Понятие о децибелах
Децибел – это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения энергетических величин (мощности, энергии и т.д.), а также может применяться для измерения отношений «силовых» величин (силы тока, напряжения и т.д.).
Децибел не является официальной единицей в системе единиц СИ, хотя по решению Генеральной конференции по мерам и весам допускается его применение без ограничений совместно с СИ, а Международная палата мер и весов рекомендовала включить его в эту систему.
Децибел был введен как десятая часть единицы «Бел», которая потом вышла из употребления. Единица измерения «Бел» впервые была введена в использование в 1923–1924 годах и названа в честь изобретателя телефона и основателя первой телефонной лаборатории Александра Грэма Белла.
Области применения. Децибел широко применяется в любых областях техники, где требуется измерение величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, в оптике, акустике и др. Так, в децибелах принято измерять динамический диапазон, затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.
Как перейти к децибелам? Любые операции с децибелами упрощаются, если руководствоваться правилом: величина в дБ — это 10 десятичных логарифмов отношения двух одноименных энергетических величин (энергия, мощность). Всё остальное — следствия этого правила. По отношению к ним напряжение и сила электрического тока («неэнергетические») (P ~ U²), которые должны быть на каком-то этапе вычислений корректно преобразованы в энергетические.
Измерение «энергетических» величин. Изначально дБ использовался для оценки отношения мощностей, и в этом смысле величина, выраженная в дБ, предполагает логарифм отношения двух мощностей и вычисляется по формуле:
N = 10 lg(Р/Р0) = 10 lg(I/I0), [dB]
где P/P0 – отношение значений двух мощностей: измеряемой P к опорной P0, т.е. базовой, взятой за нулевой уровень;
I/I0 – отношение значений двух интенсивностей: измеряемой I к опорной I0,
I0 = 10-12 Вт/м2 – уровень нижнего порога слышимости человеческого уха.
Измерение «неэнергетических» величин. «Неэнергетические» величины должны быть преобразованы в энергетические. Так, согласно (P ~ U²),
N = 10 lg(Р/Р0) = 10 lg(I/I0) = 10 lg (U/U0)2 = 20 lg (U/U0),
Условные обозначения. Для различных физических величин одному и тому же числовому значению, выраженному в децибелах, могут соответствовать разные уровни сигналов (вернее разности уровней). Поэтому во избежание путаницы такие «конкретизированные» единицы измерения обозначают теми же буквами «дБ», но с добавлением индекса – общепринятого обозначения измеряемой физической величины. Например «дБВ» (децибел относительно вольта), «дБВт» (децибел относительно ватта).
При измерениях в децибелах становится легко сравнивать амплитуду получаемого сигнала с амплитудой сигнала, служащего опорным.
Например, при выявлении сигнала от отражателя в рельсе, амплитуда его сигнала 10 дБ, при настройке дефектоскопа по опорному отражателю в СО-3Р, амплитуда сигнала от опорного отражателя составляла 20 дБ. Тогда отражающие свойства отражателя в рельсе (Nдеф – Nоп = 10 – 20= -10 дБ) хуже, чем отражающие свойства опорного отражателя в СО-3Р на 10 дБ. На этом принципе построено измерение коэффициента выявляемости дефекта в дБ.
Справедливы следующие правила (следствие правил действий с размерными величинами): перемножать или делить «децибельные» значения нельзя; суммирование «децибельных» значений соответствует умножению абсолютных значений, вычитание «децибельных» значений — делению абсолютных значений;
| dB |
| U/U0 |