Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое децибел, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое децибел, изотропный децибел , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства СВЧ и антенны.
децибел (русское обозначение: дБ; международное: dB) — дольная единица бела, равная одной десятой этой единицы. Бел выражает отношение двух значений энергетической величины десятичным логарифмом этого отношения.
Отношение Dp двух значений энергетической величины P, такой как мощность, энергия, плотность энергии и т. п., выраженное в децибелах, определяется по формуле:
Dp = 10 lg (P1 / P0)
Отсюда следует, что увеличение энергетической величины на 1 дБ означает ее увеличение в 10 ^0,1 ≈ 1,259 раза.
Энергетические величины пропорциональны квадратам силовых величин (или величин поля, как принято в международных документах ), таких как звуковое давление, электрическое напряжение, сила электрического тока и т. п., поэтому отношение Df двух значений силовой величины F, выраженное в децибелах, определяется по формуле:
Df= 20 lg (F1/F0)
Отсюда следует, что увеличение силовой величины на 1 дБ означает ее увеличение в 10 ^ 0?05 ≈ 1,122 раза.
Децибел относится к единицам, не входящим в Международную систему единиц (СИ), но в соответствии с решением Международного комитета мер и весов допускается к применению без ограничений совместно с единицами СИ . В основном применяется в электросвязи, акустике, радиотехнике, в теории систем автоматического управления
Распространение децибела берет начало от методов, используемых для количественной оценки потери (ослабления) сигнала в телеграфных и телефонных линиях. Единицей потерь изначально была миля стандартного кабеля (англ. mile of standard cable — m.s.c.). 1 m.s.c. — это отношение мощностей сигнала с частотой 800 Гц на двух концах кабеля длиной в 1 милю (примерно 1,6 км), имеющего распределенное сопротивление 88 Ом (на петлю) и распределенную емкость 0,054 мкФ. Такое отношение мощностей, преобразованных в звуковые колебания, было близким к наименьшей различимой средним слушателем разнице двух сигналов по громкости. Однако миля стандартного кабеля была частотно-зависимой, и она не могла быть полноценной единицей отношения мощностей.
В 1924 году компания «Белл телефон» получила благоприятный ответ на новое определение единицы среди членов Международного телеграфного союза в Европе: вместо m.s.c. — единица передачи (англ. transmission unit — TU). Единица передачи определялась таким образом, что она была в десять раз больше десятичного логарифма отношения измеренной мощности к исходной мощности . Удобство такого определения было в приблизительном соответствии старой и новой единиц (1 m.s.c. — это примерно 0,9 TU). В 1928 году компания «Белл телефон» переименовала единицу передачи TU в децибел[10], который стал одной десятой вновь определенной единицы логарифмического отношения мощностей, получившей наименование бел в честь американского ученого Александра Белла[11]. Единица бел используется редко, в то время как децибел получил широкое распространение[12].
В апреле 2003 года Международный комитет мер и весов (МКМВ) рассматривал рекомендацию о включении децибела в Международную систему единиц (СИ), но отказался от этого предложения[13]. Однако децибел признан другими международными организациями, такими как Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Международная организация по стандартизации (ИСО)[14]. МЭК позволяет использовать децибел и с силовыми, и с энергетическими величинам, и этой рекомендации следуют многие национальные организации по стандартизации, например Национальный институт стандартов и технологий в США.
Почему именно децибелы? Все исходит от закона Вебера-Фехнера, который говорит нам, что интенсивность ощущения человеческих чувств прямо-пропорциональна логарифму интенсивности какого-либо раздражителя.
Так светильник, в котором восемь лампочек, кажется нам настолько же ярче светильника из четырех лампочек, насколько светильник из четырех лампочек ярче светильника из двух лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться каждый раз вдвое, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. То есть если добавить к нашим 32 лампочкам на графике еще одну лампочку, то мы даже и не заметим разницы. Для того, чтобы для нашего глаза была заметна разница, мы должны к 32 лампочкам добавить еще 32 лампочки, и т.д. Или иными словами, для того, чтобы нам казалось, что наш светильник плавно набирает яркость, нам надо зажигать вдвое больше лампочек каждый раз, чем было предыдущее значение.
Поэтому децибел действительно удобнее в некоторых случаях, так как сравнивать две величины намного проще в маленьких цифрах, чем в миллионах и миллиардах. А так как электроника – это чисто физическое явление, то и децибелы не обошли ее стороной.
Децибелы принято использовать для измерения или выражения отношения одноименных энергетических величин, таких как мощность, энергия, интенсивность, плотность потока мощности, спектральная плотность мощности и т. п., а также силовых величин, таких как напряжение, сила тока, напряженность поля, звуковое давление и т. п. Часто в качестве одной из величин отношения (в знаменателе) выступает общепринятая исходная (или опорная) величина. Тогда отношение, выраженное в децибелах, принято называть уровнем соответствующей физической величины (например, уровень мощности, уровень напряжения и т. д.).
 |
 |
 |
|---|---|---|
| 40 dB | 10000 | 100 |
| 20 dB | 100 | 10 |
| 10 dB | 10 | ≈ 3,16 |
| 6 dB | ≈ 4 | ≈ 2 |
| 3 dB | ≈ 2 | ≈ 1,41 |
| 1 dB | ≈ 1,26 | ≈ 1,12 |
| 0 dB | 1 | 1 |
| −1 dB | ≈ 0,79 | ≈ 0,89 |
| −3 dB | ≈ 0,5 | ≈ 0,71 |
| −6 dB | ≈ 0,25 | ≈ 0,5 |
| −10 dB | 0,1 | ≈ 0,32 |
| −20 dB | 0,01 | 0,1 |
| −40 dB | 0,0001 | 0,01 |
Отношение 
двух значений энергетической величины 
и 
, выраженное в децибелах, определяется по формуле:
Отсюда:
или 
Энергетические величины пропорциональны квадратам силовых величин. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Например, в электрической цепи мощность {\displaystyle P}
, рассеиваемая в тепло на нагрузке с сопротивлением {\displaystyle R}
при напряжении {\displaystyle U}
, определяется по формуле:
Отсюда отношение двух величин:
Логарифмическое отношение в частном случае, при {\displaystyle R_{2}=R_{1}}
:
Таким образом, сохранение численных значений в децибелах при переходе от отношения мощностей к отношению напряжений при одинаковых нагрузках требует, чтобы выполнялось следующее соотношение:
где 
Отсюда:
или 
Бел (русское обозначение: Б; международное: B) выражает отношение двух мощностей как десятичный логарифм этого отношения .
Согласно ГОСТ 8.417—2002[16], бел — единица логарифмического отношения физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. Для энергетических величин (P): 1 Б = lg(P2/P1) при P2 = 10P1; для силовых величин (F): 1 Б = 2·lg(F2/F1) при F2 = 100,5 F1.
Таким образом, бел соответствует отношению 10 для энергетических величин или отношению 100,5 ≈ 3,162 для силовых величин.
Бел редко применяется как без приставки, так и с какими-либо другими приставками СИ, кроме деци. Например, вместо тысячной доли бела предпочтительным является использование сотой доли децибела (общепринятой будет запись не 5 мБ, а 0,05 дБ)[17].
| Единица | Обозначение | Изменение энергетической величины в … раз |
Изменение силовой величины в … раз |
Пересчет в … | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| дБ | Б | Нп | |||||
| децибел | дБ, dB | } ≈ 1,259 |
 ≈ 1,122 |
1 | 0,1 | ≈0,1151 | |
| бел | Б, B | 10 |  ≈ 3,162 |
10 | 1 | ≈1,151 | |
| непер | Нп, Np | e2 ≈ 7,389 | e ≈ 2,718 | ≈8,686 | ≈0,8686 | 1 | |
Децибелы широко применяются в областях техники, где требуется измерение или представление величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, автоматического регулирования и управления, в оптике, акустике (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять или указывать динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент затухания радиочастотного кабеля, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.
Звуковое давление — силовая величина, а интенсивность звука, пропорциональная квадрату звукового давления, — энергетическая величина. Например, если громкость звука (субъективно определяемая его интенсивностью) возросла на 10 дБ, то это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление — приблизительно в 3,16 раза.
Использование децибелов при указании громкости звука обусловлено человеческой способностью воспринимать звук в очень большом диапазоне изменений его интенсивности. Применение линейной шкалы оказывается практически неудобным. Кроме того, на основании закона Вебера — Фехнера, ощущение громкости звука пропорционально логарифму его интенсивности. Отсюда удобство логарифмической шкалы. Диапазон величин звукового давления от минимального порога слышимости звука человеком (20 мкПа) до максимального, вызывающего болевые ощущения, составляет примерно 120 дБ. Например, утверждение «громкость звука составляет 30 дБ» означает, что интенсивность звука в 1000 раз превышает порог слышимости звука человеком.
Для выражения громкости звука также используют единицы фон и сон, учитывающие частотную и субъективную восприимчивость звука человеком.
Прежде всего следует отметить удобство децибела по сравнению с единицей бел. Для практических применений бел оказался слишком крупной единицей, часто предполагающей дробную запись значения логарифмической величины. Перечисленные ниже удобства так или иначе связаны с применением не только децибелов, а логарифмической шкалы и логарифмических величин вообще.
Если в качестве одной из величин отношения (в знаменателе) выступает общепринятая исходная (или опорная) величина Xref, то отношение, выраженное в децибелах, называют уровнем (иногда называют абсолютным уровнем) соответствующей физической величины X и обозначают LX (от англ. level).
В соответствии с действующими стандартами при необходимости указать исходную величину ее значение помещают в скобках после обозначения логарифмической величины. Например, уровень LP звукового давления P можно записать: LP (исх. 20 мкПа) = 20 дБ, а с использованием международных обозначений — LP (re 20 µPa) = 20 dB (re — сокращение от англ. referred to, «отнесенное к»). Допускается указывать значение исходной величины после значения уровня, в скобках после обязательного пробела, например: 20 дБ (исх. 20 мкПа). Также используется краткая форма, например, уровень LW мощности W можно записать: LW/1 мВт = 30 дБ, или LW = 30 дБ (1 мВт). Для сокращения записи широко используются специальные обозначения, например: LW = 30 дБм. Запись означает, что уровень мощности составляет +30 дБ относительно 1 мВт, то есть мощность равна 1 Вт.
Приведены некоторые специальные обозначения, которые в предельно краткой форме указывают на значение исходной (опорной) величины, по отношению к которой определен соответствующий уровень, выраженный в децибелах . Для указанных ниже опорных величин под электрическим напряжением понимается его среднеквадратичное (эффективное) значение.
Схематическое представление соотношения между дБн (источник напряжения) и дБм (мощность, рассеиваемая в тепло на резисторе 600 Ом)
≈ 0,775 В, соответствующее мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом., равным 50 Ом, при комнатной температуре в полосе частот 1 Гц: 
. Это значение соответствует уровню напряжения −61 dBμV или уровню мощности −168 dBm.По аналогии образуются составные единицы , например уровня спектральной плотности мощности: дБВт/Гц — «децибельный» аналог единицы Вт/Гц (мощность на номинальной нагрузке в полосе частот 1 Гц с центром на заданной частоте) — здесь опорный уровень равен 1 Вт/Гц.
Анализ данных, представленных в статье про децибел, подтверждает эффективность применения современных технологий для обеспечения инновационного развития и улучшения качества жизни в различных сферах. Надеюсь, что теперь ты понял что такое децибел, изотропный децибел и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны
Комментарии
Оставить комментарий
Устройства СВЧ и антенны
Термины: Устройства СВЧ и антенны