Site Loader

Содержание

Перевод милливольт в децибелы — Клуб строителей

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

Она будет полезна многим радиолюбителям в качестве настольного листа, особенно тем,кто занимается конструированием, настройкой и измерением параметров радиоприемной техники. Подобные таблицы уже печатались в различной литературе, но была сделана попытка обобщить и разместить все на одном листе. Я и многие мои знакомые распечатав на принтере эту таблицу, убедились в ее пользе.

В сети полным-полно подобных калькуляторов, но я захотел тоже запилить сделать свой. Уверен, никого не удивлю, сказав, что здесь тоже работает JavaScript, и вся вычислительная нагрузка ложится на твой браузер. Если есть пустые поля, это значит, что у тебя браузер не работает с

JavaScript-ом, и вычисления работать не будут 🙁

Калькулятор позволяет пересчитать напряжение в вольтах в dBμV и обратно, мощность в ваттах в dBm и обратно, и пересчитать напряжение в мощность на заданной нагрузке и обратно

02 ноя 2016 калькулятор был дополнен функцией пересчёта децибел в разы.

19 дек 2017 появился конвертер величин ЭМС. Возможно, он больше отвечает твоим запросам?

Правила пользования просты до безобразия. Измени значение любой из величин, и все остальные значения будут пересчитаны автоматически.

Напряжение, мВ:
Напряжение, dBμV:
Нагрузка, Ω:
Мощность, dBm:
Мощность, мВт:

Таблица для пересчёта децибел в разы. Впиши изменение любой из величин, и остальные будут пересчитаны автоматически.

Изменение.
дБ
Напряжения, раз
Мощности, раз

Пересчёт отношений падающей и отражённой мощности в величину КСВ:

PFWD, падающая мощность, dBm
PREF, отражённая мощность, dBm
PFWD – PREF, разница, dB
SWR, величина КСВ

На всякий случай, подсказка по использованию:
Пересчитать В поле «Напряжение, dBμV» впиши величину напряжения в децибел-микровольтах. Если у тебя величина в децибел-милливольтах (дБмВ, dBmV), просто добавь к ней (). Не забывай, что для перевода напряжения в мощность необходимо знать и сопротивление нагрузки! Пересчитать В поле «Мощность, dBm» впиши величину мощности в децибел-милливаттах. Если у тебя величина в децибел-ваттах, просто вычти из неё 30 дБ (). Не забывай, что для перевода мощности в напряжение необходимо знать и сопротивление нагрузки! Пересчитать децибелы в разы Впиши в таблице изменение уровня в децибелах, и калькулятор покажет, во сколько раз изменятся напряжение и мощность. Калькулятор не любит отрицательных чисел, и заменяет их положительными. Пересчитать разы в децибелы Впиши в таблице изменение уровня напряжения или мощности сигнала в соответствующее поле, и узнаешь, сколько это децибел. Заодно пересчитается и изменение второй величины. Калькулятор не любит отрицательных чисел, и заменяет их положительными. В самом деле, увеличение – это уменьшение , и физически разницы нет. Зато так нагляднее! Пересчитать отношение мощностей в КСВ Впиши свои величины падающей и отражённой мощностей в соответствующие поля. Если вместо величин у тебя имеется их разница, сразу впиши эту разницу в поле для разницы и игнорируй два верхних поля Пересчитать КСВ в отношение мощностей Впиши величину КСВ в соответствующее поле, и калькулятор посчитает отношение мощностей, а для указанного значения P

FWD впишет соответствующее значение PREF

Гайд музыканта: что такое децибел? Как измерить децибелы

Задайте самому себе вопрос… как много музыкантов на самом деле понимают, что такое децибел ?

Не очень-то много, да? И это неудивительно.

Потому что на самом деле децибелы — сложное понятие.

Но есть и хорошие новости… для аудиозаписи всё, что вам нужно знать, — это несколько базовых моментов.

И в сегодняшнем посте я расскажу о КЛЮЧЕВЫХ вещах, которые каждый музыкант должен знать о децибелах.

Надеюсь, это будет полезно для вас.

Для начала давайте развеем стандартный миф :

ФАКТ: децибел — НЕ единица измерения громкости

Это вообще ничего не единица. Это СООТНОШЕНИЕ. Оно сравнивает одно число с другим.

И хотя в этих числах обычно измеряется уровень звука, это не всегда так. В музыке децибелы также используются для измерения напряжения и мощности оборудования.

ЕЩЁ ФАКТ: децибел — НЕЛИНЕЙНОЕ измерение

Большинство единиц измерения линейны. Например, 2 дюйма в 2 раза длиннее, чем 1 дюйм, а 4 дюйма в 2 раза длиннее, чем 2 дюйма. Если построить график из этих чисел, то их свяжет прямая линия.

Но с децибелами так не получится. Децибелы — ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ единицы измерения. Если вы не помните логарифмы из школьного курса математики, вот очень краткое их объяснение:

Когда мы имеем дело с логарифмами, каждая следующая единица экспоненциально увеличивает число. Например:

  • +3 дБ = мощность х2
  • +10 дБ = мощность х10
  • +60 дБ = мощность х1000000

Поняли? Хорошо. Вот почему вам это нужно знать :

Как децибелы применимы к музыке и звукам

Децибелы в музыке — это измерение у ровня з вукового д авления (УЗД) . Когда мы говорим, что динамики на рок-концерте играют на 110 дБ, мы имеем в виду, что они играют на УЗД в 110 дБ.

Поскольку децибел — всего лишь соотношение, то 110 дБ на самом деле является сравнением с другим числом: 0 УЗД.

0 УЗД — обычное давление воздуха в атмосфере (20 мПа). Это считается нижним порогом слышимости и точкой отсчёта для всех звуков.

Теперь… к практическим вещам.

Полезные примеры из жизни уровней децибелов

Самый простой способ осознать, что такое децибел — измерить шумы, которые нам постоянно встречаются. Вот примеры шумов, с которыми мы все знакомы:

  • Дыхание : 10 dB
  • Шёпот : 20 dB
  • Обычный разговор : 40 dB
  • Фоновый шум в ресторане : 60 dB
  • Громкость радио/телевизора : 70 dB
  • Мусорная машина : 80 dB
  • Отбойный молоток : 100 dB
  • Болевой порог : 130 dB
  • Реактивный двигатель : 150 dB

Как децибелы влияют на воспринимаемую громкость

Чтобы полностью уловить концепт децибелов, необходимо интуитивно понимать, как изменения в децибелах соотносятся с изменениями в громкости .

Буду честен… от математики у вас заболит голова. Вместо этого — простые примеры, используйте их как шпаргалку:

  • +10 дБ = громкость х2
  • +20 дБ = громкость х4
  • +40 дБ = громкость х16

Предупреждение : Хотя эти числа могут быть полезными, они не “идеальны”. Один и тот же уровень децибелов может быть услышан на разной громкости.

Вот как:

Как частотный баланс влияет на громкость

Когда вы задумываетесь об УЗД в 60 дБ, вы представляете какой-то один уровень громкости.

Оказывается, это не так. Уровень громкости, воспринимаемый нашим мозгом, также зависит от частот, передаваемых звуком.

На равных уровнях децибелов, средние частоты (1–4 кГц) воспринимаются “громче”, чем низкие и высокие частоты.

Этот феномен, известный как кривая Флетчера-Мэнсона, мы рассмотрим в другой статье.

Следующий пункт:

Как расстояние влияет на громкость

Менее очевидно, насколько. Опять же, вычисления очень сложные.

Поэтому, проще говоря, вот 2 простых примера:

  • дистанция х2 = -6 дБ
  • дистанция х10 = -20 дБ

Теперь, когда вы интуитивно разбираетесь в том, как децибелы измеряют уровень звука, осталось узнать одну вещь:

Как децибелы используются в записывающем оборудовании

Чаще всего в звукозаписывающей студии вы наткнётесь на децибелы в измерителях уровня

Которые можно найти во многих устройствах: , и других .

Наверху измерителя вы заметите отметку в 0 дБпш (0 дБ полной шкалы). Это — наивысший уровень сигнала, достижимый на этом оборудовании до ограничения или искажения сигнала.

Ниже — отрицательные значения дБпш, вплоть до -∞ дБпш.

В зависимости от того, кого вы спросите, люди скажут, что они настраивают оборудование для записи между -15 и -6 дБ. Думаю, -10 дБ — хороший компромисс.

Децибел — одна десятая доля бела, или другими словами десятая доля логарифма неограниченного отношения общефизической величины к другой физической величине, которую принято принимать как исходную. С первых дней использования данной величины (применяется для инициализации интенсивности звука), единица измерения децибел была именована в почтительность А. Г. Бэлла. Итак, децибел (дБ) принято считать начальной единицей, благодаря которой большинство проектировщиков телекоммуникационной промышленности проводят сравнения характеристики оборудования.

Но что такое дБ? В первую очередь это единица определения уровня звука, дБ обозначает, насколько сильным есть звук в своем объеме. Чтобы получить можно обратиться в нашу лабораторию.

Итак, дБ это общепринятое варьирование динамического диапазона (к примеру, объем звучания музыкального инструмента), потухание волны при распределении в поглощающей среде, коэффициент приращения и коэффициент шума усилителя.

Можно еще отметить, что децибел как единица измерения используется широко и для исследования физических величин данного регламента (таких, как мощность и т.д.), а также первого порядка, таких как напряжение, сила тока.

Какое определение имеет децибел?

Итак, поговорим о единице измерения шума — децибел. Децибелом принято считать физической характеристикой громкости звука. Что такое шум? Можно шумом назвать хаотично смешанные звуки. Итак, для того чтобы определить какой порог чувствительности человека к звукам было проведено исследование.

Шкала децибел:
  • 0 — Вообще никакой слышимости
  • 0-5 — Почти никакой слышимости шума
  • 5-10 — Еле распознаваемый шум сравнимый с шуршание листьев
  • 10-15 — Еле слышно шуршание листвы
  • 15-20 — Чуть слышно перешептывание человека
  • 20-25 — Тихо слышно перешептывание человека
  • 25-30 — Сдавленный тик часов
  • 30-35 — Тихий разговор за закрытой дверью
  • 35-40 — Чуть слышна повседневная речь
Уровень шума, который является официальным регламентом для всех жилых зданий в период с 7 до 23 ч:


  • 40-45 Слышен нормальный разговор
  • 45-50 — Разговор с детальным распознанием слов
  • 50-55 — Хорошо слышно. Регламент для офисных зданий класса А
  • 55-60 — Громко. Регламент для компаний
  • 60-65 — Громкий разговор на повышенных тонах
  • 65-70 — Очень шумно. Ссоры
  • 70-75 — Очень громко. Смех, крик
  • 75-80 — Оглушительный визг, гул мотоцикла с глушителем
  • 80-85 — Оглушительный крик, вблизи мотоцикл с глушителем
  • 85-90 — Оглушительный визг близко к измерениям, железнодорожный поезд
  • 90-95 — Предельно шумно, звук движущегося вагона метро
  • 95-100 — Предельно громко оркестр, гром
  • 100-105 — Предельно шумно, звук в самолёте (до 80-х годов двадцатого века)
  • 105-110 — Чрезвычайно громко, турбина вертолета
  • 110-115 — Чрезвычайно шумно
  • 115-120 — Максимально громко, работа отбойного молотка
  • 120-125 — Практически невозможно громко
  • 125-130 — Болевой порог, запуск самолета
  • 135-135 — Контузия
  • 135-140 – Контузия, звук запуска реактивной турбины
  • 140-145 – Контузия, запуск ракеты
  • 145-150 — Контузия, травмы
  • 150-155 — Контузия, травмы
  • 155-160 — Шок

Согласно этой шкале, чем выше будет звук в дБ, тем более разрушительное влияние он будет оказывать на слух человека.


Единицы измерения звука и есть децибелы. В свою очередь под звучанием мы понимаем различные механические колебания частиц упругой среды, к примеру, воздуха, воды, или метала, которые воспринимаются органом слуха. Также скорость звука напрямую зависит от физических свойств среды, в которой распределяются механические колебания, а насыщенность звука характеризируется количеством звуковой энергии, которая проходит за единицу времени через единицу площади. Уровни звукового давления и силы звука, сформулированные в децибелах, согласуются по величине. Помните, что порог слышимости у человека соответствуют звуковому давлению. Что касается громкости звука, то она зависит напрямую от силы и частоты, и выражается в децибелах. Чтобы измерить шум, вибрацию или микробиологический анализ воздуха можно обратиться в нашу лабораторию.

Влияние повышенных децибел на организм человека

Единицы измерения шума децибелы, как известно шум критически влияют на здоровье и общее самочувствие человека. Если вас беспокоит громкость шума в вашей квартире, или Вы хотите исследовать , то желательно обратиться в частную лабораторию “ЭкоТестЭкспресс” и наши специалисты помогут разобраться вам в ваших проблемах.


Общепринятая единица измерения уровня шума это дБ, в зависимости от показателя данной единицы определяется шумовое загрязнения помещения. Если у вас возник вопрос, как измерить децибелы, ответ на это вопрос прост, уровень шума в дБ легко вычислить при помощи шумомера. Что же такое шумомер? Это прибор, при помощи которого можно с легкостью определить интенсивность шума в квартире или любом другом помещении.

Стоит также упомянуть, что при исследовании звука и колеблющимся уровнем нужно, чтобы варьирование стрелки прибора шумомера максимально точно отвечало этим измерениям. Однако в силу ускоренных замеров уровня измеряемого звука могут стать причиной ускоренной флуктуации и, в следствии, получение правильных результатов становится обременительным или вообще невозможным. В соответствии с этим есть шумомеры, которые в сжатые сроки могут предоставить результат.

Что касается исследования и замера кратковременных и импульсных звуков необходим, так называемый, импульсный шумомер. Стоит сказать, что достижимость фиксирования данных измерительного прибора или же индикатора шумомера результативна и удобна при измерении различных видов кратковременных звуков. Благодаря такому прибору можно самостоятельно определить шум в децибелах, и определить какой вред он несет организму человека.

Существуют частотные диапазоны звука в зависимости, от которых и определяется сила звука. Поддиапазоны спектра звуковых частот, на которые нацелены фильтры двухполосных или трёхполосных акустических систем:

  • низких частот — изменения до 400 герц;
  • средних частот — 400 — 5000 Гц;
  • высоких частот — 5000 — 20000 Гц.

Если рассматривать скорость звука и удаленность распределения — это напрямую зависит от следующих факторов: температура воздуха, также в зависимости от того в каком материале распространяется тот или иной звук.

Экологический шум

Шум экологический считается главным фактором загрязнения экологического пространства, который состоит в увеличении уровня шума сверх природного фона, а также действует негативно на все живые организмы и на человека, в частности. Выделяют бытовой, производственный, транспортный, промышленный, авиационный и шум уличного движения. Единица измерения шумового загрязнения есть децибел. Стоит сказать, что первостепенными источниками шума в крупных городах являются крупные промышленные объекты, при работе которых уровень шума может достигать до 100-110 дБ. Большим источником шума также является автомобильный транспорт 80 дБ, также железнодорожный, шум от него достигает до 100 дБ, если же жилой дом находиться неподалеку аэродрома, то там шумовой порог может достигать 105 дб.

Согласно исследованиям, в России свыше 30 процентов жителей больших городов подвержены воздействию превышения нормативных уровней шума, уровень децибел постоянно повышен до 65 единиц. В сравнении, 50 децибел соответствует шуму в офисном здании. А ведь ни для кого не секрет, что каждому человеку нужен отдых от шума, потому, что шум негативно влияет на психическое состояние человека, еще от постоянного шума у людей падает слух.


Как проверить уровень шума?

Если вы считаете, что в вашей квартире повышенный уровень шума, но у вас нет шумомера под рукой, можно воспользоваться измерителем децибел онлайн, для этого достаточно лишь установить определенное приложение на свой гаджет. Существуют специальные программы, которые возможно установить на компьютер, ними очень легко измерить силу звука в децибелах в вашей квартире. Стоит отметить лишь то, что чем качественней будет использоваться записывающее оборудование, тем точнее будет конечный результат.

К примеру, для лучшей записи звука достаточно купить хороший микрофон. Тогда вы можете применять посторонние программы для замеров громкости звука. Например, Audacity – бесплатная записывающая различные звуки программа, в которой предусмотрен обычный встроенный измеритель децибел. Если вы не хотите устанавливать программу и приобретать микрофон, но считаете, что в вашей квартире высокий уровень шума или вы хотите провести , вам достаточно обратиться в ”ЭкоТестЭкспресс”. Тут проведут измерение децибел в вашей квартире и дадут заключение о том, какой уровень шума. В больших городах всегда существует проблема с высоким уровнем шума, поэтому проводить такие проверки есть целесообразным, чтобы уберечь себя и своих близких от негативного воздействия. Ведь, как известно, от высокого уровня шума возникает множество болезней, рассеивается внимание и наступает самая настоящая глухота.

Почему стоит выбрать именно нас?

В первую очередь хотелось бы сказать о том, что наша независимая лаборатория «ЭкоТестЭкспресс» проводит свои качественные исследования не только шума, но и другие исследования на протяжении уже четырнадцати лет. За это время наша лаборатория стала одной из лучших в своем роде.

Если Вам необходимо провести исследование шума с дальнейшей возможностью использования протокола исследования в государственных органах Вы смело можете обращаться к нам. Это объясняется тем, что мы, помимо быстрого анализа и выдачи заключений, предоставляем результат измерения уровня шума или любого другого исследования на официальных протоколах государственного образца, который действителен и в судах, и для подтверждения соблюдения норм для санстанции.

Конечно, помимо этого Вы можете заказать множество других исследований, после которых Вы получаете не только заключение и протокол, а также рекомендации экспертов «ЭкоТестЭкспресс». Они помогут уменьшить уровень шума, а также сохранить здоровье Ваше и Ваших сотрудников на предприятии, или здоровье Ваших родных и близких при исследовании уровня шума в жилом помещении.

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

    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 мощность по логарифмической децибельной шкале, 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. Можно воспользоваться нашим онлайн калькулятором для перевода мВт в дБм и обратно . Во многих устройствах вы обнаружите уровень сигнала в asu . Это еще одна единица измерения уровня сигнала, призваная вогнать в ступор анонима своей непонятностью. Расшифровывается — «Arbitrary Strength Unit» — усредненная единица уровня сигнала. Дело в том, что в разных диапазонах мы используем каналы с разной модуляцией, разной полосой частот и т.п. Поэтому равные dBm в 3G и 4G — не эквивалентны одинаковой чувствительности по отношению сигнал/шум в канале. Чтобы привести чувствительность к единому знаменателю придумали asu . Связь между asu и dBm для разных диапазонов следующая:

    • GSM : dBm = 2 × ASU — 113 , ASU в диапазоне значений 0..31 и 99 (сеть не определена).
    • UMTS : dBm = ASU — 116 , ASU в диапазоне значений -5..91 и 255 (сеть не определена).
    • LTE : (ASU — 141) ≤ 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. (1 непер = 8,686 дБ)

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. Например в расчете дальности связи Wi-Fi . Многим трудно наглядно представить себе «децибельную» шкалу, особенно в отрицательной области. На самом деле это легко сделать по аналогии с привычным всем термометром. Чем выше мощность в dBm, тем «теплее» цифра. Другими словами -75dBm больше (выше по шкале, «теплее»), чем -95dBm. Более отрицательная цифра в параметре чувствительностии означает, что приемник способен принять более слабый (холодный) сигнал.

Вот так оно все запутано в этом децибельном царстве. И напоследок… Имейте ввиду, что децибел и имбецил совершенно разные понятия.

Вопрос о переводе дБ в дБм и наоборот часто приходится слышать от клиентов, встречать на специализированных форумах. Однако, как бы не хотелось, нельзя перевести мощность в затухание.

Если мощность оптического сигнала измерена в дБм, то для определения затухания A (дБ) необходимо от мощности сигнала на входе в линию отнять мощность сигнала на выходе из нее. Но обо всем этом по порядку.

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. Кроме того, многие приборы имеют функцию установки опорного уровня, благодаря чему пользователю выдается значение потерь сразу в Дб.

В этом случае, измерение затухания оптической линии значительно упрощается, что продемонстрировано на следующем видео.

Измерение затухания оптической линии

Зачастую 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:

Таблица 1 — перевод дБ в разы

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

Мощность звука

Статья с сайта журнала «Автозвук»

…на самом же деле у нас есть основания полагать, что нет в головах публики большей сумятицы, чем связанная с простым и вкусным словом «мощность».

Мощность, кто это?

«У меня колонки мощностью 200 Вт, а магнитола 4 х 50. Будут ли они играть вместе?» Да будут, будут, не волнуйтесь вы так. Но ещё лучше будет, если всё же разобраться, что понимается и под мощностью, и под ваттами. «Мощность», по школьному определению — работа, произведенная за единицу времени, для наших целей определение почти бесполезное. Нам удобнее по-другому, пусть и непривычно: мощность — это количество энергии, преобразованной в нужную нам форму в ту же самую единицу времени. Речь всегда идёт о преобразовании, энергия никуда не девается, такая уж у неё привычка. Усилитель (пусть в магнитоле) получает готовую к употреблению электрическую энергию в форме постоянного тока от бортовой сети автомобиля и преобразует её в электрическую, но в форме переменного тока, изображающего звуковой сигнал. Всю? Нет, примерно половину, остальное идёт в тепло, отдаваемое воздуху небольшими радиаторами сзади на магнитоле или большими, «по всему телу» у отдельного, внешнего усилителя.

Динамик (пусть и притворившийся «колонкой») получает электрическую энергию в форме переменного тока и преобразует её в механическую, теперь уже в форме долгожданных звуковых колебаний. Всю? Да как сказать… Не совсем. Коэффициент полезного действия динамика (раз уж пошли по школьному пути: отношение произведенной звуковой мощности к полученной электрической) практически никогда не превышает 0,5%. Куда деваются остальные 99,5%? А туда же, в тепло, вообще, любое устройство, созданное человеческим разумом (а равно и волей всевышнего) производит тепло плюс ещё что-нибудь. С точки зрения преобразования энергии динамик на 99 процентов с копейками идентичен паяльнику. А в оставшейся половине процента — всё: и басы, и верха, и детальность, и гениальные музыканты. Обидно? Да, но ничего лучше как-то не придумали.

И вот она, главная разница между мощностью усилителя и мощностью динамика: усилитель её, можно считать, производит. А динамик — потребляет, не производя в обмен, как мы только что выяснили, почти ничего.

И когда мы говорим о мощности усилителя, то речь идёт о том, что ОН ДАЁТ. А когда о мощности динамика — то о том, что ОН БЕРЁТ. А сколько один даёт и сколько другой берёт? В порядке поступления:

Сколько мощности даёт усилитель?

Вот усилитель. Пусть тот, что в магнитоле, пока наплевать, потом почувствуете разницу. Какая у него мощность? Да какая угодно, всё зависит от того, какой уровень сигнала на входе, грубо говоря — в каком положении регулятор громкости. Мощность на выходе может оказаться 1 Вт, может — 10, может — 50, может… Подождите, должен же быть предел. Разумеется, но мы ведь не спрашивали какая МАКСИМАЛЬНАЯ мощность. А максимальная у каждого своя. Она определяется тем, какое наибольшее напряжение переменного тока сможет создать усилитель на своём выходе, когда к выходу присоединена нагрузка, в виде динамика, обладающего каким-то сопротивлением. Мощность на выходе определится просто: как величина этого напряжения, возведённая в квадрат и поделенная на сопротивление нагрузки. Присоединили к выходу вольтметр и нагрузку, на вход подали переменное напряжение, для удобства измерения мощности — на какой-нибудь одной частоте, и смотрим. На выходе 2 В, когда к нему присоединена нагрузка 4 Ом. При таких измерениях к выходу, разумеется, подключают не акустику, а её эквивалент в виде резистора, а то уши завянут. Возвели-поделили и получили: мощность на выходе ровно 1 Вт. Здесь есть небольшая засада, связанная с тем, что мы говорим о переменном напряжении, величину которого можно измерять по-разному. Чаще всего пользуются шкалой среднеквадратичных значений. В русском это слово длинное, поэтому привилось английское сокращение RMS (root mean square), означающее то же самое. Чтобы не вдаваться в детали, достаточно запомнить: для синусоиды значение напряжения RMS меньше амплитудного в 1,41 раза, то есть — в корень из двух. Мощность, указываемая в ваттах RMS — это та, что получена, когда напряжение при расчёте взяли RMS, что логично. А если взять амплитуду напряжения, то мощность, во-первых, будет называться пиковой, а во-вторых, станет ровно вдвое больше, чем RMS.

Сигнал на выходе обычного усилителя с 12-вольтовым питанием, как он выглядит на экране осциллографа. По горизонтальной оси — время, по вертикальной — напряжение. Ни при каких обстоятельствах синусоида, изображающая чистый тон одной-единственной частоты, не может упасть ниже нуля или перевалить через границу, установленную напряжением питания. Вообще-то это выходной сигнал обычного домашнего усилителя, амплитуду которого выставили на нужном уровне, для примера.

Возвращаемся к усилителю. Один ватт — это несерьёзно, прибавляем на входе. До каких пор будет расти напряжение на выходе и что его остановит? Остановит его ограничение сигнала. Усилитель питается постоянным напряжением, и то, что появляется как переменное на его выходе, не может быть больше напряжения питания по амплитуде. Нету там больше. И если мы будем наблюдать за сигналом на выходе, то в какой-то момент верхушки прежде изящной волны окажутся срезаны, там полуволна хотела перейти через верхний предел, напряжение питания. И обломилась. Откатываем сигнал на входе назад, пока ограничение не пропадёт, и смотрим на размах сигнала. Он чуть меньше полного напряжения питания, потому что что-то теряется в выходных каскадах усилителя. Если усилитель питается (как в пресловутой «магнитоле») от бортовой сети автомобиля, то нижняя полуволна подойдёт вплотную к нулевой отметке, а верхняя — к уровню 12 В. Что получается? Амплитуда, будем считать, 6 В в каждую сторону, возводим-делим и получаем сказочную цифру 4,5 Вт. Проверьте, если не лень. Выходит, что по всей науке это — максимальное значение мощности на выходе магнитолы, питаемой от 12 В? А так и было лет двадцать назад. К счастью, уже недавно было найдено решение, позволившее если не выйти на грозные 4 х 50, то во всяком случае, уйти от скорбных 2 х 4,5. Это — мостовое включение усилителей, применяемое ныне во всех автомобильных головных аппаратах.

При мостовом включении на одну нагрузку работают два усилителя, включённые так, что размах синусоиды на выходе удваивается. По уже сообщённому вам способу посчитать выходную мощность это будет в четыре раза больше, чем 4,5 Вт, потому что напряжение возводится в квадрат, стало быть — 18Ватт. Примерно это значение имеет максимальная выходная мощность всех когда-либо испытанных нами головных аппаратов (в каждом из четырёх каналов, разумеется).

Откуда берутся знаменитые 4 х 40 Вт, потом превратившиеся в 4 х 45, 4 х 50 и так далее? Что это, чистое враньё? Как-то не вяжется с образом именитых и более чем респектабельных производителей техники, а ведь эти цифры украшают лицевые панели всех марок: Alpine, Blaupunkt, Clarion и далее в порядке латинского алфавита. Ведь когда речь заходит об отдельных усилителях тех же фирм, всё становится честно и правильно, возможностей убедиться за эти годы было достаточно. Здесь две уловки, первая —техническая, и только вторая — маркетинговая. Техническая уловка заключается в том, что в современных «головах» применены усилители так называемого «класса Н», там есть специальная цепь, способная на короткое время дать выходным каскадам увеличенное напряжение питания. Стоит конденсатор и, пока всё тихо, заряжается. А в пиках громкости он оказывается подключён последовательно с питанием выходного каскада, и пик проскакивает без искажений, не касаясь макушкой потолка 12 В. Но это если пик уровня сигнала совсем короткий, например — первый момент удара в барабан. Дальше, конечно, запас энергии иссякает, но дело уже сделано, даже два дела: действительно, на краткий миг максимальная мощность стала намного больше возможной при непрерывной работе, а во-вторых, появилась возможность об этом упомянуть. Не слишком акцентируя внимание на том, при каких условиях максимум выходной мощности стал таким. К чести респектабельных компаний (см. алфавитный список выше) надо сказать: часто в таблице технических характеристик на последней странице инструкции приводится и непрерывная мощность, с указанием, что это в ваттах RMS, и с указанием, какое было при этом напряжение питания, как правило, 14,4 В, потому что при этом «потолок» для выходной синусоиды приподнимается, и тогда в этой строке фигурируют именно 18 — 20 Вт на канал, случаи захода в третий десяток единичны.

Почему не их пишут на лицевой панели? Считайте это традицией, как цены на нефть в долларах за баррель, а на золото — за тройскую унцию. Тем более, как мы выяснили, формально — имеют право. А теперь быстро ответьте на контрольный вопрос: когда вы в последний раз видели автомобильные динамики, на которых была бы указана мощность МЕНЬШЕ 18 Вт? Поэтому всякие разговоры о «подборе» акустики к магнитоле по мощности смысла не имеют никакого. «А как же, — можете спросить вы, — у моего соседа по гаражу 100-ваттные «лопухи» захрипели и сгорели?» А это, милые вы мои, произошло не оттого, что мощности головного устройства было много, а оттого, что было мало МАКСИМАЛЬНОЙ мощности.

Где кончается мощность.

Все видят, но мало кто обращает внимание: там, где всерьёз, а не для красоты, в тройских унциях, указывается максимальная выходная мощность (например, на последней странице инструкции), рядом стоит и величина коэффициента нелинейных искажений, соответствующая приведенному значению. У нас это сокращается в к.н.и., а в англоязычной инструкции будет выглядеть как THD и какое-то число со знаком процентов. Вспоминаем (или узнаём), что такое нелинейные искажения. Их иногда называют гармоническими (THD и означает Total Harmonic Distortion — общие гармонические искажения), что более правильно. Суть дела: когда усилитель работает идеально, сигнал на выходе будет отличаться от сигнала на входе только амплитудой, причём прямо пропорционально. Добавим коксу. Напряжение на выходе возросло на вольт с небольшим, как вдруг на спектрограмме вырос целый забор из гармоник, значит, выходной сигнал опасно близко подошёл к предельно возможной амплитуде. По амплитуде гармоники вроде небольшие (верхняя шкала сильно растянута по вертикали), и в сумме они складываются в невеликий итог: меньше полпроцента. Но: вот этого забора раньше в звуке не было, а теперь он есть. Добавим ещё — и вот, приплыли: на синусоиде стали отчётливо видны искажения формы, именно те, которых мы ожидали — выше питания не прыгнешь. А сигнал на выходе стал чудовищным, в реальной жизни мы услышим, помимо чистого тона 250 Гц, массу нового: и 500, и (особенно) 750 Гц, и далее до самых невозможных частот, утешение, что все они кратны 250 Гц довольно слабое, для слуха это или скрип, или хрип, в зависимости от основной частоты. Теперь вопрос: Что принять за максимальную выходную мощность? Если там, где искажений было ещё совсем мало, то окажется 13,5 Вт. RMS, как вы теперь понимаете, увидев, в чём указано выходное напряжение. Если там, где под полпроцента, то будет уже почти 19 Вт. А если согласиться с 10%, то получим сказочную для таких усилителей величину 23 Вт. Но только лучше не соглашаться: видите, что кроется за этой неприметной цифрой?

Итог нашего анализа на первый взгляд парадоксален: с одной стороны, у усилителя есть только одна максимально достижимая выходная мощность, зависящая от напряжения питания и сопротивления нагрузки. Но при этом указать её можно как угодно, вопрос в том, какой уровень искажений считать допустимым. Традиционно для действительно мощных, внешних усилителей, значение максимальной мощности указывают при к.н.и., равном 1%. Для головных устройств изготовители предпочитают 10%, по причинам, уже не нуждающимся в комментариях.

И всё же, почему?

Почему при таких, в общем-то, жалких значениях максимальной мощности усилителей головных устройств прицепленные к ним «200-ваттные» 6 х 9 начинают хрипеть, а то и гореть? Почему хрипеть, вы уже видели: хрип — это гармоники, появившиеся на выходе усилителя при его перегрузке. Человек думает, что его могучая магнитола перегрузила динамик, а на деле «лопуху» что дали, то и играет, думая своими лопушиными мозгами, что так и надо. А почему же горят, если им такая мощность — как слону дробина? А давайте ещё раз взглянем на результаты предыдущих опытов с искажениями, а потом их даже продолжим. Я там кое-что дорисовал: условные кривые, показывающие, какая часть частотного спектра попадает на низкочастотную головку (собственно «лопух»), а какая — на блок ВЧ-головок в его центре. Естественно, это относится в полной мере и к любой многополосной акустике, а у нас другой и не бывает. Вот играет что-то, и там есть мощная составляющая с частотой 250 Гц. Пищалка пока в отпуске: на голубом поле, изображающем её рабочий диапазон, сигнала почти нет, и правильно, не её это частота. Когда искажений становится полпроцента, что-то уже появляется, но пока ничего страшного, амплитуды невелики, а большая их часть попадает в область, где фильтр пищалки уже начинает отрезать ненужное. При 10% уже нехорошо: пищалке положен полный покой, а на неё валится куча гармоник, да ещё с уровнем выше, чем содержание верхних частот в нормальной фонограмме. Пойдём дальше, до предела: выкрутим входной сигнал так, что после отрезания верхушек полуволн смирная синусоида превратится в сигнал почти прямоугольной формы, в котором гармоник за сорок процентов от основного сигнала. Вот здесь пищалке, скорее всего, хана. А ведь и усилитель у нас тот же, и частота по-прежнему «непищалочья». При некотором природном даре таким сигналом можно подпортить и мидбас. Прямоугольные импульсы несут на выход намного больше энергии, чем синусоида, и электрическая мощность, которая при этом поступает на динамик, составит больше 50 Вт. Представим себе 50-ваттный паяльник, потом вспомним, что динамик — это паяльник на 99,5%, и судьба звуковой катушки, сделанной, в отличие от обмотки паяльника, не из нихрома, слюды и асбеста, а из гораздо более нежных материалов, перестанет выглядеть безоблачной.

Значит ли всё это, что на мощность акустики можно вообще не смотреть? Не совсем. Надо просто смотреть несколько по-другому.

А вот это — реальный усилитель, аналогичный тем, что применяются в головных устройствах. С точки зрения величины сигнала на выходе такие усилители, собранные по мостовой схеме, равносильны усилителю с двухполярным питанием, в нашем случае ±15 В. Верхняя часть экрана принадлежит анализатору спектра. Трактовать его показания несложно, даже бывает увлекательно. По горизонтальной оси теперь частота, а по вертикальной — уровень сигнала на выходе на этой частоте. Как видим, главное, что есть на выходе — это усиленный сигнал частотой 250 Гц, поданный на вход. Но не только. Каждая «шпилька» — это гармоника основной частоты, Вторая гармоника — на частоте 500 Гц, третья — на 750 и так далее. Здесь «и так далее» не так много: уровень искажений очень низкий. Анализатор спектра — вещь крайне чувствительная, можно разглядеть, например, небольшой выступ на частоте 50 Гц: это наводки сети. А «трава» между столбиками гармоник — собственные шумы усилителя.
Помимо суммарного уровня искажений (это то, что выражается в процентах), кое-какая информация содержится в уровне отдельных гармоник. Чётные (с частотой вдвое, вчетверо, вшестеро и т.д. выше, чем основной тон ) — признаки несимметричного искажения сигнала, нечётные, начиная с третьей — симметричного.

Амплитуда сигнала выросла на вольт с копейками, форма на глаз вроде бы не изменилась, но анализатор спектра не проведёшь: сколько сразу всякой гадости появилось в выходном сигнале. И хотя гадости всего 0,4%, это уже будет слышно, ухо по чувствительности превосходит лучшие приборы. Здесь можно разглядеть, что стала расти третья гармоника (на 750 Гц), то есть появились ранние признаки симметричного, сверху и снизу, ограничения сигнала.

Здесь уже нельзя не разглядеть, что сигнал стал ограничен, пытаясь перепрыгнуть через пределы, поставленные источником питания. Гармоник на выходе много, и преобладают нечётные (3-я, 5-я и т.д.), которые славятся тем, что наиболее неприятны для слуха.

Из предыдущего примера работы усилителя на мощности, далёкой от максимальной. Наш тестовый сигнал в реальных условиях предназначен исключительно для мидбасового динамика, на пищалку его не пускает разделительный фильтр (синяя кривая, довольно условно). Пока всё хорошо: на пищалке, кроме шумов, ничего и нет.

Уже при искажениях 0,5% пищалке начинает кое-что доставаться, этого недостаточно, чтобы нанести ей вред, но, думая, что это — замысел композитора, ВЧ-головка будет старательно «озвучивать» гармоники, вносу в звучание совершенно непрошенные детали.

При искажениях 10% пищалка работает уже всерьёз, и это при основной частоте 250 Гц. А ведь это могло бы быть и 1 кГц, и 2 кГц, тоже частоты не для пищалки, и тогда уже вторая гармоника долбила бы по нежной майларовой диафрагме. Добро бы это было в записи, но ведь не было: пищалка работает «на износ» исключительно благодаря нечистоплотности усилителя.
Предел падения: усилитель перегружен настолько, что синусоида превратилась в череду прямоугольных импульсов. Это уже опасно не только для пищалки: мощность, заключённая в таком сигнале, намного больше, чем в синусоиде равной амплитуды, потому что прямоугольные волны «толще». Сейчас мощность на выходе составляет около 50 Вт, которые (за вычетом 0,4 — 0,5%) звуковая катушка должна переработать в тепло. Ей сейчас не стоит завидовать.

Всё, уговорили. Надо покупать усилитель.

Ясно, без усилителя — не жизнь. Начинаем выбирать и, естественно, первым долгом смотрим на максимальную (уже знаем, что это такое) мощность, за что боремся-то? О том, как её выбирать, разговор будет отдельный и неожиданно для вас короткий. Но вначале давайте определимся, откуда эта мощность берётся. Что делает отдельный усилитель столь качественно иным устройством по сравнению с доставшимися каналами усиления, встроенными в головное устройство? Из предыдущего текста ясно: всё дело в питании. Усилитель создаёт на выходе переменное напряжение с размахом, сверху донизу, не больше, чем напряжение питания выходных каскадов. Для усилителя магнитолы это — напряжение на борту, 12 В на заглушенной машине, около 14 В — на ходу. Главная же составная часть внешнего усилителя — источник питания. Он получает постоянное напряжение из бортовой сети, превращает его в переменное довольно большой частоты (десятки килогерц), переменное уже можно повышать с помощью трансформатора, что источник питания усилителя и делает, а потом, уже повышенное, снова выпрямляется и подаётся на собственно усилитель. До скольких вольт раздули напряжение в ходе этой деятельности, на такой высоте и пройдёт потолок размаха выходного напряжения. Дальше — простая арифметика. Предположим, из 12 В бортовых источник питания сотворил 50. Реально это будет два напряжения разной полярности по 25 В каждое, так удобнее. Значит, размах выходного напряжения будет (в каждую сторону) никак не больше 25 В минус какие-то копейки, теряемые в транзисторах. Максимальная выходная мощность получится как 25 в квадрате, поделённая на сопротивление нагрузки. Это по закону Ома, он неумолим. Выходит чуть больше 150 Вт. Только это — пиковое значение, по шкале RMS — ровно вдвое меньше, около 75 Вт. Цифры вполне реальные, таких усилителей — навалом. Можно ли выжать из этого усилителя больше? Первая стадия «форсажа» у многих моделей произойдёт сама собой, стоит завести двигатель. И когда при заведенном двигателе и работающем генераторе напряжение на борту станет не 12, а 14,4 Вольт, напряжение на выходе источника питания возрастёт с 50 до 60 В, так же поднимется и «потолок» для выходного напряжения усилителя, и максимум мощности возрастёт до 108 Вт. Ничего себе прибавка, верно? Только сильно-то пока не ликуйте. Станет ли при этом усилитель играть громче? А с чего это, собственно? Общее усиление, от источника сигнала до выхода, осталось таким же, оно от питания не зависит (а если бы вдруг зависело, то повинный в этом компонент срочно запросил бы постоянной регистрации в мусорном баке), значит, как играло, так и будет. Иное дело, что если прежде на какой-то громкости появлялись искажения, это когда на пиках сигнала выходное напряжение пыталось перепрыгнуть через планку, поставленную источником питания, то теперь этот момент отодвинется в область большей громкости. Насколько отодвинется? Давайте прикинем. На полтора децибела. Один щелчок громкостью, а то и ни одного, это зависит от шага регулятора.

А что мы выиграли по сравнению с «прошлой жизнью», когда вообще усилителя не было? В ваттах вроде бы очень много. А в децибелах максимальной неискажённой громкости, опять же вроде бы, не очень: 5,4 дБ. Но это только «вроде бы», как мы потом увидим, счастье — не в одних щелчках регулятора громкости. Надо всё же организовать какую-то гармонию между мощностями. Посмотреть, например, какая мощность у акустики, и по ней подобрать усилитель, верно?

Неверно.

Это я нарочно, с целью провокации. О том, как можно загубить акустику недостаточной мощностью, было в прошлом выпуске, теперь давайте попытаемся сделать это с помощью излишней. Это будет намного труднее, предупреждаю.

Вернёмся ещё раз к фразе, которую я по разным поводам произносил (и писал) очень много раз, последний раз — в прошлом выпуске. Вот она: «И когда мы говорим о мощности усилителя, то речь идёт о том, что ОН ДАЁТ. А когда о мощности динамика — то о том, что ОН БЕРЁТ». Максимальная мощность усилителя — это та, больше которой он не может дать, потому что начинает искажать сигнал, а мы не для этого его покупали. Максимальная мощность акустики, стало быть, это та, больше которой она взять не может, потому что ЧТО? Тоже начинает искажать сигнал? А она это начинает делать сразу и понемногу, совсем не так, как усилитель, жёсткой планки ограничения у акустики нет. В стародавние времена был советский стандарт, по которому нормировалась так называемая номинальная мощность динамиков. Там оговаривались специальные условия, полоса частот и так далее, в общем, мощность считалась такой, чтобы нелинейные искажения не превышали 10%. Лучший басовый динамик того времени назывался 6ГД2, первая цифра — это как раз номинальная мощность. Были ещё 4 ГД, 3 ГД и так далее, это потом приняли определение паспортной мощности, зависящей уже не от искажений, а от живучести, и все эти ГД разом потолстели до 10, 20, 75 и тому подобного. ГОСТы эти приказали нам всем долго жить, и сейчас мощность определяют иначе, и очень важно это понимать, чтобы испытывать к этому показателю то отношение, которого он заслуживает.

Попрошу набрать это красным, если забуду — вы сами тогда карандашом, ладно?

Мощность, указываемая на акустике, это не та, на которой она должна работать, а та, которая её разрушает.

Разумеется, должна быть взаимосвязь между возможностями акустики и ресурсами источника этого вероятного разрушения, но это взаимосвязь, а не тождество. Представьте себе: вы купили автомобиль, у которого максимальная скорость 200 км/ч. И подвернулась вам резина с индексом скорости Т (190 км/ч). Что, нельзя ездить? При 191 км/ч все четыре колеса — в клочья? Или наоборот, у шин индекс скорости Z (240 и больше), и вы сбиваетесь с ног, подбирая под такую резину подходящий автомобиль. Нереально.

Тем не менее сплошь и рядом приходится слышать (да и читать), как акустику к усилителю (и наоборот) подбирают, глядя в первую очередь на мощность, а потом уже на всё остальное.

Так что давайте в последний раз, чтобы не возвращаться к вопросу. Цифры мощности на акустике, без указания условий измерения, не означают ничего, это часть современной, но укоренившейся традиции. Если производитель акустики хотя бы относительно корректен в приводимых им цифрах, то он может указать долговременную мощность, а это — максимальная неразрушающая (или минимально разрушающая, не забывайте и об этом) мощность, поданная на динамик в течение получаса по схеме: минуту работает — две отдыхает. Подаётся при этом шумовой сигнал, пропущенный через фильтр, отрезающий всё ниже 40 Гц и всё выше 4 кГц, так что к пищалке-то это уже почти не имеет отношения. Вот если акустика эти самые трудные в своей жизни полчаса пережила — записывается использованное значение мощности. Если погибла — берётся из предыдущего опыта с меньшей мощностью. Кратковременная мощность — это такая, которая не погубит динамик (или погубит, но в последний момент) после 60 циклов «секунду орём — минуту отдыхаем». Все описанные процедуры подразумевают подведение испытуемого образца акустики максимально близко к краю могилы, поэтому ориентироваться на них как на нормативный показатель тому, кто за акустику заплатил из своего кармана, как-то не очень разумно. Единственный тип показателя, хоть немного напоминающий возможное реальное использование своей законной собственности, — это rated noise power по стандарту IEC 268-5, когда акустика должна остаться живой после 8 часов непрерывной работы на уже упомянутом шумовом сигнале. Её не указывают почти никогда.

Ориентиры здесь должны быть другими, их на коробках с акустикой искать не стоит.

Ориентиры, где вы?

Наши штатные специалисты в тестах акустики неоднократно рекомендовали (когда изготовители совсем уж теряли стыд и смолчать было немыслимо) равняться на показатели, которые хотя бы примерно обозначают область возможных значений. Для 6-дюймовой компонентной акустики границы разумного риска пролегают где-то на 40 и 90 Вт (это широко, внутри уже надо смотреть на особенности конструкции), для 5-дюймовой — закономерно ниже, 30 — 70 Вт. Такими мы считаем значения rated noise power. Можете не соглашаться, но опровергающие опыты — за свой счёт, пожалуйста.

Цифры, в принципе, напоминают распространённые значения максимальной выходной мощности усилителей широкого распространения, так что самый простой, на грани примитивизма, ответ на вопрос о согласовании мощности усилителя с мощностью акустики уже готов: типичный усилитель подходит для работы с типичной акустикой. Любой — с любой. В принципе, если не хотите париться, можете взять его на вооружение. Но ответ чересчур прост, чтобы хоть как-то претендовать на роль исчерпывающего, это ясно.

Дальше нужно смотреть уже на реалии жизни. В жизни, как у меня есть основания полагать, и усилитель, и акустика будут использованы для воспроизведения музыки, а не испытательных сигналов, на музыку похожих лишь очень приблизительно. Музыкальный сигнал — это не синус и даже не шум, это сигнал с большой разницей между средним значением и пиковым. Кратковременные пики сигнала, за редким исключением, не угрожают здоровью акустики, которой в основном приходится сопротивляться тепловой нагрузке, а выделяемое на звуковой катушке тепло — функция среднего уровня подведённого сигнала. Приходилось видеть в документации самых серьёзных изготовителей акустики, как рядом с вполне реальными (и с указанием всех нормативных данных) цифрами долговременной мощности приводились значения выдерживаемой мощности на коротких (скажем, 10 мс) пиках. Цифры достигали порой сотен ватт, и это уже не маркетинг, это факт, даже очень мощный, но очень короткий всплеск сигнала динамик не погубит. А у усилителя взгляд на пики уровня принципиально иной. Хоть на миллисекунду превысит уровень сигнала планку максимальной мощности — и будет безжалостно обезглавлен, то есть пойдёт дальше по проводам к акустике уже в искажённом, по сравнению с первоисточником, виде. Этого допускать никак нельзя. И здесь уже есть смысл взглянуть на свои музыкальные вкусы.

Вкусы не измеряют.

Это почему же? Можно попробовать. Я пропустил через компьютер некоторое количество музыкальных фрагментов и выбрал довольно показательные с точки зрения соотношения средней (опасной для акустики) и пиковой (которая должна быть посильной для усилителя) мощности. Уровень сигнала измерялся в децибелах относительно максимального, записанного на диске, но для наглядности я пересчитал всё в проценты от максимальной мощности. Первая картинка — это 60 секунд «Шествия гномов» (6-я дорожка «Let’s Test!»). Если система настроена так, чтобы самые большие пики сигнала не вышли за пределы выходной мощности усилителя, то в целом за эту минуту акустике будет доставаться около полутора процентов этой мощности. Даже в те 12 секунд, когда оркестр совсем распоясается, тепловая нагрузка составит не более половины мощности.

Минута деятельности барабанщиков Yamato (помните, приезжали в Москву?). Уровень сигнала выбран так, чтобы беспрепятственно пропустить пик деятельности на 21 секунде. В результате средняя мощность всего фрагмента — меньше процента от максимальной, а самой его напряжённой части — одна десятая от максимума.

Третий пример: «In the Pocket» (Kai Eckhardt, «NAIM Sampler», дорожка 8). Средняя мощность 13% от максимума, а прибавить громкость в искренней попытке загубить акустику будет означать — обрубить многочисленные пики, вызванные умелой работой барабанщика.

Не слушаете аудиофильские изыски? Не станем заставлять. Вот фрагмент фонограммы панк-роковой группы Kurban (турецкой и, кстати, довольно любопытной). Вот здесь уже — да, ребята на сцене не отдыхают, и средняя мощность подолгу составляет около 40, а то и больше процентов от максимума. Но ориентиры, в принципе, остаются те же. Просто рок-музыка попадает в разряд «небезупречного контроля», что логично.

Внимательный читатель здесь может озадачиться: «Подождите-ка, выходит, мы слушаем музыку на одном-двух, много — десяти ваттах, подведенных к акустике? А почему же тогда громко играет? Сами ведь слышали: громко». Отвечу: а почему бы ей громко не играть? Вы ведь с децибелами управляетесь легко (даже те, кто прежде не умел). Берём любую акустику из любого нашего прошлого теста и смотрим на показатель чувствительности. Ну, скажем, 87 дБ, это так, средне-типичное значение. Такое звуковое давление создаст эта акустика на расстоянии 1 м при подведенной к ней мощности 1 (один-единственный) Вт. Это, между прочим, уже не тихо. Чтобы эта акустика создала уровень звукового давления 90 дБ, стандартный для контрольного прослушивания в звукозаписи, всего-то ей потребуется 2 Вт. Подадите 10 Вт — получите 97 дБ. Это совсем громко. Да ещё учтите, что у нас таких динамиков как минимум два, а звучат они не в заглушенном помещении, а в салоне, где потерь намного меньше, а отражённые звуки приходят к нам же. Что же тогда, спросите вы, динамик будет вытворять, когда на него придут те самые пиковые сто, скажем, ватт? Ровно то, что и должен: кратковременно, в течение долей секунды, вскрикнет на 107 дБ. Дайте ему эти 100 Вт непрерывно, в виде шума или, того хуже, тонального сигнала, и крик этот будет предсмертным. А так — всё под контролем, не волнуйтесь.

_____________________________________________________________________________

В акустике всё измеряется не так, как в обычном мире. Причин тому несколько, объяснения иных способны увести в райские кущи науки, их трогать не будем. Другие — поддаются простым истолкованиям. Или просто могут быть приняты на веру, как вам удобнее.
Человеческий слух не умеет складывать и вычитать. Только умножать и делить. Эволюция (или Создатель, выберите по вкусу) устроила его таким образом, как мне представляется, руководствуясь технической целесообразностью. Слух работает в огромном диапазоне громкостей. Звуковое давление (поддающееся измерению, как известно), соответствующее болевому порогу, превышает звуковое давление порога слышимости в десять миллионов раз (прописью, чтобы не считать нули). Слух приспособился к этому, сделавшись (по воле эволюции или Создателя) логарифмическим. Логарифмы люди придумали уже потом, а у нас в голове они сидят от природы. Логарифмическая природа слуха состоит в том, что он оценивает разницу в громкости не по тому, НА сколько больше звуковое давление, а по тому, ВО сколько раз оно стало больше. Так (если убрать сейчас все промежуточные главы истории) была придумана единица измерения, на которой в акустике и элеткроакустике базируется решительно всё — децибел. Кто всё про это знает, дальше не читайте, впрочем, я об этом просил, ещё открывая эту серию публикаций.
Остальным, сколько бы их ни оказалось, даю возможность за пять минут освоить операции с децибелами и впоследствии делать это легко и изящно. Итак: децибел это единица, которая, если её прибавить, означает «умножить», а если отнять — «поделить». Например: звуковое давление больше на 3 дБ. Это означает — вдвое. Ещё на 3 дБ? Ещё вдвое. Больше на 1 дБ — это в 1,25 раза, примерно. Больше на 10 дБ — вдесятеро. И наоборот: отнимите от звукового давления 3 дБ, и это будет означать, что оно уменьшилось вдвое.
Достаточно запомнить несколько важных значений, чтобы из них, как из кирпичиков, составлять представление о том, что означает та или иная величина, указанная в децибелах.
Вот, пожалуйста:

  Мощность или звуковое давление 
различаются в
Напряжение 
различается в
1 дБ 1,25 раза 1,13 раз, вообще копейки
3 дБ 2 раза примерно полтора раза
6 дБ 4 раза 2 раза
10 дБ 10 раз примерно 3 раза
12 дБ 16 раз 4 раза
20 дБ 100 раз 10 раз


Вот и всё: встретили, в примеру, где-нибудь 18 дБ, прикидываете, что это 12 + 6, берёте «разы» для этих двух слагаемых и умножаете. Именно умножаете, в этом и весь фокус. В нашем примере 16 на 4 даёт 64. Только обратите внимание: при сравнении звуковых давлений и мощностей надо брать «разы» из левого столбца, а при сравнении напряжений, скажем — из правого, это хитрость, связанная с тем, что рост напряжения, к примеру, на выходе усилителя вдвое приводит к росту мощности вчетверо (там напряжение в квадрате), а децибелы — одни и те же, их 6. Впрочем, дальше мы в основном будем оперировать мощностями и звуковыми давлениями, так что правый столбец пока постоит в резерве.
Что означает децибел на слух? Разница в громкости в 1 дБ (это у большинства головных устройств — один щелчок энкодером или кнопкой громкости) ловится на слух только при немедленном сопоставлении, как было и как стало. Проведите опыт: послушайте звук на громкости, скажем, 15 по дисплею, а потом — 16, выйдите из машины на полминуты, и пусть ваш приятель (можно даже приятельница) закроет ладонью (или ладошкой) дисплей, а вы определяйте: там 15 или 16? Если вы при этом будете попадать мимо кассы реже, чем пять раз из десяти (даже на одном и том же фрагменте), значит, у вашего головного устройства шаг громкости 2 дБ, это тоже встречается. Хотя есть, конечно, таланты.
3 дБ воспринимаются как заметное изменение громкости. Не «большое», а просто заметное. И здесь вас ждёт плохая новость, о которой вы уже могли догадаться. Звуковое давление, создаваемое акустикой, и мощность, подведенная к акустике для того, чтобы оно было создано, живут в одном и том же столбце нашей шпаргалки. Следовательно, для того, чтобы получить заметное изменение громкости, подведенную мощность надо увеличить вдвое. Вот из-за этого и все проблемы с мощностью. В основном из-за этого

Децибел

Децибел — дольная единица бела, равная одной десятой этой единицы. Бел выражает отношение двух значений энергетической величины десятичным логарифмом этого отношения.
Отношение D P {\displaystyle D_{P}} двух значений энергетической величины P {\displaystyle P}, такой как мощность, энергия, плотность энергии и т. п., выраженное в децибелах, определяется по формуле:
D P = 10 lg ⁡ P 2 P 1. {\displaystyle D_{P}=10\lg {\frac {P_{2}}{P_{1}}}.}
Отсюда следует, что увеличение энергетической величины на 1 дБ означает её увеличение в 10 0.1 ≈ 1.259 раза.
Энергетические величины пропорциональны квадратам силовых величин или величин поля, как принято в международных документах, таких как звуковое давление, электрическое напряжение, сила электрического тока и т. п., поэтому отношение D F {\displaystyle D_{F}} двух значений силовой величины F {\displaystyle F}, выраженное в децибелах, определяется по формуле:
D F = 20 lg ⁡ F 2 F 1. {\displaystyle D_{F}=20\lg {\frac {F_{2}}{F_{1}}}.}
Отсюда следует, что увеличение силовой величины на 1 дБ означает её увеличение в 10 0.05 ≈ 1.122 раза.
Децибел относится к единицам, не входящим в Международную систему единиц СИ, но в соответствии с решением Международного комитета мер и весов допускается к применению без ограничений совместно с единицами СИ. В основном применяется в электросвязи, акустике, радиотехнике, в теории систем автоматического управления.

1. История
Распространение децибела берёт начало от методов, используемых для количественной оценки потери ослабления сигнала в телеграфных и телефонных линиях. Единицей потерь изначально была миля стандартного кабеля англ. mile of standard cable — m.s.c. 1 m.s.c. соответствовала потерям мощности сигнала с частотой 800 Гц в кабеле длиной в 1 милю примерно 1.6 км, имеющем распределённое сопротивление 88 Ом на петлю и распределённую ёмкость 0.054 мкФ диаметр жил витой пары около 0.9 мм. Такая величина потерь была близка к наименьшей различимой средним слушателем разнице двух сигналов по громкости. Однако миля стандартного кабеля была частотно-зависимой, и она не могла быть полноценной единицей отношения мощностей.
В 1924 году компания «Белл телефон» получила положительный ответ на новое определение единицы среди членов Международного телеграфного союза в Европе: вместо m.s.c. — единица передачи transmission unit, TU. Единица передачи определялась так, что численное выражение в этих единицах соответствовало десяти десятичным логарифмам отношения измеренной мощности к исходной мощности. Удобство такого определения было в приблизительном соответствии старой и новой единиц 1 m.s.c. — это примерно 0.95 TU. В 1928 году компания «Белл телефон» переименовала единицу передачи TU в децибел, который стал одной десятой вновь определённой единицы логарифмического отношения мощностей, получившей наименование бел в честь американского учёного Александра Белла. Единица бел используется редко, в то время как децибел получил широкое распространение.
Изначальное определение децибела в Ежегоднике стандартов Национального института стандартов и технологий в США от 1931 года:
Децибел может быть определён таким утверждением, что две величины мощности отличаются на 1 децибел, когда они находятся в соотношении 10 0.1, и любые две величины мощности отличаются на N децибел, когда они находятся в соотношении 10 N 0.1. Количество единиц передачи децибелов, выражающее отношение любых двух мощностей, в десять раз превышает десятичный логарифм этого отношения.
В апреле 2003 года Международный комитет мер и весов МКМВ рассматривал рекомендацию о включении децибела в Международную систему единиц СИ, но отказался от этого предложения. Однако децибел признан другими международными организациями, такими как Международная электротехническая комиссия МЭК и Международная организация по стандартизации ИСО. МЭК позволяет использовать децибел и с силовыми, и с энергетическими величинам, и этой рекомендации следуют многие национальные организации по стандартизации.

2. Определение
Децибелы принято использовать для измерения или выражения отношения одноимённых энергетических величин, таких как мощность, энергия, интенсивность, плотность потока мощности, спектральная плотность мощности и т.{0.05D_{U}}.}

2.3. Определение Определение единицы бел
Бел русское обозначение: Б; международное: B выражает отношение двух мощностей как десятичный логарифм этого отношения.
Согласно ГОСТ 8.417 — 2002, бел — единица логарифмического отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную. Для энергетических величин P: 1 Б = lgP 2 /P 1 при P 2 = 10P 1 ; для силовых величин F: 1 Б = 2 lgF 2 /F 1 при F 2 = 10 0.5 F 1.
Таким образом, бел соответствует отношению 10 для энергетических величин или отношению 10 0.5 ≈ 3.162 для силовых величин.
Бел редко применяется как без приставки, так и с какими-либо другими приставками СИ, кроме деци. Например, вместо тысячной доли бела предпочтительным является использование сотой доли децибела общепринятой будет запись не 5 мБ, а 0.05 дБ.

3. Применение
Децибелы широко применяются в областях техники, где требуется измерение или представление величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, автоматического регулирования и управления, в оптике, акустике в децибелах измеряется уровень громкости звука и др. Так, в децибелах принято измерять или указывать динамический диапазон например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента, затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент затухания радиочастотного кабеля, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.

3.1. Применение Акустика
Звуковое давление — силовая величина, а интенсивность звука, пропорциональная квадрату звукового давления, — энергетическая величина. Например, если громкость звука субъективно определяемая его интенсивностью возросла на 10 дБ, это значит, что интенсивность звука возросла в 10 раз, а звуковое давление — приблизительно в 3.16 раза.
Использование децибелов при указании громкости звука обусловлено человеческой способностью воспринимать звук в очень большом диапазоне изменений его интенсивности. Применение линейной шкалы оказывается практически неудобным. Кроме того, на основании закона Вебера — Фехнера, ощущение громкости звука пропорционально логарифму его интенсивности. Отсюда удобство логарифмической шкалы. Диапазон величин звукового давления от минимального порога слышимости звука человеком 20 мкПа до максимального, вызывающего болевые ощущения, составляет примерно 120 дБ. Например, утверждение «громкость звука составляет 30 дБ» означает, что интенсивность звука в 1000 раз превышает порог слышимости звука человеком.
Для выражения громкости звука также используют единицы фон и сон, учитывающие частотную и субъективную восприимчивость звука человеком.

3.2. Применение Удобства применения децибелов
Прежде всего следует отметить удобство децибела по сравнению с единицей бел. Для практических применений бел оказался слишком крупной единицей, часто предполагающей дробную запись значения логарифмической величины. Перечисленные ниже удобства так или иначе связаны с применением не только децибелов, а логарифмической шкалы и логарифмических величин вообще.
Логарифмическое представление некоторых относительных величин в ряде случаев упрощает математические операции с ними, в частности, умножение и деление заменяются сложением и вычитанием. Например, если собственные коэффициенты усиления последовательно включённых усилителей выражены в децибелах, то общий коэффициент усиления находится как сумма собственных коэффициентов.
Логарифмическая шкала даёт наглядное графическое представление и упрощение анализа величины, изменяющейся в очень широких пределах примеры — диаграмма направленности антенны, амплитудно-частотная характеристика АЧХ системы автоматического регулирования). Это же относится к передаточным частотным характеристикам электрических фильтров см. Логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика. При этом форма кривой упрощается и возможно применение кусочно-линейной аппроксимации, при которой скорость убывания частотной характеристики имеет размерность дБ/декада или дБ/октава. Упрощается анализ частотной характеристики фильтров, составленных из последовательно включенных звеньев с независимыми друг от друга частотными характеристиками. Следует заметить, что построение графиков в логарифмическом масштабе требует определённого навыка см. Логарифмическая бумага.
Характер отображения в органах чувств человека и животных изменений течения многих физических и биологических процессов пропорционален логарифму интенсивности раздражителя см. Закон Вебера — Фехнера. Эта особенность делает применение логарифмических шкал, логарифмических величин и их единиц вполне естественным. Например, одной из таких шкал является музыкальная равномерно темперированная шкала частот.

4. Опорные величины и обозначения уровней
Если в качестве одной из величин отношения в знаменателе выступает общепринятая исходная или опорная величина X ref, то отношение, выраженное в децибелах, называют уровнем иногда называют абсолютным уровнем соответствующей физической величины X и обозначают L X от англ. level.
В соответствии с действующими стандартами при необходимости указать исходную величину её значение помещают в скобках после обозначения логарифмической величины. Например, уровень L P звукового давления P можно записать: L P исх. 20 мкПа = 20 дБ, а с использованием международных обозначений — L P re 20 µPa = 20 dB re — сокращение от англ. referred to, «отнесённое к». Допускается указывать значение исходной величины после значения уровня, в скобках после обязательного пробела, например: 20 дБ исх. 20 мкПа. Также используется краткая форма, например, уровень L W мощности W можно записать: L W /1 мВт = 30 дБ, или L W = 30 дБ 1 мВт. Для сокращения записи широко используются специальные обозначения, например: L W = 30 дБм. Запись означает, что уровень мощности составляет +30 дБ относительно 1 мВт, то есть мощность равна 1 Вт.

4.1. Опорные величины и обозначения уровней Специальные обозначения
Приведены некоторые специальные обозначения, которые в предельно краткой форме указывают на значение исходной опорной величины, по отношению к которой определён соответствующий уровень, выраженный в децибелах. Для указанных ниже опорных величин под электрическим напряжением понимается его среднеквадратичное эффективное значение.
dBm0 русское дБм0 — опорная мощность 1 мВт. Обозначение применяется в электросвязи для указания абсолютного уровня мощности, приведённого к так называемой точке нулевого относительного уровня.
dBm русское дБм — опорная мощность 1 мВт.
dBV русское дБВ — опорное напряжение 1 В.
dBW русское дБВт — опорная мощность 1 Вт. Например, уровень мощности +30 дБВт соответствует мощности 1 кВт.
dBuV или dBμV русское дБмкВ — опорное напряжение 1 мкВ.
dBA, dBB, dBC — эти символы применяются для обозначения взвешенного уровня звукового давления относительно 20 мкПа, когда при измерениях используются фильтры с соответствующими стандартными частотными характеристиками.
dBu русское дБн — опорное напряжение 0.600 {\displaystyle {\sqrt {0{,}600}}} ≈ 0.775 В, соответствующее мощности 1 мВт на нагрузке 600 Ом.
dB SPL от англ. sound pressure level — «уровень звукового давления» — опорное значение амплитуды звукового давления составляет 20 мкПа и соответствует порогу слышимости гармонического звукового колебания с частотой 1 кГц.
dBsm от англ. square meter, русское дБкв.м или дБм²) — децибел относительно одного квадратного метра. Характеризует эффективную поверхность рассеяния рассеивателя в радиолокации.
dBZ — используется в радарной технике в основном в метеорадарах; опорным уровнем является коэффициент отражения капли дождя диаметром 1 мм ; значения свыше 20 dBZ обычно указывают на выпадение осадков.{-10}~{\text{В}}}. Это значение соответствует уровню напряжения −61 dBμV или уровню мощности −168 dBm.
dBFS от англ. full scale — «полная шкала» — опорный сигнал мощность, напряжение соответствует полной шкале аналого-цифрового преобразователя.
dBd русское дБд — децибел относительно полуволнового вибратора диполя. Обозначение применяется для описания характеристик антенны по сравнению с полуволновым вибратором 0 dBd = 2.15 dBi.
dBc русское дБн — опорная величина соответствует мощности излучения на частоте несущего сигнала англ. carrier.
dBi русское дБи — изотропный децибел. Обозначение применяется для описания характеристик антенны коэффициент направленного действия, коэффициент усиления по сравнению с гипотетической изотропной антенной, которая равномерно излучает энергию по всем направлениям.
По аналогии образуются составные единицы, например уровня спектральной плотности мощности: дБВт/Гц — «децибельный» аналог единицы Вт/Гц мощность на номинальной нагрузке в полосе частот 1 Гц с центром на заданной частоте — здесь опорный уровень равен 1 Вт/Гц.

Расчет на

дБ — расчет в децибелах Калькулятор в децибелах Калькулятор в децибелах. преобразователь соотношений thd%% аудиотехника согласование импеданса мостовое соединение — sengpielaudio Sengpiel Berlin



Как рассчитать децибелы? — Калькулятор дБ
● Калькулятор децибел (дБ) — ценный инструмент ●
Используемый браузер не поддерживает JavaScript.
Вы увидите программу, но функция работать не будет.


Имея «дБ» и «коэффициент» рядом с полями ввода, мы решаем, какое значение
рассчитано, а какое поле является входом.
С размером «поля» и размером «энергии» мы решаем, составляет ли он 20
раз (количество поля, например, вольт) или 10 раз (количество энергии или
количество энергии, например Вт) в формуле.

Формулы для напряжения и мощности
и расчета уровня

Чтобы использовать калькулятор, просто введите значение.
Калькулятор работает в обоих направлениях знака .

дБм указывает, что эталонная мощность составляет P 0 = 1 м илливатт = 0,001 Вт ≡ 0 дБ м .

Уровень количества поля
Уровень количества энергии

Звуковое давление, интенсивность звука и их уровни:
Преобразование и расчет звуковых величин и их уровней


a 1 и b 1 — это ссылка
‘a’ может быть напряжением В, и ‘b’ может быть мощностью P . пол. ~ В 2

Звуковое давление
Размер звукового поля
Уровень звукового давления

Эталонное звуковое давление p 0 = 20 мкПа = 2 × 10 -5 Па 0 дБ
Размеры поля как звуковое давление всегда будут отображаться как среднеквадратичное значение.
Звуковое давление p — это звуковое давление, которое определяется как среднеквадратичное значение, на которое накладывается статическое давление
p St (давление воздуха) окружающего воздуха. p всего = p St + p

Интенсивность звука
Размер звуковой энергии
Уровень интенсивности звука
Эталонная интенсивность звука I 0 = 1 × 10 −12 Вт / м 2 ≡ 0 дБ
Размеры звукового поля: звуковое давление, скорость частиц, амплитуда частиц.Размеры поля
, такие как звуковое давление, всегда выражаются в RMS.
Это в основном пропорционально электрическому напряжению В .
Размеры звуковой энергии: интенсивность звука, звуковая энергия, плотность звуковой энергии, акустическая мощность.
Это в основном пропорционально электрической мощности P .

Шкала децибел для линейных размеров поля, таких как вольт и звуковое давление
Логарифмическая шкала (отношение)


Примечание — Сравнение дБ и дБА: формулы для преобразования
измеренных значений дБА в уровень звукового давления дБSPL или наоборот не существует.


Среднее напряжение 3 дБ, относящееся к коэффициенту √ 2 = 1,4142 или 1 / √ 2 = 0,7071.
Средняя мощность (энергия) 3 дБ, относящаяся к коэффициенту 2 (удвоение) или 0,5 (половина).


Уровень выходного напряжения равен 0 дБ, то есть 100% (коэффициент или коэффициент = 1).
Уровень −3 дБ эквивалентен 70,7% (коэффициент = 0,7071), а уровень

−6 дБ эквивалентен 50% (коэффициент = 1/2 = 0.5) начального напряжения.
Это относится к величине напряжения поля или звуковому давлению.


Уровень выходной мощности равен 0 дБ, то есть 100% (коэффициент или отношение = 1).
Уровень −3 дБ эквивалентен 50% (коэффициент = 0,5), а уровень

−6 дБ эквивалентен 25% (коэффициент = 1/4 = 0,25) от начальной мощности.
Это относится к количеству энергии, мощности или интенсивности звука.


Попытайтесь понять это.


Звуковое давление и
уровень звукового давления



Акустикам и звукоизоляторам («борцам с шумом») нужен звук
интенсивности (акустическая интенсивность), но звукорежиссерам и звукорежиссерам
(«слуховым людям») это количество звуковой энергии не нужно .

Тот, кто занимается звуковой инженерией, должен лучше позаботиться о количестве звукового поля
, то есть о звуковом давлении или уровне звукового давления
(SPL), влияющем на барабанные перепонки нашего слуха и на мембраны
слухового аппарата. микрофоны и соответствующее звуковое напряжение
и его уровень напряжения.


Если мы технический специалист, проверяющий качество звука путем прослушивания своим слухом,
воспринимайте звуковые волны, которые перемещают наши барабанные перепонки под действием звукового давления
, как размер звукового поля. Вот почему есть совет:
В звукозаписи старайтесь избегать использования звуковой мощности и интенсивности звука, так как
величины звуковой энергии.

Сколько децибел (дБ) составляет звуковая энергия Вт = I × t × A дюйм1 Дж = Вт × с?
Этот вопрос задают довольно редко.Для расчетов мы используем более звуковые
величины энергии: плотность звуковой энергии, w или E = I / c в Дж / м 3 , интенсивность звука I =
P ac / A Вт / м², и звуковая мощность P ac в Вт = Дж / с и их соответствующие уровни.


Акустикам и звукоизоляторам («шумоподавителям») нужен звук
интенсивности (акустическая интенсивность), но как звукорежиссеру и звукорежиссеру
(«слуховые люди») вам не нужна эта звуковая энергия количество.

Тот, кто занимается звуковой инженерией, должен лучше позаботиться о количестве звукового поля
, то есть о звуковом давлении или уровне звукового давления
(SPL), влияющем на барабанные перепонки нашего слуха и на диафрагмы
слухового аппарата. микрофоны и соответствующее звуковое напряжение
и его уровень напряжения.




Мощность, как и все величины энергии, является в первую очередь расчетным значением.

Определяющее уравнение для уровня в децибелах для размеров поля (здесь напряжение):
L В = 20 × log 10 ( В / В 0 ) (дБ ) ( Z 1 = Z 2 )
, где В — измеряемое напряжение, а В 0 — ссылка, с которой сравнивается В .

Уравнение для получения отношения напряжений В / В 0 от уровня L В в дБ:
В / В 0 = 10 ( LV / 20 )

Определяющее уравнение для уровня в децибелах для размеров энергии (здесь мощность):
L P = 10 × log 10 ( P / P 0 ) (дБ )
, где P — измеряемая мощность, а P 0 — ссылка, с которой сравнивается P .

Уравнение для получения отношения мощностей P / P 0 от уровня L P в дБ:
P / P 0 = 10 ( LP / 10 )

Мы делаем аудио, а не RF.
Обычно нам нужно знать соотношение НАПРЯЖЕНИЕ, а не МОЩНОСТЬ.

Оказывается, что если у нас одинаковый уровень импеданса для одного напряжения и другого, отношение
напряжений может быть точно выражено как двадцатикратное логарифмическое отношение к основному десяти из соотношений напряжений
.Итак, если у нас есть входное напряжение 0,1 В от источника 600 Ом, и мы получаем выходную мощность
32 В на нагрузку 600 Ом, соотношение напряжений будет
20 × log 10 (32 / 0,1) = 20 × log (320) =
20 × 2,505 = 50 дБ.

Хотя правильно говорить о децибелах в тех случаях, когда входное и выходное
импеданса одинаковы, мир звука проигнорировал это (!), И мы говорим о соотношениях напряжений
без учета импеданса. Итак, «усилитель мощности», которому требуется вход 1.5 В от источника
1000 Ом, чтобы дать выход 30 В на 8 Ом, говорят о том, что коэффициент усиления
20 × log (30 / 1,5) = 20 × log (20) = 20 × 1,3 = 26 дБ. Таким образом, «дБ» — это просто еще один способ записать
«отношение».

Изменение в дБ Изменение коэффициента
Увеличение на 3 дБ ≡ Удвоенная звуковая энергия: коэффициент √2
Понижение на 3 дБ ≡ Звуковая энергия уменьшена вдвое: коэффициент √0.5
Увеличение на 6 дБ ≡ Удвоенное звуковое давление: коэффициент 2
Уменьшение на 6 дБ ≡ Звуковая энергия уменьшена вдвое: коэффициент 0,5
Увеличение на 10 дБ ≡ Восприятие громкости удвоено: коэффициент 10
Уменьшение на 10 дБ ≡ Восприятие громкости уменьшено вдвое: коэффициент 0,1


От: http: // www.bv-elbtal.de/html/was_ist_larm_.html


Усиление мощности в децибелах

При проектировании или работе со схемами усилителя и фильтра некоторые числа, используемые в расчетах, могут быть очень большими или очень маленькими. Например, если мы каскадируем два каскада усилителя вместе с коэффициентом усиления мощности или напряжения, скажем, 20 и 36 соответственно, то общее усиление будет 720 (20 * 36).

Точно так же, если мы каскадируем вместе схемы RC-фильтров первого порядка с затуханием 0.7071 каждый, полное затухание будет 0,5 (0,7071 * 0,7071). Помня, конечно, что если выход схемы положительный, то он производит усиление или усиление, а если его выход отрицательный, то он производит затухание или потери.

При анализе схем в частотной области удобнее сравнивать отношение амплитуд выходных и входных значений в логарифмическом масштабе, а не в линейном масштабе. Таким образом, если мы используем логарифмическое отношение двух величин, P 1 и P 2 , мы получим новую величину или уровень, который может быть представлен с использованием децибел .

В отличие от напряжения или тока, которые измеряются в вольтах и ​​амперах соответственно, децибел , или просто дБ для краткости, представляет собой просто отношение двух значений, на самом деле отношение одного значения к другому известному или фиксированному значению, поэтому следовательно, децибел является безразмерной величиной, но имеет в качестве единиц измерения «Бел» в честь изобретателя телефона Александра Грэхема Белла.

Отношение любых двух значений, где одно фиксированное или известное и одного и того же количества или единиц, будь то мощность, напряжение или ток, может быть представлено в децибелах (дБ), где «деци» означает одну десятую (1/10) от Бел.Очевидно, что в расчете на один бел приходится 10 децибел (10 дБ), или 1 бел = 10 децибел.

Децибел обычно используется для отображения коэффициента изменения мощности (увеличения или уменьшения) и обычно определяется как значение, которое в десять раз превышает логарифм по основанию 10 двух уровней мощности. Так, например, 1 Вт к 10 Вт — это то же отношение мощности, что и 10 Вт к 100 Вт, то есть 10: 1, поэтому, хотя есть большая разница в количестве ватт, 9 по сравнению с 90, соотношение децибел будет точно так же.

Надеюсь, тогда мы сможем увидеть, что значение децибел (дБ) — это отношение, используемое для сравнения и вычисления уровней изменения мощности, а не сама мощность.Итак, если у нас есть две величины мощности, например: P 1 и P 2 , соотношение этих двух величин будет представлено уравнением:

дБ = 10log 10 [P 2 / P 1 ]

Где P 1 представляет входную мощность, а P 2 представляет выходную мощность (P OUT / P IN ).

Поскольку децибел представляет собой логарифмическое изменение по основанию 10 двух уровней мощности, мы можем расширить это уравнение, используя антилогарифмы, чтобы показать, насколько на самом деле изменение одного децибела (1 дБ).

дБ = 10log 10 [P 2 / P 1 ]

Если P 2 / P 1 равно 1, то есть P 1 = P 2 , тогда:

дБ = 10log 10 [1] = log 10 [1/10] = log 10 [0,1] = антилогарифмический [0,1]

Таким образом, изменение значения в дБ равно: 10 0,1 = 1,259

Очевидно, что логарифмическое изменение двух степеней имеет отношение 1,259, что означает, что изменение на 1 дБ представляет собой увеличение (или уменьшение) мощности на 25.9% (или 26% округлено).

Итак, если схема или система имеет коэффициент усиления, скажем, 5 (7 дБ), и он увеличивается на 26%, то новое отношение мощности схемы будет: 5 * 1,26 = 6,3, поэтому 10log 10 (6,3) = 8 дБ. Увеличение усиления на + 1 дБ, что еще раз доказывает, что изменение на + 1 дБ представляет собой логарифмическое увеличение мощности на 26%, а не линейное изменение.

Децибел Пример No1

Аудиоусилитель выдает 100 Вт на нагрузку динамика 8 Ом при подаче входного сигнала 100 мВт.Рассчитайте коэффициент усиления усилителя в децибелах.

Мы можем выразить коэффициент усиления по мощности усилителя в децибелах независимо от его входных или выходных значений, поскольку усилитель, обеспечивающий выходную мощность 40 Вт для входной 40 мВт, также будет иметь мощность усиление 30 дБ и так далее.

Мы могли бы также, если бы захотели, преобразовать это значение децибел усилителя обратно в линейное значение, сначала преобразовав децибелы (дБ) в бел, помня, что децибел составляет 1/10 бела.Например:

Усилитель звука мощностью 100 Вт имеет коэффициент усиления 30 дБ. Какое будет его максимальное входное значение.

Таким образом, результат составляет 100 мВт, как заявлено в примере №1.

Одним из преимуществ использования логарифмического отношения двух мощностей по основанию 10 является то, что при работе с каскадом нескольких каскадов усилителя, фильтра или аттенюатора, соединенных вместе, мы можем просто складывать или вычитать их значения в децибелах вместо умножения или деления их линейных значений. Другими словами, общее усиление схемы (+ дБ) или затухание (-дБ) представляет собой сумму отдельных усилений и ослаблений для всех каскадов, подключенных между входом и выходом.

Например, если одноступенчатый усилитель имеет коэффициент усиления по мощности 20 дБ и питает пассивную резистивную сеть с ослаблением 2, прежде чем сигнал будет снова усилен с использованием второго каскада усилителя с коэффициентом усиления 200. Тогда общая мощность усиление цепи между входом и выходом в децибелах будет:

Для пассивной цепи затухание, равное 2, означает, что схема имеет положительное усиление 1/2 = 0,5, таким образом, коэффициент усиления по мощности пассивной секции составляет:

дБ Усиление = 10log 10 [0.5] = -3 дБ (обратите внимание на отрицательное значение)

Усилитель второй ступени имеет коэффициент усиления 200, таким образом, коэффициент усиления по мощности этой секции составляет:

дБ Усиление = 10log 10 [200] = + 23 дБ

Тогда общий коэффициент усиления схемы будет:

20-3 + 23 = + 40 дБ

Мы можем дважды проверить наш ответ 40 дБ, умножив индивидуальные коэффициенты усиления каждой ступени обычным способом следующим образом:

Коэффициент усиления мощности 20 дБ в децибелах равен коэффициенту усиления 100, так как 10 (20/10) = 100.Итак:

100 x 0,5 x 200 = 10 000 (или в 10 000 раз больше)

Преобразование этого обратно в значение в децибелах дает:

дБ Усиление = 10log 10 [10,000] = 40 дБ

Затем ясно видно, что коэффициент усиления 10000 равен коэффициенту усиления мощности +40 дБ, как показано выше, и что мы можем использовать значение в децибелах для выражения больших отношений мощностей с гораздо меньшими числами, поскольку 40 дБ — это коэффициент мощности 10000. , тогда как -40 дБ — это коэффициент мощности 0,0001. Таким образом, использование децибел упрощает вычисления.

Децибел напряжения и тока

Любой уровень мощности можно выразить как напряжение или ток, если нам известно сопротивление. Согласно закону Ома, P = V 2 / R и P = I 2 R. Поскольку V и I относятся к проходящему через него току и напряжению на одном и том же сопротивлении, если (и только если) мы сделаем R = R = 1, то значения в дБ для отношений напряжения (V 1 и V 2 ), а также для тока (I 1 и I 2 ) будут представлены как:

, что составляет 20log (усиление по напряжению), а для усиления по току будет:

Таким образом, единственная разница между расчетами мощности, напряжения и тока в децибелах (дБ) — это постоянные 10 и 20, и что для того, чтобы отношение дБ было правильным во всех случаях, две величины должны иметь одинаковые единицы измерения, либо ватты, милливатты, вольты, милливольты, амперы или миллиамперы или любые другие единицы измерения.

Децибел Пример No2

Пассивная резистивная сеть используется для обеспечения ослабления (потерь) 10 дБ при входном напряжении 12 В. Каким будет значение выходного напряжения сети.

Поскольку децибела представляет собой логарифмическое изменение мощности, напряжения или тока, мы можем построить таблицу, чтобы показать конкретные коэффициенты усиления и их эквивалентные значения в децибелах ниже.

Децибел Таблица прироста

900
дБ Значение Коэффициент мощности
10log (A)
Соотношение напряжение / ток
20log (A)
-20dB 0.01 0,1
-10 дБ 0,1 0,3162
-6 дБ 0,25 1/2 = 0,5
-3 дБ 1/2 = 0,5 1 / √ 2 = 0,707
-1 дБ 0,79 0,89
0 дБ 1 1
1 дБ 1,26 1,1
3dB 2 √2 = 1.414
6 дБ 4 2
10 дБ 10 √10 = 3,162
20 дБ 100 10
30 дБ 1000 31,62

Из приведенной выше таблицы в децибелах видно, что при 0 дБ коэффициент усиления по мощности, напряжению и току равен «1» (единица). Это означает, что схема (или система) не производит усиления или потерь между входными и выходными сигналами.Таким образом, нулевой дБ соответствует единичному усилению, то есть A = 1, а не нулевому усилению.

Мы также можем видеть, что при +3 дБ выход схемы (или системы) удвоил свое входное значение, что означает положительное усиление (усиление) в дБ, поэтому A> 1. Аналогично, при -3 дБ выходная мощность схемы составляет половину своего входное значение, означающее отрицательное усиление (затухание) в дБ, поэтому A <1. Это значение -3 дБ обычно называется точкой «половинной мощности» и определяет граничную частоту в сетях фильтров.

Все хорошо и хорошо табулировать прирост мощности по отношению к децибелам в справочной таблице, но при работе с усилителями и фильтрами инженеры-электрики предпочитают использовать графики Боде, диаграммы или графики в качестве визуального отображения частотной характеристики цепей (или систем). характеристики.Затем, используя значения данных в таблице выше, мы можем создать следующий график Боде «децибел», показывающий различные положения точек мощности.

График мощности Боде в децибелах

Тогда мы можем ясно видеть, что кривая мощности не является линейной, а следует логарифмическому коэффициенту 1,259.

Децибел Краткое содержание руководства

Мы видели в этом руководстве о децибел (дБ), что это логарифмическая единица изменения мощности Base-10 и что децибел представляет собой безразмерное значение 1/10 от Bel (1 Bel = 10 децибел или 1 дБ = 0.1Б). Децибел позволяет нам представить большие отношения мощностей с использованием небольших чисел, и мы видели выше, что 30 дБ эквивалентно соотношению мощностей 1000 с наиболее часто используемыми значениями в децибелах: 3 дБ, 6 дБ, 10 дБ и 20 дБ (и их отрицательные эквиваленты). . Однако 20 дБ не вдвое больше мощности 10 дБ.

Децибел также показывает нам, что любое изменение мощности на то же отношение будет иметь такое же отношение децибел. Например, удвоение мощности с 1 до 2 Вт — это то же соотношение, что и с 10 Вт до 20 Вт, то есть изменение на + 3 дБ, в то время как изменение на -3 дБ означает, что коэффициент мощности будет уменьшен вдвое.

Если отношение дБ имеет положительное значение, это означает, что усиление или усиление присутствует, поскольку выходная мощность превышает входную мощность (P OUT > P IN ). Однако, если коэффициент мощности в дБ имеет отрицательное значение, это означает, что на схему влияет затухание или потери, поскольку выходная мощность будет меньше, чем входная мощность схемы (P OUT

IN ). Очевидно, что 0 дБ означает, что коэффициент мощности равен без уменьшения или усиления сигнала.

децибел дБ | Формула и определение

ДециБел, дБ — это логарифмическая шкала, используемая для сравнения двух физических величин, особенно в электронике. Есть несколько легко запоминающихся формул, позволяющих рассчитывать значения


Децибел, дБ Учебное пособие включает:
Децибел, дБ — основы Таблица уровней децибел дБмВт в дБВт и таблица преобразования мощности Таблица преобразования дБм в ватты и вольты дБ, децибел онлайн калькулятор Неперс


ДециБел, дБ использует логарифмическую шкалу для сравнения двух величин.Это удобный способ сравнения двух физических величин, таких как электрическая мощность, интенсивность или даже ток или напряжение.

DeciBel использует десятичные логарифмы, то есть те, которые обычно используются в математике. Используя логарифмическую шкалу, deciBel может сравнивать величины, между которыми могут быть большие отношения.

Децибел, дБ или децибел — это на самом деле десятая часть бел — единица, которая используется редко.

Аббревиатура децибела — дБ — заглавная буква «В» используется для обозначения бел как основной единицы.

Приложения DeciBel

ДециБел, дБ широко используется во многих приложениях. Он используется в самых разных измерениях в инженерных и научных областях, особенно в электронике, акустике, а также в теории управления.

Обычно децибел, дБ используется для определения усиления усилителя, потерь компонентов (например, аттенюаторов, фидеров, смесителей и т. Д.), А также множества других измерений, таких как коэффициент шума, отношение сигнал / шум и многие другие.

Благодаря своей логарифмической шкале, deciBel может удобно представлять очень большие отношения в терминах управляемых чисел, а также предоставляет возможность выполнять умножение отношений простым сложением и вычитанием.

ДециБел широко используется для измерения интенсивности звука или уровня звукового давления. Для этого звук относится к давлению 0,0002 микробар, что соответствует стандарту для порога слышимости.

Как появился дециБел

С самого начала телекоммуникаций возникла необходимость в измерении уровней относительной силы сигнала, чтобы можно было увидеть потери и усиления.

В исходных телекоммуникационных системах использовались потери на милю стандартного кабеля на частоте 800 Гц.

Однако это не был особенно удовлетворительный метод определения уровней потерь или относительной силы сигнала, и поскольку радио и другие приложения, основанные на электронике, начали нуждаться в использовании некоторой формы стандартных единиц для сравнения, Bel был представлен в 1920-х годах. Он получил свое название от шотландца Александра Грэхема Белла, которому первоначально приписывают изобретение телефона.

В этой системе один Бел равнялся десятикратному увеличению уровня сигнала. После того, как он был представлен, Bel был признан слишком большим для большинства пациентов, поэтому вместо него был использован deciBel. Теперь это стандарт, принятый повсеместно.

Формула DeciBel для сравнения мощности

Самая простая форма расчета децибел — это сравнение уровней мощности. Как и следовало ожидать, это в десять раз больше логарифма вывода, деленного на ввод. Коэффициент десять используется потому, что используются децибелы, а не белки.

Формула децибела или уравнение для мощности приведена ниже:

Где:
Ndb — отношение двух мощностей, выраженное в децибелах, дБ
P2 — уровень выходной мощности
P1 — уровень входной мощности

Если значение P2 больше, чем P1, то результат дается как усиление и выражается как положительное значение, например + 10 дБ. В случае потерь уравнение дециБела вернет отрицательное значение, например -15 дБ. Таким образом, положительное число децибел означает выигрыш, а отрицательный знак — потерю.

Воспользуйтесь нашим калькулятором мощности deciBel

Формулы DeciBel для напряжения и тока

Хотя децибел используется в первую очередь для сравнения уровней мощности, уравнения децибела тока или уравнения децибела напряжения также могут использоваться при условии, что уровни импеданса одинаковы. Таким образом, соотношение напряжения или тока может быть связано с соотношением уровней мощности.

При использовании измерений напряжения легко преобразовать формулу децибела, потому что мощность = напряжение в квадрате на сопротивлении:

NdB = 10log10 (V22V12)

И это можно выразить проще как

NdB = 20log10 (V2V1)

Где:
Ndb — отношение двух мощностей, выраженное в децибелах, дБ
V2 — уровень выходного напряжения
V1 — уровень входного напряжения

Можно выполнить аналогичное преобразование формулы, чтобы использовать ток.Мощность = ток в квадрате от сопротивления, поэтому уравнение тока децибеля принимает следующий вид:

NdB = 10log10 (I22I12)

И это можно выразить проще как

NdB = 20log10 (I2I1)

Где:
Ndb — отношение двух мощностей, выраженное в децибелах, дБ
I2 — уровень выходного тока
I1 — уровень входного тока

Формулы децибела для напряжения и тока для различных импедансов

В качестве децибела дБ представляет собой сравнение двух уровней мощности или интенсивности, когда используются ток и напряжение, импедансы для измерений должны быть одинаковыми, в противном случае это необходимо включить в уравнения.

Nd = 20log10 (V2V1) + 10log10 (Z1Z2)

Где:
Ndb — отношение двух мощностей, выраженное в децибелах, дБ
V2 — уровень выходного напряжения
V1 — уровень входного напряжения
Z2 — выходное сопротивление
Z1 — входное сопротивление

Таким образом, можно рассчитать отношения мощностей в децибелах между сигналами в точках с разными уровнями импеданса, используя измерения напряжения или тока. Это может быть очень полезно при измерении уровней мощности на усилителе, который может иметь сильно различающиеся уровни импеданса на входе и выходе.Если снимаются показания напряжения или тока, эту формулу можно использовать для обеспечения правильного сравнения мощности в децибелах.

Аббревиатуры DeciBel

deciBel используется во многих областях, от аудио до радиочастотных сценариев. Во всех этих случаях он предоставляет очень полезные средства для сравнения двух сигналов.

Соответственно, существует множество вариаций аббревиатуры e deciBel, и не всегда очевидно, что они означают. Таблица сокращений deciBel приведена ниже:

Аббревиатура DeciBel Значение / использование
дБА Измерение звукового давления или интенсивности звука, взвешенное по шкале «А».
дБн Уровень сигнала относительно измеряемой несущей — обычно используется для определения уровней побочных излучений и шума
дБд Коэффициент усиления антенны относительно полуволнового диполя в свободном пространстве
дБFS Уровень относительно показаний полной шкалы
дБи Коэффициент усиления антенны относительно изотропного источника, т.е.е. тот, который излучает одинаково во всех направлениях.
дБм Уровень мощности относительно 1 мВт
дБВ Уровень относительно 1 В
дБмкВ Уровень относительно 1 мкВ
дБВт Уровень мощности относительно 1 Вт

ДециБел широко используется во многих областях электроники и измерения звука.Он предоставляет очень полезные средства для сравнения различных уровней, которые могут варьироваться в огромном диапазоне. Имея логарифмическую основу, deciBel может принимать вариации на многие порядки, не теряясь в огромном количестве нулей. Таким образом, это идеальный способ сравнения различных значений.

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Voltage Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность РЧ шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Калькулятор

дБ

Этот калькулятор дБ поможет вам найти уровень звукового давления (SPL) и уровень интенсивности в децибелах. Вы можете использовать его для преобразования дБ или для определения расстояния от источника звука. Обязательно попробуйте наш калькулятор длины волны, если вы хотите узнать частоту или скорость звуковых волн.

Уровень звукового давления (SPL)

Когда мы слышим очень громкий шум, мы испытываем неприятные ощущения.Это из-за давления звуковой волны. Несмотря на то, что это давление может быть измерено в паскалях, как и давление воздуха, более практично использовать децибелы — логарифмическую единицу. Уровень звукового давления или SPL — это просто мера звукового давления относительно порога слышимости человека.

SPL = 20log (P / Pref)

где:

  • SPL — уровень звукового давления в дБ;
  • P — давление звуковой волны, измеренное в паскалях; и
  • Pref — эталонное значение звукового давления.Обычно принимается равным 0,00002 Па.

Как вы, наверное, заметили, уровень звукового давления увеличивается логарифмически. Кроме того, это относительная мера, тогда как давление обычной звуковой волны — абсолютная мера громкости.

Уровень интенсивности звука (SIL)

Интенсивность звука определяется как мощность звуковой волны на единицу площади. Это особая величина, которая позволяет нам измерять энергию звука (точнее, энергию в секунду на один квадратный метр).

SIL = 10log (I / Iref)

где:

  • SIL — уровень интенсивности звука в дБ;
  • I — интенсивность звука в ваттах на квадратный метр;
  • Iref — эталонное значение интенсивности звука. Обычно предполагается, что он равен 1 × 10⁻¹² Вт / м².
Примеры звуков с соответствующими значениями звукового давления в децибелах и паскалях и интенсивности звука.
Источник: Государственный колледж Эвергрин / CC-BY-SA

Интенсивность звука на расстоянии

Интенсивность звука меняется в зависимости от расстояния от источника звука.Это просто здравый смысл — если вас проезжает машина, вы слышите громкий шум, который становится тише по мере того, как машина удаляется. Это явление также известно как затухание на расстоянии.

С физической точки зрения это происходит потому, что энергия звука теперь распределяется по большей площади. Представьте себе сферу, окружающую источник звука. Несмотря на то, что энергия, излучаемая источником, постоянна, сфера может увеличиваться — увеличится ее поверхность. Энергия будет распределена по площади сферы.Неудивительно, что мы можем записать это в виде уравнения как:

I = P / (4πR²)

где R — радиус сферы — расстояние от источника звука.

Преобразование паскалей в дБ

Наш калькулятор децибел можно использовать для определения эквивалента давления звуковой волны в децибелах. Просто введите давление в паскалях в калькулятор дБ, чтобы найти уровень звукового давления. Вы также можете использовать этот инструмент в обратном порядке, чтобы найти давление, если задан SPL.

Если вас интересует акустика, не забудьте также взглянуть на калькулятор времени реверберации!

Как произвести расчеты шума в децибелах

Информация в этом выпуске дополняет основную информацию об уровнях шума в Design Data Sheet 24 . Цель здесь состоит в том, чтобы более четко определить, как децибелы используются для оценки шума гидравлических насосов, и привести примеры расчетов.

Сравнение звуковой мощности и звукового давления
Звуковая мощность — это акустическая мощность, иногда выражаемая в ваттах, создаваемая источником звука, например гидравлическим насосом.Два источника звука (насосы) можно сравнить по их относительной выходной акустической мощности, но их удобнее сравнивать, назначив рейтинги в децибелах по шкале мощности в дБ.

Звуковое давление — это сила распространяющейся звуковой волны в фунтах на квадратный дюйм или в других единицах давления на определенном расстоянии от источника звука. Дискомфорт или повреждение ушей слушателя возникает из-за звукового давления, а не из-за мощности звука в источнике. Хотя две звуковые волны можно сравнить по их PSI, измеренному на шумомере, удобнее сравнивать их по шкале давления в дБ.Эта шкала отличается от шкалы мощности в дБ, по которой рассчитывается акустическая мощность.

Шкалы дБ для выражения и сравнения звуковой мощности и звукового давления были выбраны произвольно для удобства использования. Эти две шкалы разные, но были тщательно определены, поэтому их взаимосвязь друг с другом была бы такой, что изменение (очень много) дБ на уровне мощности в источнике привело бы к одинаковому изменению в дБ показания давления на любом расстоянии от источника. . Вместо линейной шкалы оценки в дБ были помещены в логарифмическую шкалу, чтобы сжать верхний предел до более удобного и практичного диапазона.

Что такое децибел?
A дБ не имеет присвоенного значения; он не представляет собой определенного количества чего-либо; это просто соотношение, используемое для сравнения относительной интенсивности двух звуковых волн или относительных уровней мощности двух источников звука. Он может использоваться и используется в других технологиях, таких как электроника, для сравнения уровней напряжения, тока или мощности. Децибелы могут использоваться при освещении для сравнения уровня мощности двух источников света или интенсивности освещения на расстоянии от источника света.Их можно использовать в механической работе для сравнения двух уровней силы, крутящего момента, работы, л.с. и т. Д.

Независимо от того, указано ли так, рейтинг в дБ — это всегда соотношение либо между двумя звуками, либо между одним звуком и фиксированной эталонной базой. Утверждение, что определенный насос имеет уровень шума 80 дБ, означает, что соотношение между его уровнем звука и выбранной нулевой базой (0 дБ) составляет 80 по шкале дБ.

Шкала давления в дБ
Стандартная эталонная база, выбранная для интенсивности (давления) звуковой волны, равна 0.000 000 003 фунтов на квадратный дюйм, потому что это наименьшая интенсивность звуковой волны, которая может быть обнаружена средним человеческим ухом. Это также наименьшая разница между двумя звуковыми волнами, которую обычно можно обнаружить. Этому давлению присвоено значение 0 дБ. Ей больше давлению было присвоено значение 0 дБ. Более удобно записывать в экспоненциальной форме как 3 × 10 -9 PSI. Все остальные звуки громче, чем этот, самый громкий из которых более чем в 10 000 000 раз превышает интенсивность PSI базового уровня 0 дБ. Поскольку с этим широким диапазоном звукового давления неудобно работать, шкала дБ, вместо того, чтобы быть линейной, была настроена в логарифмах, чтобы сжать ее в более компактную шкалу, где требуется не более 3 цифр для выражения уровней давления по всей шкале. слышимый диапазон.При сравнении звукового давления двух звуковых волн разница в дБ по определению в 20 раз превышает логарифм (с основанием 10) их отношения. Примеры даны позже.

Шкала мощности в дБ
Мощность звукового излучения также сравнивается по рейтингам в дБ, и для этой цели эталонная база 0 дБ была произвольно выбрана равной 0,000,000,000,001 ватт или записана в экспоненциальной форме: 1 × 10 -12 ватт. Поскольку звуковое давление уменьшается пропорционально квадрату расстояния до источника, шкала мощности была установлена ​​как квадратный корень из шкалы давления, так что любое изменение мощности в дБ на источнике вызовет такое же изменение давления в дБ на любом расстоянии.Таким образом, шкала мощности в дБ была определена как 10 (вместо 20) логарифма (с основанием 10) отношения между двумя уровнями акустической мощности. (Чтобы извлечь квадратный корень из числа, его логарифм делится на 2).

В этом выпуске показано, как произвести расчеты уровня шума
одного или нескольких гидравлических насосов.

1. Сравнение двух насосов по уровню шума
Мы можем сравнить уровень шума одного насоса с другим и выбрать один с меньшим уровнем шума, но это не дает нам «ощущения» того, насколько шумным будет каждый из них.Разрабатываются методы стандартизации для определения шума в «звуках». Если бы это было принято всеми производителями, было бы легко сравнивать один насос с другим, потому что назначенное значение в звуках — это громкость, как она кажется слушателю. Он получен экспериментально из усредненных данных от многих слушателей. Два сона звучат в два раза громче, чем один сон, три сона звучат в три раза громче, чем один, и т. Д.

Чтобы определить фактическую разницу акустической мощности между двумя насосами, номинальные дБ их производителя могут быть преобразованы в ватты с помощью метода, описанного в параграфе 8.

2. Расчет акустической мощности насоса
Акустическая мощность ни в дБ, ни в ваттах не может быть измерена никаким известным методом; его можно рассчитать только путем измерения звукового давления в дБ с помощью шумомера на известном расстоянии от центра насоса, а затем по формуле:

дБ мощность = давление в дБ + 20 логарифмическое расстояние (футы) — 2,5 дБ

Коэффициент -2,5 дБ — это приблизительное значение, учитывающее умеренные звуковые отражения от стен.

Пример: Найдите мощность шума насоса в дБ по показаниям измерителя давления 87 дБ, снятого на расстоянии 9 футов от насоса.

Решение: мощность дБ = 87 + [20 × 0,954] — 2,5 = 103,58 дБ.

Акустическая мощность насоса может быть рассчитана по параграфу 8 после определения уровня мощности в дБ.

3. Расчет давления в дБ
Если рейтинг насоса в дБ известен, звуковое давление, создаваемое им на любом расстоянии от его центра, можно рассчитать следующим образом:

дБ давление = мощность в дБ — 20 log расстояние (футы) + 2.5 дБ

Пример: Насос, рассчитанный на 87 дБ (мощность), даст показания измерителя дБ на расстоянии 12 футов: дБ (давление) = 87 — [20 x 1,079] + 2,5 = 67,9 дБ

4. Уменьшение звукового давления с увеличением расстояния
Общая процедура приведена в нижней части второго столбца на обратной стороне листка технических данных 24 .

Пример: Найдите уменьшение давления в дБ, если расстояние до насоса увеличивается в 3 раза по сравнению с исходным расстоянием.

Решение: уменьшение на дБ = 20 log 3 = 9,54 дБ. Это означает, что уровень давления в дБ упал на 9,54 дБ по сравнению с исходным расстоянием.

5. Увеличение шума из-за второго источника
Если предлагается гидроагрегат с несколькими насосами, каков будет общий уровень шума при работе всех насосов?

Уровень дБ каждого насоса должен быть получен от его производителя. Эти значения в дБ, будучи логарифмическими, не могут быть добавлены напрямую.Проще всего их объединить с помощью диаграммы в следующем столбце. После определения общей излучаемой мощности следуйте методу пункта 3, чтобы найти уровень давления, создаваемый на заданном расстоянии.

Из-за способа определения давления в дБ и мощности в дБ любое изменение мощности в дБ на источнике (например, добавление дополнительных насосов) вызовет такое же изменение уровня давления в дБ на любом расстоянии от места расположения насоса.

Если второй насос или силовой агрегат должен быть установлен в том же или другом месте, чем существующий силовой агрегат, его влияние на уровень давления в дБ в месте прослушивания, где работает оператор, может быть определено методом, описанным в Пункт 6.

Разница в уровнях дБ
0 1 2 3 4 5 6 7 8 10
дБ для добавления к более высокому уровню
3,0 2,6 2,1 1,8 1.5 1,2 1.0 0,8 0,6 0,4

Пример: Если шум от насоса 1 составляет 85 дБ, а от насоса 2 добавлено 90 дБ, каков будет новый уровень шума?

Решение: 90 — 85 = разница в 5 дБ. Используйте диаграмму: добавьте 1,2 дБ + 90 дБ = 91,2 дБ.

При объединении нескольких источников шума сначала объедините два самых высоких. Объедините эту сумму со следующим наивысшим уровнем и т. Д.

6. Помпа, добавленная к зашумленному фону
Чтобы найти дополнительный шум, который будет вноситься помпой, добавленной к уже зашумленному фону, сначала измерьте существующий уровень шума в месте прослушивания. Затем, используя данные производителя в дБ для добавляемого насоса, вычислите, каким будет его уровень давления в дБ в месте прослушивания, если он будет работать сам по себе. Наконец, объедините два уровня шума, используя приведенную выше таблицу.

7.Определение уровня мощности в дБ
Используйте этот метод, чтобы найти уровень мощности в дБ, когда известна выходная мощность в ваттах. Это преобразование будет чаще использоваться в электронике, чем в акустике.

Пример: Предположим, что уровень мощности составляет 15 Вт. Что это в дБ? База для 0 дБ принята равной 1 × 10 -12 Вт.

Решение: Сначала найдите отношение 15 Вт к базе 0 дБ. Это можно рассчитать следующим образом: 15 ÷ 10 -12 = 1.5 × 10 13 . Затем возьмите журнал 1,5 × 10 13 = 13,176. Наконец, умножьте на 10 = 131,76 дБ. Это означает, что усилитель мощностью 15 Вт работает на уровне 131,76 дБ выше 0 дБ.

8. Определение мощности определенного уровня в дБ
Это тоже может больше использоваться в электронике. Если известен уровень мощности в дБ выше 0 дБ, мощность можно рассчитать:

  1. Предположим, что известный уровень в дБ равен 125. Делим на 10 = 12,5 дБ.
  2. Найдите анти-журнал 12.5 = 3,16 × 10 12 .
  3. Умножьте на мощность 0 дБ: 3,16 × 10 12 × 10 -12 = 3,16 Вт.

9. Определение усиления в дБ
Используется в электронике для определения коэффициента усиления усилителя. Должны быть известны входной и выходной уровни в ваттах. Затем действуйте следующим образом:

  1. Предположим, что входная мощность составляет 1 милливатт (0,001 Вт), а выходная мощность — 50 Вт. Найдите соотношение: 50 ÷ 0,001 = 50,000.Затем возьмите логарифм 50 000 = 4,699. Наконец, умножьте на 10 = усиление мощности 46,99 дБ.
  2. Чтобы найти коэффициент усиления по напряжению, необходимо знать входное и выходное напряжения (преобразованные в эквивалентные напряжения при одинаковом входном и выходном сопротивлениях). Затем действуйте, как указано выше, за исключением последнего шага, умножьте его на 20 вместо 10. Ответ будет в усилении напряжения в дБ.

© 1990, Womack Machine Supply Co. Эта компания не несет ответственности за ошибки в данных, а также за безопасную и / или удовлетворительную работу оборудования, разработанного на основе этой информации.

Интенсивность звука и уровень звука

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите интенсивность, интенсивность звука и уровень звукового давления.
  • Рассчитайте уровни интенсивности звука в децибелах (дБ).

Рис. 1. Из-за шума на многолюдных дорогах, подобных этой в Дели, других людей трудно услышать, если они не кричат. (Источник: Lingaraj G J, Flickr)

В тихом лесу иногда можно услышать, как на землю падает один лист.Уложившись в постель, вы можете слышать, как кровь пульсирует в ушах. Но когда проезжающий автомобилист включает стереосистему, вы даже не слышите, что говорит человек рядом с вами в машине. Все мы хорошо знакомы с громкостью звуков и знаем, что они связаны с энергией вибрации источника. В мультфильмах, изображающих кричащего человека (или животного, издающего громкий звук), художник часто показывает открытый рот с вибрирующим язычком, висящую ткань в задней части рта, чтобы предположить громкий звук, исходящий из горла. Рис. 2.Сильное воздействие шума опасно для слуха, и у музыкантов часто случаются настолько серьезные потери слуха, что они мешают музыкантам выступать. Соответствующая физическая величина — это интенсивность звука, концепция, которая действительна для всех звуков, вне зависимости от того, находятся они в слышимом диапазоне или нет.

Интенсивность определяется как мощность, переносимая волной на единицу площади. Мощность — это скорость передачи энергии волной. В форме уравнения, интенсивность I представляет собой [латекс] I = \ frac {P} {A} \\ [/ latex], где P — мощность, проходящая через область A .2} {2} \\ [/ latex]) колеблющегося элемента воздуха из-за бегущей звуковой волны пропорционально квадрату его амплитуды. В этом уравнении ρ — это плотность материала, в котором распространяется звуковая волна, в единицах кг / м 3 , а v w — это скорость звука в среде в единицах m. / с. Изменение давления пропорционально амплитуде колебаний, поэтому I изменяется как (Δ p ) 2 (Рисунок 2). Это соотношение согласуется с тем фактом, что звуковая волна создается некоторой вибрацией; чем больше амплитуда его давления, тем сильнее сжимается воздух в создаваемом им звуке.

Рис. 2. Графики манометрических давлений в двух звуковых волнах разной интенсивности. Более интенсивный звук создается источником, который имеет колебания большей амплитуды и имеет большие максимумы и минимумы давления. Поскольку давление выше в звуке большей интенсивности, он может оказывать более сильное воздействие на объекты, с которыми сталкивается.

Уровни интенсивности звука гораздо чаще указываются в децибелах (дБ), чем в ваттах на квадратный метр. Децибелы — это единица измерения, которую выбирают как в научной литературе, так и в популярных средствах массовой информации.Причины такого выбора единиц связаны с тем, как мы воспринимаем звуки. То, как наши уши воспринимают звук, можно более точно описать логарифмом интенсивности, а не непосредственно интенсивностью. Уровень интенсивности звука β в децибелах звука, имеющего интенсивность I в ваттах на квадратный метр, определяется как [латекс] \ beta \ left (\ text {дБ} \ right) = 10 \ log_ {10} \ left (\ frac {I} {I_0} \ right) \\ [/ latex], где I 0 = 10 −12 Вт / м 2 — эталонная интенсивность.В частности, I 0 — это самая низкая или пороговая интенсивность звука, которую человек с нормальным слухом может воспринимать на частоте 1000 Гц. Уровень интенсивности звука — это не то же самое, что интенсивность. Поскольку β определяется в терминах отношения, это безразмерная величина, сообщающая вам уровень звука относительно фиксированного стандарта (в данном случае 10 −12 Вт / м 2 ). Единицы децибел (дБ) используются, чтобы указать, что это отношение умножается на 10 в его определении.Бел, на котором основан децибел, назван в честь изобретателя телефона Александра Грэхема Белла.

Таблица 1. Уровни и интенсивность звука
Уровень звуковой интенсивности β (дБ) Интенсивность I (Вт / м 2 ) Пример / эффект
0 1 × 10 –12 Порог слышимости при 1000 Гц
10 1 × 10 –11 Шорох листьев
20 1 × 10 –10 Шепот на расстоянии 1 м
30 1 × 10 –9 Тихий дом
40 1 × 10 –8 Средний дом
50 1 × 10 –7 Средний офис, легкая музыка
60 1 × 10 –6 Обычный разговор
70 1 × 10 –5 Офис шумный, трафик загруженный
80 1 × 10 –4 Громкое радио, аудиторная лекция
90 1 × 10 –3 Внутри тяжелого грузовика; Ущерб от длительного воздействия
100 1 × 10 –2 Шумная фабрика, сирена на 30 м; ущерб от 8 ч в сутки воздействия
110 1 × 10 –1 Ущерб от 30 мин в сутки воздействия
120 1 Громкий рок-концерт, пневматический измельчитель на 2 м; порог боли
140 1 × 10 2 Реактивный самолет на высоте 30 м; сильная боль, повреждение за секунды
160 1 × 10 4 Разрыв барабанных перепонок

Уровень децибел звука, имеющего пороговую интенсивность 10 −12 Вт / м 2 , равен β = 0 дБ, поскольку log 10 1 = 0.То есть порог слышимости 0 децибел. В таблице 1 приведены уровни в децибелах и интенсивности в ваттах на квадратный метр для некоторых знакомых звуков.

Одна из наиболее поразительных особенностей интенсивности в Таблице 1 заключается в том, что интенсивность в ваттах на квадратный метр довольно мала для большинства звуков. Ухо чувствительно к одной триллионной ватт на квадратный метр — это еще более впечатляет, когда вы понимаете, что площадь барабанной перепонки составляет всего около 1 см 2 , так что на нее приходится всего 10 –16 Вт на пороге слышимости! Молекулы воздуха в звуковой волне такой интенсивности колеблются на расстоянии менее одного диаметра молекулы, а манометрическое давление составляет менее 10 –9 атм.

Еще одна впечатляющая особенность звуков в Таблице 1 — их числовой диапазон. Интенсивность звука варьируется в 10 раз 12 от порога до звука, который вызывает повреждение за секунды. Вы не подозреваете об этом огромном диапазоне интенсивности звука, потому что то, как ваши уши реагируют, можно приблизительно описать как логарифм интенсивности. Таким образом, уровни интенсивности звука в децибелах соответствуют вашему опыту лучше, чем уровни интенсивности в ваттах на квадратный метр. Шкалу децибел также легче использовать, потому что большинство людей больше привыкли иметь дело с числами, такими как 0, 53 или 120, чем с числами, такими как 1.2} {2 \ rho {v} _ {\ text {w}}} \\ [/ latex] состоит в том, что каждый коэффициент 10 в интенсивности соответствует 10 дБ. Например, звук 90 дБ по сравнению со звуком 60 дБ на 30 дБ больше или в три раза больше (то есть в 10 3 раза) интенсивнее. Другой пример: если один звук на 10 7 такой же интенсивный, как другой, он на 70 дБ выше. См. Таблицу 2.

Таблица 2. Соотношения интенсивностей и соответствующие различия в уровнях интенсивности звука
[латекс] \ frac {I_2} {I_1} \\ [/ latex] β 2 β 1
2. 2} \\ [/ latex].2 \ [/ латекс]

3. Введите значение для I и известное значение для I 0 в [latex] \ beta \ left (\ text {dB} \ right) = 10 \ log_ {10} \ left (\ frac {I} {I_0} \ right) \\ [/ latex]. Рассчитайте, чтобы найти уровень силы звука в децибелах:

10 log 10 (5,04 × 10 8 ) = 10 (8,70) дБ = 87 дБ.

Обсуждение

Этот звук на 87 дБ имеет интенсивность в пять раз больше, чем звук на 80 дБ. Таким образом, пятикратный коэффициент интенсивности соответствует разнице в уровне интенсивности звука в 7 дБ.Это значение верно для любых интенсивностей, различающихся в пять раз.

Пример 2. Изменение уровней интенсивности звука: что происходит с уровнем децибел?

Покажите, что если один звук в два раза сильнее другого, его уровень звука примерно на 3 дБ выше.

Стратегия

Вам дано, что отношение двух уровней интенсивности равно 2 к 1, а затем вас попросят найти разницу в их уровнях звука в децибелах. Вы можете решить эту проблему, используя свойства логарифмов.

Решение

1. Определите известных.

Соотношение двух интенсивностей составляет 2 к 1, или:

[латекс] \ frac {I_2} {I_1} = 2,00 \\ [/ латекс].

Мы хотим показать, что разница в уровнях звука составляет около 3 дБ. То есть мы хотим показать

β 2 β 1 = 3 дБ.

Обратите внимание, что

[латекс] \ log_ {10} b- \ log_ {10} a = \ log_ {10} \ left (\ frac {b} {a} \ right) \\ [/ latex].

2. Используйте определение β , чтобы получить:

[латекс] \ beta_ {2} — \ beta_ {1} = 10 \ log_ {10} \ left (\ frac {I_2} {I_1} \ right) = 10 \ log_ {10} 2.00 = 10 \ влево (0,301 \ вправо) \ text {дБ} \\ [/ latex]

Таким образом,

β 2 β 1 = 3,01 дБ.

Обсуждение

Это означает, что два уровня интенсивности звука различаются на 3,01 дБ, или примерно на 3 дБ, как указано в рекламе. Обратите внимание, что поскольку указано только соотношение [латекс] \ frac {I_2} {I_1} \\ [/ latex] (а не фактическая интенсивность), этот результат верен для любых интенсивностей, которые отличаются в два раза. Например, звук 56,0 дБ в два раза интенсивнее звука 53.Звук 0 дБ, звук 97,0 дБ вдвое слабее звука 100 дБ и т. Д.

Здесь следует отметить, что используется другая шкала децибел, называемая уровнем звукового давления , , на основе отношения амплитуды давления к опорному давлению. Эта шкала используется, в частности, в приложениях, где звук распространяется в воде. Рассмотрение этой шкалы выходит за рамки большинства вводных текстов, поскольку она обычно не используется для звуков в воздухе, но важно отметить, что при указании уровней звукового давления могут встречаться очень разные уровни децибел.Например, шумовое загрязнение океана, производимое судами, может достигать 200 дБ, выраженных в уровне звукового давления, тогда как более привычный уровень интенсивности звука, который мы используем здесь, будет чем-то ниже 140 дБ для того же звука.

Расследование на вынос: ощущение звука

Найдите проигрыватель компакт-дисков и компакт-диск с рок-музыкой. Поместите проигрыватель на светлый стол, вставьте компакт-диск в проигрыватель и начните воспроизведение компакт-диска. Осторожно положите руку на стол рядом с динамиками. Увеличьте громкость и обратите внимание на уровень, когда стол только начинает вибрировать во время воспроизведения рок-музыки.Увеличивайте показание регулятора громкости, пока оно не увеличится вдвое. Что случилось с вибрациями?

Проверьте свое понимание

Часть 1

Опишите, как амплитуда связана с громкостью звука.

Решение

Амплитуда прямо пропорциональна ощущению громкости. По мере увеличения амплитуды увеличивается громкость.

Часть 2

Определите общие звуки на уровнях 10 дБ, 50 дБ и 100 дБ.

Решение

10 дБ: Проведите пальцами по волосам.

50 дБ: В тихом доме без телевизора и радио.

100 дБ: Взлет реактивного самолета. {2}} {2 {\ rho {v} } _ {w}} \\ [/ latex], где ρ — плотность среды, в которой распространяется звуковая волна, а v w — скорость звука в среде.

  • Уровень интенсивности звука в децибелах (дБ): [латекс] \ beta \ left (\ text {dB} \ right) = \ text {10} \ log_ {10} \ left (\ frac {I} {{I } _ {0}} \ right) \\ [/ latex], где I 0 = 10 –12 Вт / м 2 — пороговая интенсивность слуха.
  • Концептуальные вопросы

    1. Шесть членов команды синхронного плавания носят беруши, чтобы защитить себя от давления воды на глубине, но они все еще могут слышать музыку и отлично выполнять комбинации в воде.Однажды их попросили покинуть бассейн, чтобы команда ныряльщиков могла попрактиковаться в нескольких погружениях, и они попытались потренироваться на коврике, но, похоже, у них возникли гораздо большие трудности. Почему это могло быть?
    2. Община обеспокоена планом по доставке поездов в центр города с окраин города. Текущий уровень интенсивности звука, даже несмотря на то, что железнодорожная станция находится в нескольких кварталах от центра города, составляет 70 дБ. Мэр уверяет общественность, что разница в звуке в центре города составит всего 30 дБ.Стоит ли беспокоиться горожанам? Почему?

    Задачи и упражнения

    1. Какова интенсивность в ваттах на квадратный метр звука мощностью 85,0 дБ?
    2. Предупреждающая табличка на газонокосилке указывает, что она производит шум на уровне 91,0 дБ. Что это в ваттах на квадратный метр?
    3. Звуковая волна, распространяющаяся в воздухе 20ºC, имеет амплитуду давления 0,5 Па. Какова интенсивность волны?
    4. Какому уровню интенсивности соответствует звук в предыдущей задаче?
    5. Какой уровень интенсивности звука в дБ издают наушники с интенсивностью 4.00 × 10 −2 Вт / м 2 ?
    6. Покажите, что интенсивность 10 −12 Вт / м 2 такая же, как 10 −16 Вт / м 2 .
    7. (a) Каков уровень децибел звука, который вдвое сильнее звука 90,0 дБ? (б) Каков уровень децибел звука, интенсивность которого составляет одну пятую от звука с уровнем шума 90,0 дБ?
    8. (a) Какова интенсивность звука, уровень которого на 7,00 дБ ниже, чем уровень звука 4,00 × 10 −9 Вт / м 2 ? (б) Какова интенсивность звука, равного 3.На 00 дБ выше, чем звук 4,00 × 10 −9 Вт / м 2 ?
    9. (a) Насколько интенсивнее звук, уровень которого на 17,0 дБ выше, чем у другого? (б) Если один звук имеет уровень на 23,0 дБ ниже, чем другой, каково соотношение их интенсивностей?
    10. Люди с хорошим слухом могут воспринимать звуки до -8,00 дБ на частоте 3000 Гц. Какова интенсивность этого звука в ваттах на квадратный метр?
    11. Если большая комнатная муха на расстоянии 3,0 м от вас издает шум 40.0 дБ, каков уровень шума у ​​1000 летящих на таком расстоянии, если предположить, что влияние помех незначительно?
    12. Десять автомобилей в круге на соревнованиях по бумбоксам производят уровень шума 120 дБ в центре круга. Каков средний уровень интенсивности звука, производимого каждой стереосистемой, если предположить, что интерференционными эффектами можно пренебречь?
    13. Амплитуда звуковой волны измеряется по максимальному манометрическому давлению. Во сколько раз увеличивается амплитуда звуковой волны, если уровень интенсивности звука увеличивается на 40?0 дБ?
    14. Если уровень интенсивности звука 0 дБ при 1000 Гц соответствует максимальному манометрическому давлению (амплитуде звука) 10 −9 атм, каково максимальное манометрическое давление в звуке с уровнем 60 дБ? Какое максимальное манометрическое давление при звуке 120 дБ?
    15. 8-часовое воздействие звука с уровнем интенсивности 90,0 дБ может вызвать повреждение слуха. Какая энергия в джоулях приходится на обнаженную барабанную перепонку диаметром 0,800 см?
    16. (a) Ушные трубы никогда не были очень распространены, но они действительно помогали людям с потерей слуха, собирая звук на большой площади и концентрируя его на меньшей части барабанной перепонки.Какое увеличение децибел дает ушная труба, если ее площадь сбора звука составляет 900 см 2 , а площадь барабанной перепонки составляет 0,500 см 2 , но труба имеет эффективность передачи звука на барабанную перепонку только 5,00%? (b) Прокомментируйте полезность увеличения децибел, обнаруженного в части (a).
    17. Звук более эффективно передается в стетоскоп при прямом контакте, чем через воздух, и усиливается за счет концентрации на меньшей площади барабанной перепонки.Разумно предположить, что звук передается в стетоскоп в 100 раз эффективнее, чем через воздух. Каково же тогда усиление в децибелах, производимое стетоскопом, который имеет площадь сбора звука 15,0 см 2 и концентрирует звук на двух барабанных перепонках общей площадью 0,900 см 2 с эффективностью 40,0%?
    18. Громкоговорители могут издавать интенсивные звуки с удивительно малой потребляемой энергией, несмотря на их низкую эффективность.Рассчитайте потребляемую мощность, необходимую для получения уровня интенсивности звука 90,0 дБ для динамика диаметром 12 см с КПД 1,00%. (Это значение представляет собой уровень интенсивности звука прямо у динамика.)

    Глоссарий

    интенсивность: мощность волны на единицу площади

    уровень интенсивности звука: безразмерная величина, указывающая уровень звука относительно фиксированного стандарта

    уровень звукового давления: отношение амплитуды давления к опорному давлению

    Избранные решения проблем и упражнения

    1.3,16 × 10 −4 Вт / м 2

    3. 3,04 × 10 −4 Вт / м 2

    5. 106 дБ

    7. (а) 93 дБ; (б) 83 дБ

    9. (а) 50,1; (b) 5,01 × 10 −3 или [латекс] \ frac {1} {200} \\ [/ latex]

    11. 70,0 дБ

    13,100

    15. 1,45 × 10 −3 Дж

    17. 28,2 дБ


    уроков по физике — звук — уровни децибел

    Учебники по физике
    Звук Децибел Уровни

    Громкость звука выражается как соотношение сравнения звук до наименее слышимого звука.Диапазон энергии от самого низкого звук, который можно услышать, до звука настолько громкого, что он вызывает боль, а не ощущение слуха настолько велико, что используется экспоненциальная шкала. В самый низкий из возможных звуков, который можно услышать, называется порогом слышимости. Уровень звука на пороге слышимости:

    Интенсивность звука измеряется в ваттах на квадратный метр. Чтобы вычислить уровень интенсивности в децибелах, найдите отношение интенсивностей звука до пороговой интенсивности.Поскольку используется экспоненциальный масштаб, вы найдете логарифм отношения. Если вы остановились на этом месте, уровень интенсивности будет выражен в белках. Это устройство было названо в знак признания Александра Грэма Белла. Чтобы выразить уровень интенсивности в дБ (децибелах) умножьте логарифм отношения на 10. Полученное уравнение:

    Интенсивность звука в классе, когда никто не говорит приблизительно:

    Три шага необходимы для расчета уровня децибел звук, приведенный выше:

    1.Найдите отношение интенсивности звука к порогу интенсивность

    2. Возьмите отношение к логарифму.

    3. Умножьте коэффициент на 10

    Чтобы найти интенсивность данного звука, уровень интенсивности которого в децибелах, выполните указанные выше действия в обратном порядке и выполните обратная операция.Например, газонокосилка производит уровень интенсивности 100 дБ. Какова интенсивность звука, при котором определяется уровень интенсивности? 100 дБ?

    1. Разделите уровень в децибелах на 10 .

    2. Используйте это значение в качестве показателя отношения

    3. Используйте эту степень десяти, чтобы найти интенсивность в ваттах.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.