Ujemne decybele, czyli dBu, dBV i cała reszta

W artykule Czym jest decybel napisałem, że nie może być ujemnych decybeli. W kontekście rozważanych tam decybeli (dB SPL), rzeczywiście nie używamy wartości ujemnych. A jednak okazuje się, że w pewnych sytuacjach (nierzadko występujących) używamy decybeli ujemnych. Być może ktoś spotkał się z ujemną skalą bądź na amplitunerze (wzmacniaczu), bądź w ustawieniach karty dźwiękowej na komputerze albo może w mikserze/konsolecie. Co ciekawe na podanych skalach, może w ogóle nie być wartości dodatnich – mogą kończyć się na zerze (dBFS). Nie jest to żadna pomyłka, wszystko jest w porządku, spieszę wyjaśnić o co w tym wszystkim chodzi.

W decybelach SPL, o których pisałem wcześniej poziomem odniesienia jest 20μ Pa i jest to najniższy poziom ciśnienia z jakim mamy do czynienia (a dokładniej o jakim jest sens dyskutować). Natomiast wszędzie gdzie mamy do czynienia z napięciem (a więc również z prądem płynącym przez kable sygnałowe - audio), łatwiej jest zdefiniować poziom maksymalny, lub taki którego się przeważnie nie przekracza czy też przekracza o niewielkie wartości.

I tak, popularny dBu, to decybel, dla którego poziom odniesienia to 0,775 V (volta).

(lg to logarytm dzisiętny, więcej o logarytmach można przeczytać tutaj, Ux to napięcie badane)

Czyli np. 0,775 V to zgodnie z definicją:

Dla napięcia 1 V obliczenia wyglądają następująco:

500 mV:

I tak dochodzimy do ujemnej wartości decybeli. Jeżeli napięcie będzie mniejsze niż 0,775 V (dla przykładu napięcie wytwarzane przez mikrofon to wartość rzędu 1mV [mili Volt] czyli 0,001 V) to poziom w dBu zawsze będzie ujemny.

I jest to generalna zasada dotycząca decybeli. Jeżeli badany przez nas poziom jest mniejszy od poziomu odniesienia, to zawsze wartość decybela będzie ujemna. Łatwo możemy zapamiętać, że dodatnie dB do zwiększenie (względem poziomu odniesienia), a ujemne to zmniejszenie.

Dla wspomnianego napięcia 1mV będziemy mieli następującą wartość w dBu:

Co oznacza, że napięcie na mikrofonie zostaje na przedwzmacniaczu znajdującym się na przykład w mikserze wzmocnione ok. 1000 krotnie (60dB)

Drugim powszechnie używanym decybelem napięciowym jest dBV, gdzie poziomem odniesienia jest 1 V

Ile zatem dBV stanowi 0 dBu? Sprawdźmy. Jak już wiemy 0 dBu to 0,775 V, zatem aby obliczyć ile to dBV, musimy podstawić do wzoru:

Podam jeszcze przykład przeliczania w drugą stronę, tzn policzmy jakie napięcie uzyskamy jeżeli na wskaźniku będziemy mieli np. 12 dBu.

A więc na wyjściu miksera otrzymamy napięcie ok. 3 V. Jest to napięcie maksymalne dla miksera Soundraft Compact 4, i przy takim napięciu i przekroczeniu go na wyjściu następuje już przesterowanie sygnału (patrz rysunek na początku artykułu).

Coraz częściej spotykaną skalą jest dBFS, który jest domeną urządzeń cyfrowych. dBFS to skrót od dB Full Scale, relative to Full Scale lub Below Full Scale, czyli dB pełnoskalowy albo poniżej pełnej/całej skali. Jest to decybel, który ma tylko i wyłącznie wartości ujemne. 0 dBFS jest zdefiniowane jako 18 dBu (w Europie) czyli 6,16 V i jest absolutnym maksimum.

Zrozumienie i posługiwanie się różnymi decybelami jest niezbędne aby poruszać się po świecie elektroakustyki. Wszelkie mierniki sygnału VU, PPM, specyfikacje mikrofonów, głośników, kart dźwiękowych, przedwzmacniaczy, końcówek mocy czy słuchawek najprawdopodobniej będą zawierać różne decybele. Najważniejsze z nich, czyli dB SPL, dBu, dBV oraz dBFS już znamy. W większości sytuacji nam to w zupełności wystarczy.

____________________________________________________________________

Wszelkie prawa zastrzeżone 
Copyright © Michał Pytko 2010