Hvad betyder "dB"? (Historie og brug af decibel)

Indhold

• Hvad er en dB? Forståelse af decibel
• Hvorfor og hvornår bruges en dB?
• Hvordan bruger vi en dB?
• Udforskning af matematikken
• På hvilke andre måder bruges dB?
• DBm og andre absolutte niveauer
• Hvilke andre felter bruger logaritmiske progressioner (Log.Progs.)?
• Gør matematik
• Den lange matematik

Stive har BIng Hons 1st Cl Electronics m / masterniveau moduler fra O.U. og er pensioneret fra 45+ år inden for forskellige elektroniske områder.

Hvad er en dB? Forståelse af decibel

Har du nogensinde spekuleret på, hvad dB-symbolet betyder i dine gadgets brugervejledninger?

DB (deciBel) og Bel er formelt anerkendte måleparametre med den ringe status som 'Accepteret ikke-S.I. enheder 'inden for det internationale system for enheder. Dette system er det organ, der er ansvarligt for at etablere verdensomspændende S.I. enheder, de enheder, hvormed alt ting i sidste ende måles. Statusen 'Accepteret' skyldes deres historisk brede anvendelse og anvendelighed, ellers ville de sandsynligvis blive udfaset af S.I. systemet.

Bel blev oprindeligt udviklet til brug i telefonindustrien og blev navngivet til ære for telefonopfinderen, Alexander Graham Bell. Det blev oprindeligt vist sig at være meget praktisk til at sammenligne to effektniveauer af årsager diskuteret senere, men viste sig derefter at være for stort til praktisk anvendelse og blev erstattet af dB, som har været i almindelig brug siden omkring 1925, og som på ¹/₁₀^th af en Bel, er mere praktisk og nyttigt.

Hvorfor og hvornår bruges en dB?

Begge udtryk (dB og Bel) var transmissionsmåleenheder og blev oprindeligt brugt til at måle en signalniveauændring, forstærkning eller tab, når signalet blev 'transmitteret' fra kilden til en modtager, hvor det kan måles. Transmissionen kan være af ethvert format, enten gennem luften, gennem en transmissionslinje eller kabel, gennem en forstærker eller andet kredsløb eller gennem et emne (dæmper) for at sænke signalet.

En relativt nem måde at beskrive en signalniveauændring på er at sammenligne output eller modtaget værdi med input eller kilde og derefter producere et forhold (A:B eller A / B) for output til input. Input B, svarende til en matematisk nævner og i forhold, matematisk betegnet som den deraf følgende, skal ideelt set refereres til 1, og det er let at angive for eksempel 'en gevinst på 2x (2 gange)' eller 'et tab / reduktion på halvdelen (0,5) '.

Men med fremkomsten af ​​forstærkere med stor forstærkning (op-forstærkere) med forstærkninger på 100 plus, og især når de var forbundet i kaskade eller i serie, blev de lineære forstærkningsforhold meget store og uhåndterlige med tal på 100.000 og derover.

Bel og dB er logaritmiske udtryk, og begge konverterer disse høje forstærkningsværdier til praktiske, håndterbare, meget lavere tal og tillader, at logaritmiske forstærkergevinster let kan tilføjes i stedet for multipliceret. Jo mindre dB er jo mere praktisk og nyttigt af de to termer.

Hvordan bruger vi en dB?

En måde at bruge dB på er sandsynligvis af interesse for mange mennesker, ikke kun for elektronikteknikere og ingeniører, som er listen over højttalerspecifikationer, herunder de populære Bluetooth-højttalere.

Udforskning af matematikken

På billedet nedenfor:

# 2 angiver signal-støj-forhold: 84dB eller højere
# 3 angiver følsomhed: 80dB + 2dB

(Faktisk er begge forkert 'db' i stedet for den officielle dB).

Løsning for P_R (i matematisk ligning (i) nedenfor) ved anvendelse af 84 S-til-N dB afslører et forhold på ca. 251x10⁶ gange, hvilket faktisk betyder, at signalet er cirka 251 millioner gange større end støjniveauet.

Dette viser bekvemmeligheden ved dB til at citere S / N-forhold: 84 dB versus 251x10⁶ gange.

Løsning af 80 dB-følsomheden, igen i (i) nedenfor, viser et stadig meget højt, men meget lavere forhold på 100 x 10⁶ gange.

Dette viser også et andet aspekt af dB ved, at en meget stor ændring i et effektforhold (251 millioner versus 100 millioner) faktisk kun resulterer i en lille ændring i dB-værdien. Faktisk betyder en ændring på kun + 3dB en fordobling af effekten og kun -3dB betyder en halvering af effekten.

På hvilke andre måder bruges dB?

Når man forbinder forstærkere i serie eller kaskader dem, eller når man fjerner dem fra kæden, er det lettere at manipulere dB-værdierne ved simpel at tilføje og trække i stedet for at skulle multiplicere de lineære gevinster.

Lydteknikere i bands og koncerter bruger højttalerens dB-specifikationer efter behov, når de tilslutter udstyret for at fastgøre de krævede kaskadeforstærkere til højttalerne i henhold til deres følsomhed.

Mange områder i hverdagen bruger nu også en eller anden form for dB til at citere målinger og specifikationer.

Dog kaldes dB en relativ eller relativ måling, fordi den er et forhold mellem et niveau og et andet og ikke er en kvantificerbar parameter, eller hvad der kaldes en absolut aflæsning eller måling, f.eks. Volt, forstærkere osv.

DBm og andre absolutte niveauer

Det absolutte udtryk, der anvendes i målinger af effektniveau, er dBm.

Målingerne er 'i forhold til' eller 'i forhold til' (wrt) et 1mW referenceniveau, og de er således ikke længere kun relateret til input og output niveauer.

1mW-niveauet er også 0 dBm-niveauet, som det kan beregnes med ligning (i) nedenfor.

Der er andre 0 dB referenceniveauer i brug, bortset fra 1 mW.

Højeffektive ingeniører kan bruge dBk, som er et 0 dB, 1 kV referenceniveau.

DBV er et 0 dB referenceniveau i forhold til 1 Volt.

DBA vil være kendt af lydentusiaster eller for akustiske teknologier. A kan betyde lyd eller akustisk, men henviser specifikt til det A-vægtede formede lydfrekvensområde filter, der bruges til test af lyd og støjniveauer.

DBA er i forhold til den normale nedre tærskel for menneskelig hørelse ved 1 kHz.

DB (SPL) er en anden akustisk måle- og rapporteringsskala.

Hvilke andre felter bruger logaritmiske progressioner (Log.Progs.)?

Det menneskelige øre reagerer logaritmisk på lyde. Der er meget forstærkning ved lave lydniveauer og meget mindre på høje niveauer. Så det enkle udtryk er, at det knap hørte niveau op til beskadigelsesniveauet i ørets lydområde er fra den omtrentlige 0 dB tærskel (faktisk meget lidt højere end nul) til ca. 130/140 dB, hvilket i virkeligheden er et område på større mere end 2 millioner gange.

Derfor varierer lydstyrkekontrol ofte logaritmisk for at efterligne responsen fra det menneskelige øre til en jævnere lydkontrol. Disse er dyrere end de billigere lineære eller pseudo-log volumenkontroller.

Jordskælvsstyrker er også logaritmiske og ikke lineære.

Det menneskelige øje reagerer logaritmisk på lysstyrken.

Der er flere andre Log.Prog. systemer, som en www-søgning finder, især på Wikipedia.

Gør matematik

Det er let at arbejde i dB'er, som følgende tabel viser.

• En fordobling af ethvert effektniveau er en 3dB-stigning; en halvering af magt er en (-) 3dB reduktion.
• En stigning på 10x (10 gange) af ethvert effektniveau er en stigning på 10dB, og en reduktion på 10x er ligeledes en (-) 10dB reduktion.

Kun ændringer i 3dB og 10 dB kan opnås fra tabellen eller fra det kendte forhold mellem dB'er og effektniveauændringer. Andre værdier kan kun estimeres ved at interpolere tabelværdierne eller skal beregnes ved hjælp af nedenstående formler.

3dB gevinster og tab sammenlignet med tilsvarende ændringer i effektniveau	10dB gevinster og tab sammenlignet med ækvivalente effektniveauændringer	Mixed-dB gevinster og tab sammenlignet med ækvivalente effektniveauændringer
27dB mod 512x	90dB mod 1 milliard gange	53dB vs 2000000x (100k x, 2x)
24dB vs 256x	80dB vs 100 millioner gange	42dB vs 16000x (100x 10x, 16x)
21dB mod 128x	70dB mod 10 millioner gange	39dB vs 8000x (100x 10x, 8x)
18dB mod 64x	60 dB vs 1 million gange	36dB vs 4000x (100x 10x, 4x)
15dB vs 32x	50dB vs 100000x	33dB vs 2000x (100x 10x, 2x)
12dB mod 16x	40dB vs 10000x	22dB vs 160x (10x, 16x)
9dB ​​vs 8x	30dB vs 1000x	19dB vs 80x (10x, 2x, 2x, 2x)
6dB vs 4x	20dB vs 100x	16dB vs 40x (10x, 2x, 2x)
3dB vs 2x (gange)	10dB vs 10x (gange)	13dB vs 20x (10x, 2x)
0dB Reference (1mW)	0dB Reference (1mW)	0dB Reference (1mW)
-3dB vs halv (0,5x)	-10 dB versus 0,1 gange	-3dB vs 0,5x (1/2)
-6dB vs 1/4 (0,25x)	-20 dB vs 0,01 gange	-13dB versus 0,05x (0,5x, 0,1x)
-9dB vs 1/8 (0,125x)	-30dB versus 0,001 gange	-16dB versus 0,025x (0,1x, 0,25x)
-12dB vs 1/16 (0,0625x)	-40dB versus 0.0001 gange	-19dB vs 0,0125x (0,0125x)
-15dB vs 1/32 (0,03125)	-50dB versus 0.00001 gange	-22dB mod 0,00625X
-18dB vs 1/64 (0,015625)	-60dB versus 0,000001 gange	-25dB mod 0,003125x

Den lange matematik

Matematikken til når vi måler output og input transmission effekt er:

(i) dB = 10 x LOG₁₀ Signaleffektforhold (s_R)

For når vi måler output og input signal niveau spænding, er matematikken:

dB = 20 x LOG₁₀ Signal spændingsforhold (V._R)