Dość często w popularnej technicznej literaturze radiowej, a także w opisie układów elektronicznych, używa się jednostki miary decybeli (dB). Nie wszyscy jednak w pełni rozumieją, co to oznacza.

Co to znaczy decybel

Podczas nauki elektroniki początkujący radioamator jest przyzwyczajony do jednostek bezwzględnych takich jak Amper (prąd), Volt (napięcie i EMF), Ohm (opór elektryczny) i wielu innych, które służą do ilościowego określenia danego parametru elektrycznego (pojemność, indukcyjność, częstotliwość).

Początkującemu radioamatorowi zwykle nie sprawia większych trudności zorientowanie się, czym jest amper czy wolt. Jest jasne, że mamy do czynienia z parametrem elektrycznym lub wielkością mierzoną. Jest początkowy poziom odniesienia, który jest domyślny w sformułowaniu tej jednostki miary. Jest konwencja dla tego parametru lub wielkości (A, V). Rzeczywiście, gdy tylko przeczytasz napis 12 V, rozumiesz, że odnosi się on do napięcia podobnego do, na przykład, napięcia akumulatora samochodowego.

Jednak gdy tylko napisze, że np. napięcie wzrosło o 3 dB lub moc sygnału wynosi 10 dBm, wiele osób wpada w konsternację.

Oto, co powinieneś wiedzieć o decybelach.

Co to jest decybel

Warto od razu wyjaśnić, że Bele i decybele nie są jednostkami miary czegokolwiek. Nie są też wynikiem pomiarów. Decybel to wartość, która pokazuje o ile/przez ile razy zmienił się dany parametr. Innymi słowy, Bel lub decybel to wartość względna, którą oblicza się poprzez porównanie dwóch pomiarów tego samego parametru.

Teraz właściwie o Bel i decybelach. Jeśli chodzi o definicje, Bel to logarytm dziesiętny ze stosunku dwóch wielkości. Dowolnych dwóch wielkości. Moc, napięcie, moc dźwięku, częstotliwość itp. Posłużmy się przykładem. Musisz zrozumieć, co urządzenie wydziela po zmianie parametrów wejściowych. Użytkownik wybiera jakiś punkt odniesienia – bazę. Następnie zmieniają parametr, mierzą wynik, dzielą go przez „bazę” i biorą logarytm dziesiętny. Otrzymujesz wynik w decybelach. Więc mierzysz parametry, przeliczasz je w decybelach i budujesz zależności.

Co to jest głośność dźwięku

Każdy dźwięk jest falą, która rozchodzi się w ośrodku sprężystym, takim jak powietrze. Fale powstają w wyniku drgań ciał i rozchodzą się od nich we wszystkich kierunkach, niosąc energię mechaniczną. To właśnie ta energia powoduje drgania błony bębenkowej naszego ucha lub membrany mikrofonu.

Miernik szumu jest przede wszystkim mikrofonem. Im większa energia niesiona przez falę, tym większa amplituda drgań membrany mikrofonu i tym większy prąd elektryczny płynie z tego mikrofonu przez przewody. Można zmierzyć ten prąd i za jego pomocą dowiedzieć się, jaka była energia fali dźwiękowej, która spowodowała drgania membrany.

Jeśli energia jest dla ciebie zbyt abstrakcyjna, zastosujmy inne podejście. Zamiast jednej osoby w pokoju mówiącej z taką samą głośnością, niech dziesięć osób mówi w tym samym czasie. Naturalne jest założenie, że dzięki temu hałas w pokoju będzie dziesięć razy głośniejszy. A fizyk powie ci, że dziesięć osób mówiących jednocześnie, w porównaniu z jedną osobą, tworzy dziesięć razy więcej energii dźwiękowej.

Co to jest definicja decybela

Mówi się, że jeden sygnał jest o 10 decybeli silniejszy („głośniejszy”) od drugiego, gdy energia pierwszego sygnału przekracza energię drugiego sygnału 10-krotnie. Najważniejsze w tej definicji jest to, że łączy ona dwie różne operacje arytmetyczne – dodawanie i mnożenie.

Sprawdźmy, ile razy będzie się różnić energia dwóch sygnałów, gdy jeden z nich będzie o 30 dB głośniejszy od drugiego. Pierwszy sygnał będzie o 10 dB głośniejszy od drugiego, plus kolejne 10 dB, plus kolejne 10 dB. Zastosujmy definicję i uświadommy sobie, że energia pierwszego sygnału będzie 10 razy większa od energii drugiego sygnału, potem 10 razy większa, a następnie 10 razy większa. Jednak zwiększyć coś 10 razy trzy razy z rzędu to zwiększyć to 10 × 10 × 10 = 1000 razy.

Co oznacza, że 0 dB

To nie jest brak dźwięku w sensie fizycznym – to poziom dźwięku, przy którym ludzkie ucho przestaje cokolwiek słyszeć. Dźwięk w sensie fizycznym, taki jak drgania powietrza, nadal istnieje, ale nie możemy go już usłyszeć, ponieważ jest zbyt słaby dla człowieka. Jeśli zrobisz ten dźwięk 10 razy głośniej, to będzie to 10 dB, 10 razy głośniej znowu 20 dB itd. Zauważ też, że głośność dźwięku w skali decybelowej może być ujemna – takich dźwięków po prostu nie usłyszysz, choć jakieś bardziej czułe ucho lub instrument fizyczny nadal będzie w stanie je wykryć.

Jeśli poziom dźwięku na głośnej dyskotece wynosi 100 dB, oznacza to, że jest on 10 000 000 000 razy (dziesięć zer) głośniejszy od najcichszego dźwięku, jaki można usłyszeć. Przybliżone wartości dla różnych poziomów głośności przedstawiono w tej tabeli. Warto zauważyć, że psychologicznie ludzie postrzegają decybele, a nie energię dźwięku: głośna i cicha rozmowa różni się o 30 dB, ale nikt nie odczuje, że rozmowa jest 1000 razy głośniejsza.