]Обычно, децибелами принято измерять громкость звука. Децибел – это десятичный логарифм. Это значит, что увеличение громкости на 10 децибел показывает, что звук стал в два раза громче, чем изначальный. Громкость звука в децибелах обычно описывается формулой 10Log 10 (I/10 -12) , где I - интенсивность звука в ваттах/метр квадратный.
Шаги
Сравнительная таблица уровней шума в децибелах
В приведенной ниже таблице описаны уровни децибел в порядке возрастания, и соответствующие им примеры источников звука. Также предоставлена информация о негативных последствиях для слуха напротив каждого уровня шума.
| Децибелы | Пример источника | Влияние на здоровье |
|---|---|---|
| 0 | Тишина | Отсутствуют |
| 10 | Дыхание | Отсутствуют |
| 20 | Шепот | Отсутствуют |
| 30 | Тихий фоновый шум на природе | Отсутствуют |
| 40 | Звуки в библиотеке, тихий фоновый шум в городе | Отсутствуют |
| 50 | Спокойный разговор, обычный фоновый шум для пригорода | Отсутствуют |
| 60 | Шум офиса или ресторана, громкий разговор | Отсутствуют |
| 70 | Телевизор, шум шоссе с расстояния 15.2 метров (50 футов) | Заметка; некоторым неприятен |
| 80 | Шум завода, кухонного комбайна, автомойки с расстояния 6.1 метра (20 футов) | Возможны повреждения слуха при длительном воздействии |
| 90 | Газонокосилка, мотоцикл с расстояния 7.62 м (25 футов) | Высока вероятность повреждения слуха при длительном воздействии |
| 100 | Лодочный мотор, отбойный молоток | Высока вероятность серьезных повреждений слуха при длительном воздействии |
| 110 | Громкий рок-концерт, сталелитейный завод | Может быть сразу больно; очень высока вероятность серьезных повреждений слуха при длительном воздействии |
| 120 | Цепная пила, гром | Обычно наступает моментальная боль |
| 130-150 | Взлет истребителя с авианосца | Возможна немедленная потеря слуха, или разрыв барабанной перепонки. |
Измерение уровня звука с помощью приборов
-
Используйте мобильное приложение. Для измерения уровня звука в любом месте, мобильные приложения придутся как нельзя кстати. Микрофон на вашем мобильном устройстве скорее всего не даст такого качества, как внешний микрофон, подключенный к компьютеру, но он может быть на удивление точным. Например, точность считывания на мобильном телефоне вполне может отличаться на 5 децибел от профессионального оборудования. Ниже приведен список программ для считывания уровня звука в децибелах для разных мобильных платформ:
- Для устройств Apple: Decibel 10th, Decibel Meter Pro, dB Meter, Sound Level Meter
- Для устройств на Android: Sound Meter, Decibel Meter, Noise Meter, deciBel
- Для телефонов на Windows: Decibel Meter Free, Cyberx Decibel Meter, Decibel Meter Pro
-
Используйте профессиональный измеритель децибел. Обычно это недешево, но, возможно, это самый простой способ получить точные измерения уровня звука, который вас интересует. Также такое устройство называют "измеритель уровня звука", это специализированное устройство (можно купить в интернет-магазине или специализированных магазинах), которые использует чувствительный микрофон для измерения уровня шума вокруг и выдает точное значение в децибелах. Так как подобные устройства не пользуются большим спросом, они можно быть достаточно дорогими, зачастую цены на них начинаются с $200 даже за устройства начального класса.
- Обратите внимание, что измеритель децибел/уровня звука может называть несколько иначе. Например, другое похожее устройство под названием "измеритель шума" делает то же самое, что и измеритель уровня звука.
Математическое вычисление децибел
-
Узнайте интенсивность звука в ваттах/метр квадратный. В повседневной жизни, децибелы применяются как простая мера громкости. Однако, все не так просто. В физике децибелы часто рассматривают как удобный способ выражения "интенсивности" звуковой волны. Чем больше амплитуда звуковой волны, тем больше энергии она передает, тем больше частиц воздуха колеблется на ее пути, и тем интенсивнее сам звук. Из-за прямой связи между интенсивностью звуковой волны и громкостью в децибелах, есть возможность найти значение децибел, зная только интенсивность уровня звука (которая обычно измеряется в ваттах/метр квадратный)
- Заметьте, что для обычных звуков значение интенсивности очень мало. Например, звук с интенсивностью 5 ×10 -5 (или 0.00005) ватт/метр квадратный соответствует приблизительно 80 децибелам, что приблизительно соответствует громкости блендера или кухонного комбайна.
- Для лучшего понимания отношения между интенсивностью и уровнем децибел, давайте решим одну задачу. Для примера возьмем такую: давайте считать, что мы – звукорежиссеры, и нам нужно опередить уровень фонового шума в студии звукозаписи, чтобы улучшить качество записываемого звука. После установки оборудования, мы зафиксировали фоновый шум интенсивностью 1 × 10 -11 (0.00000000001) ватт/метр квадратный . Далее используя эту информацию мы можем вычислить уровень фонового шума студии в децибелах.
-
Поделите на 10 -12 . Если вы знаете интенсивность вашего звука, вы можете легко подставить ее в формулу 10Log 10 (I/10 -12) (где "I" – интенсивность в ваттах/метр квадратный) чтобы получить значение в децибелах. Для начала поделите 10 -12 (0.000000000001). 10 -12 отображает интенсивность звука с оценкой 0 на шкале децибел, сравнивая интенсивность вашего звука с этим числом, вы найдете его отношение к начальному значению.
- В нашем примере мы разделили значение интенсивности 10 -11 на 10 -12 и получили 10 -11 /10 -12 = 10 .
-
Вычислим Log 10 от этого числа и умножим его на 10. Чтобы закончить решение, вам осталось лишь взять логарифм по основанию 10 от получившегося числа и затем, наконец, умножить его на 10. Это подтверждает, что децибелы – это логарифмическое значение по основанию 10 – другими словами, увеличение уровня шума на 10 децибел говорит об удвоении громкости звука.
- Наш пример легко решить. Log 10 (10) = 1. 1 ×10 = 10. Поэтому, значение фонового шума в нашей студии равняется 10 децибел . Это достаточно тихо, но все еще улавливаемо нашим высококачественным звукозаписывающим оборудованием, потому нам, вероятно, нужно устранить источник шума для достижения более высокого качества записи.
-
Понимание логарифмической природы децибел. Как было сказано выше, децибелы – это логарифмические значения с основанием 10. Для любого данного значения децибел, шум на 10 децибел большой – громче изначального в два раза, а шум больший на 20 децибел – в четыре раза и так далее. Это дает возможность обозначить большой промежуток интенсивностей звука, которые могут быть восприняты человеческим ухом. Самый громкий звук, который человек может услышать, не испытывая боли – в миллиард раз более громкий, чем самый тихий звук, который человек может услышать. Используя децибелы, мы избегаем использования огромных чисел для описания обычных звуков - вместо этого нам достаточно трех цифр.
- Подумайте, что проще использовать: 55 децибел или 3 × 10 -7 ватт/квадратный метр? Оба значения равны, но вместо использования научной формы записи (в виде очень малой доли числа), гораздо удобнее использовать децибелы, которые являются своего рода простым сокращением для легкого повседневного использования.
Используйте ваш компьютер. Со специальными программами и оборудованием, несложно измерить уровень шума в децибелах прямо на компьютере. Ниже перечислены только некоторые способы, как это можно сделать. Обратите внимание, что использование более качественного записывающего оборудования всегда даст лучший результат; другим словами, микрофона встроенного в ваш ноутбук может быть достаточно для некоторых задач, но высококачественный внешний микрофон даст более точный результат.
Децибел
Децибе́л - логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений.
Величина, выраженная в децибелах, численно равна десятичному логарифму безразмерного отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную, умноженному на десять:
где A dB - величина в децибелах, A - измеренная физическая величина, A 0 - величина, принятая за базис.
Децибел - это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин - «энергетических» (мощности, энергии, плотности потока мощности и т. п.) или «силовых» (силы тока, напряжения и т. п.). Иными словами, децибел - это относительная величина. Не абсолютная, как, например, ватт или вольт , а такая же относительная, как кратность («трёхкратное отличие») или проценты , предназначенная для измерения отношения («соотношения уровней») двух других величин, причём к полученному отношению применяется логарифмический масштаб .
Русское обозначение единицы «децибел» - «дБ», международное - «dB» (неправильно : дб, Дб).
Децибел не является официальной единицей в системе единиц СИ , хотя по решению Генеральной конференции по мерам и весам допускается его применение без ограничений совместно с СИ, а Международное бюро мер и весов рекомендовала включить его в эту систему.
Сравнение с другими логарифмическими единицами
| название | сокращение | соответствует изменению в … раз |
пересчёт в … | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| дБ | Б | Нп | X m | |||
| децибел | дБ, dB | ≈1,26 () | 1 | 0,1 | ≈0,115 | −0,25 |
| бел | Б, B | 10 | 10 | 1 | ≈1,15 | −2,5 |
| непер | Нп, Np | ≈2,72 ( ) | ≈8,686 | ≈0,8686 | 1 | ≈−1,086 |
| звёздная величина |
X m | ≈0,398 () | −4 | −0,4 | ≈−0,921 | 1 |
Области применения
Децибелы широко применяются в любых областях техники, где требуется измерение величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, в оптике, акустике (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.
Децибелы используются не только для измерения отношения физических величин второго порядка (энергетических: мощность , энергия) и первого порядка (напряжение, сила тока). В децибелах можно измерять отношения любых физических величин, а также использовать децибелы для представления абсолютных величин (см. опорный уровень).
Переход к децибелам
Любые операции с децибелами упрощаются, если руководствоваться правилом: величина в дБ - это 10 десятичных логарифмов отношения двух одноименных энергетических величин . Всё остальное - следствия этого правила. «Энергетические» - величины второго порядка (энергия, мощность). По отношению к ним напряжение и сила электрического тока («неэнергетические») - величины первого порядка (P ~ U ²), которые должны быть на каком-то этапе вычислений корректно преобразованы в энергетические.
Измерение «энергетических» величин
Изначально дБ использовался для оценки отношения мощностей , и в каноническом, привычном смысле величина, выраженная в дБ, предполагает логарифм отношения двух мощностей и вычисляется по формуле:
,где x - величина, измеряемая в дБ; P 1 /P 0 - отношение значений двух мощностей: измеряемой P 1 к так называемой опорной P 0 , то есть базовой, взятой за нулевой уровень (имеется в виду нулевой уровень в единицах дБ, поскольку в случае равенства мощностей P 1 = P 0 логарифм их отношения lg(P 1 /P 0) = 0).
Соответственно, переход от дБ к отношению мощностей осуществляется по формуле:
,где x - величина, измеряемая в дБ. Мощность P 1 может быть найдена при известной опорной мощности P 0 по выражению
.Измерение «неэнергетических» величин
Из правила (см. выше) следует, что «неэнергетические» величины должны быть преобразованы в энергетические. Так, согласно закону Джоуля-Ленца или . Следовательно, , где R 1 - сопротивление, на котором определяется изменяемое напряжение U 1 , а R 0 - сопротивление, на котором было определено опорное напряжение U 0 .
В общем случае напряжения U 1 и U 0 могут регистрироваться на различных по величине сопротивлениях (R 1 не равно R 0). Такое может быть, например, при определении коэффициента усиления усилителя, имеющего различные выходное и входное сопротивления, или при измерении потерь в согласующем устройстве, трансформирующем сопротивления. Поэтому в общем случае
Величина в децибелах = .
Только в частном (весьма распространенном) случае, если оба напряжения U 1 и U 0 измерялись на одном и том же сопротивлении (R 1 = R 0), можно пользоваться кратким выражением
Величина в децибелах = .
Децибелы «по мощности», «по напряжению» и «по току»
Из правила (см. выше) следует, что дБ бывают только «по мощности». Тем не менее, в случае равенства R 1 = R 0 (в частности, если R 1 и R 0 - одно и то же сопротивление, или в случае, если соотношение сопротивлений R 1 и R 0 по той или иной причине не важно) говорят о дБ «по напряжению» и «по току», подразумевая при этом выражения:
ДБ по напряжению = ; дБ по току = .
Для перехода от «дБ по напряжению» («дБ по току») к «дБ по мощности» следует чётко определить, на каких именно сопротивлениях (равных или не равных друг другу) регистрировались напряжение (ток). Если R 1 не равно R 0 , следует пользоваться выражением для общего случая (см. выше).
Примеры вычислений
Переход к дБ
Пусть значение мощности P 1 стало в 2 раза больше исходного значения мощности P 0 , тогда
10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(2) ≈3,0103 дБ ≈ 3 дБ,
то есть рост мощности на 3 дБ означает её увеличение в 2 раза.
Пусть значение мощности P 1 стало в 2 раза меньше исходного значения мощности P 0 , то есть P 1 = 0,5 P 0 . Тогда
10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(0,5) ≈ −3 дБ,
то есть снижение мощности на 3 дБ означает её снижение в 2 раза. По аналогии:
- рост мощности в 10 раз: 10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(10) = 10 дБ, снижение в 10 раз: 10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(0,1)= −10 дБ;
- рост в 1 млн раз: 10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(1 000 000) = 60 дБ, снижение в 1 млн раз: 10 lg(P 1 /P 0) = 10 lg(0,000001) = −60 дБ.
Переход от дБ к «разам»
Изменение «в разах» по известному изменению в дБ (условное обозначение «dB» в формулах ниже) вычисляется следующим образом:
| 10000 | 100 | 10 | ≈ 4 | ≈ 2 | ≈ 1.26 | 1 | ≈ 0.79 | ≈ 0.5 | ≈ 0.25 | 0.1 | 0.01 | 0.0001 | |
| 40 дБ | 20 дБ | 10 дБ | 6 дБ | 3 дБ | 1 дБ | 0 дБ | −1 дБ | −3 дБ | −6 дБ | −10 дБ | −20 дБ | −40 дБ |
Переход от дБ к мощности
Для этого нужно знать значение опорного уровня мощности P 0 . Например, при P 0 = 1 мВт и известном изменении на +20 дБ:
Вт.Переход от дБ к напряжению (току)
Для этого нужно знать значение опорного уровня напряжения U 0 и определиться, регистрировалось ли напряжение на одинаковом сопротивлении, или же для решаемой задачи различие значений сопротивлений не важно. Например, при условии R 0 = R 1 , заданном U 0 = 2 В и приросте напряжения на 6 дБ:
≈ 4 В.Операции с децибелами можно выполнять в уме: вместо умножения, деления, возведения в степень и извлечения корня применяется сложение и вычитание децибельных единиц. Для этого можно использовать таблицы соотношений (первые 2 - приближённые):
1 дБ → в 1,25 раза, 3 дБ → в 2 раза, 10 дБ → в 10 раз.
Отсюда, раскладывая «более сложные значения» на «составные», получаем:
6 дБ = 3 дБ + 3 дБ → в 2·2 = в 4 раза, 9 дБ = 3 дБ + 3 дБ + 3 дБ → в 2·2·2 = в 8 раз, 12 дБ = 4 · (3 дБ) → в 2 4 = в 16 раз
и т. п., а также:
13 дБ = 10 дБ + 3 дБ → в 10·2 = в 20 раз, 20 дБ = 10 дБ + 10 дБ → в 10·10 = в 100 раз, 30 дБ = 3 · (10 дБ) → в 10³ = в 1000 раз
Сложению (вычитанию) значений в дБ соответствует умножение (деление) самих отношений. Отрицательные значения дБ соответствуют обратным отношениям. Например:
- уменьшение мощности в 40 раз → это в 4·10 раз или на −(6 дБ + 10 дБ) = −16 дБ;
- увеличение мощности в 128 раз это 2 7 или на 7·(3 дБ) = 21 дБ;
- снижение напряжения в 4 раза эквивалентно снижению мощности (величины второго порядка) в 4² = 16 раз; и то и другое при R 1 = R 0 эквивалентно снижению на 4·(−3 дБ) = −12 дБ.
Причины использования децибелов
Для применения децибелов и оперирования логарифмами вместо процентов или долей есть ряд причин:
Условные обозначения
Для различных физических величин одному и тому же числовому значению , выраженному в децибелах , могут соответствовать разные уровни сигналов (вернее разности уровней). Поэтому во избежание путаницы такие «конкретизированные» единицы измерения обозначают теми же буквами «дБ», но с добавлением индекса - общепринятого обозначения измеряемой физической величины. Например дБВ (децибел относительно вольта) или дБмкВ (децибел относительно микровольта), дБВт (децибел относительно ватта) и т. п. В соответствии с международным стандартом МЭК 27-3 при необходимости указать исходную величину её значение помещают в скобках за обозначением логарифмической величины, например, для уровня звукового давления: L P (re 20 µPA) = 20 dB; L P (исх. 20 мкПа) = 20 дБ
Опорный уровень
Децибел служит для определения отношения двух величин. Но нет ничего удивительного в том, что децибел используют и для измерения абсолютных значений. Для этого достаточно условиться, какой уровень измеряемой физической величины будет принят за опорный уровень (условный 0 дБ).
Строго говоря, должно быть однозначно определено, какая именно физическая величина и какое именно её значение используются в качестве опорного уровня. Опорный уровень указывается в виде добавки, следующей за символами «дБ» (например, дБм), либо опорный уровень должен быть ясен из контекста (например, «дБ относительно 1 мВт»).
На практике распространены следующие опорные уровни и специальные обозначения для них:
- dBm (русское дБм ) - опорный уровень - это мощность в 1 мВт. Мощность обычно определяется на номинальной нагрузке (для профессиональной техники - обычно 10 кОм для частот менее 10 МГц , для радиочастотной техники - 50 Ом или 75 Ом). Например, «выходная мощность усилительного каскада составляет 13 дБм » (то есть мощность, выделяющаяся на номинальной для этого усилительного каскада нагрузке, составляет 20 мВт).
- dBV (русское дБВ ) - опорное напряжение 1 В на номинальной нагрузке (для бытовой техники - обычно 47 кОм); например, стандартизованный уровень сигнала для бытового аудиооборудования составляет −10 дБВ, то есть 0,316 В на нагрузке 47 кОм.
- dBuV (русское дБмкВ ) - опорное напряжение 1 мкВ ; например, «чувствительность радиоприёмника, измеренная на антенном входе - −10 дБмкВ … номинальное сопротивление антенны - 50 Ом ».
Связь напряжения в dBu с вольтами, ваттами и дБм. Падение напряжения в 0,775 В (среднеквадратическое значение) на нагрузке с сопротивлением 600 Ом приводит к рассеянию на этой нагрузке средней мощности в 1 мВт (0 дБм). Говорят, что в этом случае уровень сигнала - 0 dBu
По аналогии образуются составные единицы измерений. Например, уровень спектральной плотности мощности дБВт/Гц - «децибельный» аналог единицы измерения Вт/Гц (мощность, выделяющаяся на номинальной нагрузке в полосе частот шириной в 1 Гц с центром на указанной частоте). Опорным уровнем в данном примере является 1 Вт/Гц, то есть физическая величина «спектральная плотность мощности», её размерность «Вт/Гц» и значение «1». Так, запись «-120 дБВт/Гц» полностью эквивалентна записи «10 −12 Вт/Гц».
В случае затруднения во избежание путаницы достаточно указать опорный уровень явно. Например, запись −20 дБ (относительно 0,775 B на нагрузке 50 Ом) исключает двойное толкование.
Справедливы следующие правила (следствие правил действий с размерными величинами):
- перемножать или делить «децибельные» значения нельзя (это бессмысленно);
- суммирование «децибельных» значений соответствует умножению абсолютных значений, вычитание «децибельных» значений - делению абсолютных значений;
- суммирование или вычитание «децибельных» значений может выполняться независимо от их «исходной» размерности. Например, равенство 10 дБм + 13 дБ = 23 дБм является корректным, полностью эквивалентно равенству 10 мВт · 20 = 200 мВт и может трактоваться как «усилитель с коэффициентом усиления 13 дБ увеличивает мощность сигнала с 10 дБм до 23 дБм».
При пересчёте уровней мощностей (дБВт, дБм) в уровни напряжений (дБВ, дБмкВ) и обратно необходимо учитывать сопротивление, на котором определяется мощность и напряжение:
- Мощность в напряжение:
- дБмкВ = дБм + 107
- дБмкВ = дБВт + 137
- дБВ = дБм - 13
- дБВ = дБВт + 17
- Напряжение в мощность:
- дБм = дБмкВ - 107
- дБм = дБВ + 13
- дБВт = дБмкВ - 137
- дБВт = дБВ - 17
- Мощность в напряжение:
- дБмкВ = дБм + 108,75
- дБмкВ = дБВт + 138,75
- дБВ = дБм - 11,25
- дБВ = дБВт + 18,75
- Напряжение в мощность:
- дБм = дБмкВ - 108,75
- дБм = дБВ + 11,25
- дБВт = дБмкВ - 138,75
- дБВт = дБВ - 18,75
Слово "децибел" состоит из двух частей: приставки "деци" и корня "бел". "Деци" дословно означает "десятая часть", т.е. десятая часть "бэла". Значит, чтобы понять что такое децибел надо понять, что такое бел и всё станет на свои места.
Давным давно Александр Белл выяснил, что человек перестает слышать звук, если мощность источника этого звука меньше, чем 10 -12 Вт/м 2 , а если она превышает 10 Вт/м 2 , то готовьте ваши ушки к неприятной боли — это болевой порог.
Как видно разница между 10 -12 Вт/м 2 и 10 Вт/м 2 целых 13 порядков. Белл поделил расстояние между порогом слышимости и болевым порогом на 13 ступеней: от 0 (10 -12 Вт/м 2) до 13 (10 Вт/м 2). Таким образом он определил шкалу звуковой мощности.
Тут можно сказать: "О, всё понятно!", — хорошо! Но дальше ещё интересней.
Ближе к делу
Мы выяснили, что децибел равен 1/10 бела, но как это применять в жизни? Приведу такой пример:
- 0 Дб - ничего не слышно
- 15 Дб - едва слышно (шелест листвы)
- 50 Дб - Отчётливо слышно
- 60 Дб - Шумно
Да зачем это надо, если можно, к примеру, сказать: "уровень звуковой мощности 0.1 Вт/м 2 ". Дело в том, что экспериментально установлено, что человек ощущает изменение яркости, громкости и т.д. тогда, когда они изменяются логарифмически. Вот так:
Что в белах выражается как отношение уровня измеряемого сигнала к некоторому эталонному. 1 Бэл = lg(P 1 /P 0), где P 0 — это звуковая мощность порога слышимости, ну а чтобы получить децибел надо всего-то умножить на 10: 1 Дб = 10*lg(P 1 /P 0)
Таким образом децибел показывает логарифм отношения уровня одного сигнала к другому и используется для сравнения двух сигналов. Из формулы, кстати, видно, что децибелах можно сравнивать любые сигналы (и не только звуковую мощность), так как децибел величина безразмерная.
Особенности
Путаница с децибелами возникает из-за того, что существует несколько их "видов". Они условно называются амплитудными и мощностными (энергетическими).
Формула 1 Дб = 10*lg(P 1 /P 0) -
сравнивает в децибелах две энергетические величины. В данном случае мощность. А формула 1 Дб = 20*lg(A 1 /A 0) -
сравнивает две амплитудные величины. К примеру, напряжение, ток и т.д.
Перейти от амплитудных децибелов к энергетическим и обратно очень просто. Требуется просто «неэнергетические» величины преобразовать в энергетические. Покажу это на примере тока и напряжения.
Из определения мощности P = UI = U 2 / R = I 2 * R. Подставим в 10*lg(P 1 /P 0) и после преобразования получим 20*lg(A 1 /A 0) — всё просто.
Таким же образом будут проводится преобразования для других амплитудных значений. Подробнее как всегда можно прочитать в учебниках и справочниках.
Зачем надо было всё усложнять?
Понимаешь, две величины могут отличаться в миллионы раз. Таким образом простое отношение (P 1 /P 0) может давать как очень большие, так и очень маленькие значения. Согласись, что это не очень удобно в практической деятельности. Может быть это также одна из причин такой распространенности децибел (наряду со следствием из закона Вебера-Фехнера)
Таким образом децибел позволяет от исчисления в "попугаях", т.е. в разах перейти к более конкретным и небольшим величинам. Которые можно быстро складывать и вычитать в уме. А если все же хочется оценить отношение в попугаях по известному значению в децибелах, то достаточно запомнить простое мнемоническое правило (подсмотрел у Ревича):
Если отношение величин больше единицы, то это будет положительный Дб (+3 Дб), а если меньше — отрицательный (-3 Дб). Таким образом:
- 3 Дб означает увеличение/уменьшение сигнала на треть
- 6 Дб означает увеличение/уменьшение в 2 раза
- 10 Дб соответствует изменение величины в 3 раза
- 20 Дб соответствует изменению в 10 раз
А теперь на примере. Пусть нам сказали, что сигнал усиливается на 50 Дб. А 50 Дб = 10 Дб + 20 Дб + 20 Дб = 3 * 10 * 10 = 300 раз. Т.е. сигнал усилился в 300 раз.
Так что децибел всего лишь удобное инженерное соглашение, которое введено в результате некоторых практических измерений, а также выгоды от практического использования.
англ. decibel, dB) - психофизическая единица интенсивности стимулов, одна десятая бела: 1 бел = lg (I/Iпор), где / - интенсивность данного стимула (напр., физическая яркость света или сила звука), I/Iпор - интенсивность порогового стимула (величина абсолютного порога). С одной стороны, шкала Д. позволяет более адекватно судить о субъективной силе разных стимулов (в соответствии с законом Фехнера); с др. стороны, зная свойства логарифмов, нетрудно оценить соотношение физических характеристик. Шкала Д. также позволяет более непосредственно проводить кросс-модальные сопоставления интенсивности стимулов (напр., как сила звука, так и яркость света, равные 130-140 дБ являются запредельными и физически опасными для органов чувств, тогда как 60-70 дБ - это уровень средних по громкости и яркости раздражителей). Ср. Слух, Фон. (Б. М.)
ДЕЦИБЕЛ (ДБ)
Единица измерения, обычно используемая для выражения интенсивности звука. Она всегда выражает отношение двух измерений давления (физических сил). Следует определить стандартное использование этого термина. Общепринятая система использует 0,0002 дин/см2 для измерения звука; это соответствует приблизительно среднему человеческому порогу для тона в 1,000 Гц. Интенсивность любого данного тона, таким образом, выражается дБ = 10log,10I1,/I2, где I1 – рассматриваемая интенсивность и I2 – стандарт. Так как связь логарифмическая, увеличение в децибелах сопровождается геометрическим увеличением интенсивности. На расстоянии 5 футов (ок. 1,5 метров) человеческий шепот измеряется приблизительно в 20 дБ, нормальная речь – в 60 дБ, шум отбойного молотка – приблизительно в 100дБ и за болевым порогом будут звуки широкого спектра (например, рок-музыка) приблизительно в 120 дБ. Обратите внимание, однако, что децибел – мера не только звуковой интенсивности. Буквально децибел – 1/10 бела, единица, используемая иногда для измерения электрического напряжения и света. Так как это измерение представляет собой отношение двух энергий, оно логически не ограничено давлением звука и может использоваться в других физических континуумах.
Децибел (дБ)
Стандартная единица измерения интенсивности, или амплитуды, звука. Соответствует одной десятой бела, а один бел - десятичный логарифм отношения энергий (или интенсивностей). Для расчета интенсивности в децибелах нередко используется формула:
Nдб = 20 logРе/Рr,
где Nдб - число децибел, Ре - звуковое давление, которое нужно выразить в децибелах, Рr - стандартное давление, с которым сравнивается измеряемое давление и которое равно 0,0002 дин/см2. Звуковое давление, которое должно быть выражено в децибелах, (Ре), сравнивается с определенным стандартным давлением, близким по значению к порогу аудиальной чувствительности человека (для звука с частотой 1000 Гц).
Радио 1967, 12
Децибел - специфическая единица численного выражения усиления или ослабления сигнала. В децибелах оценивают коэффициенты усиления и затухания, избирательность приёмников, неравномерность частотных характеристик, интенсивность звука и многие параметры различных радиотехнических приборов, аппаратов, линий передач, антенных и других устройств. Шкалы децибел имеют многие вольтметры и авометры.
Что же такое децибел? Прежде всего - децибел (сокращённое обозначение - дБ) не физическая величина, как, скажем, ватт, вольт, ампер, а математическое понятие. В этом отношении у децибел есть некоторое сходство с процентами. Как и проценты, децибел величина относительная и применима к оценке самых различных явлений, независимо от их природы. Но, если проценты выражают какую-то величину, отнесённую к целому, принятому за единицу, то в основе, децибела лежит более широкое понятие, характеризующее отношение двух независимых, но одноимённых величин. Надо, однако, помнить, что термин «децибел» всегда связывают только с мощностями и с некоторыми оговорками с напряжениями и токами. Физическая природа мощностей не оговаривается и может быть любой - электрической, акустической, электромагнитной.
Децибел, как показывает приставка «деци», представляет собой десятую часть другой, более крупной единицы - Бел. А Бел есть десятичный логарифм отношения двух мощностей. Если известны две мощности Р1 и Р2, то их отношение, выраженное в децибелах, определяется как:
N дБ =10 Lg (P2/P1)
где Р1 - мощность, соответствующая начальному уровню сигнала, а Р2 - мощность, соответствующая конечному уровню сигнала.
Здесь уместно напомнить, что десятичным логарифмом числа называют показатель степени, в которую надо возвести число 10, чтобы получить данное число. Например: Lg(100) = 2, так как 10 2 = 10*10 = 100; Lg(1000) = 3, так как 10 3 = 10*10*10 = 1000.
У чисел, которые больше единицы, логарифмы будут положительными величинами, а если числа меньше единицы, их логарифмы отрицательны. Перед отрицательными логарифмами ставят знак «-» (минус), например: Lg(0,1) = - 1; Lg(0,01) = - 2.
В том случае, когда начальный сигнал меньше конечного, то есть P2/P1 больше 1, что имеет место в усилителях, число децибел будет положительным, а если начальный уровень больше конечного, то есть P2/P1 меньше 1, то число децибел будет отрицательным. Второй случай соответствует ослаблению (затуханию) сигнала. Когда обе мощности одинаковы и P2/P1= 1, то число децибел равно нулю.
Между децибелами усиления и затухания существует простая связь: если, к примеру, отношение 10 соответствует 10 дБ, то -10 дБ выражают обратное отношение, то есть 0,1.
Сравнение двух сигналов путём сопоставления их мощностей не всегда бывает удобным. Во многих случаях оказывается проще измерять не мощность в нагрузке, а падение напряжения на ней или протекающий ток. Но при этом нужно соблюдать обязательное условие: сопротивления нагрузок, на которых измеряются напряжения U1 и U2 или через которые протекают измеряемые токи I1 и I2 должны быть одинаковыми. Формулы для расчёта децибел в этом случае имеют следующий вид:
N дБ =20 Lg (P2/P1); N дБ =20 Lg (I2/I1)
Децибелы применяют не только для сравнения двух величин. Они удобны и для оценок конкретных значений мощностей, а также напряжений и токов, если считать, что величина одного из членов отношения, входящего в приведённые выше формулы, неизменна. Тогда любая другая величина, сравниваемая с нею, будет характеризоваться определённым числом децибел. В этом случае нулю децибел соответствует мощность, равная первой, которую часто называют нулевой. За условный нулевой уровень электрического сигнала принята мощность Р = 1 мВт (0,001 Вт), выделяемая на активном сопротивлении R = 600 Ом - подобно тому, как при измерении температуры за нуль градусов принята температура таяния льда при нормальном атмосферном давлении. При этой мощности на указанном сопротивлении падение напряжения равно:
U = (РR) 0,5 = (0,001*600) 0,5 = 0,775 В,
а протекающий ток:
I = (P/R) 0,5 = (0,001/600) 0,5 = 1,29 мА.
Эти величины - 0,775 В и 1,29 мА приняты за нуль децибел электрического напряжения и тока.
Если в цепи с активным сопротивлением 600 Ом выделяется мощность больше 1 мВт, то есть падение напряжения больше 0,775 В и ток больше 1,29 мА - уровни будут положительными. Когда же мощность, напряжение или ток меньше этих величин, то уровни отрицательные.
Децибелы и соответствующие им отношения мощностей, напряжений и токов даны в табл. 1.
Допустим, что в результате усовершенствования оконечного каскада усилителя низкой частоты его выходная мощность возросла с 10 до 20 Вт. Значит приращение мощности будет:
P2/P1 = 20/10 = 2
По таблице в колонке «Отношение мощностей» ближайшее к 2 число будет 1,99. В колонке «Децибелы» этому числу соответствует 3 дБ. Следовательно, увеличение выходной мощности вдвое соответствует увеличению усиления на 3 дБ. Если же по каким-либо причинам выходная мощность усилителя снизилась с 20 Вт до 10 Вт, то новое отношение мощностей будет P2/P1 = 10/20 = 0,5. Но теперь изменение мощности означает ослабление и будет выражаться как -3 дБ.
Выполняя действия с децибелами, надо помнить, что сумма двух чисел в децибелах эквивалентна произведению абсолютных величин тех чисел, которым они соответствуют, поэтому, чтобы показать рост (или ослабление) мощности, например, вдвое, втрое или вчетверо, надо к первоначальному числу децибел прибавить (или отнять) соответственно 3 дБ, 4,8 дБ или 6 дБ.
В децибелах часто выражают чувствительность микрофонов,сравнивая отдаваемую ими мощность при заводских испытаниях с указанным выше стандартным нулевым уровнем 1 мВт. Допустим, что микрофон типа МД-44, выходной уровень отдачи которого - 78 дБ, подключён к усилителю, который может развивать 40 Вт неискажённой мощности. Однако в работе оказалось, что усилитель с таким микрофоном развивает только 10 Вт. Спрашивается, какой чувствительности должен быть микрофон, чтобы усилитель отдавал полную мощность? Отношение максимальной мощности (40 Вт) усилителя к получаемой (10 Вт) составляет 40/10 = 4. Этому отношению (по таблице - 3,98) соответствует 6 дБ. Следовательно, нужен микрофон с уровнем отдачи - 72 дБ, то есть на 6 дБ больше, чем микрофон МД-44 (-78 дБ), так как: - 78 дБ + 6 дБ= -72 дБ. Этому требованию отвечает, например, микрофон МД-41.
Таблица 1. Децибелы и соответствующие им отношения мощностей, напряжении и токов
| Децибелы | Отношение мощностей | Децибелы | Отношение мощностей | Отношение напряжений или токов | |
| -60 | 0,000001 | 0,001 | 6,0 | 3,98 | 1,99 |
| -50 | 0,00001 | 0,003 | 6,2 | 4,17 | 2,04 |
| -40 | 0,0001 | 0,01 | 6,4 | 4,36 | 2,09 |
| -30 | 0,001 | 0,032 | 6,6 | 4,57 | 2,14 |
| -20 | 0,01 | 0,10 | 6,8 | 4,79 | 2,19 |
| -10 | 0,10 | 0,30 | 7,0 | 5,01 | 2,24 |
| -6 | 0,25 | 0,50 | 7,2 | 5,25 | 2,29 |
| -3 | 0,50 | 0,70 | 7,4 | 5,50 | 2,34 |
| -2 | 0,63 | 0,80 | 7,6 | 5,75 | 2,40 |
| - 1 | 0,80 | 0,90 | 7,8 | 6,03 | 2,46 |
| 0 | 1,00 | 1,00 | 8,0 | 6,31 | 2,51 |
| 1,0 | 1,26 | 1,12 | 8,2 | 6,61 | 2,57 |
| 1,2 | 1,32 | 1,15 | 8,4 | 6,92 | 2,63 |
| 1,4 | 1,38 | 1,17 | 8,6 | 7,24 | 2,69 |
| 1.6 | 1,44 | 1,20 | 8,8 | 7,59 | 2,75 |
| 1.8 | 1,51 | 1,23 | 9,0 | 7,94 | 2,81 |
| 2,0 | 1,58 | 1,26 | 9,2 | 8,32 | 2,88 |
| 2,2 | 1,66 | 1,29 | 9,4 | 8,71 | 2,95 |
| 2,4 | 1,74 | 1,32 | 9,6 | 9,12 | 3,02 |
| 2,6 | 1,82 | 1,35 | 9,8 | 9,55 | 3,09 |
| 2,8 | 1,91 | 1,38 | 10,0 | 10,00 | 3,16 |
| 3,0 | 1,99 | 1,41 | 11,0 | 12,59 | 3,55 |
| 3,2 | 2,09 | 1,44 | 12,0 | 15,85 | 3,98 |
| 3,4 | 2,19 | 1,48 | 13,0 | 19,95 | 4,47 |
| 3,6 | 2,29 | 1,51 | 14,0 | 25,12 | 5,01 |
| 3,8 | 2,40 | 1,55 | 15,0 | 31,62 | 5,62 |
| 4,0 | 2,51 | 1,58 | 16,0 | 39,81 | 6,31 |
| 4,2 | 2,63 | 1,62 | 17,0 | 50,13 | 7,08 |
| 4,4 | 2,75 | 1,66 | 18,0 | 63,10 | 7,94 |
| 4,6 | 2,88 | 1,70 | 19,0 | 79,43 | 8,91 |
| 4,8 | 3,02 | 1,74 | 20,0 | 100,00 | 10,00 |
| 5,0 | 3.16 | 1,78 | 30 0 | 1000,00 | 31,62 |
| 5,2 | 3,31 | 1,82 | 40,0 | 10000,00 | 100,00 |
| 5,4 | 3,47 | 1,86 | 50,0 | 100000,00 | 316,00 |
| 5,6 | 3,63 | 1,91 | 60,0 | 1000000,00 | 1000,00 |
| 5,8 | 3,80 | 1,95 |
Ещё пример. К отрезку кабеля типа РК-1 длиной 50 м приложено напряжение 8 В частотой 100 МГц. Каким будет напряжение на выходе отрезка, если известно (из справочника), что на этой частоте кабель вносит затухание 0,096 дБ на метр? Источник питания и нагрузка имеют одинаковые сопротивления, равные волновому. Очевидно, что затухание, вносимое кабелем, равно: 0,096*50 = 4,8 дБ. В табл. 1 для этого затухания (-4,8 дБ) величина отношения напряжений не указана. Воспользуемся тем, что в таблице приведено отношение для +4,8 дБ, которое равно 1,74. Значит на конце отрезка сигнал будет составлять 1/1,74 ≈ 0,57 от входного, т. е. 8*0,57 ≈ 4,6 В.
Когда надо определить значения децибел или отношений, которых нет в таблице, надо поступать следующим образом. Предположим, необходимо найти отношение мощностей, соответствующее 24 дБ. Представив 24 дБ в виде суммы 10 + 14 дБ, найдём в таблице отношения мощностей для каждого из слагаемых, они равны 10 и 25,12. Перемножив эти отношения, получим, что 24 дБ соответствуют отношению мощностей 251,2.
На выходе усилителя на средних частотах развивается напряжение U1 = 30 В, а на краях полосы пропускания - напряжение U2 = 21 В. Усилитель, следовательно, вносит частотные искажения - верхние и нижние звуковые частоты усиливает хуже («заваливает»), чем средние. Отношение указанных величин будет
U2/U1 = 21/30 = 0,7
По таблице найдём, что частотные искажения данного усилителя на краях полосы пропускания равны -3 дБ.
Широко применяются децибелы и в акустике, где они являются, по существу, основной единицей для количественной оценки интенсивности звука. Объясняется это свойством нашего уха реагировать на звуки, интенсивность которых отличается в миллионы раз. Но чувствительность уха к звукам разной силы не одинакова - в тишине и при малой интенсивности (шёпот, шорохи) она максимальна, а при большой интенсивности (рёв самолёта, грохот машин) она минимальна. В этом отношении слуховой аппарат подобен радиоприёмнику с системой АРУ.
Это явление можно пояснить таким примером. Допустим, усилитель развивает на выходе мощность 10 Вт. Увеличение выходной мощности до 20 Вт покажется на слух небольшим увеличением громкости. Для того чтобы ухо ощутило вдвое большую громкость, понадобится почти десятикратное увеличение выходной мощности усилителя (≈10 дБ). А чтобы ухо восприняло увеличение громкости в 4 раза, мощность должна быть увеличена в 100 раз (≈20 дБ).
Учёные-физиологи, исследуя свойства слуха, установили, что чувствительность уха связана с интенсивностью звукового воздействия логарифмическим законом, то есть приращение силы звука в несколько раз покажется на слух изменением громкости приблизительно в логарифм этого числа раз. Применение децибел в акустике оказывается очень удобным, так как слуховое восприятие и оценка интенсивностей звуков при этом находятся в строгой связи и, к тому же, изменение интенсивности звука на 1 дБ улавливается ухом как едва заметное изменение громкости.
Таблица 2. СРЕДНИЕ УРОВНИ ШУМОВ
| Субъективная оценка шума | Уровень шума (дБ) | Источники или место измерения шума |
| оглушительные | - 130 - | Болевом порог (звук воспринимается как боль) Гром над головой Пушечный выстрел Клепальная машина Очень шумный цех |
| - 120 - - 110 - |
||
| Очень громкий | - 100 - | Симфонический оркестр (пики громкости) Деревообрабатывающий цех Уличный громкоговоритель Шумная улица Металлообрабатывающий цех |
| - 90 - |
||
| Громкий | - 80 - | Свисток милиционера (15м) Радиоприёмник громко (2,5м) Машинописное бюро Спокойный разговор (4м) Зал большого магазина |
| - 70 - | ||
| Умеренный | - 60 - | Тихая улица большого города Учреждение средней шумности Ресторан Легковая машина (10-20м) Жилое помещение |
| - 50 - |
||
| Слабый | - 40 - | Читальный Зал Тихий разговор Шелест бумаги Шёпот Больничная палата |
| - 30 - |
||
| Очень слабый | - 20 - | Тихая ночь за городом Заглушённая комната Порог слышимости |
| - 10 - - 0 - |
Сравнительная оценка средних уровней громкости некоторых бытовых и производственных шумов в децибелах относительно порога слышимости человеческого уха, принятого за нулевой уровень, приведена в табл. 2. Измерение интенсивности звука осуществляется с помощью специальных приборов - шумомеров, шкалы которых градуированы непосредственно в децибелах.
Приведёнными здесь примерами далеко не исчерпываются применения децибел при различных подсчётах и измерениях в радиолюбительской практике. Мы лишь хотели показать простоту понимания децибела и широкие возможности пользования ими.
Канд. техн. наук Е. ЗЕЛЬДИН, инж. К. ДОМБРОВСКИЙ
Обзор Samsung Galaxy A7 (2017): не боится воды и экономии Стоит ли покупать samsung a7
Делаем бэкап прошивки на андроиде
Как настроить файл подкачки?
Установка режима совместимости в Windows
Резервное копирование и восстановление драйверов Windows