Decibel - Decibel
Decibel (symbol: dB ) je relativní měrná jednotka rovná jedné desetině bel ( B ). Vyjadřuje poměr dvou hodnot veličiny výkonu nebo odmocniny v logaritmickém měřítku . Dva signály, jejichž úrovně se liší o jeden decibel, mají výkonový poměr 10 1/10 (přibližně1,26 ) nebo poměr síly kořene 10 1 / 20 (přibližně1.12 ).
Jednotka vyjadřuje změnu hodnoty (např. +1 dB nebo −1 dB) nebo absolutní hodnotu. V druhém případě číselná hodnota vyjadřuje poměr hodnoty k pevné referenční hodnotě; když je použit tímto způsobem, symbol jednotky je často opatřen kódy písmen, které udávají referenční hodnotu. Například pro referenční hodnotu 1 volt je běžnou příponou „ V “ (např. „20 dBV“).
Běžně se používají dva hlavní typy škálování decibelů. Při vyjádření poměru výkonu je definován jako desetinásobek logaritmu v základu 10 . To znamená, že změna výkonu o faktor 10 odpovídá změně úrovně o 10 dB. Při vyjadřování veličin kořenové síly odpovídá změna amplitudy faktorem 10 změně úrovně o 20 dB. Stupnice decibelů se liší dvakrát, takže související úrovně výkonu a kořenového výkonu se mění o stejnou hodnotu v lineárních systémech, kde je výkon úměrný čtverci amplitudy.
Definice decibelu pochází z měření přenosové ztráty a výkonu v telefonii na počátku 20. století v Bell System ve Spojených státech. Bel byl pojmenován na počest Alexander Graham Bell , ale bel je zřídka. Místo toho se decibel používá pro širokou škálu měření ve vědě a technice , nejvýrazněji v akustice , elektronice a teorii řízení . V elektronice jsou zisky zesilovačů, útlum signálů a poměry signál / šum často vyjádřeny v decibelech.
dB | Poměr výkonu | Poměr amplitudy | ||
---|---|---|---|---|
100 | 10 000 000 000 | 100 000 | ||
90 | 1 000 000 000 | 31 623 | ||
80 | 100 000 000 | 10 000 | ||
70 | 10 000 000 | 3 162 | ||
60 | 1 000 000 | 1 000 | ||
50 | 100 000 | 316 | .2 | |
40 | 10 000 | 100 | ||
30 | 1 000 | 31 | 0,62 | |
20 | 100 | 10 | ||
10 | 10 | 3 | 0,162 | |
6 | 3 | 0,981 ≈ 4 | 1 | 0,995 ≈ 2 |
3 | 1 | 0,995 ≈ 2 | 1 | 0,413 ≈ √ 2 |
1 | 1 | 0,259 | 1 | 0,122 |
0 | 1 | 1 | ||
-1 | 0 | 0,794 | 0 | 0,891 |
−3 | 0 | 0,501 ≈ 1 / 2 | 0 | 0,708 ≈ √ 1 / 2 |
−6 | 0 | 0,251 ≈ 1 / 4 | 0 | 0,501 ≈ 1 / 2 |
−10 | 0 | .1 | 0 | .316 2 |
−20 | 0 | 0,01 | 0 | .1 |
−30 | 0 | 0,001 | 0 | .031 62 |
−40 | 0 | .000 1 | 0 | 0,01 |
−50 | 0 | .000 01 | 0 | .003 162 |
−60 | 0 | .000 001 | 0 | 0,001 |
−70 | 0 | , 000 000 1 | 0 | .000 316 2 |
-80 | 0 | .000 000 01 | 0 | .000 1 |
−90 | 0 | .000 000 001 | 0 | .000 031 62 |
−100 | 0 | . 000 000 000 1 | 0 | .000 01 |
Příklad stupnice ukazující výkonové poměry x , amplitudové poměry √ x a dB ekvivalenty 10 log 10 x . |
Dějiny
Decibel pochází z metod používaných ke kvantifikaci ztráty signálu v telegrafních a telefonních obvodech. Až do poloviny 20. let 20. století byla jednotkou ztráty Miles of Standard Cable (MSC). 1 MSC odpovídalo ztrátě výkonu přes jednu míli (přibližně 1,6 km) standardního telefonního kabelu na frekvenci5 000 radiánů za sekundu (795,8 Hz) a úzce se shodovalo s nejmenším útlumem, který lze pozorovat u posluchače. Standardní telefonní kabel byl „kabel s rovnoměrně rozloženým odporem 88 ohmů na smyčkovou míli a rovnoměrně rozloženou bočníkovou kapacitou 0,054 mikrofaradů na míli“ (přibližně odpovídá 19 měřicím vodičům).
V roce 1924 obdržely Bell Telephone Laboratories příznivou odpověď na novou definici jednotky mezi členy Mezinárodního poradního výboru pro dálkovou telefonii v Evropě a nahradily MSC přenosovou jednotkou (TU). 1 TU byla definována tak, že počet TU byl desetkrát větší než logaritmus 10 základního poměru poměru měřeného výkonu k referenčnímu výkonu. Definice byla vhodně zvolena tak, že 1 TU přibližně 1 MSC; konkrétně 1 MSC bylo 1,056 TU. V roce 1928 systém Bell přejmenoval TU na decibel, což byla jedna desetina nově definované jednotky pro logaritmus základny-10 logaritmu poměru výkonu. Dostalo jméno bel , na počest průkopníka telekomunikací Alexandra Grahama Bella . Bel se používá jen zřídka, protože pracovní jednotkou byl decibel.
Pojmenování a včasná definice decibelu je popsána v ročence NBS Standard z roku 1931:
Od nejstarších dob telefonů byla uznávána potřeba jednotky, ve které by se měřila účinnost přenosu telefonních zařízení. Zavedení kabelu v roce 1896 poskytlo stabilní základnu pro pohodlnou jednotku a „míle standardního“ kabelu se krátce poté začalo používat obecně. Tato jednotka byla zaměstnána až do roku 1923, kdy byla nová jednotka přijata jako vhodnější pro moderní telefonní práci. Nová přenosová jednotka je široce používána mezi zahraničními telefonními organizacemi a nedávno byla na návrh Mezinárodního poradního výboru pro dálkovou telefonii označována jako „decibel“.
Decibel může být definován tvrzením, že dvě množství výkonu se liší o 1 decibel, když jsou v poměru 10 0,1, a jakákoli dvě množství výkonu se liší o N decibelů, když jsou v poměru 10 N (0,1) . Počet převodových jednotek vyjadřujících poměr jakýchkoli dvou mocnin je tedy desetinásobek běžného logaritmu tohoto poměru. Tento způsob určení zisku nebo ztráty energie v telefonních obvodech umožňuje přímé sčítání nebo odčítání jednotek vyjadřujících účinnost různých částí obvodu ...
V roce 1954 JW Horton tvrdil, že použití decibelu jako jednotky pro jiná množství než ztráta přenosu vedlo ke zmatku, a navrhl název logit pro „standardní veličiny, které se kombinují násobením“, aby kontrastoval s jednotkou názvu pro „standardní veličiny“ které se sčítají přidáním “.
V dubnu 2003 zvážil Mezinárodní výbor pro váhy a míry (CIPM) doporučení pro zařazení decibelu do Mezinárodního systému jednotek (SI), ale rozhodl proti návrhu. Decibel je však uznáván jinými mezinárodními orgány, jako je Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) a Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO). IEC povoluje použití decibelů s veličinami root-power i power a tímto doporučením se řídí mnoho národních normalizačních orgánů, jako je NIST , které odůvodňuje použití decibelu pro napěťové poměry. Navzdory jejich širokému použití nejsou přípony (například v dBA nebo dBV) uznávány normou IEC nebo ISO.
Definice
ISO 80000-3 popisuje definice pro veličiny a jednotky prostoru a času.
Norma IEC 60027-3: 2002 definuje následující veličiny. Decibel (dB) je jedna desetina z Bel: 1 dB = 0,1 B . Bel (B) je 1 / 2 ln (10) nepers : 1 B = 1 / 2 ln (10) Np . Neper je změna úrovně veličiny root-power, když se množství root-power změní o faktor e , tj. 1 Np = ln (e) = 1 , čímž se všechny jednotky vztahují k nedimenzionálnímu přirozenému logu poměry root-power-quantity, 1 dB = 0,115 13… Np = 0,115 13… . Konečně, úroveň veličiny je logaritmus poměru hodnoty této veličiny k referenční hodnotě stejného druhu veličiny.
Bel tedy představuje logaritmus poměru mezi dvěma výkonovými veličinami 10: 1 nebo logaritmus poměru mezi dvěma kořenovými silovými veličinami √ 10 : 1.
Dva signály, jejichž úrovně se liší o jeden decibel, mají výkonový poměr 10 1/10 , což je přibližně1,258 93 a poměr amplitudy (množství kořene a výkonu) 10 1 / 20 (1,122 02 ).
Bel se zřídka používá buď bez předpony, nebo s jinými předponami jednotek SI než deci ; je například upřednostňováno používat setiny decibelů než milibels . Pět tisícin bel by tedy bylo normálně zapsáno 0,05 dB, a ne 5 mB.
Způsob vyjádření poměru jako úrovně v decibelech závisí na tom, zda je měřená vlastnost veličina výkonu nebo veličina kořenové síly ; Podrobnosti viz Výkon, root-power a pole veličiny .
Množství energie
Pokud jde o měření výkonových veličin, může být poměr vyjádřen jako úroveň v decibelech vyhodnocením desetinásobku logaritmu báze 10 poměru měřené veličiny k referenční hodnotě. Poměr P (měřený výkon) k P 0 (referenční výkon) je tedy reprezentován L P , tento poměr vyjádřený v decibelech, který se vypočítá podle vzorce:
Logaritmus základny-10 poměru dvou výkonových veličin je počet bels. Počet decibelů je desetinásobek počtu bels (ekvivalentně je decibel jedna desetina bel). P a P 0 musí před výpočtem poměru měřit stejný typ množství a mít stejné jednotky. Pokud P = P 0 ve výše uvedené rovnici, pak L P = 0. Pokud P je větší než P 0, pak L P je kladné; pokud P je menší než P 0, pak L P je záporné.
Přeskupením výše uvedené rovnice získáte následující vzorec pro P z hlediska P 0 a L P :
Veličiny kořenové síly (pole)
Při odkazování na měření veličin root-power je obvyklé uvažovat poměr čtverců F (měřeno) a F 0 (reference). Důvodem je, že definice byly původně formulovány tak, aby poskytovaly stejnou hodnotu pro relativní poměry pro veličiny výkonu a kořenové síly. Používá se tedy následující definice:
Vzorec lze upravit tak, aby dával
Podobně v elektrických obvodech je ztrátový výkon obvykle úměrný čtverci napětí nebo proudu, když je impedance konstantní. Vezmeme -li jako příklad napětí, vede to k rovnici pro úroveň zesílení L G :
kde V out je výstupní napětí odmocniny (rms), V in je efektivní napětí vstupního napětí. Podobný vzorec platí pro proud.
Pojem množství kořenové energie je zaveden normou ISO 80000-1: 2009 jako náhrada množství pole . Termín množství pole je touto normou zastaralý a root-power je použit v celém tomto článku.
Vztah mezi úrovněmi moci a root-power
Ačkoli jsou výkonové a kořenové výkonové veličiny různé veličiny, jejich příslušné úrovně se historicky měří ve stejných jednotkách, obvykle v decibelech. Zavádí se faktor 2, aby se změny v příslušných úrovních shodovaly za omezených podmínek, jako když je médium lineární a zvažuje se stejný tvar vlny se změnami amplitudy, nebo je impedance média lineární a nezávislá na frekvenci i čase. To závisí na vztahu
podíl. V nelineárním systému tento vztah neplatí podle definice linearity. Avšak i v lineárním systému, ve kterém je veličina výkonu součinem dvou lineárně souvisejících veličin (např. Napětí a proud ), pokud je impedance závislá na frekvenci nebo čase, tento vztah obecně neplatí, například pokud energetické spektrum průběhu vlny se mění.
Pro rozdíly v úrovni je požadovaný vztah uvolněn z výše uvedeného na vztah proporcionality (tj. Referenční veličiny P 0 a F 0 nemusí souviset) nebo ekvivalentně,
musí držet, aby se rozdíl úrovně výkonu rovnal rozdílu úrovně kořenového výkonu od výkonu P 1 a V 1 do P 2 a V 2 . Příkladem může být zesilovač s jednotkovým napěťovým ziskem nezávislým na zátěži a frekvenci pohánějící zátěž s frekvenčně závislou impedancí: relativní napěťový zisk zesilovače je vždy 0 dB, ale výkonový zisk závisí na měnícím se spektrálním složení průběhu zesílené. Frekvenčně závislé impedance lze analyzovat zvážením spektrálních hustot výkonů veličin a souvisejících veličin kořenového výkonu prostřednictvím Fourierovy transformace , která umožňuje eliminaci frekvenční závislosti v analýze analýzou systému na každé frekvenci nezávisle.
Konverze
Protože rozdíly logaritmů měřené v těchto jednotkách často představují výkonové poměry a poměry root-power, hodnoty pro obě jsou uvedeny níže. Bel se tradičně používá jako jednotka logaritmického poměru výkonu, zatímco neper se používá pro logaritmický poměr kořenová síla (amplituda).
Jednotka | V decibelech | V bels | V nepers | Poměr výkonu | Kořenový poměr výkonu |
---|---|---|---|---|---|
1 dB | 1 dB | 0,1 B | 0,115 13 Np | 10 1 / 10 ≈1,258 93 | 10 1 / 20 ≈1.122 02 |
1 Np | 8 685 89 dB | 0,868 589 B | 1 Np | e 2 ≈7,389 06 | e ≈2,718 28 |
1 B | 10 dB | 1 B | 1,151 3 Np | 10 | 10 1 / 2 ≈ 3,162 28 |
Příklady
Jednotka dBW se často používá k označení poměru, pro který je referenční hodnota 1 W, a podobně dBm pro referenční bod 1 mW .
- Výpočet poměru v decibelech 1 kW (jeden kilowatt, příp1000 wattů) až 1 W poskytuje:
- Poměr v decibelech √ 1 000 V ≈ 31,62 V k 1 V je
(31,62 V / 1 V) 2 ≈ 1 kW / 1 W , ilustrující důsledek z výše uvedených definic, že L G má stejnou hodnotu, 30 dB, bez ohledu na to, zda se získává z výkonů nebo z amplitud, za předpokladu, že v konkrétním soustavy uvažované výkonové poměry se rovnají amplitudovým poměrům na druhou.
- Poměr v decibelech 10 W k 1 mW (jeden miliwatt) se získá podle vzorce
- Poměr výkonu odpovídající změně úrovně 3 dB je dán vztahem
Změna poměru výkonu o faktor 10 odpovídá změně úrovně o 10 dB . Změna v poměru výkonu o faktor 2 nebo 1 / 2, je přibližně ve výši 3 dB . Přesněji řečeno, změna je ±3,0103 dB, ale toto je v technickém psaní téměř univerzálně zaokrouhleno na 3 dB. To znamená zvýšení napětí o faktor √ 2 ≈ 1,4142 . Podobně se zdvojnásobení nebo poloviční napětí a čtyřnásobné nebo čtvrtinové napájení obvykle označuje jako 6 dB spíše než ±6,0206 dB.
Pokud je nutné rozlišovat, zapisuje se počet decibelů s dalšími významnými číslicemi . 3.000 dB odpovídá poměru výkonu 10 3 / 10 , nebo1,9953 , přibližně 0,24% odlišné od přesně 2, a poměr napětí1,4125 , 0,12% odlišné od přesně √ 2 . Podobně nárůst o 6 000 dB odpovídá poměru výkonu 10 6 ⁄ 10 ≈ 3,9811 , přibližně 0,5% odlišné od 4.
Vlastnosti
Decibel je užitečný pro reprezentaci velkých poměrů a pro zjednodušení znázornění znásobených efektů, jako je útlum z více zdrojů podél signálního řetězce. Jeho aplikace v systémech s aditivními efekty je méně intuitivní.
Hlášení velkých poměrů
Stupnice logaritmická povaha decibel znamená, že velmi velký rozsah převodových poměrů může být reprezentována výhodná čísla, a to způsobem podobným vědecké notaci . To člověku umožňuje jasně si představit obrovské změny nějakého množství. Viz Bode plot a Semi-log plot . Například 120 dB SPL může být jasnější než „bilionkrát intenzivnější než práh sluchu“.
Reprezentace multiplikačních operací
Hodnoty úrovní v decibelech lze přidat namísto vynásobení hodnot základního výkonu, což znamená, že celkový zisk vícesložkového systému, jako je řada stupňů zesilovače , lze vypočítat součtem zisků v decibelech jednotlivých komponent, spíše než znásobovat zesilovací faktory; tj. log ( A × B × C ) = log ( A ) + log ( B ) + log ( C ). Prakticky to znamená, že vyzbrojeni pouze vědomím, že 1 dB je výkonový zisk přibližně 26%, 3 dB je přibližně 2 × výkonový zisk a 10 dB je 10 × výkonový zisk, je možné určit výkonový poměr systém ze zisku v dB pouze s jednoduchým sčítáním a násobením. Například:
- Systém se skládá ze 3 zesilovačů v sérii se zisky (poměr výkonu mezi vstupy a výstupy) 10 dB, 8 dB a 7 dB, respektive pro celkový zisk 25 dB. Rozděleno do kombinací 10, 3 a 1 dB je toto:
- 25 dB = 10 dB + 10 dB + 3 dB + 1 dB + 1 dB
- Při příkonu 1 watt je výstup přibližně
- 1 Š × 10 × 10 × 2 × 1,26 × 1,26 ≈ 317,5 W
- Přesně vypočítáno, výkon je 1 W × 10 25 ⁄ 10 ≈ 316,2 W. Přibližná hodnota má chybu pouze +0,4% vzhledem ke skutečné hodnotě, což je vzhledem k přesnosti dodávaných hodnot a přesnosti většiny zanedbatelné. měřicí přístroje.
- Systém se skládá ze 3 zesilovačů v sérii se zisky (poměr výkonu mezi vstupy a výstupy) 10 dB, 8 dB a 7 dB, respektive pro celkový zisk 25 dB. Rozděleno do kombinací 10, 3 a 1 dB je toto:
Podle kritiků však decibel vyvolává zmatek, zatemňuje uvažování, souvisí více s érou pravidel snímků než s moderním digitálním zpracováním a je těžkopádný a obtížně interpretovatelný. Veličiny v decibelech nemusí být nutně aditivní , takže mají „nepřijatelnou formu pro použití v dimenzionální analýze “. Jednotky tedy vyžadují zvláštní péči v decibelových operacích. Vezměme si například poměr hustoty nosiče k šumu C/N 0 (v hertzech) zahrnující výkon nosiče C (ve wattech) a spektrální hustotu výkonu šumu N 0 (ve W/Hz). Vyjádřeno v decibelech, tento poměr by byl odečtením ( C/N 0 ) dB = C dB - N 0 dB . Jednotky lineárního měřítka se však v implikované frakci stále zjednodušují, takže výsledky budou vyjádřeny v dB-Hz.
Zastoupení adičních operací
Podle Mitschkeho „Výhoda použití logaritmické míry spočívá v tom, že v přenosovém řetězci je mnoho prvků zřetězeno a každý má svůj vlastní zisk nebo útlum. Abychom získali celkový součet, je přidání hodnot decibelů mnohem pohodlnější než násobení jednotlivé faktory “. Ze stejného důvodu, že lidé vynikají v aditivních operacích nad multiplikací, jsou ale decibely v inherentně aditivních operacích nepříjemné:
pokud dva stroje každý samostatně produkují hladinu akustického tlaku , řekněme, 90 dB v určitém bodě, pak když oba pracují společně, měli bychom očekávat, že se kombinovaná hladina akustického tlaku zvýší na 93 dB, ale rozhodně ne na 180 dB !; Předpokládejme, že se měří hluk ze stroje (včetně příspěvku šumu pozadí) a zjistí se, že je 87 dBA, ale když je stroj vypnutý, samotný hluk pozadí se měří jako 83 dBA. [...] hluk stroje [úroveň (sám)] lze získat „odečtením“ hluku pozadí 83 dBA od kombinované úrovně 87 dBA; tj. 84,8 dBA .; za účelem nalezení reprezentativní hodnoty hladiny zvuku v místnosti se provede několik měření na různých pozicích v místnosti a vypočítá se průměrná hodnota. [...] Porovnejte logaritmické a aritmetické průměry [...] 70 dB a 90 dB: logaritmický průměr = 87 dB; aritmetický průměr = 80 dB.
Sčítání v logaritmickém měřítku se nazývá logaritmické sčítání a lze jej definovat tak, že vezmeme exponenciály pro převod na lineární měřítko, přidáme je a poté vezmeme logaritmy, abychom se vrátili. Například tam, kde operace na decibelech jsou logaritmické sčítání/odčítání a logaritmické násobení/dělení, zatímco operace na lineárním měřítku jsou obvyklé operace:
Všimněte si, že logaritmický průměr je získán z logaritmického součtu odečtením , protože logaritmické dělení je lineární odčítání.
Zlomky
Útlumové konstanty v tématech, jako je komunikace optickými vlákny a ztráta cesty šíření rádia , jsou často vyjádřeny jako zlomek nebo poměr ke vzdálenosti přenosu. V tomto případě dB/m představuje například decibel na metr, dB/mi představuje decibel na míli. S těmito veličinami je třeba manipulovat podle pravidel dimenzionální analýzy , např. Běh na 100 metrů s vláknem 3,5 dB/km přináší ztrátu 0,35 dB = 3,5 dB/km × 0,1 km.
Využití
Vnímání
Lidské vnímání intenzity zvuku a světla se spíše blíží spíše logaritmu intenzity než lineárnímu vztahu (viz Weber -Fechnerův zákon ), což činí ze stupnice dB užitečné měřítko.
Akustika
Decibel se běžně používá v akustice jako jednotka hladiny akustického tlaku . Referenční tlak pro zvuk ve vzduchu je nastaven na typický práh vnímání průměrného člověka a pro ilustraci různých úrovní akustického tlaku se používají běžná srovnání . Protože je akustický tlak veličinou root-power, používá se příslušná verze definice jednotky:
kde p rms je odmocnina naměřeného akustického tlaku a p ref je standardní referenční akustický tlak 20 mikropascalů ve vzduchu nebo 1 mikropascal ve vodě.
Použití decibelu v podvodní akustice vede ke zmatku, částečně kvůli tomuto rozdílu v referenční hodnotě.
Lidské ucho má velký dynamický rozsah v příjmu zvuku. Poměr intenzity zvuku, který způsobí trvalé poškození během krátké expozice, k nejtiššímu zvuku, který ucho slyší, je roven nebo vyšší než 1 bilion (10 12 ). Takto velké rozsahy měření jsou pohodlně vyjádřeny v logaritmickém měřítku : logaritmus 10 základny-10 10 12 je 12, což je vyjádřeno jako hladina akustického tlaku 120 dB re 20 μPa .
Vzhledem k tomu, že lidské ucho není stejně citlivé na všechny zvukové frekvence, je spektrum akustického výkonu upraveno pomocí frekvenčního vážení ( nejběžnějším standardem je vážení A ), aby se získal vážený akustický výkon před převedením na hladinu zvuku nebo hladinu hluku v decibelech.
Telefonie
Decibel se používá v telefonii a zvuku . Podobně jako v akustice se často používá frekvenčně vážený výkon. Pro měření zvukového šumu v elektrických obvodech se vážení nazývají psofometrické váhy .
Elektronika
V elektronice se decibel často používá k vyjádření výkonových nebo amplitudových poměrů (jako u zisků ) před aritmetickými poměry nebo procenty . Jednou z výhod je, že celkový zisk decibelů řady komponent (například zesilovačů a útlumů ) lze vypočítat jednoduše součtem zisků decibelů jednotlivých komponent. Podobně v telekomunikacích decibely označují zisk nebo ztrátu signálu z vysílače do přijímače prostřednictvím nějakého média ( volný prostor , vlnovod , koaxiální kabel , vláknová optika atd.) Pomocí rozpočtu spoje .
Jednotku decibelů lze také kombinovat s referenční úrovní, často označovanou příponou, a vytvořit tak absolutní jednotku elektrické energie. Například jej lze kombinovat s „m“ pro „miliwatt“, aby se vytvořil „ dBm “. Úroveň výkonu 0 dBm odpovídá jednomu miliwattu a 1 dBm je o jeden decibel větší (asi 1,259 mW).
V profesionálních audio specifikacích je oblíbenou jednotkou dBu . Toto je relativní k průměrnému čtvercovému napětí, které dodává 1 mW (0 dBm) do 600 ohmového rezistoru, nebo √ 1 mW × 600 Ω ≈ 0,775 V RMS . Při použití v obvodu 600 ohmů (historicky standardní referenční impedance v telefonních obvodech) jsou dBu a dBm totožné .
Optika
V optickém spoji , pokud je známé množství optického výkonu v dBm (vztaženo na 1 mW), spuštěno do vlákna a ztráty v dB (decibelech) každé komponenty (např. Konektory, spoje a délky) vláken), celková ztráta spojení může být rychle vypočítána sčítáním a odečtením decibelových množství.
Ve spektrometrii a optice je blokovací jednotka použitá k měření optické hustoty ekvivalentní −1 B.
Video a digitální zobrazování
Ve spojení s video a digitálními obrazovými senzory decibely obecně představují poměry video napětí nebo digitalizované intenzity světla s použitím 20 log poměru, i když je reprezentovaná intenzita (optický výkon) přímo úměrná napětí generovanému senzorem, nikoli jeho čtverec, jako v CCD kameře, kde je reakční napětí lineární intenzity. Poměr signálu k šumu kamery nebo dynamický rozsah citovaný jako 40 dB tedy představuje poměr 100: 1 mezi intenzitou optického signálu a intenzitou optického ekvivalentu tmavého šumu, nikoli poměr intenzity (výkonu) 10 000: 1 jako 40 dB může navrhnout. Někdy je definice poměru 20 log použita přímo na počty elektronů nebo fotonů, které jsou úměrné amplitudě signálu senzoru, aniž by bylo nutné zvažovat, zda je napěťová odezva na intenzitu lineární.
Jak však bylo uvedeno výše, u fyzikální optiky, včetně vláknové optiky, obecněji převládá konvence 10 log intenzity, takže terminologie mezi konvencemi digitální fotografické technologie a fyzikou může být matná. Nejčastěji by veličiny nazývané „dynamický rozsah“ nebo „signál-šum“ (kamery) byly specifikovány v 20 log dB, ale v souvisejících kontextech (např. Útlum, zesílení, zesilovač SNR nebo poměr odmítnutí) by měl termín být interpretován opatrně, protože záměna těchto dvou jednotek může mít za následek velmi velké nedorozumění hodnoty.
Fotografové obvykle používají k popisu poměrů intenzity světla nebo dynamického rozsahu alternativní logickou jednotku základny-2, stop .
Přípony a referenční hodnoty
Přípony jsou běžně připojeny k základní jednotce dB, aby indikovaly referenční hodnotu, podle které se poměr vypočítává. Například dBm označuje měření výkonu vzhledem k 1 miliwattu.
V případech, kdy je uvedena jednotková hodnota reference, je decibelová hodnota známá jako „absolutní“. Pokud není jednotková hodnota reference výslovně uvedena, jako v dB zesílení zesilovače, pak je hodnota decibelu považována za relativní.
Tato forma připojení stačí k dB je v praxi velmi rozšířená, i když je v rozporu s pravidly vyhlášenými normalizačními orgány (ISO a IEC): Změna úrovně 1 dB vždy odpovídá poměru výkonu přibližně 1: 1,259. Přípona pouze udává způsob měření, nikoli jiné měřítko nebo typ jednotky. 60027-3 IEC norma doporučuje následující formát: L x (re x ref ), nebo jako L x / x ref , kde x je symbolem množství a X ref je hodnota referenčního množství, například, L E (re 1 μV/m) = 20 dB nebo L E /(1 μV/m) = 20 dB pro sílu elektrického pole E vzhledem k referenční hodnotě 1 μV/m. Pokud je výsledek měření 20 dB uveden samostatně, lze jej specifikovat pomocí informací v závorkách, které jsou pak součástí okolního textu a nejsou součástí jednotky: 20 dB (re: 1 μV/m) nebo 20 dB ( 1 μV/m).
Mimo dokumenty dodržující jednotky SI je tato praxe velmi běžná, jak ilustrují následující příklady. Neexistuje žádné obecné pravidlo s různými praktikami specifickými pro disciplínu. Někdy je přípona symbolem jednotky („W“, „K“, „m“), někdy jde o přepis symbolu jednotky („uV“ místo μV pro mikrovolt), někdy je to zkratka názvu jednotky („sm“ pro metr čtvereční, „m“ pro miliwatt), jindy je to mnemotechnická pomůcka pro typ vypočítávané veličiny („i“ pro zisk antény vzhledem k izotropní anténě, „λ“ pro cokoli normalizované EM vlnová délka), nebo jinak obecný atribut nebo identifikátor o povaze veličiny („A“ pro hladinu váženého akustického tlaku A). Přípona je často spojena se spojovníkem , jako v „dB – Hz“, nebo s mezerou, jako v „dB HL“, nebo uzavřená v závorkách, jako „dB (sm)“, nebo bez zasahujícího znaku, jako v „dBm“ (což není v souladu s mezinárodními normami).
Napětí
Protože je decibel definován s ohledem na výkon, nikoli na amplitudu, musí převody poměrů napětí na decibely umocňovat amplitudu, nebo použít faktor 20 místo 10, jak je uvedeno výše.
- dBV
- dB (V RMS ) - napětí vzhledem k 1 voltu, bez ohledu na impedanci. To se používá pro měření citlivosti mikrofonu, a také určit spotřebitelů linkový z -10 dBV , aby se snížily náklady na výrobu ve vztahu k zařízení pomocí +4 dBu signál linkový.
- dBu nebo dBv
- RMS napětí vzhledem k (tj. Napětí, které by rozptýlilo 1 mW do zátěže 600 Ω). RMS napětí 1 V, tedy odpovídá původně dBv, že byl změněn na dBu aby nedošlo k záměně s dBV. Písmeno „v“ pochází z „voltu“, zatímco „u“ pochází z jednotky objemu použité v měřiči VU .dBu lze použít jako měřítko napětí bez ohledu na impedanci, ale je odvozeno od zátěže 600 Ω rozptylující 0 dBm (1 mW). Referenční napětí pochází z výpočtu, kde je odpor a je výkon.V profesionálním audiu může být zařízení kalibrováno tak, aby ukazovalo „0“ na měřičích VU nějaký konečný čas poté, co byl signál aplikován na amplitudě +4 dBu . Spotřebitelské vybavení obvykle používá nižší „nominální“ úroveň signálu −10 dBV . Z důvodu interoperability proto mnoho zařízení nabízí provoz s duálním napětím (s různým nastavením zisku nebo „trimování“). Přepínač nebo nastavení, které pokrývá alespoň rozsah mezi +4 dBu a -10 dBV, je v profesionálním vybavení běžné.
- dBm0s
- Definováno doporučením ITU-R V.574 .; dBmV: dB (mV RMS ) - napětí vzhledem k 1 milivoltu na 75 Ω. Široce se používá v sítích kabelové televize , kde je nominální síla jednoho televizního signálu na koncových zařízeních přijímače asi 0 dBmV. Kabelová televize používá koaxiální kabel 75 Ω, takže 0 dBmV odpovídá −78,75 dBW (−48,75 dBm) nebo přibližně 13 nW.
- dBμV nebo dBuV
- dB (μV RMS ) - napětí vzhledem k 1 mikrovoltu. Široce se používá ve specifikacích televizních a anténních zesilovačů. 60 dBμV = 0 dBmV.
Akustika
Pravděpodobně nejběžnějším používáním „decibelů“ ve vztahu k hladině zvuku je dB SPL, hladina akustického tlaku vztažená k nominálnímu prahu lidského sluchu: Míry tlaku (množství kořenové síly) používají faktor 20 a opatření výkonu (např. dB SIL a dB SWL) použijte faktor 10.
- dB SPL
- dB SPL ( hladina akustického tlaku ) - pro zvuk ve vzduchu a jiných plynech, vztaženo na 20 mikropascalů (μPa), popř.2 × 10 −5 Pa , přibližně nejtišší zvuk, jaký může člověk slyšet. Pro zvuk ve vodě a jiných kapalinách se používá referenční tlak 1 μPa. RMS akustický tlak jednoho pascalu odpovídá úrovni 94 dB SPL.
- dB SIL
- Úroveň intenzity zvuku dB - v poměru k 10 −12 W/m 2 , což je zhruba práh lidského sluchu ve vzduchu.
- dB SWL
- Hladina akustického výkonu dB - v poměru k 10 −12 W.
- dBA, dBB a dBC
- Tyto symboly se často používají k označení použití různých váhových filtrů , používaných k aproximaci reakce lidského ucha na zvuk, přestože měření je stále v dB (SPL). Tato měření se obvykle týkají hluku a jeho účinků na lidi a jiná zvířata a jsou široce používána v průmyslu při projednávání otázek regulace hluku, předpisů a environmentálních norem. Další možné odchylky jsou dB A nebo dB (A) . Podle standardů Mezinárodního elektrotechnického výboru ( IEC 61672-2013 ) a Amerického národního institutu pro normalizaci, ANSI S1.4 , se upřednostňuje zápis L A = x dB. Přesto jsou jednotky dBA a dB (A) stále běžně používány jako zkratka pro měření vážená A. Porovnejte dBc , používané v telekomunikacích.
- dB HL
- Úroveň sluchu dB se v audiogramech používá jako měřítko ztráty sluchu. Referenční úroveň se mění s frekvencí podle minimální křivky slyšitelnosti, jak je definována v ANSI a dalších normách, takže výsledný audiogram ukazuje odchylku od toho, co je považováno za „normální“ sluch.
- dB Q
- někdy se používá k označení vážené hladiny hluku, běžně pomocí vážení hluku ITU-R 468
- dBpp
- relativně k akustickému tlaku mezi špičkami.
- dBG
- G -vážené spektrum
Zvuková elektronika
Viz také výše dBV a dBu.
- dBm
- dB (mW) - výkon vztažený na 1 miliwatt . Ve zvuku a telefonii je dBm obvykle vztaženo k impedanci 600 Ω, což odpovídá úrovni napětí 0,775 voltů nebo 775 milivoltů.
- dBm0
- Výkon v dBm (popsaný výše) měřený v nulovém bodě úrovně přenosu .
- dBFS
- dB ( plný rozsah ) - amplituda signálu ve srovnání s maximem, které zařízení zvládne, než dojde k oříznutí . Plný rozsah může být definován jako úroveň výkonu sinusoidy v plném měřítku nebo alternativně plné vlny čtverce . Signál měřený s odkazem na sinusovou vlnu v plném rozsahu vypadá o 3 dB slabší, když se odkazuje na čtvercovou vlnu v plném měřítku, tedy: 0 dBFS (sinusová vlna v plném měřítku) = −3 dBFS (obdélníková vlna v plném měřítku).
- dBVU
- Jednotka hlasitosti dB
- dBTP
- dB (true peak) - špičková amplituda signálu ve srovnání s maximem, které může zařízení zvládnout, než dojde k oříznutí. V digitálních systémech by 0 dBTP odpovídalo nejvyšší úrovni (počtu), kterou je procesor schopen reprezentovat. Naměřené hodnoty jsou vždy záporné nebo nulové, protože jsou menší nebo rovny plnému rozsahu.
Radar
- dBZ
- dB (Z) - decibel vzhledem k Z = 1 mm 6 ⋅m −3 : energie odrazivosti (meteorologický radar), vztažená k množství přeneseného výkonu vráceného do radarového přijímače. Hodnoty nad 20 dBZ obvykle indikují padající srážky.
- dBsm
- dB (m 2 ) - decibel vztažený na jeden metr čtvereční: míra radarového průřezu (RCS) cíle. Síla odražená cílem je úměrná jeho RCS. „Utajená“ letadla a hmyz mají negativní RCS měřené v dBsm, velké ploché desky nebo nenápadná letadla mají kladné hodnoty.
Rádiový výkon, energie a intenzita pole
- dBc
- vzhledem k nosné - v telekomunikacích to udává relativní úrovně šumu nebo výkonu postranního pásma ve srovnání s výkonem nosné. Porovnejte dBC, používané v akustice.
- dBpp
- vzhledem k maximální hodnotě špičkového výkonu.
- dBJ
- energie vztažená na 1 joule . 1 joule = 1 watt sekunda = 1 watt na hertz, takže spektrální hustotu výkonu lze vyjádřit v dBJ.
- dBm
- dB (mW) - výkon vztažený na 1 miliwatt . V rádiovém poli je dBm obvykle odkazováno na zátěž 50 Ω, přičemž výsledné napětí je 0,224 voltů.
- dBμV/m, dBuV/m nebo dBμ
- dB (μV/m) - síla elektrického pole vztažená k 1 mikrovoltu na metr . Jednotka se často používá ke specifikaci síly signálu televizního vysílání na přijímacím místě (signál měřený na výstupu antény je uveden v dBμV).
- dBf
- dB (fW) - výkon vztažený na 1 femtowatt .
- dBW
- dB (W) - výkon vztažený na 1 watt .
- dBk
- dB (kW) - výkon vztažený na 1 kilowatt .
- dBe
- dB elektrický.
- dBo
- dB optický. Změna optického výkonu o 1 dBo může mít za následek změnu elektrického signálu až o 2 dBe v systému, který je omezen tepelným šumem.
Měření antény
- dBi
- dB (izotropní) - dopředný zisk antény ve srovnání s hypotetickou izotropní anténou , která rovnoměrně distribuuje energii ve všech směrech. Pokud není uvedeno jinak, předpokládá se lineární polarizace EM pole.
- dBd
- dB (dipól)-dopředný zisk antény ve srovnání s půlvlnnou dipólovou anténou . 0 dBd = 2,15 dBi
- dBiC
- dB (izotropní kruhová) - dopředný zisk antény ve srovnání s kruhově polarizovanou izotropní anténou. Mezi dBiC a dBi neexistuje žádné pevné pravidlo převodu, protože závisí na přijímací anténě a polarizaci pole.
- dBq
- dB (quarterwave) - dopředný zisk antény ve srovnání se čtvrtinovým bičem vlnové délky. Používá se zřídka, s výjimkou některých marketingových materiálů. 0 dBq = -0,85 dBi
- dBsm
- dB (m 2 ) - decibel vztažený na jeden metr čtvereční: míra efektivní plochy antény .
- dBm −1
- dB (m −1 ) - decibel vzhledem k převrácené hodnotě měřiče: míra činitele antény .
Další měření
- dB – Hz
- dB (Hz) - šířka pásma vzhledem k jednomu hertzu. Například 20 dB – Hz odpovídá šířce pásma 100 Hz. Běžně se používá při výpočtech odkazů . Používá se také v poměru hustoty nosné k šumu (nezaměňovat s poměrem nosné k šumu , v dB).
- dBov nebo dBO
- dB (přetížení) - amplituda signálu (obvykle zvuku) ve srovnání s maximem, které zařízení zvládne, než dojde k oříznutí . Podobné dBFS, ale také použitelné pro analogové systémy. Podle ITU-T Rec. G.100.1 je úroveň digitálního systému v dBov definována jako:
- ,
- s maximálním výkonem signálu , pro obdélníkový signál s maximální amplitudou . Úroveň tónu s digitální amplitudou (špičková hodnota) je tedy .
- dBr
- dB (relativní) - jednoduše relativní rozdíl od něčeho jiného, což je zřejmé v kontextu. Rozdíl například v reakci filtru na nominální úrovně.
- dBrn
- dB nad referenčním hlukem . Viz také dBrnC
- dBrnC
- dBrnC představuje měření úrovně zvuku, typicky v telefonním obvodu, vztaženo k referenční úrovni -90 dBm, přičemž měření této úrovně je frekvenčně váženo standardním filtrem pro vážení zpráv C. Filtr pro vážení zpráv C byl používán hlavně v Severní Americe. K tomuto účelu se na mezinárodních obvodech používá psofometrický filtr. Viz Psophometric vážení vidět srovnání křivek frekvenční odezvy pro vážení C-zpráv a Psophometric váhových filtrů.
- dBK
- dB (K) - decibely vzhledem k 1 K ; slouží k vyjádření teploty hluku .
- dB/K.
- dB (K −1 ) - decibely vzhledem k 1 K −1 . - ne decibely na kelvin: Používá se pro G / T faktor, je rozhodující hodnotou použitého v satelitní komunikace , vztahující se na zisk antény G do přijímače systému hluku ekvivalentní teplotu T .
Seznam přípon v abecedním pořadí
Nepřečtené přípony
- dBA
- viz dB (A) .
- dBa
- viz dBrn upraveno .
- dBB
- viz dB (B) .
- dBc
- vzhledem k nosné - v telekomunikacích to udává relativní úrovně šumu nebo výkonu postranního pásma ve srovnání s výkonem nosné.
- dBC
- viz dB (C) .
- dBD
- viz dB (D) .
- dBd
- dB (dipól)-dopředný zisk antény ve srovnání s půlvlnnou dipólovou anténou . 0 dBd = 2,15 dBi
- dBe
- dB elektrický.
- dBf
- dB (fW) - výkon vztažený na 1 femtowatt .
- dBFS
- dB ( plný rozsah ) - amplituda signálu ve srovnání s maximem, které zařízení zvládne, než dojde k oříznutí . Plný rozsah může být definován jako úroveň výkonu sinusoidy v plném měřítku nebo alternativně plné vlny čtverce . Signál měřený s odkazem na sinusovou vlnu v plném rozsahu vypadá o 3 dB slabší, když se odkazuje na čtvercovou vlnu v plném měřítku, tedy: 0 dBFS (sinusová vlna v plném měřítku) = −3 dBFS (obdélníková vlna v plném měřítku).
- dBG
- G-vážené spektrum
- dBi
- dB (izotropní) - dopředný zisk antény ve srovnání s hypotetickou izotropní anténou , která rovnoměrně distribuuje energii ve všech směrech. Pokud není uvedeno jinak, předpokládá se lineární polarizace EM pole.
- dBiC
- dB (izotropní kruhová) - dopředný zisk antény ve srovnání s kruhově polarizovanou izotropní anténou. Mezi dBiC a dBi neexistuje žádné pevné pravidlo převodu, protože závisí na přijímací anténě a polarizaci pole.
- dBJ
- energie vztažená na 1 joule . 1 joule = 1 watt sekunda = 1 watt na hertz, takže spektrální hustotu výkonu lze vyjádřit v dBJ.
- dBk
- dB (kW) - výkon vztažený na 1 kilowatt .
- dBK
- dB (K) - decibely vzhledem k kelvinům : Používá se k vyjádření teploty hluku .
- dBm
- dB (mW) - výkon vztažený na 1 miliwatt .
- dBm0
- Výkon v dBm měřený v nulovém bodě úrovně přenosu.
- dBm0s
- Definováno doporučením ITU-R V.574.
- dBmV
- dB (mV RMS ) - napětí vzhledem k 1 milivoltu na 75 Ω.
- dBo
- dB optický. Změna optického výkonu o 1 dBo může mít za následek změnu až 2 dBe výkonu elektrického signálu v systému, který je omezen tepelným šumem.
- dBO
- viz dBov
- dBov nebo dBO
- dB (přetížení) - amplituda signálu (obvykle zvuku) ve srovnání s maximem, které zařízení zvládne, než dojde k oříznutí .
- dBpp
- relativně k akustickému tlaku mezi špičkami.
- dBpp
- vzhledem k maximální hodnotě špičkového výkonu.
- dBq
- dB (quarterwave) - dopředný zisk antény ve srovnání se čtvrtinovým bičem vlnové délky. Používá se zřídka, s výjimkou některých marketingových materiálů. 0 dBq = -0,85 dBi
- dBr
- dB (relativní) - jednoduše relativní rozdíl od něčeho jiného, což je zřejmé v kontextu. Rozdíl například v reakci filtru na nominální úrovně.
- dBrn
- dB nad referenčním hlukem . Viz také dBrnC
- dBrnC
- dBrnC představuje měření úrovně zvuku, typicky v telefonním obvodu, vzhledem k hladině šumu v obvodu , přičemž měření této úrovně je frekvenčně váženo standardním filtrem pro vážení zpráv C. Filtr pro vážení zpráv C byl používán hlavně v Severní Americe.
- dBsm
- dB (m 2 ) - decibel vztažený na jeden metr čtvereční
- dBTP
- dB (true peak) - špičková amplituda signálu ve srovnání s maximem, které zařízení zvládne, než dojde k oříznutí.
- dBu nebo dBv
- RMS napětí vzhledem k .
- dBu0s
- Definováno doporučením ITU-R V.574.
- dBuV
- viz dBμV
- dBuV/m
- viz dBμV/m
- dBv
- viz dBu
- dBV
- dB (V RMS ) - napětí vzhledem k 1 voltu, bez ohledu na impedanci.
- dBVU
- Jednotka hlasitosti dB
- dBW
- dB (W) - výkon vztažený na 1 watt .
- dBW · m −2 · Hz −1
- spektrální hustota vzhledem k 1 W · m −2 · Hz −1
- dBZ
- dB (Z) - decibel vzhledem k Z = 1 mm 6 ⋅m −3
- dBμ
- viz dBμV/m
- dBμV nebo dBuV
- dB (μV RMS ) - napětí vzhledem k 1 mikrovoltu.
- dBμV/m, dBuV/m nebo dBμ
- dB (μV/m) - síla elektrického pole vztažená k 1 mikrovoltu na metr .
Přípony předchází mezera
- dB HL
- Úroveň sluchu dB se v audiogramech používá jako měřítko ztráty sluchu.
- dB Q
- někdy se používá k označení vážené hladiny hluku
- dB SIL
- Úroveň intenzity zvuku dB - v poměru k 10 −12 W/m 2
- dB SPL
- dB SPL ( hladina akustického tlaku ) - pro zvuk ve vzduchu a jiných plynech, vztaženo na 20 μPa ve vzduchu nebo 1 μPa ve vodě
- dB SWL
- Hladina akustického výkonu dB - v poměru k 10 −12 W.
Přípony v závorkách
- dB (A) , dB (B) , dB (C) , dB (D) , dB (G) a dB (Z)
- Tyto symboly se často používají k označení použití různých váhových filtrů , používaných k aproximaci reakce lidského ucha na zvuk, přestože měření je stále v dB (SPL). Tato měření se obvykle týkají hluku a jeho účinků na lidi a jiná zvířata a jsou široce používána v průmyslu při projednávání otázek regulace hluku, předpisů a environmentálních norem. Další možné odchylky jsou dB A nebo dBA .
Jiné přípony
- dB-Hz
- dB (Hz) - šířka pásma vzhledem k jednomu hertzu.
- dB/K.
- dB (K −1 ) - decibely vzhledem k převrácené hodnotě kelvinů
- dBm −1
- dB (m −1 ) - decibel vzhledem k převrácené hodnotě měřiče: míra činitele antény .
Související jednotky
- mBm
- mB (mW) - výkon vztažený na 1 miliwatt , v milibels (jedna setina decibelu). 100 mBm = 1 dBm. Tato jednotka je v ovladačích Wi-Fi jádra Linuxu a sekcích regulačních domén.
Viz také
- Zdánlivá velikost
- Cent (hudba)
- dB drag racing
- Dekáda (měřítko logu)
- Hlasitost
- Jedna třetina oktávy § Základ 10
- pH
- Phon
- Stupnice Richterovy velikosti
- Sone
Reference
Další čtení
- Tuffentsammer, Karl (1956). „Das Dezilog, eine Brücke zwischen Logarithmen, Dezibel, Neper und Normzahlen“ [Decilog, most mezi logaritmy, decibely, neper a preferovanými čísly]. VDI-Zeitschrift (v němčině). 98 : 267–274.
- Paulin, Eugen (1. září 2007). Logarithmen, Normzahlen, Dezibel, Neper, Phon - natürlich verwandt! [ Logaritmy, preferovaná čísla, decibel, neper, telefon - přirozeně související! ] (PDF) (v němčině). Archivováno (PDF) z originálu dne 18. prosince 2016 . Citováno 18. prosince 2016 .