Абсолютные шкалы в децибелах
Кроме того, в дополнение к выражению усиления или потерь по мощность децибел можно использовать в качестве абсолютной единицы измерения мощности. Типичный пример такого использования децибелов – это измерение звукового давления. В таких случаях, измерение производится по отношению к какому-то стандартному уровню мощности, определяемому как 0 дБ. Для измерения звукового давления, 0 дБ свободно определяется как нижний порог человеческого слуха, объективно измеренный как 1 пиковатт мощности звука на один квадратный метр площади.
Уровень звука со значением 40 дБ, измеренным по шкале в децибелах, будет в 104 раз больше, чем порог слышимости. Уровень звука 100 дБ будет в 1010 (десять миллиардов) больше, чем порог слышимости.
Поскольку человеческое ухо неодинаково чувствительно ко всем частотам звука, были разработаны различные варианты шкалы громкости звука в децибелах, чтобы представить физиологические эквиваленты громкости звука на разных частотах. Для получения непропорциональных показаний измерений в зависимости от частоты (для лучшего представления воздействия звука на человека) некоторые приборы измерения громкости звука были оснащены системами фильтров. Три шкалы, полученные с помощью фильтров, стали широко известны как «A», «B» и «C» взвешенные шкалы. Показания уровня звука в децибелах, измеренные через соответствующие системы фильтров, были получены в единицах измерения dBA, dBB и dBC. Сегодня «A-взвешенная шкала» наиболее часто используется для выражения эквивалентного физиологического воздействия на организм человека и особенно полезна для оценки опасности громких источников шума.
Другая стандартизированная система измерения мощности в децибелах была утверждена для использования в телекоммуникационных системах. Это шкала в дБм (таблица ниже). Опорная точка, 0 дБм, определяется как 1 милливатт электрической мощности, рассеиваемой на нагрузке 600 Ом. Согласно этой шкале, 10 дБм равно десятикратной опорной мощности, или 10 милливаттам; 20 дБм равно стократной опорной мощности, или 100 милливаттам. Некоторые вольтметры переменного тока оснащены шкалой дБ (иногда обозначенной, как «dB»), предназначенной для измерения мощности сигнала переменного тока на нагрузке 600 Ом. 0 дБм на данной шкале, конечно, находится выше нуля, так как представляет собой нечто большее, чем 0 (на самом деле, это 0,7746 вольт на нагрузке 600 Ом, напряжение равно квадратному корню из мощности, умноженной на сопротивление; квадратный корень из 0,001, умноженной на 600). При осмотре лицевой панели аналогового измерителя можно заметить, что, благодаря своему логарифмическому характеру, шкала в дБм сжата на левой стороне и расширена на правой, в отличие от шкалы сопротивления.
Измерения мощности радиочастотных сигналов низкого уровня, например, в радиоприемниках, используют измерения в дБм, привязанных к нагрузке 50 Ом. Генераторы сигналов, используемые для оценки параметров радиоприемников, могут выдавать сигнал, выставленный в дБм. Уровень сигнала устанавливается с помощью устройства, называемого аттенюатором, описанного в следующем разделе.
| Мощность в ваттах | Мощность в милливаттах | Мощность в дБм |
|---|---|---|
| 1 | 1000 | 30 |
| 0,1 | 100 | 20 |
| 0,01 | 10 | 10 |
| 0,004 | 4 | 6 |
| 0,02 | 2 | 3 |
| 1 | 0 | |
| 0,1 | – 10 | |
| 0,01 | – 20 | |
| 0,001 | – 30 | |
| 0,0001 | – 40 |
В студийной записывающей и радиовещательной технике для калибровки уровней громкости используется шкала в дБм, адаптированная для измерения уровней аудиосигналов и называемая VU-шкалой. VU-измерители можно часто увидеть на электронных записывающих устройствах, где они используются для индикации, не превысил ли записываемый сигнал максимальный предел уровня сигнала устройства, что вызовет сильные искажения. Шкала этого «индикатора громкости» откалибрована в соответствии со школой дБм, но показывает дБм не для всех сигналов, а только для синусоидальных сигналов с постоянной амплитудой. Истинная единица измерения VU-измерителей – это единица громкости.
При работе с относительно большими уровнями сигналов и абсолютной шкалой в децибелах, было бы полезно иногда представлять уровень сигнала относительно опорной точки, большей, чем 1 мВт, используемой для дБм. В этом случае можно воспользоваться шкалой в дБВт с опорной точкой 0 дБВт, установленной на 1 Вт. Другая абсолютная шкала измерения мощности называется дБк с опорной точкой 0 дБк, установленной на 1 кВт, или 1000 Вт.
Подведем итоги
Единица измерения бел или децибел может также использоваться для представления абсолютных значений измеренной мощности, а не только для относительных значений усиления и потерь. Для измерения мощности звука 0 дБ определяется, как стандартизированная опорная точка мощности, равной 1 пиковатт на квадратный метр. Другая шкала в дБ, подходящая для измерения громкости звука, нормализована к аналогичному физиологическому эффекту от синусоидального сигнала с частотой 1000 Гц, и называется шкалой дБА. В данной системе 0 дБА определяется звук с любой частотой, физиологически эквивалентный тону с частотой 1000 Гц и мощностью 1 пиковатт на квадратный метр. Для использования в телекоммуникационных системах была создана электрическая шкала в дБ с абсолютной опорной точкой. Это шкала дБм с опорной точкой 0 дБм, которая определяется, как мощность сигнала переменного тока, равная 1 милливатт и рассеиваемая на нагрузке 600 Ом.
VU-измеритель показывает уровень аудиосигнала в соответствии с уровнем в дБм сигналов синусоидальной формы. Поскольку его показания на сигналы, отличающиеся от синусоидальных сигналов с постоянной амплитудой, не соответствуют истинным дБм, его единица измерения – это единица громкости. Для измерения сигналов высокой мощности были созданы шкалы в децибелах с абсолютными опорными точками, большими, чем на шкале дБм. Опорная точка шкалы дБВт, равная 0 дБВт, определяется, как 1 Вт мощности. Шкала дБк в качестве опорной точки устанавливает 1 кВт (1000 Вт).