Децибел

Децибел (обозначение: дБ ) является относительным единицей измерения , соответствующим одной десятой Бела ( B ). Он используется для выражения отношения одного значения степени или величины корневой степени к другому в логарифмической шкале . Логарифмическая величина в децибелах называется уровнем . Два сигнала, уровни которых отличаются на один децибел, имеют отношение мощностей 10 ^1/10 (приблизительно1,258 93 ) или (иногда что то же самое) амплитуда (величина поля) соотношение 10 ^{1 / ₂₀} (приблизительно1.122 02 ). ^{[1] [2]}

Единица используется для выражения изменения значения (например, +1 дБ или -1 дБ) или абсолютного значения. В последнем случае числовое значение выражает отношение значения к фиксированному контрольному значению; при таком использовании к символу единицы часто добавляются буквенные коды, указывающие на контрольное значение. Например, для эталонного значения 1  вольт обычным суффиксом является « V » (например, «20 дБВ»). ^{[3] [4]}

Обычно используются два основных типа масштабирования децибел. При выражении отношения мощностей оно определяется как десятикратный логарифм по основанию 10 . ^[5] То есть изменение мощности в 10 раз соответствует изменению уровня на 10 дБ. При выражении величин корневой мощности изменение амплитуды в 10 раз соответствует изменению уровня на 20 дБ. Шкалы децибел различаются в два раза, так что соответствующие уровни мощности и корня мощности изменяются на одно и то же значение в линейных системах, где мощность пропорциональна квадрату амплитуды.

Определение децибела возникло при измерении потерь передачи и мощности в телефонии в начале 20-го века в Bell System в США. Бел был назван в честь Александра Грэма Белла , но бель редко используется. Вместо этого децибел используется для самых разных измерений в науке и технике , особенно в акустике , электронике и теории управления . В электронике коэффициенты усиления усилителей, затухание сигналов и отношения сигнал / шум часто выражаются в децибелах.

В Международной системе количеств децибел определяется как единица измерения величин типа уровня или разности уровней, которые определяются как логарифм отношения величин типа степени или корня степени. ^[6]

История [ править ]

Децибел возник из методов, используемых для количественной оценки потерь сигнала в телеграфных и телефонных сетях. Первоначально единицей измерения потерь были Мили стандартного кабеля (MSC). 1 MSC соответствовал потере мощности на длине 1  мили (приблизительно 1,6 км) стандартного телефонного кабеля с частотой5000  радиан в секунду (795,8 Гц) и близко соответствует наименьшему ослаблению, обнаруживаемому средним слушателем. Под стандартным телефонным кабелем подразумевается «кабель, имеющий равномерно распределенное сопротивление 88 Ом на петлевую милю и равномерно распределенную шунтирующую емкость 0,054  микрофарад на милю» (примерно соответствует проводу 19  калибра ). ^[7]

В 1924 году Bell Telephone Laboratories получила положительный отклик на новое определение устройства среди членов Международного консультативного комитета по междугородной телефонной связи в Европе и заменила MSC на устройство передачи (TU). 1 ТУ был определен таким образом, что количество БПД десять раз по основанию 10 логарифм отношения измеренной мощности к эталонной мощности. ^[8] Определение было удобно выбрано так, что 1 TU приближается к 1 MSC; в частности, 1 MSC был 1.056 TU. В 1928 году система Bell переименовала TU в децибел, ^[9] что составляло одну десятую новой определенной единицы для десятичного логарифма отношения мощностей. Он был назван бел в честь пионера телекоммуникаций.Александр Грэм Белл . ^[10] Бел редко используется, поскольку децибел был предложенной рабочей единицей. ^[11]

Именование и раннее определение децибела описано в Ежегоднике NBS Standard за 1931 год: ^[12]

С первых дней существования телефона была признана необходимость в устройстве для измерения эффективности передачи телефонных средств. Внедрение кабеля в 1896 году обеспечило прочную основу для удобного устройства, и вскоре после этого «миля стандартного» кабеля стала широко использоваться. Это устройство использовалось до 1923 года, когда было принято новое устройство, более подходящее для современной телефонной работы. Новое устройство передачи широко используется среди иностранных телефонных организаций, и недавно оно было названо «децибелом» по предложению Международного консультативного комитета по междугородной телефонии.

Децибел может быть определен утверждением, что два количества мощности отличаются на 1 децибел, когда они находятся в соотношении 10 ^0,1, и любые два количества мощности отличаются на N децибел, когда они находятся в отношении 10 ^{Н (0,1)} . Количество единиц передачи, выражающих отношение любых двух степеней, поэтому в десять раз больше десятичного логарифма этого отношения. Этот метод обозначения усиления или потери мощности в телефонных цепях позволяет прямое сложение или вычитание единиц, выражающих эффективность различных частей цепи ...

В 1954 году Дж. У. Хортон утверждал, что использование децибела в качестве единицы для величин, отличных от потерь передачи, привело к путанице, и предложил название логит для «стандартных величин, которые складываются путем умножения», чтобы контрастировать с названием единицы для «стандартных величин». которые комбинируются сложением ». ^{[13] [ требуется пояснение ]}

В апреле 2003 года Международный комитет мер и весов (CIPM) рассмотрел рекомендацию о включении децибела в Международную систему единиц (СИ), но отклонил это предложение. ^[14] Однако децибел признан другими международными организациями, такими как Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Международная организация по стандартизации (ИСО). ^[15] МЭК разрешает использование децибел для значений основной мощности, а также мощности, и этой рекомендации следуют многие национальные органы по стандартизации, такие как NIST , который оправдывает использование децибел для соотношений напряжений. ^[16] Несмотря на их широкое использование, суффиксы (например, в дБА или дБВ) не признаются IEC или ISO.

Определение [ править ]

ISO 80000-3 описывает определения количеств и единиц пространства и времени.

Стандарт IEC 60027-3: 2002 определяет следующие величины. Децибел (дБ) составляет одну десятую часть бела: 1 дБ = 0,1 Б . Бель (В) ¹ / ₂  п (10) неперах : 1 В = ¹ / ₂ LN (10) Np . Непер - это изменение уровня величины корневой степени, когда это количество изменяется в е раз , то есть 1 Np = ln (e) = 1 , тем самым связывая все единицы как безразмерный натуральный логарифм корневой степени -количественные отношения, 1 дБ = 0,115 13… Np = 0,115 13…. Наконец, уровень количества - это логарифм отношения значения этого количества к контрольному значению того же вида количества.

Следовательно, бел представляет собой логарифм отношения между двумя величинами мощности 10: 1 или логарифм отношения между двумя величинами корня мощности √ 10 : 1. ^[17]

Два сигнала, уровни которых отличаются на один децибел, имеют отношение мощностей 10 ^1/10 , что приблизительно равно1,258 93 , и амплитуда (количество корневой мощности) соотношение 10 ^{1 / ₂₀} (1.122 02 ). ^{[18] [19]}

Бел редко используется без префикса или с префиксом единиц СИ, кроме деци ; например, предпочтительно использовать сотые доли децибела, а не миллибелы . Таким образом, пять тысячных бела обычно записываются как 0,05 дБ, а не 5 мБ. ^[20]

Способ выражения отношения как уровня в децибелах зависит от того, является ли измеряемое свойство величиной мощности или величиной корневой мощности ; подробности см. в разделе Мощность, корневая степень и величина поля .

Величины мощности [ править ]

При обращении к измерениям мощности величин, соотношение может быть выражено в виде уровня в децибелах путем оценки в десять раз основанию 10 логарифм соотношения измеряемой величины для опорного значения. Таким образом, отношение P (измеренная мощность) к P ₀ (эталонная мощность) представлено как L _P , это отношение, выраженное в децибелах ^[21], которое рассчитывается по формуле: ^[22]

${\ displaystyle L_ {P} = {\ frac {1} {2}} \ ln \! \ left ({\ frac {P} {P_ {0}}} \ right) \, {\ text {Np}} = 10 \ log _ {10} \! \ Left ({\ frac {P} {P_ {0}}} \ right) \, {\ text {dB}}.}$

Логарифм по основанию 10 отношения двух величин мощности - это количество бел. Количество децибел в десять раз превышает количество бел (эквивалентно, децибел составляет одну десятую бела). P и P ₀ должны измерять один и тот же тип количества и иметь одни и те же единицы перед вычислением отношения. Если P = P ₀ в приведенном выше уравнении, то L _P = 0. Если P больше P _0, то L _P положительно; если P меньше P _0, то L _P отрицательно.

Преобразование приведенного выше уравнения дает следующую формулу для P через P ₀ и L _P :

${\ displaystyle P = 10 ^ {\ frac {L_ {P}} {10 \, {\ text {dB}}}} P_ {0}.}$

Корневые (полевые) величины [ править ]

Обращаясь к измерениям величин степени корня, обычно принимают во внимание отношение квадратов F (измеренное) и F ₀ (эталонное). Это связано с тем, что определения были первоначально сформулированы так, чтобы дать одно и то же значение для относительных соотношений как для степенных, так и для корневых величин. Таким образом, используется следующее определение:

${\ displaystyle L_ {F} = \ ln \! \ left ({\ frac {F} {F_ {0}}} \ right) \, {\ text {Np}} = 10 \ log _ {10} \! \ left ({\ frac {F ^ {2}} {F_ {0} ^ {2}}} \ right) \, {\ text {dB}} = 20 \ log _ {10} \ left ({\ frac {F} {F_ {0}}} \ right) \, {\ text {dB}}.}$

Формулу можно изменить, чтобы получить

${\ displaystyle F = 10 ^ {\ frac {L_ {F}} {20 \, {\ text {dB}}}} F_ {0}.}$

Точно так же в электрических цепях рассеиваемая мощность обычно пропорциональна квадрату напряжения или тока при постоянном импедансе . Если взять в качестве примера напряжение, это приводит к уравнению для уровня усиления мощности L _G :

${\displaystyle L_{G}=20\log _{10}\!\left({\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}\right)\,{\text{dB}},}$

где V _из является корнем среднеквадратичное ( действующее значение) , выходное напряжение, V _в это действующее значение входного напряжения. Аналогичная формула верна для тока.

Термин « величина корневой мощности» введен в стандарте ISO 80000-1: 2009 как заменитель количества поля . Термин « количество полей» не рекомендуется этим стандартом, и в этой статье используется root-power .

Взаимосвязь между уровнем власти и корневым уровнем [ править ]

Несмотря на то, что мощность и основная мощность являются разными величинами, их соответствующие уровни исторически измеряются в одних и тех же единицах, обычно в децибелах. Коэффициент 2 вводится, чтобы изменения соответствующих уровней совпадали в ограниченных условиях, например, когда среда является линейной и рассматривается одна и та же форма волны с изменениями амплитуды, или когда сопротивление среды является линейным и не зависит как от частоты, так и от времени. Это зависит от отношений

${\displaystyle {\frac {P(t)}{P_{0}}}=\left({\frac {F(t)}{F_{0}}}\right)^{2}}$

держа. ^[23] В нелинейной системе это соотношение не выполняется по определению линейности. Однако даже в линейной системе, в которой количество мощности является произведением двух линейно связанных величин (например, напряжения и тока ), если импеданс зависит от частоты или времени, это соотношение, как правило, не выполняется, например, если энергетический спектр формы волны меняется.

Для различий в уровнях требуемое соотношение ослабляется от приведенного выше до отношения пропорциональности (т. Е. Контрольные величины P ₀ и F ₀ не обязательно связаны), или, что эквивалентно,

${\displaystyle {\frac {P_{2}}{P_{1}}}=\left({\frac {F_{2}}{F_{1}}}\right)^{2}}$

должен удерживаться, чтобы позволить разнице уровней мощности быть равной разнице уровней мощности от P ₁ и V ₁ до P ₂ и V ₂ . Примером может быть усилитель с единичным коэффициентом усиления по напряжению, независимый от нагрузки и частоты, управляющий нагрузкой с частотно-зависимым импедансом: относительное усиление по напряжению усилителя всегда равно 0 дБ, но коэффициент усиления по мощности зависит от меняющегося спектрального состава формы волны. усиливается. Частотно-зависимые импедансы могут быть проанализированы путем рассмотрения величин спектральной плотности мощности и связанных величин корневой мощности с помощью преобразования Фурье., что позволяет исключить частотную зависимость при анализе, анализируя систему на каждой частоте независимо.

Конверсии [ править ]

Поскольку разности логарифмов, измеренные в этих единицах, часто представляют собой отношения мощностей и отношения корневой мощности, значения для обоих значений показаны ниже. Бел традиционно используется как единица логарифмического отношения мощности, а непер используется для логарифмического отношения корня к мощности (амплитуде).

Примеры [ править ]

Единица дБВт часто используется для обозначения отношения, для которого эталонный сигнал составляет 1 Вт, и аналогично дБм для эталонной точки 1 мВт .

• Расчет соотношения в децибелах 1 кВт (один киловатт илиОт 1000 Вт) до 1 Вт дает:

${\displaystyle L_{G}=10\log _{10}\left({\frac {1\,000\,{\text{W}}}{1\,{\text{W}}}}\right)\,{\text{dB}}=30\,{\text{dB}}.}$

• Отношение в децибелах √ 1000 В ≈ 31,62 В к 1 В равно

${\displaystyle L_{G}=20\log _{10}\left({\frac {31.62\,{\text{V}}}{1\,{\text{V}}}}\right)\,{\text{dB}}=30\,{\text{dB}}.}$

(31,62 В / 1 В) ² ≈ 1 кВт / 1 Вт , иллюстрируя следствие из приведенных выше определений, что L _G имеет одинаковое значение, 30 дБ, независимо от того, получено ли оно из мощности или из амплитуд, при условии, что в конкретном В рассматриваемой системе отношения мощностей равны квадратам отношений амплитуд.

• Отношение 10 Вт к 1 мВт (один милливатт) в децибелах получается по формуле

${\displaystyle L_{G}=10\log _{10}\left({\frac {10{\text{ W}}}{0.001{\text{ W}}}}\right){\text{ dB}}=40{\text{ dB}}.}$

• Отношение мощностей, соответствующее изменению уровня на 3 дБ, определяется выражением

${\displaystyle G=10^{\frac {3}{10}}\times 1=1.995\,26\ldots \approx 2.}$

Изменение коэффициента мощности в 10 раз соответствует изменению уровня на 10 дБ . Изменение коэффициента мощности на коэффициент 2 или ¹ / ₂ составляет примерно изменение 3 дБ . Точнее, изменение равно ±3,0103  дБ, но это почти всегда округляется до 3 дБ в технической документации. Это предполагает увеличение напряжения с коэффициентом √ 2 ≈ 1,4142 . Аналогичным образом, удвоение или уменьшение наполовину напряжения, а также учетверение или четверть мощности обычно описывается как 6 дБ, а не ±6.0206  дБ.

Если необходимо провести различие, количество децибел записывается с дополнительными значащими цифрами . 3,000 дБ соответствует отношению мощности 10 ^{3 / ₁₀} , или1,9953 , что примерно на 0,24% отличается от ровно 2, а коэффициент напряжения составляет1,4125 , 0,12% отличается от √ 2 . Аналогичным образом , увеличение 6.000 дБ соответствует коэффициенту мощности составляет 10 ^{6 / ₁₀} ≈ 3.9811 , примерно на 0,5% отличается от 4.

Свойства [ править ]

Децибел полезен для представления больших отношений и для упрощения представления умноженных эффектов, таких как затухание от нескольких источников в цепи сигнала. Его применение в системах с аддитивными эффектами менее интуитивно понятно.

Сообщение о больших коэффициентах [ править ]

Логарифмической шкалы характер децибел означает , что очень большой диапазон соотношений может быть представлено в виде удобного числа, аналогично с научной нотации . Это позволяет четко визуализировать огромные изменения некоторого количества. См. График Боде и полулогарифмический график . Например, 120 дБ SPL может быть более четким, чем «в триллион раз более интенсивным, чем порог слышимости».

Представление операций умножения [ править ]

Значения уровня в децибелах могут быть добавлены вместо умножения базовых значений мощности, что означает, что общий коэффициент усиления многокомпонентной системы, такой как серия каскадов усилителя , может быть рассчитан путем суммирования коэффициентов усиления в децибелах отдельных компонентов. вместо того, чтобы умножать коэффициенты усиления; то есть log ( A × B × C ) = log ( A ) + log ( B ) + log ( C). На практике это означает, что, обладая только информацией о том, что 1 дБ составляет примерно 26% прирост мощности, 3 дБ составляет примерно 2-кратное усиление мощности и 10 дБ составляет 10-кратное усиление мощности, можно определить коэффициент мощности система с усилением в дБ с простым сложением и умножением. Например:

• Система состоит из 3 последовательно соединенных усилителей с коэффициентами усиления (отношение выходной мощности к входной) 10 дБ, 8 дБ и 7 дБ соответственно, что дает общий коэффициент усиления 25 дБ. В разбивке на комбинации 10, 3 и 1 дБ это:

  25 дБ = 10 дБ + 10 дБ + 3 дБ + 1 дБ + 1 дБ

  При потребляемой мощности 1 Вт выходная мощность составляет примерно

  1 Вт × 10 × 10 × 2 × 1,26 × 1,26 ≈ 317,5 Вт

  Рассчитано точно, выход 1 Вт × 10 ^{25 / ₁₀} ≈ 316,2 В. Приближенное значение имеет погрешность только + 0,4% по отношению к фактическому значению, которое является незначительным , учитывая точность значений , поставляемых и точность большинство измерительных приборов.

Однако, по словам его критиков, децибел создает путаницу, затемняет рассуждения, больше связан с эпохой логарифмических линейок, чем с современной цифровой обработкой, и является громоздким и трудным для интерпретации. ^{[24] [25]}

Представление операций сложения [ править ]

Согласно Митчке, ^[26] «Преимущество использования логарифмической меры состоит в том, что в цепи передачи много элементов сцеплены, и каждый имеет свое собственное усиление или затухание. Для получения итогового значения гораздо удобнее сложить значения децибел. чем умножение отдельных факторов ". Однако по той же причине, по которой люди преуспевают в аддитивных операциях по сравнению с умножением, децибелы неудобны в аддитивных операциях: ^[27] «если две машины по отдельности производят звуковое давлениеуровень, скажем, 90 дБ в определенный момент, тогда, когда оба работают вместе, мы должны ожидать, что общий уровень звукового давления увеличится до 93 дБ, но уж точно не до 180 дБ! ";" предположим, что шум от машины измеренный (включая вклад фонового шума) составил 87 дБА, но когда машина выключена, только фоновый шум измеряется как 83 дБА. [...] машинный шум [уровень (только)] может быть получен путем «вычитания» фонового шума 83 дБА из комбинированного уровня 87 дБА; т. е. 84,8 дБА. ";", чтобы найти репрезентативное значение уровня звука в комнате, выполняется ряд измерений в разных точках комнаты, и вычисляется среднее значение. [...] Сравните логарифмические и средние арифметические [...] 70 дБ и 90 дБ:логарифмическое среднее= 87 дБ; Среднее арифметическое = 80 дБ ".

Сложение по логарифмической шкале называется логарифмическим сложением , и его можно определить, взяв экспоненты для преобразования в линейную шкалу, сложив их, а затем взяв логарифмы для возврата. Например, где операции с децибелами - это логарифмическое сложение / вычитание и логарифмическое умножение / деление, а операции с линейной шкалой - это обычные операции:

${\displaystyle 87\,{\text{dBA}}-83\,{\text{dBA}}=10\cdot \log _{10}{\bigl (}10^{87/10}-10^{83/10}{\bigr )}\,{\text{dBA}}\approx 84.8\,{\text{dBA}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}M_{\text{lm}}(70,90)&=\left(70\,{\text{dBA}}+90\,{\text{dBA}}\right)/2\\&=10\cdot \log _{10}\left({\bigl (}10^{70/10}+10^{90/10}{\bigr )}/2\right)\,{\text{dBA}}\\&=10\cdot \left(\log _{10}{\bigl (}10^{70/10}+10^{90/10}{\bigr )}-\log _{10}2\right)\,{\text{dBA}}\approx 87\,{\text{dBA}}.\end{aligned}}}$

Обратите внимание, что среднее логарифмическое значение получается из логарифмической суммы путем вычитания , поскольку логарифмическое деление является линейным вычитанием.${\displaystyle 10\log _{10}2}$

Величины в децибелах не обязательно аддитивны , ^{[28] [29],} таким образом, «имеют неприемлемую форму для использования в анализе размерностей ». ^[30]

Использует [ редактировать ]

Восприятие [ править ]

Человеческое восприятие интенсивности звука и света больше приближается к логарифму интенсивности, а не к линейной зависимости (см. Закон Вебера – Фехнера ), что делает шкалу дБ полезным показателем. ^{[31] [32] [33] [34] [35] [36]}

Акустика [ править ]

Децибел обычно используется в акустике как единица измерения уровня звукового давления . Эталонное давление звука в воздухе устанавливается на типичном пороге восприятия средним человеком, и для иллюстрации различных уровней звукового давления используются общие сравнения . Поскольку звуковое давление является величиной основной мощности, используется соответствующая версия определения единицы:

${\displaystyle L_{p}=20\log _{10}\!\left({\frac {p_{\text{rms}}}{p_{\text{ref}}}}\right)\,{\text{dB}},}$

где p _rms - это среднеквадратическое значение измеренного звукового давления, а p _ref - стандартное эталонное звуковое давление в 20 микропаскалей в воздухе или 1 микропаскаль в воде. ^[37]

Использование децибел в подводной акустике приводит к путанице, отчасти из-за этой разницы в эталонных значениях. ^[38]

Человеческое ухо имеет большой динамический диапазон приема звука. Отношение интенсивности звука, вызывающего необратимое повреждение во время короткого воздействия, к интенсивности самого тихого звука, который может слышать ухо, равно или превышает 1 триллион (10 ¹² ). ^[39] Такие большие диапазоны измерений удобно выражать в логарифмической шкале : логарифм по основанию 10 10 ¹² равен 12, что выражается как уровень звукового давления 120 дБ относительно 20  мкПа .

Поскольку человеческое ухо не одинаково чувствительно ко всем звуковым частотам, спектр акустической мощности модифицируется посредством частотного взвешивания ( A-взвешивание является наиболее распространенным стандартом), чтобы получить взвешенную акустическую мощность перед преобразованием в уровень звука или уровень шума в децибелах. ^[40]

Телефония [ править ]

Децибел используется в телефонии и аудио . Как и в акустике, часто используется частотно-взвешенная мощность. Для измерений звукового шума в электрических цепях взвешивания называются псофометрическими весами . ^[41]

Электроника [ править ]

В электронике децибел часто используется для выражения отношения мощности или амплитуды (как для коэффициентов усиления ), а не арифметических соотношений или процентов . Одно из преимуществ состоит в том, что общий коэффициент усиления в децибелах ряда компонентов (таких как усилители и аттенюаторы ) можно рассчитать просто путем суммирования коэффициентов усиления в децибелах отдельных компонентов. Точно так же в телекоммуникациях децибелы обозначают усиление или потерю сигнала от передатчика к приемнику через некоторую среду ( свободное пространство , волновод , коаксиальный кабель , оптоволокно и т. Д.) С использованием бюджета канала .

Единицу децибела можно также комбинировать с эталонным уровнем, часто обозначаемым суффиксом, чтобы создать абсолютную единицу электроэнергии. Например, его можно комбинировать с «m» для «милливатта» для получения « дБмВт ». Уровень мощности 0 дБм соответствует одному милливатту, а 1 дБм - на один децибел больше (около 1,259 мВт).

В профессиональных аудиосистемах популярной единицей является дБу . Это относительно среднеквадратичного напряжения, которое дает 1 мВт (0 дБмВт) на резистор сопротивлением 600 Ом, или √ 1 мВт × 600 Ом ≈ 0,775 В _RMS . При использовании в цепи на 600 Ом (исторически это стандартное эталонное сопротивление в телефонных цепях), дБу и дБм идентичны .

Оптика [ править ]

В оптическом канале , если известная величина оптической мощности в дБм (относительно 1 мВт) вводится в волокно , а потери в дБ (децибелах) каждого компонента (например, разъемов, стыков и длин волокна), общие потери в канале связи можно быстро вычислить путем сложения и вычитания величин в децибелах. ^[42]

В спектрометрии и оптике блокирующая единица, используемая для измерения оптической плотности , эквивалентна -1 B.

Видео и цифровые изображения [ править ]

В связи с видео- и цифровыми датчиками изображения децибелы обычно представляют собой отношения видеонапряжений или оцифрованных интенсивностей света с использованием 20 логарифмов отношения, даже когда представленная интенсивность (оптическая мощность) прямо пропорциональна напряжению, генерируемому датчиком, а не его квадрат, как в ПЗС-сканере, где напряжение отклика линейно по интенсивности. ^[43] Таким образом, отношение сигнал / шум камеры или динамический диапазон, указанный как 40 дБ, представляет собой соотношение 100: 1 между интенсивностью оптического сигнала и оптически эквивалентной интенсивностью темнового шума, а не отношение интенсивности (мощности) 10 000: 1. как можно предположить на уровне 40 дБ. ^[44]Иногда определение 20 логарифмического отношения применяется непосредственно к счетам электронов или фотонов, которые пропорциональны амплитуде сигнала датчика без необходимости учитывать, является ли реакция напряжения на интенсивность линейной. ^[45]

Однако, как упоминалось выше, в физической оптике, включая волоконную оптику, в более общем плане преобладает 10 логарифмических норм интенсивности, поэтому терминология между соглашениями цифровой фотографической технологии и физикой может стать нечеткой. Чаще всего величины, называемые «динамический диапазон» или «отношение сигнал / шум» (камеры), указываются в 20 log дБ, но в связанных контекстах (например, затухание, усиление, SNR усилителя или коэффициент подавления) следует использовать термин следует интерпретировать с осторожностью, так как смешение двух единиц может привести к очень серьезному недопониманию значения.

Фотографы обычно используют альтернативную логарифмическую единицу по основанию 2, стоп , для описания соотношений интенсивности света или динамического диапазона.

Суффиксы и справочные значения [ править ]

Суффиксы обычно присоединены к основному блоку дБ для указания опорного значения, с помощью которого вычисляется отношение. Например, дБм означает измерение мощности относительно 1 милливатта.

В тех случаях, когда указывается единичное значение эталона, значение в децибелах называется «абсолютным». Если единичное значение эталона не указано явно, как, например, усиление усилителя в дБ, то значение в децибелах считается относительным.

Эта форма присоединения, достаточная для дБ, широко распространена на практике, хотя и противоречит правилам, принятым органами по стандартизации (ISO и IEC): ^[16] Изменение уровня на 1 дБ всегда соответствует соотношению мощностей приблизительно 1: 1,259. Суффикс просто указывает на метод измерения, а не на другой масштаб или тип единицы измерения. Стандарт IEC 60027-3 рекомендует следующий формат: ^[15] L _x (re x _ref ) или как L _{x / x ref} , где x - символ количества, а x _ref - значение контрольной величины, например, L _E ( относительно 1 мкВ / м) = 20 дБ или L _{E / (1 мкВ / м)} = 20 дБ для напряженности электрического поля E относительно эталонного значения 1 мкВ / м. Если результат измерения 20 дБ представлен отдельно, его можно указать, используя информацию в скобках, которая в таком случае является частью окружающего текста, а не частью единицы: 20 дБ (относительно: 1 мкВ / м) или 20 дБ ( 1 мкВ / м).

Помимо документов, использующих единицы СИ, эта практика очень распространена, что иллюстрируется следующими примерами. Не существует общего правила с различными практиками, ориентированными на конкретные дисциплины. Иногда суффикс представляет собой символ единицы («W», «K», «m»), иногда это транслитерация символа единицы («мкВ» вместо мкВ для микровольт), иногда это аббревиатура названия единицы. («см» - квадратный метр, «м» - милливатт), в других случаях это мнемоника для типа вычисляемой величины («i» - коэффициент усиления антенны по отношению к изотропной антенне, «λ» - все, что нормализовано Длина волны ЭМ), или иначе общий атрибут или идентификатор, относящийся к природе величины ("A" для уровня звукового давления, взвешенного по шкале А).Суффикс часто соединяется с дефисом, как в «дБ ‑ Гц», или с пробелом, как в «дБ HL», или заключенным в круглые скобки, как в «дБ (см)», или без промежуточного символа, как в «дБм» (что не является -соответствует международным стандартам).

Напряжение [ править ]

Поскольку децибел определяется по мощности, а не по амплитуде, при преобразовании отношений напряжения в децибелы необходимо возводить в квадрат амплитуду или использовать коэффициент 20 вместо 10, как обсуждалось выше.

дБВ

дБ (V _RMS ) - напряжение относительно 1 вольт независимо от импеданса. ^[3] Это используется для измерения чувствительности микрофона, а также указать на потребительские линии уровня от -10 д , с тем чтобы сократить производственные затраты по сравнению с использованием оборудованием +4 дБ сигнала линейного уровня. ^[46]

дБу или дБв

Среднеквадратичное значение напряжения относительно (т. Е. Напряжения, которое рассеивает 1 мВт на нагрузке 600 Ом). RMS поэтому напряжение V 1 соответствует ^[3] Первоначально DBV, оно было изменено на дБ , чтобы избежать путаницы с д. ^[47] «v» происходит от «вольт», а «u» - от единицы громкости, используемой в измерителе уровня громкости . ^[48]${\displaystyle V={\sqrt {600\,\Omega \cdot 0.001\,{\text{W}}}}\approx 0.7746\,{\text{V}}}$${\displaystyle 20\cdot \log _{10}\left({\frac {1\,V_{\text{RMS}}}{{\sqrt {0.6}}\,V}}\right)=2.218\,{\text{dBu}}.}$

dBu может использоваться как мера напряжения независимо от импеданса, но рассчитывается исходя из нагрузки 600 Ом, рассеивающей 0 дБмВт (1 мВт). Опорное напряжение поступает из расчета , где это сопротивление и есть сила.${\displaystyle V={\sqrt {R\cdot P}}}$${\displaystyle R}$${\displaystyle P}$

В профессиональном аудио оборудование может быть откалибровано так, чтобы показывать «0» на измерителях VU через некоторое конечное время после подачи сигнала с амплитудой +4 дБн . В бытовом оборудовании обычно используется более низкий «номинальный» уровень сигнала –10 дБВ . ^[49] Поэтому многие устройства предлагают работу с двумя напряжениями (с различными настройками усиления или «подстройки») по причинам совместимости. Переключатель или регулировки , который покрывает , по меньшей мере , диапазон между +4 дБ и -10 д являются общими в профессиональном оборудовании.

дБм0 с

Определено Рекомендацией МСЭ-R V.574 .; дБмВ: дБ (мВ _RMS ) - напряжение относительно 1 милливольта на 75 Ом. ^[50] Широко используется в сетях кабельного телевидения , где номинальная мощность одного ТВ-сигнала на терминалах приемника составляет около 0 дБмВ. Для кабельного телевидения используется коаксиальный кабель 75 Ом, поэтому 0 дБмВ соответствует −78,75 дБВт (−48,75 дБмВт) или приблизительно 13 нВт.

дБмкВ или дБуВ

дБ (мкВ _RMS ) - напряжение относительно 1 мкВ. Широко используется в телевизионных и антенных усилителях. 60 дБмкВ = 0 дБмВ.

Акустика [ править ]

Вероятно, наиболее распространенным использованием «децибел» в отношении уровня звука является дБ SPL, уровень звукового давления, относящийся к номинальному порогу человеческого слуха: ^[51] Меры давления (величина коренной мощности) используют коэффициент 20, а измерения мощности (например, дБ SIL и дБ SWL) используют коэффициент 10.

дБ SPL

дБ SPL ( уровень звукового давления ) - для звука в воздухе и других газах относительно 20 микропаскалей (мкПа), или2 × 10 ⁻⁵  Па , примерно самый тихий звук, который может слышать человек. Для звука в воде и других жидкостях используется эталонное давление 1 мкПа. ^[52]

Среднеквадратичное звуковое давление в один паскаль соответствует уровню 94 дБ SPL.

дБ SIL

Уровень интенсивности звука в дБ - относительно 10 ⁻¹²  Вт / м ² , что примерно соответствует порогу слышимости человека в воздухе.

дБ SWL

Уровень звуковой мощности дБ - относительно 10 ⁻¹²  Вт.

дБА, дББ и дБВ

Эти символы часто используются для обозначения использования различных фильтров взвешивания , используемых для аппроксимации реакции человеческого уха на звук, хотя измерения все еще производятся в дБ (SPL). Эти измерения обычно относятся к шуму и его воздействию на людей и других животных, и они широко используются в промышленности при обсуждении вопросов контроля шума, нормативных требований и экологических стандартов. Другие возможные вариации - это дБ _A или дБ (A) . В соответствии со стандартами Международного электротехнического комитета ( IEC 61672-2013 ) ^[53] и Американского национального института стандартов, ANSI S1.4 , ^[54] предпочтительным является использование L_A  = x дБ. Тем не менее, единицы дБА и дБ (А) по-прежнему обычно используются в качестве сокращений для измерений, взвешенных по шкале А. Сравните дБн , используемый в телекоммуникациях.

дБ HL

Уровень слуха в дБ используется в аудиограммах как мера потери слуха. Эталонный уровень изменяется с частотой в соответствии с минимальной кривой слышимости, определенной в ANSI и других стандартах, так что полученная аудиограмма показывает отклонение от того, что считается «нормальным» слухом. ^{[ необходима цитата ]}

дБ Q

иногда используется для обозначения взвешенного уровня шума, обычно с использованием взвешивания шума ITU-R 468 ^{[ необходима ссылка ]}

дБпп

относительно размаха звукового давления. ^[55]

дБГ

G-взвешенный спектр ^[56]

Аудио электроника [ править ]

См. Также dBV и dBu выше.

дБм

дБ (мВт) - мощность относительно 1  милливатта . В аудио и телефонии дБм обычно указывается относительно импеданса 600 Ом ^[57], что соответствует уровню напряжения 0,775 вольт или 775 милливольт.

дБм0

Мощность в дБм (описана выше), измеренная в точке нулевого уровня передачи .

дБFS

дБ ( полная шкала ) - амплитуда сигнала по сравнению с максимумом, с которым устройство может справиться до того, как произойдет ограничение . Полная шкала может быть определена как уровень мощности полномасштабной синусоиды или, альтернативно, полномасштабной прямоугольной волны . Сигнал, измеренный относительно полномасштабной синусоидальной волны, кажется на 3 дБ слабее по сравнению с полномасштабной прямоугольной волной, таким образом: 0 dBFS (полномасштабная синусоида) = -3 dBFS (полноразмерная прямоугольная волна).

дБВУ

единица громкости дБ ^[58]

дБТП

дБ (истинный пик) - пиковая амплитуда сигнала по сравнению с максимумом, с которым устройство может справиться до того, как произойдет ограничение. ^[59] В цифровых системах 0 dBTP будет равняться наивысшему уровню (номеру), который процессор способен представить. Измеренные значения всегда отрицательны или равны нулю, так как они меньше или равны полной шкале.

Радар [ править ]

дБЗ

дБ (Z) - децибел относительно Z = 1 мм ⁶ м ⁻³ : ^[60] энергия отражательной способности (метеорологический радар), относящаяся к величине передаваемой мощности, возвращаемой приемнику радара. Значения выше 20 дБз обычно указывают на выпадающие осадки. ^[61]

дБсм

дБ (м ² ) - децибел на один квадратный метр: мера радиолокационного сечения (RCS) цели. Мощность, отраженная целью, пропорциональна ее RCS. Самолеты-невидимки и насекомые имеют отрицательную RCS, измеренную в дБсм, большие плоские пластины или незаметные самолеты имеют положительные значения. ^[62]

Мощность радио, энергия и напряженность поля [ править ]

дБн

относительно несущей - в телекоммуникациях это указывает относительные уровни шума или мощности боковой полосы по сравнению с мощностью несущей. Сравните dBC, используемые в акустике.

дБпп

относительно максимального значения пиковой мощности.

дБдж

энергия относительно 1  джоуля . 1 джоуль = 1 ватт-секунда = 1 ватт на герц, поэтому спектральная плотность мощности может быть выражена в дБдж.

дБм

дБ (мВт) - мощность относительно 1  милливатта . В радиополе дБм обычно относится к нагрузке 50 Ом, при этом результирующее напряжение составляет 0,224 В. ^[63]

дБмкВ / м, дБмкВ / м или дБмк

^[64] дБ (мкВ / м) - напряженность электрического поля относительно 1  микровольта на метр . Единица измерения часто используется для определения мощности сигнала телевизионного вещания на принимающей стороне (сигнал, измеренный на выходе антенны, выражается в дБмкВ).

дБф

дБ (фВт) - мощность относительно 1  фемтоватта .

дБВт

дБ (Вт) - мощность относительно 1  ватта .

дБк

дБ (кВт) - мощность относительно 1  киловатта .

дБэ

дБ электрический.

дБо

дБ оптический. Изменение оптической мощности на 1 дБо может привести к изменению мощности электрического сигнала до 2 дБэ в системе с ограничением теплового шума. ^[65]

Антенные измерения [ править ]

дБи

дБ (изотропный) - прямое усиление антенны по сравнению с гипотетической изотропной антенной , которая равномерно распределяет энергию во всех направлениях. Предполагается линейная поляризация электромагнитного поля, если не указано иное.

дБд

дБ (диполь) - прямое усиление антенны по сравнению с полуволновой дипольной антенной . 0 дБд = 2,15 дБи

дБиК

дБ (изотропная круговая) - прямое усиление антенны по сравнению с изотропной антенной с круговой поляризацией . Не существует фиксированного правила преобразования между дБиК и дБи, поскольку оно зависит от приемной антенны и поляризации поля.

дБк

дБ (четвертьволна) - прямое усиление антенны по сравнению с штырем на четверть длины волны. Используется редко, за исключением некоторых маркетинговых материалов. 0 дБq = −0,85 дБи

дБсм

дБ (м ² ) - децибел на один квадратный метр: мера эффективной площади антенны . ^[66]

дБм ⁻¹

дБ (м ⁻¹ ) - децибел относительно обратной величины метра: мера коэффициента антенны .

Другие измерения [ править ]

дБ ‑ Гц

дБ (Гц) - полоса пропускания относительно одного герца. Например, 20 дБ ‑ Гц соответствует полосе пропускания 100 Гц. Обычно используется при расчетах бюджета ссылок . Также используется в отношении отношения несущей к плотности шума (не путать с отношением несущей к шуму в дБ).

dBov или dBO

дБ (перегрузка) - амплитуда сигнала (обычно аудио) по сравнению с максимумом, с которым устройство может справиться до того, как произойдет ограничение . Подобно dBFS, но также применимо к аналоговым системам. Согласно Рек. G.100.1 уровень цифровой системы в дБov определяется как:

${\displaystyle L_{\text{ov}}=10\log _{10}\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\ [{\text{dBov}}]}$,

с максимальной мощностью сигнала , для прямоугольного сигнала с максимальной амплитудой . Таким образом, уровень тона с цифровой амплитудой (пиковое значение) составляет . ^[67]${\displaystyle P_{0}=1.0}$${\displaystyle x_{\text{over}}}$${\displaystyle x_{\text{over}}}$${\displaystyle L=-3.01\ {\text{dBov}}}$

дБо

дБ (относительный) - просто относительное отличие от чего-то еще, которое проявляется в контексте. Например, разница в отклике фильтра от номинальных уровней.

дБн

дБ выше эталонного шума . См. Также dBrnC

дБрнК

dBrnC представляет собой измерение уровня звука, как правило , в телефонной цепи, по отношению к опорному уровню -90 дБм, при измерении этого уровня частоты , взвешенные по стандартной С-сообщение взвешивающего фильтра. Фильтр взвешивания C-сообщений в основном использовался в Северной Америке. Псофометрический фильтр используется для этой цели в международных сетях. См. Псофометрическое взвешивание, чтобы увидеть сравнение кривых частотной характеристики для фильтров взвешивания C-сообщения и Псофометрического взвешивания. ^[68]

дБК

дБ (К)  - децибелы относительно 1  К ; используется для выражения шумовой температуры . ^[69]

дБ / К

дБ (K ⁻¹ ) - децибелы относительно 1 K ⁻¹ . ^[70]  - не децибелы на кельвин: используется для коэффициента G / T , показателя качества, используемого в спутниковой связи , связывающего коэффициент усиления антенны G с температурой T, эквивалентной шуму приемной системы . ^{[71] [72]}

Список суффиксов в алфавитном порядке [ править ]

Суффиксы без пунктуации [ править ]

дБА

см. дБ (A).

дББ

см. дБ (B).

дБн

относительно несущей - в телекоммуникациях это указывает относительные уровни шума или мощности боковой полосы по сравнению с мощностью несущей.

dBC

см. дБ (C).

дБд

дБ (диполь) - прямое усиление антенны по сравнению с полуволновой дипольной антенной . 0 дБд = 2,15 дБи

дБэ

дБ электрический.

дБф

дБ (фВт) - мощность относительно 1 фемтоватта .

дБFS

дБ ( полная шкала ) - амплитуда сигнала по сравнению с максимумом, с которым устройство может справиться до того, как произойдет ограничение . Полная шкала может быть определена как уровень мощности полномасштабной синусоиды или, альтернативно, полномасштабной прямоугольной волны . Сигнал, измеренный относительно полномасштабной синусоидальной волны, кажется на 3 дБ слабее по сравнению с полномасштабной прямоугольной волной, таким образом: 0 dBFS (полномасштабная синусоида) = -3 dBFS (полноразмерная прямоугольная волна).

дБГ

G-взвешенный спектр

дБи

дБ (изотропный) - прямое усиление антенны по сравнению с гипотетической изотропной антенной , которая равномерно распределяет энергию во всех направлениях. Предполагается линейная поляризация электромагнитного поля, если не указано иное.

дБиК

дБ (изотропная круговая) - прямое усиление антенны по сравнению с изотропной антенной с круговой поляризацией . Не существует фиксированного правила преобразования между дБиК и дБи, поскольку оно зависит от приемной антенны и поляризации поля.

дБдж

энергия относительно 1 джоуля . 1 джоуль = 1 ватт-секунда = 1 ватт на герц, поэтому спектральная плотность мощности может быть выражена в дБдж.

дБк

дБ (кВт) - мощность относительно 1 киловатта .

дБК

дБ (K) - децибелы относительно кельвина : используется для выражения шумовой температуры .

дБм

дБ (мВт) - мощность относительно 1 милливатта .

дБм0

Мощность в дБм, измеренная в точке нулевого уровня передачи.

дБм0 с

Определен Рекомендацией МСЭ-R V.574.

дБмВ

дБ (мВ _RMS ) - напряжение относительно 1 милливольта на 75 Ом.

дБо

дБ оптический. Изменение оптической мощности на 1 дБо может привести к изменению мощности электрического сигнала в системе до 2 дБэ, что ограничено тепловым шумом.

дБО

см. dBov

dBov или dBO

дБ (перегрузка) - амплитуда сигнала (обычно аудио) по сравнению с максимумом, с которым устройство может справиться до того, как произойдет ограничение .

дБпп

относительно размаха звукового давления.

дБпп

относительно максимального значения пиковой мощности.

дБк

дБ (четвертьволна) - прямое усиление антенны по сравнению с штырем на четверть длины волны. Используется редко, за исключением некоторых маркетинговых материалов. 0 дБq = −0,85 дБи

дБо

дБ (относительный) - просто относительное отличие от чего-то еще, которое проявляется в контексте. Например, разница в отклике фильтра от номинальных уровней.

дБн

дБ выше эталонного шума . См. Также dBrnC

дБрнК

dBrnC представляет собой измерение уровня звука, обычно в телефонной цепи, относительно уровня шума цепи , с измерением этого уровня, взвешенного по частоте стандартным фильтром взвешивания C-сообщений. Фильтр взвешивания C-сообщений в основном использовался в Северной Америке.

дБсм

дБ (м ² ) - децибел на один квадратный метр

дБТП

дБ (истинный пик) - пиковая амплитуда сигнала по сравнению с максимумом, с которым устройство может справиться до того, как произойдет ограничение.

дБу или дБв

Действующее значение напряжения относительно .${\displaystyle {\sqrt {0.6}}\,{\text{V}}\,\approx 0.7746\,{\text{V}}\,\approx -2.218\,{\text{dBV}}}$

dBu0s

Определен Рекомендацией МСЭ-R V.574.

дБуВ

см. дБмкВ

дБуВ / м

см. дБмкВ / м

дБв

см. dBu

дБВ

дБ (V _RMS ) - напряжение относительно 1 вольт независимо от импеданса.

дБВУ

единица громкости дБ

дБВт

дБ (Вт) - мощность относительно 1 ватта .

дБЗ

дБ (Z) - децибел относительно Z = 1 мм ⁶ м ⁻³

дБмк

см. дБмкВ / м

дБмкВ или дБуВ

дБ (мкВ _RMS ) - напряжение относительно 1 мкВ.

дБмкВ / м, дБмкВ / м или дБмк

дБ (мкВ / м) - напряженность электрического поля относительно 1 микровольта на метр .

Суффиксы, которым предшествует пробел [ править ]

дБ HL

Уровень слуха в дБ используется в аудиограммах как мера потери слуха.

дБ Q

иногда используется для обозначения взвешенного уровня шума

дБ SIL

Уровень интенсивности звука дБ - относительно 10 ⁻¹²  Вт / м ²

дБ SPL

дБ SPL ( уровень звукового давления ) - для звука в воздухе и других газах, относительно 20 мкПа в воздухе или 1 мкПа в воде

дБ SWL

Уровень звуковой мощности дБ - относительно 10 ⁻¹²  Вт.

Суффиксы в круглых скобках [ править ]

дБ (A), дБ (B) и дБ (C)

Эти символы часто используются для обозначения использования различных фильтров взвешивания , используемых для аппроксимации реакции человеческого уха на звук, хотя измерения все еще производятся в дБ (SPL). Эти измерения обычно относятся к шуму и его воздействию на людей и других животных, и они широко используются в промышленности при обсуждении вопросов контроля шума, нормативных требований и экологических стандартов. Другие возможные вариации - это дБ _А или дБА .

Другие суффиксы [ править ]

дБ-Гц

дБ (Гц) - полоса пропускания относительно одного герца.

дБ / К

дБ ^{(K -1} ) - децибел по отношению к обратной части кельвин

дБм ⁻¹

дБ (м ⁻¹ ) - децибел относительно обратной величины метра: мера коэффициента антенны .

Связанные блоки [ править ]

мБм

мБ (мВт) - мощность относительно 1 милливатта , в миллибелах (одна сотая децибела). 100 мБм = 1 дБм. Этот модуль находится в драйверах Wi-Fi ядра Linux ^[73] и в разделах нормативной области. ^[74]

Дроби [ править ]

Константы затухания в таких областях, как оптоволоконная связь и потери на трассе распространения радиоволн , часто выражаются как доля или отношение к расстоянию передачи. дБ / м представляет собой децибел на метр, дБ / мил представляет собой, например, децибел на милю. Этими величинами следует управлять в соответствии с правилами анализа размеров , например, 100-метровый участок с волокном 3,5 дБ / км дает потери 0,35 дБ = 3,5 дБ / км × 0,1 км.

См. Также [ править ]

• Видимая величина
• Cent (музыка)
• дБ дрэг-рейсинг
• Десятилетие (логарифмическая шкала)
• Громкость
• Треть октавы § База 10
• pH
• Телефон
• Шкала звездных величин Рихтера
• Sone

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Туффенцаммер, Карл (1956). «Das Dezilog, eine Brücke zwischen Logarithmen, Dezibel, Neper und Normzahlen» [Децилог, мост между логарифмами, децибелами, непер и предпочтительными числами]. VDI-Zeitschrift (на немецком языке). 98 : 267–274.
• Паулин, Евгений (1 сентября 2007 г.). Logarithmen, Normzahlen, Dezibel, Neper, Phon - natürlich verwandt! [ Логарифмы, предпочтительные числа, децибелы, непер, фон - естественно связаны! ] (PDF) (на немецком языке). Архивировано 18 декабря 2016 года (PDF) из оригинала . Проверено 18 декабря +2016 .

Внешние ссылки [ править ]

• Что такое децибел? Со звуковыми файлами и анимацией
• Преобразование единиц уровня звука: дБSPL или дБА в звуковое давление p и интенсивность звука J
• Правила OSHA по воздействию шума на рабочем месте
• Работа с децибелами (РЧ-сигнал и напряженность поля)