Децибелы могут использоваться для выражения затухания в коаксиальных и пассивных устройствах, таких как сплиттеры, направленные ответвители, разъемы, прокладки, эквалайзеры, фильтры и т. д. Например, двусторонний сплиттер — это делитель мощности, который равномерно делит ВЧ-мощность на входном порту сплиттера между двумя его выходными портами: половина исходной входной мощности присутствует на каждом выходном порту. Вот почему мы говорим, что двухполосный разветвитель имеет около 3 дБ потерь (на самом деле это около 3,5–4 дБ из-за дополнительных незначительных потерь и неэффективности внутренних компонентов).

Теоретические потери в децибелах идеального разветвителя с N выходными портами рассчитываются по формуле L _дБ = 10log ₁₀ (N). Эта формула предполагает, что входная мощность поровну делится между выходными портами. Потери двустороннего разветвителя на порт составляют

L _дБ = 10log ₁₀ (2)

L _дБ = 10 x [log ₁₀ (2)] = x

3

L [0,301]

L _дБ = 3,01

Потери в симметричном трехполосном разветвителе составляют 4,77 дБ, в четырехполосном — 6,02 дБ, в восьмиполосном — 9,03 дБ и т. д. Не забывайте о небольшом дополнительном убытке сверх расчетных значений.

Помимо потерь, децибелы используются для выражения усиления в активных устройствах. Если дроп-усилитель имеет коэффициент усиления 10 дБ, это означает, что выходная мощность в 10 раз превышает входную мощность; если он имеет усиление 20 дБ, выходная мощность в 100 раз превышает входную мощность. 30 дБ усиления, а выходная мощность в 1000 раз превышает входную мощность.

Действительно, децибел весьма универсален. Он также используется для таких измерений, как обратные потери (см. весенний выпуск Broadband Library на Broadband Library.com), отношение несущей к шуму, отношение несущей к искажению, отношение сигнал к шуму и модуляция. коэффициент ошибки. Как и прежде, децибел используется для выражения отношения одного значения к некоторому другому значению.

А как насчет уровня сигнала, также известного как РЧ-мощность? Децибел сам по себе не может использоваться для выражения уровня сигнала. Совершенно неправильно говорить что-то вроде «выход усилителя 45 дБ» или «вход модема -2 дБ». Чтобы правильно выразить уровень сигнала в децибелах, необходимо добавить ссылку, например, децибел милливольт (дБмВ).

дБмВ определяется как «децибелы относительно 1 милливольта (мВ)», что позволяет использовать децибелы для косвенного указания абсолютных значений. Почему косвенно? Такой показатель, как дБмВ, по-прежнему представляет собой отношение. В этом случае отношение представляет собой некоторую величину к эталону «0 дБ», где 0 дБмВ соответствует ранее упомянутому 1 мВ при импедансе 75 Ом. Когда мы говорим, что ВЧ-выход усилителя составляет 45 дБмВ, уровень на 45 дБ больше, чем 1 мВ (или на 45 дБ больше, чем 13,33 нановатта; подробнее о том, как рассчитывается последнее, чуть позже). Аналогично, если вход модема составляет –2 дБмВ, уровень на 2 дБ меньше 1 мВ (или на 2 дБ меньше 13,33 нВт). Формула для децибел милливольт: дБмВ = 20log ₁₀ (уровень в милливольтах/1 милливольт).

Вам может быть интересно, как дБмВ, в котором добавленная ссылка представляет собой напряжение, можно использовать для ВЧ-мощности (и откуда в предыдущей формуле взялось это число «20»?). Следующее пояснение является примечанием к более раннему определению децибел, включенному в ранее упомянутую практику работы SCTE.

«Децибел, хотя технически это отношение двух уровней мощности, также может использоваться для представления отношения двух уровней напряжения, если предположить, что два напряжения имеют одинаковый импеданс. Вот как получается это соотношение: Единица электрической мощности, ватт, равна 1 вольту, умноженному на 1 ампер. По уравнению P = EI, где P — мощность в ваттах, E — напряжение в вольтах, а I — ток в амперах. Подстановка эквивалента закона Ома для E и I дает дополнительные формулы для мощности: P = E ² /R и P = I ² R. Если в правой части уравнения мощности P = E ² /R заменить как P ₁ , так и P ₂ в формуле dB = 10log (P ₁ /P ₂ ), уравнение становится дБ = 10 log [(E ² / R) / (E ² / R)], что совпадает с дБ = 10 log [(E ₁ ² )/R ₁ )/(E ₂ ² /R ₂ )]. В этом примере R представляет импеданс кабельной сети 75 Ом. Начиная с Р ₁ и R ₂ равны 75 Ом, эти члены уравнения сокращаются, оставляя уравнение дБ = 10 log (E ₁ ² /E ₂ ² ). Это можно несколько упростить и записать как дБ = 10 log (E ₁ / E ₂ ) ² , что совпадает с дБ = 2 * 10 log (E ₁ / E ₂ ) или дБ = 20 log (E ₁ /E ₂ )».

Как получить 13,33 нВт из эталонного значения дБмВ 0 дБ, равного 1 мВ? Вот математика, используя формулу P = E ² /R, где P — мощность в ваттах, E — напряжение в вольтах (1 мВ или 0,001 вольт) и R — импеданс кабельной сети 75 Ом.

P = 0,001 ² /75

P = 0,000001/75

P = 0,00000001333 ватт или 13,33 нВт

Из этого напряжения мы видим, что мощность выражается в дБмВ. 0 дБмВ определяет мощность, производимую при приложении среднеквадратичного напряжения 1 мВ к определенному сопротивлению, которое в случае кабельной промышленности составляет 75 Ом. То есть 1 мВ при сопротивлении 75 Ом составляет 13,33 нВт, что мы называем 0 дБмВ.

Может быть немного сложно указывать изменения значений в децибелах, особенно если к этому добавляется дБмВ. На протяжении многих лет я видел и слышал много примеров утверждений вроде «Уровень сигнала на входе модема увеличился на 2 дБмВ, с +3 дБмВ до +5 дБмВ». Такое утверждение неверно, потому что уровни сигнала не могут увеличиваться или уменьшаться с шагом в дБмВ, а только в дБ.

Вот почему. Сначала переведите 2 дБмВ в милливольты по формуле мВ = 10 ^{(дБмВ/20)} .

мВ = 10 ^(2/20)

мВ = 10 ^(0,10)

мВ = 1,26

Математика говорит, что 2 дБмВ равно 1,26 мВ. Используя ту же формулу, 3 дБмВ составляют 1,41 мВ, а 5 дБмВ — 1,78 мВ. Уровень сигнала в предыдущем примере увеличился с 3 дБмВ (1,41 мВ) до 5 дБмВ (1,78 дБмВ), что составляет разницу всего в 0,37 мВ, а не в 1,26 мВ. Надо было сказать: «Уровень сигнала на входе модема увеличился на 2 дБ, с +3 дБмВ до +5 дБмВ».

Вот еще один пример. Предположим, вы измеряете выходной сигнал усилителя и обнаруживаете, что Ch. Уровень 2 составляет 40 дБмВ, а Ch. Уровень 117 составляет 48 дБмВ. Наклон 8 дБмВ или 8 дБ? Разница между 48 дБмВ и 40 дБмВ составляет 8 дБ, поскольку 48 дБмВ–8 дБ = 40 дБмВ (или 40 дБмВ + 8 дБ = 48 дБмВ).

Как видите, это простое сложение или вычитание, но прибавляемое или вычитаемое значение должно быть в дБ, а не в дБмВ.

Еще одна тема, которая может сбить с толку, — добавление мощности ВЧ, особенно в том, что касается общей мощности. Суммарная мощность — это суммарная мощность всех сигналов в заданном частотном диапазоне, например, в нисходящем направлении. Это вызывает беспокойство, потому что чрезмерная общая мощность перегружает лазеры, телевизионные приставки, модемы и другие устройства. Вычислить общую мощность несложно, если все отдельные сигналы имеют одинаковую мощность или уровень. Быстрый подход к увеличению силы с обратной стороны салфетки работает следующим образом. Предположим, что ваша кабельная сеть имеет только один канал и его мощность равна 0 дБмВ. Общая мощность также равна 0 дБмВ (помните, 0 дБмВ равняется 13,33 нВт; «0» не означает «нет мощности»). Удвойте количество каналов до двух, каждый по 0 дБмВ, и общая мощность увеличится до 3 дБмВ (фактически 3,01 дБмВ). Удвойте количество каналов до четырех, каждый по 0 дБмВ, и общая мощность увеличится до 6 дБмВ. Удвойте счет до восьми, с каждым каналом на уровне 0 дБмВ, и теперь общая мощность равна 9.дБмВ. И так далее. Каждый раз, когда количество каналов равной мощности удваивается, общая мощность также удваивается или увеличивается примерно на 3 дБ.

Суммарная мощность также может быть определена по формуле P _total = P _one + 10log ₁₀ (N), где P _total — общая мощность в дБмВ, P _one — мощность единицы канала в дБмВ, а N — количество каналов (как и прежде, предполагается, что все сигналы имеют одинаковую мощность). Если каналов 117, а мощность каждого 3 дБмВ, то общая мощность

P _Всего = 3 + 10log ₁₀ (117)

P _Всего = 3 + 10 x [log ₁₀ (117)]

P _Всего = 3 + 10 x [2,07]]

P _общая = 3 + 20,68

P _общая = 23,68 дБмВ

Если мощность каждого канала разная, более типичная ситуация, общая мощность рассчитывается по формуле Pобщ = 10log _{7 [10 1}

0

С общей мощностью связано уменьшение мощности на канал по мере увеличения количества передаваемых каналов на порт модема или модулятора квадратурной амплитудной модуляции (QAM). Например, если максимальная выходная ВЧ-мощность модулятора QAM составляет 60 дБмВ в одноканальном режиме, мощность на канал теоретически упадет на 3,01 дБ до 56,9 дБмВ.9 дБмВ при передаче по двум каналам (на практике снижение мощности на канал будет примерно от 4 дБ до 56 дБмВ). Для четырех каналов уровень каждого канала снизится еще на 4 дБ до 52 дБмВ и так далее. Чтобы максимальная общая мощность модулятора оставалась на уровне 60 дБмВ, мощность на канал должна падать по мере увеличения количества каналов.

Главное, что следует запомнить, это то, что децибелы — это логарифмический способ выражения отношения двух уровней мощности; его можно использовать для отношения двух уровней напряжения, если оба имеют одинаковый импеданс. Децибелы также используются для выражения усиления и потерь, но децибелы сами по себе не могут использоваться для определения уровней сигнала. Для этого нужно добавить ссылку, как в dBmV. Изменения в значениях, связанных с децибелами, выполняются путем добавления или вычитания дБ, а не дБмВ. Наконец, добавленная мощность и общая мощность являются еще одним важным применением децибела. Класс распущен!

Ron Hranac
Технический лидер,
Cisco Systems

RHRANACJ@cisco. Подразделение кабельного доступа. Член SCTE, Рон был занесен в Зал славы Общества в 2010 году, является со-лауреатом Премии Председателя, членом SCTE года и членом Класса пионеров кабельного телевидения 99-го года.7. Он получил награду Общества за выдающиеся стандарты на выставке Cable-Tec Expo 2016. Он опубликовал сотни статей и докладов и выступал на многочисленных международных, национальных, региональных и местных конференциях и семинарах.  

Кредит: Cartoonstock.com
Кредит: Shutterstock.com

Что, черт возьми, такое децибел

Если вы музыкант или звукорежиссер, очень важно знать, что такое децибелы. К сожалению, децибелы очень сбивают с толку. Во-первых, существует так много разных децибелов! Вас интересуют только два из них: децибелы, которые вы видите на шумомере, и децибелы, которые вы видите на микшере. Шкала децибел предназначена для отражения субъективных ощущений вашего слуха. Идея здесь в том, что изменение на один децибел — это едва заметная разница: если вы сделаете что-то на один децибел громче, этого как раз достаточно, чтобы слушатель заметил, что это громче. Имеет смысл, верно? К сожалению, децибелы являются логарифмическими величинами, что затрудняет интуитивное понимание реальных уровней звукового давления, которые они представляют. Давайте копать.

Децибелы, которые вы видите на шумомере

Первое, что нужно понять, это то, что ноль децибелов , а не означает тишину. Вместо этого он относится к самому тихому звуку, который могут слышать люди, что примерно эквивалентно звуку комара на расстоянии десяти футов. Все остальные уровни децибел кратны этой эталонной интенсивности.

Следующее, что нужно понять о децибелах, это то, что прибавление к ним означает умножение на фактический уровень звуковой мощности. Если вы играете на своем инструменте на один децибел громче, это означает, что вы производите в полтора раза больше звуковой мощности, чем раньше. Если вы играете на своем инструменте на один децибел тише, это означает, что вы издаете примерно на четыре пятых больше звуковой мощности, чем раньше.

• На 20 дБ громче = в сто раз больше звуковой мощности
• На 10 дБ громче = в десять раз больше звуковой мощности
• На 6 дБ громче = примерно в четыре раза больше звуковой мощности
• Громче на 3 дБ = примерно в два раза выше звуковая мощность
• 1 дБ громче = в 1,259 раза больше звуковой мощности
• 0 дБ громче = такая же звуковая мощность
• На 1 дБ тише = в 0,794 раза больше звуковой мощности
• На 3 дБ тише = примерно в два раза меньше звуковая мощность
• На 6 дБ тише = примерно на четверть меньше звуковой мощности
• На 10 дБ тише = в десять раз меньше звуковой мощности
• На 20 дБ тише = одна сотая звуковой мощности

Еще больше усложняет ситуацию то, что ваше субъективное ощущение громкости находится на совершенно иной шкале, чем реальный уровень мощности звука. Как правило, требуется десятикратное увеличение звуковой мощности (еще десять децибел), чтобы вы почувствовали удвоение субъективной громкости. Требуется двадцатикратное увеличение звуковой мощности (еще на двадцать дБ), чтобы вы ощутили четырехкратное увеличение субъективной громкости.

• Игра на инструменте или усилителе Громкость на 10 дБ ощущается в два раза громче, но на самом деле это в десять раз больше звуковой мощности.
• Игра на инструменте или усилителе на 20 дБ кажется в четыре раза громче, но на самом деле это в сто раз больше звуковой мощности.
• Игра на инструменте или усилителе На 10 дБ тише кажется, что это половина громкости, но на самом деле это одна десятая часть звуковой мощности.
• Игра на инструменте или усилителе На 20 дБ тише кажется, что звук на четверть тише, но на самом деле это в сто раз меньше звуковой мощности.

Одна из самых важных концепций громкости заключается в том, что расстояние имеет значение. Удвоение расстояния от источника звука уменьшает его кажущуюся громкость на шесть децибел (примерно, зависит от многих факторов). Частотный состав звука также имеет значение для субъективной громкости. Ваши уши наиболее чувствительны в диапазоне частот человеческой речи и гораздо менее чувствительны к самым высоким и самым низким слышимым частотам. Все эти сложности выходят далеко за рамки этого сообщения в блоге. Обратитесь к Гиперфизике за хорошим техническим объяснением.

Итак, как вы измеряете децибелы? Существует множество бесплатных приложений для измерения громкости, которые вы можете получить для своего телефона. Я использую приложение Audio Tool, все в порядке. Вы также можете попробовать этот онлайн-измеритель громкости — щелкните значок шестеренки и измените стандарт на Громкость для показаний в децибелах.

Ниже я перечисляю некоторые репрезентативные уровни громкости, взятые из Интернета. Помните, что ноль дБ — это , а не тишина, это самый тихий звук, который вы можете услышать, эквивалентный звуку комара, слышимого на расстоянии десяти футов. Безэховые камеры могут достигать -10 или -20 дБ. Это не значит, что они тише тишины; это означает, что их уровень окружающего звукового давления составляет десятую или сотую часть того, что комар производит на расстоянии десяти футов. Это тихо! Вот еще несколько ориентиров:

• Легкий шелест листьев, спокойное дыхание: 10 дБ
• Моя спальня с аквариумом и легким движением снаружи: 30 дБ
• Обычный разговор слышен на расстоянии трех футов: 40–60 дБ
• Движение на оживленной дороге в тридцати футах: 80–90 дБ
• Симфонический оркестр из середины зала: примерно до 90 дБ
• Повреждение слуха: 85 дБ в ухе в течение длительного периода времени
• Газонокосилка: 90 дБ
• Рок-концерт: 90–120 дБ
• Отбойный молоток на расстоянии трех футов: 100 дБ
• Болевой порог: 120–140 дБ
• Труба слышна на расстоянии полуметра: до 130 дБ, но обычно вы не сидите так близко
• Праздничный воздушный шар, лопнувший булавкой прямо у уха: 155 дБ
• Реактивный двигатель: рядом 150 дБ; 110-120 дБ или около того на расстоянии 500 футов
• Винтовка стреляет в трех футах: 170 дБ

Носите беруши! В любом случае, ваш высокочастотный слух с возрастом ухудшится; воздействие громкого шума просто ускорит это. Я уже один из тех парней средних лет, которым нужно смотреть прямо на тебя, чтобы понять, что ты говоришь, и я смотрю фильмы с субтитрами. Не будь как я. Носите пробки.

Децибелы, которые вы видите на микшере

Микшеры (физические или в звуковом программном обеспечении) , а не показывают вам абсолютные уровни децибел, которые они производят. Они показывают вам децибелы относительно того, что вы в них отправляете. В таких программах, как Ableton Live, настройка по умолчанию для каждого фейдера равна нулю дБ. Еще раз: , а не означает тишину. Это означает, что микшер выдает в десять раз больше звука в нулевой степени, то есть в один раз больше. Как говорят звукоинженеры, ноль дБ — это единичное усиление: какой бы звук ни поступал, будь то микрофон, существующая запись или программный инструмент, он будет выходить из микшера с той же громкостью. Фейдеры управляют тем, насколько громче или тише будет звук, а не его реальная громкость, исходящая из ваших динамиков. Фактическая громкость зависит от ваших динамиков и настройки громкости того, что их усиливает.

Фейдеры Ableton Live показывают три разных уровня децибел: мгновенный уровень (темно-зеленый), среднеквадратичное значение (RMS) (ярко-зеленый) и пик (маленькая линия с желтым числом рядом с ней).

На изображении выше фейдер установлен на 0 дБ, единичное усиление. Среднеквадратичное значение (средняя громкость за короткий промежуток времени) составляет около -38 дБ, а громкость в этот момент составляет около -16 дБ. Строка вверху говорит о том, что недавно был пик +5,48 дБ, близкий к отсечению. Эти показания в децибелах не являются абсолютной громкостью, они являются громкостью относительно любой громкости по умолчанию вашей системы вывода (динамиков, наушников и т. д.).

Какое отношение все это имеет к маркировке на ваших ручках громкости? Ничего такого. Эти отметки не очень информативны. Они представляют собой приращения между нулевым уровнем звука и максимальным уровнем звука, который может издавать устройство. И какая это максимальная сумма? Кто знает? Все, что вы можете сделать, это измерить с помощью децибелметра на вашем телефоне или просто использовать ваши уши. Ваши измерения и ваше субъективное восприятие громкости будут зависеть от частотного содержания звука, помещения, вашего местоположения в комнате, расположения динамика в комнате и многих других факторов. Достаточно превратить человека в Найджела Тафнела.

И последнее: давайте поговорим о шумовом загрязнении. Как и все другие виды антропогенного загрязнения, шумовое загрязнение вездесуще, и с каждым десятилетием оно становится все хуже. Особенно остро она проявляется в Мировом океане из-за судоходства, морской гидроакустики и сейсморазведки.