, че средство 
откъдето получаваме равенството: 
което е връзката между "бялото на власт"И "волтаж бяло"в същата верига.
От всичко това виждаме, че при сравняване на стойностите на напреженията (U 1 и U 2) или токовете (I 1 и I 2), техните съотношения в децибелисе изразяват с формулите:
децибели по напрежение = децибели по ток =Може да се изчисли, че при измерване на мощността промяна от 1 dB съответства на увеличение на мощността (P 2 /P 1) от ≈1,25893 пъти. За напрежение или ток, промяна от 1 dB ще съответства на нарастване от ≈1,122 пъти.
Пример за изчисление
Да предположим, че мощността P 2 е 2 пъти по-голяма от първоначалната мощност P 1, тогава
10 log 10 (P 2 /P 1) = 10 log 10 2 ≈ 3 dB,
промяната на мощността с 3 dB означава нейното увеличение 2 пъти. По същия начин, промяната на мощността е 10 пъти:
10 log 10 (P 2 /P 1) = 10 log 10 10 = 10 dB,
и 1000 пъти
10 log 10 (P 2 /P 1) = 10 log 10 1000 = 30 dB,
Обратно, за да получите времена от децибели (dB), трябва
За власт 
- за напрежение (ток) 
.
Например, знаейки референтното ниво (P 1) и стойността в dB, можете да намерите стойността на мощността, например с P 1 = 1 mW и известно съотношение от 20 dB:
По същия начин за напрежение, с U 1 = 2 V и съотношение 6 dB:
Напълно възможно е да направите изчисления в главата си, достатъчно е да запомните приблизителна проста таблица (за капацитети):
1 dB 1,25 3 dB 2 6 dB 4 9 dB 8 10 dB 10 20 dB 100 30 dB 1000
Добавянето (изваждането) на стойностите на dB съответства на умножението (деленето) на самите съотношения. Отрицателните dB стойности съответстват на обратни съотношения. Например намаляването на мощността с 40 пъти е 4*10 пъти или −6 dB-10 dB = −16 dB. Увеличаването на мощността със 128 пъти е 2^7 или 3 dB*7=21 dB. Увеличаване на напрежението с 4 пъти е еквивалентно на увеличение на мощността с 4*4=16 пъти, което е 2^4 или 3 dB*4=12 dB.
Практическа употреба
Тъй като децибелът не е абсолютна, а относителна стойност и се изчислява по различен начин за различните физични величини (вижте по-горе), съществуват допълнителни конвенции, за да се избегне объркване при използване на децибели на практика.
Най-често трябва да знаете съотношението на две нива (напрежения), изразени в децибели, има няколко стойности, които са лесни за запомняне:
6 dB - съотношение 2:1
20 dB - съотношение 10:1
40 dB - съотношение 100:1
60 dB - съотношение 1000:1
80 dB - съотношение 10000:1
100 dB - съотношение 100000:1
120 dB - съотношение 1000000:1
Междинните стойности могат лесно да се изчислят по формулата - 20*Lg(U1/U2), където U1 е нивото на сигнала (напрежение), U2 е нивото на шума (напрежение), припомнете си, че измерванията се извършват с RMS миливолтметър , или спектрален анализатор с IEC филтър (A), където IEC - Международна електротехническа комисия
Защо изобщо да използваме децибели и да оперираме с логаритми, ако същото може да се изрази с обичайните проценти или дялове? Нека си представим, че в напълно тъмна стая включваме крушка с някаква бленда. В същото време стаята е поразително различна на външен вид преди и след включване. Промяната в осветеността, изразена в dB, също е огромна, теоретично безкрайна. Да кажем, че сега включваме друга подобна крушка. Сега ефектът ще бъде съвсем различен, може би дори човек няма да забележи веднага промените, ако се включи плавно. И в децибели ще бъде само 3 dB. Така че на практика в децибели е удобно да се измерват както силно променливи количества, така и почти постоянни.
Легенда
За различни физични величини едно и също числова стойност, изразена в децибели, могат да съответстват различни нива на сигнала (или по-скоро разлики в нивата). Следователно, за да се избегне объркване, такива „специфични“ мерни единици се обозначават със същите букви „dB“, но с добавяне на индекс - общоприето обозначение за измерваното физическо количество. Например „dBV“ (децибел спрямо волт) или „dBμV“ (децибел спрямо микроволт), „dBW“ (децибел спрямо ват) и др. В съответствие с международния стандарт IEC 27-3, ако необходимо е да се посочи първоначалната стойност, стойността й се поставя в скоби след обозначението на логаритмична стойност, например за ниво на звуково налягане: L P (re 20 µPA) = 20 dB; L P (реф. 20 µPa) = 20 dB
Приложение в теорията на автоматичното управление
Децибелсъщо се използва в теория на автоматичното регулиране и управление(TAU) и е един от най-важните параметри при сравняване на амплитудите на изходния и входния сигнал.
Референтно ниво
Въпреки че децибелите се използват за определяне на съотношението на две количества, децибелите понякога се използват за измерване на абсолютни стойности. За да направите това, достатъчно е да се договорите кое ниво на измерената физична величина ще се приеме за референтно ниво (условно 0). На практика се срещат следните референтни нива и специални обозначения за тях:
За да избегнете объркване, препоръчително е да посочите изрично референтното ниво, например −20 dB (спрямо 0,775 V).
При преобразуване на нивата на мощност в нива на напрежение и обратно е необходимо да се вземе предвид съпротивлението, което е стандартно за тази задача:
- dBV за 50-омова микровълнова верига съответства на (dBm−13 dB);
- dBμV за 50-омова микровълнова верига съответства на (dBm+107 dB)
- dBV за 75-омова телевизионна верига съответства на (dBm−11 dB);
- dBµV за 75 ома телевизионна верига съответства на (dBm+109 dB)
Трябва ясно да запомните математическите правила:
- не можете да умножавате или разделяте относителни единици;
- сумирането или изваждането на относителни единици се извършва независимо от тяхната първоначална величина и съответства на умножението или деленето на абсолютните.
Например, прилагайки мощност от 0 dBm, еквивалентна на 1 mW, или 0,22 V, или 107 dBμV, към единия край на 50-омов кабел с усилване от −6 dB, изходната мощност ще бъде −6 dBm, еквивалентна до 0,25 mW (4 пъти по-малко мощност) или 0,11 V (половината от напрежението) или 101 dBµV (същите 6 dB по-малко).
Децибел
Децибел- логаритмична единица за нива, затихване и усилване.
Стойност, изразена в децибели, е числено равна на десетичния логаритъм от безразмерното съотношение на физична величина към физичната величина със същото име, взета като оригинална, умножена по десет:
Където A dB- стойност в децибели, А- измерена физическа величина, А 0 е стойността, взета за основа.
Децибелът е безразмерна единица, използвана за измерване на съотношението на определени величини - „енергия“ (мощност, енергия, плътност на потока на мощността и т.н.) или „мощност“ (ток, напрежение и т.н.). С други думи, децибелът е относителна стойност. Не абсолютно, като например ват или волт, а толкова относително като множественост („тройна разлика“) или процент, предназначено да измери съотношението („съотношение на ниво“) на две други величини, а логаритмична скала се прилага към резултатно съотношение.
Руското обозначение на единицата „децибел“ е „dB“, международното обозначение е „dB“ ( грешно: db, db).
Децибелът не е официална единица в системата от единици SI, въпреки че Генералната конференция по мерки и теглилки разреши използването му без ограничения във връзка със SI, а Международното бюро за мерки и теглилки препоръча включването му в тази система.
Сравнение с други логаритмични единици
| Име | намаляване | отговаря промяна на време |
преобразуване в... | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| dB | б | Np | X m | |||
| децибел | dB, dB | ≈1,26 () | 1 | 0,1 | ≈0,115 | −0,25 |
| бяло | Б, Б | 10 | 10 | 1 | ≈1,15 | −2,5 |
| непер | Np, Np | ≈2,72 ( ) | ≈8,686 | ≈0,8686 | 1 | ≈−1,086 |
| звезден величина |
X m | ≈0,398 () | −4 | −0,4 | ≈−0,921 | 1 |
Области на използване
Децибелите се използват широко във всяка област на техниката, където е необходимо да се измерват величини, които варират в широк диапазон: в радиотехниката, антенната техника, в системите за предаване на информация, в оптиката, акустиката (силата на звука се измерва в децибели), и т.н. По този начин е обичайно да се измерва в децибели динамичен диапазон (например обхват на силата на звука на музикален инструмент), затихване на вълна, докато се разпространява през абсорбираща среда, усилване и шум на усилвател.
Децибелите се използват не само за измерване на съотношението на физическите величини от втори ред (енергия: мощност, енергия) и първи ред (напрежение, ток). Децибелите могат да измерват съотношения на всяка физическа величина и могат също да използват децибели за представяне на абсолютни количества (вижте референтно ниво).
Преминаване към децибели
Всички операции с децибели са опростени, ако следвате правилото: стойността в dB е 10 десетични логаритъма от отношението на две енергийни величини със същото име. Всичко останало е следствие от това правило. “Енергия” - количества от втори ред (енергия, мощност). По отношение на тях напрежението и електрическият ток („без енергия“) са величини от първи ред ( П ~ U²), които трябва да бъдат правилно преобразувани в енергийни на някакъв етап от изчисленията.
Измерване на "енергийни" величини
dB първоначално е използван за оценка на съотношението капацитет, и в каноничния, познат смисъл, стойност, изразена в dB, предполага логаритъм от съотношението на две капацитети се изчислява по формулата:
,Където х- стойност, измерена в dB; П 1 /П 0 - съотношение на стойностите на две мощности: измерими П 1 към т.нар поддържащ П 0, т.е. базовото, взето за нулево ниво (което означава нулевото ниво в dB единици, тъй като в случай на равни мощности П 1 = П 0 логаритъм от тяхното съотношение log( П 1 /П 0) = 0).
Съответно преходът от dB към съотношението на мощността се извършва по формулата:
,Където х- стойност, измерена в dB. Мощност П 1 може да се намери с известна референтна мощност П 0 чрез израз
.Измерване на “неенергийни” величини
От правилото (виж по-горе) следва, че „неенергийните” количества трябва да се преобразуват в енергийни. И така, според закона на Джаул-Ленц или . Следователно, къде Р 1 - съпротивление, при което се определя променливото напрежение U 1 , а Р 0 - съпротивление, при което е определено референтното напрежение U 0 .
Като цяло, напрежение U 1 и U 0 може да се запише при съпротивления с различни размери ( Р 1 не е равно Р 0). Това може да се случи например при определяне на усилването на усилвател, който има различни изходни и входни съпротивления, или при измерване на загубите в съвпадащо устройство, което трансформира съпротивления. Следователно в общия случай
Стойност в децибели = .
Само в конкретен (много често) случай, ако и двете напрежения U 1 и U 0 са измерени при същото съпротивление ( Р 1 = Р 0), можете да използвате краткия израз
Стойност в децибели = .
Децибели „мощност“, „напрежение“ и „ток“
От правилото (виж по-горе) следва, че dB е само „по мощност“. Въпреки това, в случай на равенство Р 1 = Р 0 (по-специално, ако Р 1 и Р 0 - същото съпротивление, или ако съотношението съпротивление Р 1 и Р 0 по една или друга причина не е важно) те говорят за dB „напрежение“ и „ток“, което означава изразите:
Напрежение DB = ; dB ток = .
За да се премине от „dB напрежение“ („dB ток“) към „dB мощност“, е необходимо ясно да се определи при кои съпротивления (равни или неравни едно на друго) напрежението (токът) е записано. Ако Р 1 не е равно Р 0 , трябва да използвате израза за общия случай (вижте по-горе).
Примери за изчисление
Отидете на dB
Тогава нека стойността на мощността P 1 стане 2 пъти по-голяма от първоначалната стойност на мощността P 0
10 log(P 1 /P 0) = 10 log(2) ≈3,0103 dB ≈ 3 dB,
тоест увеличаване на мощността с 3 dB означава нейното увеличение 2 пъти.
Нека стойността на мощността P 1 стане 2 пъти по-малка от първоначалната стойност на мощността P 0 , тоест P 1 = 0,5 P 0 . Тогава
10 log(P 1 /P 0) = 10 log(0,5) ≈ −3 dB,
тоест намаляване на мощността с 3 dB означава намаляване на 2 пъти. По същия начин:
- увеличаване на мощността с 10 пъти: 10 log(P 1 /P 0) = 10 log(10) = 10 dB, намаление с 10 пъти: 10 log(P 1 /P 0) = 10 log(0.1)= −10 dB;
- увеличение с 1 милион пъти: 10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(1 000 000) = 60 dB, намаление с 1 милион пъти: 10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(0,000001) = −60 dB .
Преход от dB към "пъти"
Промяна „в пъти“ от известна промяна в dB (символ „dB“ във формулите по-долу) се изчислява, както следва:
| 10000 | 100 | 10 | ≈ 4 | ≈ 2 | ≈ 1.26 | 1 | ≈ 0.79 | ≈ 0.5 | ≈ 0.25 | 0.1 | 0.01 | 0.0001 | |
| 40 dB | 20 dB | 10 dB | 6 dB | 3 dB | 1 dB | 0 dB | −1 dB | −3 dB | −6 dB | −10 dB | −20 dB | −40 dB |
Преход от dB към мощност
За да направите това, трябва да знаете стойността на референтното ниво на мощност P 0 . Например, с P0 = 1 mW и известна промяна от +20 dB:
вт.Преобразуване от dB в напрежение (ток)
За да направите това, трябва да знаете стойността на референтното ниво на напрежение U 0 и определете дали напрежението е записано при същото съпротивление или разликата в стойностите на съпротивлението не е важна за проблема, който се решава. Например, при условие Р 0 = Р 1 дадено U 0 = 2 V и увеличение на напрежението с 6 dB:
≈ 4 V.Операциите с децибели могат да се извършват наум: вместо умножение, деление, степенуване и корен, се използват събиране и изваждане на единици децибели. За да направите това, можете да използвате таблици със съотношения (първите 2 са приблизителни):
1 dB → 1,25 пъти, 3 dB → 2 пъти, 10 dB → 10 пъти.
От тук, разлагайки „по-сложните стойности“ на „композитни“, получаваме:
6 dB = 3 dB + 3 dB → 2 2 = 4 пъти, 9 dB = 3 dB + 3 dB + 3 dB → 2 2 2 = 8 пъти, 12 dB = 4 (3 dB) → 2 4 = 16 пъти
и др., както и:
13 dB = 10 dB + 3 dB → 10 2 = 20 пъти, 20 dB = 10 dB + 10 dB → 10 10 = 100 пъти, 30 dB = 3 (10 dB) → 10³ = 1 1000 пъти
Добавянето (изваждането) на стойностите на dB съответства на умножението (деленето) на самите съотношения. Отрицателните dB стойности съответстват на обратни съотношения. Например:
- намаляване на мощността с 40 пъти → това е 4·10 пъти или −(6 dB + 10 dB) = −16 dB;
- увеличение на мощността със 128 пъти е 2 7 или с 7·(3 dB) = 21 dB;
- намаляване на напрежението с 4 пъти е еквивалентно на намаляване на мощността (стойност от втори ред) с 4² = 16 пъти; и двете при Р 1 = Р 0 е еквивалентно на намаление от 4·(−3 dB) = −12 dB.
Причини за използване на децибели
Има няколко причини да използвате децибели и логаритми вместо проценти или дроби:
Легенда
За различни физични величини едно и също числова стойност, изразена в децибели, могат да съответстват различни нива на сигнала (или по-скоро разлики в нивата). Следователно, за да се избегне объркване, такива „специфични“ мерни единици се обозначават със същите букви „dB“, но с добавяне на индекс - общоприето обозначение за измерваното физическо количество. Например dBV (децибел спрямо волт) или dBμV (децибел спрямо микроволт), dBW (децибел спрямо ват) и др. В съответствие с международния стандарт IEC 27-3, ако е необходимо да се посочи първоначална стойност, стойността й се поставя в скоби зад обозначението на логаритмичната стойност, например за ниво на звуково налягане: L P (re 20 µPA) = 20 dB; L P (реф. 20 µPa) = 20 dB
Референтно ниво
Децибелът се използва за определяне на съотношението на две величини. Но не е изненадващо, че децибелите се използват и за измерване на абсолютни стойности. За да направите това, достатъчно е да се споразумеете какво ниво на измереното физическо количество ще се приеме за референтно ниво (условно 0 dB).
Строго погледнато, трябва недвусмислено да се определи коя физична величина и нейната точна стойност се използват като референтно ниво. Референтното ниво се посочва като допълнение след символите "dB" (например dBm) или референтното ниво трябва да е ясно от контекста (например "dB re 1 mW").
На практика се срещат следните референтни нива и специални обозначения за тях:
- dBm(Руски dBm) - референтното ниво е мощност от 1 mW. Мощността обикновено се определя при номиналния товар (за професионално оборудване - обикновено 10 kOhm за честоти под 10 MHz, за радиочестотно оборудване - 50 Ohm или 75 Ohm). Например, " изходната мощност на усилвателното стъпало е 13 dBm"(т.е. мощността, освободена при номинално натоварване за това усилвателно стъпало, е 20 mW).
- dBV(Руски dBV) - референтно напрежение 1 V при номинално натоварване (за домакински уреди - обикновено 47 kOhm); например, стандартизираното ниво на сигнала за потребителско аудио оборудване е -10 dBV, т.е. 0,316 V при натоварване от 47 kΩ.
- dBuV(Руски dBµV) - референтно напрежение 1 µV; Например, " чувствителност на радиоприемника, измерена на входа на антената - −10 dBµV ... номинален импеданс на антената - 50 Ohm».
Връзка между напрежение в dBu и волтове, ватове и dBm. Спад на напрежението от 0,775 Vrms при натоварване от 600 ома води до средно разсейване на мощността от 1 mW (0 dBm) при това натоварване. Казват, че в този случай нивото на сигнала е 0 dBu
По аналогия се образуват съставни мерни единици. Например, нивото на спектралната плътност на мощността dBW/Hz е аналогът на „децибелите“ на мерната единица W/Hz (мощността, освободена при номиналния товар в честотна лента с ширина 1 Hz, центрирана върху определената честота). Референтното ниво в този пример е 1 W/Hz, т.е. физическата величина „спектрална плътност на мощността“, нейното измерение „W/Hz“ и стойността „1“. По този начин записът „-120 dBW/Hz“ е напълно еквивалентен на записа „10 −12 W/Hz“.
В случай на затруднение, за да се избегне объркване, е достатъчно да посочите изрично референтното ниво. Например запис −20 dB (спрямо 0,775 V при 50 ома)премахва двойното тълкуване.
Валидни са следните правила (следствие от правилата за действия с размерни величини):
- не можете да умножавате или разделяте стойности на "децибели" (това е безсмислено);
- сумирането на стойности „децибели“ съответства на умножаване на абсолютни стойности, изваждане на стойности „децибели“ съответства на разделяне на абсолютни стойности;
- сумирането или изваждането на стойностите на "децибели" може да се извърши независимо от тяхното "оригинално" измерение. Например, уравнението 10 dBm + 13 dB = 23 dBm е правилно, напълно еквивалентно на 10 mW · 20 = 200 mW и може да се тълкува като „усилвател с усилване от 13 dB увеличава мощността на сигнала от 10 dBm до 23 dBm .”
При преобразуване на нива на мощност (dBW, dBm) в нива на напрежение (dBV, dBµV) и обратно, е необходимо да се вземе предвид съпротивлението, при което се определят мощността и напрежението:
- Мощност към напрежение:
- dBµV = dBm + 107
- dBµV = dBW + 137
- dBV = dBm - 13
- dBV = dBW + 17
- Напрежение към мощност:
- dBm = dBµV - 107
- dBm = dBV + 13
- dBW = dBµV - 137
- dBW = dBV - 17
- Мощност към напрежение:
- dBµV = dBm + 108,75
- dBµV = dBW + 138,75
- dBV = dBm - 11,25
- dBV = dBW + 18,75
- Напрежение към мощност:
- dBm = dBµV - 108,75
- dBm = dBV + 11,25
- dBW = dBµV - 138,75
- dBW = dBV - 18,75
Вижте също
Бележки
Връзки
- Указ на правителството на Руската федерация от 31 октомври 2009 г. N 879 за одобряване на правилата за единици количества, разрешени за използване в Руската федерация