Виброускорение, виброскорость и виброперемещение. В чём измеряют вибрацию?
В чём измеряют вибрацию?
Для количественного описания вибрации вращающегося оборудования и в диагностических целях используют виброускорение, виброскорость и виброперемещение.
Виброускорение
Виброускорение – это значение вибрации, прямо связанное с силой, вызвавшей вибрацию. Виброускорение характеризует то силовое динамическое взаимодействие элементов внутри агрегата, которое вызвало данную вибрацию. Обычно отображается амплитудой (Пик, Peak) — максимальное по модулю значение ускорения в сигнале. Применение виброускорения теоретически идеально, т. к. пъезодатчик (акселерометр) измеряет именно ускорение и его не нужно специально преобразовывать. Недостатком является то, что для него нет практических разработок по нормам и пороговым уровням, нет общепринятого физического и спектрального толкования особенностей проявления виброускорения. Успешно применяется при диагностике дефектов, имеющих ударную природу — в подшипниках качения, редукторах.
Например, 140 дБ = уровень 10 м/с2 = 1 G
Виброскорость
Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки оборудования во время её прецессии вдоль оси измерения.
В практике измеряется обычно не максимальное значение виброскорости, а ее среднеквадратичное значение, СКЗ (RMS). Физическая суть параметра СКЗ виброскорости состоит в равенстве энергетического воздействия на опоры машины реального вибросигнала и фиктивного постоянного, численно равного по величине СКЗ. Использование значения СКЗ обусловлено ещё и тем, что раньше измерения вибрации велись стрелочными приборами, а они все по принципу действия являются интегрирующими, и показывают именно среднеквадратичное значение переменного сигнала.
Из двух широко применяемых на практике представлений вибросигналов (виброскорость и виброперемещение) предпочтительнее использование виброскорости, так как это параметр, сразу учитывающий и перемещение контролируемой точки и энергетическое воздействие на опоры от сил, вызвавших вибрацию.
Информативность виброперемещения может сравниться с информативностью виброскорости только при условии, когда дополнительно, кроме размаха колебаний, будут учтены частоты, как всего колебания, так и его отдельных составляющих. На практике сделать это весьма проблематично.
Для измерения СКЗ виброскорости используются самые простые приборы – виброметры. В более сложных приборах (виброанализаторах) также всегда присутствует режим виброметра.
Виброскорость измеряется в:
- миллиметрах на секунду [мм/сек]
- дюймов в секунду [in/s]: 1 in/s = 25,4 мм/сек
- децибелах, должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то, согласно ГОСТ 25275-82, берётся значение 5 * 10-5 мм/сек (По международному стандарту ISO 1683:2015 и ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009 за 0 dB берётся 10-6 мм/сек)
Как перевести виброскорость в дБ ?
Для стандартного уровня 0 дБ = 5 * 10-5
VdB = 20 * lg10(V) + 86
VdB – виброскорость в децибелах
lg10 – десятичный логарифм (логарифм по основанию 10)
V – виброскорость в мм/с
86 дБ – уровень 1 мм/с
Ниже приведены значечения виброскорости в дБ для стандартного ряда норм вибрации.
Видно, что разница между соседними значениями – 4 дБ. Это соответствует разнице в 1,58 раза.
| мм/с | дБ |
| 45 | 119 |
| 28 | 115 |
| 18 | 111 |
| 11,2 | 107 |
| 7,1 | 103 |
| 4,5 | 99 |
| 2,8 | 95 |
| 1,8 | 91 |
| 1,12 | 87 |
| 0,71 | 83 |
Виброперемещение
Виброперемещение (вибросмещение, смещение) показывает максимальные границы перемещения контролируемой точки в процессе вибрации.
Виброперемещение измеряется в линейных единицах:
- в микрометрах [мкм]
- в миллиметрах [мм]: 1 мм = 1000 мкм
- в милсах, миллидюймах [mils]: 1000 mils = 1 дюйм, 1 mil = 25,4 мкм, 1000 mils = 25,4 мм
Видео от Сергея Бойкина
Автор: Андрей Щекалев
Не хватает информации ?
Напишите мне свой вопрос, я отвечу Вам и дополню статью полезной информацией.
Перевод дБм в дБ (dBm в dB), взаимозависимость между мощностью и затуханием
Оптическая мощность, или мощность оптического излучения – это основополагающий параметр оптического сигнала.
Он может быть выражен в привычных нам единицах измерения – Ватт (Вт), милливатт (мВт), микроватт (мкВт). А также логарифмических единицах – дБм.
Затухание оптического сигнала (А) – величина, которая показывает во сколько раз мощность сигнала на выходе линии связи (P вых) меньше мощности сигнала на входе этой линии (Pвх). Затухание выражается в дБ (дециБелл) и может быть определено по следующей формуле:
Рисунок 1 – формула расчета оптического затухания в случае если оптическая мощность выражена в Вт
Немного непривычно, не так ли? Логарифмические линейки и таблицы – уходят в прошлое, по крайней мере для молодых монтажников их давно уже заменил калькулятор. И даже с учетом использования калькулятора – такая формула не сильно удобна. Поэтому, для упрощения расчетов было принято решение перевести единицы измерения мощности в логарифмический формат и таким образом избавиться от логарифмов в формуле:
Рисунок 2 – пересчет мощности из мВт в дБм
Для перевода дБм в Вт и наоборот можно пользоваться также таблицей:
| дБм | Милливат |
| 0 | 1,0 |
| 1 | 1,3 |
| 2 | 1,6 |
| 3 | 2,0 |
| 4 | 2,5 |
| 5 | 3,2 |
| 6 | 4 |
| 7 | 5 |
| 8 | 6 |
| 9 | 8 |
| 10 | 10 |
| 11 | 13 |
| 12 | 16 |
| 13 | 20 |
| 14 | 25 |
| 15 | 32 |
В результате пересчета, формула вычисления оптического затухания (рис 1) превращается в:
Рисунок 3 – перевод дБм в дБ (dBm в dB), взаимозависимость между мощностью и затуханием
Учитывая тот факт, что все известные автору измерители оптической мощности в качестве основной единицы измерения используют дБм, то используя формулу на рис 3 инженер может определить уровень затухания даже в уме.
В этом случае, измерение затухания оптической линии значительно упрощается, что продемонстрировано на следующем видео.
Измерение затухания оптической линииЗачастую измерянного значения затухания в дБ – достаточно. Однако для того, чтобы представить во сколько раз уменьшился входной сигнал, можно воспользоваться формулой:
m = 10
(n / 10)где m – отношение в разах, n – отношение в децибелах
можно также пользоваться следующей таблицей:
| дБ | Раз | дБ | Раз | дБ | Раз |
| 0 | 1,000 | 0,9 | 1,109 | 9 | 2,82 |
| 0,1 | 1,012 | 1 | 1,122 | 10 | 3,16 |
| 0,2 | 1,023 | 2 | 1,26 | 11 | 3,55 |
| 0,3 | 1,035 | 3 | 1,41 | 12 | 3,98 |
| 0,4 | 1,047 | 4 | 1,58 | 13 | 4,47 |
| 0,5 | 1,059 | 5 | 1,78 | 14 | 5,01 |
| 0,6 | 1,072 | 6 | 2,00 | 15 | 5,62 |
| 0,7 | 1,084 | 7 | 2,24 | 16 | 6,31 |
| 0,8 | 1,096 | 8 | 2,51 | 17 | 7,08 |
Почему «ламповые ватты» звучат громче «транзисторных ватт» — harmansound.
ruСначала мы разберемся, так сказать, с азами, а именно зависимостью мощности усилителя, чувствительности динамика и, естественно, громкости.
А вторым номером,, для любознательных пацанов, посмотрим почему «ламповые ватты» звучат громче «транзисторных ватт». Т.е. почему при прочих равных характеристиках ламповый усилитель звучит громче транзисторного.
Мощность + чувствительность = громкость
Да, формула видится именно такой.
Для начала давайте разберемся с понятиями. Что же такое мощность?
Формально, как известно тем, у кого образование несколько выше трех классов и коридора церковно приходской школы, мощность – это мера работы в единицу времени. И зовется сия физическая величина – Ватт. В честь авторитетного товарища Джеймса Ватта (Уатт), жившего в 19-м веке в Шотландии. А авторитет и признание пришли к любознательному пареньку Ватту после того, как он изобрел (а точнее усовершенствовал) паровую машину.
Теперь разберемся с громкостью.
Громкость – это субъективное (sic!) восприятие силы звука, которое, в основном, зависит от звукового давления и частоты звука, а так же от многих и многих параметров, вплоть до того с какой ноги встал субъект воспринимающий звук.
А вот уровень громкости – это относительная величина, численно равная звуковому давлению, создаваемому синусоидой с частотой 1кГц, такой же громкости, как и измеряемый звук.
Уровень громкости измеряется в фонах, а звуковое давление — в децибелах.
Последние нас и будут интересовать.
Строго говоря, децибел – величина безразмерная и относительная, предназначенная для измерения отношения всяких «энергетических» величин (мощности, энергии, плотности потока мощности и т. п.). Т.е. дБ предназначены для измерения «соотношения уровней» величин. А величина в дБ — это 10 десятичных логарифмов отношения двух одноименных энергетических величин.
Само название величины децибел восходит к еще одному авторитетному товарищу – Грэму Беллу, изобретателю телефона. А деци – это приставка, означающая 1/10.
В общем, огрубив и приблизив (физики это любят ;)), можно сказать, что громкость характеризуется децибелами по мощности (дБ).
После вышесказанного, не надо быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что если у нас есть два усилителя: 50 Ватт и 100 Ватт, то по громкости они отличаются не в два раза.
Отношения мощностей в 2 раза, говорит нам о том, что по громкости усилители отличаются всего на 3 Дб (хотя, опять-таки не совсем так, см. «огрубим и приблизим»). Как переводить разы в децибелы смотрим в Wiki или учебнике по физике.
Кто не хочет париться и понимать, просто запоминаем: громкость и мощность связаны не линейно.
Теперь немного усложним. Добавим второе слагаемое из формулы – чувствительность динамика.
Чувствительность громкоговорителя – это звуковое давление, которое создает громкоговоритель при подаче на него сигнала с определенной энергетической мощностью.
Именно от чувствительности динамика к подводимой к нему мощности зависит звуковое давление, которое мы ощущаем своими барабанными перепонками. Ну, и становится понятно, как же мы «огрубив и приблизив» связали мощность с громкостью.
Простой пример. У первого динамика чувствительность 90 Дб, а у второго 93 Дб. Если вспомнить наши рассуждения про мощность, то легко понять, что первый будет звучать так же громко, как второй, если подвести к нему в 2 раза большую мощность, чем ко второму.
Иными словами, при 100 ваттном усилителе 90 Дб динамик будет звучать так же громко, как второй 93 Дб динамик при подключении к нему 50 Ватт.
Еще не отпала охота гоняться за ваттами? 😉
Конечно, мощность усилителя или комбика позволяет нам косвенно (sic!) судить о громкости, но и только.
Теперь усложним задачку и поговорим, почему же ламповый комбик звучит субъективно громче, чем транзисторный?
Вся правда о «ламповых ваттах»!
А дело тут вот в чем. Ламповый усилитель компрессует сигнал, отчего он кажется громче. Плюс ко всему, если ламповому усилителю не хватает мощности для передачи пика сигнала (атака, обычно это фронт), то он искажает его, компрессуя по амплитуде. Причем искажает не абы как, а красиво. И слушать эти искажения приятно. Так же, при компрессии и усилении лампа обогащает частотный спектр сигнала четными гармониками, которые приятны на слух.
А транзистор?
Он не имеет обыкновения компрессовать сигнал. От того, кстати, большие амплитуды (пики сигнала) при атаке им жестко обрезаются и искажаются. Мало того, что обрезаются (а в лампе компрессуются и весь сигнал проходит), так еще и искажаются! Но, в отличие, от лампы совсем некрасиво и неприятно звучащее, т.к. насыщает звук диссонирующими нечетными гармониками.
Такая вот, эквилибристика.
Именно поэтому транзисторные аппараты стараются сделать с большим запасом по мощности, для того, чтобы не происходило перегрузок. Т.е. если на комбике написано 50 Ватт, то в обычном режиме он играет дай Бог на 25, и использует свой полный потенциал только при перегрузках.
В ламповых же аппаратах такой запас мощности ни к чему, т.к. именно перегруз и компрессия лампового усилителя – это именно тот «труЪ-ламповый» звук. Потому-то 25 ваттный ламповый аппарат может звучать громче 50 ваттного транзисторного комбика.
Такая вот суровая правда…
Резюмируя все вышесказанное, можно сказать, что при определении громкости звучания комбика нужно руководствоваться основными тремя факторами:
1. Лампа или транзистор;
2. Чувствительность динамика;
3. Мощность.
Выходная мощность дбм что это
Всем привет! Сегодня мы пообщаемся о мощности передатчика WiFi роутера. Зачастую при выборе маршрутизатора производители могут писать два значения: mW и dBm. Причем 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.
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.
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 МГц. 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 так же.
Коэффициент усиления антенны
КУА не измеряется в мощности, так как не может потреблять электроэнергию, но в качестве параметра используется dBi. Но при этом, как ни странно, КУ можно увеличить, за счет уменьшения 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.
Иногда нужно определить мощность передатчика не в dBm а в милливаттах. Чтобы быстрее преобразовать можно использовать данную таблицу:
| dBm | мW |
| 1 | |
| 1 | 1,3 |
| 2 | 1,6 |
| 3 | 2 |
| 4 | 2,5 |
| 5 | 3,2 |
| 6 | 4 |
| 7 | 5 |
| 8 | 6 |
| 9 | 8 |
| 10 | 10 |
| 11 | 13 |
| 12 | 16 |
| 13 | 20 |
| 14 | 25 |
| 15 | 32 |
| 16 | 40 |
| 17 | 50 |
| 18 | 63 |
| 19 | 79 |
| 20 | 100 |
| 21 | 126 |
| 22 | 158 |
| 23 | 200 |
| 24 | 250 |
| 25 | 316 |
| 26 | 398 |
| 27 | 500 |
| 28 | 630 |
| 29 | 800 |
| 30 | 1000 |
Для начинающих несколько слов о непонятных для многих единицах измерения принятых в антенной технике и радиотехнике высоких частот.
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.
Например, если уровень сигнала возрос в 1000 раз по мощности, 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.
dBm (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 тоже можно измерять в dBm. Например мощность Wi Fi роутера в 100 мВт равна 20 dbm.
dBi (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, 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. Принципиальной разницы между dBi и dBd нет – усиление в dBi = усилению в dBd + 2.15 dB . В старых радиолюбительских книжках и журналах усиление антенн измеряют просто в децибелах. В этом случае чаще всего имеется ввиду усиление относительно полуволнового вибратора, т.е. оно эквивалентно dBd. Измерение относительно изотропного излучателя изначально использовалось только в США, но в последнее время распространилось во всем мире, поэтому во избежании путаницы сейчас, если речь идет об усилении антенны, правилом хорошего тона считается использование децибела с суффиксом – dBi или dBd.
В принципе за «нулевой уровень» можно принять любую величину. Так на свет появляются такие звери как «дБмкВ» (напряжение – отношение к одному микровольту), «дБВт» (мощность – отношение к одному ватту). В акустике за нулевой уровень звука принято звуковое давление 2·10 -5 Па – порог слышимости. При этом там не стали заморачиваться с довеском к «дБ», а прямо так и измеряют уровень звука в децибелах. Так сложилось исторически, потому что децибелы впервые применялись именно в области акустики. Но надо иметь ввиду – это как бы не «чистые» относительные децибелы, а «звуковые» – абсолютные. Например, шум реактивного самолета с расстояния 25 м равен 140 дБ, а 0 дБ – это порог слышимости. Часто можно встретить единицу под именем dBA. Она специально придумана для измерений интенсивности шумов. Величина дБА – уровень звукового давления, измеренный в «звуковых» децибелах при помощи шумомера, содержащего корректирующую цепочку, имитирующую чувствительность человеческого уха, что дает возможность получать отсчеты более соответствующие реальной слышимости шума.
Вообще, люди начали использовать децибелы для измерения различных вещей не просто так. Еще в XIX веке психофизиологами Эрнстом Вебером и Густавом Фехнером было установлено, что “сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S”. Это относится к звуку, освещенности, тактильным ощущениям.
В технике проводной связи используют другую единицу – Непер. Неперы определяются не через десятичный, а через натуральный логарифм. Может это и правильнее, ведь многие законы природы основаны на числе Эйлера, которое является основанием натурального логарифма. Но все-таки мы 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 на входе 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.
Децибел. Что за странный пассажир? Ладно бы дебил, или, на худой конец, имбецил, так ведь нет – децибел, мать его.
Выпили по децелу, закусили, понимания не прибавило, ещё по сто, уже лучше – начали генерить мыслю.
И на кой хрен нам в батарее разводить мудрёные величины, да ещё (не при бабах будет сказано), численно равные десятичному логарифму безразмерного отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную, умноженному на десять?
Всё равно – как отмеряли потери сигнала в линиях километрами стандартного кабеля, так и будем отмерять.
Ответ не сложен – для удобства мировосприятия.
Природа наша такова, что воздействие на органы чувств многих физических и биологических процессов пропорционально не амплитуде входного воздействия, а логарифму входного воздействия. Поэтому и созерцать отображения больших диапазонов изменяющихся величин удобнее всего в логарифмическом масштабе.
Итак, децибелы – это соотношение двух величин, выраженное в логарифмическом масштабе. При этом отношение токов и напряжений имеет коэффициент 20, а отношение мощностей – коэффициент 10.
Для напряжений формула приобретает вид , а для мощностей – .
Если в лесах Чухломы у нас затерялось какое-либо электронное устройство, то в качестве отношения напряжений (либо токов, либо мощностей) принимается отношение выходной величины к входной, и это отношение называется коэффициентом передачи, или коэффициентом преобразования данного устройства.
Пока хватит, нарисуем таблицу.
ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА ОТНОШЕНИЙ ВЕЛИЧИН В ДЕЦИБЕЛЛЫ
Коэффициент передачи, выраженный в децибелах, может иметь знак плюс или минус в зависимости от соотношения величин на выходе и входе (если выходная величина больше входной – плюс, если меньше – минус).
А ТЕПЕРЬ НАОБОРОТ, ДЕЦИБЕЛЛЫ В ОТНОШЕНИЯ
В случае включения по каскадной схеме (последовательно, друг за другом) нескольких устройств – общий коэффициент передачи в децибельном выражении вычисляется простым сложением значений Кпер.(дБ) каждого из устройств.
А теперь переведём логарифмическую меру мощности, измеряемую в дБм (dBm – децибел на милливатт) в мощность устройства, измеряемую в привычных нашему организму ваттах.
Формула выглядит так: . Для чего нам сдался этот дБм?
На всякий пожарный – некоторые производители указывают именно этот параметр, характеризуя богатырскую мощь своих изделий.
ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА ДБМ В ВАТТЫ
Так ведь мало того, что мощность усилителей надумали измерять в дБм, посягнули и на святое – на чувствительность приёмной аппаратуры. Чувствительность стали определять как отношение мощности на входе приёмника к уровню мощности 1 мВт и также выражать в логарифмическом масштабе в дБм.
Куда деваться бедному крестьянину? Придётся привести таблицу и для этого бесчинства.
ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА ДБМ В МИКРОВОЛЬТЫ
А ещё, иногда бывает полезно знать, каким должен быть размах выходного напряжения на нагрузке, для получения заданного параметра мощности. Некоторые при расчёте выходной мощности пользуются простой формулой , подставляя вместо Uд – пиковое значение (амплитудное значение, равное максимальной амплитуде полуволны выходного сигнала). Это не правильно, вернее правильно только для сигналов прямоугольной формы. Для синусоидальных, для получения точного результата надо подставлять действующее значение напряжения – .
Лучше понять, что такое амплитудное значение, и как найти действующее для различных форм сигналов можно на странице ссылка на страницу.
ЗАВИСИМОСТЬ АМПЛИТУДЫ НАПРЯЖЕНИЯ ОТ МОЩНОСТИ
ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ ОТ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Измеряем параметры усилителей с помощью анализатора спектра и генератора сигналов
Такие свойства усилителей, как потребляемый ток, АЧХ и входной / выходной импеданс достаточно легко измерить. Нас также может интересовать, что будет с усилителем при работе с высоким КСВ. Как это проверить, тоже понятно. Однако есть и другие, не менее важные, параметры. В частности, это коэффициент шума, нелинейные искажения, компрессия усиления и интермодуляционные искажения. Сегодня мы разберемся, что означают все эти параметры и как их определить для данного усилителя.
Идеальный усилитель имеет на выходе точную копию входного сигнала, только большей амплитуды. Реальные усилители так не работают. Названные выше параметры говорят нам о том, насколько усилитель отличается от идеала. Измерять будем усилитель, ранее описанный в заметке Высокочастотные усилители с обратной связью.
Коэффициент шума
Любой усилитель добавляет к сигналу шум, которого раньше в сигнале не было. Причина заключается в тепловом шуме компонентов усилителя. Величина, определяющая, как много шума добавляет усилитель, называется коэффициент шума (noise figure). Есть несколько способов измерения коэффициента шума. Наиболее популярным является Y-factor method, которым мы и воспользуемся.
Нам понадобится хороший генератор белого шума. То есть, АЧХ шума должна быть очень гладкой в широкой полосе частот. Сделанный нами ранее генератор такой АЧХ не обладает и потому не подходит. Rigol DG4162 генерирует хороший белый шум на частотах до ~150 МГц, поэтому подходит для задачи. Также нам понадобится анализатор спектра. Для получения точных результатов даем ему время прогреться и выполняем калибровку.
Первым делом необходимо определить excess noise ratio (ENR) нашего источника шума. ENR — это уровень шума источника относительно уровня теплового шума. Уровень теплового шума может быть вычислен по формуле:
Pn [dBm] = -174 + 10*log10(B)
… где B — это полоса приемника. Так для полосы 10 кГц получаем -134 dBm.
В анализаторе спектра ставим Center Frequency 14 МГц, Span 100 кГц, RBW 10 кГц. Важно, чтобы RBW был таким же, как выбранная ранее полоса приемника. Для увеличения динамического диапазона выключаем встроенный аттенюатор и включаем предусилитель. Используем Power Avg трейс с Avg Times равным 64. В генераторе выбираем амплитуду шума, например, -60 dBm. На анализаторе спектра видим трейс с уровнем -102 dBm. Отсюда ENR равен 134−102 = 32 dBm.
Переключаем трейс в режим Clear Write. Отключаем генератор шума и подключаем усилитель. Ко входу усилителя пока ничего не подключаем. Подаем на усилитель питание. Должны увидеть, что уровень шума на анализаторе спектра вырос. Если это не так, то мы измеряем коэффициент шума анализатора спектра, а не усилителя! Чтобы метод работал, требуется анализатор спектра или приемник с чувствительностью по крайней мере -134 dBm (для полосы 10 кГц) + усиление DUT на 14 МГц. Последнее составляет ~17 dB, поэтому чувствительность нужна не менее -117 dBm. При использованных настройках Rigol DSA815-TG показывает уровень шума -123 dBm, поэтому условие выполняется.
Теперь делается два измерения в режиме Power Avg — уровень шума на анализаторе спектра, когда к усилителю ничего не подключено, и когда подключен генератор шума. Получаем -113.4 dBm и -84.3 dBm соответственно. Отсюда мы можем вычислить коэффициент шума:
>>> ENR = pow(10, 32/10)
>>> Y = pow(10, (113.4-84.3)/10)
>>> NF = 10*log10(ENR/(Y-1))
>>> NF
2.9053462787388367
Коэффициент шума зависит от частоты. Так на частоте 21 МГц этот же генератор имеет коэффициент шума 1.9 dB. Также результат будет разным в зависимости от температуры в помещении — тепловой шум, как ни странно, зависит от температуры. Стандартной температурой для измерения коэффициента шума является 290°K или 16.85°C. Впрочем, в радиолюбительском деле такая точность обычно не требуется. Любая температура в комнате от 16°C до 27°C сгодится, лишь бы она не сильно менялась в процессе измерений.
Если нет подходящего генератора шума, то коэффициент шума может быть примерно измерен, как уровень шума, который мы видим от усилителя, к которому ничего не подключено (-113.4 dBm), минус уровень теплового шума (-134 dBm) минус усиление на данной частоте (16.7 dB). Для частоты 14 МГц получаем 3.9 dB. Значение больше полученного ранее, потому что на самом деле мы измерили коэффициент шума усилителя вместе с коэффициентом шума анализатора спектра. В качестве упражнения предлагаю вам вычислить последний. Будьте внимательны — децибелы нужно будет перевести в разы, а потом обратно.
Компрессия усиления
Реальные усилители, в отличие от идеальных, имеют ограничение на допустимый уровень входного сигнала. Постепенно увеличивая входной сигнал, мы заметим, что с определенного уровня усиление начинает падать. Это называется компрессия усиления, или сжатие усиления (gain compression). Уровень выходного сигнала, при котором усиление уменьшается на 1 dB, называется точкой компрессии (1 dB compression point, P1db). Иногда различают точки компрессии по входу и по выходу.
Изучим поведение нашего усилителя на частоте 14 МГц:
In [dBm] Out [dBm] Gain [dB]
-40.0 -23.3 16.7
-30.0 -13.3 16.7
-20.0 -3.3 16.7
-10.0 6.7 16.7
-9.0 7.7 16.7
-8.0 8.6 16.6
-7.0 9.6 16.6
-6.0 10.5 16.5
-5.0 11.4 16.4
-4.0 12.3 16.3
-3.0 13.1 16.1
-2.0 13.8 15.8
-1.9 13.8 15.7
-1.8 13.9 15.7
-1.7 14.0 15.7
-1.6 14.0 15.6
-1.5 14.1 15.6
Здесь точка компрессии пришлась примерно на 13.9 dBm. Соответственно, точка компрессии по входу попала на -1.8 dBm. В общем случае точка компрессии является функцией от частоты. Она также может зависеть от напряжения питания и других параметров.
Нелинейные искажения
Помимо усиленной копии входного сигнала любой усилитель выдает и гармоники этого сигнала. Это называется нелинейными искажениями (harmonic distortion).
Допустим, мы подаем на усилитель сигнал с частотой 14 МГц и уровнем -10 dBm. Вот, что покажет анализатор спектра:
Уровень гармоник обычно измеряется относительно уровня основного сигнала (decibels relative to the carrier, dBc). Например, здесь вторая гармоника имеет уровень −22.43 − 6.68 = −29.11 dBc.
Нелинейные искажения также можно описать при помощи коэффициента нелинейный искажений (total harmonic distortion). THD может быть вычислен по формуле:
Для нашего случая:
>>> from math import sqrt
>>> F1 = 6.68
>>> F2 = -22.43
>>> F3 = -36.85
>>> F4 = -72.54
>>> F5 = -70.59
>>> S = 0
>>> S += pow(10, (F2-F1)/10)
>>> S += pow(10, (F3-F1)/10)
>>> S += pow(10, (F4-F1)/10)
>>> S += pow(10, (F5-F1)/10)
>>> sqrt(S)*100
3.5662737036042875
… имеем THD 3.6%. Если анализатор спектра показывает много гармоник, то для вычисления THD можно взять первые 5-7 штук. Более высокие гармоники обычно имеют небольшой вклад в окончательное значение THD. Как несложно догадаться, можно получить разный THD в зависимости от частоты входного сигнала и его уровня.
Интермодуляционные искажения
Интермодуляционные искажения, ИМИ (intermodulation distortion, IMD) уже знакомы нам по статье Подключаем FT-891 к осциллографу и анализатору спектра. Напомню, в чем суть. Когда вы подаете два сигнала («тона») с частотами f1 и f2 на вход идеального усилителя, то на выходе получаете два усиленных сигнала, и больше ничего. Однако с реальным усилителем вы получете и сигналы, которых на входе не было. Это интермодуляционные продукты.
Обычно рассматривают продукты третьего порядка, которые приходятся на частоты 2*f1−f2 и 2*f2−f1, а также продукты второго порядка, которые приходятся на f1+f2 и f1−f2. Притом, наибольший интерес представляют продукты третьего порядка. Дело в том, что они находятся близко к f1 и f2, и потому их не представляется возможным отфильтровать. Продукты второго порядка отфильтровать обычно можно.
Для получения двух тонов воспользуемся генератором сигналов, а также КСВ-мостом в режиме сумматора 6 дБ. Само собой разумеется, сумматор 3 дБ справится с задачей ничем не хуже. Просто КСВ-мост постоянно лежит у меня под рукой в коробке с BNC-адаптерами, а за сумматором нужно вставать из-за стола. Поэтому мне удобнее использовать КСВ-мост по его второму назначению.
Сгенерируем два тона с уровнем -9 dBm на частотах 14.0 МГц и 14.2 МГц. Выходит, что уровень каждого тона на входе усилителя будет -15 dBm минус вносимые потери сумматора, минус потери в кабелях. Абсолютные значения нам знать не нужно. Главное, чтобы не было компрессии усиления. Подаем два тона на усилитель и на анализаторе спектра видим следующее:
Продукты интермодуляции приходятся на частоты 13.8 и 14.4 МГц, как и ожидалось. Можно также проверить характерное поведение продуктов третьего порядка. Увеличение входного сигнала на 1 dB должно увеличивать уровень продуктов на 3 dB.
Интермодуляционные искажения характеризуются с помощью величины, называемой точкой пересечения третьего порядка (third-order intercept point), она же TOI или IP3. Эта величина может быть вычислена из выражения:
… или:
… где Pout — это уровень тонов на выходе усилителя, а IMDR означает IMD ratio, разница в dB между уровнем тонов и уровнем продуктов интермодуляции. Для нашего случая:
>>> Pout = 1.5
>>> IMDR = Pout-(-43)
>>> IP3 = IMDR/2 + Pout
>>> IP3
23.75
Точка пересечения третьего порядка пришлась на 23.75 dBm. Из приведенных выше формул мы сразу понимаем практическую ценность IP3. Если мы знаем IP3 и уровень выходного (или входного) сигнала, то автоматически знаем и IMDR. Иногда различают точку пересечения третьего порядка по входу (IIP3) и по выходу (OIP3). Они различаются на усиление DUT.
Может возникнуть закономерный вопрос — почему точка пересечения третьего порядка называется «точкой»? Это становится понятно, если посмотреть на следующий график:
Здесь синий график — это уровень выходного сигнала в зависимости от уровня входного. P1db показывает, где на этом графике находится точка компрессии. Если бы не было компрессии усиления, график был бы прямой линией, как изображено синим пунктиром.
Красный график — это уровень интермодуляционных продуктов третьего порядка в зависимости от уровня входного сигнала. Красный график более крутой, чем синий пунктирный график, а значит они где-то пересекутся. Эта точка и есть точка пересечения третьего порядка. Другими словами, это такая точка, где уровень полезного сигнала поравнялся бы с интермодуляционными продуктами, если бы не было компрессии усиления.
Стоит сказать, что формализм IP3 используется для усилителей класса А. Усилители класса AB и B характеризуются IMD при заданном уровне выходного сигнала. IP2 определяется для продуктов второго порядка по тому же принципу, что и IP3.
Заключение
Теперь мы знаем, что означают страшные буквы вроде NF, P1db и IP3 в даташитах на усилители. В качестве домашнего задания предлагаю открыть даташит на Mini-Circuits ZX60-43-S+ [PDF] и попытаться понять, что означают приведенные в нем графики. Если у вас есть необходимое оборудование, попробуйте спаять усилитель и измерить его параметры. Или изучите готовый усилитель. Сравните измеренные параметры с приведенными в даташите, если он доступен.
Написанное выше справедливо не только в отношении усилителей. Например, можно взять диодный кольцевой смеситель, зафиксировать LO на уровне 7 dBm, и измерить IP3.
Метки: Беспроводная связь, Любительское радио, Электроника.
перевести децибелы в разы — 2 рекомендаций на Babyblog.ru
Те, кто в курсе про скитания моего дедушки по больницам-фрагменты сегодняшнего вечера. Позвонил умиравший 3 дня наза дед и потребовал его забрать под угрозой самовыхода в тапочках и без куртки. Приехали к нему грозной делегацией в следующем составе — Я. Дася, мама и тяжелая артиллерия — бабушка. Меня и дочу оставили в танке (то бишь машине) охранять пути отхода с тыла. Через полчаса безрезультатной обработки стойкого дедушки, мне была поставлена задача проникнуть на территорию гестапо (больницы) за шлагбаум. Приветливые охранники на КПП пустили меня подозрительно быстро, с улыбкой и БЕСПЛАТНО. В наивном ах*е я подъехала к приемному отделению. И поняла-это была ЗАПАДНЯ. 5 минут я мирно лавировала на пятачке между приезжающими скорыми, ни разу не была оббибикана и обругана. Любовалась кучей выбегающих врачей/медсестер покурить-они из пульмонологии, что очень любопытно. На их глазах люди сотнями от курева помирают или инвалидность получают, первый вопрос при приеме-курите?, но они стоят и выдыхают по кусочкам свое здоровье… Парадокс…
И тут мое окно содрогнулось под мощными ударами *удака какого-то. Повернув голову, я уперлась взглядом в хорька-сапиенса. Хотя, не очень сапиенса, кажется. В общем, эта здоровая морда сначала наорала на потупивших взгляд маму с бабушкой и решила перейти на жертву покрупнее, меня, то бишь, сказав — «это ваша внучка?ну щас я ей устрою» …Но как-то не повезло сему оплывшему жиром идиоту — у меня 2 дня выдались очень нервных, напряженных, поэтому я плотоядно посмотрела на посланный мне судьбой объект для выплескивания негатива. Не спеша опустила стекло и вопросительно взглянула на злобного бегемота. Произошел примено следующий диалог брызгающего слюной кипящего дебилоида и ледяной меня с тихим внятным голосом:
— Ты че тут стоишь, а ну отъедь, он выйдет-тогда подъедешь!!!! (децибелами всех больных , наверное, разбудил)
— А почему вы так со мной разговариваете? (мягко и вкрадчиво)
-Ты меня, *ля, еще учить будешь, как разговаривать??!! щас вылетишь отсюда, кто тебя вообще пустил!!! + порция ненорматива
Тихо, мурлыкая :
-Ты, хорек жирный, ничего не перепутал? Это Я отсюда вылечу? тебя из охранников в пациенты перевести? Или провести ликбез, чьи дочери тут имеют право стоят , даже на твоей ноге, если захочется??
Млин, блеф полнейший, но так душу отвела)
Самое главное, что с врачами в приемном, что с этим-помогло ведь. Я уж думала, врежет мне или выпроводит за ворота-нет, побежал внутрь, лебезил перед мамой))
Через 5 минут вышел дедушка с гордо поднятой головой победителя, за ним взъерошенные мамобабушки, а сзади мой собеседник из отряда грызунов. Взволнованно спрашивал-ну что ж она не подъезжает, замерзнет дедушка ведь!!
Мда…русский менталитет-это что-то своеобразное…Чтобы выздроветь, дед ушел из больницы, чтоб люди тебя уважали -надо на них наобрать и оскорбить, врачи лечат всю жизнь людей от последствий курения, а сами как паровозы…Умом , конечно, это не понять, но ,сука, есть ведь что-то своеобразное в этой говностране…
Расчет мощности усилителя для чайников • Stereo.ru
Всем салют!
Являюсь новичком в Hi-Fi, сейчас занимаюсь выбором своей первой серьезной аккустической системы 5.0. Довольно много прочитал на этом форуме и часто сталкивался с выражением «этот усилитель/ресивер не раскачает эти колонки», «он слишком слабый для вашей комнаты» и т.д. Решил попробовать посчитать требуемую мощность усилителя, погнали)
Максимально допустимый уровень звукового давления для человека -100 дБ (сильно громче вагона метро), адекватный человек на такой громкости слушать музыку в квартире не будет, скорее всего максимум для квартиры — 80-85 дБ (да и то соседи будут жаловаться). 85 дБ — это громкость в кинотеатре. 97 Дб — это плюс/минус громкость вагона метро.
Берем колонки с чувствительностью 91 дБ, т.е. это уровень звукового давления на расстоянии 1 метра от колонок при подаваемой мощности 1 Вт. Слушать музыку будем подальше от колонок — в 3 м от них, через эти 3 метра уровень звукового давления упадет на 9 дБ. Т.е. для прослушивания «вагона метро» нам нужно, чтобы колонки выдавали 106 дБ.
Считаем ватты: «при увеличении громкости на 3 дБ, нужно удвоить подаваемую мощность». Т.е. для уровня 91 дБ — нужен 1 Вт, для 94 дБ — 2 Вт, 97 дБ — 4 Вт, 100 дБ — 8 Вт, 103 дБ — 16 Вт, 106 дБ — 32 Вт. Т.е. для прослушивания «вагона метро», сидя в трех метрах от колонки, нам нужно подать на колонку 32 Вт мощности.
Как я понял, почти все дешевые ресиверы — являются усилителями класса D; если верить гуглу, то КПД у таких усилителей — 90-95%, но в это мне верится с трудом, округлим КПД в меньшую сторону — до 80%. Т.е. для того чтобы подать на колонку 32 Вт, ресивер должен сожрать 40 Вт электрической мощности. Умножаем на 5 каналов (хотя на тыловые и центральный канал столько не нужно), получаем 200 Вт потребляемой мощности.
А теперь смотрим один из самых дешевых ресиверов на рынке — Yamaha RX-V483, его мощность 260 Вт. Получается, что при расчетных условиях он работает на 75%. Я понимаю, что это довольно много — нелинейные искажения и все дела, но извините — это предельный максимум по уровню звука, так никто никогда музыку не слушает. А если брать реальный уровень громкости (85-90 дБ), то рассчет для него покажет необходимую электрическую мощность для 5 каналов в 25-30 Вт, а это уже вывезет любой усилитель.
Вот и получается у меня вывод, что для квартиры достаточно ЛЮБОГО ресивера/усилителя. Да и по качеству довольно трудно отличить один усилитель класса D от другого усилителя класса D (это ж почти «цифровое» усиление). Если мы хотим реального улучшения по качеству, то имеет смысл брать усилитель класса А, к примеру. Но КПД у него уже будет значительно ниже (процентов 10), и следовательно мощность тут гораздо более важна, но и соответственно цена вырастает настолько, что среднестатистический обыватель на такие усилители даже не посмотрит).
Где я ошибся в вычислениях? Что я упустил в расчетах требуемой мощности усилителя?
децибел (дБ) — IPS
Человеческое ухо не реагирует на изменения звука простым, линейным образом. Чтобы удвоить громкость звука, например, увеличив громкость на аудиоусилителе, большинство людей обнаруживают, что им необходимо увеличить мощность, производимую громкоговорителем, примерно в десять раз. Если бы мы увеличили мощность еще в десять раз, то есть в 100 раз больше мощности, с которой мы начали, звук снова бы только удвоился по громкости — так субъективно, он был бы примерно в четыре раза громче, чем исходный звук. .
Десятикратное соотношение мощности определяется как 1 бел (от Александра Грэма Белла (1847-1922)). Таким образом, шкала бел является логарифмической по отношению к основанию 10. Таким образом, отношение мощности, выраженное в белах (называемое «разницей уровней»), находится путем взятия логарифма (основание 10) отношения уровней мощности. Эта единица измерения слишком велика для практических целей, поэтому мы используем одну десятую бела — децибел:
.Разность уровней = 10log (10) (P2 / P1) дБ.
Обратите внимание на правильное обозначение: маленькая b для бел, когда написано полностью (так как это обычное слово), большая B для аббревиатуры (в честь г.Bell) и маленькое d для деци.
При хороших условиях прослушивания минимальное изменение уровня звука, которое может уловить человеческое ухо, составляет один децибел (1 дБ).
С этого момента все логарифмы принимаются по основанию 10.
дБ, мощность и напряжение
Чтобы использовать систему децибел для уровней напряжения, мы должны использовать закон Ома для преобразования мощности в напряжение. Мощность W (в ваттах) — это напряжение V (в вольтах), умноженное на ток I (в амперах): W = VI, а закон Ома дает I = V / R, где R — сопротивление (в Ом).Простая замена показывает, что мощность изменяется как квадрат напряжения. Возведение числа в квадрат соответствует удвоению его логарифма, поэтому:
Разность уровней = 20log (V1 / V2) дБ
Утверждение, что мощность изменяется пропорционально квадрату напряжения, верно только в том случае, если сравниваемые напряжения имеют одинаковый импеданс. В аудио нас в основном интересует напряжение, а не мощность (не говоря уже об усилителях громкоговорителей), поэтому очень удобно вообще забыть об импедансах и независимо сравнивать напряжения, используя приведенную выше формулу; и это то, что мы делаем.
Это означает, что мы не можем преобразовать обратно в коэффициент мощности разность уровней, полученную из отношения напряжений, если только мы не знаем, что напряжения имеют одинаковый импеданс.
Расчет в децибелах
Когда вы складываете логарифмы двух чисел вместе, результатом является логарифм произведения двух чисел: logA + logB = log (AB)
Таким образом, эффект умножения напряжения на ряд соотношений можно рассчитать, сложив соответствующие децибелы.Например, соотношение мощностей 2: 1 — это разность уровней 3 дБ, а соотношение мощностей 3: 1 — разность уровней 4,8 дБ, поэтому соотношение мощностей 6: 1 (2 x 3) является уровнем разница (3 + 4,8) = 7,8 дБ.
Точно так же деление на коэффициент соответствует вычитанию соответствующей разницы уровней в децибелах.
Чтобы преобразовать разницу уровней обратно в соотношение мощности или напряжения: разделите на 10, чтобы преобразовать его в бел; (только если преобразовать в коэффициент напряжения, разделите на два;) возьмите 10 в степень полученного числа (также называемого антилогарифмом или антилогарифмом).
Использование
Любая форма коэффициента мощности может быть выражена в децибелах; например, отношение акустической мощности, производимой громкоговорителем, к его потребляемой электрической мощности. На практике децибелы находят наибольшее применение со звуком и сигналами в телекоммуникациях и радиовещании.
Помимо мощности, они обычно используются со многими величинами, которые напрямую связаны с мощностью, такими как напряжение, звуковое давление и напряженность радиочастотного поля. Поскольку децибелы описывают отношения, их также можно использовать для определения таких факторов, как усиление электронных усилителей и потери в аттенюаторах, электронных или акустических.
Похожие записи
| Центр океанских решений
Центр океанских решений (COS) расположен в Монтерее, Калифорния, и «работает над решением основных проблем, стоящих перед океаном». COS была основана тремя партнерами с аналогичными обязательствами: Аквариумом Монтерей-Бей, Исследовательским институтом аквариумов Монтерей-Бей и Морской станцией Хопкинса Стэнфордского университета.На главной странице посетители могут просматривать раздел «Избранные новости», а также просматривать видеоклипы, посвященные таким темам, как «Могут ли коралловые рифы выжить в 21 веке?» Далее материалы на сайте разделены на шесть разделов, включая исследовательские библиотеки, публикации и видео и подкасты. Ученые и морские ученые должны посмотреть на область публикаций, чтобы увидеть … Открытое географическое образование Преподаватели и профессора географии и смежных дисциплин захотят воспользоваться ресурсами, предоставляемыми Open Geography Education, a… Образование НАСА по осаждению: …Питьевая вода, сельское хозяйство, выживаемость в экстремальных погодных условиях, устойчивость к изменению климата и другие важные аспекты жизни зависят от наличия воды и … Федеральный резервный банк Канзас-Сити: …С момента последнего упоминания в выпуске Scout Report от 22.03.2013 этот веб-сайт образовательных ресурсов был полностью переработан.Обновленные ресурсы … Великие озера сейчас виртуальная экскурсияСмотрителям, ищущим образовательный способ развлечь молодых людей, не стоит останавливаться на этой серии виртуальных экскурсий, опубликованной в издании Great … Британская неделя науки: деятельность …Ежегодно Британская научная ассоциация координирует многодневное празднование STEM с мероприятиями и мероприятиями, проходящими по всей Великобритании.Педагоги около … | Не забудьте проверить ежемесячный журнал AMSER Science Reader от компании AMSER. AMSER SRM предоставляет читателям полезную онлайн-коллекцию информации по конкретной теме, связанной с прикладной математикой и естествознанием, путем объединения свободно доступных статей из популярных журналов с учебными программами, учебными объектами и веб-сайтами портала AMSER.Ежемесячный журнал AMSER Science Reader Monthly можно бесплатно использовать в классе и доступен здесь, а также на вкладке «О программе» на домашней странице AMSER. | Управляйте своими ресурсами Сохраняйте, систематизируйте и делитесь найденными ресурсами. Подписка на бюллетени Это просто, быстро и БЕСПЛАТНО! |
Децибел, объяснено энциклопедией RP Photonics; усиление, потери, дБ, дБм, дБн / Гц
Энциклопедия> буква D> децибел
Определение: применяемая логарифмическая мера для соотношений мощностей e.грамм. к оптическим силам или к шумовым мощностям
Немецкий: Dezibel
Категория: оптическая метрология
Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу
Автор: Д-р Рюдигер Пашотта
URL: https://www.rp-photonics.com/decibel.html
децибел (дБ) часто используется для количественной оценки усиления усилителя или потерь в некоторых оптических элементах, таких как оптическое волокно или оптический аттенюатор. Число децибел в 10 раз превышает логарифм (с основанием 10) коэффициента усиления мощности или коэффициента потерь или, альтернативно, в 20 раз превышает логарифм отношения амплитуд напряженности электрического поля.Если существует экспоненциальный коэффициент усиления g , такой, что коэффициент усиления мощности равен exp ( g ), значение в децибелах будет 10 lg exp ( g ) = 10 lg ( e ) · g & ок. 4,34 · г .
Такая логарифмическая величина полезна, потому что, например, значения усиления в децибелах нескольких усилителей в последовательности можно просто сложить, чтобы получить общий коэффициент усиления цепи усилителей.
Рисунок 1: Шкала для преобразования децибел в коэффициенты усиления мощности и наоборот.Децибел в контексте оптических сигналов
Децибел также часто используется в контексте передаваемых сигналов (например, для оптических фильтров) и шума, например лазеров или усилителей. В контексте оптических сигналов мы имеем дело с двумя разными видами мощности, которые, конечно, не следует путать:
- Имеется оптическая мощность сигнала. В случае прямого обнаружения с помощью фотодетектора это преобразуется в электрический фототок или напряжение.В других случаях, например, при модуляции оптической фазы оптическая мощность не имеет прямого отношения к сигналу.
- Мощность модуляции пропорциональна квадрату амплитуды сигнала. Если сигнал представляет собой электрическое напряжение или ток, мощность сигнала соответствует электрической мощности, подаваемой при заданном импедансе (например, 50 Ом). Однако можно также принять сигнал за оптическую мощность, например в случаях с модуляцией интенсивности (мощности); мощность сигнала снова связана с квадратом амплитуды сигнала и, таким образом, может иметь единицы W 2 (ватт в квадрате).
Когда оптическая входная мощность удваивается, а модуляция остается неизменной, мощность сигнала (мощность модуляции) увеличивается в 4 раза. Следовательно, увеличение входной оптической мощности на 3 дБ приводит к увеличению мощности сигнала на 6 дБ.
Часто используемые характеристики
Некоторые часто используемые связанные спецификации:
- дБн = дБ относительно несущей. Это используется, например, для определения мощности боковой полосы в модулированном сигнале относительно несущей.Например, -30 дБн означает, что боковая полоса на 30 дБ ниже несущей, то есть имеет в 1000 раз меньшую мощность.
- дБн / Гц: Используется для шума и означает дБн в полосе пропускания 1 Гц.
- (Конечно, это не означает, что в полосе 2 Гц будет вдвое больше дБн, поскольку децибелы являются логарифмической мерой; поэтому интерпретация как «дБн на герц» не подходит!)
- Часто такие характеристики рассчитываются на основе измерений, основанных на большей полосе пропускания.Например, если получить -25 дБн в полосе пропускания 1 МГц, это преобразуется в -85 дБн в 1 Гц, то есть -85 дБн / Гц. Разница в 60 дБ отражает уменьшение ширины полосы в 10 6 .
- дБм = дБ относительно эталонной мощности 1 мВт. Это часто используется для указания абсолютных уровней мощности, например насыщенной выходной мощности волоконного усилителя. Например, 23 дБм соответствует 10 2,3 × 1 мВт = 200 мВт.
Вопросы и комментарии пользователей
Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии.Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.
Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его. (См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.
Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами.(Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.
См. Также: дБм, усиление, оптические усилители, оптические аттенюаторы, оптическая мощность
и другие статьи в категории оптическая метрология
Если вам нравится эта страница, поделитесь ссылкой с друзьями и коллегами, например через соцсети: Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности! |
Код для ссылок на других сайтах
Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (напр.грамм. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить требуемый код здесь.
HTML-ссылка на эту статью:
Статья о децибелах
в
Энциклопедия фотоники RP С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):
alt =" article "> Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:
* [https://www.rp-photonics.com/decibel.html
статья о «Децибелах» в энциклопедии RP Photonics] Система измерениядецибел — Radartutorial
Система измерения децибел
Поскольку фактический расчет измерений децибел редко требуется в практических приложениях, объяснение несколько упрощено.Самое современное испытательное оборудование предназначено для измерения и индикации непосредственно в децибелах, что устраняет необходимость в сложных математических вычислениях. Тем не менее, для понимания важности вам необходимо базовое объяснение системы измерения децибел. показаний в дБ и коэффициентов усиления оборудования, выраженных в децибелах.
Бел — это единица измерения, которая выражает логарифмическое соотношение между входом и выходом любого заданного компонента, цепи или системы и могут быть выражены через напряжение, ток или мощность.Чаще всего его используют для показать соотношение между входной и выходной мощностью. Уравнение выглядит следующим образом:
| V = 10 лог | P из | P из | = 10 (В [дБ] /10) | (1) | |
| P дюйм | P в |
Когда вы говорите об уровне сигнала в дБ, на самом деле вы имеете в виду логарифмическое сравнение между входные и выходные сигналы.Входной сигнал обычно используется как опорный уровень. Однако приложение иногда требуется использование стандартного опорного сигнала. Наиболее широко используемый эталонный уровень — это Сигнал мощностью 1 милливатт. Стандартное сокращение дБ в децибелах заменено на дБм, чтобы указать на использование стандартный эталон мощностью 1 милливатт. Таким образом, уровень сигнала +3 дБм на 3 дБ выше 1 милливатта, а уровень сигнала -3 дБм на 3 дБ ниже 1 милливатта. Независимо от того, используется ли дБ или дБм, знак плюс (+) (или вообще без знака) указывает, что выходной сигнал больше опорного; знак минус (-) указывает на то, что выходной сигнал меньше чем ссылка.
| V = 10 лог | P из | P выход = 1 мВт · 10 (В [дБ] /10) | (2) | |
| 1 мВт |
Причину использования системы децибел при выражении силы сигнала можно увидеть в отношениях мощностей в следующей таблице. Например, сказать, что опорный сигнал увеличился на 50 дБ, намного проще. чем сказать, объем производства увеличился в 100 000 раз.Сумма увеличения или уменьшения от выбранного опорный уровень является основой системы измерения децибел, а не сам опорный уровень. Ли входная мощность увеличена с 1 ватта до 100 ватт или с 1000 ватт до 100000 ватт, сумма увеличения по-прежнему составляет 20 децибел.
30 дБ = 1000 — раз,
3 дБ = 2 — раза,
-3 дБ = 0,5 — раз
36 дБ вы рассчитываете как (30 + 3 + 3) дБ = 1000 · 2 · 2 = 4000 — раз,
27 дБ = (30 — 3) дБ = 1000/2 = 500 — раз.
Таким же образом можно произвести расчет с опорным уровнем:
30 дБм = 1000 · 1 мВт = 1 Вт
60 дБм = 1000 Вт
99 дБм = 8 000 000 Вт.
Следующая таблица, безусловно, полезна:
| уровень (дБ) | коэффициент | уровень (дБ) | коэффициент | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | = | 1,3 | 10 | = | 10 = 10 1 | |
| 3 | = | 2.0 | 20 | = | 100 = 10 2 | |
| 5 | = | 3,2 | 30 | = | 1000 = 10 3 | |
| 6 | = | 4,0 | 40 | = | 10 000 = 10 4 | |
| 7 | = | 5,0 | … | |||
| 9 | = | 6,0 | 140 | = | 10 14 |
Децибел- Калькулятор
Введите одно значение (в дБВт, дБм или Вт) и нажмите кнопку «Преобразовать» рядом с ним, чтобы вычислить два других значения.(Если в результатах слишком много цифр после запятой, округлите их до ближайшего целого числа!)
Javascript, написанный Якопо Джангранди www.giangrandi.ch
децибел (математика) — понимание звука
Как избежать калькулятора
Несмотря на то, что децибелы основаны на логарифмах, вы можете выполнять многие вычисления с децибелами без калькулятора. Ключ — два простых правила, показанных ниже. Эти правила позволяют вам переключаться между интенсивностью и уровнем интенсивности звука без калькулятора:
| Изменение интенсивности | Изменение уровня интенсивности |
| Умножить / разделить на два | Сложить / вычесть 3 дБ |
| Умножить / разделить на десять | Сложить / вычесть 10 дБ |
Согласно первому правилу, если интенсивность звука увеличивается вдвое, SIL увеличивается на 3 дБ.Согласно второму правилу, если интенсивность умножить на десять, SIL возрастет на 10 дБ. Обратите внимание, что умножение / деление для интенсивности «превращается» в сложение / вычитание для SIL (и наоборот).
Объединение источников
Когда в комнате имеется несколько источников звука, интенсивности складываются. Например, если в комнате есть два громких пылесоса, каждый из которых производит звук с интенсивностью 100 мкВт / м 2 , общая интенсивность звука в комнате будет вдвое больше, или 200 мкВт / м 2 .
Однако при объединении источников звука уровни не складываются. Два пылесоса 80 дБ создают уровень звука всего 83 дБ! Переход от одного вакуума к двум действительно удваивает интенсивность звука, но удвоение интенсивности только увеличивает уровень звука уровень на 3 дБ. (Помните эмпирические правила!) Если вы посмотрите на диаграмму децибел для общих звуков (например, ту, что в последнем разделе), вы поймете, что два вакуума 80 дБ не могут создать уровень звука 160 дБ — комбинированный звук будет иметь SIL выше, чем у реактивного самолета на взлете (130 дБ)!
Перестань думать
Что более интенсивно: звук от одного источника 80 дБ или звук от двух источников по 40 дБ?
В следующем примере показано, как применить эмпирические правила к проблеме.
Пример: много вакуума!
ВОПРОС:
Сколько пылесосов 80 дБ должны работать одновременно, чтобы создать уровень звука 110 дБ?
РЕШЕНИЕ:
Определить важную физическую концепцию : Интенсивность звука (не уровни звука) добавить. Нам также понадобится второе практическое правило из приведенной ниже таблицы, чтобы связать интенсивность звука с уровнем звука:
| Изменение интенсивности | Изменение уровня интенсивности |
| Умножить / разделить на два | Сложить / вычесть 3 дБ |
| Умножить / разделить на десять | Сложить / вычесть 10 дБ |
Перечислить известные и неизвестные количества (с буквенными названиями и единицами):
(на один вакуум)
(для пылесосов ???)
Я назову интенсивность звука, производимого одним пылесосом 80 дБ, «1 единицей» интенсивности.
(на один вакуум)
(для количества вакуумных систем, необходимых для 110 дБ)
Сделайте алгебру: переход от 80 дБ до 110 дБ заключается в трехкратном применении второго правила в таблице. Каждый раз, когда SIL увеличивается на десять дБ, интенсивность составляет в десять раз , чем была раньше:
когда
когда
когда
Итак, чтобы увеличить уровень звука на 30 дБ, интенсивность звука должна увеличиться в раз! Поскольку интенсивности складываются, это означает, что для создания уровня звука 110 дБ требуется тысяча вакуума 80 дБ.
Выполните преобразование единиц измерения (при необходимости), а затем введите числа: преобразование единиц измерения не требуется.
Задумайтесь над ответом:
- Может показаться, что это много пылесосов, но имейте в виду, что для небольших изменений уровня звука необходимы большие изменения интенсивности звука.
- Обратите внимание, что каждое применение правила умножает интенсивность на десять. Три применения правила добавляют к уровню звука 30 дБ, но умножают интенсивность на десять три раза подряд.Это приводит к увеличению интенсивности в 1000 раз (10 * 10 * 10).
Другие практические правила для дБ
В науке о звуке существует множество практических правил для децибел — слишком много, чтобы их здесь описать. Некоторые основаны на интенсивности; другие основаны на давлении, мощности усилителя, выходном напряжении — что угодно. Хотя все правила выглядят по-разному на , все уровни децибел имеют много общего:
- Все основаны на логарифмах.
- Все являются относительными мерами, сравнивающими измерение с контрольным уровнем.
- Все связаны с SIL. В большинстве случаев уровни дБ регулируются так, чтобы они соответствовали SIL.
Вот уравнения для тех, кто хочет понять математику. Уравнение для уровня интенсивности звука (SIL):
где — интенсивность звука, а — интенсивность эталонного звука, с которым сравнивается ваш звук. Если опорным уровнем является порог слышимости,.
Уравнение для SPL:
где — звуковое давление звука, а — звуковое давление для эталонного звука.Если порог слышимости является ориентиром, то.
SIL звука всегда равен его SPL (если вы не «смешиваете и сопоставляете» опорные уровни) , даже если уравнения выглядят по-другому. Уравнения выглядят иначе, потому что давление и интенсивность — это не одно и то же. Математически «дополнительный» множитель два в уравнении SPL точно компенсирует квадрат в.
Перестань думать Ответить
Звук 80 дБ намного интенсивнее, чем два источника по 40 дБ, работающих вместе.Два идентичных источника 40 дБ производят уровень звука всего 43 дБ. (Удвоение интенсивности приводит только к увеличению уровня звука на 3 дБ).
децибел
Введение в децибел и его использование в усилении живого звука
Единицей измерения, наиболее часто используемой (и часто используемой неправильно или, по крайней мере, неправильно) для сравнения уровней звука, является децибел (сокращение дБ ).
Наибольшая путаница возникает из-за того, что децибел сам по себе не является единицей измерения.Это математический инструмент для сравнения (например, процент). Вопрос «Сколько процентов на выходе этого усилителя?» Не имеет смысла: сколько процентов от чего? Сам по себе вопрос «Сколько децибел на выходе этого усилителя?» Тоже не имеет смысла. Чтобы сделать вопрос разумным, мы должны задать вопрос в терминах сравнения: «На сколько децибел это больше (или меньше), чем что-то еще?». Чтобы понять ответ, нам также нужно знать, что на самом деле говорит нам число, выраженное в децибелах.
Что такое децибел?
Децибел составляет одну десятую бел. Бел (названный в честь Александра Грэма Белла, который использовал логарифмическую шкалу для количественной оценки потерь мощности в длинных кабелях) — это логарифм отношения электрической или акустической мощности.
Хотя это может показаться сложным (децибел — это дробь , , логарифм , , соотношение , соотношение ), соотношение между числами всегда одинаковое (например, соотношение между градусами Цельсия и Фаренгейта), и, как и температура, события реального мира, которые приводят к появлению чисел, обычно можно увидеть и почувствовать, а также измерить и сравнить.Знак ’).
Расчет децибел
Значенияв децибелах могут быть рассчитаны на основе любых измерений мощности, использующих общую линейную шкалу (например, Вт ). Во всех случаях они выводятся из отношения между двумя измерениями, и во всех случаях они вычисляются путем нахождения логарифма отношения и умножения его на десять *.
Децибел также можно использовать для сравнения измерений давления и измерений (например.грамм. Вольт или звуковое давление ), и рассчитывается таким же образом, за исключением того, что вместо этого логарифм умножается на двадцать . Это отражает тот факт, что любое значение мощности соответствует квадрату значения давления: Ватты рассчитываются путем возведения в квадрат напряжения и деления результата на сопротивление:
, где P — мощность в Вт , В, — напряжение в В, , а R — сопротивление в Ом () †.
* Если вам интересно, почему вы умножаете на десять, чтобы найти десятую часть бел, обратите внимание, что миллиметр равен одной десятой сантиметра: вы должны умножить измерение, данное в сантиметрах, на десять, чтобы получить значение в миллиметрах.
† См. Рабочий пример ниже.
Для вычисления разницы в децибелах между двумя значениями:
Для мощность (например, ватт)
- Разделите второе значение на первое значение ‡ .
- Найдите логарифм (основание 10) результата.
- Умножьте логарифм на 10.
Для давления (например, вольт, звуковое давление)
- Разделите второе значение на первое.
- Найдите логарифм (основание 10) результата.
- Умножьте логарифм на 20.
‡ Первое значение — это ваше контрольное значение . Это может быть измеренное значение или общая стандартная контрольная точка (например,2) / 4 Вт = 1600/4 Вт = 400 Вт.
Используя децибелы, мы находим, что удвоение выходного напряжения означает увеличение на 6 дБ (20 × log 2 = 20 × 0,3 = 6). Однако мы в четыре раза увеличили вырабатываемую мощность. Тем не менее, используя децибелы, мы обнаруживаем, что увеличение остается таким же: 6 дБ (10 × log 4 = 10 × 0,6 = 6).
Вы можете найти функции для выполнения большинства вышеперечисленных вычислений без использования формул или калькулятора на нашей странице Системных вычислений.
Фиксированные значения децибел
Иногда децибел используется для сравнения измеренных значений с одним фиксированным эталонным значением (или для установления значений по отношению к этому значению).1 милливатт = 1 × 10 милливатт = 10 милливатт.
дБ SPL
Контрольное значение (0 дБ) = 0,0002 дин * / см 2 . Уровень звукового давления (SPL) 0,0002 дин / см 2 — это порог слышимости : наименьший слышимый звук. Это уровень, на котором человек с идеальным слухом может впервые обнаружить тон 1 кГц. Вы также можете увидеть дБ L p , что является альтернативным сокращением уровня звукового давления.0,2 вольт = 0,775 × 1,58 вольт = 1,23 вольт.
дБв
Эталонное значение (0 дБ) = 0,775 В (775 милливольт). Исторически сложилось так, что общий импеданс профессионального аудио составлял 600 Ом. 775 милливольт на нагрузке 600 Ом дает 1 милливатт, поэтому в цепи 600 Ом 0 дБв = 0 дБм. Однако различие между строчными и прописными буквами (дБв и дБВ) можно легко не заметить, поэтому безопаснее использовать вместо них дБу.
дБВ
Эталонное значение (0 дБ) = 1 В. Например, -10 дБВ = 1 × 10 ^ — (10/20) вольт = 1 × 10 ^ -0.5 вольт = 1 × 0,316 вольт = 0,316 вольт.
* Одна дина — это сила, необходимая для ускорения массы в один грамм со скоростью один сантиметр в секунду в секунду. Порог слышимости — 0 дБ (SPL) — составляет 2 × 10 -4 (2 ÷ 10 000) дин на квадратный сантиметр, что с точки зрения повседневного давления, которое вы можете ощущать, составляет крошечную долю не очень большого. Исторически сложилось так, что дин / см 2 обычно использовалось для описания звукового давления, и выраженное в других единицах, число даже меньше.Если вы были повышены на других устройствах, 0 дБ (SPL) = 2 × 10 -4 дин / см 2 = 2 × 10 -4 мкбар (микробар) = 2 × 10 -5 Н / м 2 (Ньютонов на квадратный метр) = 2 × 10 -5 Па (Паскали: единица давления в системе СИ) = 20 мкПа (микропаскали) = 2,9 × 10 -9 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм, если вы действительно нужно знать).
Технически, при использовании децибел для сравнений всегда следует указывать единицу измерения, чтобы иметь смысл сравнения: если кто-то говорит вам, что один банан на 10 больше, чем другой банан, означают ли они, что в десять раз больше веса, или в 10 раз больше. в разы дороже (или только на 10 г тяжелее)? На практике, однако, единицы измерения часто опускаются в децибелах, и в звуковых системах это не большая беда: если бананы продаются на вес, то в десять раз больше, чем , это в десять раз дороже, и наоборот.Точно так же в звуковых системах различия в одной части системы обычно передаются непосредственно в другие части системы. Без сжатия или расширения разница в 3 дБ в громкости инструмента будет давать разницу в 3 дБ на микрофоне, разницу на 3 дБ в канале микшера, разницу в 3 дБ на усилителе, разницу в 3 дБ в громкоговорителе и разницу в 3 дБ на канале микшера. уши слушателя, даже если все они могут иметь разные точки отсчета и / или единицы измерения.
Тем не менее, децибел иногда используется для описания уровней звукового давления без указания единицы измерения или точки отсчета: «звук достиг 115 децибел в четвертой строке» или «выходной сигнал Fictional 2 × 10 ″ Combo составляет 115 дБ на расстоянии 1 метра ‘.
Чаще всего это означает, что звук либо:
115 дБ SPL (звуковое давление измерено по невзвешенной шкале, эталонное значение 0,0002 дин / см 2 ).
или
115 дБА (звуковое давление измерено с использованием шкалы A-взвешенного, эталонное значение 0,0002 дин / см 2 при 1 кГц). A-взвешенная шкала — это шкала, которая компенсирует тот факт, что человеческое ухо не слышит все частоты одинаково хорошо, поэтому звуки на самых низких и самых высоких слышимых частотах имеют более низкое значение, чем те же звуки, использующие невзвешенную шкалу.
Однако, на три децибела громче будет на три децибела громче, независимо от используемой единицы измерения или контрольной точки.
Зачем нужны децибелы?
Наиболее распространенные вопросы, для ответа на которые используются децибелы, — это «Насколько громче?» Или «Насколько громче?».
На тот же вопрос можно ответить разными способами: он НАМНОГО громче, громче реактивного двигателя, почти вдвое громче, чем в прошлом году в Гластонбери. Однако эти ответы субъективны и приблизительны. Не все реактивные двигатели одинаково громкие, все они становятся громче по мере приближения (как далеко был слушатель?), И не все слышали один.Точно так же не все люди одинаково воспринимают «вдвое громче» (для некоторых это большая разница, чем для других), и не все были в Гластонбери в прошлом году.
Децибел полезен, потому что он дает нам число — например, дюймы или метры — которое можно воспроизвести (одно и то же событие всегда дает один и тот же ответ любому, кто использует ту же меру и точку отсчета). Однако, в отличие от дюймов или метров, децибел не имеет единой фиксированной точки отсчета. Хотя существуют некоторые общие фиксированные эталонные точки (например, дБА, дБм, дБВ, дБн: см. Выше), децибелы также могут использоваться для сравнения уровней в любой системе с воспроизводимыми результатами.
Децибел также более полезен, чем линейные меры для сравнения уровней в звуковых системах по двум важным причинам:
- Наш слух может работать с очень широким диапазоном уровней. Максимальное звуковое давление, которое ухо может выдержать без дискомфорта, примерно в 1 000 000 (да, в миллион *) раз превышает минимальное звуковое давление, которое может обнаружить ухо. Однако мы не можем различить миллион различных уровней (или даже несколько сотен разных уровней) в этом диапазоне.В децибелах наименьшее звуковое давление, которое мы можем слышать (наша контрольная точка), составляет 0 дБ †, а звуковое давление, которое является некомфортно громким — в миллион раз больше, чем наша контрольная точка, — составляет 120 дБ. Мы можем различить примерно 120 различных уровней в этом диапазоне: наш слух не легко различает разницу в уровне менее примерно 3 децибел, но на практике различия в 1 децибел (разница в звуковом давлении примерно 9/8) ощутимы. Для большинства слушателей разница в 1 децибел «просто заметна», 3 децибела — «отчетливо заметна», а 10 децибел — «вдвое громче».
- Мы воспринимаем звук таким образом, который больше соответствует логарифмической шкале, чем линейной шкале. Если мы послушаем десять последовательных удвоений звукового давления, они звучат как десять равных повышений. В линейном масштабе десятое увеличение было бы в 512 раз больше, чем первое, но оно не звучит в в в 512 раз больше: оно звучит так же. Поэтому имеет смысл использовать логарифмическую шкалу при сравнении уровней звука: числа соответствуют нашему опыту.С точки зрения мощности, 1 децибел — это примерно разница между 10 Вт и 12,5 Вт, и эта разница в громкости звучит примерно так же, как разница между 1000 Вт и 1250 Вт (также 1 децибел).
* Некоторые авторитетные источники указывают диапазон как 130 дБ (приблизительно 3 миллиона раз), а некоторые — как 140 дБ (10 миллионов раз). Если вы считаете, что можете выдерживать 140 дБ (SPL) на частоте 3,15 кГц, я вам верю на слово. Не пытайтесь никому это доказывать, даже самому себе. Это необратимо повредит ваш слух.0). Все, что умножено на 0 (10 или 20), равно 0. Таким образом, наша контрольная точка, будучи такой же, как она сама, всегда имеет значение 0 дБ. 0 дБ можно рассматривать как «без разницы» или «без изменений» (но это НЕ «ничего» или «без значения»).
На рисунках ниже линейные шкалы (вольт в первом примере) сравниваются с децибелами:
Как обсуждалось выше и в другом месте, мощность рассчитывается как квадрат напряжения, поэтому, когда мы смотрим на ватты, диапазон значений еще больше:
Мы также можем посмотреть на взаимосвязь с другой стороны (где значения на нашей линейной шкале равномерно распределены):
Здесь мы можем видеть, что в нижнем конце шкалы изменение на один вольт дает разницу в 6 дБ, а в верхнем конце изменение на двадцать вольт дает разницу только в 4 дБ.
Используемые децибелы
Прежде чем вы потратите много времени на использование профессионального звукового оборудования, вы найдете децибелы почти везде, куда бы вы ни посмотрели: на регуляторах усиления и эквалайзера, фейдерах, измерителях, усилителях и цифровых меню во всем, где они есть.
Таким образом, понимание децибел значительно упростит использование звукового оборудования. Хотя некоторые способности к математике, очевидно, будут преимуществом, простое практическое знание нескольких повседневных отношений поможет, поэтому, если вы можете, по крайней мере, попытайтесь запомнить некоторые из следующих общих значений:
Значение в децибелах | Разница напряжения / SPL | Разность мощностей | Разница в слухе * |
| 0 дБ | 1 × (единица) | 1 × (единица) | Без разницы |
| 1 дБ | 1.12 х | 1,25 x | Едва заметная разница |
| 3 дБ | 1,41 × (√2 x) | 2 х | Заметно громче |
| 6 дБ | 2 х | 4 х | Значительно громче |
| 10 дБ | 3,16 х | 10 х | В два раза громче |
| 12 дБ | 4 х | 16 х | Чуть более чем в два раза громче |
| 18 дБ | 8 х | 64 х | Почти в четыре раза громче |
| 20 дБ | 10 х | 100 х | В четыре раза громче |
* Отношение между децибелами и слухом является приблизительным.Не все слушатели описывают разницу в 10 дБ как «вдвое громче» или выбирают разницу в 10 дБ как точку, в которой звук удваивается по громкости.
Следующие образцы звука иллюстрируют эти значения:
- Розовый шум со ступенчатым изменением уровня.
Это запись розового шума на эталонном фоновом уровне с трехсекундными всплесками на более высоких уровнях. Каждому увеличению предшествует объявление разницы уровня в децибелах от фонового уровня.Поскольку тон и динамика звука постоянны, а изменения уровня резкие (и объявляются), даже разница в 1 дБ довольно легко заметна. Там, где уровень изменяется постепенно, разница менее заметна, так как в этом образце изменяется на 1 дБ:
- Образец музыки, исполненный на разных уровнях.
Здесь начальный эталонный музыкальный образец (0 дБ) воспроизводится с возрастающими уровнями, разделенными короткими периодами тишины. Там, где динамическое изменение больше, чем обеспечивается тональным сигналом или сигналом розового шума, разница в 1 дБ не будет легко замечена большинством слушателей (даже в этом примере, где сэмплы в остальном идентичны).На мероприятии с живой музыкой увеличение уровня на 1 дБ на основных фейдерах между одной песней и другой почти наверняка останется незамеченным. Обратите внимание, что все указанные уровни относятся к исходной выборке:
.
Насколько громкий децибел?
В качестве приблизительной оценки следующие уровни (SPL) приблизительно соответствуют описанным звукам:
Значение | Отличие от контрольного уровня | Описание |
| 0 дБ SPL | 1 × ссылка (единица) | Порог слышимости (эквивалент давления 0.0002 дин / см2). Это самый тихий звук, который может уловить ребенок или молодой взрослый с хорошим слухом на частоте 1 кГц. Это , а не тишина. (хотя с точки зрения того, насколько громко это звучит в системе громкой связи): это уровень, от которого рассчитываются все остальные значения, использующие шкалу децибел (SPL). |
| 10-20 дБ SPL | 3-10 × Ссылка | Легкий ветерок сквозь деревья. |
| 20-30 дБ SPL | 10-32 × номер ссылки | Мягкий шепот (с расстояния 1 метр). |
| 30-40 дБ SPL | 32-100 × Ссылка | Тихий зал. |
| 40-60 дБ SPL | 100 — 1,000 × номер ссылки | Фоновая музыка в кафе, баре или ресторане. |
| 60 — 70 дБ SPL | 1000 — 3200 × номер | Типовые уровни разговора (с позиции слушателя). |
| 70-80 дБ SPL | 3,200 — 10,000 × номер ссылки | Салон самолета в нормальных крейсерских условиях. |
| 80-90 дБ SPL | 10,000 — 32,000 × номер ссылки | Типичный свадебный или танцевальный ансамбль на ужине (типичная позиция аудитории). |
| 90 — 100 дБ SPL | 32,000 — 100,000 × номер | Громкий оркестр (играет ффф, как бы звучало в первом ряду публики). |
| 100 — 110 дБ SPL | 100000 — 320000 × ссылка | Типичная дискотека. |
| 110 — 115 дБ SPL | 320,000 — 560,000 × номер | Громкая рок-группа (первые ряды публики). |
| 115 — 130 дБ SPL | 560 000 — 3 200 000 × номер | Порог боли. Часто указывается как 120 дБ SPL, это зависит от частоты и от человека к человеку. |
| 140 дБ SPL | 10,000,000 × ссылка | Реактивный двигатель с 3 метров. |
См. Также …
Вы можете найти более подробное объяснение децибел (включая больше отработанных примеров) в главе 3 «Децибел, уровень звука и связанные элементы» Руководство по звукоусилению (Yamaha), Гэри Дэвис и Ральф Джонс.
[Начало страницы]
децибел Арифметика | Технологическая академия
Децибел Арифметика
Децибелы значительно упрощают расчеты уровней мощности ВЧ и СВЧ
Децибел значительно упрощают умножение и деление малых и больших чисел.Это особенно полезно при радиочастотной связи, где очень маленькие и очень большие уровни мощности часто используются в одном и том же вычислении.
Чтобы умножить два числа, просто сложите их эквивалентные значения в децибелах. Например, чтобы найти 10, умноженное на 10:
\ (10 \ times 10 = \ log 10+ \ log 10 = 10 \: \ text {dB} + 10 \: \ text {dB} = 20 \: \ text {dB} = 100 \)
Чтобы разделить одно число на другое, просто вычтите их эквивалентные значения в децибелах. Например, чтобы найти 100, разделенное на 10:
\ (100 \ div 10 = \ log 100 \: — \ log 10 = 20 \: \ text {dB} \: — 10 \: \ text {dB} = 10 \: \ text {dB} = 10 \)
Некоторые распространенные преобразования десятичных чисел в дБ показаны в следующей таблице:
В приведенной выше таблице значения в децибелах округлены.Более высокую точность можно получить, добавив больше десятичных знаков при использовании калькулятора или электронной таблицы. Однако для быстрой оценки очень полезны округленные децибелы.
Например, 0,5 x 10 x 100 = 500. Если взять логарифм 500 и умножить результат на 10, получится 27 дБ. Или, проще говоря, просто сложите значения в децибелах каждого числа: — 3 + 10 + 20 = 27 дБ.
Многие инженеры ВЧ- и СВЧ-оборудования стараются запоминать наиболее распространенные эквиваленты децибел, чтобы они могли выполнять очень быстрые вычисления мощности (или напряжения) в уме без использования калькулятора!
Преобразование децибел в числовые отношенияДля преобразования децибел обратно в числовое отношение обычно используется калькулятор, хотя это все еще несложный процесс.{2.7} = 501 \)
Метод округленных чисел дает ответ 500, что достаточно точно для первого приближения.
.