ČO SÚ DECIBELY?

Univerzálne logaritmické jednotky decibelov sú široko používané pri kvantitatívnych odhadoch parametrov rôznych audio a video zariadení u nás aj v zahraničí. V rádiovej elektronike, najmä v drôtovej komunikácii, technike na zaznamenávanie a reprodukciu informácií, sú decibely univerzálnym meradlom.

Decibel nie je fyzikálna veličina, ale matematický pojem

V elektroakustike je decibel v podstate jedinou jednotkou na charakterizáciu rôznych úrovní - intenzity zvuku, akustického tlaku, hlasitosti a tiež na hodnotenie účinnosti prostriedkov na riešenie hluku.

Decibel je špecifická jednotka merania, ktorá sa nepodobá žiadnej z tých, s ktorými sa musíme stretnúť v každodennej praxi. Decibel nie je oficiálnou jednotkou v sústave SI, aj keď podľa rozhodnutia Generálnej konferencie pre miery a váhy sa v spojení s SI môže používať bez obmedzení a Medzinárodná komora pre miery a váhy odporučila jeho zaradenie. v tomto systéme.

Decibel nie je fyzikálna veličina, ale matematický pojem.

V tomto ohľade majú decibely určitú podobnosť s percentami. Rovnako ako percentá, aj decibely sú bezrozmerné a slúžia na porovnanie dvoch hodnôt s rovnakým názvom, v zásade veľmi odlišných, bez ohľadu na ich povahu. Treba si uvedomiť, že pojem „decibel“ sa vždy spája len s energetickými veličinami, najčastejšie s výkonom a s určitými výhradami aj s napätím a prúdom.

Decibel (ruské označenie - dB, medzinárodné označenie - dB) je desatina väčšej jednotky - bela 1.

Bel je dekadický logaritmus pomeru dvoch mocnín. Ak sú známe dve mocnosti R 1 a R 2 , potom ich pomer, vyjadrený v beloch, je určený vzorcom:

Fyzikálna podstata porovnávaných výkonov môže byť ľubovoľná – elektrická, elektromagnetická, akustická, mechanická – dôležité je len to, aby obe veličiny boli vyjadrené v rovnakých jednotkách – watty, miliwatty atď.

V krátkosti si pripomeňme, čo je logaritmus. Akékoľvek kladné 2 číslo, celé aj zlomkové, môže byť do určitej miery reprezentované iným číslom.

Takže napríklad, ak 10 2 = 100, potom 10 sa nazýva základ logaritmu a číslo 2 - logaritmus 100 a označuje log 10 100 = 2 alebo lg 100 = 2 (čítaj takto: "logaritmus sto v základe desať sú dva“).

Logaritmy so základom 10 sa nazývajú desiatkové logaritmy a sú najčastejšie používané. Pre čísla deliteľné 10 sa tento logaritmus číselne rovná počtu núl na jednotku a pre ostatné čísla sa vypočíta na kalkulačke alebo sa zistí z tabuliek logaritmov.

Logaritmy so základom e = 2,718 ... sa nazývajú prirodzené. Vo výpočtovej technike sa bežne používajú logaritmy so základom 2.

Základné vlastnosti logaritmov:

Samozrejme, tieto vlastnosti platia aj pre desiatkové a prirodzené logaritmy. Logaritmický spôsob reprezentácie čísel je často veľmi pohodlný, pretože umožňuje nahradiť násobenie sčítaním, delenie odčítaním, umocnenie násobením a odmocninu delením.

V praxi sa ukázalo, že bel je príliš veľký, napríklad akékoľvek pomery výkonu v rozsahu od 100 do 1000 sa zmestia do jedného belu - od 2 B do 3 B. Preto sme sa pre väčšiu prehľadnosť rozhodli vynásobiť číslo zobrazujúce počet belov o 10 a výsledný produkt spočítajte ukazovateľom v decibeloch, t.j. napr. 2 B = 20 dB, 4,62 B = 46,2 dB atď.

Zvyčajne sa pomer výkonu vyjadruje okamžite v decibeloch pomocou vzorca:

Operácie s decibelmi sú rovnaké ako operácie s logaritmami.

2 dB = 1 dB + 1 dB → 1,259 * 1,259 = 1,585;
3dB -> 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.

Znak → znamená „zhoda“.

Podobne môžete vytvoriť tabuľku pre záporné decibely. Mínus 1 dB charakterizuje pokles výkonu o 1/0,794 = 1,259-násobok, teda tiež asi o 26 %.

Zapamätaj si to:

⇒ Ak R 2 = P 1 t.j. P2 / P1 = 1 , potom N dB = 0 , pretože lg1 = 0 .

⇒ Ak P 2 > P l , potom je počet decibelov kladný.

⇒ Ak R 2 < P 1 , potom sú decibely vyjadrené v záporných číslach.

Kladné decibely sa často označujú ako decibely zisku. Záporné decibely zvyčajne charakterizujú straty energie (vo filtroch, rozdeľovačoch, dlhých vedeniach) a nazývajú sa útlmové alebo stratové decibely.

Medzi decibelmi zosilnenia a útlmom je jednoduchý vzťah: opačné čísla pomerov zodpovedajú rovnakému počtu decibelov s rôznymi znamienkami. Ak je napr R 2 /R 1 = 2 → 3 dB , potom –3 dB → 1/2 , t.j. 1/R 2 /R 1 = P 1 /R 2

⇒ Ak R 2 /R 1 predstavuje mocninu desiatky, t.j. R 2 /R 1 = 10 k , kde k - potom akékoľvek celé číslo (kladné alebo záporné). NdB = 10 tis , pretože lg 10 k = k .

⇒ Ak R 2 alebo R 1 sa rovná nule, potom výraz pre NdB stráca zmysel.

A ešte jedna vlastnosť: krivka, ktorá určuje hodnoty decibelov v závislosti od pomerov výkonu, najprv rýchlo rastie, potom sa jej rast spomalí.

Pri znalosti počtu decibelov zodpovedajúcich jednému pomeru výkonu je možné prepočítať na iný - blízky alebo viacnásobný pomer. Najmä pre pomery výkonu, ktoré sa líšia faktorom 10, sa číslo decibelov líši o 10 dB. Túto vlastnosť decibelov treba dobre pochopiť a pevne si ju zapamätať – je to jeden zo základov celého systému.

Medzi výhody decibelového systému patria:

⇒ všestrannosť, teda schopnosť využívať pri posudzovaní rôznych parametrov a javov;

⇒ obrovské rozdiely v prepočítaných číslach – od jednotiek po milióny – sú zobrazené v decibeloch ako čísla prvých sto;

⇒ prirodzené čísla predstavujúce mocniny desiatich sú vyjadrené v decibeloch ako násobky desiatich;

⇒ recipročné čísla sú vyjadrené v decibeloch rovnakými číslami, ale s rôznymi znamienkami;

⇒ abstraktné aj pomenované čísla môžu byť vyjadrené v decibeloch.

Nevýhody decibelového systému zahŕňajú:

⇒ nízka viditeľnosť: na prevod decibelov na pomery dvoch čísel alebo na vykonávanie opačných akcií sú potrebné výpočty;

⇒ Pomery výkonu a pomery napätia (alebo prúdu) sa konvertujú na decibely pomocou rôznych vzorcov, čo niekedy vedie k chybám a zmätku;

⇒ decibely možno merať len vo vzťahu k úrovni, ktorá sa nerovná nule; absolútna nula, napríklad 0 W, 0 V, sa nevyjadruje v decibeloch.

Pri znalosti počtu decibelov zodpovedajúcich jednému pomeru výkonu je možné prepočítať na iný - blízky alebo viacnásobný pomer. Najmä pre pomery výkonu, ktoré sa líšia faktorom 10, sa číslo decibelov líši o 10 dB. Túto vlastnosť decibelov treba dobre pochopiť a pevne si ju zapamätať – je to jeden zo základov celého systému.

Porovnanie dvoch signálov porovnaním ich výkonu nie je vždy vhodné, pretože na priame meranie elektrického výkonu v audio a rádiofrekvenčných rozsahoch sú potrebné drahé a zložité prístroje. V praxi je pri práci so zariadením oveľa jednoduchšie merať nie výkon, ktorý sa uvoľňuje pri záťaži, ale pokles napätia na ňom a v niektorých prípadoch aj pretekajúci prúd.

Pri znalosti napätia alebo prúdu a odporu záťaže je ľahké určiť výkon. Ak sa merania vykonávajú na rovnakom rezistore, potom:

Tieto vzorce sa v praxi veľmi často používajú, no treba si uvedomiť, že ak sa merajú napätia alebo prúdy pri rôznych zaťaženiach, tieto vzorce nefungujú a treba použiť iné, zložitejšie závislosti.

Pomocou techniky, ktorá bola použitá na zostavenie tabuľky výkonových decibelov, môžete podobne určiť, aký 1 dB sa rovná pomeru napätí a prúdov. Kladný decibel bude 1,122 a záporný 0,8913, t.j. 1 dB napätia alebo prúdu charakterizuje zvýšenie alebo zníženie tohto parametra o približne 12% vzhľadom na počiatočnú hodnotu.

Vzorce boli odvodené za predpokladu, že odpory záťaže sú aktívne a nedochádza k fázovému posunu medzi napätiami alebo prúdmi. Presne povedané, je potrebné zvážiť všeobecný prípad a vziať do úvahy prítomnosť fázového uhla pre napätia (prúdy) a pre záťaže nielen aktívne, ale aj impedanciu, vrátane reaktívnych komponentov, ale to je významné iba pri vysokých frekvenciách.

Je užitočné zapamätať si niektoré hodnoty decibelov, s ktorými sa v praxi často stretávame, a pomery výkonov a napätí (prúdov), ktoré ich charakterizujú, uvedené v tabuľke. 1.

Stôl 1.Časté decibelové hodnoty výkonu a napätia

Pomocou tejto tabuľky a vlastností logaritmov je ľahké vypočítať, čomu zodpovedajú ľubovoľné hodnoty logaritmov. Napríklad výkon 36 dB môže byť vyjadrený ako 30 + 3 + 3, čo zodpovedá 1 000 * 2 * 2 = 4 000. Rovnaký výsledok dostaneme, keď 36 predstavíme ako 10 + 10 + 10 + 3 + 3 → 10 * 10 * 10 * 2 * 2 = 4 000.

POROVNANIE DECIBELOV S PERCENTAMI

Už skôr bolo poznamenané, že pojem decibelov má určité podobnosti s percentami. V skutočnosti, keďže percento je pomer čísla k druhému, bežne braný ako sto percent, pomer týchto čísel môže byť vyjadrený aj v decibeloch za predpokladu, že obe čísla charakterizujú výkon, napätie alebo prúd. Pre pomer výkonu:

Pre pomer napätí alebo prúdov:

Môžete tiež odvodiť vzorce na prevod decibelov na percentá pomeru:

Tabuľka 2 je preklad niektorých najbežnejších hodnôt decibelov v percentách pomerov. Rôzne stredné hodnoty možno nájsť na nomograme na obr. 1.

Ryža. 1. Prevod decibelov na percentá pomerov podľa nomogramu

Tabuľka 2 Prevod decibelov na percentá

Pozrime sa na dva praktické príklady na ilustráciu prevodu percent na decibely.

Príklad 1 Aká je harmonická úroveň v decibeloch vo vzťahu k úrovni signálu základnej frekvencie zodpovedá THD 3%?

Použijeme obr. 1. Cez priesečník zvislej čiary 3% s grafom „napätia“ nakreslite vodorovnú čiaru, kým nepretne vertikálnu os a nedostaneme odpoveď: –31 dB.

Príklad 2 Akému percentu útlmu napätia zodpovedá zmena –6 dB?

Odpoveď. 50% pôvodnej hodnoty.

V praktických výpočtoch sa zlomková časť číselnej hodnoty decibelov často zaokrúhľuje na celé číslo, avšak do výsledkov výpočtu sa vnáša ďalšia chyba.

DECIBELY V RÁDIOVEJ ELEKTRONIKE

Uvažujme o niekoľkých príkladoch, ktoré vysvetľujú techniku ​​používania decibelov v elektronike.

Útlm v kábli

Energetické straty vo vedení a kábloch na jednotku dĺžky sú charakterizované koeficientom útlmu α, ktorý sa pri rovnakých vstupných a výstupných odporoch vedenia určuje v decibeloch:

kde U 1 - napätie v ľubovoľnom úseku vedenia; U 2 - napätie v inom úseku, vzdialené od prvého o jednotku dĺžky: 1 m, 1 km atď. Napríklad vysokofrekvenčný kábel typu RK-75-4-14 na frekvencii 100 MHz má napr. koeficient útlmu α = –0,13 dB / m, krútená dvojlinka kategórie 5 pri rovnakej frekvencii má útlm rádovo –0,2 dB / m, a pre kábel kategórie 6 je to o niečo menej. Graf útlmu signálu v netienenej krútenej dvojlinke je znázornený na obr. 2.

Ryža. 2. Graf útlmu signálu v netienenej krútenej dvojlinke

Optické káble majú výrazne nižšie hodnoty útlmu v rozsahu od 0,2 do 3 dB pre dĺžku kábla 1000 m. Všetky optické vlákna majú komplexnú závislosť útlmu od vlnovej dĺžky, ktorá má tri „okná priehľadnosti“ 850 nm, 1300 nm a 1550 nm... "Okno priehľadnosti" znamená najmenšiu stratu pri maximálnej vzdialenosti prenosu signálu. Graf útlmu signálu v kábloch z optických vlákien je znázornený na obr. 3.

Ryža. 3. Graf útlmu signálu v optických kábloch

Príklad 3 Zistite, aké bude napätie na výstupe kusu kábla dĺžky RK-75-4-14 l = 50 m, ak sa na jeho vstup privedie napätie 8 V pri frekvencii 100 MHz. Záťažový odpor a charakteristická impedancia kábla sú rovnaké, alebo, ako sa hovorí, sú navzájom prispôsobené.

Je zrejmé, že útlm zavedený kusom kábla je K = –0,13 dB / m * 50 m = –6,5 dB. Táto hodnota decibelov zhruba zodpovedá pomeru napätia 0,47. To znamená, že napätie na výstupnom konci kábla U 2 = 8V * 0,47 = 3,76V.

Tento príklad ilustruje veľmi dôležitý bod: straty vo vedení alebo kábli rastú extrémne rýchlo s rastúcou dĺžkou. Na 1 km úseku kábla bude útlm už –130 dB, to znamená, že signál bude zoslabený viac ako tristotisíckrát!

Útlm do značnej miery závisí od frekvencie signálov - vo frekvenčnom rozsahu zvuku bude oveľa menší ako v rozsahu videa, ale logaritmický zákon útlmu bude rovnaký a pri dlhej dĺžke vedenia bude útlm významný. .

Zosilňovače zvuku

Aby sa zlepšili ukazovatele ich kvality, negatívna spätná väzba sa zvyčajne zavádza do audio zosilňovačov. Ak je napäťový zisk zariadenia v otvorenej slučke TO a so spätnou väzbou Do OS potom sa zavolá číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát sa zisk zmení pôsobením spätnej väzby hĺbka spätnej väzby ... Zvyčajne sa vyjadruje v decibeloch. V pracovnom zosilňovači sú koeficienty TO a TO OS stanovené experimentálne, pokiaľ nie je zosilňovač budený s otvorenou spätnoväzbovou slučkou. Pri navrhovaní zosilňovača najskôr vypočítajte TO a potom určiť hodnotu Do OS nasledujúcim spôsobom:

kde β je koeficient prenosu spätnoväzbového obvodu, teda pomer napätia na výstupe spätnoväzbového obvodu k napätiu na jeho vstupe.

Hĺbku spätnej väzby v decibeloch možno vypočítať pomocou vzorca:

Stereo zariadenia musia spĺňať dodatočné požiadavky v porovnaní s monofónnymi zariadeniami. Efekt priestorového zvuku je zabezpečený len pri dobrom oddelení kanálov, teda bez prenikania signálov z jedného kanála do druhého. V praxi túto požiadavku nie je možné úplne splniť a k vzájomnému úniku signálov dochádza najmä cez uzly spoločné pre oba kanály. Kvalita kanálovej separácie sa vyznačuje tzv tlmenie presluchov a PZ Meradlom presluchu v decibeloch je pomer výstupných výkonov oboch kanálov, keď je vstupný signál privedený iba na jeden kanál:

kde R D - maximálny výstupný výkon pracovného kanála; R SV je výstupný výkon voľného kanála.

Dobré oddelenie kanálov zodpovedá presluchu 60-70 dB, vynikajúce –90-100 dB.

Hluk a pozadie

Na výstupe akéhokoľvek prijímacieho-zosilňovacieho zariadenia, dokonca aj pri absencii užitočného vstupného signálu, môže byť detekované striedavé napätie, ktoré je spôsobené vlastným šumom zariadenia. Dôvody, ktoré spôsobujú vlastný šum, môžu byť jednak vonkajšie – v dôsledku rušenia, zlého filtrovania napájacieho napätia, ako aj vnútorné, v dôsledku vlastného šumu rádiových komponentov. Šum a rušenie vznikajúce vo vstupných obvodoch a v prvom zosilňovacom stupni sú najviac ovplyvnené, pretože sú zosilnené všetkými nasledujúcimi stupňami. Vlastný šum zhoršuje skutočnú citlivosť prijímača alebo zosilňovača.

Hluk sa kvantifikuje niekoľkými spôsobmi.

Najjednoduchšie je, že všetky šumy, bez ohľadu na príčinu a miesto ich výskytu, sa prepočítajú na vstup, t.j. napätie šumu na výstupe (pri absencii vstupného signálu) sa vydelí ziskom:

Toto napätie, vyjadrené v mikrovoltoch, je mierou vlastného šumu. Pre hodnotenie zariadenia z hľadiska rušenia však nie je dôležitá absolútna hodnota šumu, ale pomer medzi užitočným signálom a týmto šumom (pomer signálu k šumu), keďže užitočný signál musia byť spoľahlivo rozlíšené na pozadí rušenia. Pomer signálu k šumu sa zvyčajne vyjadruje v decibeloch:

kde R s - špecifikovaný alebo nominálny výstupný výkon užitočného signálu spolu so šumom; R NS - výstupný výkon šumu, keď je zdroj užitočného signálu vypnutý; U c - signálové a šumové napätie cez zaťažovací odpor; U NS - šumové napätie na rovnakom rezistore. Ukazuje sa teda tzv. "Nevážený" pomer signálu k šumu.

Často je pomer signálu k šumu daný v parametroch audio zariadenia, meraný váhovým filtrom ("vážený"). Filter umožňuje zohľadniť rôznu citlivosť sluchu človeka na hluk pri rôznych frekvenciách. Najčastejšie sa používa filter typu A, v tomto prípade označenie zvyčajne označuje mernú jednotku "dBA" ("dBA"). Použitie filtra zvyčajne dáva lepšie kvantitatívne výsledky ako pri neváženom šume (zvyčajne je pomer signálu k šumu o 6-9 dB vyšší), preto (z marketingových dôvodov) výrobcovia zariadení často uvádzajú presne „váženú“ hodnotu. Ďalšie informácie o filtroch na váženie nájdete v časti Hlukomery nižšie.

Je zrejmé, že pre úspešnú prevádzku zariadenia musí byť pomer signálu k šumu vyšší ako nejaká minimálna prijateľná hodnota, ktorá závisí od účelu a požiadaviek na zariadenie. Pre Hi-Fi zariadenia by tento parameter mal byť aspoň 75 dB, pre Hi-End zariadenia - aspoň 90 dB.

Niekedy v praxi používajú inverzný pomer, charakterizujúci úroveň šumu vo vzťahu k užitočnému signálu. Hladina hluku sa vyjadruje v rovnakých decibeloch ako pomer signálu k šumu, ale so záporným znamienkom.

V popisoch prijímacích a zosilňovacích zariadení sa niekedy objavuje pojem úroveň pozadia, ktorý v decibeloch charakterizuje pomer zložiek napätia pozadia k napätiu zodpovedajúcemu danému menovitému výkonu. Zložky pozadia sú násobky sieťovej frekvencie (50, 100, 150 a 200 Hz) a počas merania sú izolované od celkového rušivého napätia pomocou pásmových filtrov.

Pomer signálu k šumu však neumožňuje posúdiť, ktorá časť šumu je priamo spôsobená prvkami obvodu a ktorá je vnesená v dôsledku nedokonalostí v dizajne (snímač, pozadie). Na posúdenie hlukových vlastností rádiových komponentov sa zavádza koncept faktor hluku ... Hlučnosť je hodnotená z hľadiska výkonu a je tiež vyjadrená v decibeloch. Tento parameter možno charakterizovať nasledovne. Ak je na vstupe zariadenia (prijímač, zosilňovač) užitočný signál s výkonom R s a sila hluku R NS , potom bude pomer signálu k šumu na vstupe (R s /R NS ) v Po posilnení postoja (R s /R NS ) von bude menej, pretože zosilnený vlastný šum zosilňovacích stupňov sa tiež pridá k vstupnému šumu.

Šumové číslo je pomer vyjadrený v decibeloch:

kde TO R je faktor zosilnenia výkonu.

Šumové číslo preto predstavuje pomer výkonu výstupného šumu k výkonu zosilneného vstupného šumu.

Význam Rsh.in určené výpočtom; Psh.out merané a TO R zvyčajne. známe z výpočtu alebo po meraní. Ideálny zosilňovač z hľadiska šumu by mal len zosilňovať užitočné signály a nemal by vnášať ďalší šum. Ako vyplýva z rovnice, pre takýto zosilňovač je šumové číslo F NS = 0 dB .

Pre tranzistory a integrované obvody určené na prevádzku v prvých fázach zosilňovacích zariadení je šumové číslo regulované a uvedené v referenčných knihách.

Napätie vlastného šumu určuje aj ďalší dôležitý parameter mnohých zosilňovacích zariadení - dynamický rozsah.

Dynamický rozsah a úpravy

Dynamický rozsah je pomer maximálneho neskresleného výstupného výkonu k jeho minimálnej hodnote vyjadrený v decibeloch, pri ktorom je ešte zabezpečený prípustný pomer signálu k šumu:

Čím nižšia je hranica šumu a čím vyšší je neskreslený výstupný výkon, tým širší je dynamický rozsah.

Dynamický rozsah zdrojov zvuku - orchester, hlas, sa určuje podobným spôsobom, len tu je minimálny zvukový výkon určený hlukom pozadia. Aby zariadenie prenášalo minimálne aj maximálne amplitúdy vstupného signálu bez skreslenia, jeho dynamický rozsah nesmie byť menší ako dynamický rozsah signálu. V prípadoch, keď dynamický rozsah vstupného signálu presahuje dynamický rozsah zariadenia, dochádza k jeho umelej kompresii. Robí sa to napríklad pri nahrávaní.

Účinnosť manuálneho ovládania hlasitosti sa kontroluje v dvoch krajných polohách ovládača. Po prvé, s regulátorom v polohe maximálnej hlasitosti sa na vstup zosilňovača audio frekvencie privedie napätie 1 kHz, takže na výstupe zosilňovača sa vytvorí napätie zodpovedajúce určitému špecifikovanému výkonu. Potom sa gombík ovládania hlasitosti otočí na minimálnu hlasitosť a napätie na vstupe zosilňovača sa zvýši, kým sa výstupné napätie opäť nerovná pôvodnému. Pomer vstupného napätia s gombíkom v polohe minimálnej hlasitosti k vstupnému napätiu pri maximálnej hlasitosti, vyjadrený v decibeloch, udáva, ako funguje ovládanie hlasitosti.

Uvedené príklady zďaleka nie sú vyčerpané praktické prípady aplikácie decibelov pri odhade parametrov rádioelektronických zariadení. Po znalosti všeobecných pravidiel pre aplikáciu týchto jednotiek je možné pochopiť, ako sa používajú v iných podmienkach, ktoré tu nie sú zohľadnené. Tvárou v tvár neznámemu pojmu, ktorý je definovaný v decibeloch, si treba jasne predstaviť pomer, ktorým dvom množstvám zodpovedá. V niektorých prípadoch je to zrejmé zo samotnej definície, v iných prípadoch je vzťah medzi komponentmi komplikovanejší, a ak nie je jasné, treba sa odvolať na popis postupu merania, aby sa predišlo vážnym chybám.

Pri prevádzke s decibelmi by ste mali vždy venovať pozornosť pomeru, ktorým jednotkám - výkon alebo napätie - zodpovedá každý konkrétny prípad, t. j. aký koeficient - 10 alebo 20 - by mal byť pred znamienkom logaritmu.

LOGARITMICKÁ STUPNICA

Logaritmický systém vrátane decibelov sa často používa pri konštrukcii amplitúdovo-frekvenčných charakteristík (AFC) - kriviek znázorňujúcich závislosť koeficientu prenosu rôznych zariadení (zosilňovačov, deličov, filtrov) od frekvencie vonkajších vplyvov. Na zostrojenie frekvenčnej odozvy sa výpočtom alebo experimentom určí počet bodov charakterizujúcich výstupné napätie alebo výkon pri konštantnom vstupnom napätí pri rôznych frekvenciách. Hladká krivka spájajúca tieto body charakterizuje frekvenčné vlastnosti zariadenia alebo systému.

Ak sú číselné hodnoty vykreslené pozdĺž frekvenčnej osi v lineárnej mierke, tj v pomere k ich skutočným hodnotám, potom bude takáto frekvenčná odozva nepohodlná na použitie a nebude vizuálna: v oblasti nižších frekvencií je komprimovaná a v oblasti vyšších frekvencií je natiahnutá.

Frekvenčné charakteristiky sa zvyčajne vykresľujú na takzvanej logaritmickej stupnici. Na frekvenčnej osi, v mierke vhodnej pre prácu, sú vynesené hodnoty, ktoré nie sú úmerné samotnej frekvencii f a logaritmus lgf / f o , kde f O - frekvencia zodpovedajúca pôvodu. Hodnoty sú označené oproti osovým značkám f ... Na vytvorenie logaritmickej frekvenčnej odozvy sa používa špeciálny logaritmický milimetrový papier.

Pri vykonávaní teoretických výpočtov zvyčajne používajú viac ako len frekvenciu f a hodnotu ω = 2πf ktorá sa nazýva kruhová frekvencia.

Frekvencia f O , zodpovedajúci pôvodu, môže byť ľubovoľne malý, ale nemôže sa rovnať nule.

Na zvislej osi je vynesený pomer koeficientov prenosu pri rôznych frekvenciách k ich maximálnej alebo priemernej hodnote v decibeloch alebo v relatívnych číslach.

Logaritmická stupnica umožňuje zobrazenie širokého rozsahu frekvencií na malej časti osi. Na takejto osi zodpovedajú rovnaké pomery dvoch frekvencií úsekom rovnakej dĺžky. Interval charakterizujúci desaťnásobné zvýšenie frekvencie sa nazýva tzv desaťročie ; dvojnásobný pomer frekvencií zodpovedá oktáva (tento termín je prevzatý z hudobnej teórie).

Frekvenčný rozsah s medznými frekvenciami f H a f V zaberá pás za desaťročia f B / f H = 10 m , kde m - počet desaťročí a v oktávach 2 n , kde n - počet oktáv.

Ak je šírka pásma jednej oktávy príliš široká, potom možno použiť intervaly s nižším pomerom frekvencií pol oktávy alebo tretina oktávy.

Priemerná frekvencia oktávy (poloktávy) sa nerovná aritmetickému priemeru nižších a vyšších frekvencií oktávy, ale rovná sa 0,707 f V .

Frekvencie zistené týmto spôsobom sa nazývajú rms.

Pre dve susedné oktávy tvoria oktávy aj stredné frekvencie. Pomocou tejto vlastnosti možno jeden a ten istý logaritmický frekvenčný rad považovať buď za oktávové hranice, alebo za ich priemerné frekvencie, ak je to potrebné.

Na logaritmických formách stredová frekvencia rozdeľuje oktávový rad.

Na frekvenčnej osi v logaritmickej stupnici sú pre každú tretinu oktávy rovnaké segmenty osi, každá jedna tretina oktávy dlhá.

Pri testovaní elektroakustických zariadení a vykonávaní akustických meraní sa odporúča použiť množstvo preferovaných frekvencií. Frekvencie tohto radu sú členmi geometrickej progresie s menovateľom 1,122. Pre pohodlie boli niektoré frekvencie zaokrúhlené na ± 1 %.

Interval medzi odporúčanými frekvenciami je jedna šestina oktávy. Nebolo to náhodou: séria obsahuje dostatočne veľkú sadu frekvencií pre rôzne typy meraní a zachytáva sériu frekvencií v intervaloch 1/3, 1/2 a celú oktáva.

A ešte jedna dôležitá vlastnosť množstva preferovaných frekvencií. V niektorých prípadoch sa ako hlavný frekvenčný interval používa nie oktáva, ale dekáda. Takže preferovaný rozsah frekvencií možno považovať rovnako za binárny (oktáva) a desiatkový (dekáda).

Menovateľ progresie, na základe ktorej sa vytvára preferovaný frekvenčný rozsah, sa číselne rovná 1 dB napätia alebo 1/2 dB výkonu.

ZOBRAZENIE VYMENOVANÝCH ČÍSEL V DECIBELOCH

Doteraz sme predpokladali, že dividenda aj deliteľ pod znamienkom logaritmu majú ľubovoľnú hodnotu a na vykonanie prevodu decibelov je dôležité poznať iba ich pomer bez ohľadu na absolútne hodnoty.

V decibeloch môžete tiež vyjadriť konkrétne hodnoty výkonov, ako aj napätí a prúdov. Keď je uvedená hodnota jedného z členov pod logaritmickým znamienkom v predtým uvažovaných vzorcoch, druhý člen pomeru a počet decibelov sa navzájom jednoznačne určia. Ak teda nastavíte akýkoľvek referenčný výkon (napätie, prúd) ako podmienenú porovnávaciu úroveň, potom iný výkon (napätie, prúd) v porovnaní s ním bude zodpovedať presne definovanému počtu decibelov. V tomto prípade výkon rovnajúci sa výkonu podmienenej porovnávacej úrovne zodpovedá nule decibelov, keďže pri N P = 0 R 2 = P 1 preto sa táto úroveň zvyčajne označuje ako nula. Je zrejmé, že pri rôznych nulových úrovniach bude rovnaký špecifický výkon (napätie, prúd) vyjadrený v rôznych decibeloch.

kde R je sila, ktorá sa má previesť na decibely, a R 0 - nulová úroveň výkonu. Veľkosť R 0 sa vkladá do menovateľa, pričom sila je vyjadrená v kladných decibeloch P> P 0 .

Podmienená úroveň výkonu, s ktorou sa porovnáva, môže byť v zásade čokoľvek, ale nie každý by bol vhodný na praktické použitie. Najčastejšie sa ako nulová úroveň zvolí výkon 1 mW, rozptýlený cez odpor 600 ohmov. Voľba týchto parametrov sa vyskytla historicky: spočiatku sa v technológii telefonickej komunikácie objavil decibel ako jednotka merania. Charakteristická impedancia nadzemných dvojvodičových medených vedení sa blíži k 600 ohmom a výkon 1 mW je vyvinutý bez zosilnenia kvalitným uhlíkovým telefónnym mikrofónom na prispôsobenej záťažovej impedancii.

Pre prípad, keď R 0 = 1 mW = 10 –3 Ž: P R = 10 ug P + 30

Skutočnosť, že decibely prezentovaného parametra sú uvádzané vo vzťahu k určitej úrovni, je zdôraznená pojmom "úroveň": hladina hluku, hladina výkonu, hladina hlasitosti

Pomocou tohto vzorca je ľahké zistiť, že vzhľadom na nulovú úroveň 1 mW je výkon 1 W definovaný ako 30 dB, 1 kW ako 60 dB a 1 MW je 90 dB, teda takmer všetky výkony, ktoré musíte splniť spadnutie do prvých sto decibelov. Výkony menšie ako 1 mW budú vyjadrené v záporných decibeloch.

Decibely, špecifikované s ohľadom na úroveň 1 mW, sa nazývajú decibel-miliwatty a znamenajú dBm alebo dBm. Najbežnejšie hodnoty pre nulové úrovne sú zhrnuté v tabuľke 3.

Podobne môžete prezentovať vzorce na vyjadrenie napätí a prúdov v decibeloch:

kde U a ja - napätie alebo prúd, ktorý sa má previesť, a U 0 a ja 0 - nulové úrovne týchto parametrov.

Skutočnosť, že decibely prezentovaného parametra sú uvádzané vo vzťahu k určitej úrovni, je zdôraznená pojmom "úroveň": hladina hluku, úroveň výkonu, úroveň hlasitosti.

Citlivosť mikrofónu t.j. pomer elektrického výstupu k akustickému tlaku pôsobiacemu na membránu, sa často vyjadruje v decibeloch porovnaním výkonu dodávaného mikrofónom pri jeho nominálnej záťažovej impedancii so štandardnou nulovou úrovňou výkonu. P 0 = 1 mW ... Tento parameter mikrofónu sa nazýva štandardná citlivosť mikrofónu ... Za typické skúšobné podmienky sa považuje akustický tlak 1 Pa s frekvenciou 1 kHz, záťažový odpor pre dynamický mikrofón - 250 Ohm.

Tabuľka 3 Nulové úrovne na meranie pomenovaných čísel

Označenie		Popis
int.	ruský
dBc	dBc	referenciou je úroveň nosnej alebo základnej harmonickej v spektre; napríklad „skreslenie je –60 dBc“.
dBu	dBu	referenčné napätie 0,775 V, čo zodpovedá výkonu 1 mW pri zaťažení 600 ohmov; napríklad štandardná úroveň signálu pre profesionálne audio zariadenia je +4 dBu, teda 1,23 V.
dBV	dBV	referenčné napätie 1 V pri menovitom zaťažení (pre domáce spotrebiče zvyčajne 47 kOhm); napríklad štandardná úroveň signálu pre spotrebiteľské audio zariadenia je –10 dBV, t.j. 0,316 V
dBμV	dBμV	referenčné napätie 1mkV; napríklad „citlivosť prijímača je –10dBμV“.
dBm	dBm	referenčný výkon 1 mW, čo zodpovedá výkonu 1 miliwatt pri menovitej záťaži (v telefónii 600 Ohm, pre profesionálne zariadenia zvyčajne 10 kOhm pre frekvencie menšie ako 10 MHz, 50 Ohm pre vysokofrekvenčné signály, 75 Ohm pre televízne signály) ; napríklad "citlivosť mobilného telefónu je -110 dBm"
dBm0	dBm0	referenčný výkon v dBm v referenčnom bode. dBm - Referenčné napätie zodpovedá tepelnému šumu ideálneho 50 ohmového odporu pri izbovej teplote v šírke pásma 1 Hz. Napríklad „hladina hluku zosilňovača je 6 dBm0“
dBFS		(anglicky Full Scale - "full scale") referenčné napätie zodpovedá plnej stupnici zariadenia; napríklad „úroveň záznamu je –6 dBfs“
dBSPL		(anglicky Sound Pressure Level - "hladina akustického tlaku") - referenčný akustický tlak 20 μPa, zodpovedajúci prahu počuteľnosti; napríklad "hlasitosť 100 dBSPL". dBPa - referenčný akustický tlak 1 Pa alebo 94 dB zvuková stupnica dBSPL; napríklad „pre hlasitosť 6 dBPa bol mixér nastavený na +4 dBu a ovládanie nahrávania bolo –3 dBFS, skreslenie bolo –70 dBc“.
dBA, dBB, dBC, dBD		referenčné úrovne sa vyberajú v súlade s frekvenčnými charakteristikami štandardných „závažných filtrov“ typu A, B, C alebo D, v tomto poradí (filtre odrážajú krivky rovnakej hlasitosti pre rôzne podmienky, pozri nižšie v časti „Hlasomery“)

Výkon dodávaný dynamickým mikrofónom je prirodzene extrémne nízky, oveľa menej ako 1 mW, a úroveň citlivosti mikrofónu je preto vyjadrená v záporných decibeloch. Keď poznáte štandardnú úroveň citlivosti mikrofónu (je uvedená v pasových údajoch), môžete vypočítať jeho citlivosť v napäťových jednotkách.

V posledných rokoch sa na charakterizáciu elektrických parametrov rádiových zariadení začali používať aj iné veličiny ako nulové úrovne, najmä 1 pW, 1 μV, 1 μV / m (posledné sa používa na hodnotenie intenzity poľa).

Niekedy je potrebné prepočítať známu úroveň výkonu P R alebo napätie P U vzhľadom na jednu nulovú úroveň R 01 (alebo U 01 ) ďalší R 02 (alebo U 02 ). To možno vykonať pomocou nasledujúceho vzorca:

Schopnosť reprezentovať abstraktné aj pomenované čísla v decibeloch vedie k tomu, že to isté zariadenie môže byť charakterizované rôznymi číslami decibelov. Túto dualitu decibelov treba mať na pamäti. Jasné pochopenie podstaty určovaného parametra môže slúžiť ako ochrana pred chybami.

Aby sa predišlo nejasnostiam, odporúča sa explicitne uviesť referenčnú úroveň, napr. –20 dB (vzhľadom na 0,775 V).

Pri prevode úrovní výkonu na úrovne napätia a naopak je nevyhnutné vziať do úvahy odpor, ktorý je pre túto úlohu štandardný. Najmä dBV pre 75 ohmový TV okruh je (dBm – 11 dB); dBμV pre 75 ohmový TV okruh zodpovedá (dBm + 109dB).

Decibely v akustike

Doteraz, keď hovoríme o decibeloch, fungovali sme v elektrických pojmoch - výkon, napätie, prúd, odpor. Medzitým sa logaritmické jednotky široko používajú v akustike, kde sú najčastejšie používanou jednotkou pri kvantitatívnom hodnotení zvukových veličín.

Akustický tlak R predstavuje pretlak v médiu vo vzťahu ku konštantnému tlaku, ktorý tam existuje pred objavením sa zvukových vĺn (merná jednotka - pascal (Pa)).

Príkladom prijímača akustického tlaku (alebo gradientu akustického tlaku) je väčšina typov moderných mikrofónov, ktoré premieňajú tento tlak na proporcionálne elektrické signály.

Intenzita zvuku súvisí s akustickým tlakom a rýchlosťou vibrácií častíc vzduchu jednoduchým vzťahom:

J = pv

Ak sa zvuková vlna šíri vo voľnom priestore, kde nedochádza k odrazu zvuku, tak

v = p / (ρc)

tu ρ je hustota média, kg / m3; s - rýchlosť zvuku v médiu, m/s. Produkt ρ c charakterizuje prostredie, v ktorom dochádza k šíreniu zvukovej energie, a je tzv špecifický akustický odpor ... Pre vzduch pri normálnom atmosférickom tlaku a teplote 20 ° С ρ c = 420 kg / m2 * s; pre vodu ρ c = 1,5 * 106 kg / m2 * s.

Môžete napísať, že:

J = p 2 / (ρс)

všetko, čo bolo povedané o premene elektrických veličín na decibely, platí rovnako pre akustické javy

Ak porovnáte tieto vzorce s predtým odvodenými vzorcami pre mohutnosť. prúd, napätie a odpor, možno ľahko nájsť analógiu medzi jednotlivými pojmami, ktoré charakterizujú elektrické a akustické javy, a rovnicami popisujúcimi kvantitatívne vzťahy medzi nimi.

Tabuľka 4 Vzťah medzi elektrickým a akustickým výkonom

Analógom elektrickej energie je akustický výkon a intenzita zvuku; analógom napätia je akustický tlak; elektrický prúd zodpovedá rýchlosti vibrácií a elektrický odpor - špecifickému akustickému odporu. Analogicky s Ohmovým zákonom pre elektrický obvod môžeme hovoriť o akustickom Ohmovom zákone. V dôsledku toho všetko, čo bolo povedané o prevode elektrických veličín na decibely, platí rovnako pre akustické javy.

Použitie decibelov v akustike je veľmi pohodlné. Intenzita zvukov, s ktorými sa musíme v moderných podmienkach vyrovnať, sa môže líšiť v stovkách miliónov krát. Takýto obrovský rozsah zmien akustických veličín vytvára veľké nepohodlie pri porovnávaní ich absolútnych hodnôt a pri použití logaritmických jednotiek tento problém odpadá. Okrem toho sa zistilo, že hlasitosť zvuku pri hodnotení sluchom sa zvyšuje približne úmerne k logaritmu intenzity zvuku. Úrovne týchto veličín, vyjadrené v decibeloch, teda pomerne presne zodpovedajú hlasitosti vnímanej uchom. Väčšina ľudí s normálnym sluchom pociťuje zmenu hlasitosti zvuku s frekvenciou 1 kHz, keď sa intenzita zvuku zmení asi o 26 %, teda o 1 dB.

V akustike, analogicky s elektrotechnikou, je definícia decibelov založená na pomere dvoch výkonov:

kde J 2 a J 1 - akustické sily dvoch ľubovoľných zdrojov zvuku.

Podobne je pomer dvoch intenzít zvuku vyjadrený v decibeloch:

Posledná rovnica platí len vtedy, ak sú akustické impedancie rovnaké, inými slovami, stálosť fyzikálnych parametrov prostredia, v ktorom sa zvukové vlny šíria.

Decibely určené vyššie uvedenými vzorcami nesúvisia s absolútnymi hodnotami akustických hodnôt a používajú sa na hodnotenie útlmu zvuku, napríklad účinnosti zvukovej izolácie a systémov na potláčanie a potláčanie hluku. Nerovnomernosť frekvenčných charakteristík sa vyjadruje podobným spôsobom, to znamená rozdiel medzi maximálnymi a minimálnymi hodnotami v danom frekvenčnom rozsahu rôznych vysielačov a prijímačov zvuku: mikrofóny, reproduktory atď. hodnotu pri frekvencii 1 kHz.

V praxi akustických meraní sa však spravidla treba zaoberať zvukmi, ktorých hodnoty musia byť vyjadrené v konkrétnych číslach. Zariadenia na vykonávanie akustických meraní sú zložitejšie ako zariadenia na elektrické merania a z hľadiska presnosti sú oproti nim výrazne nižšie. Aby sa zjednodušila technika merania a znížila sa chyba v akustike, uprednostňujú sa merania vzhľadom na referenčné, kalibrované úrovne, ktorých hodnoty sú známe. Za rovnakým účelom, na meranie a štúdium akustických signálov, sa premieňajú na elektrické.

Absolútne hodnoty výkonov, intenzít zvukov a akustických tlakov môžu byť vyjadrené aj v decibeloch, ak vo vyššie uvedených vzorcoch zadáte hodnoty jedného z výrazov pod znamienkom logaritmu. Medzinárodnou dohodou sa za referenčnú hladinu intenzity zvuku (nulová hladina) považuje J 0 = 10 –12 W/m 2 ... Táto zanedbateľná intenzita, pod vplyvom ktorej je amplitúda vibrácií bubienka menšia ako veľkosť atómu, sa konvenčne považuje za prah sluchu ucha vo frekvenčnom rozsahu najvyššej citlivosti sluchu. Je jasné, že všetky počuteľné zvuky sú vyjadrené s ohľadom na túto úroveň iba v kladných decibeloch. Skutočný prah sluchu u ľudí s normálnym sluchom je o niečo vyšší a rovná sa 5-10 dB.

Na vyjadrenie intenzity zvuku v decibeloch vzhľadom na danú úroveň použite vzorec:

Hodnota intenzity vypočítaná týmto vzorcom sa zvyčajne nazýva úroveň intenzity zvuku .

Hladinu akustického tlaku možno vyjadriť podobným spôsobom:

Aby boli hladiny intenzity zvuku a akustického tlaku v decibeloch číselne vyjadrené v jednej veličine, treba hodnotu brať ako nulovú hladinu akustického tlaku (prah akustického tlaku):

Príklad. Určme, akú úroveň intenzity v decibeloch vytvára orchester so zvukovým výkonom 10 W vo vzdialenosti r = 15 m.

Intenzita zvuku vo vzdialenosti r = 15 m od zdroja bude:

Úroveň intenzity v decibeloch:

Rovnaký výsledok získate, ak neprevediete úroveň intenzity na decibely, ale úroveň akustického tlaku.

Keďže hladina intenzity zvuku a hladina akustického tlaku sa v mieste príjmu zvuku vyjadrujú v rovnakom počte decibelov, v praxi sa často používa pojem „hladina v decibeloch“ bez špecifikácie, na ktorý parameter sa tieto decibely vzťahujú.

Po určení úrovne intenzity v decibeloch v akomkoľvek bode priestoru na diaľku r 1 zo zdroja zvuku (výpočtom alebo experimentom), je ľahké vypočítať úroveň intenzity na diaľku r 2 :

Ak je zvukový prijímač súčasne ovplyvňovaný dvoma alebo viacerými zdrojmi zvuku a je známa intenzita zvuku v decibeloch produkovaná každým z nich, potom na určenie výslednej hodnoty decibelov by sa mala previesť na absolútne hodnoty intenzity (W / m2), pridali ich a táto suma sa opäť prepočítala na decibely. V tomto prípade nie je možné pridať decibely naraz, pretože by to zodpovedalo súčinu absolútnych hodnôt intenzít.

Ak existuje n niekoľko rovnakých zdrojov zvuku s úrovňou každého z nich L J , ich celková úroveň bude:

Ak úroveň intenzity jedného zdroja zvuku prevyšuje úrovne ostatných o 8-10 dB alebo viac, možno brať do úvahy iba tento jeden zdroj a vplyv zvyšku možno zanedbať.

Okrem uvažovaných akustických hladín niekedy môžete nájsť aj koncept hladiny akustického výkonu zdroja zvuku, určený podľa vzorca:

kde R - akustický výkon charakterizovaného ľubovoľného zdroja zvuku, W; R 0 - počiatočný (prahový) akustický výkon, ktorého hodnota sa zvyčajne rovná P 0 = 10 – 12 W.

ÚROVNE HLASITOSTI

Citlivosť ucha na zvuky rôznych frekvencií je rôzna. Táto závislosť je dosť zložitá. Pri nízkej úrovni intenzity zvuku (do cca 70 dB) je maximálna citlivosť 2-5 kHz a s rastúcou a klesajúcou frekvenciou klesá. Preto sa zvuky rovnakej intenzity, ale rôznych frekvencií, budú zdať uchu rozdielne v hlasitosti. S nárastom akustického výkonu sa frekvenčná odozva ucha splošťuje a pri vysokej intenzite (80 dB a viac) reaguje ucho približne rovnako na zvuky rôznych frekvencií zvukového rozsahu. Z toho vyplýva, že intenzita zvuku, ktorá sa meria špeciálnymi širokopásmovými prístrojmi, a hlasitosť, ktorá sa zaznamenáva uchom, nie sú rovnocenné pojmy.

Úroveň hlasitosti zvuku akejkoľvek frekvencie je charakterizovaná hodnotou úrovne, ktorá sa z hľadiska hlasitosti rovná zvuku s frekvenciou 1 kHz.

Úroveň hlasitosti zvuku ľubovoľnej frekvencie je charakterizovaná hodnotou úrovne hlasitosti, ktorá sa rovná zvuku s frekvenciou 1 kHz. Úrovne hlasitosti sú charakterizované takzvanými krivkami rovnakej hlasitosti, z ktorých každá ukazuje, akú úroveň intenzity pri rôznych frekvenciách musí zdroj zvuku vyvinúť, aby vyvolal dojem rovnakej hlasitosti s tónom 1 kHz danej intenzity (obr. 4).

Ryža. 4. Krivky rovnakej hlasitosti

Krivky rovnakej hlasitosti predstavujú v podstate skupinu frekvenčných odoziev uší na decibelovej stupnici pre rôzne úrovne intenzity. Ich rozdiel od bežnej frekvenčnej odozvy je len v spôsobe konštrukcie: „zablokovanie“ charakteristiky, teda pokles koeficientu prenosu, sa tu prejavuje zvýšením, nie poklesom v príslušnom úseku krivky. .

Jednotka charakterizujúca úroveň hlasitosti, aby sa predišlo zámene s decibelmi intenzity a akustického tlaku, dostala špeciálny názov - pozadie .

Hladina hlasitosti v pozadí sa číselne rovná hladine akustického tlaku v decibeloch čistého tónu s frekvenciou 1 kHz, čo sa hlasitosti rovná.

Inými slovami, jeden bzukot je 1 dB SPL tónu 1 kHz, korigovaný na frekvenčnú odozvu ucha. Medzi týmito dvoma jednotkami neexistuje stály vzťah: mení sa v závislosti od hlasitosti signálu a jeho frekvencie. Len pre prúdy s frekvenciou 1 kHz sa číselné hodnoty úrovne hlasitosti v pozadí a úrovne intenzity v decibeloch zhodujú.

S odkazom na Obr. 4 a na sledovanie priebehu jednej z kriviek, napríklad pre úroveň pozadia 60, je ľahké určiť, že na zabezpečenie rovnakej hlasitosti s tónom 1 kHz pri frekvencii 63 Hz je potrebná intenzita zvuku 75 Hz. Vyžaduje sa dB a pri frekvencii 125 Hz len 65 dB.

Vysokokvalitné audio zosilňovače používajú manuálne ovládanie hlasitosti s hlasitosťou, alebo, ako sa tiež nazýva, kompenzované ovládanie. Takéto ovládacie prvky súčasne s nastavením hodnoty vstupného signálu v smere poklesu poskytujú zvýšenie frekvenčnej odozvy v oblasti nízkych frekvencií, vďaka čomu sa pre sluch vytvára konštantná zvuková farba pri rôznych hlasitostiach reprodukcie zvuku.

Štúdie tiež zistili, že dvojnásobná zmena hlasitosti zvuku (odhadovaná uchom) je približne ekvivalentná zmene úrovne hlasitosti o 10 fónov. Táto závislosť sa používa ako základ pre hodnotenie hlasitosti zvuku. Pre jednotku hlasitosti tzv sen , bežne používa úroveň hlasitosti 40 pozadia. Dvojnásobná hlasitosť, rovnajúca sa dvom spánkom, zodpovedá 50 fónom, štyrom spánkom - 60 fónom atď. Prepočet úrovní hlasitosti na jednotky hlasitosti uľahčuje graf na obr. 5.

Ryža. 5. Vzťah medzi objemom a objemom

Väčšina zvukov, s ktorými sa musíte v každodennom živote vysporiadať, je svojou povahou hlučná. Charakterizácia hlasitosti hluku na základe porovnania s čistými tónmi 1 kHz je jednoduchá, ale výsledky vnímania hluku sluchom môžu byť v rozpore s údajmi na meracích prístrojoch. Vysvetľuje to skutočnosť, že pri rovnakých úrovniach hlasitosti hluku (v pozadí) najnepríjemnejší účinok na človeka majú zložky hluku v rozsahu 3-5 kHz. Hluky môžu byť vnímané ako rovnako nepríjemné, hoci ich úroveň hlasitosti nie je rovnaká.

Obťažujúce pôsobenie hluku presnejšie hodnotí ďalší parameter, tzv vnímaná hladina hluku ... Mierou vnímaného hluku je zvuková hladina rovnomerného hluku v oktávovom pásme s priemernou frekvenciou 1 kHz, ktorý je za daných podmienok poslucháčom posúdený ako rovnako nepríjemný s meraným hlukom. Vnímané hladiny hluku sú vyjadrené v jednotkách PNdB alebo PNdB. Ich výpočet sa vykonáva podľa špeciálnej metódy.

Ďalším vývojom systému odhadu hluku sú takzvané efektívne hladiny vnímaného hluku, vyjadrené v EPNdB. Systém EPNdB umožňuje komplexne posúdiť povahu ovplyvňujúceho hluku: frekvenčné zloženie, jednotlivé zložky v jeho spektre, ako aj trvanie expozície hluku.

Analogicky s jednotkou hlasitosti spánku bola zavedená jednotka hluku - Noah .

Pre jedného Noah prijatá hladina hluku rovnomerného hluku v pásme 910-1090 Hz pri hladine akustického tlaku 40 dB. V iných ohľadoch je hluk podobný snom: dvojnásobné zvýšenie hluku zodpovedá zvýšeniu vnímanej hladiny hluku o 10 RNdB, t. j. 2 noi = 50 RNdB, 4 noi = 60 RNdB atď.

Pri práci s akustickými pojmami treba mať na pamäti, že intenzita zvuku je objektívny fyzikálny jav, ktorý sa dá presne určiť a zmerať. Skutočne existuje bez ohľadu na to, či to niekto počuje alebo nie. Hlasitosť zvuku určuje účinok, ktorý zvuk vyvoláva na poslucháča, a je teda čisto subjektívnym pojmom, pretože závisí od stavu ľudských sluchových orgánov a jeho osobných vlastností pre vnímanie zvuku.

METRE HLUKU

Na meranie všetkých druhov hlukových charakteristík sa používajú špeciálne zariadenia - zvukomery. Zvukomer je samostatné prenosné zariadenie, ktoré vám umožňuje merať priamo v decibeloch úrovne intenzity zvuku v širokom rozsahu vzhľadom na štandardné úrovne.

Zvukomer (obr. 6) pozostáva z kvalitného mikrofónu, širokopásmového zosilňovača, prepínača citlivosti, ktorý mení zosilnenie v krokoch po 10 dB, prepínača frekvenčnej odozvy a grafického indikátora, ktorý zvyčajne poskytuje niekoľko možností prezentácie namerané údaje – od čísel a tabuliek až po grafy.

Ryža. 6. Prenosný digitálny zvukomer

Moderné zvukomery sú veľmi kompaktné, čo umožňuje meranie na ťažko dostupných miestach. Z domácich zvukomerov možno pomenovať zariadenie spoločnosti "Octava-Electrodesign" "Octava-110A" (http://www.octava.info/?q=catalog/soundvibro/slm).

Zvukomery umožňujú určiť všeobecnú hladinu intenzity zvuku pri meraniach s lineárnou frekvenčnou odozvou a hladiny zvuku v pozadí pri meraní s frekvenčnými odozvami podobnými ľudským uchom. Rozsah merania hladín akustického tlaku je zvyčajne v rozsahu od 20-30 do 130-140 dB vzhľadom na štandardnú hladinu akustického tlaku 2 * 10-5 Pa. S vymeniteľnými mikrofónmi je možné úroveň merania rozšíriť až na 180 dB.

V závislosti od metrologických parametrov a technických charakteristík sú domáce zvukomery rozdelené do prvej a druhej triedy.

Frekvenčné charakteristiky celej dráhy zvukomeru vrátane mikrofónu sú štandardizované. Celkovo existuje päť frekvenčných charakteristík. Jeden z nich je lineárny v celom rozsahu prevádzkovej frekvencie (symbol Lin), štyri ďalšie približne opakujú vlastnosti ľudského ucha pre čisté tóny pri rôznych úrovniach hlasitosti. Sú pomenované podľa prvých písmen latinskej abecedy. A, B, C a D ... Tvar týchto charakteristík je znázornený na obr. 7. Prepínač frekvenčnej odozvy je nezávislý od prepínača rozsahu. Pre zvukomery prvej triedy sa vyžadujú charakteristiky A, B, C a Lin ... Frekvenčná odozva D - dodatočný. Zvukomery druhej triedy musia mať vlastnosti A a S ; zvyšok je povolený.

Ryža. 7. Štandardné frekvenčné charakteristiky zvukomerov

Charakteristický A simuluje ucho pri asi 40 fon. Táto charakteristika sa používa pri meraní slabého hluku - do 55 dB a pri meraní úrovne hlasitosti. V praktických podmienkach sa najčastejšie používa frekvenčná charakteristika s korekciou. A ... Vysvetľuje to skutočnosť, že aj keď je vnímanie zvuku človekom oveľa komplikovanejšie ako jednoduchá frekvenčná závislosť, ktorá určuje charakteristiku A , v mnohých prípadoch sú merania prístroja v dobrej zhode s odhadmi hluku sluchu pri nízkych úrovniach hlasitosti. Mnohé normy – domáce aj zahraničné – odporúčajú hodnotenie hluku charakteristikou A bez ohľadu na skutočnú úroveň intenzity zvuku.

Charakteristický V opakuje charakteristiku ucha na pozadí úrovne 70. Používa sa pri meraní hluku v rozsahu 55-85 dB.

Charakteristický S rovnomerné v rozsahu 40-8000 Hz. Táto charakteristika sa používa pri meraní významných hladín hlasitosti - od 85 fónov a vyššie, pri meraní hladín akustického tlaku - bez ohľadu na meracie limity, ako aj pri pripájaní zariadení k zvukomeru na meranie spektrálneho zloženia hluku v prípadoch, keď zvukomer nemá frekvenčnú odozvu Lin .

Charakteristický D - pomocný. Predstavuje priemer ucha pri asi 80 fónoch, berúc do úvahy zvýšenie jeho citlivosti v pásme od 1,5 do 8 kHz. Pri použití tejto charakteristiky hodnoty zvukomeru presnejšie ako podľa iných charakteristík zodpovedajú úrovni vnímaného hluku osobou. Táto charakteristika sa využíva najmä pri hodnotení dráždivého účinku hluku vysokej intenzity (lietadlá, vysokorýchlostné autá a pod.).

Súčasťou zvukomeru je aj vypínač Rýchle – pomalé – pulzné , ktorý riadi časové charakteristiky zariadenia. Keď je spínač v polohe rýchlo , zariadenie zvláda sledovať rýchle zmeny hladín zvuku, v polohe pomaly prístroj ukazuje priemernú hodnotu nameraného hluku. Časová charakteristika Pulz Používa sa na nahrávanie krátkych zvukových impulzov. Niektoré typy zvukomerov obsahujú aj integrátor s časovou konštantou 35 ms, ktorý simuluje zotrvačnosť ľudského vnímania zvuku.

Pri použití zvukomera sa výsledky merania budú líšiť v závislosti od nastavenej frekvenčnej odozvy. Preto sa pri zaznamenávaní hodnôt, aby sa predišlo nejasnostiam, uvádza aj typ charakteristiky, pri ktorej sa merania vykonali: dB ( A ), dB ( V ), dB ( S ) alebo dB ( D ).

Pre kalibráciu celej dráhy mikrofónu - merača je súčasťou súpravy zvukomeru väčšinou akustický kalibrátor, ktorého účelom je vytvárať rovnomerný šum určitej úrovne.

Podľa aktuálne platného pokynu „Hygienické normy prípustného hluku v bytových a verejných budovách a na území obytnej zástavby“ sú normalizovanými parametrami stáleho alebo prerušovaného hluku hladiny akustického tlaku (v decibeloch) v oktávových frekvenčných pásmach s priemernými frekvenciami 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Pre prerušovaný hluk, ako je hluk z prechádzajúcich vozidiel, je štandardizovaným parametrom hladina zvuku v dB ( A ).

Boli stanovené tieto celkové hladiny hluku merané na stupnici A zvukomeru: obytné priestory - 30 dB, posluchárne a učebne vzdelávacích inštitúcií - 40 dB, obytné a rekreačné oblasti - 45 dB, pracovné priestory administratívnych budov - 50 dB ( A ).

Na hygienické posúdenie hladiny hluku sa do stavu zvukomeru zavedú korekcie od –5 dB do +10 dB, ktoré zohľadňujú charakter hluku, celkový čas jeho pôsobenia, dennú dobu a umiestnenie objektu. Napríklad počas dňa je povolená norma hluku v obytných priestoroch s prihliadnutím na novelu 40 dB.

V závislosti od spektrálneho zloženia hluku je približná norma maximálnych prípustných úrovní, dB, charakterizovaná nasledujúcimi číslami:

Vysoká frekvencia od 800 Hz a viac	75-85
Stredná frekvencia 300-800 Hz	85-90
Nízka frekvencia pod 300 Hz	90-100

Ak nie je k dispozícii zvukomer, približné vyhodnotenie úrovní hlasitosti rôznych zvukov je možné vykonať pomocou tabuľky. 5.

Tabuľka 5. Hluky a ich hodnotenie

Hodnotenie hlasitosti sluchovo	úroveň hluk, dB	Zdroj a miesto merania hluku
Ohlušujúce	160	Poškodenie tympanickej membrány.
	140-170	Prúdové motory (zblízka).
	140	Limit tolerancie hluku.
	130	Prah bolesti (zvuk je vnímaný ako bolesť); piestové letecké motory (2-3 m).
	120	Hrom nad hlavou.
	110	Vysokorýchlostné výkonné motory (2-3 m); nitovací stroj (2-3 m); veľmi hlučná dielňa.
Veľmi hlasný	100	Symfonický orchester (hlasitosť vrcholov); drevoobrábacie stroje (na pracovisku)
	90	Vonkajší reproduktor; hlučná ulica; kovoobrábacie stroje (na pracovisku).
	80	Rádiový prijímač nahlas (2m)
nahlas	70	Autobusový salón; kričať; píšťalka policajta (15 m); stredne hlučná ulica; hlučná kancelária; veľká skladová hala
Mierne	60	Pokojný rozhovor (1 m).
	50	Ľahké auto (10-15 m); pokojná kancelária; obytné štvrte.
slabý	40	Šepkať; čitáreň.
	60	Šuchot papiera.
	20	Nemocničné oddelenie.
Veľmi slabá	10	Tichá záhrada; štúdio rozhlasového centra.
	0	Sluchový prah

1 A. Bell je americký vedec, vynálezca a obchodník škótskeho pôvodu, zakladateľ telefónie, zakladateľ spoločnosti Bell Telephone Company, ktorá určila rozvoj telekomunikačného priemyslu v USA.
2 Logaritmy záporných čísel sú komplexné čísla a nebudeme ich ďalej brať do úvahy.

Slovo "decibel" sa skladá z dvoch častí: predpony "deci" a koreňa "bel". „Deci“ doslova znamená „desiata časť“, t.j. desiata časť „bela“. Takže, aby ste pochopili, čo je decibel, musíte pochopiť, čo je biele a všetko zapadne na svoje miesto.

Už dávno Alexander Bell zistil, že človek prestane počuť zvuk, ak je výkon zdroja tohto zvuku menší ako 10 -12 W / m 2 a ak prekročí 10 W / m 2, pripravte si uši na nepríjemnú bolesť - to je prah bolesti.

Ako vidíte, rozdiel medzi 10 -12 W / m 2 a 10 W / m 2 je až 13 rádov. Bell rozdelil vzdialenosť medzi prahom sluchu a prahom bolesti do 13 krokov: od 0 (10 -12 W / m2) do 13 (10 W / m2). Tak určil stupnicu akustického výkonu.

Tu môžete povedať: "Ó, všetko je jasné!" - dobre! Ale ďalej je to ešte zaujímavejšie.

Choďte k veci

To sme zistili decibel sa rovná 1/10 bel, ale ako to uplatniť v živote? Tu je príklad:

• 0 dB – nič nepočuť
• 15 dB - sotva počuteľné (šuchot lístia)
• 50 dB - jasne počuteľné
• 60 dB - Hlučný

Prečo je to potrebné, ak môžete napríklad povedať: "hladina akustického výkonu je 0,1 W / m 2". Faktom je, že experimentálne sa zistilo, že človek cíti zmenu jasu, hlasitosti atď. keď sa logaritmicky menia. Páči sa ti to:

Čo je vyjadrené v beloch ako pomer nameranej úrovne signálu k určitej referenčnej. 1 Bel = lg (P 1 / P 0), kde P 0 je akustický výkon prahu sluchu, no, ak chcete získať decibel, stačí vynásobiť 10: 1 dB = 10 * lg (P 1 / P 0)

Teda decibel ukazuje logaritmus pomeru úrovne jedného signálu k druhému a používa sa na porovnanie dvoch signálov. Mimochodom, zo vzorca je vidieť, že decibely možno prirovnať k akýmkoľvek signálom (a nielen k akustickému výkonu), pretože decibely sú bezrozmerné.

Zvláštnosti

Zámena s decibelmi vzniká z toho, že ich existuje viacero „druhov“. Bežne sa nazývajú amplitúda a výkon (energia).

Vzorec 1 dB = 10 * lg (P 1 / P 0) - porovnáva dve energetické veličiny v decibeloch. V tomto prípade moc. A vzorec 1 dB = 20 * lg (A 1 / A 0) - porovnáva dve hodnoty amplitúdy. Napríklad napätie, prúd atď.
Prechod od amplitúdových decibelov k energetickým decibelom a naopak je veľmi jednoduchý. Jednoducho je potrebné premeniť „neenergetické“ veličiny na energetické. Ukážem to na príklade prúdu a napätia.

Z definície mocniny P = UI = U 2 / R = I 2 * R. Dosaďte do 10 * lg (P 1 / P 0) a po transformácii dostaneme 20 * lg (A 1 / A 0) - všetko je jednoduché .

Prevody pre iné hodnoty amplitúdy sa vykonajú rovnakým spôsobom. Viac podrobností, ako vždy, nájdete v učebniciach a príručkách.

Prečo veci komplikovať?

Vidíte, dve množstvá sa môžu líšiť miliónkrát. Jednoduchý pomer (P 1 / P 0) teda môže poskytnúť veľmi veľké aj veľmi malé hodnoty. Súhlaste s tým, že to v praxi nie je príliš pohodlné. Možno aj to je jeden z dôvodov takej prevahy decibelov (spolu s dôsledkom z Weber-Fechnerovho zákona)

Decibel teda umožňuje z kalkulu v „papagájoch“, t.j. ísť občas na konkrétnejšie a menšie hodnoty. Ktoré sa dajú rýchlo pridávať a uberať vo vašej mysli. A ak stále chcete hodnotiť postoj u papagájov známou hodnotou v decibeloch, stačí si zapamätať jednoduché mnemotechnické pravidlo (špehoval som Revicha):

Ak je pomer hodnôt väčší ako jedna, potom bude kladný dB (+3 dB), a ak je nižší, bude záporný (-3 dB). takto:

• 3 dB znamená zvýšenie/zníženie signálu o jednu tretinu
• 6dB znamená 2x zvýšenie / zníženie
• 10 dB zodpovedá 3-násobnej zmene hodnoty
• 20 dB zodpovedá zmene 10-krát

A teraz príklad. Predpokladajme, že nám bolo povedané, že signál je zosilnený o 50 dB. A 50 dB = 10 dB + 20 dB + 20 dB = 3 * 10 * 10 = 300 krát. Tie. signál bol zosilnený 300-krát.

Decibel je teda len pohodlnou inžinierskou konvenciou, ktorá bola zavedená ako výsledok niektorých praktických meraní a výhod praktického použitia.

Keď niečo meriame (napríklad napätie), zvyčajne uvažujeme v priamych jednotkách (voltoch). Niekedy je však vhodnejšie použiť relatívnu stupnicu. V tomto prípade je najčastejšie používanou meracou jednotkou decibel (dB) – výkonný nástroj, ktorý začiatočníkov mätie. So znalosťou pôvodu tohto pojmu a jedným jednoduchým pravidlom sa dajú eliminovať ťažkosti a pochopiť hodnotu veličiny vyjadrenú v decibeloch.

Alexander Graham Bell sa preslávil vynálezom telefónu. Menej známa je jeho práca o určovaní prahu sluchu. V roku 1890 založil Spolok pre nepočujúcich a nedoslýchavých, ktorý pôsobí dodnes. Bol prvým vedcom, ktorý kvantifikoval zmysel pre sluch a zistil, že sluchová citlivosť nezávisí od skutočnej úrovne výkonu zvukovej vlny dosahujúcej naše ucho, ale od jej logaritmu.

Bell zistil, že prah sluchu dieťaťa je približne 10 -12 W/m2 a úroveň, pri ktorej dochádza k bolesti, je približne 10 W/m2. Rozsah hlasitosti bežne vnímanej osobou je teda 13 rádov!

Na základe získaných hodnôt Bell určil stupnicu akustického výkonu od 0 do 13. Jednotky hlasitosti tejto stupnice sa nazývajú bels (vypadlo posledné „l“ z jeho mena). Hladina zvuku tichého šepotu je približne 3 údery a hladina zvuku normálnej reči je približne 6 úderov.

Keďže pocit hlasitosti je založený na logaritmickej stupnici úrovne výkonu, prevod medzi výkonom a hlasitosťou na Bellovej stupnici je nasledovný: hlasitosť (v zvonoch) = lg (P1 / P0), kde P0 je prah počuteľnosti zvuku .

Preto hladina zvuku 4 bel zodpovedá akustickému výkonu 10 4 P0.

Bel sa stal v skutočnosti štandardnou jednotkou merania pre logaritmus pomeru dvoch energetických hladín: pomer vyjadrený v beloch je lg (P1 / P0), t.j. zvýšenie o 3 bel zodpovedá 1000-násobnému zvýšeniu. Ak sa nová hodnota zníži, logaritmus pomeru bude záporný. Ak chcete vykonať opačnú transformáciu, musíte zvýšiť 10 na silu rovnajúcu sa belsom.

Najdôležitejšou črtou bielych je, že sa vzťahujú iba na pomer dvoch síl alebo dvoch energií. Ak je potrebné opísať pomer dvoch amplitúdových signálov, napríklad napätí, potom je možné spoliehať sa iba na pomer výkonov spojených s týmito napätiami. Výkon je úmerný druhej mocnine napätia alebo prúdu: V2 a I2.

Pomer týchto dvoch napätí, vyjadrený v beloch, súvisí s pomerom ich výkonov: lg (P1 / P0) = 2lg (V1 / V0). Preto je pomer napätia V1 / V0 = log10 (biela * 2).

Stalo sa dostatočne bežné na vyjadrenie pomeru v desatinách bel alebo decibeloch (dB). Pomer týchto dvoch výkonov v dB je 10 lg (P1 / P0) a pomer napätia je 10 2 lg (V1 / V0). Na získanie pomeru napätia je potrebné vykonať prevod V1 / V0 = 10 (dB / 20).

Niekedy je dosť zložité určiť, čo sa považuje za hodnotu amplitúdy a čo za energetickú hodnotu. Za hodnoty amplitúdy sa považujú napätie, prúd, impedancia, intenzita elektrického alebo magnetického poľa a kolísanie akýchkoľvek vlnových procesov. Keď sa meranie vykonáva v decibeloch, vypočíta sa logaritmus pomeru druhých mocnín týchto hodnôt. Energia, výkon a intenzita sú energetické veličiny a používajú sa priamo vo vzťahu k logaritmu.

Napríklad 5 % napätia z jedného obvodu sa prenesie do druhého obvodu. Pomer napätia je v tomto prípade 0,05. Ak chcete merať v decibeloch, zoberte logaritmus pomeru napätia, vynásobte ho 2, aby ste dostali pomer v beloch, a potom vynásobte 10, aby ste dostali pomer v dB: 20lg (0,05) = -26 dB väzba medzi signálmi.

V tabuľke sú uvedené niektoré bežne používané hodnoty decibelov a pomery amplitúd a výkonov.

Rádio 1967, 12

Decibel je špecifická jednotka číselného vyjadrenia zosilnenia alebo zoslabenia signálu. V decibeloch sa odhadujú faktory zosilnenia a útlmu, selektivita prijímačov, nerovnomerné frekvenčné charakteristiky, intenzita zvuku a mnohé parametre rôznych rádiových zariadení, prístrojov, prenosových vedení, antén a iných zariadení. Mnoho voltmetrov a avometrov má decibelové stupnice.

Čo je to decibel? Po prvé, decibel (skrátené označenie - dB) nie je fyzikálna veličina, ako napríklad watt, volt, ampér, ale matematický pojem. V tomto ohľade majú decibely určitú podobnosť s percentami. Rovnako ako percentá, aj decibely sú relatívne hodnoty a sú použiteľné na hodnotenie širokej škály javov bez ohľadu na ich povahu. Ak však percentá vyjadrujú nejakú hodnotu týkajúcu sa celku, branú ako jednotku, potom je decibel založený na širšom koncepte, ktorý charakterizuje pomer dvoch nezávislých, ale podobne pomenovaných hodnôt. Treba však pamätať na to, že pojem "decibel" sa vždy spája iba s výkonmi a s určitými výhradami k napätiam a prúdom. Fyzikálny charakter výkonu nie je špecifikovaný a môže byť akýkoľvek – elektrický, akustický, elektromagnetický.

Decibel, ako naznačuje predpona deci, je desatina inej, väčšej jednotky, Bel. A Bel je desiatkový logaritmus pomeru dvoch mocnín. Ak sú známe dve mocniny P1 a P2, ich pomer vyjadrený v decibeloch je definovaný ako:

N dB = 10 Lg (P2 / P1)

kde P1 je výkon zodpovedajúci počiatočnej úrovni signálu a P2 je výkon zodpovedajúci konečnej úrovni signálu.

Tu je vhodné pripomenúť, že desiatkový logaritmus čísla je exponent, na ktorý sa musí číslo 10 zvýšiť, aby sme dostali dané číslo. Napríklad: Lg (100) = 2, pretože 10 2 = 10 * 10 = 100; Lg (1000) = 3, pretože 103 = 10 * 10 * 10 = 1 000.

Pre čísla väčšie ako jedna budú ich logaritmy kladné, a ak sú čísla menšie ako jedna, ich logaritmy budú záporné. Záporným logaritmom predchádza znamienko „-“ (mínus), napríklad: Lg (0,1) = - 1; Lg (0,01) = -2.

V prípade, že je počiatočný signál menší ako konečný, to znamená, že P2 / P1 je väčší ako 1, čo je prípad zosilňovačov, počet decibelov bude kladný a ak je počiatočná úroveň väčšia ako konečná jeden, teda P2 / P1 je menší ako 1, potom bude počet decibelov záporný. Druhý prípad zodpovedá útlmu (utlmeniu) signálu. Keď sú obe mocniny rovnaké a P2 / P1 = 1, potom je decibelové číslo nula.

Medzi decibelmi zosilnenia a útlmom je jednoduchý vzťah: ak napríklad pomer 10 zodpovedá 10 dB, potom -10 dB vyjadruje inverzný pomer, teda 0,1.

Porovnanie dvoch signálov porovnaním ich výkonov nie je vždy vhodné. V mnohých prípadoch sa ukazuje, že je jednoduchšie merať nie výkon v záťaži, ale úbytok napätia na nej alebo pretekajúci prúd. Zároveň je však potrebné dodržať predpoklad: odpory záťaží, pri ktorých sa merajú napätia U1 a U2 alebo ktorými pretekajú namerané prúdy I1 a I2, musia byť rovnaké. Vzorce na výpočet decibelov sú v tomto prípade nasledovné:

N dB = 20 Lg (P2 / P1); N dB = 20 Lg (I2 / I1)

Decibely sa používajú na viac ako len porovnanie dvoch hodnôt. Sú tiež vhodné na posúdenie konkrétnych hodnôt výkonov, ako aj napätí a prúdov, ak predpokladáme, že hodnota jedného z pomerov zahrnutých vo vyššie uvedených vzorcoch sa nemení. Potom akákoľvek iná hodnota v porovnaní s ňou bude charakterizovaná určitým počtom decibelov. V tomto prípade nula decibelov zodpovedá výkonu rovnému prvému, ktorý sa často nazýva nula. Pre podmienenú nulovú úroveň elektrického signálu sa berie výkon P = 1 mW (0,001 W), uvoľnený pri aktívnom odpore R = 600 Ohm - rovnako ako pri meraní teploty teplota topenia ľadu pri normálnom atmosférickom tlaku. sa berie ako nula stupňov. Pri tomto výkone pri uvedenom odpore sa pokles napätia rovná:

U = (PR) 0,5 = (0,001 * 600) 0,5 = 0,775 V,

a prúdiaci prúd:

I = (P/R) 0,5 = (0,001/600) 0,5 = 1,29 mA.

Tieto hodnoty - 0,775 V a 1,29 mA sú brané ako nula decibelov elektrického napätia a prúdu.

Ak sa v obvode s aktívnym odporom 600 ohmov uvoľní výkon viac ako 1 mW, to znamená, že pokles napätia je väčší ako 0,775 V a prúd je väčší ako 1,29 mA, úrovne budú kladné. Keď je výkon, napätie alebo prúd nižšie ako tieto hodnoty, potom sú úrovne záporné.

Decibely a zodpovedajúce pomery výkonov, napätí a prúdov sú uvedené v tabuľke. 1.

Predpokladajme, že v dôsledku zlepšenia koncového stupňa nízkofrekvenčného zosilňovača sa jeho výstupný výkon zvýšil z 10 na 20 wattov. Takže prírastok výkonu bude:

P2/P1 = 20/10 = 2

Podľa tabuľky v stĺpci „Pomer výkonu“ bude číslo najbližšie k 2 1,99. V stĺpci „Decibely“ toto číslo zodpovedá 3 dB. Preto zdvojnásobenie výstupného výkonu zodpovedá zvýšeniu zisku o 3 dB. Ak sa z nejakého dôvodu výstupný výkon zosilňovača znížil z 20 W na 10 W, potom bude nový pomer výkonu P2 / P1 = 10/20 = 0,5. Teraz však zmena výkonu znamená útlm a bude vyjadrená ako -3 dB.

Pri vykonávaní akcií s decibelmi je potrebné pamätať na to, že súčet dvoch čísel v decibeloch je ekvivalentný súčinu absolútnych hodnôt čísel, ktorým zodpovedajú, aby sa ukázalo zvýšenie (alebo zníženie) v výkonu, napríklad dvakrát, trikrát alebo štyrikrát, je potrebné k počiatočnému počtu decibelov pripočítať (alebo odpočítať) 3 dB, 4,8 dB alebo 6 dB.

Decibely sa často používajú na vyjadrenie citlivosti mikrofónov porovnaním ich výkonu počas testovania vo výrobe s 1 mW štandardnou nulovou úrovňou uvedenou vyššie. Predpokladajme, že mikrofón typu MD-44, ktorého výstupná úroveň je 78 dB, je pripojený k zosilňovaču, ktorý dokáže vyvinúť 40 W neskreslený výkon. V práci sa však ukázalo, že zosilňovač s takýmto mikrofónom vyvíja iba 10 wattov. Otázka je, akú citlivosť by mal mať mikrofón, aby zosilňovač dával plný výkon? Pomer maximálneho výkonu (40 W) zosilňovača k prijímanému (10 W) je 40/10 = 4. Tento pomer (podľa tabuľky - 3,98) zodpovedá 6 dB. Preto potrebujete mikrofón s úrovňou spätného rázu - 72 dB, to znamená o 6 dB viac ako mikrofón MD-44 (-78 dB), pretože: - 78 dB + 6 dB = -72 dB. Túto požiadavku spĺňa napríklad mikrofón MD-41.

Tabuľka 1. Decibely a zodpovedajúce pomery výkonov, napätí a prúdov

Decibely	Pomer výkonu		Decibely	Pomer výkonu	Pomer napätia alebo prúdu
-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

Ďalší príklad. Na kus kábla typu RK-1 s dĺžkou 50 m je privedené napätie 8 V s frekvenciou 100 MHz. Aké bude napätie na výstupe segmentu, ak je známe (z referenčnej knihy), že pri tejto frekvencii kábel zavádza útlm 0,096 dB na meter? Napájací zdroj a záťaž majú rovnakú impedanciu, ktorá sa rovná tvaru vlny. Je zrejmé, že útlm spôsobený káblom je: 0,096 * 50 = 4,8 dB. Tabuľka 1 pre tento útlm (-4,8 dB), pomer napätia nie je určený. Využime fakt, že tabuľka udáva pomer pre +4,8 dB, čo je 1,74. To znamená, že na konci segmentu bude signál 1 / 1,74 ≈ 0,57 vstupu, t.j. 8 * 0,57 ≈ 4,6 V.

Ak potrebujete určiť hodnoty decibelov alebo pomerov, ktoré nie sú v tabuľke, musíte postupovať nasledovne. Predpokladajme, že chcete nájsť pomer výkonu zodpovedajúci 24 dB. Predstavujúc 24 dB ako súčet 10 + 14 dB, nájdeme v tabuľke výkonové pomery pre každý z členov, sú rovné 10 a 25,12. Vynásobením týchto pomerov dostaneme, že 24 dB zodpovedá pomeru výkonu 251,2.

Na výstupe zosilňovača pri stredných frekvenciách vzniká napätie U1 = 30 V a na okrajoch priepustného pásma napätie U2 = 21 V. Zosilňovač teda vnáša frekvenčné skreslenie - horné a dolné zvukové frekvencie. sú zosilnené horšie („zahltené“) ako priemerné. Pomer týchto hodnôt bude

U2/U1 = 21/30 = 0,7

Podľa tabuľky zistíme, že frekvenčné skreslenie tohto zosilňovača na okrajoch priepustného pásma je -3 dB.

Decibely majú široké uplatnenie aj v akustike, kde sú v podstate hlavnou jednotkou na kvantifikáciu intenzity zvuku. Vysvetľuje sa to vlastnosťou nášho ucha reagovať na zvuky, ktorých intenzita sa líši miliónkrát. Citlivosť ucha na zvuky rôznej sily ale nie je rovnaká – v tichu a pri nízkej intenzite (šepot, šelest) je maximálna a pri vysokej (hučanie lietadla, hukot áut) minimálna. V tomto ohľade je načúvací prístroj podobný rádiu AGC.

Tento jav možno vysvetliť na nasledujúcom príklade. Povedzme, že zosilňovač vyvinie na výstupe 10 wattov. Zvýšenie výstupného výkonu na 20 wattov bude znieť ako mierne zvýšenie hlasitosti. Aby bolo ucho cítiť dvakrát tak hlasnejšie, bude potrebný takmer desaťnásobný nárast výstupného výkonu zosilňovača (≈10 dB). A aby ucho vnímalo 4-násobné zvýšenie hlasitosti, musí sa výkon zvýšiť o faktor 100 (≈20 dB).

Fyziológovia, ktorí študujú vlastnosti sluchu, zistili, že citlivosť ucha súvisí s intenzitou zvukovej expozície podľa logaritmického zákona, to znamená, že niekoľkonásobné zvýšenie intenzity zvuku sa v uchu prejaví ako zmena hlasitosti. približne v logaritme tohto počtu krát. Použitie decibelov v akustike sa ukazuje ako veľmi výhodné, pretože sluchové vnímanie a posudzovanie intenzít zvukov sú úzko prepojené a navyše zmenu intenzity zvuku o 1 dB ucho zachytí ako sotva viditeľnú zmenu. v hlasitosti.

Tabuľka 2. PRIEMERNÁ HLADINA HLUKU

Subjektívne hodnotenie hluku	Hladina hluku (dB)	Zdroje alebo miesto merania hluku
ohlušujúce	- 130 -	Prah bolesti (zvuk je vnímaný ako bolesť) Hrom nad hlavou Výstrel z dela Nitovací stroj Veľmi hlučná dielňa
	- 120 - - 110 -
Veľmi hlasný	- 100 -	Symfonický orchester (hlasitosť vrcholí) Drevospracujúca dielňa Vonkajší reproduktor Hlučná ulica Kovoobrábacia dielňa
	- 90 -
nahlas	- 80 -	Policajná píšťalka (15m) Rádiový prijímač nahlas (2,5 m) Úrad písania Pokojný rozhovor (4v) Hala veľkého obchodu
	- 70 -
Mierne	- 60 -	Tichá ulica veľkého mesta Stredne hlučné zariadenie Reštaurácia Osobné auto (10-20m) Obytné štvrte
	- 50 -
slabý	- 40 -	Čitáreň Tichý rozhovor Šuštiaci papier Šepkať Nemocničné oddelenie
	- 30 -
Veľmi slabá	- 20 -	Tichá noc mimo mesta Tlmená miestnosť Sluchový prah
	- 10 - - 0 -

Porovnávacie hodnotenie priemerných úrovní hlasitosti niektorých domácich a priemyselných zvukov v decibeloch vo vzťahu k prahu sluchu ľudského ucha, brané ako nulová úroveň, je uvedené v tabuľke. 2. Meranie intenzity zvuku sa vykonáva pomocou špeciálnych prístrojov - zvukomerov, ktorých stupnice sú odstupňované priamo v decibeloch.

Tu uvedené príklady zďaleka nie sú vyčerpané používaním decibelov pri rôznych výpočtoch a meraniach v rádioamatérskej praxi. Chceli sme len ukázať jednoduchosť pochopenia decibelov a široké možnosti ich využitia.

Cand. tech. E. ZELDIN, inžinier K. DOMBROVSKÝ

Elektrotechnici používajú rôzne parametre pri oboznamovaní sa s elektrickým obvodom, meraním absolútnych hodnôt napätia, odporu, indukčnosti. Každý z nich je konvenčne označený, je ľahké ich určiť od počiatočnej úrovne odčítania po nameranú hodnotu, napríklad prúd v ampéroch. Ale existujú aj nápisy vedľa kapacity, frekvencie alebo iného elektrického parametra, ktoré majú kvantitatívne označenie, vo forme decibelov.

Použitie základnej jednotky dB je široko používané dizajnérmi telekomunikácií na porovnanie výkonu v rôznych zariadeniach. Pomocou konkrétnej jednotky, číselne vyjadrenej, sa určí, o koľko je signál zosilnený alebo zoslabený.

V zornom poli často merajú nejaké elektrické rozmery, ale odborníci ocenili použitie relatívnej stupnice, v ktorej decibely stoja za mocným nástrojom, ktorý sa dostal do vedy vďaka vedcovi Grahamovi Bellovi.

Jeho celosvetová sláva sa stala po vynájdení telefónov, ale urobil veľa výskumnej práce, keď určil prah sluchu u ľudí. Vedci na to založili Združenie pre ľudí, ktoré funguje dodnes.

Kto vytvoril stupnicu na meranie hlasitosti

Alexander Bell bol prvý, kto kvantifikoval sluchový zmysel. Stanovil závislosť sluchovej citlivosti od logaritmov namiesto sily zvukových vĺn. Výskumník zistil prahy sluchu detí a dospelých, určil, pri akých hodnotách sa vyskytuje, že normálny človek potrebuje 13 okrajov rozsahu, aby bola hlasitosť vnímaná bez ujmy na zdraví.

Tieto údaje sa stali základom pre výrobu logaritmickej stupnice, v ktorej je akustický výkon rozdelený do jednotiek, ktoré sa nazývajú bels. Týmto rozlíšením sa zistilo, že tichý šepot sa rovná trom belom a normálna reč je šesť. Takéto logaritmické meranie je jeho štandardná hodnota, určená pomerom energií v dvoch úrovniach. V dekódovaní, ktoré sa meria v decibeloch, je zakomponované všeobecné vyjadrenie hlasitosti, bel je zvýšený na desatiny pre uľahčenie manipulácie s číslami.

Pojmy o zvuku, hladine hluku a ich zdrojoch

Z hľadiska fyzikálnych vlastností sa zvuk a hluk vyznačujú zvláštnymi prírodnými javmi. Zmení sa tlak vo vzduchu, ktorý pomocou zvláštnych vibrácií pôsobí na ušné bubienky v ušiach a zvuk je prijímaný. Pokračuje v pohybe cez ľudské orgány s transformovanými elektrickými impulzmi a dosahuje. Človek je schopný akceptovať široký rozsah akustického tlaku, ktorý sa vyjadruje v decibeloch.

K šíreniu zvuku dochádza na rôznych frekvenciách, čo ovplyvňuje citlivosť uší zvierat aj ľudí.
Rozdiely medzi zvukmi a hlukmi sú čisto subjektívne, ktoré sú určené zdrojmi výskytu. V závislosti od prostredia, ktoré človeka obklopuje, sú vnútorné, spojené s vybavením:

• strojárstvo
• technologický
• domácnosti
• sanitárne

Vonkajšie zdroje zahŕňajú hluk pochádzajúci z:

• Vozidlo
• priemyselné organizácie
• energetické podniky
• rôzne inštitúcie závislé od živobytia ľudí (štadióny, športoviská, zábavné podujatia)

V bytoch je počuť hluk, niekedy dosahujúci 60 dB, zo sanitárneho a inžinierskeho zariadenia:

• výťahy
• čerpadlá
• žľaby na odpadky
• vetracie jednotky

V domoch počujú:

• hudobné vybavenie
• v prevádzkovom režime prístrojov a nástrojov
• domáce prístroje

Pri pohybe po byte (premiestňovaní objemných predmetov) vznikajú zvukové vibrácie, ktoré prechádzajú do štrukturálneho hluku. Prevádzka ventilátorov a výťahových navijakov v budovách vyžaruje štrukturálny aj vzduchový hluk, ktorý sa do priestorov dostáva cez vetracie kanály.

Aby ste zabránili počuteľnosti činnosti mechanického zariadenia, sú nainštalované zariadenia na izoláciu vibrácií. Vo výškových budovách dochádza k šíreniu zvukových efektov vzduchom aj konštruktívne pohybom medzi podlahami výťahového navijaka, nárazmi a nárazmi vodidiel, rachotom krídel dverí.

Okrem dráždivého účinku na telo hluku doma je človek počas výrobných procesov vystavený prekračovaniu prípustných noriem vo verejnej službe.

Priemysel má množstvo hluku generovaného počas výroby. Zo stlačeného vzduchu je často počuť rachot výroby. Nazýva sa to impulz: výskyt nastáva, keď sú ventily a valce fúkané, zariadenie je čistené, chladené, prepravované, triedené.

Ak sú zvuky charakterizované určitými zafarbeniami, spektrálnymi farbami a ľudia môžu ľahko rozpoznať ich zdroje. Napríklad zvuk hudby, detský plač, štekot psa. Potom šumy pochádzajúce z náhodných oscilačných a neperiodických procesov nemajú špecifické zdroje. Môže to byť hluk davu, vŕzganie na staveniskách, hukot áut, hluk ulice.

Preto, keď definujeme hluk ako fenomén, porovnávame ho s komplexom nekontrolovaných zvukov, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú ľudské zdravie, obťažujú, rušia príjemnú zábavu. Sú rozdelené do typov:

• vzduchu
• štrukturálne
• bubny

Vzduchom sa šíri rušenie z televízie, rádia, hádky susedov. Štrukturálne sa prenáša vŕzganie priečok, vŕzganie podláh, stropné konštrukcie v domoch, počuteľnosť z ovládacích mechanizmov, skrutkovač, procesor, vysávač. Typy štrukturálne neusporiadaných zvukových vibrácií zahŕňajú perkusné zvuky. Je počuť zo susedných bytov na horných poschodiach, keď spadne stolička, presunie sa nábytok.

Akcie hluku, ich prípustná veľkosť

Výskyt akéhokoľvek hlukového znečistenia sa prejavuje ako zvyšujúca sa hladina zvuku, ktorá je vyššia ako v prírode, čo spôsobuje dráždivé faktory. Zvukové signály spolu dávajú živému tvorovi čas, aby ich vyhodnotil, aby sa prispôsobil.

Vysoký výkon spôsobuje poškodenie sluchových orgánov, vzniká pocit bolesti, šokujúce pôsobenie. Inovatívny vývoj viedol k alarmujúcemu nárastu hlučného prostredia, čo umožňuje nielen nepríjemné emócie, ale aj zníženie sluchovej ostrosti. Z porušenia akustického komfortu človek zažíva stres, nespavosť, zvýšený tlak.

Hlavnou hrozbou je čiastočná alebo úplná strata sluchu.

Dunenie, škrípanie, cinkanie zvýšenými tónmi vedie k rozptýleniu pozornosti, zníženiu schopnosti pracovať, produktivity práce, najmä ak ide o duševnú prácu. Človek stráca schopnosť sústrediť sa na hlavnú operáciu, robiť dôležité rozhodnutia. Normál je porušený, nervové bunky sa vylučujú. Z ich oslabenia dochádza k zlyhaniu koordinácie rôznych orgánov.

Príklady účinkov hluku na ľudský organizmus

Prostredím pre sluch je úroveň hlasitosti až 30 dB. Existuje povolená hranica, ktorá nepresahuje 80 dB, ale po 60 dB sa človek začína cítiť nepríjemne.

Zvýšenie zvuku do 120 dB spôsobuje bolesť, po 140 dB nastáva neznesiteľný pocit. Ani kov nevydrží 180 dB, vzniká jeho únava a zvýšením hladiny môže dôjsť k deštrukcii konštrukcie. Hlučné odvetvia sú známe svojou hlasitosťou až do 110 dB. Byty vždy nadchnú mnohých obyvateľov svojou zvukovou izoláciou, pracujú na tom celé dizajnérske kancelárie, vyvíjajú metódy a nové materiály pohlcujúce hluk.

Je známe, že zvýšený hluk:

• od 61 dB - narúša autonómny nervový systém
• 91 dB - znižuje sluch
• 116 dB sa považuje za prah bolesti
• 140 dB - spôsobuje prasknutie bubienka
• 151 dB - je neznesiteľné
• 179 dB - Ohrozenie života

Prekračovanie prípustných noriem hluku nepriaznivo ovplyvňuje duševný vývoj detí. Pre dospievajúcich je škodlivé často navštevovať diskotéky, kde znie hudba do 100 dB, niekedy sú špeciálne umiestnené zosilňovače a rachot sa rovná elektrickému vlaku.

Hlukové pozadie megalopolov sa úmerne zvyšuje s neustále sa zvyšujúcimi technologickými postupmi. Objavilo sa veľa, čo núti výskumníkov riešiť problémy, vyvíjať rôzne predpisy na ochranu človeka pred zvukovými efektmi.

Budovy sú chránené zvukovo izolačnými produktmi, ktoré odrážajú zvukovú energiu. Všetky sú flexibilné, odolné a viacvrstvové, plnia hlavnú úlohu, upchávajú povrchy, neprepúšťajú zvuky.

Ako pôsobí dráždivé dunenie a upokojujúce zvuky na sluchový orgán

Úplne chrániť životný priestor ľudí pred zvukovým pozadím je nemožné. Medzi nimi sú užitočné signály, ktoré majú priaznivý vplyv na človeka. S ich pomocou komunikujú, navigujú, pracujú.

Je známe, že potoky šumia, vtáky spievajú, lístie šumí blahodarne nervovej sústave. Nervózny stres dokáže uvoľniť jemná pieseň, hukot morských vĺn. Zvuky boli v stredoveku trestané a odsúdení boli odsúdení na dlhý čas pod údermi zvona. Harmonická uspávanka prinútila upokojiť a zaspať aj neposedné dieťa.

Príjem určitých zvukových signálov v ľudskom mozgu spôsobuje nepohodlie, podráždenie a únavu. Ľudia zažívajú subjektívne vnemy z toho, čo počujú, v orgánoch sluchu môžu nastať patologické zmeny.

Nepríjemný hluk môže ovplyvniť systémy:

• centrálny
• Nervózny
• kardiovaskulárne
• endokrinný
• tráviaci

Zistilo sa, že zvýšená hladina hluku ovplyvňuje osobu nasledovne:

• znížená funkcia sluchu, adaptácia od únavy sluchu k čiastočnej alebo trvalej strate sluchu
• schopnosť komunikovať rečou je narušená
• podráždené, nepokojné správanie
• fyziologické reakcie sa menia,
• duševné zhoršenie
• znižuje produktivitu

Pôsobenie zvukových vĺn slúži ako špecifické stimuly sluchových orgánov s určitou frekvenciou a intenzitou.

Štúdie vedcov o účinkoch hluku

Vplyv hlasných signálov na sluch podnietil človeka k tomu, aby teoreticky a prakticky študoval svoje vlastnosti. Účelom takejto štúdie je identifikovať prah ohrozujúceho účinku hluku, na tomto základe vypracovať dokumenty a zdôvodniť hygienické normy rôznych kontingentov obyvateľov v závislosti od toho, kde sa nachádzajú a v čom sa nachádzajú.

Toto môže byť:

• Dom
• verejná budova
• výrobný závod
• vzdelávacia inštitúcia
• nemocnica, poliklinika
• preventívne inštitúcie
• internátny priestor
• priemyselná štvrť
• rekreačná oblasť

Teoreticky sa vedci vyrovnali s úlohou študovať patogenézu, metódy vystavenia hluku, adaptáciu tela v nepriaznivom prostredí, dôsledky dlhodobého pobytu v ňom. Uskutočnilo sa množstvo experimentov. Ide o náročnú výskumnú prácu, keďže existujú značné rozdiely v citlivosti občanov na hluk podľa veku, pohlavia, sociálnej skupiny.

Osoba reaguje na zvukové efekty rôzne v závislosti od toho, či je v stave vzrušenia alebo inhibície; ktorý proces v tejto chvíli prevláda.

V percentách sa ľudia delia na vnímanie zvukov s citlivosťou:

• 35% - zvýšené
• 55% - normálne
• 10% - nevnímajú hluk

Akustický stres ovplyvňuje psychický a fyziologický stav obyvateľov a závisí od oblasti:

• individuálny biorytmický profil
• spánkové vzorce
• fyzická aktivita
• stres
• nervový stav
• pitie a fajčenie

Sociológovia tvrdia, že najviac zo všetkých obyvateľov mesta sa sťažuje na hukot áut (70 %), rachot priemyselných podnikov zaberá strednú líniu (20 %) a na poslednom mieste je hluk domova (10 %). Zároveň 50 % pociťuje úzkosť, 30 % je podráždených a 20 % sa vôbec nesťažuje. Občania, ktorí trpia poškodením nervovo-cievneho systému alebo tráviacich orgánov.

Z toho vznikajú alebo sa zhoršujú choroby:

• zápal žalúdka
• črevá

Obyvateľom trvalo bývajúcim v oblasti ulíc s vysokou úrovňou hluku sa zhoršuje zdravotný stav, zvyšuje sa počet lekárskych návštev.

Základné pravidlá na ochranu vášho sluchu

Pre človeka, ktorý má neoceniteľný dar sluchu, je ťažké predstaviť si jeho stratu. Na tento účel existujú preventívne opatrenia, ktoré zabránia nepríjemným následkom:

1. Liečba. Zvlášť dôležité v detstve. Pri infekciách uší bakteriálnej povahy je potrebná kompetentná a včasná liečba. Okrem infekcií mnohé choroby nesú nebezpečné komplikácie načúvacieho prístroja.
2. Obmedzte návštevy podnikov so zvýšenou hladinou hluku. V reštauráciách, baroch, koncertných sálach sa hovorí zvýšeným hlasom, treba si premyslieť výber miesta a dĺžku pobytu tam.
3. Nezanedbávajte ochranné prostriedky pre ľudí, ktorých aktivity prebiehajú pri zvýšenej hladine hluku a nad 80 dB je veľmi hlučný.
4. Dlhodobé používanie slúchadiel je škodlivé.
5. Hlasitosť z rádia, televízora, rádiomagnetofónu by sa mala stlmiť vždy, keď je to možné.
6. Čistota je zárukou zdravia a uši treba neustále čistiť od usadenín síry, používanie vatových tampónov lekári neschvaľujú, odporúčajú vyplachovanie vodou.

Sú jednoduché a suché technické znalosti o decibeloch pomôžu vyriešiť praktický problém, ale nezachránia sluch človeka. Je potrebné sa dobre starať o svoje zdravie, vyhýbať sa hlučným zhromaždeniam, chrániť svoj domov pred prenikaním cudzích zvukov. Špecialisti vždy prídu na záchranu: lekár vylieči, staviteľ nainštaluje zvukovú izoláciu.

28. novembra 2016 Violetta doktorka

Decibel je desatina Belu, logaritmickej jednotky pomenovanej po vynálezcovi telefónu Alexandrovi Grahamovi Bellovi (1847-1922). Jeden Bel zodpovedá desaťnásobnému zvýšeniu výkonu signálu: 10 dB = 1 B = Ig10. Desaťnásobný útlm výkonu zodpovedá -10 dB = -1 B = Ig0,1. Napätie alebo prúd s desaťnásobnou zmenou výkonu sa však zmení len 3,16-krát (výkon je úmerný druhej mocnine napätia alebo prúdu). Zisk G alebo útlm a, vyjadrený v decibeloch, sa teda rovná:

G, a (dB) = 10 log (P2 / P1) = 20 log (U2 / U1).

Varujeme pred bežnými chybami: neexistujú žiadne "decibely napätia" a "decibely výkonu" - zosilňovač s G = 20 dB zosilní výkon signálu 100-krát a napätie (ak sú vstupné a výstupné odpory rovnaké) - 10 krát. Vylúčenie zodpovednosti v zátvorkách je nevyhnutné - koniec koncov, striedavé napätie a prúdy možno transformovať, pričom výkon zostáva nezmenený. Nikoho by ani nenapadlo povedať, že transformátor, ktorý zvýši napätie 10-krát, má zosilnenie 20 dB. Jeho zisk je G = 0 dB, alebo dokonca α = - 0,1 ... 1 dB, ak vezmeme do úvahy nevýznamné straty. Takže, aby som použil vzorec

G = 20 lg (U2 / U1),

najprv musíte priviesť vstupné napätie U1 a výstupné U2 na rovnaký odpor, ale vzorec G alebo α = 10lg (P2 / P1) sa používa bez obmedzení.

Ukázalo sa, že v decibeloch je mimoriadne výhodné merať hlasitosť zvuku, výkon a napätie signálu, zosilnenie a útlm (útlm) akýchkoľvek obvodov, dlhých vedení a filtrov. Boli to telegrafisti a telefonisti, ktorí ako prví začali vo veľkom využívať decibely – na posúdenie útlmu a úrovne signálu vo vedení. Hlavnou výhodou sa ukázalo, že pri výpočtoch sa násobenie a delenie nahrádza sčítaním a odčítaním, ktoré sa dajú ľahko robiť aj z hlavy a na grafoch vynesených v logaritmickej mierke sa z mnohých kriviek stanú rovné čiary.

Na počítanie akejkoľvek hodnoty v decibeloch potrebujete počiatočnú (nulovú) úroveň. Pri výpočte zosilnenia a útlmu je referenčnou úrovňou hodnota uvažovanej hodnoty na vstupe zariadenia (P1, U1). Ak máme do činenia s určitými, konkrétnymi veličinami, ktoré majú rozmer (logaritmus je možné prevziať len z bezrozmerného čísla), potom je potrebné nastaviť počiatočnú úroveň.

Nulová úroveň hlasitosti zodpovedá priemernej prahovej citlivosti ľudského sluchu, pri ktorej je sila zvuku (hustota toku akustickej energie) 10-12 W/m2 a akustický tlak je 2 · 10-5 Pa. Sú to extrémne malé hodnoty. Takže napríklad rýchlosť vibrujúcich častíc vzduchu s takouto zvukovou silou je iba 5 10-8 m / s a ​​posunutie týchto častíc z rovnovážnej polohy (pri frekvencii zvuku 1 000 Hz) je len 2 10- 11 m, čo je porovnateľné s veľkosťou molekúl! To je to, čo príroda vytvorila dokonalý orgán sluchu.

Povedzme, že váš reproduktor vyvinie štandardný akustický tlak 0,2 Pa (vo vzdialenosti 1 m s aplikovaným elektrickým výkonom 0,1 W), čo zodpovedá akustickému výkonu (stanovenému z referenčnej knihy) 10 "4 W / m2. Nájdite hlasitosť v decibeloch:

10lg (10-4 / 10-12) = 80 dB, čo zhruba zodpovedá hlasitosti orchestra. Môžete sa zaobísť bez referenčnej knihy, s použitím údajov o akustickom tlaku, berúc do úvahy, že sila zvuku a hlasitosť sú úmerné druhej mocnine akustického tlaku (rovnako ako výkon je úmerný druhej mocnine napätia): hlasitosť = 20 lg ( 0,2 / 2 10-5) = 80 dB. Pre orientáciu pozri tabuľku. 1 spája hlasitosť, akustický výkon a akustický tlak.

Je potrebné poznamenať, že stupnica hlasitosti v decibeloch má silné fyzikálne alebo ešte lepšie fyziologické opodstatnenie. Faktom je, že charakteristika subjektívneho vnímania hlasitosti je nelineárna - riadi sa logaritmickým zákonom (rovnako ako charakteristiky iných zmyslov). To znamená: aby ste spôsobili výrazné zvýšenie hlasitosti pri nízkych úrovniach, musíte pridať veľmi málo energie a pri vysokých úrovniach - dosť veľa. V percentách z počiatočnej úrovne však bude zvýšenie predstavovať rovnakú sumu, napríklad 26 %. V decibeloch to bude 10 lg (1,26 / 1) = 1 dB. Toto je „tajomstvo“ logaritmických stupníc – zvýšenie argumentu o niečo spôsobí, že sa funkcia niekoľkokrát zmení.

Sila zvuku v tabuľke. 1 možno vyjadriť aj v decibeloch a pre frekvenciu 1000 Hz sa hodnoty zhodujú s hodnotami hlasitosti. Pri iných frekvenciách zvukového rozsahu je citlivosť ľudského sluchu trochu odlišná a pri rovnakej sile zvuku je subjektívne vnímaná hlasitosť zvyčajne nižšia. Vzťah medzi intenzitou zvuku a hlasitosťou pre rôzne frekvencie (čísla v blízkosti kriviek) je znázornený na obr. 36.

Inverzná logaritmická, exponenciálna závislosť sa v prírode vyskytuje oveľa častejšie ako lineárna. Tlak vzduchu v atmosfére klesá o faktor e (e = 2,72 je základ prirodzených logaritmov), pretože každých ďalších 8 km stúpa, počet rádioaktívnych atómov a ich hmotnosť sa po čase rovnajúcom sa polovici- života atď. Všetky podobné závislosti na grafoch vynesených na logaritmickej stupnici sú znázornené rovnými čiarami.

Výkon sa často meria vo vzťahu k úrovni 1 mW. Táto "nula" je akceptovaná ako štandardná telefónna úroveň, zodpovedajúca 0,775 V do 600 ohmovej záťaže. Veľmi často sa používa v mikrovlnnej technike. Na označenie tejto nulovej úrovne použite (namiesto dB) zápis dBm:

P (dBm) = 101 d (P / 1 mW).

Výkon 1 mW zodpovedá 0 dBm, 1 W - +30 dBm, 0,1 mW - -10 dBm. Podobne sa intenzity poľa často merajú od 1 µV / m, napríklad intenzita poľa 46 dB µV zodpovedá 200 µV / m.

Na uľahčenie prevodu hodnôt na decibely a naopak je užitočná tabuľka. 2. Uvádzajú sa v ňom len jednotky decibelov, pri desiatkach je situácia oveľa jednoduchšia. Každých 10 dB zvyšuje výkon 10-krát a napätie 3,16-krát. Nech je potrebné zistiť, koľkokrát sa zníži výkon a napätie signálu na výstupe filtra s útlmom 48 dB. Všimnite si, že 48 = 40 + 8, 40 dB poskytuje útlm 10 000-krát a 8 dB - ďalších 6,3-krát. V dôsledku toho sa výstupný výkon filtra zníži o faktor 63 000. Pokles napätia možno nájsť odmocninou tohto čísla. Ukazuje sa 250 - koniec koncov, výkon je úmerný štvorcu napätia. Ale budeme pokračovať vo výpočte v decibeloch. 40 dB je 100-násobok a 8 dB je 2,5-násobok. Opäť sa to ukáže 250-krát.

Ďalší príklad. Zosilňovač má zosilnenie 17 dB, vstupná a výstupná impedancia sú rovnaké, koľkokrát je zosilnené napätie? V tabuľke nie je 17 dB, ale 17 = 20 - 3.

Zisk 20 dB zodpovedá 10-násobnému zvýšeniu napätia a -3 dB znamená 1,4-násobný útlm. Celkom: 10 / 1,4 = 7. Nájdime odpoveď inak: 17 = 8 + 9; 8 dB zodpovedá zvýšeniu napätia 2,5 krát a 9 dB - 2,8. Tieto čísla v hlave vynásobíme a dostaneme 2,5 · 2,8 = 7.

Na záver uvádzame užitočný graf súvisiaci s materiálom prezentovaným v časti „Tento ťažký Ohmov zákon“ („Rádio“, 2002, č. 9, s. 52, 53). Tam sme uvažovali jednoduchý obvod pozostávajúci z generátora s vnútorným odporom r a záťaže s odporom R. Ukázalo sa, že maximálny výkon dostane záťaž, keď sa odpory rovnajú r = R. A čo sa stane, ak budú nerovná sa? Výkon dodávaný do záťaže bude menší, ale o koľko? Na obr. 37 je odpoveď uvedená v decibeloch v závislosti od koeficientu nesúladu k = r / R.

Samotestovacia otázka... Získajte vzorec pre závislosť výkonu dodávaného do záťaže v závislosti od koeficientu nesúladu k a potom vytvorte graf podobný obr. 37. Zamyslite sa nad tým, ktoré informácie v tomto grafe sú nadbytočné a čo je potrebné urobiť na ich zjednodušenie?

Odpoveď... Pre jednoduchý obvod obsahujúci zdroj s EMF E a vnútorným odporom r a záťaž s odporom R (obr. 4) je prúd l = E / (r + R).

To platí pre jednosmerný aj striedavý prúd. Napätie na záťaži bude U = ER / (r + R).

Nájdite výkon v záťaži P = U · l = E 2 R / (r + R) 2.

Pri rovnakých odporoch záťaže a zdroja (R = r) je tento výkon maximálny a je P 0 = E 2 / 4r.

Nájdite stratu nesúladu P / P 0 = 4rR / (r + R) 2.

Ak vydelíme čitateľa aj menovateľa pravej strany vzorca R 2 a vezmeme do úvahy, že r / R = k (koeficient nesúladu), dostaneme P / P 0 = 4k / (1 + k) 2.

Toto je vzorec, podľa ktorého graf na obr. 37. Vzorec samozrejme udáva pomer P / P 0 "občas" a na grafe je už prepočítaný na decibely. Vysvetlíme to na príklade: pre k = 2 bude pomer výkonu Р / Р 0 = 8/9. Pomocou logaritmického pravítka (ktoré autor stále s veľkým úspechom používa napriek prítomnosti niekoľkých kalkulačiek a počítača) v zlomku sekundy zistíme stratu v dôsledku nesúladu - 0,5 dB.

Je zaujímavé poznamenať, že substitúcia k = 0,5 dáva presne rovnakú hodnotu straty. To znamená, že nesúlad zaťaženia o polovicu (v smere jeho poklesu aj nárastu) dáva rovnaký pokles výkonu v záťaži. Je to skutočne tak a vzorec, ktorý sme odvodili, zostane rovnaký pri dosadení k "= 1 / k. Majte na pamäti, že v literatúre sa často nachádza iná definícia koeficientu nesúladu: k" = R / r, ale výsledky výpočtu strát sú rovnaké.

Graf na obr. 37, vynesený na logaritmickej stupnici, je symetrický okolo bodu k = 1. Bolo celkom možné vystačiť si s jeho polovicou, pričom hodnoty k boli buď menšie alebo väčšie ako jedna a označovali „k alebo 1“ / k" na osi x. Toto je nadbytočnosť rozvrhu.

Ako vidíte, aj pri dosť výraznom nesúlade (odpor záťaže je dvojnásobný od vnútorného odporu zdroja) sú straty kvôli nesúladu veľmi malé. Ak máme napríklad dočinenia so zosilňovačom audio frekvencie, tak zmena hlasitosti o 0,5 dB je sluchom prakticky nepostrehnuteľná. V oblasti veľkých nesúladov (k"1 alebo k"1) sú straty výkonu v dôsledku nesúladu už značné.

Veľmi často sa začiatočníci stretávajú s takou koncepciou, ako je decibel... Mnohí z nich intuitívne hádajú, čo to je, no väčšina má stále otázky.

Belove relatívne logaritmické jednotky (decibely) sa široko používajú pri kvantitatívnych odhadoch parametrov rôznych audio, video a meracích zariadení. Fyzikálna povaha porovnávaných výkonov môže byť ľubovoľná - elektrická, elektromagnetická, akustická, mechanická, dôležité je len, aby obe veličiny boli vyjadrené v rovnakých jednotkách - watty, miliwatty atď. Bel vyjadruje pomer dvoch hodnôt množstvo energie dekadickým logaritmom tohto pomeru a veličinami energie sa rozumejú: výkon, energia.

Mimochodom, táto jednotka dostala svoje meno na počesť Alexandra Bella (1847 - 1922) - amerického vedca škótskeho pôvodu, zakladateľa telefónie, zakladateľa svetoznámych spoločností AT&T a Bell Laboratories. Je tiež zaujímavé pripomenúť, že mnohé moderné mobilné telefóny (smartfóny) majú vždy voliteľný zvuk zvonenia (notifikácie), takzvaný „zvonček“. Bel sa však vzťahuje na jednotky, ktoré nie sú súčasťou Medzinárodnej sústavy jednotiek (SI), ale v súlade s rozhodnutím Medzinárodného výboru pre váhy a miery je povolené používať ju bez obmedzení v spojení s jednotkami SI. Používa sa najmä v telekomunikáciách, akustike, rádiotechnike.

Decibelové vzorce

Bel (B) = log (P2 / P1)

kde

V praxi sa ukázalo, že je výhodnejšie použiť hodnotu Bel zníženú o 10-krát, t.j. decibel, teda:

decibel (dB) = 10 * log (P2 / P1)

Posilnenie alebo oslabenie výkon v decibeloch vyjadrené vzorcom:

kde

P 1 - výkon pred zosilnením, W

P 2 - výkon po zosilnení alebo zoslabení, W

Bel, hodnoty decibelov môžu byť so znamienkom plus, ak P2> P1 (zosilnenie signálu) a so znamienkom mínus, ak P2< P1 (ослабление сигнала)

V mnohých prípadoch môže byť porovnávanie signálov meraním výkonu nepohodlné alebo nemožné - je jednoduchšie merať napätie alebo prúd.
V tomto prípade, ak porovnáme napätia alebo prúdy, vzorec bude mať inú formu:

kde

N dB - zisk alebo útlm výkonu v decibeloch

U 1 je napätie pred zosilnením, V

I 1 - sila prúdu pred zosilnením, A

I 2 - sila prúdu po zosilnení, A

Tu je malá tabuľka zobrazujúca pomery hlavného napätia a zodpovedajúce čísla decibelov:

Faktom je, že operácie násobenia a delenia na číslach v obvyklom základe sú nahradené operáciami sčítania a odčítania v logaritmickom základe. Napríklad máme dva kaskádové zosilňovače so zosilneniami K1 = 963 a K2 = 48. Aký je celkový zisk? Správne - rovná sa súčinu K = K1 * K2. Dokážete si v hlave rýchlo vypočítať 963 * 48? Ja nie. Viem odhadnúť K = 1000 * 50 = 50 tisíc, nie viac. A ak vieme, že K1 = 59 dB a K2 = 33 dB, potom K = 59 + 33 = 92 dB - dúfam, že nebolo ťažké pridať.

Relevantnosť takýchto výpočtov však bola veľká v ére, keď bol predstavený koncept Bel a keď existovali nielen iPhony, ale aj elektronické kalkulačky. Zatiaľ postačí, ak si na svojich gadgetoch otvoríte kalkulačku a rýchlo si spočítate, ktorá je ktorá. No a aby ste sa nezaparili zakaždým, keď občas preložíte dB, najpohodlnejšie je nájsť si online kalkulačku na internete. Áno, aspoň tu.

Weberov-Fechnerov zákon

Prečo decibely? Všetko vychádza z Weberovho-Fechnerovho zákona, ktorý nám hovorí, že intenzita vnímania ľudských pocitov je priamo úmerná logaritmu intenzity akéhokoľvek podnetu.

Lampa s ôsmimi žiarovkami sa nám teda zdá jasnejšia ako žiarovka so štyrmi žiarovkami, ako je žiarovka so štyrmi žiarovkami jasnejšia ako žiarovka s dvoma žiarovkami. To znamená, že počet žiaroviek sa musí zakaždým zdvojnásobiť, aby sa nám zdalo, že nárast jasu je konštantný. To znamená, že ak k našim 32 žiarovkám v tabuľke pridáme ešte jednu žiarovku, tak rozdiel ani nezbadáme. Aby naše oko postrehlo rozdiel, musíme k 32 žiarovkám pridať ešte 32 žiaroviek atď. Alebo inak povedané, aby sme si mysleli, že naša lampa postupne získava jas, musíme zakaždým rozsvietiť dvakrát toľko žiaroviek, ako bola predchádzajúca hodnota.

Preto je decibel v niektorých prípadoch skutočne pohodlnejší, pretože je oveľa jednoduchšie porovnávať dve hodnoty v malých číslach ako v miliónoch a miliardách. A keďže elektronika je čisto fyzikálny jav, neobišli ju ani decibely.

Decibely a frekvenčná odozva zosilňovača

Ako si pamätáte v poslednom príklade s operačným zosilňovačom, náš neinvertujúci zosilnil signál faktorom 10. Ak sa pozriete na našu platňu, potom sa ukáže, že je to 20 dB vzhľadom na vstupný signál. No áno, je to tak:

Tiež v dB na niektorých grafoch frekvenčnej odozvy je označený sklon charakteristiky frekvenčnej odozvy. Môže to vyzerať nejako takto:

Na grafe vidíme frekvenčnú odozvu pásmového filtra. Zmena signálu +20 dB za desaťročie(dB / dec, dB / dec) nám hovorí, že pri každom 10-násobnom zvýšení frekvencie sa amplitúda signálu zvýši o 20 dB. To isté možno povedať o poklese signálu o -20 dB za desaťročie. S každým zvýšením frekvencie o 10-krát sa naša amplitúda signálu zníži o -20 dB. Existuje aj podobná charakteristika dB na oktávu(dB / okt, dB / okt). Tu je takmer všetko rovnaké, iba zmena signálu nastáva pri každom zvýšení frekvencie o 2 krát.

Vezmime si príklad. Máme hornopriepustný filter (HPF) prvého rádu, zostavený na RC obvode.

Jeho frekvenčná odozva bude vyzerať takto (kliknutím ho úplne otvoríte)

Nás teraz zaujíma naklonená priamka frekvenčnej odozvy. Keďže jeho strmosť je približne rovnaká až do medznej frekvencie -3dB, môžete zistiť jej strmosť, teda zistiť, koľkokrát sa signál zvýši pri každom zvýšení frekvencie o 10-krát.

Vezmime si teda prvý bod pri frekvencii 10 Hertzov. Pri frekvencii 10 Hz sa amplitúda signálu znížila o 44 dB, čo je vidieť v pravom dolnom rohu (von: -44)

Vynásobte frekvenciu 10 (desať dní) a získajte druhý bod pri 100 Hertzoch. Pri frekvencii 100 Hertzov sa náš signál znížil asi o 24 dB.

To znamená, že sa ukázalo, že za jednu dekádu sa náš signál zvýšil z -44 na -24 dB za desaťročie. To znamená, že sklon charakteristiky bol +20 dB / desaťročie. Ak sa +20 dB / dekáda prevedie na dB / oktáva, potom dostanete 6 dB / oktáva.

Pomerne často sú diskrétne atenuátory (deliče) výstupného signálu na meracích prístrojoch (najmä na generátoroch) odstupňované v decibeloch:
0, -3, -6, -10, -20, -30, -40 dB. To vám umožní rýchlo navigovať relatívnu úroveň výstupného signálu.

Čo sa ešte meria v decibeloch?

Veľmi často sa tiež vyjadruje v dB (pomer signálu k šumu, skrátene SNR)

kde

U c je efektívna hodnota napätia signálu V

U w - efektívna hodnota šumového napätia, V

Čím vyššia je hodnota S / N, tým čistejší zvuk poskytuje audio systém. Pre hudobné zariadenia je žiaduce, aby tento pomer bol aspoň 75 dB a pre Hi-Fi zariadenia aspoň 90 dB. Na fyzikálnom charaktere signálu nezáleží, dôležité je, aby boli jednotky v rovnakých rozmeroch.

Neper (Нп) - 1 Нп ~ 0,8686 B sa tiež používa ako jednotka logaritmického pomeru dvoch fyzikálnych veličín s rovnakým názvom. Nie je založená na desiatkovom (lg), ale na prirodzenom (ln) logaritme pomerov. Teraz sa používa zriedka.

V mnohých prípadoch je vhodné navzájom porovnávať nie ľubovoľné hodnoty, ale jednu relatívnu hodnotu, ktorá sa nazýva podmienená referencia (nula, základ).
V elektrotechnike sa ako taká referenčná alebo nulová hodnota zvolí hodnota výkonu rovnajúca sa 1 mW, ktorá je pridelená na odpor 600 ohmov.
V tomto prípade budú základné hodnoty pri porovnávaní napätí alebo prúdov 0,775 V alebo 1,29 mA.

Pre akustický výkon je takáto základná hodnota 20 mikroPascalov (0 dB) a hranica +130 dB sa pre človeka považuje za bolestivú:

Viac podrobností o tom je napísané na Wikipédii na tomto odkaze.

Pre prípady, keď sa ako základné hodnoty používajú určité špecifické veličiny, boli vynájdené aj špeciálne označenia jednotiek merania:

dbW (dBW)- tu sa odpočítavanie vzťahuje na 1 Watt (W). Povedzme napríklad, že úroveň výkonu je +20 dBW. To znamená, že výkon sa zvýšil 100-krát, teda o 100 wattov.

dBm (dBm)- tu už odpočítavame vzhľadom na 1 miliwatt (mW). Napríklad úroveň výkonu + 30 dBm sa bude zodpovedajúcim spôsobom rovnať 1 W. Nezabúdajte, že ide o energetické decibely, takže pre ne bude platiť vzorec

Nasledujúce charakteristiky sú už v decibeloch amplitúdy. Bude im platiť vzorec

dBV (dBV)- uhádli ste, referenčné napätie je 1 volt. Napríklad + 20 dBV dá - to je 10 voltov

Ďalšie typy decibelov tiež vyplývajú z dBV s rôznymi predponami:

dBmV (dBmV)- referenčná úroveň je 1 milivolt.

dBuV (dBμV)- referenčné napätie je 1 mikrovolt.

Tu som uviedol najčastejšie používané špeciálne typy decibelov v elektronike.

Decibely sa používajú v iných odvetviach, kde tiež ukazujú pomer dvoch ľubovoľných meraných veličín na logaritmickej stupnici.

Vrátane skladieb od Jeera

jednotka merania Bel nevyjadruje samotnú veličinu, ale pomer jednej veličiny k druhej. Bel je logaritmická jednotka. Častejšie sa táto jednotka používa s desatinnou predponou " rozhodni-“, t.j. "desiaty". V decibeloch je vhodné merať koeficienty útlmu a zosilnenia:

Prečo logaritmy? Takže ľudské vnímanie má predsa logaritmický charakter! Predstavte si 1 kg nákupnú tašku. Ak k tejto hmotnosti pridáte ďalší liter kilogramu, zmena hmotnosti bude veľmi viditeľná. Ak sa k hmotnosti pridá rovnaký kilogram, povedzme, 15 kg, zvýšenie hmotnosti bude viditeľné, ale takmer nepocítite. A ak sa tento kilogram pridá k celej tone, nárast bude úplne neviditeľný. Na roztlačenie auta s litrom šťavy a bez nej musíte vyvinúť rovnakú silu.

Okrem toho si pripomíname matematiku logaritmov a vidíme, ako sú niektoré výpočty zjednodušené.

Už toto uľahčuje život. Poďme vyriešiť jednoduchý problém:
Výkon signálu je vo vedení zoslabený faktorom 6,3, na strane príjmu zosilňovač zvýši výkon faktorom 25. Koľkokrát bude výkon signálu na výstupe zosilňovača väčší alebo menší ako výkon na výstupe generátora?

Práve sme vypočítali, koľkokrát sa výkon signálu na výstupe cesty líši od výkonu dodávaného do cesty. Určite chcete poznať veľkosť tejto sily. Je možné vyjadriť samotné hodnoty v decibeloch? Samozrejme! Ak to chcete urobiť, vydeľte hodnotu jedným.

Teraz vypočítajte výkon signálu na výstupe cesty, vyjadrený v dBW, nie je ťažké. Napríklad, ak bol vstupný výkon 0,25 W (-6 dBW), potom výkon signálu na výstupe cesty

Asi 1 W, ako by ste mohli hádať. Prepočítajme na watty:

Teraz si zapamätajte niekoľko výrokov:

• Zmena výkonu 2 krát- toto je 3 dB
• Zmena výkonu 3 krát- toto je 4,8 dBA
• Zmena výkonu 10 krát- toto je 10 dB
• Zmena výkonu 100-krát- toto je 20 dBA

Je ľahké overiť správnosť týchto vyhlásení. A z toho vyplýva, že zvýšenie signálu o 6 dB (2 krát o 3 dB) je zvýšenie výkonu o 4 krát (dvakrát o 2 krát). A zvýšenie výkonu 20-krát (10 × 2) je zvýšenie o 13 dB (10 + 3)

...zmena sily...

Vyššie som zámerne písal len o kapacitách. Výkon má kvadratickú závislosť od napätia a prúdu a zmena o 3 decibely je vždy a vo všetkých prípadoch zmenou moc 2 krát... Ako si pamätáme, výkon závisí od druhej mocniny napätia alebo od druhej mocniny prúdu:

Pamätajte, že logaritmus mocniny je súčinom exponentu a logaritmu základu. Exponent je dva a je potrebné vynásobiť nie 10, ale 20. Vyjadríme 2 volty v decibelvoltoch a 3 decibelvolty vo voltoch:


Jednoduché a nebojácne!

• Pri výpočte množstva energie (výkonu) sa objaví číslo 10
• Vo výpočtoch výkonových veličín (napätie, prúd) sa objaví číslo 20

Niektoré výpočty

Poďme vyriešiť niekoľko problémov s výpočtom, aby sme si boli celkom istí pri navigácii v decibeloch.

1. Hlasitosť zvuku

Hlasitosť zvuku sa meria aj v decibeloch. Pamätajúc, že ​​decibel je mierou pomeru dvoch veličín, my nevyhnutne vždy uvádzame vo vzťahu k čomu sa tieto decibely merajú, t.j. kde je pôvod. A v tomto prípade - vo vzťahu k prahu sluchu osoby: 2 × 10 -5 N / m 2. Newton je systémová jednotka sily, t.j. jednoznačne hodnota sily, preto sa vo výpočtoch objavuje číslo 20. Vypočítajme silu, ktorou pôsobí akustický tlak na bubienok v našom uchu pri štarte prúdového lietadla a pri tichom rozhovore.

Čo vieme:

• Hodnoty v decibeloch sú vyjadrené vo vzťahu k 2 × 10-5 N/m2
• Plocha tympanickej membrány u ľudí je asi 55 mm 2 alebo 5,5 × 10 -5 m 2
• Tabuľkový objem prúdového lietadla - 120 dB vo vzdialenosti 5 m
• Objem tichej konverzácie pri stole - 50 dBA vo vzdialenosti 1 m

Einstein, Newton a Pascal sa hrali na schovávačku. Jazdiť pripadlo Einsteinovi. Pascal vbehol do kríkov, prezliekol sa, muža nebolo vôbec vidieť, no Newton tam len stál. Nakreslil okolo seba štvorec a postavil sa. Einstein napočíta do sto, otočí sa, uvidí Newtona a zakričí:
- Hurá! Našiel som Newtona!
Newton odpovedá s šibalským úsmevom:
- Omyl, chytrák! Toto je Newton na meter štvorcový! NAŠLI STE PASCAL!!!

Vypočítajme akustický tlak v pascaloch alebo newtonoch na meter štvorcový:

Vynásobíme tlak v pascaloch plochou v metroch štvorcových a dostaneme veľkosť sily v Newtonoch:

Prepočítajme Newtony na hmatateľnejšie gramové sily:

• Tryskové lietadlo vytvára tlak
  0,0011 N x 102 gf / H = 0,1122 gf
• Zvuk tichého rozhovoru silou tlačí na ušný bubienok
  0,0000003479 N × 102 gf / H = 0,000035 gf

Cítite ten rozdiel, ako sa hovorí! A nezabudnite, že mechanizmus sluchu je zložitejší a zvuk vnímame nielen ušným bubienkom v hĺbke ucha!

2. Premena napäťovej úrovne na silu signálu

V práci často meriame úrovne RF signálu na anténnom vstupe testovacieho prijímača. A merací prijímač je svojimi metrologickými vlastnosťami blízky selektívnemu voltmetru a nameraná hodnota sa počíta v decibel-mikrovoltoch ( dBμV). Zároveň pri rádiových meraniach často pracujú s výkonom signálu v mieste príjmu, často vyjadreným v decibeloch-miliwattoch ( dBm). Počítajme jeden s druhým!

A pre zvýšenie šťastia som si vyrobil online kalkulačku, ktorá prepočítava napätie v decibeloch-mikrovoltoch na výkon v decibeloch-miliwattoch a naopak (viem, viem, na internete je ich bezo mňa nespočetne veľa! :))

Online kalkulačka decibelov

Podmienky používania jednoduché až na hanbu. Zmeňte hodnotu ktorejkoľvek z hodnôt a všetky ostatné hodnoty sa automaticky prepočítajú.

Napätie, mV:
Napätie, dBμV:
Výkon, dBm:
Výkon, mW:

Decibel je bezrozmerná jednotka používaná na meranie pomeru niektorých „energetických“ (výkon, energia, hustota toku výkonu atď.) alebo „výkonu“ (prúd, napätie atď.) veličín. Inými slovami, decibel je relatívna hodnota. Nie absolútne, ako napríklad watty alebo volty, ale rovnaké relatívne, ako je multiplicita („trojnásobný rozdiel“) alebo percento, určené na meranie pomeru („pomer úrovní“) dvoch ďalších veličín a logaritmická stupnica je aplikovaný na výsledný pomer.

Jednotka decibel bola prvýkrát použitá na meranie intenzity zvuku a bola pomenovaná po Alexandrovi Grahamovi Bellovi. Spočiatku sa na odhad pomeru výkonu použil dB a v kanonickom známom zmysle hodnota vyjadrená v dB predpokladá logaritmus pomeru dvoch výkonov a vypočíta sa podľa vzorca:

kde P 1 / P 0 je pomer hodnôt dvoch mocnín: namerané P 1 k takzvanej referenčnej P 0, teda základnej hodnote, ktorá sa berie ako nulová úroveň (čo znamená nulová úroveň v jednotkách dB, keďže v prípade rovnosti mocnín P 1 = P 0 je logaritmus ich pomeru lg (P 1 / P 0) = 0).

V súlade s tým sa prechod z pomeru dB na výkon uskutočňuje podľa vzorca:

P 1 / P 0 = 10 0,1 · (hodnota v dB),

a mocninu P1 možno nájsť so známou referenčnou mocninou Po výrazom

P 1 = P 0 · 10 0,1 · (hodnota v dB).

Výraz pochádza z Weber-Fechnerovho zákona - empirického psychofyziologického zákona, ktorý hovorí, že intenzita vnemov je úmerná logaritmu intenzity podnetu.

E. Weber vo viacerých experimentoch, počnúc rokom 1834, ukázal, že nový podnet, aby sa vnemami líšil od predchádzajúceho, musí sa líšiť od pôvodného o množstvo úmerné pôvodnému podnetu. Na základe pozorovaní G. Fechner v roku 1860 sformuloval „základný psychofyzikálny zákon“, podľa ktorého sila vnemu púmerné logaritmu intenzity stimulu:

kde je hodnota intenzity podnetu. - dolná hraničná hodnota intenzity podnetu: ak, podnet vôbec necítiť. - konštanta, ktorá závisí od predmetu vnemu.

Luster s 8 žiarovkami sa nám teda zdá oveľa jasnejší ako luster so 4 žiarovkami, ako je luster so 4 žiarovkami jasnejší ako luster s 2 žiarovkami. To znamená, že počet žiaroviek sa musí zvýšiť o rovnaký počet, aby sa nám zdalo, že nárast jasu je konštantný. Naopak, ak je absolútny nárast jasu (rozdiel v jase „po“ a „pred“) konštantný, potom sa nám bude zdať, že absolútny nárast klesá so zvyšovaním samotnej hodnoty jasu. Napríklad, ak pridáte jednu žiarovku do lustra s dvoma svetlami, zdanlivý nárast jasu bude výrazný. Ak k lustru s 12 žiarovkami pridáme jednu žiarovku, tak zvýšenie svietivosti takmer nezaznamenáme.

Môžeme povedať aj toto: pomer minimálneho prírastku sily podnetu, ktorý po prvýkrát vyvoláva nové vnemy, k počiatočnej hodnote podnetu je konštantná hodnota.

Akékoľvek operácie s decibelmi sú zjednodušené, ak dodržíte pravidlo: hodnota v dB je 10 dekadických logaritmov pomeru dvoch veličín energie rovnakého mena. Všetko ostatné je dôsledkom tohto pravidla.

Decibelové operácie možno vykonávať mentálne: namiesto násobenia, delenia, umocňovania a extrakcie odmocniny sa jednotky decibelov sčítavajú a odčítavajú. Na tento účel môžete použiť tabuľky pomerov (prvé 2 sú približné):

1 dB → 1,25 krát,

3 dB → 2 krát,

10 dB → 10 krát.

Rozšírením „komplexnejších hodnôt“ na „zložené“ dostaneme:

6 dB = 3 dB + 3 dB → 2 2 = 4 krát,

9 dB = 3dB + 3dB + 3dB → 2 2 2 = 8-krát,

12 dB = 4 (3 dB) → 2 4 = 16 krát

atď., ako aj:

13 dB = 10 dB + 3 dB → 10 2 = 20-krát,

20 dB = 10 dB + 10 dB → 10 10 = 100-krát,

30 dB = 3 · (10 dB) → 10³ = 1000 krát.

Sčítanie (odčítanie) hodnôt v dB zodpovedá násobeniu (deleniu) samotných pomerov. Záporné hodnoty dB zodpovedajú inverzným pomerom. Napríklad:

zníženie výkonu o 40-krát → to je 4-10-krát alebo o - (6 dB + 10 dB) = −16 dB;

zvýšenie výkonu 128-krát je 2 7 alebo 7 · (3 dB) = 21 dB;

4-násobné zníženie napätia zodpovedá zníženiu výkonu (hodnoty druhého rádu) o 4² = 16-krát; obe pri R1 = R0 sú ekvivalentné zníženiu o 4 · (-3 dB) = -12 dB.

Existuje niekoľko dôvodov, prečo používať decibely a pracovať v logaritmoch namiesto percent alebo zlomkov:

povaha prejavu zmien v zmyslových orgánoch ľudí a zvierat v priebehu mnohých fyzikálnych a biologických procesov je úmerná nie amplitúde vstupnej akcie, ale logaritmu vstupnej akcie (divoký život žije podľa logaritmu ). Preto je celkom prirodzené nastaviť stupnice prístrojov a vo všeobecnosti stupnice jednotiek v logaritmických jednotkách, vrátane použitia decibelov. Napríklad hudobná škála rovnakého temperamentu je jednou z takýchto logaritmických škál.

výhoda logaritmickej stupnice v prípadoch, keď je v jednom probléme potrebné pracovať súčasne s veličinami, ktoré sa nelíšia na druhom desatinnom mieste, ale občas, ba čo viac, líšia sa o mnoho rádov (príklady: problém výber grafického zobrazenia úrovní signálu, frekvenčných rozsahov rádiových prijímačov, výpočet frekvencií pre ladenie klaviatúry klavíra, výpočty spektier pri syntéze a spracovaní hudobného a iného harmonického zvuku, svetelné vlny, grafické zobrazenia rýchlostí v kozmonautike, letectve, vo vysokorýchlostnej doprave grafické zobrazenie iných premenných, ktorých zmeny v širokom rozsahu hodnôt sú kriticky dôležité)

pohodlie zobrazenia a analýzy hodnoty, ktorá sa mení vo veľmi širokom rozsahu (príkladmi sú smerový vzor antény, frekvenčná odozva elektrického filtra)

Decibel sa používa na určenie pomeru dvoch veličín. Nie je však prekvapujúce, že decibel sa používa aj na meranie absolútnych hodnôt. K tomu sa stačí dohodnúť, aká hladina meranej fyzikálnej veličiny bude braná ako referenčná hladina (podmienená 0 ​​dB).

Presne povedané, musí byť jednoznačne určené, ktorá fyzikálna veličina a ktorá hodnota sa používa ako referenčná úroveň. Referenčná úroveň sa uvádza ako aditívum za symbolmi „dB“ (napr. dBm), alebo referenčná úroveň musí byť zrejmá z kontextu (napr. „dB re 1 mW“).

V praxi sú bežné tieto referenčné úrovne a ich špeciálne označenia:

dBm(ruština dBm) - referenčná úroveň je výkon 1 mW. Výkon sa zvyčajne určuje pri menovitom zaťažení (pre profesionálne zariadenia - zvyčajne 10 kΩ pre frekvencie menšie ako 10 MHz, pre rádiofrekvenčné zariadenia - 50 Ω alebo 75 Ω). Napríklad "výstupný výkon zosilňovacieho stupňa je 13 dBm" (to znamená, že výkon uvoľnený pri nominálnej záťaži pre tento zosilňovací stupeň je 20 mW).

dBV(ruština dBV) - referenčné napätie 1 V pri menovitom zaťažení (pre domáce spotrebiče - zvyčajne 47 kOhm); napríklad štandardná úroveň signálu pre spotrebiteľské audio zariadenia je -10 dBV, to znamená 0,316 V pri záťaži 47 kΩ.

dBuV(ruština dBμV) - referenčné napätie 1 μV; napríklad "citlivosť rádiového prijímača meraná na anténnom vstupe je −10 dBμV ... nominálna impedancia antény je 50 Ohm."

Zložené jednotky merania sa tvoria analogicky. Napríklad úroveň spektrálnej hustoty výkonu dBW / Hz je "decibel" analóg meracej jednotky W / Hz (výkon uvoľnený pri nominálnej záťaži vo frekvenčnom pásme šírom 1 Hz so stredom na špecifikovanej frekvencii). Referenčná úroveň v tomto príklade je 1 W / Hz, to znamená fyzikálna veličina "hustota spektrálneho výkonu", jej rozmer "W / Hz" a hodnota "1". Záznam "-120 dBW / Hz" je teda úplne ekvivalentný záznamu "10 −12 W / Hz".

V prípade ťažkostí, aby sa predišlo nejasnostiam, stačí explicitne uviesť referenčnú úroveň. Napríklad zápis −20 dB (vztiahnuté na 0,775 V do 50 ohmovej záťaže) eliminuje nejednoznačnosť.

Platia nasledujúce pravidlá (dôsledok pravidiel činnosti s rozmerovými veličinami):

nie je možné násobiť alebo deliť hodnoty „decibelov“ (to je zbytočné);

súčet hodnôt „decibel“ zodpovedá násobeniu absolútnych hodnôt, odčítanie hodnôt „decibel“ zodpovedá deleniu absolútnych hodnôt;

sčítanie alebo odčítanie „decibelových“ hodnôt je možné vykonať bez ohľadu na ich „pôvodný“ rozmer. Napríklad rovnosť 10 dBm + 13 dB = 23 dBm je správna, plne ekvivalentná s rovnosťou 10 mW · 20 = 200 mW a možno ju interpretovať ako „zosilňovač so ziskom 13 dB zvyšuje výkon signálu z 10 dBm na 23 dBm“.

Pri prepočte výkonových hladín (dBW, dBm) na napäťové úrovne (dBV, dBμV) a naopak je potrebné brať do úvahy odpor, pri ktorom sa výkon a napätie určuje.

V rádiotechnike sa často používa pomer signálu k šumu (SNR) - bezrozmerná hodnota rovnajúca sa pomeru výkonu užitočného signálu k výkonu šumu.

kde P- priemerný výkon a A je stredná kvadratická hodnota amplitúdy. Oba signály sa merajú v šírke pásma systému.

Obvykle sa pomer signálu k šumu vyjadruje v decibeloch (dB). Čím väčší je tento pomer, tým menej hluku ovplyvňuje výkon systému.

V audiotechnike sa pomer signálu k šumu určuje meraním napätia šumu a signálu na výstupe zosilňovača alebo iného zariadenia na reprodukciu zvuku pomocou milivoltmetra rms alebo spektrálneho analyzátora. Moderné zosilňovače a ďalšie kvalitné audio zariadenia majú odstup signálu od šumu cca 100-120 dB.

Bel (skratka: B) je bezrozmerná jednotka merania pomeru (rozdielu v úrovniach) niektorých veličín na logaritmickej stupnici. Podľa GOST 8.417-2002 je bel definovaný ako desatinný logaritmus bezrozmerného pomeru fyzikálnej veličiny k fyzikálnej veličine s rovnakým názvom, ktorá sa považuje za počiatočnú:

at pre energetické množstvá s rovnakým názvom;

pri rovnakých „výkonových“ množstvách;

Bel nie je zaradený do sústavy jednotiek SI, avšak podľa rozhodnutia Generálnej konferencie pre miery a váhy ho možno v spojení so SI používať bez obmedzení. Používa sa hlavne v akustike (kde sa hlasitosť zvuku meria v beloch) a elektronike. ruské označenie - B; medzinárodný - B.