Merania. Jednotky. Decibely sú univerzálnym opatrením. Použitie prevodníka „Úrovne v dBm (dBm alebo dBmW), dBV (dBV), watty a ďalšie jednotky

] Na meranie hlasitosti zvuku sa zvyčajne používajú decibely. Decibel je desatinný logaritmus. To znamená, že zvýšenie hlasitosti o 10 decibelov naznačuje, že zvuk bol dvakrát hlasnejší ako pôvodný. Hlasitosť zvuku v decibeloch je zvyčajne opísaná vzorcom 10 Záznam 10 (I / 10 -12) kde I je intenzita zvuku vo wattoch / meter štvorcový.

Kroky

Porovnávacia tabuľka hladín hluku v decibeloch

Nasledujúca tabuľka popisuje úrovne decibelov vo vzostupnom poradí a im zodpovedajúce príklady zdrojov zvuku. Poskytuje tiež informácie o negatívnych vplyvoch na sluch pred každou úrovňou hluku.

Úrovne decibelov pre rôzne zdroje hluku

Decibely	Zdrojový príklad	Vplyv na zdravie
0	Ticho	Neprítomný
10	Nádych	Neprítomný
20	Šepot	Neprítomný
30	Tichý hluk pozadia v prírode	Neprítomný
40	Zvuky v knižnici, tichý hluk v pozadí v meste	Neprítomný
50	Pokojná konverzácia, normálny prímestský hluk v pozadí	Neprítomný
60	Hluk v kancelárii alebo reštaurácii, hlasný rozhovor	Neprítomný
70	Televízor, hluk z diaľnice od 15,2 metra (50 stôp)	Poznámka; niektoré sú nepríjemné
80	Hluk z továrne, kuchynský robot, umývačka áut zo vzdialenosti 6,1 metra (20 stôp)	Možné poškodenie sluchu pri dlhšej expozícii
90	Kosačka na motocykel od 7,62 m (25 stôp)	Vysoká pravdepodobnosť poškodenia sluchu pri dlhodobej expozícii
100	Prívesný motor, zbíjačka	Pri dlhodobom pôsobení je veľmi pravdepodobné vážne poškodenie sluchu
110	Hlasný rockový koncert, oceliareň	Môže to hneď bolieť; veľmi pravdepodobne spôsobí vážne poškodenie sluchu pri dlhodobej expozícii
120	Reťazová píla, hrom	Spravidla dochádza k chvíľkovej bolesti
130-150	Vzlet stíhačky z lietadlovej lode	Je možná okamžitá strata sluchu alebo prasknutý bubienok.

Meranie hladiny zvuku pomocou prístrojov

Použite svoj počítač. So špeciálnym softvérom a hardvérom je ľahké zmerať hladinu hluku v decibeloch priamo vo vašom počítači. Nasleduje len niekoľko spôsobov, ako to môžete urobiť. Všimnite si toho, že používanie záznamového zariadenia vyššej kvality vždy poskytne lepšie výsledky; inými slovami, mikrofón zabudovaný v prenosnom počítači môže na niektoré úlohy stačiť, ale vysokokvalitný externý mikrofón poskytne presnejšie výsledky.

1. Použite mobilnú aplikáciu. Na meranie hladiny zvuku kdekoľvek prídu vhod mobilné aplikácie. Mikrofón vo vašom mobilnom zariadení nemusí byť taký dobrý ako externý mikrofón pripojený k počítaču, ale môže byť prekvapivo presný. Napríklad presnosť čítania na mobilnom telefóne sa môže od profesionálneho vybavenia líšiť o 5 decibelov. Nasleduje zoznam programov na čítanie hladiny zvuku v decibeloch pre rôzne mobilné platformy:

   • Pre zariadenia Apple: Decibel 10th, Decibel Meter Pro, dB Meter, Sound Level Meter
   • Pre zariadenia s Androidom: zvukomer, merač decibelu, merač hluku, deciBel
   • Pre telefóny so systémom Windows: Decibel Meter zdarma, Cyberx Decibel Meter, Decibel Meter Pro

2. Použite profesionálny merač decibelov. Obvykle to nie je lacné, ale môže to byť najľahší spôsob, ako získať presné merania hladiny zvuku, o ktorú máte záujem. Hovorí sa mu aj „zvukomer“, špecializované zariadenie (dostupné v internetovom obchode alebo špecializovanom obchode), ktoré pomocou citlivého mikrofónu meria hladinu hluku v okolí a poskytuje presné hodnoty v decibeloch. Pretože o tieto zariadenia nie je veľký záujem, môžu byť poriadne drahé, často začínajú od 200 dolárov, dokonca aj pre zariadenia základnej triedy.

   • Upozorňujeme, že decibel / zvukomer to môže nazývať trochu inak. Napríklad ďalšie podobné zariadenie nazývané „hlukomer“ robí to isté ako zvukomer.

   Výpočet decibelov

   1. Zistite intenzitu zvuku vo wattoch / meter štvorcový. V každodennom živote sa decibely používajú ako jednoduchá miera hlasitosti. Veci však nie sú také jednoduché. Vo fyzike sú decibely často vnímané ako pohodlný spôsob vyjadrenia „intenzity“ zvukovej vlny. Čím väčšia je amplitúda zvukovej vlny, tým viac energie prenáša, tým viac častíc vzduchu vibruje na jej dráhe a tým intenzívnejší je samotný zvuk. Vzhľadom na priamy vzťah medzi intenzitou zvukovej vlny a hlasitosťou v decibeloch je možné nájsť hodnotu decibelov, pričom poznáte iba intenzitu hladiny zvuku (ktorá sa zvyčajne meria vo wattoch / meter štvorcový)

      • Všimnite si toho, že hodnota intenzity je pre normálne zvuky veľmi nízka. Napríklad zvuk s intenzitou 5 × 10 -5 (alebo 0,00005) wattov / meter štvorcový zodpovedá približne 80 decibelom, čo zhruba zodpovedá objemu mixéra alebo kuchynského robota.
      • Pre lepšie pochopenie vzťahu medzi intenzitou a úrovňou decibelov vyriešme jeden problém. Zoberme si napríklad toto: Predpokladajme, že sme zvukoví inžinieri a na to, aby sme zlepšili kvalitu zaznamenaného zvuku, musíme predbehnúť úroveň hluku v pozadí v nahrávacom štúdiu. Po inštalácii zariadenia sme zaznamenali intenzitu hluku pozadia 1 × 10 -11 (0,00000000001) watt / meter štvorcový... Potom pomocou týchto informácií môžeme vypočítať hladinu hluku pozadia štúdia v decibeloch.

   2. Delíme 10 -12. Ak poznáte intenzitu zvuku, môžete ho jednoducho zapojiť do vzorca 10Log 10 (I / 10 -12) (kde „I“ je intenzita vo wattoch / meter štvorcový) a získať hodnotu decibelov. Najprv rozdeľte 10 -12 (0,000000000001). 10 -12 zobrazuje intenzitu zvuku so skóre 0 na stupnici decibelov, porovnaním intenzity vášho zvuku s týmto číslom nájdete jeho pomer k počiatočnej hodnote.

      • V našom prípade sme rozdelili hodnotu intenzity 10 -11 na 10 -12 a dostali sme 10 -11 / 10 -12 = 10 .

   3. Vypočítajme denník 10 tohto čísla a vynásobme ho 10. Na dokončenie riešenia stačí vziať základný logaritmus 10 výsledného čísla a potom ho vynásobiť 10. To potvrdzuje, že decibely sú logickou základňou 10 - inými slovami, zvýšenie hladiny hluku o 10 decibelov je zdvojnásobenie.zvuk.

      • Náš príklad je ľahko vyriešiteľný. Log 10 (10) = 1,1 × 10 = 10. Hodnota šumu pozadia v našom štúdiu sa preto rovná 10 decibelov... Je dosť tichý, ale stále ho zachytáva naše vysokokvalitné záznamové zariadenie, takže na dosiahnutie vyššej kvality záznamu pravdepodobne potrebujeme eliminovať zdroj hluku.

   4. Pochopenie logaritmickej povahy decibelov. Ako bolo uvedené vyššie, decibely sú logaritmické hodnoty so základňou 10. Pre každú danú hodnotu decibelov je hluk 10 decibelov dvakrát tak silný ako pôvodný a 20 decibelov je štyrikrát taký vysoký a podobne. To umožňuje určiť široký rozsah intenzít zvuku, ktoré môže ľudské ucho vnímať. Najhlučnejší zvuk, ktorý môže človek počuť, bez toho, aby pociťoval bolesť, je miliardkrát hlasnejší než najtichší zvuk, ktorý môže človek počuť. Používaním decibelov sa vyhýbame používaniu veľkých čísel na opis bežných zvukov - namiesto toho nám stačia tri číslice.

      • Zamyslite sa nad tým, čo je jednoduchšie na používanie: 55 decibelov alebo 3 × 10 -7 wattov / meter štvorcový? Obe hodnoty sú rovnaké, ale namiesto použitia vedeckého zápisu (ako veľmi malý zlomok čísla) je oveľa pohodlnejšie používať decibely, ktoré sú akousi jednoduchou skratkou pre jednoduché každodenné použitie.

Decibel

Decibel- logaritmická jednotka úrovní, útlmu a zisku.

Hodnota vyjadrená v decibeloch je číselne rovnaká ako desatinný logaritmus bezrozmerného pomeru fyzikálnej veličiny k fyzikálnej veličine s rovnakým názvom, braný ako pôvodný, vynásobený desiatimi:

kde A dB- hodnota v decibeloch, A- nameraná fyzikálna veličina, A 0 - hodnota braná ako základ.

Decibel je bezrozmerná jednotka používaná na meranie pomeru určitých veličín - „energetických“ (výkon, energia, hustota energetického toku atď.) Alebo „výkonových“ (prúd, napätie atď.). Inými slovami, decibel je relatívna hodnota. Nie sú absolútne, ako napríklad vo wattoch alebo voltoch, ale sú rovnaké ako násobky („trojnásobný rozdiel“) alebo percentuálny podiel, určené na meranie pomeru („pomer úrovní“) dvoch ďalších veličín, a použije sa logaritmická stupnica. k výslednému pomeru.

Ruské označenie jednotky „decibel“ je „dB“, medzinárodné označenie „dB“ ( nesprávne: db, db).

Decibel nie je oficiálnou jednotkou v systéme SI, aj keď je na základe rozhodnutia Generálnej konferencie o váhach a mierach povolené používanie bez obmedzenia v spojení so SI a Medzinárodný úrad pre váhy a miery odporučil jeho zahrnutie do tento systém.

Porovnanie s inými logaritmickými jednotkami

titul	zníženie	sa viaže na zmeniť na čas	prestavba na ...
			dB	B	Np	X m
decibel	dB, dB	≈1,26 ()	1	0,1	≈0,115	−0,25
biely	B, B.	10	10	1	≈1,15	−2,5
neper	Np, Np	≈2,72 ( )	≈8,686	≈0,8686	1	≈−1,086
hviezdne rozsah	X m	≈0,398 ()	−4	−0,4	≈−0,921	1

Oblasti použitia

Decibely sú široko používané v akejkoľvek oblasti technológie, kde je potrebné merať veličiny, ktoré sa líšia v širokom rozsahu: v rádiovom inžinierstve, anténnej technológii, systémoch prenosu informácií, v optike, akustike (úroveň hlasitosti zvuku sa meria v decibeloch), atď. Je teda obvyklé merať v decibeloch dynamický rozsah (napríklad rozsah hlasitosti hudobného nástroja), útlm vlny pri šírení v absorpčnom médiu, hodnotu zosilnenia a šumu zosilňovača.

Decibely slúžia nielen na meranie pomeru fyzických veličín druhého rádu (energia: výkon, energia) a prvého rádu (napätie, prúd). V decibeloch môžete merať pomery akýchkoľvek fyzikálnych veličín a decibely môžete použiť aj na vyjadrenie absolútnych hodnôt (pozri referenčnú úroveň).

Choďte na decibely

Všetky operácie s decibelmi sú zjednodušené, ak dodržíte pravidlo: hodnota v dB je 10 logaritmov pomeru dvoch energetických veličín s rovnakým názvom... Všetko ostatné je dôsledkom tohto pravidla. „Energia“ - veličiny druhého rádu (energia, výkon). Vo vzťahu k nim sú napätie a sila elektrického prúdu („neenergetické“) veličinami prvého poriadku ( P ~ U²), ktoré musia byť v určitej fáze výpočtov správne prevedené na energiu.

Meranie „energetických“ veličín

Na odhad pomeru sa pôvodne používal dB kapacity a v kanonickom, obvyklom zmysle, hodnota vyjadrená v dB predpokladá logaritmus pomeru dvoch kapacity a vypočíta sa podľa vzorca:

,

kde X- hodnota nameraná v dB; P 1 /P 0 je pomer hodnôt týchto dvoch mocností: merateľné P 1 na tzv podporujúce P 0, to znamená základ, braný ako nulová úroveň (to znamená nulová úroveň v jednotkách dB, pretože v prípade rovnosti právomocí P 1 = P 0 je logaritmus ich pomeru lg ( P 1 /P 0) = 0).

Prechod z dB na výkon sa teda vykonáva podľa vzorca:

,

kde X je hodnota nameraná v dB. Moc P 1 je možné nájsť so známym referenčným výkonom P 0 výrazom

.

Meranie „neenergetických“ veličín

Z pravidla (pozri vyššie) vyplýva, že „neenergetické“ veličiny je potrebné previesť na energetické. Takže podľa zákona Joule-Lenz resp. Preto kde R. 1 - odpor, pri ktorom je určené premenné napätie U 1, a R. 0 - odpor, pri ktorom bolo určené referenčné napätie U 0 .

Vo všeobecnosti napätia U 1 a U 0 je možné zaregistrovať pri rôznych odporoch ( R. 1 nie je rovná R. 0). Môže to byť napríklad pri určovaní zisku zosilňovača s rôznymi výstupnými a vstupnými odpormi alebo pri meraní strát v zhodnom zariadení, ktoré transformuje odpory. Preto vo všeobecnom prípade

Decibel value =.

Iba v konkrétnom (veľmi bežnom) prípade, ak sú obe napätia U 1 a U 0 boli merané s rovnakým odporom ( R. 1 = R. 0), môžete použiť krátky výraz

Decibel value =.

Decibely „vo výkone“, „v napätí“ a „v prúde“

Z pravidla (pozri vyššie) vyplýva, že dB sú iba „vo výkone“. Avšak v prípade rovnosti R. 1 = R. 0 (najmä ak R. 1 a R. 0 - rovnaký odpor, alebo ak je pomer odporu R. 1 a R. 0 z jedného alebo druhého dôvodu nie je dôležité) hovorte o dB „napätí“ a „prúde“, čo znamená, že sú vyjadrené:

Napätie dB =; dB prúd =.

Na prechod z „dB napätím“ („dB prúdom“) na „dB výkonom“ je potrebné jasne definovať, pri ktorých odporoch (rovnakých alebo nie rovnakých navzájom) bolo napätie (prúd) zaznamenané. Ak R. 1 nie je rovná R. 0, mali by ste použiť výraz pre všeobecný prípad (pozri vyššie).

Príklady výpočtu

Prejdite na dB

Nech potom je hodnota výkonu P 1 dvakrát väčšia ako počiatočná hodnota výkonu P 0, potom

10 log (P 1 / P 0) = 10 log (2) ≈ 3,0103 dB ≈ 3 dB,

to znamená, že zvýšenie výkonu o 3 dB znamená 2-násobné zvýšenie výkonu.

Nech je hodnota výkonu P 1 dvakrát menšia ako počiatočná hodnota výkonu P 0, to znamená P 1 = 0,5 P 0. Potom

10 log (P 1 / P 0) = 10 log (0,5) ≈ −3 dB,

to znamená, že zníženie výkonu o 3 dB znamená 2-násobné zníženie výkonu. Podobne:

• 10 -násobné zvýšenie výkonu: 10 log (P 1 / P 0) = 10 log (10) = 10 dB, 10 -násobné zníženie: 10 log (P 1 / P 0) = 10 log (0,1) = -10 dB;
• nárast o 1 miliónkrát: 10 lg (P 1 / P 0) = 10 lg (1 000 000) = 60 dB, zníženie o 1 miliónkrát: 10 lg (P 1 / P 0) = 10 lg (0,000001) = -60 dB .

Prechod z dB na časy

Zmena „v časoch“ zo známej zmeny v dB (symbol „dB“ vo vzorcoch nižšie) sa vypočíta takto:

Konvertovanie pomeru výkonu na dB:

10000

100

10

≈ 4

≈ 2

≈ 1.26

1

≈ 0.79

≈ 0.5

≈ 0.25

0.1

0.01

0.0001

40 dBA

20 dBA

10 dB

6 dB

3dB

1 dB

0 dB

−1 dB

−3 dB

−6 dB

-10 dB

-20 dB

-40 dB

Od dB k výkonu

Na to potrebujete poznať hodnotu referenčnej úrovne výkonu P 0. Napríklad s P 0 = 1 mW a známou zmenou +20 dB:

Ut

Prechod z dB na napätie (prúd)

Aby ste to urobili, musíte poznať hodnotu referenčnej úrovne napätia U 0 a určte, či bolo napätie zaznamenané pri rovnakom odpore, alebo pre vyriešený problém nie je rozdiel v hodnotách odporu dôležitý. Napríklad za predpokladu R. 0 = R. 1 daný U 0 = 2 V a zosilnenie napätia 6 dB:

≈ 4 V.

Operácie s decibelmi môžete vykonávať vo svojej hlave: namiesto násobenia, delenia, umocňovania a extrahovania koreňa môžete decibely sčítať a odoberať. Na tento účel môžete použiť tabuľky pomerov (prvé 2 sú približné):

1 dB → 1,25 krát, 3 dB → 2 krát, 10 dB → 10 krát.

Odtiaľto, pri rozklade „zložitejších hodnôt“ na „zložené“, získame:

6 dB = 3 dB + 3dB → 2 2 = 4 krát, 9 dB = 3 dB + 3 dB + 3 dB → 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 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;
• 128 -násobné zvýšenie výkonu je 2 7 alebo 7 · (3 dB) = 21 dB;
• pokles napätia o 4 -krát sa rovná poklesu výkonu (hodnoty druhého rádu) o 4² = 16 -krát; obaja o R. 1 = R. 0 je ekvivalentom poklesu o 4 · (−3 dB) = −12 dB.

Dôvody použitia decibelov

Existuje niekoľko dôvodov pre používanie decibelov a prevádzku v logaritmoch namiesto percent alebo zlomkov:

Symboly

Pre rôzne fyzikálne veličiny to isté číselná hodnota vyjadrené v decibelov, môže zodpovedať rôznym úrovniam signálu (alebo skôr rozdielu úrovní). Preto, aby sa predišlo zámene, sú také „špecifikované“ merné jednotky označené rovnakými písmenami „dB“, ale s pridaním indexu - všeobecne uznávaného označenia meranej fyzikálnej veličiny. Napríklad dBV (decibel vzhľadom na volt) alebo dBμV (decibel vzhľadom na mikrovolt), dBW (decibel vzhľadom na watt) atď. Napr. Pre hladinu akustického tlaku: LP (re 20 µPA) = 20 dB; L P (ref. 20 μPa) = 20 dB

Referenčná úroveň

Decibel slúži na určenie pomeru dvoch veličín. Nie je však prekvapujúce, že decibel sa používa aj na meranie absolútnych hodnôt. Na to stačí dohodnúť sa, aká úroveň meranej fyzikálnej veličiny bude považovaná za referenčnú úroveň (podmienene 0 dB).

Presne povedané, musí byť jednoznačne určené, ktoré fyzické množstvo a ktorá hodnota sa používa ako referenčná úroveň. Referenčná úroveň je označená ako aditívum podľa symbolov „dB“ (napr. DBm) alebo referenčná úroveň musí byť zrejmá z kontextu (napr. „DB re 1 mW“).

V praxi sú bežne používané nasledujúce referenčné úrovne a špeciálne označenia:

• dBm(Rusky 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 zosilňovača je 13 dBm„(To znamená, že výkon uvoľnený pri nominálnom zaťažení pre tento zosilňovač je 20 mW).
• dBV(Rusky dBV) - referenčné napätie 1 V pri menovitom zaťažení (pre domáce spotrebiče - zvyčajne 47 kΩ); napríklad štandardizovaná úroveň signálu pre spotrebiteľské zvukové zariadenia je –10 dBV, to znamená 0,316 V pri záťaži 47 kΩ.
• dBuV(Rusky dBμV) - referenčné napätie 1 μV; napríklad, " citlivosť rádiového prijímača, meraná na vstupe antény - -10 dBμV ... nominálna impedancia antény - 50 Ohm».

Vzťah napätia v dBu s voltmi, wattmi a dBm. Pokles napätia o 0,775 Vrms pri záťaži 600 ohmov má za následok priemerný stratový výkon pri tejto záťaži 1 mW (0 dBm). Hovorí sa, že v tomto prípade je úroveň signálu 0 dBu

Zložené merné jednotky sú tvorené analógiou. Úroveň spektrálnej hustoty výkonu dBW / Hz je napríklad „decibelový“ analóg mernej jednotky W / Hz (výkon uvoľňovaný pri menovitom zaťažení vo frekvenčnom pásme 1 Hz so stredom na špecifikovanej frekvencii). Referenčná úroveň v tomto prípade je 1 W / Hz, to znamená fyzikálna veličina „hustota spektrálneho výkonu“, jej rozmer „W / Hz“ a hodnota „1“. Záznam „-120 dBW / Hz“ je teda plne ekvivalentný záznamu „10 –12 W / Hz“.

V prípade ťažkostí, aby sa predišlo nejasnostiam, stačí explicitne uviesť referenčnú úroveň. Napríklad záznam −20 dB (ref. 0,775 V pri zaťažení 50 ohmov) vylučuje dvojitú interpretáciu.

Nasledujúce pravidlá sú platné (dôsledok pravidiel akcií s rozmerovými veličinami):

• nie je možné vynásobiť alebo rozdeliť hodnoty „decibelov“ (je to zbytočné);
• súčet hodnôt „decibelov“ zodpovedá násobeniu absolútnych hodnôt, odčítanie hodnôt „decibelov“ zodpovedá deleniu absolútnych hodnôt;
• sčítanie alebo odčítanie hodnôt „decibel“ je možné vykonať bez ohľadu na ich „pôvodný“ rozmer. Napríklad rovnosť 10 dBm + 13 dB = 23 dBm je správna, úplne ekvivalentná rovnosti 10 mW · 20 = 200 mW a môže byť interpretovaná ako „zosilňovač so ziskom 13 dB zvyšuje výkon signálu z 10 dBm na 23 dBm “.

Pri prevode úrovní výkonu (dBW, dBm) na napäťové úrovne (dBV, dBμV) a naopak je potrebné vziať do úvahy odpor, pri ktorom sa určuje výkon a napätie:

• Napájanie na napätie:
  • dBμV = dBm + 107
  • dBμV = dBW + 137
  • dBV = dBm - 13
  • dBV = dBW + 17

• Napätie na napájanie:
  • dBm = dBmkV - 107
  • dBm = dBV + 13
  • dBW = dBμV - 137
  • dBW = dBV - 17

• Napájanie na napätie:
  • dBμV = dBm + 108,75
  • dBμV = dBW + 138,75
  • dBV = dBm - 11,25
  • dBV = dBW + 18,75

• Napätie na napájanie:
  • dBm = dBμV - 108,75
  • dBm = dBV + 11,25
  • dBW = dBμV - 138,75
  • dBW = dBV - 18,75

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

Alexander Bell už dávno zistil, že človek prestane počuť zvuk, ak je výkon zdroja tohto zvuku menší ako 10 -12 W / m 2, a ak presahuje 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). Preto určil stupnicu zvukového výkonu.

Tu môžete povedať: „Ach, všetko je jasné!“ - dobré! Ale ďalej je to ešte zaujímavejšie.

Prejdite k veci

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

• 0 dB - nič nie je počuť
• 15 dB - sotva počuteľné (šuchot lístia)
• 50 dB - dobre počuteľné
• 60 dB - hlučné

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

Čo je vyjadrené v bels ako pomer nameranej úrovne signálu k určitej referenčnej úrovni. 1 Bel = lg (P 1 / P 0), kde P 0 je zvukový výkon prahu sluchu, ale na získanie decibela stačí vynásobiť 10: 1 dB = 10 * lg (P 1 / P 0 )

Teda decibel ukazuje logaritmus pomeru úrovne jedného signálu k druhému a slúži na porovnanie dvoch signálov. Zo vzorca, mimochodom, je zrejmé, že decibely je možné porovnať s akýmikoľvek signálmi (a nielen zvukovým výkonom), pretože decibely sú bezrozmerné.

Zvláštnosti

Zmätok s decibelmi pochádza zo skutočnosti, že ich existuje niekoľko „typov“. Tradične sa nazývajú amplitúda a sila (energia).

Vzorec 1 dB = 10 * lg (P 1 / P 0) - porovnáva dve veličiny energie v decibeloch. V tomto prípade sila. A vzorec 1 dB = 20 * lg (A 1 / A 0) - porovnáva dve hodnoty amplitúdy. Napríklad napätie, prúd atď.
Prechod z amplitúdových decibelov na energetické decibely a späť je veľmi jednoduchý. Jednoducho je potrebné previesť „neenergetické“ veličiny na energetické. Ukážem to na príklade prúdu a napätia.

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

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

Prečo veci komplikovať?

Viete, dve veličiny môžu byť miliónkrát rozdielne. Jednoduchý pomer (P 1 / P 0) teda môže poskytnúť veľmi veľké aj veľmi malé hodnoty. Súhlasíte s tým, že to v praxi nie je príliš výhodné. Možno je to tiež jeden z dôvodov takého rozšírenia decibelov (spolu s dôsledkom Weber-Fechnerovho zákona)

Decibel teda umožňuje z počtu u „papagájov“, t.j. ísť občas na konkrétnejšie a menšie hodnoty. Čo je možné rýchlo pridať a ubrať v mysli. A ak stále chcete hodnotiť postoj u papagájov známou hodnotou v decibeloch, stačí si pamätať jednoduché mnemotechnické pravidlo (špehoval som Revicha):

Ak je pomer väčší ako jedna, bude kladný dB (+3 dB), a ak je menší, bude záporný (-3 dB). Preto:

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

A teraz k príkladu. 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. Títo. signál bol 300 -krát zosilnený.

Decibel je teda len praktická technická konvencia, ktorá bola zavedená ako výsledok niektorých praktických meraní a výhod praktického použitia.

Angličtina decibel, dB) - psychofyzická jednotka intenzity podnetu, jedna desatina bielej: 1 bel = lg (I / Ithr), kde / je intenzita daného podnetu (napr. fyzický jas svetla alebo intenzita zvuku), I / Ithr je intenzita prahového podnetu (hodnota absolútneho prahu). D. stupnica na jednej strane umožňuje adekvátnejšie posúdiť subjektívnu silu rôznych podnetov (v súlade s Fechnerovým zákonom); na druhej strane, keď poznáme vlastnosti logaritmov, je ľahké odhadnúť pomer fyzických vlastností. Stupnica D. tiež umožňuje priamejšie krížové modálne porovnania intenzity stimulu (napríklad intenzita zvuku a jas svetla 130-140 dB sú poburujúce a fyzicky nebezpečné pre zmyslové orgány, zatiaľ čo 60-70 dB je priemerná úroveň hlasitosti a jasu podnetov). Streda Sluch, pozadie. (B. M.)

DB (DB)

Merná jednotka bežne používaná na vyjadrenie intenzity zvuku. Vždy vyjadruje pomer dvoch dimenzií tlaku (fyzické sily). Malo by byť definované štandardné používanie tohto pojmu. Bežný systém používa na meranie zvuku 0,0002 dynu / cm2; to približne zodpovedá priemernému ľudskému prahu pre tón 1 000 Hz. Intenzita akéhokoľvek daného tónu je teda vyjadrená v dB = 10log, 10I1, / I2, kde I1 je príslušná intenzita a I2 je štandard. Pretože vzťah je logaritmický, nárast decibelov je sprevádzaný geometrickým zvýšením intenzity. Na vzdialenosť asi 1,5 metra je šepot ľudí približne 20 dB, normálna reč je 60 dB, hluk zbíjačky je približne 100 dB a za prahom bolesti sa budú ozývať širokospektrálne zvuky (napr. Rocková hudba). približne 120 dB. Všimnite si však, že decibel nie je len mierou intenzity zvuku. Doslova decibel je 1/10 bel, jednotka, ktorá sa niekedy používa na meranie elektrického napätia a svetla. Pretože táto dimenzia je pomerom dvoch energií, nie je logicky obmedzená zvukovým tlakom a môže byť použitá v iných fyzických kontinuách.

Decibel (dB)

Štandardná jednotka merania intenzity alebo amplitúdy zvuku. Zodpovedá jednej desatine bel a jedno bel je desatinný logaritmus pomeru energií (alebo intenzít). Na výpočet intenzity v decibeloch sa často používa vzorec:

Ndb = 20 logPe / Pr,

kde Ndb je počet decibelov, Pe je akustický tlak vyjadrený v decibeloch, Pr je štandardný tlak, s ktorým sa porovnáva nameraný tlak a ktorý je 0,0002 dyn / cm2. Akustický tlak, ktorý musí byť vyjadrený v decibeloch (Pe), sa porovnáva s určitým štandardným tlakom, ktorý sa svojou hodnotou blíži prahu sluchovej citlivosti človeka (pre zvuk s frekvenciou 1 000 Hz).

Rádio 1967, 12

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

Čo je to decibel? Po prvé, decibel (skrátené označenie - dB) nie je fyzická veličina, napríklad povedzme 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 najrozmanitejších javov bez ohľadu na ich povahu. Ak však percentá vyjadrujú nejakú hodnotu súvisiacu s celkom, branú ako jednotku, potom je decibel založený na širšom koncepte, ktorý charakterizuje pomer dvoch nezávislých, ale podobne pomenovaných hodnôt. Malo by sa však pamätať na to, že termín „decibel“ je vždy spojený iba s mocnosťami as 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 desatinou ďalšej, väčšej jednotky, Bel. A Bel je desatinný logaritmus pomeru dvoch mocnín. Ak sú známe dve mocniny P1 a P2, potom je ich pomer vyjadrený v decibeloch 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 na mieste pripomenúť, že desatinný logaritmus čísla je exponent, na ktorý musí byť číslo 10 zvýšené, aby sa získalo dané číslo. Napríklad: Lg (100) = 2, pretože 102 = 10 * 10 = 100; Lg (1000) = 3, pretože 103 = 10 * 10 * 10 = 1000.

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 konečný , to znamená, že P2 / P1 je menší ako 1, potom bude počet decibelov záporný. Druhý prípad zodpovedá útlmu (útlmu) signálu. Keď sú obe mocniny rovnaké a P2 / P1 = 1, potom je decibelové číslo nula.

Medzi decibelmi zisku a útlmu existuje jednoduchý vzťah: ak napríklad pomer 10 zodpovedá 10 dB, potom -10 dB vyjadruje inverzný pomer, to znamená 0,1.

Porovnanie dvoch signálov porovnaním ich síl nie je vždy vhodné. V mnohých prípadoch sa ukazuje jednoduchšie merať nie výkon v záťaži, ale pokles napätia na ňom alebo prúd, ktorý tečie. Zároveň je však potrebné dodržať predpoklad: odpory zaťažení, pri ktorých sa merajú napätia U1 a U2 alebo ktorými merané prúdy I1 a I2 pretekajú, musia byť rovnaké. Vzorce na výpočet decibelov v tomto prípade sú nasledujúce:

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

Decibely neslúžia len na porovnanie dvoch hodnôt. Sú tiež vhodné na hodnotenie špecifických hodnôt výkonu, ako aj napätí a prúdov, ak predpokladáme, že hodnota jedného z výrazov pomeru zahrnutého 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 rovnajúcemu sa 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 sa teplota topenia ľadu pri normálnom atmosférickom tlaku sa berie ako nula stupňov. Pri tomto výkone pri uvedenom odpore je pokles napätia rovný:

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

a tečúci prúd:

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

Tieto hodnoty- 0,775 V a 1,29 mA sa berú 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 viac ako 0,775 V a prúd je viac ako 1,29 mA, hladiny budú kladné. Keď je výkon, napätie alebo prúd nižší 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. Prírastok výkonu teda bude:

P2 / P1 = 20/10 = 2

Podľa tabuľky v stĺpci „Pomer výkonu“ bude číslo najbližšie k 2 1,99. V stĺpci „Decibels“ toto číslo zodpovedá 3 dB. Zdvojnásobenie výstupného výkonu preto zodpovedá nárastu 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 mať na pamäti, že súčet dvoch čísel v decibeloch je súčinom absolútnych hodnôt čísel, ktorým zodpovedajú, aby sa teda ukázal nárast (alebo pokles) výkonu. napríklad dvakrát, trikrát alebo štyrikrát je potrebné k počiatočnému počtu decibelov (alebo odčítať) pridať 3 dB, 4,8 dB alebo 6 dB.

Decibely sa často používajú na vyjadrenie citlivosti mikrofónov porovnaním ich výstupného výkonu počas testovania v továrni s nulovou úrovňou štandardu 1 mW uvedenou vyššie. Predpokladajme, že mikrofón typu MD-44, ktorého výstupná úroveň je 78 dB, je pripojený k zosilňovaču, ktorý dokáže vyvinúť 40 W neskresleného výkonu. V práci sa však ukázalo, že zosilňovač s takýmto mikrofónom vyvíja iba 10 wattov. Otázkou je, akú citlivosť by mal mať mikrofón, aby zosilňovač poskytoval plný výkon? Pomer maximálneho výkonu (40 W) zosilňovača k prijatému výkonu (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 sa aplikuje 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 rovnajúcu sa tvaru vlny. Je zrejmé, že útlm zavedený káblom je: 0,096 * 50 = 4,8 dB. Tabuľka 1 pre tento útlm (-4,8 dB) nie je pomer napätia špecifikovaný. Využime skutočnosť, 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.

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

Na výstupe zosilňovača pri stredných frekvenciách sa vyvíja napätie U1 = 30 V a na okrajoch priepustného pásma napätie U2 = 21 V. Zosilňovač preto zavádza frekvenčné skreslenie - horné a dolné zvukové frekvencie sú zosilnené horšie („preťažené“) ako priemer. 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 sú tiež široko používané v akustike, kde sú v podstate hlavnou jednotkou na kvantifikáciu intenzity zvuku. To sa vysvetľuje vlastnosťou nášho ucha reagovať na zvuky, ktorých intenzita sa líši miliónkrát. Citlivosť ucha na zvuky rôznej sily nie je rovnaká - v tichu a pri nízkej intenzite (šepot, šuchot) je maximálna a pri vysokej intenzite (hukot lietadla, hukot áut) je minimálna. V tomto ohľade je načúvací prístroj podobný rádiu AGC.

Tento jav je možné vysvetliť na nasledujúcom príklade. Povedzme, že zosilňovač na výstupe vyvinie 10 wattov. Zvýšenie výstupného výkonu na 20 wattov bude znieť ako mierne zvýšenie hlasitosti. Aby ucho pocítilo dvakrát väčšiu hlasitosť, bude potrebovať takmer desaťnásobné zvýšenie výstupného výkonu zosilňovača (≈10 dB). A aby ucho vnímalo zvýšenie hlasitosti 4 -krát, musí sa výkon zvýšiť 100 -krát (≈20 dB).

Fyziológovia, ktorí skúmajú vlastnosti sluchu, zistili, že citlivosť ucha súvisí s intenzitou zvukovej expozície podľa logaritmického zákona, to znamená, že niekoľkonásobné zvýšenie sily zvuku sa v uchu prejaví ako zmena hlasitosti približne v logaritme tohto počtu krát. Použitie decibelov v akustike sa ukazuje ako veľmi pohodlné, pretože sluchové vnímanie a hodnotenie intenzity zvukov sú v tesnom spojení a navyše zmena intenzity zvuku o 1 dB je uchom zachytená ako sotva znateľná zmena v hlasitosti.

Tabuľka 2. PRIEMERNÉ ÚROVNE HLUKU

Subjektívne hodnotenie hluku	Úroveň hluku (dB)	Zdroje alebo umiestnenie merania hluku
ohlušujúce	- 130 -	Prah bolesti (zvuk je vnímaný ako bolesť) Hrom nad hlavou Strela z dela Nitovací stroj Veľmi hlučná dielňa
	- 120 - - 110 -
Veľmi hlasný	- 100 -	Symfonický orchester (maximálna hlasitosť) Drevárska dielňa Vonkajší reproduktor Hlučná ulica Kovoobrábacia dielňa
	- 90 -
Hlasno	- 80 -	Policajtova píšťalka (15 m) Rádiový prijímač nahlas (2,5 m) Úrad pre strojopis Pokojná konverzácia (4v) Hala veľkého obchodu
	- 70 -
Mierny	- 60 -	Tichá ulica veľkého mesta Zariadenie so stredným hlukom Reštaurácia Osobné auto (10-20 m) Obytné štvrte
	- 50 -
Slabé	- 40 -	Čitáreň Tichý rozhovor Šuchot papiera Šepot Nemocničné oddelenie
	- 30 -
Veľmi slabá	- 20 -	Tichá noc mimo mesta Tlmená miestnosť Sluchový prah
	- 10 - - 0 -

Porovnávacie hodnotenie priemerných úrovní hlasitosti niektorých zvukov domácnosti a priemyslu v decibeloch vzhľadom na prah počuteľnosti ľudského ucha, brané ako nulová úroveň, je uvedené v tabuľke. 2. Meranie intenzity zvuku sa vykonáva pomocou špeciálnych zariadení - zvukomerov, ktorých stupnice sú odstupňované priamo v decibeloch.

Tu uvedené príklady nevyčerpávajú používanie decibelov pri rôznych výpočtoch a meraniach v rádioamatérskej praxi. Chceli sme len ukázať jednoduchosť chápania decibelov a široké možnosti ich použitia.

Sviečka. tech. E. ZELDIN, inžinier K. DOMBROVSKY