Desibel

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket

Denne sida finst òg på høgnorsk — sjå «Hn/Desibel».

Desibel, dB er ei måleeining som seier noko om det relative tilhøvet mellom to verdiar. Måleeininga vert særleg mykje nytta i teleteknikk, akustikk, elektronikk og fysikk generellt. Mest kjent er det kanskje at ein målar lydnivå i desibel. Sidan desibel er eit forholdstal vert eininga dimensjonslaus. Desibel er ikkje ei SI-eining.

Innhaldsliste

1 Definisjon
2 I akustikken
3 I elektronikken
- 3.1 Effektforsterking
- 3.2 Spenningsforsterking
4 Sjå òg

[endre] Definisjon

Eininga bel (B) vert definert som tierlogaritmen til forholdet mellom to effekt-verdiar P₁ og P₀:

$P_\mathrm{bel} = \log_{10} \bigg(\frac{P_1}{P_0}\bigg) \$ .

Eininga bel vart nytta ved Bell Telephone Laboratory i USA for å måle t.d. forhaldet mellom straum- eller spennings-verdiar, og vart opphaveleg kalla TU («transmission unit»). I 1923 eller 1924 vart TU omdøypt til bel, etter grunnleggjaren Alexander Graham Bell. Fordi bel er «for stor» til å bli brukt til kvardags tok ein i staden til med å nytta desibel (dB), som er lik 0,1 B.

Definisjonen av desibel (dB) er difor lik med definisjonen av bel multiplisert faktoren 10:

$P_\mathrm{dB} = 10 \log_{10} \bigg(\frac{P_1}{P_0}\bigg) \$ .

[endre] I akustikken

I akustikken blir desibel nytta for å måle lydnivå (forholdet mellom målt lydtrykk og eit referanselydtrykk) og lydintensitet (akustisk effekt per flateeining).

Lydnivå, uttrykkt i dB, vert definert som:

$L_\mathrm{dB} = 20 \log_{10} \left(\frac{p}{p_0} \right)$ ,

der p er lydtrykket i Pa og referanselydtrykket p₀ = 20 μPa.

Ei endring i lydtrykket på 20 μPa (2·10^-5 N/m²) vert rekna for å vere terskelverdien for kva det menneskelege øyret oppfattar. Dette lydtrykket tilsvarar omlag lydtrykket frå ein mygg som flyg på 3 meters avstand.

Eit lydtrykk på 20 μPa tilsvarar med andre ord null dB. Om lydtrykket vert auka med 20 dB (2 bel) inneber dette, på ein lineær skala, ei tidobling av lydtrykket. Følsamheita til øret er tilnærma logaritmisk, slik at ei endring i lydtrykket frå 10 Pa til 100 Pa vert oppfatta som like stor som ei endring frå 1 Pa til 10 Pa. Det høver difor svært godt å nytta dB innan akustikken. For døme på lydtrykksnivå, sjå lyd:

Lydintensitet (effekt per flateeining [W/m²], som er proporsjonal med kvadratet av lydtrykket:

$I = \left(\frac{p^2}{p_0}\right)$

der I₀ er referanseverdien for intensitet [W/m²], kan òg uttrykkjast i dB:

$I_\mathrm{dB} = 10 \log_{10} \left(\frac{I}{I_0} \right) = 10 \log_{10} \left(\frac{p^2}{p_0^2} \right)$ .

[endre] I elektronikken

[endre] Effektforsterking

Inngangseffekta til eit forsterkartrinn, med inngansmotstand R_inn, kann uttrykkast som

$P_\mathrm{inn} = \bigg( \frac{{V_{inn}}^2}{R_{inn}} \bigg)$ .

På same måten utgangseffekta, avsett i ei Ohmsk last, uttrykkast

$P_\mathrm{ut} = \bigg(\frac{{V_{inn}}^2}{R_{ut}} \bigg)$ .

Effektforsterkinga vert difor

$A_{P} = \frac{P_{ut}}{P_{inn}} = \bigg(\frac{ \frac{{V_{ut}}^2}{R_{ut}}} {\frac{{V_{inn}}^2}{R_{inn}}}\bigg)$ ,

eller uttrykkt i dB:

$A_\mathrm{P,dB} = 10 \log_{10} \bigg(\frac{ \frac{{V_{ut}}^2}{R_{ut}}} {\frac{{V_{inn}}^2}{R_{inn}}}\bigg)$

$= 10 \log_{10} \bigg( \frac{{V_{ut}}^2}{{V_{inn}}^2} \frac{R_{inn}}{R_{ut}} \bigg)$

$= 20 \log_{10} \bigg( \frac{V_{ut}}{V_{inn}} \bigg) + 10 \log_{10} \bigg( \frac{R_{inn}}{R_{ut}} \bigg)$ .

Dette uttrykket syner at når R_ut = R_inn er effektforsterkninga lik

$A_\mathrm{P,dB} = 20 \log_{10} \bigg( \frac{V_{ut}}{V_{inn}} \bigg)$ .

som er same uttrykk som for spenningsforsterninga. Vidare ser vi at for å oppnå stor effektforsterking må R_inn vera stor i høve til R_ut.

Ofte vert det innan elektronikk og telekommunikasjon nytta ei standard referanseeffekt på ein milliwatt (mW), noko som vert markert med nemninga dBm. Tilsvarande, om effekta vert målt relativt til ein watt, nyttar ein nemninga dBW.

[endre] Spenningsforsterking

I ei konstant resitiv last er effekta proporsjonal med spenninga over lasta, eller straumen gjennom lasta:

$P = \frac{V^2}{R} = {I^2}{R}$ .

Forhaldet mellom to effeknivå kan difor skrivast

$A_{V,dB} = 10log_{10}\left({\frac{\frac{V_1^2}{R}}{\frac{V_0^2}{R}}}\right) = 10log_{10}\left(\frac{V_1}{V_0}\right)^2 = 20log_{10}\left(\frac{V_1}{V_0}\right)$ .