Закон Вебера-Фехнера

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 четырёх лампочек, насколько светильник из четырёх 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 и АЧХ усилителя

Как вы помните в  прошлом примере с ОУ, у нас неинвертирующий усилитель усиливал сигнал в 10 раз. Если посмотреть в нашу табличку, то это получается 20 дБ относительно входного сигнала. Ну да, так оно и есть:

Также в дБ на некоторых графиках АЧХ обозначают наклон характеристики АЧХ. Это может выглядеть примерно вот так:

На графике мы видим АЧХ полосового фильтра. Изменение сигнала +20 дБ на декаду (дБ/дек, dB/dec) говорит нам о том, что при каждом увеличении частоты в 10 раз, амплитуда сигнала возрастает на 20 дБ. То же самое можно сказать и про спад сигнала -20 дБ на декаду. При каждом увеличении частоты в 10 раз, у нас амплитуда сигнала будет уменьшаться на -20 дБ. Есть также похожая характеристика дБ на октаву (дБ/окт, dB/oct). Здесь почти все то же самое, только изменение сигнала происходит при каждом увеличении частоты в 2 раза.

Давайте рассмотрим пример. Имеем фильтр высоких частот (ФВЧ) первого порядка, собранного на RC-цепи.

Его АЧХ будет выглядеть следующим образом (кликните для полного открытия)

Нас сейчас интересует  наклонная прямая линия АЧХ. Так как у нее наклон примерно одинаковый до частоты среза  в -3дБ, то можно найти ее крутизну, то есть узнать, во сколько раз увеличивается сигнал при каждом увеличении частоты в 10 раз.

Итак возьмем первую точку на частоте в 10 Герц. На частоте в 10 Герц амплитуда сигнала уменьшилась на 44 дБ, это видно в правом нижнем углу (out:-44)

Умножаем частоту на 10 (декада) и получаем вторую точку в 100 Герц. На частоте в 100 Герц наш сигнал уменьшился приблизительно на 24 дБ

То есть получается за одну декаду у нас сигнал увеличился с -44  до -24 дБ на декаду. То есть наклон характеристики составил +20 дБ/декаду. Если +20 дБ/декаду перевести в дБ на октаву, то получится 6 дБ/октаву.

Достаточно часто, дискретные аттенюаторы (делители) выходного сигнала на измерительных приборах (особенно на генераторах) проградуированы в децибелах:0, -3, -6, -10, -20, -30, -40 дБ. Это позволяет быстро ориентироваться в относительном уровне выходного сигнала.

Что еще измеряют в децибелах?

Также очень часто в дБ выражают отношение сигнал-шум (signal-to-noise ratio, сокр.

где

U_c – это эффективное значение напряжения сигнала, В

U_ш – эффективное значение напряжения шума, В

Чем выше значение сигнал/шум, тем более чистый звук обеспечивается аудиосистемой. Для музыкальной аппаратуры желательно, чтобы это отношение было не менее 75 дБ, а для Hi-Fi аппаратуры не менее 90 дБ. Не имеет значение физическая природа сигнала, важно, чтобы единицы были в одинаковых измерениях.

В качестве единицы логарифмического отношения двух одноимённых физических величин применяется также непер (Нп) — 1 Нп ~ 0,8686 Б. В основе лежит не десятичный (lg), а натуральный (ln) логарифм отношений. В настоящее время используется редко.

Во многих случаях, удобно сравнивать между собой не произвольные величины, а одну величину относительно другой, названной условно опорной (нулевой, базовой).В электротехнике, в качестве такой опорной или нулевой величины выбрано значение мощности равное 1 мВт выделяемое на резисторе сопротивлением 600 Ом.В этом случае, базовыми значениями при сравнении напряжений или токов станут величины 0.775 В или 1.29 мА.

Для звуковой мощности такой базовой величиной является 20 микроПаскаль (0 дБ), а порог +130 дБ считается болевым для человека:

Более подробно об этом написано в Википедии по этой ссылке.

Для случаев когда в качестве базовых значений используются те или иные конкретные величины, придуманы даже специальные обозначения единиц измерений:

dbW (дБВт) – здесь отсчет идет относительно 1 Ватта (Вт). Например, пусть уровень мощности составил +20 дБВт. Это значит что мощность увеличилась в 100 раз, то есть на 100 Вт.

dBm (дБм) – здесь у нас отсчет уже идет относительно 1 милливатта (мВт). Например, уровень мощности в +30дБм будет соответственно равен 1 Вт. Не забываем, что это у нас энергетические децибелы, поэтому для них будет справедлива формула

Следующие характеристики – это уже амплитудные децибелы. Для них будет справедлива формула

dBV (дБВ) – как вы догадались, опорное напряжение 1 Вольт. Например, +20дБВ даст – это 10 Вольт

От  дБВ также вытекают другие виды децибелов с разными приставками:

dBmV (дБмВ) – опорный уровень 1 милливольт.

dBuV (дБмкВ) – опорное напряжение 1 микровольт.

Здесь я привел наиболее употребимые специальные виды децибелов в электронике.

Децибелы используются и в других отраслях, где они также показывают отношение каких-либо двух измеряемых величин в логарифмическом масштабе.

При участии Jeer

При неудовлетворительном качестве связи пользователь не может совершить звонок, отправить сообщение или воспользоваться интернетом. Среди производителей принято измерять сигнал в dBm — децибелах. Они представляют собой логарифмическую единицу уровней, затуханий и усилений. Значение, выражаемое в децибелах, считается относительной величиной, как проценты или кратность. Для точного определения уровня сигнала в настройках телефона можно всегда посмотреть текущий показатель dBm.

Как измерить dBm на телефоне?

Самый простой способ определения мощности сигнала — проверка индикатора, отображающегося в строке уведомлений. Обычно он состоит из нескольких делений, позволяющих быстро оценить качество мобильной связи. Пять-четыре деления соответствуют отличному уровню приема, три — удовлетворительному, два — плохому, один — практически исчезающему, с высокой вероятностью обрыва соединения. Отсутствие делений означает невозможность совершения звонков или отправки сообщений.

Производителю телефона известно, сколько dBm приходится на каждый сегмент индикатора. Также эту информацию может узнать пользователь. Операционная система Android позволяет получить такую информацию без установки дополнительных приложений или совершения сложных действий. Нужно открыть «Настройки», выбрать раздел «О телефоне» и найти пункт «Общая информация». Здесь присутствует подраздел «Статус SIM», где будет отображено название сотового оператора, тип мобильной сети и текущее значение dBm:

• -110 dBm — обрыв связи.
• -105 dBm — связь на грани отключения.
• -95 dBm — слабый уровень приема.
• -85 dBm — уверенная связь.
• -75 dBm — отличное качество приема сигнала.

Если нужно получить исчерпывающую информацию о качестве приема сотовой связи, рекомендуется воспользоваться сторонним приложением. Например, отличным вариантом является программа «Информация сигнала сети» (от разработчика KAIBITS). После запуска приложения на экране отображается наглядный график приема сигнала. При желании можно изменить визуализацию собираемой статистики или установить виджеты на главный экран. Кроме показателей dBm и ASU (подробности здесь), программа отображает код страны, статус роуминга и номер телефона.

Выводы

Благодаря значениям dBm или ASU можно достаточно точно определить качество сигнала. Уровень приема сотовой сети может изменяться в зависимости от местоположения пользователя и плотности городской застройки. Положительным фактором для качественной связи считается открытая местность или близкое расположение базовой станции сотового оператора. Если есть жалобы на некачественное соединение, рекомендуется проверить смартфон в сервисном центре, попробовать выбрать другого провайдера или попробовать усилить качество сигнала на телефоне.

Всем привет! Сегодня мы пообщаемся о мощности передатчика WiFi роутера. Зачастую при выборе маршрутизатора производители могут писать два значения: mW и dBm. При чем разные производители пишут по-разному. Перевести одно значение в другое достаточно просто и в интернете есть много калькуляторов. Можно просмотреть зависимость этих двух величин в таблице ниже.

Как видите, чем больше мощность в dBm тем больше прирост в мВт. Например, если мы увеличим мощность всего на десять dBm, то и мВт вырастит в 10 раз. Но если показатель первого значения будет 20, то прирост второго уже будет 100.

Тут сразу встает вопрос, а если увеличить этот показатель в роутере, он будет бить дальше и лучше. И да, и нет. Дело в том, что расстояние, на которое будет бить луч радиоволны, действительно будет лететь дальше, но это только на открытом пространстве без массивных препятствий.

Именно поэтому если выкрутить на максимальную мощность, можно навредить своей же сети. Сигнал будет настолько сильный, что начнет частично отражаться от препятствий и создавать себе помехи. Также он будет создавать помехи соседским роутерам. Если разность мощности приёмника и передатчика будут слишком велики, то это может повлиять на чистоту передачи данных.

Содержание

Чувствительность приёмника

Этот показатель напрямую влияет на качество связи, как и мощность. Чувствительность, если говорить простым языком — это показатель, при котором приёмник может расшифровать слабый сигнал. Если чувствительность низкая, то приемник относительно слабый сигнал с шумами просто не сможет прочитать.

В результате роутеру придётся отправлять сигнал повторно. Тут нужно также брать во внимание шумы, естественное затухание, а также затухание от препятствий. К ним относятся стены, металлические конструкции и зеркала, которые могут полностью тушить сигнал. Чувствительность обычно имеет обозначение в -dBm и в программах пишется по-английски – RX Power. Там нужно смотреть на значение и чем оно выше тем лучше связь. Например, -30 dBm в несколько раз хуже чем -85 dBm.

Некоторые зададутся вопросом, а почему здесь стоит знак минус. Дело в том, что данная величина измеряется относительно мощности, но в отрицательном значении. Например, если мы увеличим мощность, то значение чувствительности увеличится, но в отрицательную сторону – как на картинке ниже.

Но если вы когда-нибудь встретитесь с таблицами чувствительности и мощности маршрутизаторов, то вы можете заметить, что чувствительность будет падать от скорости передачи данных. Чем выше скорость передачи данных, тем ниже чувствительность. Давайте взглянем на пример таблицы снизу.

Также вы можете заметить три буквы MCS, которые при расшифровке обозначают «Modulation and Coding Scheme». Если перевести дословно, то получится: «Кодированный схема с использованием модуляции». В общем это один из вариантов увеличить скорости передачи данных, когда на частотную радиоволны накладывается информационный сигнал. При этом может использоваться несколько антенн или для увеличения скорости, более широкий канал.

Например, большинство роутеров работают с MCS 15 на стандарте 802.11n. При этом чувствительность -75 dBm, а мощность 23 dBm. Скорость передачи данных может варьироваться от ширины канала. Если ширина будет 20 МГц, то скорость будет 150 Мбит в секунду. При задействовании канала в 40 Гц, скорость пропорционально вырастает в два раза.

Ширина канала

И тут к нам приходит новое понятие – ширина канала. Если вы когда-нибудь настраивали роутер, то могли заметить в разделе «Wi-Fi» такое понятие. Чаще всего на частоте 2.4 ГГц ширина одного канала равняется 20-40 Гц. Многие маршрутизаторы могут сразу работать с двумя полосами, автоматически их меняя.

Если говорить просто – то ширина канала даёт возможность передавать за раз определенное количество информации. Это как дорога – на однополосной дороге при постоянном движении может проехать не так много машин. Но если добавить ещё несколько полос, то поток машин будет увеличен. И тут также.

Выше представлены каналы частоты 5 ГГц: 20, 40, 80, 160 Mhz. Скорость передачи как вы уже поняли сильно вырастает, но при этом вырастает и шумность полосы. То есть приёмник будет ловить все шумы на всех каналах, что может сказаться на скорости.

Например, если у вас очень много соседей, которые сидят на 2.4 ГГц, то при использовании 40 Гц канала, можно ловить сигналы и от них. Проблемой 2.4 ГГц является распространенность этого стандарта, так как на нём сидят почти все, а также маленькое количество каналов: всего 11. А при использовании ширины канала в 40 Гц, приёмник может начать ловить помехи от соседних каналов.

Посмотрите на картинку выше, где используется канал в 20 Гц. Если мы будем использовать 40 Гц, то дуга будет покрывать почти 6 каналов. А если на этих каналах сидят соседи, то связь будет хуже, будут лаги, прерывания, потери пакетов и в результате – падение скорости.

Коэффициент усиления антенны

КУА не измеряется в мощности, так как не может потреблять электроэнергию, но в качестве параметра используется dBi. Но при этом как не странно, КУ можно увеличить, за счет уменьшение радиуса покрытия одного луча. Расскажу на примере лампочки. Если мы включим лампочку, то она будет рассеивать свет во все стороны.

Теперь мы берём лампочку и вкручиваем в фонарик, который начинает за счет стенок отражать пучок в одну сторону. Если мы сузим выходное отверстие, то луч будет бить дальше, но радиус окружности самого освещения будет меньше. А если отверстие сделать ещё меньше, то получится лазер, который сможет бить ещё дальше.

Сила всего передатчика, в нашем случае роутера будет складываться от мощности (dBm) и усиление антенны (dBi). В результате мы получим dBm. Например, для улучшения сигнала в дорогих роутерах используется несколько антенн. Каждая такая антенны имеет увеличенный коэффициент усиления. Но как вы уже знаете, при это падает диапазон покрытия. Именно поэтому таких антенн ставится несколько.

Разделяют несколько видов:

• Всенаправленные антенны – устанавливаются на все дешёвые роутеры и имеют радиус действия почти весь объём;
• Секторные – такие антенны имеют пучок радиоволны с углом от 60 до 120 градусов;
• Узконаправленные – угол от 3 до 8 градусов.

Чаще всего узконаправленные используют для построения вай-фай моста на несколько километров. В таком случае на пути не должно быть почти никаких препятствий, а две антенны должны быть четко направлены друг на друга.

Главная » Преобразование dBm в милливатты

В 

РРЅРѕРіРґР° нужно определить мощность передатчика РЅРµ РІВ dBm Р° РІ милливаттах. Чтобы быстрее преобразовать можно использовать данную таблицу:

В 

В В 

Для начинающих несколько слов о непонятных для многих единицах измерения принятых в антенной технике и радиотехнике высоких частот.

• dB (РґР‘) — децибел. Р’ общем случае логарифмическая единица отношений чего либо. Заменяет СЃРѕР±РѕР№ такое понятие как «разы». Рў.Рµ. это РЅРµ абсолютная величина типа вольт или ватт, Р° относительная, как например проценты.

  В 

  N_p(dB) = 10 lg (P₁/P₂)

  Например, если уровень сигнала РІРѕР·СЂРѕСЃ РІ 1000 раз РїРѕ мощности, то это соответствует +30 dB (РіРѕРІРѕСЂСЏС‚ сигнал РІРѕР·СЂРѕСЃ РЅР° 30 РґР‘). Применение такой единицы измерения отношений, позволяет заменить умножение/деление РЅР° сложение/вычитание РїСЂРё подсчете усиления/ослабления. Пример… Р’ фидере сигнал был ослаблен РІ 4 раза, Р° усилитель его повысил РІ 220 раз. РўРѕРіРґР° РІ системе фидер-усилитель сигнал усилился РІ 220 / 4 = 55 раз. Р’ децибелах расчет проще 23 — 6 = 17 РґР‘.

• dBm (дБм). РРЅРѕРіРґР° СѓРґРѕР±РЅРѕ какую либо величину принять Р·Р° эталон (нулевой уровень) Рё относительно ее измерять уровень Ѷе РІ децибелах. Так, если принять Р·Р° нулевой уровень — 1РјР’С‚ Рё относительно его измерять, то появляется такая единица измерения как дБм(1РјР’С‚ = 0 дБм). РћРЅР° уже имеет вполне весомый физический смысл, РІ отличии РѕС‚ безличных децибелов, dBm — это мера мощности. Р’ ней измеряют уровень слабых сигналов (РІ том же «палкомере» модема), чувствительность приемников, мощность передатчиков  Рё С‚. Рї. Например уровень РІ 50 РјРєР’ РЅР° 50-РѕРјРЅРѕРј РІС…РѕРґРµ приемника соответствует СѓСЂРѕРІРЅСЋ мощности 5В·10^-8 РјР’С‚ или -73 дБм. Рзмерять чувствительность РІ единицах мощности более СѓРґРѕР±РЅРѕ, чем РІ единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело СЃ сигналами разной формы, РІ том числе шумовыми. Рљ тому же, РјС‹ избавляемся РѕС‚ необходимости каждый раз уточнять, каково РІС…РѕРґРЅРѕРµ сопротивление приемника. Например, пороговая мощность большинства «СЃРІРёСЃС‚РєРѕРІ», РїСЂРё которой РѕРЅРё еще коннектятся СЃ базовой станцией около -110 dBm. Мощность передатчика тоже можно измерять РІ dBm. Например мощность Wi Fi роутера РІ 100 РјР’С‚ равна 20 dbm.

• dBi (дБи). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. Р—Р° такую эталонную антенну РїСЂРёРЅСЏС‚ так называемый изотропный излучатель — идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет СЃРѕР±РѕР№ сферу, коэффициент усиления которой равен единице Рё РљРџР” которой равен 100%. Рзлучение сигнала таким излучателем РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ СЃ равномерной интенсивностью РІРѕ РІСЃРµ стороны. Такой антенны РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ РЅРµ существует, это виртуальный объект, однако, очень удобный РІ качестве эталона для измерения параметров реальных антенн. Существует еще РѕРґРЅР° единица: dBd — здесь Р·Р° эталон РїСЂРёРЅСЏС‚ полуволновой диполь. Однако, использование dBi предпочтительнее, С‚.Рє. РІ этом случае проще расчет энергетического баланса трассы радиосвязи. dBi — это относительная единица, ничем РїРѕ сути РѕС‚ простого децибела РЅРµ отличима, РєСЂРѕРјРµ определения эталона, относительно которого Рё идет отсчет. Принципиальной разницы между dBi Рё dBd нет — усиление РІ dBi = усилению РІ dBd + 2.15 dB. Р’ старых радиолюбительских книжках Рё журналах усиление антенн измеряют просто РІ децибелах. Р’ этом случае чаще всего имеется РІРІРёРґСѓ усиление относительно полуволнового вибратора, С‚. Рµ. РѕРЅРѕ эквивалентно dBd. Рзмерение относительно изотропного излучателя изначально использовалось только РІ РЎРЁРђ, РЅРѕ РІ последнее время распространилось РІРѕ всем РјРёСЂРµ, поэтому РІРѕ избежании путаницы сейчас, если речь идет РѕР± усилении антенны, правилом хорошего тона считается использование децибела СЃ суффиксом — dBi или dBd.

В 

В Р’ принципе Р·Р° «нулевой уровень» можно принять любую величину. Так РЅР° свет появляются такие звери как «РґР‘РјРєР’» (напряжение — отношение Рє РѕРґРЅРѕРјСѓ микровольту), «РґР‘Р’С‚» (мощность — отношение Рє РѕРґРЅРѕРјСѓ ватту). Р’ акустике Р·Р° нулевой уровень Р·РІСѓРєР° принято Р·РІСѓРєРѕРІРѕРµ давление 2В·10^-5 РџР° — РїРѕСЂРѕРі слышимости. РџСЂРё этом там РЅРµ стали заморачиваться СЃ довеском Рє «дБ», Р° РїСЂСЏРјРѕ так Рё измеряют уровень Р·РІСѓРєР° РІ децибелах. Так сложилось исторически, потому что децибелы впервые применялись именно РІ области акустики. РќРѕ надо иметь РІРІРёРґСѓ — это как Р±С‹ РЅРµ «чистые» относительные децибелы, Р° «звуковые» — абсолютные. Например, шум реактивного самолета СЃ расстояния 25 Рј равен 140 РґР‘, Р° 0 РґР‘ — это РїРѕСЂРѕРі слышимости. Часто можно встретить единицу РїРѕРґ именем dBA. РћРЅР° специально придумана для измерений интенсивности шумов. Величина дБА — уровень Р·РІСѓРєРѕРІРѕРіРѕ давления, измеренный РІ «Р·РІСѓРєРѕРІС‹С…» децибелах РїСЂРё помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, имитирующую чувствительность человеческого СѓС…Р°, что дает возможность получать отсчеты более соответствующие реальной слышимости шума.

Вообще, люди начали использовать децибелы для измерения различных вещей РЅРµ просто так. Еще РІ XIX веке психофизиологами Эрнстом Вебером Рё Густавом Фехнером было установлено, что “сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S”. Это относится Рє Р·РІСѓРєСѓ, освещенности, тактильным ощущениям. Р’ технике РїСЂРѕРІРѕРґРЅРѕР№ СЃРІСЏР·Рё используют РґСЂСѓРіСѓСЋ единицу — Непер. Неперы определяются РЅРµ через десятичный, Р° через натуральный логарифм. Может это Рё правильнее, ведь РјРЅРѕРіРёРµ законы РїСЂРёСЂРѕРґС‹ основаны РЅР° числе Эйлера, которое является основанием натурального логарифма. РќРѕ РІСЃРµ-таки РјС‹ пользуемся децибелами.

При расчетах все эти dB, dBi, dBm по сути своей все являются децибелами, т.е. суммируются (если усиление) или вычитаются (если затухание), но dBm имеет приоритет как мера мощности сигнала. Например: 

Уровень РЅР° РІС…РѕРґРµ приемника(dBm) = Мощность передатчика(dBm) + Усиление антенн(dBi) — Ослабление сигнала(dB)

Неискушенный аноним обычно теряется при виде такого изобилия разновидностей децибел. Но затем приходит понимание, что это приносит упрощение в расчетах.

dB (дБ) — децибел. В общем случае логарифмическая единица отношений чего либо. Заменяет собой такое понятие как «разы». Т.е. это не абсолютная величина типа вольт или ватт, а относительная, как например проценты.

Np(dB) = 10 lg (P1/P2)

Например, если уровень сигнала возрос в 1000 раз, то это соответствует +30 dB (говорят сигнал возрос на 30 дБ). Применение такой единицы измерения отношений, позволяет заменить умножение/деление на сложение/вычитание при подсчете усиления/ослабления. Пример… В фидере сигнал был ослаблен в 4 раза, а усилитель его повысил в 220 раз. Тогда в системе фидер-усилитель сигнал усилился в 220 / 4 = 55 раз. В децибелах расчет проще 23 — 6 = 17 дБ.

(дБм). Иногда удобно какую либо величину принять за эталон (нулевой уровень) и относительно ее измерять уровень уже в децибелах. Так, если принять за нулевой уровень — 1мВт и относительно его измерять, то появляется такая единица измерения как дБм(1мВт = 0 дБм). Она уже имеет вполне весомый физический смысл, в отличии от безличных децибелов, dBm — это мера мощности. В ней измеряют уровень слабых сигналов (в том же «палкомере» модема), чувствительность приемников, мощность передатчиков и т.п. Например уровень в 50 мкВ на 50-омном входе приемника соответствует уровню мощности 5·10-8 мВт или -73 дБм. Измерять чувствительность в единицах мощности более удобно, чем в единицах напряжения, так так нам приходится иметь дело с сигналами разной формы, в том числе шумовыми. К тому же, мы избавляемся от необходимости каждый раз уточнять, каково входное сопротивление приемника. Например, пороговая мощность большинства «свистков», при которой они еще коннектятся с базовой станцией около -110 dBm. Мощность передатчика, например Wi-Fi роутера, тоже можно измерять в dBm.

(дБи). Единица измерения усиления антенн относительно «эталонной» антенны. За такую эталонную антенну принят так называемый изотропный излучатель — идеальная антенна, диаграмма направленности которой представляет собой сферу, коэффициент усиления которой равен единице и КПД которой равен 100%. Излучение сигнала таким излучателем происходит с равномерной интенсивностью во все стороны. Такой антенны в природе не существует, это виртуальный объект, однако, очень удобный в качестве эталона для измерения параметров реальных антенн. Существует еще одна единица: dBd — здесь за эталон принят полуволновой диполь. Однако, использование dBi предпочтительнее (и чаще всего именно его и используют, иногда даже пишут дБ, но подразумевают дБи), т.к. в этом случае проще расчет энергетического баланса трассы радиосвязи. dBi — это относительная единица, ничем по сути от простого децибела не отличима, кроме определения эталона, относительно которого и идет отсчет.

Коэффициент усиления антенны определяет, насколько децибел плотность потока энергии, излучаемого антенной в определенном направлении, больше плотности потока энергии, который был бы зафиксирован в случае использования изотропной антенны. Коэффициент усиления антенны измеряется в так называемых изотропных децибелах (дБи или dBi). Так, если коэффициент усиления антенны в заданном направлении составляет 5 dBi, то это означает, что в этом направлении мощность излучения на 5 дБ (в 3,16 раза) больше, чем мощность излучения идеальной изотропной антенны. Естественно, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях. Конечно, когда говорят, что коэффициент усиления антенны составляет 5 dBi, то имеется в виду направление, в котором достигается максимальная мощность излучения (главный лепесток диаграммы направленности). Зная коэффициент усиления антенны и мощность передатчика, нетрудно рассчитать мощность сигнала в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Так, при использовании беспроводной точкой доступа с мощностью передатчика 20 dBm (100 мВт) и направленной антенны с коэффициентом усиления 10 dBi мощность сигнала в направлении максимального усиления составит 20 dBm + 10 dBi = 30 dBm (1000 мВт), то есть в 10 раз больше, чем в случае применения изотропной антенны.

Словарь терминов — Анализаторы спектра Agilent

Преобразование уровней в дБм, дБВ, Ватт и другие единицы измерения • Электротехника • Определения единиц измерения • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Этот сайт не будет работать должным образом, поскольку ваш браузер не поддерживает JavaScript!

Электротехника

Электротехника — это область техники, которая занимается изучением и применением электричества, электроники и электромагнетизма. Он охватывает такие подтемы, как питание, электроника, системы управления, обработка сигналов и телекоммуникации.

Преобразование уровней в дБм, дБВ, Ватт и другие единицы

децибел (дБ) — это единица, используемая для измерения интенсивности звука или мощности или уровня амплитуды электрического сигнала путем сравнения его с заданным уровень в логарифмическом масштабе. Децибел используется для самых разных измерений в науке и технике, прежде всего в электронике, акустике и теории управления. В электронике и радиотехнике децибелы часто используются для количественной оценки отношения сигнал/шум, уровня, усиления и затухания сигналов.

Эталонные значения, используемые для выражения абсолютных значений

Децибелы настолько удобны, что их часто используют не только для выражения отношения, например коэффициента усиления усилителя, но также для выражения абсолютной мощности и напряжения. В отличие от безразмерных децибелов, единицы дБм и дБВт используются для выражения абсолютной мощности, а единицы дБмкВ и дБВ используются для выражения абсолютного напряжения. В таких случаях можно определить точное значение измеряемой величины в вольтах или ваттах.

Единицы мощности

дБм (иногда дБмВт или децибел-милливатт) — это аббревиатура отношения мощности в децибелах (дБ) к измеренной абсолютной мощности сигнала, отнесенной к одному милливатту (мВт). Мощность 0 дБм соответствует мощности 1 мВт. Увеличение на 3 дБм соответствует примерно удвоению мощности, а уменьшение на –3 дБм соответствует уменьшению мощности наполовину. дБВт (децибел-ватт) — это аббревиатура отношения мощностей в децибелах (дБ) измеренной мощности сигнала к одному ватту (Вт). Эти два блока обычно используются в оптоволоконных, микроволновых и радиосетях, а также в теории управления.

Единицы измерения напряжения

При работе с приемными телевизионными или радиоантеннами удобнее измерять напряжение, а не мощность. Логарифмическая шкала децибел может быть очень полезна в этом случае, потому что большие различия в сигнале могут быть относительно просто устранены путем использования дБмкВ вместо микровольт и дБВ вместо вольт. дБмкВ — это аббревиатура отношения напряжений в децибелах (дБ) измеренного абсолютного напряжения сигнала, отнесенного к одному микровольту (мкВ). Напряжение 0 дБмкВ соответствует напряжению 1 мкВ. dBV — это аббревиатура отношения напряжений в децибелах (дБ) к измеренному абсолютному напряжению сигнала, отнесенному к 1 вольту (В). Напряжение 0 дБВ соответствует напряжению 1 В.

Для преобразования мощности в дБм или дБВт в напряжение в дБмкВ или дБВ необходимо учитывать импеданс, на котором измеряется напряжение. Именно поэтому в преобразователе предусмотрено поле для ввода положительного значения импеданса. 50 Ом является значением по умолчанию.

Использование конвертера уровней в дБм, дБВ, Ватт и других единиц

Этот онлайн-конвертер единиц измерения позволяет быстро и точно преобразовать множество единиц измерения из одной системы в другую. Страница Unit Conversion предлагает решение для инженеров, переводчиков и всех, чья деятельность требует работы с величинами, измеряемыми в разных единицах.

Изучайте технический английский с помощью наших видео!

Вы можете использовать этот онлайн-конвертер для преобразования нескольких сотен единиц (включая метрические, британские и американские) в 76 категориях или нескольких тысяч пар, включая ускорение, площадь, электрическую энергию, силу, длину, свет, массу, массовый расход, плотность, удельный объем, мощность, давление, напряжение, температура, время, крутящий момент, скорость, вязкость, объем и производительность, объемный расход и многое другое. », то есть « умножить на десять в степени ». Электронная нотация обычно используется в калькуляторах, а также учеными, математиками и инженерами.

Мы прилагаем все усилия, чтобы результаты, представленные конвертерами и калькуляторами TranslatorsCafe.com, были правильными. Однако мы не гарантируем, что наши конвертеры и калькуляторы не содержат ошибок. Весь контент предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия и положения.

Если вы заметили ошибку в тексте или расчетах, или вам нужен другой конвертер, которого вы здесь не нашли, сообщите нам об этом!

TranslatorsCafe.com Канал Unit Converter на YouTube

Разница между дБ и дБм в оптоволокне | Блог системного анализа

Ключевые выводы

• Единицы дБ и дБм означают децибел и децибел милливатт соответственно.

• Измерение 0 дБм с помощью измерителя оптической мощности соответствует 1 мВт мощности.

•  Единица дБ выражает разницу между двумя значениями дБм.

Оптические волокна передают оптическую мощность от передатчика к приемнику. Типичная волоконно-оптическая система состоит из источника, излучающего оптическую мощность, пути, образованного оптоволоконными кабелями, и приемника. Ни одна волоконно-оптическая система не идеальна, а это означает, что в системе есть потери.

Всякий раз, когда проводятся испытания волоконной оптики, представляют интерес оптическая мощность и оптические потери мощности. Оптическая мощность в волоконно-оптических кабелях измеряется в дБм, тогда как потери оптической мощности измеряются в дБ. Можно выразить оптическую мощность и потери мощности в одних и тех же единицах измерения, но обычно используются разные единицы измерения. Разница между дБ и дБм в оптоволокне является распространенным предметом обсуждения. В этой статье мы рассмотрим, почему дБ и дБм используются в оптоволокне и в чем именно заключаются их различия.

Оптическая мощность и потери оптической мощности в волоконной оптике

В волоконно-оптической технологии оптическая мощность используется для передачи данных от передатчика к приемнику. Оптическая мощность измеряется в оптоволокне на стороне передатчика и на стороне приемника. Оптическая сила соответствует мощности нагрева источника света. С помощью мощных лазеров можно измерять тепло, поглощаемое детектором. При использовании источников света с малыми уровнями мощности чувствительность детектора низкая, и измерения затруднены.

Измерение оптической мощности

Для измерения оптической мощности на стороне передатчика тестовый кабель вставляется через разъемы в оптоволоконный источник и выполняется измерение. Для измерения оптической мощности на стороне приемника розетка приемника отсоединяется от оптоволоконного кабеля, а выходная оптическая мощность кабеля измеряется с помощью оптического измерителя. Измерение оптической мощности обычно выражается в дБм.

Потеря оптической мощности

Когда оптическая мощность передается от передатчика к приемнику, световая энергия теряется из-за рассеяния и поглощения. Потери в волокне, потери в оптоволоконных соединителях и потери в соединениях могут привести к снижению уровня освещенности ниже допустимых пределов. Вот почему расчет потерь оптической мощности важен, когда вы ищете надежную оптоволоконную связь. Он также определяет, на какую длину можно удлинить оптоволоконный кабель, не нарушая связи. Потери оптического волокна обычно выражаются в дБ.

Разница между дБ и дБм в волоконной оптике

Единицы дБ и дБм обозначают децибел и децибел милливатт соответственно. Одно различие между дБ и дБм в оптоволокне заключается в том, что единица измерения дБ представляет изменение измеренных величин, тогда как дБм относится к текущему значению величины. Измерения в дБ (как указано в приведенном ниже уравнении) основаны на сравнении двух величин или измерений, сделанных относительно эталона. Измерения дБм являются абсолютными измерениями. Единица дБ выражает разницу между двумя значениями дБм.

дБ = 10 log (измеренная мощность/опорная мощность)

Единица измерения дБм относится к уровню мощности на концах кабеля, передающем и принимающем. Или уместно сказать, что мощность, вводимая или принимаемая в оптоволоконных кабелях, выражается в дБм.

Измерение 0 дБм с помощью измерителя оптической мощности соответствует 1 мВт мощности. Буква «м» означает милливатт в дБм. Разница между мощностью передатчика (дБм) и мощностью приемника (дБм) в волоконно-оптических кабелях дает потери оптической мощности, выраженные в дБ. Несмотря на то, что потери отрицательные, мы выражаем их как положительное значение, за которым следует дБ. Когда уровень оптической мощности уменьшается вдвое или удваивается, оптическая сила уменьшается или увеличивается на 3 дБ.

И дБм, и дБ представлены в логарифмическом масштабе и являются нелинейными единицами измерения. Измерение дБм относится к милливаттам. Значения дБм могут быть преобразованы в ватты, тогда как это преобразование невозможно для дБ.

При работе с оптическими системами связи важно понимать разницу между дБ и дБм в измерениях оптоволокна. Оптическая мощность и потери оптической мощности характерны для всех систем с оптическим питанием. Программное обеспечение Cadence может помочь вам в разработке электронных, фотонных или оптоволоконных систем.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы быть в курсе последних обновлений. Если вы хотите узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас, поговорите с нашей командой экспертов.

Решение задач электромагнитного, электронного, теплового и электромеханического моделирования, чтобы ваша система работала в широком диапазоне условий эксплуатации.

Посетить сайт Больше контента от Cadence System Analysis

Единицы ЭМС в измерениях и испытаниях

В этой статье рассматриваются единицы децибел, используемые в лабораторных измерениях и испытаниях ЭМС. Мы начнем с определения единицы децибел (дБ) и перейдем к конкретным единицам ЭМС для измерения напряжения, тока, мощности и импеданса. Отношения между единицами выводятся, когда это необходимо. Применимость единиц дБ, обсуждаемых в этом документе, показана в конкретных измерениях или спецификациях ЭМС.

Определение логарифмов и децибел

В математике логарифм положительного числа по основанию 10 A определяется как log ₁₀ A . Результирующее число отрицательное, нулевое или положительное в соответствии с

 (1)

Единственным математическим требованием для определения этой операции является то, что число A является положительным числом. Других неявных предположений об этом числе нет.

В технике, особенно в области электромагнитной совместимости, мы используем децибел (дБ), который связан с логарифмом по основанию 10 и определяется как 9.0004

 (2а)

, когда A представляет коэффициент мощности, или

 (2б)

, когда А представляет отношения напряжения и/или тока. В следующем разделе мы обсудим разницу между этими двумя определениями.

Обратите внимание на очень важный аспект числа A , когда оно выражено в дБ : это всегда отношение двух величин , а не просто положительное число.

Что делать, если это отношение отрицательное? В этом случае мы рассматриваем отрицательную величину как комплексную величину с положительной величиной и фазой 180°,

 (3)

и просто учитывать только величину.

Мощность и напряжение (ток) Коэффициент усиления в дБ

Рассмотрим схему, показанную на рисунке 1 [1]. Синусоидальный источник, состоящий из действующего напряжения холостого хода В _S и сопротивления источника RS , подает сигнал на усилитель, нагрузка которого представлена ​​ RL .

Рисунок 1: Схема, используемая для определения децибел (дБ)

Входная мощность усилителя

 (4а)

, в то время как мощность, подаваемая на нагрузку, составляет

 (4б)

Коэффициент усиления мощности в дБ, PGdB , определяется как

 (5а)

Используя уравнения 4a и 4b, это усиление также может быть выражено как

 (5б)

Коэффициенты усиления по напряжению и току в дБ, ВГдБ и ИГдБ соответственно определяются как

 (6а)

 (6б)

Обратите внимание, что если входное сопротивление усилителя равно сопротивлению нагрузки , RL = RIN (что часто имеет место на практике), то коэффициент усиления по мощности в дБ равен коэффициенту усиления по напряжению (или току) в дБ .

 (7)

Единицы и измерения ЭМС

В единицах ЭМС дБ мы не просто выражаем отношения двух мощностей, напряжений и т. д., мы выражаем отношение заданного номинального значения к базовой величине, как показано в таблице 1.

Таблица 1: Блоки ЭМС напряжения, тока и мощности

Часто напряженность электрического и магнитного полей, а также импеданс также выражаются по отношению к основной величине, как показано в таблице 2.

Таблица 2: Напряженность поля и импеданс единиц ЭМС

Измерения ЭМС в дБ

Пределы излучаемых излучений FCC класса B указаны в дБмкВ/м и показаны на рисунке 2 [2].

Рисунок 2. Предельные значения излучаемых помех FCC для класса B

На рис. 3 показан пример измерения излучения.

Рисунок 3: Излучение помех в дБмкВ/м

Пределы кондуктивного излучения класса B согласно FCC и CISPR 22 указаны в дБмкВ и показаны на рис. 4.

Рисунок 4. Пределы кондуктивного излучения класса B согласно FCC и CISPR 22 в дБмкВ

На рис. 5 показаны измерения кондуктивных помех на нейтральной линии в нормативном диапазоне частот.

Рисунок 5: Измерение кондуктивных помех FCC и CISPR 22 в дБмкВ

В качестве примера единиц дБ мкА мы представляем пределы CISPR 25 для кондуктивных излучений – метод измерения тока. Это показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Пределы кондуктивного излучения согласно CISPR 25 в дБмкА

Обратите внимание, что для устройств класса 5 предел в FM-диапазоне (и других местах в таблице) отрицательный. Как предел величины может быть отрицательным? На первый взгляд это кажется неправильным, пока мы не посмотрим на единицы измерения: дБмкА. Отрицательный предел просто означает, что измеренное значение (которое является положительным) должно быть меньше 1 мкА.

На рис. 7 показано измерение кондуктивных помех согласно стандарту CISPR 25 в дБмкА.

Рисунок 7: Измерение кондуктивных помех согласно CISPR 25 в дБмкА

Одной из наиболее распространенных единиц измерения, выраженных в децибелах, является дБм. Многие анализаторы спектра отображают амплитуду напряжения как в дБмкВ, так и в дБм, несмотря на то, что дБм является единицей мощности. Эти две единицы связаны импедансом измерительного оборудования, а именно 50 Ом.

Для преобразования из дБм в дБмкВ мы прибавляем 107 дБ, а для преобразования из дБмкВ в дБм вычитаем 107 дБ:

 (8)

Чтобы проиллюстрировать эту взаимосвязь, мы использовали схему измерения, показанную на рисунке 8.

Рисунок 8: Схема измерения для иллюстрации взаимосвязи между дБм и дБмкВ

В этой схеме измерений мы просто подключили гребенчатый генератор через аттенюатор к анализатору сигналов и изменили единицы измерения с дБмкВ на дБм. На рис. 9 показан результат измерения в дБмкВ, а на рис. 10 — то же измерение в дБм.

Рисунок 9: Измерение анализатора сигналов в дБмкВ

Рисунок 10: Измерение анализатора сигналов в дБм

Обратите внимание, что измерение в дБмкВ примерно на 107 дБ выше, чем измерение в дБм, как предсказано уравнением 8.

Каталожные номера

1. Клейтон Р. Пол, Введение в электромагнитную совместимость, Wiley, 2006.
2. Богдан Адамчик, Основы электромагнитной совместимости с практическими приложениями , Wiley, 2017.

Д-р Богдан Адамчик является профессором и директором Центра ЭМС в Государственном университете Гранд-Вэлли (http://www.gvsu.edu/emccenter/), где он разрабатывает учебные материалы по ЭМС и преподает курсы сертификации ЭМС для промышленности. Он является сертифицированным iNARTE главным инженером-конструктором EMC. Профессор Адамчик является автором учебника «Основы электромагнитной совместимости с практическими приложениями» (Wiley, 2017). С ним можно связаться по адресу [email protected].

Джим Теуне является одним из основателей компании E3 Compliance LLC, которая специализируется на разработке продуктов и предварительных испытаниях на соответствие требованиям ЭМС. Он является сертифицированным iNARTE инженером по электромагнитной совместимости и главным инженером-конструктором по электромагнитной совместимости. Джим является промышленным партнером Центра ЭМС в ГВСУ. С ним можно связаться по электронной почте [email protected].

беспроводной — В каких единицах измеряется сила радиосигнала?

Спросил 6 лет, 7 месяцев назад

Модифицированный 6 лет, 7 месяцев назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

Я немного запутался, какая единица измерения является наиболее правильной, когда речь идет об измерении мощности беспроводного сигнала. Кажется, что правильной единицей измерения является В/м (обычно выражается в dBuV/м), однако кажется, что большую часть времени используется Вт (в форме дБм).

Из того, что я могу сказать, дБм на самом деле выражает мощность, поступающую на приемную антенну, которая связана с фактической мощностью сигнала и будет изменяться по закону обратных квадратов.

Что меня озадачило, так это то, что я нашел эту статью (в которой я не уверен, верна она или нет), в которой говорится:

Величина Е-компонента радиоволны обратно пропорциональна расстоянию от передатчика в свободном пространстве и прямой видимости. Если расстояние удвоится, интенсивность электронного поля уменьшится вдвое; если расстояние увеличивается в 10 раз, напряженность Е-поля становится в 1/10 (0,1 раза) больше. Компонента E электромагнитного поля измеряется в одном измерении, поэтому отношение интенсивности к расстоянию представляет собой прямое обратное правило, а не закон обратных квадратов.

Не мог бы кто-нибудь прояснить это утверждение и пролить свет на то, как связаны дБм и дБмВ/м?

• беспроводной
• антенна
• радио
• физика
• единицы

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

Поле E измеряется в вольтах на метр, а поле H — в амперах на метр. Для радиоволны дальнего поля отношение E к H равно 377 (120\$\pi\$). В основном, если полученное поле E равно X, поле H в 377 раз ниже, чем X. 377 Ом — это импеданс свободного пространства и измеряется в омах, потому что части «на метр» компенсируются. 377 Ом получается из этого уравнения: —

Мощность E x H, строго говоря, это ватты на квадратный метр. Антенна имеет определенный «размер апертуры», измеряемый в квадратных метрах, поэтому определенное количество ватт на квадратный метр, попадая на антенну определенной площади, высвобождает истинные ватты в оконечное сопротивление. Представьте себе это как лист бумаги, освещенный лампочкой — полученная мощность падает с квадратом расстояния, а это означает, что отдельные поля E и H линейно уменьшаются с расстоянием.

Если вы говорите о радиоволнах, вы можете использовать дБм, или дБмкВ/м, или дБИ/м — в зависимости от того, что вы используете, вы придете к одному и тому же выводу и отлично соотнесете другие единицы измерения. Однако вы не можете разумно указать дБм, не подразумевая наличие антенны. Конечно, вы можете указать дБм на квадратный метр, потому что это мощность, освещающая условную поверхность площадью 1 м на некотором расстоянии от передающей антенны.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Напряжение возбуждения уменьшается линейно по мере увеличения расстояния между передатчиком и приемником. Получено V(dist’X’) = V(dist’0′) x (dist’0’/dist’x’). 2

По этой же причине мы обычно используем линейные, а не логарифмические значения при расчете значений дБВ (напряжение) и дБИ (ток), но используем логарифмические расчеты для значений дБа (звуковое давление), дБи (усиление) и дБм (мощность). .

\$\конечная группа\$

4

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Мощность сигнала дБм — Dis Dot Dat

Главная > Сила сигнала дБм

Вы, наверное, спрашивали себя, почему при измерении мощности сигнала выбирают дБм? Или почему уровень сигнала в дБм всегда выражается отрицательным числом? Или что такое dBm для начала?

WiFi использует радиосигналы для беспроводной передачи данных между компьютерами и другими устройствами. Очень часто вы найдете в различных документах, связанных с WiFi, различные положительные или отрицательные значения, выраженные в дБм. Итак, вот подробное объяснение того, что это такое и как оно связано с силой сигнала.

Короче говоря, дБм или децибел-милливатт — это единица, используемая для описания уровня мощности сигнала в децибелах по отношению к 1 милливатт энергии. Но что на самом деле описывает измерение уровня сигнала в дБм? Поскольку шкала в дБ является логарифмической, ее легко использовать для описания как очень больших, так и очень малых значений.

Децибел — это безразмерная единица измерения, что означает, что с ним не связано физическое измерение. Вместо этого он описывает соотношение между двумя значениями. Для сигнала в децибел-милливаттах мощность выражается не напрямую, а как отношение между мощностью сигнала в 1 милливатт и измеренной.

Для мощности сигнала дБм является очень полезной единицей измерения, поскольку мощность радиосигналов изменяется логарифмически с изменением расстояния между передатчиком и приемником. Это самое важное, что нужно понять, потому что для уровня сигнала в дБм очень полезно понять потерю или усиление уровня сигнала при использовании такого устройства, как усилитель WiFi, такой как RangeXTD.

При диагностике качества сигнала WiFi измерение дБм показывает, насколько снижается мощность сигнала. Абсолютное измерение в ваттах или милливаттах было бы бессмысленным и потребовало бы измерения мощности сигнала в двух точках.

Физическая природа радиоволновых сигналов заключается в том, что их мощность уменьшается по мере того, как они проходят расстояние от излучателя до приемника. Сигнал Wi-Fi, когда антенна маршрутизатора излучает, начинает терять свою мощность по мере продвижения к вашему устройству. Вот почему при измерении уровня сигнала в дБ вы увидите отрицательные значения, это мера коэффициента снижения по сравнению с эталонным значением в 1 милливатт.

В технической документации на повторители Wi-Fi вы найдете усиление, выраженное в виде положительного значения, поскольку оно является мерой усиления мощности сигнала.

Если у вас есть математические знания о логарифмах, самое простое объяснение состоит в том, что децибелы — это логарифм по основанию 10. В противном случае, позвольте мне попытаться объяснить это несколькими словами. Для уровня сигнала используется дБм, поскольку он предлагает удобный уровень детализации измерения. Децибел — это одна десятая бела, это очень удобно понимать, когда пытаешься понять, что означает такое число, как -20 дБм.

Децибел-милливатты описывают числовой коэффициент, на который мощность сигнала выше или ниже мощности сигнала в 1 милливатт. С каждым увеличением на 10 дБм мощность сигнала увеличивается в 10 раз, а с уменьшением на 10 дБм мощность сигнала уменьшается в 10 раз. Например, сигнал мощностью 10 дБм в десять раз мощнее, чем 1 мВт, что составляет 10 мВт. Сигнал 20 дБм — это мощность в десять раз выше, чем 10 дБм, 30 дБм — в десять раз больше, чем 20 дБм, и так далее.

Таким образом, преобразование децибелов в белы является полезным быстрым способом расчета усиления или потери мощности путем вычисления 10 в степени белов. Например, 20 дБм — это увеличение на 20 децибел, что составляет 2 бела, то есть это 102, или, другими словами, стократное увеличение.

При измерении уровня сигнала сотовой связи также используется дБм, ведь это радиосигнал, и хотя его частота отличается от WiFi, его уровень можно измерить таким же образом, поскольку уровень сигнала не зависит от его частоты. Типичный диапазон мощности телефонного сигнала в дБм, измеренный в реальном мире, составляет от -30 дБм до -110 дБм.

Если перевести это в милливатт, получится от 10 фемтоватт до 1 микроватта. Другими словами, между десятью квадриллионными долями ватта и одной миллионной долей ватта. Полезная мощность сигнала выше -80 дБм или выше 10 пиковат. Все, что ниже, приведет к потере сигнала и частым прерываниям, что сделает его непригодным для использования.

Максимальная скорость, с которой данные могут быть отправлены или получены по сети Wi-Fi, прямо пропорциональна уровню сигнала. Более высокий уровень сигнала будет означать более высокую возможную скорость. Вот почему в районах вашего дома, которые страдают от плохого покрытия сигнала Wi-Fi, вы заметите, что скорость загрузки резко снижается.

Скорость также зависит от конкретных вариантов 802.11, которые использует ваша сеть Wi-Fi, но оптимальные значения дБм одинаковы для всех них. Максимальная мощность сигнала типичной сети Wi-Fi составляет -10 дБм, а минимальная мощность сигнала, которую может с пользой принять приемник, составляет -100 дБм. При этом минимуме ваше устройство сможет подключаться только к WiFi, но скорость будет бесполезна.

Общее правило состоит в том, что уровень сигнала в диапазоне от -60 дБм до -75 дБм является хорошим, от -45 до -60 дБм — очень хорошим, а от -10 до -45 дБм — отличным. Но в зависимости от скорости вашего интернет-соединения даже уровень сигнала -80 дБм может быть полезен, поскольку уровень сигнала влияет на максимальную скорость, с которой ваше устройство может обмениваться данными с беспроводным маршрутизатором.

Уровень сигнала увеличивается за счет использования какого-либо метода его усиления. Для домашних сетей WiFi лучше всего использовать повторители WiFi, потому что они всегда оснащены бустерами. Эти устройства работают, получая сигнал от вашего беспроводного маршрутизатора, повышая его мощность, а затем излучая его. Они также являются идеальным способом расширить радиус действия вашего сетевого оборудования WiFi.

Из-за природы радиосигналов, в основном из-за того, что они очень плохо проходят через твердые объекты, такие как стены и полы, ваш дом будет покрыт лоскутным одеялом из областей с сигналами различной мощности. Репитеры WiFi решают эту проблему. S

Джим 10 апреля 2021 г.

• Блог

Нет комментариев.

Шкала децибел, dBSPL, dBu, dBV, dBm и DAW Объяснение измерителей

Децибел (дБ)

Первое использование шкалы децибел было для измерения мощности в телефонии начала 20-го века в системе Белла в Соединенных Штатах.

Один децибел = 1/10 часть одного бела (отсюда и название «Деси»), названный в честь Александра Грэма Белла. Стандарт ISO 80000-3:2006 устанавливает следующие количества. «Децибел (дБ) составляет одну десятую часть бела, что означает 1 дБ = 0,1 Б
. Децибел используется для самых разных измерений в науке и технике в 20 веке. В электронике коэффициент усиления усилителя, затухание сигнала и отношение сигнал-шум (S/N) часто выражаются в децибелах.

 

Шкала в децибелах (шкала в дБ) 

В аудио шкала в децибелах используется для обозначения отношения одного значения к другому в логарифмической шкале . Возможные значения: Количество энергии или Количество полей . Другими словами, вы можете использовать шкалу децибел для детализации отношения мощности к мощности или поля к количеству поля.

Шкала децибел не имеет единицы измерения. Если кто-то говорит вам что-то вроде «10 дБ», задайте вопрос «10 дБ чего?» Соотношение может быть связано с мощностью, SPL (уровнем звукового давления), интенсивностью или напряжением (или чем угодно, что вы можете придумать, если они имеют одинаковые единицы измерения). Например, если эталонной единицей измерения является вольт, то суффикс будет «В» (например, «10 дБВ»), а если эталонной единицей измерения является милливатт, то суффикс будет «м» (например, «10 дБм» )

Как упоминалось выше, при выражении отношения в децибелах используются две разные шкалы, в зависимости от характера величин:

(1) Сила и (2) Поле (корневая сила).

 

Величина мощности  

При измерении мощности отношение может быть выражено в децибелах. Это рассчитывается по формуле: Lp = 10 x log10 (P/P0) дБ  
Обычно используется логарифм по основанию 10, если не указано иное. Таким образом, приведенная выше формула становится Lp = 10 x log (P/P0) дБ  
Lp = отношение количества мощности в дБ, P = измеренная мощность, P0 = эталонная мощность

 

Величины поля и величины степени корня  

При измерении параметров поля принято учитывать отношение квадратов F (измеренное поле) и F0 (эталонное поле). Поэтому используется следующее определение:  Lf = 20 x log (F/F0) дБ  
Lf = Отношение количества поля в дБ, F = Измеренное поле, F0 = Эталонное поле.
Это означает, что изменение мощности в 10 раз приводит к изменению уровня на 10 дБ. Когда амплитуда (величина поля) изменяется в 10 раз, это приводит к изменению уровня на 20 дБ.

 

Почему мы используем шкалу децибел для измерения звука?

Человеческое ухо — чрезвычайно гибкий и удивительный слуховой аппарат. Они способны регистрировать широкий диапазон частот и уровней звукового давления.
[Для справки, соотношение звуковое давление, вызывающее повреждение уха из порог слышимости (самый слабый звук, который вы можете услышать) превышает миллион.]
Невозможно изобразить эти многие значения на линейной шкале .

Кроме того, знаете ли вы, что наши уши не воспринимают «разницу уровней звука» линейно?

Рассмотрим этот пример. Вы бросаете булавку на пол с высоты 2 метра. Он создает изменение звукового давления. Теперь вы одновременно сбрасываете 2 булавки с одинаковой высоты. Он создает другое звуковое давление, чем первый. Ваши уши смогут уловить разницу.

Теперь представьте, что вы роняете 100 кеглей с одной и той же высоты, звуковое давление намного выше, и ваши уши обязательно уловят разницу. Вот интересная часть. Теперь вы сбрасываете 101 кеглю. Да, он производит разное звуковое давление, но ваши уши не смогут уловить разницу от звукового давления, вызванного 100 пинами.

Представьте, что вы роняете 1000 кеглей с одной и той же высоты, звуковое давление намного выше, и ваши уши обязательно уловят разницу по сравнению со звуковым давлением, вызванным падением 100 кеглей. После этого вы сбрасываете 1010 пинов (или даже 1100 пинов). Да, он производит разное звуковое давление, но ваши уши не смогут уловить разницу от звукового давления, вызванного 1000 пинами.
Хотя ухо может различить повышение уровня между падением одной или двух булавок, оно не может различить 1 000 000 булавок, 1 000 001 булавку или даже 1 000 100, потому что это нелинейный инструмент.

[Это одна из причин, по которой многие люди используют для сна белый шум/розовый шум/звуки дождя. Он может легко маскировать любые другие звуки в диапазоне громкости обычного разговора]

С другой стороны, наши уши могут определить существенное увеличение энергии звука. Чтобы упростить управление этим большим диапазоном, была принята логарифмическая шкала, поскольку линейные шкалы измеряют прямые изменения величин, а логарифмические шкалы измеряют экспоненциальные изменения.
Следовательно, каждая отметка на шкале децибел — это предыдущая отметка, умноженная на значение.

---

Звуковое давление и уровень звукового давления (SPL)

Звуковое давление

Как мы все учились в старшей школе, атмосферное давление (или барометрическое давление) — это давление в атмосфере Земли, которое измеряется как 101 325 Па (1 013,25 гПа или 1 013,25 мбар) 
Единицей давления в системе СИ является Паскаль (Па). Он дополнительно выражается в Н/м² (Ньютон на квадратный метр).
Звуковое давление (p) — это местное отклонение давления от среднего атмосферного давления, вызванное любым звуком. Любой звук в данном месте изменит (уменьшит) среднее атмосферное давление в этом месте на определенную величину.

 

Порог слышимости

Минимальный уровень звука чистого звука (или чистого тона), который среднестатистическое человеческое ухо может нормально слышать при условии отсутствия других звуков. Это также известно как порог слышимости .

Исторически было проведено несколько экспериментов, чтобы установить эталонное звуковое давление, и оно было измерено как среднеквадратичное звуковое давление 20 мкПа (20 микроПаскалей = 0,00002 Па) при 25 °C. Это считается порогом человеческого слуха (примерно звук комара, летящего на расстоянии 3 м). Это примерно самый тихий звук, который молодой человек с неповрежденным слухом может услышать на частоте 1000 Гц. Поэтому 20 мкПа используется в качестве эталонного давления.

Примечание: порог слышимости разный в разных диапазонах частот. Подробнее о кривой Флетчера-Мансона

 

Уровень звукового давления (дБ УЗД)

Это логарифмическая мера (отношение) действующего звукового давления (P) относительно эталонного значения (P0). Как правило, эталонным значением (P0) является порог слышимости (= 0,00002 Па), если не указано иное. SPL измеряется в децибелах (дБ).
Звук обычно измеряется микрофонами, и они реагируют пропорционально звуковому давлению P. Теперь мощность звуковой волны пропорциональна квадрату давления. Следовательно, это полевая величина. Таким образом, разница в уровне звукового давления между двумя звуками с P и P0 составляет:  Lp = 20 x log10 (P/P0) дБ SPL , где Lp – уровень звукового давления; P – фактическое звуковое давление, создаваемое звуковой волной; P0 — эталонное звуковое давление (0,00002 Па).

 

Примеры, показывающие различные уровни звукового давления (УЗД измеряется с позиции слушателя, а не у источника): 

Звук шелеста листьев вдалеке 
Измеренное давление = 0,000063 Па           Таким образом, P = 0,000063 Па, 8 , 0P00 = 0 Па, 8  000 = 0 Па SPL = 20 log (P/P0) = 20 log (0,000063/0,00002) = 20 log (3,15) = 20 x 0,498 = 9,966 дБ SPL (≈ 10 дБ SPL) 

Звук в тихой библиотеке 
Измеренное давление = 0,002 Па           Итак, P = 0,002 Па,    P0 = 0,00002 Па
SPL = 20 log (P/P0) = 20 log ( 0,002/0,00002) = 20 log (100) = 20 x 2 = 40 дБ SPL

Звук на оживленной городской дороге
Измеренное давление = 0,2 Па P = 0,2 Па, P0 = 0,00002 Па
SPL = 20 log (P/P0 ) = 20 log (0,2/0,00002) = 20 log (10000) = 20 x 4 = 80 дБ SPL

Звук в безэховой камере, Orfield Labs
Измеренное давление = 0,0000068 Па         P = 0,0000068 Па,     P0 = 0,00002 Па
SPL = 20 log (P/P0) = 20 log (0,0000068/0,00002) = 20 log (0,34) = 20 x -0,9370 дБ SPL

На основе приведенных выше примеров, когда звуковое давление изменилось в 3,15 раза, эквивалентное изменение в дБ УЗД составило 10. Когда звуковое давление изменилось в 100 раз, эквивалентное изменение в дБ УЗД составило 40. Когда звуковое давление изменилось в 10000 раз, эквивалентное изменение дБ SPL составило 80 

Как правило, +6 дБ = уровень звукового давления увеличился в два раза, +10 дБ = уровень звукового давления увеличился в 3 раза и +20 дБ = уровень звукового давления увеличился в 10 раз.

Уровень звукового давления зависит от расстояния между источником звука и местом измерения, возможно, на одно ухо слушателя. Расстояние измеряется в метрах. Это означает, что при увеличении расстояния вдвое наблюдаемый уровень звукового давления снизится на 6 дБ.

 

 

Что такое 0 дБ SPL?

Самый низкий звук, который может слышать здоровый человек, — это предел слышимости. Он определяется как SPL 0 дБ. Этот уровень возникает, когда измеренный уровень звукового давления равен эталонному уровню. т. е. P = P0 = 0,00002 Па
В этом случае SPL = 20 log (P/P0) = 20 log (0,00002/0,00002) = 20 log (1) = 20 x 0 = 0 дБ SPL 

Следовательно, 0 дБ SPL не означает отсутствие звука, это просто означает уровень звука, при котором звуковое давление эквивалентно эталонному уровню. Это все еще небольшое изменение давления, но не нулевое. Возможны отрицательные уровни звука: — 10 дБ означают звук с давлением в 3 раза меньшим, чем эталонное давление. В самом тихом месте на земле, которым в настоящее время является безэховая камера Microsoft, спрятанная в глубине здания 87 в штаб-квартире Microsoft в Вашингтоне, звуковое давление было измерено как 0,0000019.Па. Соответствующий коэффициент SPL составляет 20 log (0,0000019/0,00002) = 20 log (0,095) = 20 x -1,0223 = -20,45 дБ SPL

Какое максимально возможное звуковое давление? Какой самый громкий шум возможен?  

Среднее атмосферное давление составляет 101325 Па. Любое звуковое давление выше этого значения будет создавать ударные волны, которые технически больше не являются звуковыми волнами. Значит, наибольшее звуковое давление, которое мы можем получить в атмосфере, не вызывая ударных волн, составляет 101325 Па 9.0088 Итак, мы возвращаемся к тому же уравнению, Lp = 20 log (P/P0),  где P = 101325 Па, P0 = 0,00002 Па,
SPL = 20 log (P/P0) = 20 log (101325/0,00002) = 20 log (5 066 250 000) = 20 x 97 = 194 дБ SPL . Теоретически это максимально возможное значение SPL, вызванное звуковой волной.
Когда высвобождается достаточно энергии, чтобы превысить отметку 194 дБ SPL, это слишком много для создания устойчивой волны давления. При уровне звукового давления 194 дБ наблюдается полностью вытянутая волна, чередующаяся между удвоенным нормальным давлением и полным вакуумом. Эта дополнительная энергия начинает искажать всю волну, и в итоге вы получаете нечто, больше похожее на ударную волну, чем на звуковую. На этом уровне звуки не проходят через воздух. Вместо этого они толкают воздух вперед, создавая взрывы под давлением (ударные волны).

Обратите внимание, 194 дБ SPL является среднеквадратичным, а не пиковым значением. Возможен и более громкий шум, но это будет хаос. Это высокое звуковое давление повредит все измерительные микрофоны, и люди будут полностью разорваны, когда они окажутся близко к центру источника с уровнем звукового давления 194 дБ. Никакие средства защиты органов слуха (наушники или беруши) здесь вам не помогут. Эти уровни звука никогда не будут измеряться, а только оцениваться или рассчитываться. Когда ударная волна от бомбы выравнивает дом, то звуковая волна на самом деле разрывает кирпичи и разбивает стекло.

 

Самый громкий звук в истории человечества:  

27 августа 1883 года фермеры в стойбище овец недалеко от Алис-Спрингс, Австралия, услышали звук, похожий на два выстрела из ружья. В этот момент в 2233 милях от нас извергался индонезийский вулканический остров Кракатау. Ученые считают, что это, вероятно, самый громкий звук, когда-либо записанный людьми. Опять же, звуковое давление в Алис-Спрингс было намного ниже фактического звукового давления в центре вулкана. Понятно, что никто не мог это измерить. Имеются не только записи о том, что люди слышали звук Кракатау за тысячи километров, но и физические доказательства того, что звук взрыва вулкана многократно облетал весь земной шар. Взрыв Кракатау зарегистрировал 172 децибела на расстоянии 100 миль (160,934 метра!) от источника. Он разрушил барабанные перепонки людей, которые были на расстоянии 100 миль. Подсчитано, что извержение Кракатау достигло 310 дБ SPL в его ядре, что свидетельствует о разрушительной силе, которую может высвободить природа.

---

 

Измерители в DAW и усилителях

Децибеллометры, которые вы видите в своих DAW (цифровых аудио рабочих станциях) и усилителях, не предназначены для измерения уровней звукового давления. Звуковое давление следует измерять в самой атмосфере (или воздухе). Измерители дБ в электронном оборудовании (усилители, процессоры обработки сигналов) и в программном обеспечении для записи музыки имеют разные функции. Другими словами, dB SPL предназначен для измерения акустического сигнала, тогда как dBm, dBu, dBv, dBV — для измерения электрических сигналов. Давайте посмотрим на некоторые из шкал дБ.

 

дБм  

Единица дБм (децибел-милливатты) обозначает Абсолютный уровень мощности, измеренный в децибелах и отнесенный к 1 милливатт (мВт). Эта единица измерения была отраслевым стандартом в 1940-х годах. Когда устройство было впервые разработано, оно в основном использовалось для измерения телефонной линии с сопротивлением 600 Ом. Чтобы преобразовать абсолютную мощность «P» (ватты) в дБм, используйте следующую формулу: дБм = 10 log (P / 1 мВт) . Уровень мощности (P) соответствует 1 мВт. Многие из оборудования, используемого в мире аудио, не столько связаны с уровнями мощности, сколько очень чувствительны к уровням напряжения. Следовательно, мы обычно не видим эти индикаторы на ваших DAW, усилителях или микшерах.

 

dBu     Шкала

dBu используется для измерения входного и выходного уровней (по шкале децибел) для профессионального звукового оборудования (например, студийного микшера, усилителя). Это логарифмическое отношение двух напряжений (V к V0) при опорном напряжении V0 = 0,7746 В. Таким образом, 0 dBu = 0,7746 вольт. Формула для расчета dBu: dBu = 20 log (V1 / V0), где V0 = 0,7746 вольт. Другими словами, dBu = 20 log (V1 / 0,7746)

Почему в качестве эталонного значения было выбрано 0,7746 вольт? 92 = 0,6    ==>. V = √0,6 = 0,7746 вольт
Поскольку 0,7746 вольта было выбрано (или стандартизировано) давным-давно, мы до сих пор следуем ему.

Обратите внимание, напряжения не являются пиковыми значениями. Напряжение измеряется с использованием среднего квадратичного значения (также называемого среднеквадратичным значением, RMS). Следовательно, пиковое значение опорного напряжения V0 будет [ VP = VRMS × √2 ] = [ 0,7746 × √2 ] = 1,0954 (Только для информации)

Значение dBu было выбрано, чтобы избежать путаницы со стандартом dBm. Таким образом, для нагрузки 600 Ом как дБм, так и дБн будут иметь одинаковые показания. Раньше шкала отношения напряжений в dBu обозначалась как dBv (строчная буква v). Позже это было обозначено как dBu, чтобы избежать путаницы с dBV (заглавная буква V). Это означает, что dBu = dBv (поэтому мы используем dBu и dBV). Пример: максимальное выходное напряжение (RMS), которое может обеспечить ваш предусилитель, составляет, скажем, 7 вольт. Теперь E1 = 7 v & E0 = 0,7746 v
Максимальное усиление (отношение напряжения) вашего предусилителя будет 20 log (E1 / E0) = 20 log (7 / 0,7746) = 20 log 9,03 = 20 x 0,956 = +19 dBu

+4 dBu используется как опорный уровень линейного уровня, потому что 1,2277 вольт, традиционно (еще со времен ламп) , было идеальным напряжением по сравнению с пластинчатым шумом (уровень шума был умеренно высоким для многих ламп) , который имеет хорошее соотношение сигнал-шум соотношение, при этом имея достаточно запаса мощности, чтобы учесть пики. Линейный уровень — это указанная мощность аудиосигнала, используемого для передачи аналогового звука между аудиокомпонентами.

 

дБВ    

Шкала дБВ используется для измерения входного и выходного уровней (по шкале децибел) для потребительского аудиооборудования (или устройств с несимметричными входами, тогда как dBu используется для балансных входов).
дБВ указывает относительный уровень напряжения (логарифмический коэффициент напряжения) без импеданса и с эталонным напряжением V0 = 1,0000. (-0,5) = 0,3162 вольта
So, -10 dBV = 0.3162 Vrms
 

 

---

 

Negative dB meter in your DAW, Amplifier, Effect Processor

 

In order to explain why the dB meters show negative values ​​with 0 дБ как максимальное значение, нам нужно вернуться в аналоговый мир.
Перед этим давайте повторим dBu и dBV

Коэффициент напряжения	dBu	dBV
Reference Voltage	0.7746 Vrms	1 Vrms
Impedance	600 Ω	NO
Type	Balanced	Unbalanced
Main use	Professional Audio	Бытовая электроника
Номинальный рабочий уровень	+4 dBu = 1,2277 Vrms	-10 DBV = 0,316 VRMS
0 DBVU (0 VU METER)	0 VU = +4 DBU	0 VU = -10 DBV
Тип Connectors	TRS, XLR		тип	TRS, XLR		Тип. , RCA

 

Headroom

Каждое оборудование для обработки аналогового звука (усилитель, компрессор, процессор эффектов и т. д.) имеет следующие ограничения.

(1) Уровень шума   
На более тихом конце есть печально известный уровень шума. Обычно это непрерывное фоновое шипение, в котором сигналы могут растворяться до тех пор, пока они не станут неслышными. Минимальный уровень шума — это сумма всех источников шума (низкоуровневые фоновые шумы, которые улавливает микрофон + системный шум) в вашей системе. Вот почему ваш средний уровень сигнала должен быть на уровне или выше определенного значения. Если мощность вашего сигнала очень низкая, к сигналу добавляется много шумов.

(2) Отсечение   
На более громком конце существует абсолютное ограничение уровня сигнала, зависящее от напряжения питания электронного оборудования и активной схемы. В этот момент система больше не может поддерживать дальнейшее увеличение уровня сигнала, и результатом будет искажение. Это связано с тем, что уровень сигнала приближается к уровню напряжения питания в аналоговых системах. Диапазон от идеального уровня сигнала до момента клиппирования называется Headroom. Это отношение максимального количества неискаженного сигнала, которое может обрабатывать система, к среднему уровню, на который рассчитана система.

(3) Нелинейность  
Магнитофоны, старые схемы на электронных лампах, трансформаторы и т. д., как правило, лучше всего работают в своем нормальном диапазоне, но испытывают возрастающие искажения по мере того, как уровни превышают допустимый диапазон.

 

Предположим, вы записываете слишком тихо (средний уровень сигнала был очень низким). Во время микширования вы усиливаете записанный сигнал, чтобы получить стандартную громкость (по сравнению со стандартной громкостью). Когда вы включили свой микс, вы поняли, что вы также увеличиваете шум, который скрывался в шумовом пороге. В конце концов, при более высоком уровне громкости шум также слышен.
Теперь вы отменили весь микс и решили перезаписать с горячим сигналом (более высокий уровень входного сигнала). Вы увеличили усиление предусилителя. Теперь уровень вашей линии намного выше, и вы получаете хорошее соотношение сигнал/шум. Внезапно что-то случилось. В песне была самая громкая часть, и вокалист использовал всю свою энергию, чтобы спеть эту ноту. BAAAM, ваш входной сигнал теперь обрезан! очень жаль. Таким образом, с обеих сторон качество вашей записи не очень хорошее.

Не волнуйся! Правда в том, что есть сладкое место, где вы можете установить уровень линии. Этот уровень называется +4 dBu. Это значение было выбрано из многолетних наблюдений на различных регистрирующих системах. Когда ваш средний линейный уровень установлен на +4 dBu, вы получаете очень хороший динамический диапазон.

Динамический диапазон = Потолок искажения — Уровень шума

Примечание. Некоторая часть сигнала будет ниже +4 dBu, что нормально, а некоторые пики сигнала, вероятно, достигают +12 dBu, что тоже нормально. Средний сигнал должен быть на уровне +4 dBu. Это то, что делает запись «Высококачественной». Достигнув наилучшего звукового разрешения, вы сможете принять все правильные решения по микшированию, потому что сможете слышать мельчайшие детали.

Запас по высоте создает буферную зону для неожиданных транзиентов или громких звуков без риска клиппинга. Однако ни одна аналоговая измерительная система не отображает большую часть оставшегося запаса. Скорее, это «невидимая» безопасная зона, которую легко не заметить и принять как должное.
Большинство современных аналоговых процессоров имеют запас по уровню +20 dBu (линейный уровень +4 dBu, искажение +24 dBu). уровень +4 dBu (стандартный линейный уровень). Если вы можете подать сигнал +18 dBu через вашу систему без искажений, то у вас есть запас по уровню 14 dBu (18–4).

Максимальный неискаженный уровень большинства аудиоусилителей составляет +18 dBu (6,15 В среднеквадратичного значения), что означает запас по уровню +14 dBu (18–4). В некоторых странах максимальный уровень неискаженного звука составляет +24 dBu (12,28 В среднеквадратичного значения), запас по уровню +20 dBu (24–4)

Что произойдет, если вы нажмете ручку усиления над запасом по высоте? Этот сильно набранный уровень сигнала теперь больше, чем это конкретное устройство может выдержать из-за самого аппаратного ограничения и начинаются искажения сигнала. Однако в аналоговых устройствах отсечение не происходит мгновенно. Это постепенное искажение, когда вы выталкиваете сигнал выше уровня запаса. И выясняется, что эти аналоговые искажения создают приятные для человеческого слуха гармоники. Это называется насыщением. Если вы еще больше увеличите усиление (зависит от доступного запаса по перегрузке), сигнал действительно начнет обрезаться, и вы сможете это воспринять.

 

Более высокий запас означает более широкий динамический диапазон. Вот почему ваш вокал, акустическая гитара звучат намного лучше, когда они записываются и обрабатываются системами с более высоким запасом по мощности.

Для того, чтобы получить больше запаса мощности, некоторые ребята имеют привычку снижать средний уровень сигнала (уровень входного сигнала с микрофона, процессора и т.д.) ниже +4 dBu. Но чего они не понимают, так это того, что при этом также снижается отношение сигнал/шум.
Вы можете увидеть пример ниже. Сигнал 1 подается на стандартном линейном уровне (+4 dBu), а сигнал 2 — на уровне 0 dBu. Сигнал 2 имеет меньшее отношение сигнал/шум. Интересно, что динамический диапазон остается неизменным при увеличении или уменьшении линейного уровня (в приведенном ниже примере динамический диапазон составляет +84 дБн). Таким образом, увеличение запаса за счет снижения уровня сигнала не принесет никакой пользы, а только приведет к увеличению шума.

Помните, динамический диапазон = потолок искажений — минимальный уровень шума 

С другой стороны, некоторые ребята уменьшали запас, чтобы получить большее отношение сигнал/шум. Но в этом нет смысла, если отношение сигнал/шум источника значительно хуже, чем отношение сигнал/шум записывающей системы.

 

 

Таким образом, чтобы увеличить запас без влияния на отношение сигнал/шум, нам нужно увеличить сам динамический диапазон. Это можно сделать двумя способами.

(1) Снижение уровня шума
Запишите свой вокал и инструменты в звукоизолированной комнате, чтобы фоновый шум был меньше. Также присутствуют шумы электронных схем. Это зависит от самого конкретного оборудования. Более дешевые предусилители или микшеры обычно производят более высокие электронные шумы. (Теперь вы можете подумать, почему некоторые аналоговые устройства очень дороги и почему звук, записанный через эти устройства, звучит намного чище).

(2) Увеличение потолка искажения

 

Шкала dBVU и волюметр   

+4 dBu — оптимальное значение линейного уровня. Тем не менее, отображение +4 в качестве стандартного эталона на измерителе может привести к путанице. Это привело к стандартной единице dBVU (единица громкости в децибелах). В результате 0 дБВУ обычно определяли как критическую точку (или зону наилучшего восприятия) для аналогового аудиоустройства. Поэтому 0 дБВУ было выбрано как эквивалентное значение +4 дБн (для профессионального аудио) и -10 дБВ (бытовое аудио). Измеритель, который используется для измерения уровня dBVU, называется измерителем громкости. Это означает, что когда измерители громкости вашего аналогового усилителя показывают значение «0 VU», ваш уровень сигнала составляет +4 dBu.

Источник изображения: Википедия

Единица измерения громкости или волюметр — это вольтметр, который считывает среднее значение сигнала и отображает его с временем атаки и восстановления около 300 миллисекунд. Измеритель громкости показывает только среднеквадратичное значение и не может показывать пики. Продолжительность большинства транзиентов (например, бочки, малого барабана) короче 100 мс, и волюметр не может их зарегистрировать. Более медленное время атаки позволяет более быстрым переходным процессам снижаться, прежде чем он зарегистрирует сигнал и даст показания. Благодаря этим свойствам измеритель уровня громкости достаточно точен при измерении общего уровня вашего аудио. Первоначально он был создан как своего рода измеритель громкости, а не пиковый измеритель.

волюметры построены так, как человеческое ухо воспринимает звук. Когда вы устанавливаете измеритель громкости на консоль, вы наблюдаете за энергией и интенсивностью звука. Наши уши воспринимают среднюю громкость, чем пики. Большинство инструментов микширования, которые вы будете использовать, такие как компрессоры, эквалайзеры и т. д., основаны на старых моделях аналоговой эпохи. Это означает, что их сладкое пятно все еще существует.
Эта точка наилучшего восприятия составляет +4 dBu = 0 VU

VU Meters были систематизированы Американским акустическим обществом в 1942. Поскольку конструкция ЦТ достаточно проста, они были дешевы и легко внедрялись как в профессиональное, так и в бытовое аудиооборудование. Типичные измерители громкости обычно измеряют только верхние 23 дБ сигнала.

Все, что выше 0 VU (+4 dBu), является запасом. Большинство современных аналоговых устройств, предназначенных для работы с линейным уровнем +4 dBu, способны обеспечивать выходной уровень до +24 дБ. Таким образом, при 0 VU у вас есть запас в 20 дБ (24–4), чтобы убедиться, что сильные переходные процессы (пиковые значения) не искажают (например, бочка, сильный вокал и т. д.). VU Meters показывают уровни сигнала вокруг номинальном рабочем уровне (0 VU) и вообще не показывают запас по запасу. Но мы можем выяснить, что, когда сигналы усредняются около точки 0VU (+4 dBu), имеется около 20 дБ запаса для захвата пиков быстрых переходных процессов, которые измерительный прибор не может показать.

Примечание. Подключение устройства +4 dBu (профессиональное аудио) к бытовому аудиовходу может привести к опасной перегрузке, в то время как выход бытового устройства (полупрофессиональное аудиоустройство) может не иметь достаточной мощности для управления профессиональным аудиовходом. .

 

Измерители дБ полной шкалы (полная шкала в децибелах) 

Измеритель дБ в вашей DAW предназначен для измерения уровней цифрового звука. Он не предназначен для измерения уровня или интенсивности звукового давления. Уровни звука в цифровых системах измеряются в dBFS (децибелы относительно полной шкалы). Вот почему мы не видим измерителя dBFS в чисто аналоговой системе.

0 dBFS — максимально возможное значение выборки аналогового сигнала в цифровом оборудовании. Значит, нет такой вещи, как 1 dBFS или 2 dBFS. Некоторые DAW показывают положительные значения dBFS, чтобы сообщить, насколько сигнал был обрезан. Вам нужно соответственно опустить фейдер/ручку. Все другие измерения, выраженные в дБFS, всегда будут меньше 0 дБ. При 0 dBFS все двоичные цифры будут равны 1.

Например, предположим, что ваш аналого-цифровой преобразователь 3-разрядный (большинство аналого-цифровых преобразователей 16-разрядные или 24-разрядные) 93 значения (=8 значений). Это 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111
Наивысшая возможная выборка будет представлена ​​как 111, а наименьшая выборка будет представлена ​​как 000

 

Как правило, большинство аналого-цифровых преобразователей ( АЦП) имеет диапазон напряжения +/- 10 В (=20 В). Означает, что в цифровой шкале 0 дБ полной шкалы эквивалентно 20 В. Это представляется как 1 1 1 в двоичном формате. Если вы увеличите аналоговое напряжение выше 20 В, то больше не останется двоичных значений для представления этого сигнала в цифровой форме. Следовательно, происходит отсечение. 91) = 20 * LOG 2 = 6,02 дБ. Можно с уверенностью предположить, что динамический диапазон 1 бита составляет 6 дБ
Максимальный динамический диапазон 16-битного будет 16*6 = 96 дБ
Максимальный динамический диапазон 24-битного будет 24*6 = 144 дБ
Максимальный динамический диапазон 32-битного будет 32 * 6 = 192 дБ

Я использовал фразу «Максимальный» динамический диапазон. Это связано с тем, что в реальном мире почти невозможно достичь этого динамического диапазона из-за присутствующего уровня шума (если общее значение шума равно 0 дБ, тогда может быть достигнут максимальный динамический диапазон).

В современных аналоговых системах, где стандартный сигнал находится на уровне +4 dBu (0 VU), имеется достаточный запас (+20 дБ) до появления искажений.
В цифровых системах 0 dBFS является максимальным значением. Цифровой индикатор масштабируется вниз от точки отсечения на уровне 0 дБ полной шкалы, поэтому измерение имеет тенденцию показывать весь запас по запасу. Верхние 18 дБ / 20 дБ цифровой шкалы показывают запас по запасу, который обычно невидим на измерителях аналоговых систем (все, что выше 0 VU). Из-за этого многие люди предполагают, что они «недостаточно записывают» в цифровых системах, если они не видят свой средний сигнал около 0 дБ полной шкалы, хотя на самом деле они перезаписывают и подвергаются гораздо большему риску клиппинга. Из-за этой головоломки необходимо было иметь стандартный линейный уровень для цифровой системы, чтобы было достаточно запаса до того, как произойдет отсечение цифрового аудио. Поэтому профессионалы начали работать в обратном порядке (от 0 до отрицательных значений), чтобы найти номинальный уровень линии. Первоначально было замечено, что это -20 дБ полной шкалы, что означает, что когда измеритель громкости находится на 0, эквивалентная цифровая шкала должна показывать -20 дБ полной шкалы.
Однако было замечено (из разных записей за несколько лет), что запас +20 дБ — это довольно много, и если номинальная запись установлена ​​на -20 дБ полной шкалы, общая громкость микса будет меньше.
Вот почему многие профессионалы цифровой звукозаписи калибруют свои записывающие системы (DAW) на -18 дБ ниже 0 дБ полной шкалы. Точную калибровку см. в руководстве по DAW (в некоторых DAW это может быть -20 дБFS, откалиброванное как 0 VU)
При уровне записи -18 дБFS крайне мала вероятность того, что переходные пики достигнут уровня 0 дБFS.

Уровень аналоговой линии против 16-битной цифровой линии уровня

Аналоговая линия уровня против 24-битной цифровой линии