デシベル(dB)とは何か、その説明

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ラジオの技術書や電子回路の説明では、デシベル(dB)という単位がよく使われます。しかし、これが何を意味するのか、誰もが十分に理解しているわけではない。

デシベルの意味

電子工学を勉強していると、初心者の無線アマチュアは、Ampere(電流)、Volt(電圧、起電力)、Ohm(電気抵抗)などの絶対単位に慣れ、特定の電気パラメータ(静電容量、インダクタンス、周波数)を数値化するために使用されることが多い。

初心者の無線アマチュアは、通常、アンペアやボルトが何であるかを理解することはそれほど難しくありません。それは、測定される電気的パラメータまたは量があることは明らかである。この測定単位を表す言葉には、初期レベルの基準がある。そのパラメータや量には慣例がある(A、V)。確かに、12Vという表記を見れば、それが例えば自動車のバッテリーの電圧のようなものを指していることはすぐに理解できる。

しかし、例えば「電圧が3dB上昇した」「信号電力が10dBmになった」と書かれた途端に、多くの人が戸惑う。

さて、ここでデシベルについて知っておいていただきたいことがあります。

デシベルとは

ここではっきりさせておきたいのは、ベルやデシベルは何かの測定単位ではないということです。また、計測の結果でもありません。デシベルは、ある特定のパラメータがどのくらい/何倍変化したかを示す値です。言い換えれば、ベルやデシベルは、同じパラメーターの2つの測定値を比較して算出される相対的な値です。

さて、実はBelとDecibelsについて。定義としては、Belは2つの数量の比の10進対数です。どんな2つの量でもいい。電力、電圧、音響パワー、周波数、などなど。例で説明しましょう。入力パラメータを変更したときに、デバイスがどのような出力をするかを理解する必要がある。あなたは何らかの基準点、つまりベースを選ぶ。そして、パラメータを変更し、その結果を測定し、「基点」で割って小数対数を取るのです。その結果、デシベルという単位が得られる。つまり、パラメータを測定し、デシベルで再計算し、依存関係を構築するのです。

サウンドボリュームとは

すべての音は、空気などの弾性媒体中を伝搬する波である。波動は、物体を振動させることで発生し、そこから四方八方に伝播し、力学的エネルギーを運ぶ。私たちの耳の鼓膜やマイクロフォンの振動板を振動させるのは、このエネルギーである。

騒音計は、まず第一にマイクロホンである。波が運ぶエネルギーが大きければ大きいほど、マイクの膜の振動の振幅は大きくなり、そのマイクから電線を通して流れる電流は大きくなる。この電流を測定して、膜を振動させた音波のエネルギーが何であったかを知ることができる。

エネルギーというと抽象的すぎるという方は、別のアプローチで考えてみましょう。部屋にいる一人が同じ音量で話すのではなく、10人が同時に話すようにします。そうすると、部屋の中の騒音は10倍大きくなると考えるのは自然なことです。そして、物理学者なら、1人で話すのに比べて10人が同時に話すと、10倍の音のエネルギーが生まれると言うでしょう。

デシベルの定義とは

一方の信号のエネルギーが他方の信号のエネルギーの10倍であるとき、一方の信号は他方より10デシベル強い(「大きい」)と言われます。この定義で最も重要なことは、足し算と掛け算という2つの異なる算術演算を結びつけていることである。

片方の信号がもう片方より30dB大きいとき、2つの信号のエネルギーが何倍違うか調べてみましょう。最初の信号は2番目の信号より10dB大きくなり、さらに10dB、さらに10dB大きくなります。この定義を適用して、最初の信号のエネルギーは2番目の信号のエネルギーの10倍、さらに10倍、さらに10倍となることを実感してみましょう。しかし、何かを10倍ずつ3回連続で増やすということは、10×10×10=1000倍増やすということです。

0dBの意味するところ

物理的な意味での音がないのではなく、人間の耳が何も聞こえなくなる音の大きさです。空気の振動のような物理的な意味での音はまだ存在するが、人間には弱すぎるため、もはや聞くことができない。その音を10倍大きくすると10dB、また10倍大きくすると20dB、といった具合です。また、デシベルスケールでの音の大きさがマイナスになることもあります。このような音は聞こえないだけで、より感度の高い耳や物理的な機器では、まだ感知することができます。

大音量のディスコでの音の大きさが100dBだとすると、あなたが聞こえる最も小さな音の10,000,000,000倍(ゼロが10個)大きいということです。異なる音量レベルのおおよその値は、この表のとおりです。面白いのは、人は心理的に音のエネルギーではなくデシベルを知覚しているということです。

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