Шкала децибелов

В физиологии известен так называемый „логарифмический закон“ (или закон Вебера-Фехнера), согласно которому сила всякого ощущения пропорциональна не интенсивности раздражителя, как это можно было бы предполагать, а логарифму указанной величины. Если отнести этот закон к слуховым ощущениям, то звук будет казаться громче в 2 и 4 раза лишь в тех случаях, если мощность его источника, первоначально оцененную каким угодно образом, увеличить в 100, а затем в 10000 (т. е. еще раз в 100) раз.

При увеличении мощности источника звука в 1000000 раз громкость его показалась бы возросшей всего лишь восьмикратно, поскольку 23 = 8.

Экспериментальными путями установлено, что если мощность источника едва слышимого звука увеличить в 1012 раз, громкость будет уже столь большой, что к ощущению слышимости звука начнут примешиваться неприятные болевые ощущения.

Весь диапазон громкостей между „порогом слышимости" и „болевым пределом" слуховых ощущений разделили на 120 ступеней, названных „децибелами" и являющихся, таким образом, логарифмическими единицами измерения различных степеней громкости или, как принято говорить, „уровней громкости", или даже просто „уровней".

Возрастание громкости на 20 децибелов (дб), считая от любого уровня, соответствует ее удвоению относительно этого уровня или увеличению мощности источника звука в 100 раз, в то время как разница в громкостях в 1 дб составляет лишь весьма малый контраст, едва различимый для среднего человеческого уха.

Поскольку децибелы определяются через отношение мощностей, а при использовании электроакустической и радиотехнической аппаратуры мощности, обеспечивающие те или иные уровни сигналов, можно выразить через напряжения или через токи, децибелы можно тоже связывать только с напряжениями или только с силами тока сигналов, не обращаясь к мощностям.

Если Р2 — мощность на выходе усилителя, а Р1 — на входе, то величина усиления N, выраженная в децибелах, записывается так:

Шкала децибелов

Когда мощность Р2 на выходе какого-то устройства меньше входной мощности Р1 (например, мощность на выходе потенциометра в сравнении с мощностью на его входе), величина N дб будет отрицательной. Это свидетельствует о том, что в данном устройстве, или аппарате, произошло не усиление, а ослабление подведенных колебаний.

Принимая во внимание, что отношению мощностей в одной и той же нагрузке всегда соответствует отношение квадратов напряжений Е2,1 или токов I2,1, уровни в децибелах можно выражать и так:

Шкала децибелов

Измерения всевозможных высот всегда производятся от каких-то начальных уровней, причем для сравнимости между собою результатов измерений многих высот надо иметь какой-то общий начальный „нулевой уровень".

В гидрологии, океанологии, метеорологии и аэрологии все высоты отсчитываются от уровня моря, являющегося стандартной нулевой отметкой для определений геометрических высот и глубин. Точно также и для шкалы децибелов, используемой при измерениях электрических уровней, установлен стандартный нулевой уровень, соответствующий напряжению 0,775 в на концах нагрузочного сопротивления величиною 600 ом. Колебательная мощность при этом равна 1 мвт.

Ниже приводится шкала децибелов в виде табл. 8.

Таблица 8

Шкала децибелов

В первой графе таблицы приведена полная шкала децибелов от нижнего предела слышимости, принятого за нуль, до верхнего болевого предела, а в третьей— та же шкала, отнесенная к стандартному нулевому уровню 1 мвт. Все уровни, меньшие нуля, отрицательны. В пятой графе приведены некоторые хорошо знакомые всем звуки, позволяющие составить представление о соотношениях между громкостями и шкалою децибелов.

Шкалой децибелов удобно пользоваться при построении частотных характеристик. Показанные на рис. 54 характеристики усилителя высокой частоты III и низкой частоты IV имеют ординаты в децибелах. Из табл. 7 следует, что если две мощности различаются между собой меньше чем на 25%. громкость соответствующих им звуков может показаться одинаковой, поскольку разность уровней при этом оказывается не превосходящей 1 дб. Вследствие указанного отклонения ординат частотных характеристик до 25% от их среднего значения на заданном участке частот, где производится оценка равномерности усиления, можно во внимание не принимать.

Шкалой децибелов удобно пользоваться и для оценки величины общего усиления группы каскадов, так как вместо произведения всех коэффициентов усиления достаточно сложить даваемые ими повышения уровней в децибелах.

Помимо частотных, усилителям свойственны еще и амплитудные, или нелинейные, искажения, при которых спектры усиленных частот получаются существенно измененными в сравнении со спектрами усиливаемых частот. При наличии нелинейных искажений в спектре усиленных колебаний обнаруживаются дополнительные гармоники, создающие хрипы и дребезжание звуков или их дробность, чрезвычайно неприятные при слушании, если искажения велики.

Смотрите также