Stive a BEng Hons 1st Cl Electronics avec modules de niveau master de l’OU et est retraité depuis plus de 45 ans dans divers domaines de l’électronique.
Alexander Graham Bell, l’inventeur du téléphone.
Qu’est-ce qu’un dB ? Comprendre les décibels
Vous êtes-vous déjà demandé ce que signifie le symbole dB dans les manuels d’utilisation de vos gadgets ?
Le dB (déciBel) et le Bel sont des paramètres de mesure formellement reconnus, avec le modeste statut d' »unités non SI acceptées », au sein du Système international d’unités. Ce système est l’organisme responsable de l’établissement des unités SI mondiales, les unités par lesquelles toutes les choses sont finalement mesurées. Le statut « Accepté » est dû à leur utilisation et à leur utilité historiquement larges, sinon ils seraient probablement obsolètes par le système SI.
Le Bel a été développé à l’origine pour être utilisé dans l’industrie du téléphone et a été nommé en l’honneur de l’inventeur du téléphone, Alexander Graham Bell. Il s’est d’abord avéré très pratique pour comparer deux niveaux de puissance, pour des raisons discutées plus loin, mais s’est ensuite avéré trop grand pour une utilisation pratique et a été remplacé par le dB, qui est d’usage général depuis environ 1925, et qui, à 1/10ème de Bel, c’est plus pratique et utile.
Un audiomètre.
Image par StereoSound de Pixabay
Pourquoi et quand utilise-t-on un dB ?
Les deux termes (dB et Bel) étaient des unités de mesure de transmission et étaient à l’origine utilisés pour mesurer un changement de niveau de signal, un gain ou une perte, lorsque le signal était « transmis » de sa source à un récepteur où il peut être mesuré. La transmission peut être de n’importe quel format, soit par voie aérienne, par une ligne ou un câble de transmission, par un amplificateur ou un autre circuit, ou par un élément (atténuateur) pour abaisser le signal.
Une manière relativement simple de décrire un changement de niveau de signal est de comparer la valeur de sortie ou reçue avec la valeur d’entrée ou source, puis de produire un rapport (A:B ou A/B) ou sortie vers entrée. L’entrée B, équivalente à un dénominateur mathématique et, dans des rapports, mathématiquement appelée la conséquente, devrait idéalement être référencée à 1 et il est alors facile d’énoncer, par exemple, « un gain de 2x (2 fois) » ou « une perte /réduction de moitié (0,5)’.
Cependant, avec l’avènement des amplificateurs à gain élevé (amplis op) avec des gains de plus de 100, et surtout lorsqu’ils étaient connectés en cascade ou en série, les rapports de gain linéaire sont devenus très importants et difficiles à manier avec des chiffres de 100 000 et plus.
Le Bel et le dB sont des termes logarithmiques et convertissent tous deux ces valeurs à gain élevé en chiffres pratiques, gérables et beaucoup plus bas et permettent d’ajouter facilement des gains d’amplificateur logarithmique au lieu de les multiplier. Le plus petit dB est le plus pratique et le plus utile des deux termes.
Échelle de dB pour les niveaux de sécurité de l’ouïe humaine.
Comment utilisons-nous un dB ?
Une façon d’utiliser le dB intéresse probablement de nombreuses personnes, pas seulement les techniciens et ingénieurs en électronique, à savoir la liste des spécifications des haut-parleurs, y compris les haut-parleurs Bluetooth populaires.
Explorer les mathématiques
Dans la photo ci-dessous :
#2 indique le rapport signal/bruit : 84 dB ou plus
#3 états Sensibilité : 80dB+2dB
(En fait, les deux sont incorrectement « db » au lieu du dB officiel).
La résolution de PR (dans l’équation mathématique (i) ci-dessous) en utilisant les 84 S à N dB révèle un rapport d’environ 251×106 fois, ce qui signifie en fait que le signal est environ 251 millions de fois supérieur au niveau de bruit.
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Cela montre la commodité du dB pour citer les rapports S/N : 84 dB contre 251×106 fois.
La résolution pour la sensibilité de 80 dB, toujours dans (i) ci-dessous, montre un rapport encore très élevé mais beaucoup plus faible de 100 x 106 fois.
Cela montre également un autre aspect du dB en ce sens qu’un très grand changement dans un rapport de puissance (251 millions contre 100 millions) n’entraîne en fait qu’un petit changement dans la valeur dB. En fait, un changement de seulement +3dB signifie un doublement de la puissance et de seulement -3dB signifie une réduction de moitié de la puissance.
Spécifications du petit haut-parleur Bluetooth.
De quelles autres manières le dB est-il utilisé ?
Lors de la connexion d’amplificateurs en série, ou en cascade, ou lors de leur retrait de la chaîne, il est plus facile de manipuler les valeurs dB, par simple addition et soustraction, plutôt que d’avoir à multiplier les gains linéaires.
Les ingénieurs du son des groupes et des concerts utilisent les spécifications dB des haut-parleurs si nécessaire lors de la connexion de l’équipement pour connecter les amplificateurs en cascade requis aux haut-parleurs en fonction de leurs sensibilités.
De nombreux domaines de la vie quotidienne utilisent également une certaine forme de dB pour indiquer les mesures et les spécifications.
Cependant, le dB est appelé une mesure relative ou relationnelle car il s’agit d’un rapport d’un niveau à un autre et n’est pas un paramètre quantifiable ou ce qu’on appelle une lecture ou une mesure absolue, par exemple des volts, des ampères, etc.
Un assortiment d’amplis et de haut-parleurs (abréviation d’amplificateurs et de haut-parleurs).
Le dBm et les autres niveaux absolus
Le terme absolu utilisé dans les mesures de niveau de puissance est le dBm.
Les mesures sont « relatives à » ou « par rapport à » (wrt) un niveau de référence de 1 mW et ne sont donc plus simplement liées aux niveaux d’entrée et de sortie.
Le niveau de 1 mW est également le niveau de 0 dBm tel qu’il peut être calculé avec l’équation (i) ci-dessous.
Il existe d’autres niveaux de référence de 0 dB utilisés autres que 1 mW.
Les ingénieurs de haute puissance peuvent utiliser le dBk qui est un niveau de référence de 0 dB, 1 kV.
Le dBV est un niveau de référence de 0 dB par rapport à 1 Volt.
Le dBA sera connu des passionnés d’audio ou des techniciens acoustiques. Le A peut signifier Audio ou Acoustique, mais fait spécifiquement référence au filtre de gamme de fréquences audio en forme de pondération A qui est utilisé lors des tests de niveaux sonores et de bruit.
Le dBA est relatif au seuil inférieur standard de l’audition humaine à 1 kHz.
Le dB (SPL) est une autre échelle acoustique de mesure et de rapport.
Une explication des logarithmes.
Quels autres champs utilisent des progressions logarithmiques (Log.Progs.) ?
L’oreille humaine répond logarithmiquement aux sons. Il y a beaucoup d’amplification à bas niveau sonore et beaucoup moins à haut niveau. De sorte que, en termes simples, le niveau à peine entendu jusqu’au niveau de dommage de la plage sonore de l’oreille va du seuil approximatif de 0 dB (en fait très légèrement supérieur à zéro) à environ 130/140 dB, ce qui en réalité est une plage de plus grande plus de 2 millions de fois.
Par conséquent, les commandes de volume varient souvent de manière logarithmique pour imiter la réponse de l’oreille humaine pour un contrôle du son plus fluide. Celles-ci sont plus chères que les commandes de volume linéaires ou pseudo-log moins chères.
Les forces sismiques sont également logarithmiques et non linéaires.
L’œil humain réagit logarithmiquement à la luminosité.
Il existe plusieurs autres Log.Prog. systèmes qu’une recherche www trouvera, en particulier dans Wikipédia.
Faire les maths
Il est facile de travailler en dB comme le montre le tableau suivant.
- Un doublement de n’importe quel niveau de puissance correspond à une augmentation de 3 dB ; une réduction de moitié de la puissance correspond à une réduction de (-)3 dB.
- Une augmentation de 10x (10 fois) de n’importe quel niveau de puissance est une augmentation de 10dB et de même une réduction de 10x est une réduction de (-)10dB.
Seuls les changements de niveau de 3 dB et 10 dB peuvent être obtenus à partir du tableau ou de la relation connue entre les dB et les changements de niveau de puissance. Les autres valeurs ne peuvent être estimées qu’en interpolant les valeurs du tableau ou doivent être calculées à l’aide des formules données ci-dessous.
Les mathématiques longues
Le calcul pour quand nous mesurons la puissance de transmission de sortie et d’entrée est :
(i) dB = 10 x rapport de puissance du signal LOG10 (PR)
Lorsque nous mesurons la tension de niveau de signal de sortie et d’entrée, le calcul est :
dB = 20 x rapport de tension du signal LOG10 (VR)
Ce contenu est exact et fidèle au meilleur de la connaissance de l’auteur et ne vise pas à remplacer les conseils formels et individualisés d’un professionnel qualifié.
© 2019 Stive Smyth
Steve Smith (auteur) de Philippines le 07 décembre 2019 :
Salut John. Je suis content que vous ayez apprécié les parties que vous pouviez. Je suis à la croisée des chemins – j’ai peut-être besoin de « sortir la technologie de mon système » avant de pouvoir écrire plus de limericks, de poèmes et d’articles « d’autres » intérêts. Mais, après quarante-cinq ans passés dans la technologie, peut-être que je ne pourrai jamais faire les deux ? Le temps nous le dira. Il est également grand temps que je fasse un peu plus de lecture et non d’écriture constante 🙂
Jean Hansen de Gondwana Land le 07 décembre 2019 :
Une partie de cela dépasse ma compréhension, mais j’ai trouvé les bases et le contexte de dB et du Bel assez intéressants. J’apprécie la quantité de travail qui a été consacrée à cet article, Stive. Merci pour le partage.
