что такое dbu и dbv

Децибел (дБ, dB).

Единицу децибел (дБ, dB) вы уже часто встречали в различных статьях нашего блога. Конечно, чтобы записать аудиосигнал, можно и не вникать в суть этого термина. Нужно просто не давая показаниям пикового измерителя превысить порог, обозначенный как 0 дБ. Но для достоверного измерения уровня сигнала необходимо более детально разобраться в особенностях единицы «децибел».

Бел и децибел

Единица измерения бел была названа в честь Александра Грэхема Белла (Alexander Graham Bell). Однако, в практике акустики и звуковой технике применяется более удобная единица децибел (дБ, dB). Почему?

Дело в том, что бел – единица крупная и поэтому неудобная, так как она равна десятикратному изменению интенсивности звука. Но минимальный перепад уровня, который способно воспринять наше ухо, равен одному децибелу. И это одна из главных причин введения такой системы измерения уровня. Вот поэтому для измерений повсюду применяется десятая часть бела – децибел (0,1 Б — децибел, дБ, dB).

Децибел и логарифмическая шкала

Чтобы мы могли услышать звук, звуковые волны, воздействуют на диафрагму уха, вызывают колебания волосков и возбуждение клеток. Чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем сильнее ощущение громкости звука.

Но само возрастание громкости происходит не по линейному закону, пропорционально амплитуде колебаний, а по логарифмическому закону, поэтому для определения параметров звука применяют логарифмические шкалы, а при измерениях пользуются логарифмическими единицами — децибелами (дБ).

Логарифмическая шкала означает, что увеличение громкости в два раза соответствует увеличению силы звука в 100 раз (звукового давления — в 10 раз), увеличение громкости в 3 раза соответствует увеличению силы звука уже в 10000 раз (звукового давления — в 100 раз), а увеличение громкости в 4 раза соответствует изменению силы звука в 100000000 раз (звукового давления — в 10000 раз)! Такая зависимость называется логарифмической, и именно из-за такой особенности нашего восприятия изменение уровня (громкости) звука принято измерять в логарифмических единицах — белах (Б).

Логарифмическая шкала громкости с практической точки зрения

Если рассматривать логарифмическую шкалу громкости с практической точки зрения, то она приблизительно отражает закономерности различения изменения громкости сигнала, присущие человеческому слуху. Увеличение громкости на 3 дБ соответствует двукратному повышению звукового давления или интенсивности звука, уменьшение громкости на 3 дБ соответствует их двукратному понижению, но на слух изменение громкости звука будет едва заметным. Изменение громкости на 1-2 дБ, как правило, не различается. Для субъективного, т.е. на слух, восприятия повышения громкости вдвое необходимо, как правило, повысить уровень громкости примерно на 20-30 дБ.

Поэтому если, к примеру, мы берём два одинаковых источника звука, то есть удваиваем мощность, то громкость увеличится на 3 дБ. Например, если к вокалисту (голосу) добавить ещё одного певца, равного по громкости, то уровень звука увеличиться на 3 дБ, то есть разница намного больше, чем минимально различимая ухом в 1 дБ. Увеличение громкости ещё на 3 дБ потребует вдвое увеличить число певцов и т. д. Кстати, именно так можно сделать мощный голос в фонограмме (продублируйте вокал ещё на несколько треков и он станет мощнее).

Интересный факт: в одной октаве содержится шесть нотных интервалов, а изменению напряжений в два раза (как бы «на октаву») соответствует изменение уровня на 6 дБ, т. е. музыкальный звуковысотный интервал в один тон соответствует одному децибелу. Причём значения совпадают с точностью 0,0004. Что это — глубинная, скрытая взаимосвязь?

Вот небольшая таблица для понимания логарифмической шкалы (децибел):

Половина максимального уровня в логарифмическом масштабе равна величине 6 дБ, треть – минус 10 дБ, четверть – минус 12 дБ, десятая часть – минус 20 дБ и т. д. Увеличение уровня сигнала по сравнению с его предыдущим значением отмечается, как прирост на то или иное количество «положительных» децибел.

Чувствительность человеческого уха и громкость звука (SPL)

Чувствительность человеческого слуха к громкости звука характеризует уровень звукового давления по шкале децибелов ( SPL — Sound Pressure Level). При этом за точку отсчета 0 дБ принят порог слышимости. Это минимальный уровень звукового давления, при котором большинство людей еще способны слышать звук. Хотя этот порог субъективен. Некоторые люди с очень острым слухом могут расслышать звуки при уровне звукового давления даже ниже О дБ.

Чувствительность человеческого уха и частота

Чувствительность человеческого слуха зависит не только от громкости звука, но и от частоты звука, которая максимальна в центральной части диапазона звуковых (слышимых) частот, это соответствует диапазону человеческой речи. На краях этого диапазона чувствительность снижается.

Например, в домашних стереофонических комплексах и в другой звуковоспроизводящей аппаратуре громкость регулируется с учетом этой особенности человеческого слуха. То есть когда вы увеличиваете громкость звука регулятором громкости, на самом деле усиливаются только высокие и низкие частоты, а центральная часть спектра остается неизменной. Почему именно так?

Дело в том, что за счет подъема высоких и низких частот компенсируется снижение чувствительности человеческого слуха на краях звукового диапазона. Следовательно, усиливаются именно те частоты, на которых человек хуже слышит при низкой громкости звука. В итоге звук становится более сочным, более отчетливым, хотя его интенсивность возросла не настолько, как это кажется на слух.

При сведении проекта по той же причине при высоком уровне громкости подобная коррекция дает очень слабый эффект. Так как при высоком уровне громкости происходит выравнивание кривой равной громкости. Подробнее в статье ( Громче значит лучше? ).

Опорный эталонный уровень, виды

Децибел величина относительная. Ведь уровень электрического сигнала измеряется в разных единицах: dBm (дБмВт); dBu; dBV (дБВ); dBfs.

Не бойтесь, при сведении проекта эти непривычные единицы вам вряд ли понадобятся и необходимости разбираться в их различиях нет. Эти единицы встречаются в характеристиках аудиооборудования и представляют интерес, в первую очередь, для инженеров, которым эти данные нужны для согласования аппаратуры.

Если столько вариантов измерения, то как нам правильно измерить реальные физические величины вольты, ватты и др. Вот для этого и нужен опорный (эталонный) уровень.

Приведём пример. Так исторически сложилось, что за опорный уровень была принята величина мощности в 1 милливатт на нагрузке 600 Ом. А величина напряжения составляет:

В практике измерений используют следующие опорные (эталонные) уровни:

Наиболее распространённые уровни электрических сигналов:

Формула для вычислений децибел (дБ)

N=20*lg(U2/U1)

где U1 — опорное напряжение; U2 — измеряемое напряжение; N — их соотношение в децибелах.

При измерении мощности в этой формуле изменяется только одна цифра: первый множитель заменяется числом 10, а напряжения заменяются мощностью. Если после расчёта результат «N» получается со знаком «минус» — то это значит, что измеряемая величина меньше опорной (эталонной).

Стандартные единицы измерения амплитуды (децибел, дБ) в секвенсорах

В секвенсорах (программах цифровой обработки звука) амплитуда звукового сигнала обычно характеризуется его относительным уровнем, выраженным в децибелах (дБ).

Например, О дБ — это не порог слышимости звука, а точка отсчета, выбранная разработчиками приложения, исходя из определенных известных им соображений.

Конкретный сигнал может иметь уровень как меньше 0 дБ (т.е. отрицательный уровень), так и выше 0 дБ. В некоторых приложениях 0 дБ — это максимально допустимый уровень сигнала. Bэтих программах отображаемый уровень сигнала всегда меньше 0 дБ. В некоторых есть значения выше 0 дБ, например, Cubase ⇓:

Всем спасибо и удачи в творчестве!

Подписывайтесь на RSS блога и следите за новыми статьями.

Источник

Что такое Децибел (dB)

Логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений

Децибел — десятая часть бела, то есть десятая часть логарифма безразмерного отношения физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную

Децибел — это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин — «энергетических» (мощности, энергии, плотности потока мощности и т. п.) или «силовых» (силы тока, напряжения и т. п.). Иными словами, децибел — это относительная величина. Не абсолютная, как, например, ватт или вольт, а такая же относительная, как кратность («трехкратное отличие») или проценты, предназначенная для измерения отношения («соотношения уровней») двух других величин, причем к полученному отношению применяется логарифмический масштаб.

Русское обозначение единицы «децибел» — «дБ», международное — «dB» (неправильно: дб, Дб). Децибел аналогичен единицам бел (Б, B) и непер (Нп, Np) и прямо пропорционален им.

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.

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 (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.

Децибел используется не только для измерения отношения физических величин второго порядка (энергетических: мощность, энергия) и первого порядка (напряжение, сила тока). С помощью децибела можно измерять отношения любых физических величин, а также использовать децибелы для представления абсолютных величин (см. опорный уровень).

В настоящее время рекомендуется употреблять децибелы только для измерения уровня мощности и некоторых других связанных с мощностью величин.

Как перейти к децибелам?

Любые операции с децибелами упрощаются, если руководствоваться правилом: величина в дБ — это 10 десятичных логарифмов отношения двух одноименных энергетических величин. Всё остальное — следствия этого правила. «Энергетические» — величины второго порядка (энергия, мощность). По отношению к ним напряжение и сила электрического тока («неэнергетические») — величины первого порядка (P

U^2), которые должны быть на каком-то этапе вычислений корректно преобразованы в энергетические.

Измерение «энергетических» величин

Изначально дБ использовался для оценки отношения мощностей, и в каноническом, привычном смысле величина, выраженная в дБ, предполагает логарифм отношения двух мощностей и вычисляется по формуле:

где P1/P0 — отношение значений двух мощностей: измеряемой P1 к так называемой опорной P0, то есть базовой, взятой за нулевой уровень (имеется ввиду нулевой уровень в единицах дБ, поскольку в случае равенства мощностей P1 = P0 логарифм их отношения lg(P1/P0) = 0).

Измерение «неэнергетических» величин

Из правила (см. выше) следует, что «неэнергетические» величины должны быть преобразованы в энергетические. Так, согласно закону Джоуля-Ленца P = U^2/R или P = I^2 R.

где R1 — сопротивление, на котором определяется изменяемое напряжение U1, а R0 — сопротивление, на котором было определено опорное напряжение U0.

В общем случае напряжения U1 и U0 могут регистрироваться на различных по величине сопротивлениях (R1 не равно R0). Такое может быть, например, при определении коэффициента усиления усилителя, имеющего различные выходное и входное сопротивления, или при измерении потерь в согласующем устройстве, трансформирующем сопротивления. Поэтому в общем случае величина в децибелах

Только в частном (весьма распространенном) случае, если оба напряжения U1 и U0 измерялись на одном и том же сопротивлении (R1 = R0), можно пользоваться кратким выражением величина в децибелах

Децибелы «по мощности», «по напряжению» и «по току»

Из правила (см. выше) следует, что дБ бывают только «по мощности». Тем не менее, в случае равенства R1 = R0 (в частности, если R1 и R0 — одно и то же сопротивление, или в случае, если соотношение сопротивлений R1 и R0 по той или иной причине не важно) говорят о дБ «по напряжению» и «по току», подразумевая при этом выражения:

Для перехода от «дБ по напряжению» («дБ по току») к «дБ по мощности» следует четко определить, на каких именно сопротивлениях (равных или не равных друг другу) регистрировались напряжение (ток). Если R1 не равно R0, следует пользоваться выражением для общего случая (см. выше).

Нетрудно подсчитать, что, в частности:

Переход от дБ к «разам»

Чтобы вычислить изменение «в разах» по известному изменению в дБ («dB» в формулах ниже), нужно:

;

для напряжения (силы тока):

Переход от дБ к мощности

Для этого нужно знать значение опорного уровня мощности P0. Например, при P0 = 1 мВт и известном изменении на +20 дБ:

Переход от дБ к напряжению (току)

Для этого нужно знать значение опорного уровня напряжения U0 и определиться, регистрировалось ли напряжение на одинаковом сопротивлении, или же для решаемой задачи различие значений сопротивлений не важно. Например, при условии R0 = R1, заданном U0 = 2 В и приросте напряжения на 6 дБ:

При некотором навыке операции с децибелами вполне реально выполнять в уме. Более того, нередко это очень удобно: вместо умножения, деления, возведения в степень и извлечения корня удается обходиться сложением и вычитанием «децибельных» единиц.

Для этого полезно помнить и научиться применять несложную таблицу:

Отсюда, раскладывая «более сложные значения» на «составные», получаем:

6 дБ = 3 дБ + 3 дБ — в 2·2 = в 4 раза,

9 дБ = 3 дБ + 3 дБ + 3 дБ — в 2·2·2 = в 8 раз,

12 дБ = 4 · (3 дБ) — в 24 = в 16 раз

13 дБ = 10 дБ + 3 дБ — в 10·2 = в 20 раз,

20 дБ = 10 дБ + 10 дБ — в 10·10 = в 100 раз,

30 дБ = 3 · (10 дБ) — в 10^3 = в 1000 раз

Сложению (вычитанию) значений в дБ соответствует умножение (деление) самих отношений. Отрицательные значения дБ соответствуют обратным отношениям. Например:

увеличение мощности в 128 раз это 27 или на 7·(3 дБ) = 21 дБ;

Зачем использовать децибелы?

Зачем вообще применять децибелы и оперировать логарифмами, если для решения задачи в принципе можно обойтись более привычными процентами или долями? Тому есть ряд причин:

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) или «дБмкВ» (децибел относительно микровольта), «дБВт» (децибел относительно ватта) и т. п. В соответствии с международным стандартом МЭК 27-3 при необходимости указать исходную величину ее значение помещают в скобках за обозначением логарифмической величины, например для уровня звукового давления: LP (re 20 µPA) = 20 dB; LP (исх. 20 мкПа) = 20 дБ

Опорный уровень

Децибел служит для определения отношения двух величин. Но нет ничего удивительного в том, что децибел используют и для измерения абсолютных значений. Для этого достаточно условиться, какой уровень измеряемой физической величины будет принят за опорный уровень (условный 0 дБ).

Строго говоря, должно быть однозначно определено, какая именно физическая величина и какое именно ее значение используются в качестве опорного уровня. Опорный уровень указывается в виде «добавки», следующей за символами «дБ» (например, «дБм»), либо опорный уровень должен быть ясен из контекста (например, «дБ относительно 1 мВт»).

На практике распространены следующие опорные уровни и специальные обозначения для них:

dBm (русское дБм) — опорный уровень — это мощность в 1 мВт. Мощность обычно определяется на номинальной нагрузке (для профессиональной техники — обычно 10 кОм для частот менее 10 МГц, для радиочастотной техники — 50 Ом или 75 Ом). Например, «выходная мощность усилительного каскада составляет 13 дБм» (то есть мощность, выделяющаяся на номинальной для этого усилительного каскада нагрузке, составляет 20 мВт).[4].

dBu — опорное напряжение 0,775В, соответствующее мощности 1мВт на нагрузке 600?; например, стандартизованный уровень сигнала для профессионального аудиооборудования составляет +4dBu, то есть 1.23В.

dBm0 (русское дБм0) — опорная мощность в дБм в точке нулевого относительного уровня. «Абсолютный уровень мощности относительно 1 мВт в точке линии передачи с нулевым уровнем»[1]

dBSPL (англ. Sound Pressure Level — «уровень звукового давления») — опорное звуковое давление 20мкПа, соответствующее порогу слышимости; например, «громкость 100dBSPL».

dBA, dBB, dBC, dBD — опорные уровни выбраны в соответствии с частотными характеристиками «весовых фильтров» в соответствии с кривыми равной громкости.

dBi (русское дБи) — изотропный децибел (децибел относительно изотропного излучателя). Характеризует коэффициент направленного действия (а также коэффициент усиления) антенны относительно коэффициента направленного действия изотропного излучателя. Как правило, если не оговорено специально, характеристики усиления реальных антенн даются именно относительно усиления изотропного излучателя. То есть, когда вам говорят, что коэффициент усиления какой-то антенны равен 12 децибел, подразумевается 12 дБи.

dBd (русское дБд) — децибел относительно полуволнового вибратора («относительно диполя»). Характеризует коэффициент направленного действия (а также коэффициент усиления) антенны относительно коэффициента направленного действия полуволнового вибратора, размещенного в свободном пространстве. Поскольку коэффициент направленного действия указанного полуволнового вибратора приближенно равен 2.15 дБи, то 1 дБд = 2.15 дБи.

По аналогии образуются составные единицы измерений. Например, уровень спектральной плотности мощности дБВт/Гц — «децибельный» аналог единицы измерения Вт/Гц (мощность, выделяющаяся на номинальной нагрузке в полосе частот шириной в 1 Гц с центром на указанной частоте). Опорным уровнем в данном примере является 1 Вт/Гц, то есть физическая величина «спектральная плотность мощности», ее размерность «Вт/Гц» и значение «1». Так, запись «-120 дБВт/Гц» полностью эквивалентна записи «10-12 Вт/Гц».

Справедливы следующие правила (следствие правил действий с размерными величинами):

перемножать или делить «децибельные» значения нельзя (это бессмысленно);

суммирование «децибельных» значений соответствует умножению абсолютных значений, вычитание «децибельных» значений — делению абсолютных значений;

суммирование или вычитание «децибельных» значений может выполняться независимо от их «исходной» размерности. Например, равенство 10 дБм + 13 дБ = 23 дБм является корректным, полностью эквивалентно равенству 10 мВт · 20 = 200 мВт и может трактоваться как «усилитель с коэффициентом усиления 13 дБ увеличивает мощность сигнала с 10 дБм до 23 дБм».

Следует аккуратно использовать знак «минус», поскольку цена ошибки со знаком в операциях с децибелами — не «в два раза», а «на много порядков». Например, из записи «входной уровень — 10 дБм» не ясно, идёт ли речь о «+10 дБм» или же о «минус 10 дБм». В зависимости от ситуации лучше писать: «входной уровень +10 дБм», «входной уровень: 10 дБм», «входной уровень минус 10 дБм».

Громкость звука. Уровень шума и его источники

Звуки с низкой и высокой частотой кажутся тише, чем среднечастотные той же интенсивности. С учётом этого, неравномерную чувствительность

человеческого уха к звукам разных частот модулируют с помощью специального электронного частотного фильтра, получая, в результате нормирования

слышен звук с частотой 3-4 КГц (обычен в телефонах и по радио на СВ и ДВ диапазонах). С возрастом, воспринимаемый на слух звуковой диапозон

сужается, особенно для высокочастотных звуков, уменьшаясь до 18 килогерц и менее.

В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного

Шкала шумов (уровни звука, Децибел (dB)):

0 Ничего не слышно

10 Почти не слышно тихий шелест листьев

15 Едва слышно шелест листвы

20 Едва слышно шепот человека (1м).

25 Тихо шепот человека (1м)

30 Тихо шепот, тиканье настенных часов.

Норма для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.

35 Довольно слышно приглушенный разговор

40 Довольно слышно обычная речь.

Норма для жилых помещений, с 7 до 23 ч.

45 Довольно слышно обычный разговор

50 Отчётливо слышно разговор, пишущая машинка

55 Отчётливо слышно Норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)

60 Шумно Норма для контор

65 Шумно громкий разговор (1м)

70 Шумно громкие разговоры (1м)

75 Шумно крик, смех (1м)

80 Очень шумно крик, мотоцикл с глушителем.

85 Очень шумно громкий крик, мотоцикл с глушителем

90 Очень шумно громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)

95 Очень шумно вагон метро (7м)

100 Крайне шумно оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома

Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)

105 Крайне шумно в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)

110 Крайне шумно вертолёт

115 Крайне шумно пескоструйный аппарат (1м)

120 Почти невыносимо отбойный молоток (1м)

125 Почти невыносимо

130 Болевой порог самолёт на старте

140 Контузия звук взлетающего реактивного самолета

145 Контузия старт ракеты

150 Контузия, травмы

155 Контузия, травмы

160 Шок, травмы ударная волна от сверхзвукового самолёта

резонанс внутренних органов и влиять на работу мозга. Низкочастотные акустические колебания усиливают ноющие боли в костях и суставах у

больных. Источники инфразвука: автомобили, вагоны, гром от молнии и т.д. Высокочастотные колебания вызывают нагрев тканей. Эффект зависит от

силы звука, расположения и свойств его источников.

На рабочих местах предельно допустимые эквивалентные уровни звука для прерывистого шума: максимальный уровень звука не должен превышать 110

рекомендуется размещать много оргтехники в одном помещении. Слишком шумное оборудование должно выноситься за пределы помещения, где

располагаются рабочие места.

Снизить уровень шума можно, если использовать шумопоглощающие материалы в качестве отделки помещения и занавески из плотной ткани. Помогут и

противошумные бируши для ушей.

При возведении зданий и сооружений, в соответствии с современными, более жесткими требованиями звукоизоляции, должны применяться технологии и

материалы, способные обеспечить надёжную защиту от шума.

Для пожарной сигнализации: уровень звукового давления полезного аудиосигнала, обеспечиваемый оповещателем, должен быть не менее 75 дБА на

расстоянии 3 м от оповещателя и не более 120 dba в любой точке защищаемого помещения (п.3.14 НПБ 104-03).

давления сигнального устройства при подаче специального звук. сигнала, на расстоянии 2 метра по оси рупора, должен быть не ниже:

Клаксон гражданского автомобиля, согласно ГОСТ Р 41.28-99 и Правил ЕЭК ООН №28, должен издавать непрерывный и монотонный звук с уровнем

менее 20 db), то он вполне может испытать депрессивные состояния вместо отдыха.

Источник