Was sind Dezibel? Der ultimative dB-Guide für Audio & Sound

Was sind Dezibel? Der ultimative dB-Guide für Audio & Sound

VonElla Stamm

Das Dezibel ist ein ziemlich verwirrendes Konzept, um es in der Welt des Audios vollständig zu verstehen. Es scheint, gerade wenn wir anfangen, Dezibel zu verstehen, lernen wir etwas anderes über sie, das uns noch mehr verwirrt als zuvor. Keine Angst, dieser Artikel enthält alle Details, die Sie benötigen, um Dezibel vollständig zu verstehen.

Was sind Dezibel? Ein Dezibel (dB) ist ein Zehntel Bel („deci-Bel“). Es ist eine relative Maßeinheit, die verwendet wird, um das Verhältnis einer Größe zu einer anderen auf einer logarithmischen Skala auszudrücken. Dezibel werden häufig in Audio verwendet, um Verstärkung, Schalldruckpegel (dB SPL), Signalpegel (dBv, dBu, dBFS) und sogar Leistung (dBm) zu definieren.

In diesem Artikel werde ich das Dezibel aufschlüsseln und so definieren, dass es vollkommen klar sein sollte. Ich hoffe, dass Sie, sobald Sie diesen Artikel gelesen haben, ein vollständiges Verständnis des Dezibel und seiner Rolle im Audio haben. Ich hoffe auch, dass dies eine Referenz für Sie wird, um in Zukunft Einzelheiten über Dezibel zu erfahren. Lass uns darauf eingehen.

Inhaltsverzeichnis

Das Dezibel ist ein logarithmisches Verhältnis

In erster Linie müssen wir verstehen, dass das Dezibel kein lineares Verhältnis ist. Vielmehr ist es logarithmisch.

Zum Beispiel kann die Signalverstärkung (Spannungsverstärkung) eines Audioverstärkers als Verhältnis der Ausgangsspannung / Signalpegel zum Eingangsspannung / Signalpegel berechnet werden.

Wenn also das Ausgangssignal des Verstärkers 100-mal so stark ist wie das Eingangssignal (seine Spannungsamplitude ist 10x so groß wie die des Eingangs), dann könnten wir sagen, dass die Verstärkung des Verstärkers 10: 1 (oder einfach „10“) beträgt. Das ist linear.

Allerdings würde eine Verstärkung von 10:1 berücksichtigt, wenn man vom Signal-/Spannungspegel spricht, nur 20 dB Verstärkung.

Das Dezibelverhältnis zweier Nennspannungen ist wie folgt definiert:

Verstärkung (in dB) = 20 • log10 (Vaus / Vin)

Wir werden im nächsten Abschnitt auf die Erklärung der obigen Formel und anderer Formeln in Bezug auf Dezibel eingehen: Leistung, Root-Power & wahrgenommene Größen.

Bleiben wir vorerst bei der Tatsache, dass das Dezibel eine relative Maßeinheit (Verhältnis) auf einer logarithmischen Skala ist.

Was ist ein Verhältnis?

Ein Verhältnis ist in der Mathematik ein einheitenloses relatives Maß, das angibt, wie oft eine Zahl eine andere Zahl enthält.

Ein Verhältnis vergleicht immer einen Wert mit einem anderen Wert.

In Audio und Sound verwenden wir Verhältnisse für viele Dinge, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

  • Gewinn (wie bereits erwähnt): Das Verhältnis zwischen Ausgangssignalspannung/-stärke und Eingangssignal-/Spannungsstärke.
  • Lärm: das Verhältnis zwischen der beabsichtigten Signalstärke/-spannung und der unbeabsichtigten Rauschsignalstärke/-spannung.
  • Schalldruckpegel: Das Verhältnis zwischen der durch eine Schallwelle verursachten Spitzendruckänderung und dem Punkt, an dem wir Druckschwankungen als Schall registrieren.

Was ist ein Logarithmus?

Ein Logarithmus ist in der Mathematik die inverse Funktion eines Exponentials.

Mit anderen Worten, der Logarithmus einer gegebenen Zahl x ist der Exponenten, zu dem die Basiszahl b muss angehoben werden, um die Zahl zu erzeugen x.

In der Notation würde dies wie folgt aussehen:

.logb (x) = y Halten Sie wahr, wenn by = x

Andere Faktoren, die True sind:

  • x > 0
  • b > 0
  • b ≠ 1

Für die meisten unserer Dezibelberechnungen in Audio verwenden wir den „gemeinsamen Logarithmus“, wobei b = 10.

Was ist eine logarithmische Skala?

Eine logarithmische Skala ist eine Methode zur kompakten Darstellung numerischer Daten über einen weiten Wertebereich. Logarithmische Skalen sind sehr nützlich, wenn die Werte in den Daten in mehreren Größenordnungen liegen. Zum Beispiel wäre eine logarithmische Skala für eine Menge von Werten geeignet, bei denen die größten Zahlen Hunderte, Tausende, Zehntausende usw. größer sind als die kleinsten Zahlen.

Welche Bereiche in Audio und Sound weisen diese Art von Variation auf? Nun, lassen Sie uns unsere Beispiele aus dem Abschnitt Was ist ein Verhältnis?

  • Gewinnen: ein schwaches Mikrofonsignal kann etwa 1 mV stark sein (1 x 10-3 Volt), während ein großer Lautsprecher 100 V (1 x 102).
  • Lärm: Das Signal-Rausch-Verhältnis von „sauberen“ Audiogeräten kann 100 dB oder mehr betragen. Dies bedeutet, dass die beabsichtigte Signalstärke (gemessen in Volt) 100.000-mal stärker ist als die unbeabsichtigte Rausch-„Signalstärke“.
  • Schalldruckpegel: SPL hat auch eine breite Palette. Zum Beispiel wird die Hörschwelle des gesunden menschlichen Gehörs allgemein mit 0,000,02 Pa (2 x 10-5 Pa) und die Schmerzschwelle (bei unmittelbarem Hörschaden) wird allgemein auf 200 Pa angenommen. Das ist eine 107 oder 10.000.000x Unterschied! Häufiger sagen wir, dass es sich um einen Unterschied von 140 dB handelt.

Noch einmal, die Gleichungen, die wir verwenden, um die Dezibelwerte zu finden, werden in Kürze diskutiert!

Rekapitulation

Um unser neues Wissen zusammenzufassen: Ein Dezibel ist eine relative Maßeinheit, die verwendet wird, um das Verhältnis eines Wertes zu einem anderen auf einer logarithmischen Skala auszudrücken.

Das Dezibel drückt also das Verhältnis eines Wertes zum anderen aus und ist besonders nützlich, wenn der Bereich dieser Werte sehr groß ist.

Was Dezibel nicht sind

Nun, da wir eine Vorstellung davon haben, was Dezibel sind, lassen Sie uns überlegen, was Dezibel nicht sind. Dezibel sind keine der folgenden:

  • Eine Messung des Schalldrucks
  • Ein Maß für die wahrgenommene Lautstärke
  • Messung der Audiosignalspannung/-amplitude
  • Eine Messung der elektrischen oder akustischen Leistung

Das heißt, Dezibel sind keine absoluten Messungen. Sie sagen uns von Natur aus nichts über Schalldruckpegel, wahrgenommene Lautstärke, Spannung, Leistung oder andere Größen, die mit Audio und Schall zusammenhängen.

Dezibel sagen uns vielmehr, wie viel von einer gegebenen Menge vorhanden ist. relativ auf einen anderen Betrag der gleichen Menge. Mehrere allgemein anerkannte Referenzpunkte helfen uns, Dezibel effektiv bei unseren Messungen von Audio- und Schallgrößen zu verwenden.

Dezibel Vs. Bel

Wie wir bereits besprochen haben, ist ein Dezibel ein Zehntel (Einheitspräfix „deci“) eines Bel.

Der Bel drückt wie das Dezibel das logarithmische Verhältnis zwischen zwei Niveaus von Signalleistung, Spannung oder Strom aus. Der Bel vergleicht die Werte mit einem Verhältnis von 10 zu 1.

Dieses Gerät wurde nach Alexander Graham Bell benannt, dem Erfinder des Telefons (und des Flüssigkeitssenders „Mikrofon“).

Aus Sicht der Benutzerfreundlichkeit ist der Bel etwas weniger praktisch als das Dezibel und ist dadurch in Ungnade gefallen.

Die meisten Definitionen geben an, dass der Bel zehn Dezibel entspricht, während das Dezibel perfekt definiert wird, und nicht umgekehrt, was zu erwarten wäre. Dies liegt daran, dass Dezibel in praktischen Messungen verwendet werden und Bels [typically] nicht.

Wenn wir also im nächsten Abschnitt die Gleichungen von Dezibel diskutieren und sehen, dass Faktoren von 10 in den Gleichungen sind, wissen Sie, dass es daran liegt, dass wir über Dezibel und nicht Bel sprechen!

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Leistung, Root-Power & wahrgenommene Größen

In Ordnung, hier ist der Abschnitt, in dem wir beginnen, die verschiedenen Gleichungen von Dezibel in der Audio- und Soundtechnologie zu verstehen.

Lassen Sie uns zunächst Leistung, Wurzelkraft und wahrgenommene Mengen definieren:

Leistungsmengen

Leistungsgrößen sind direkt proportional zu Leistung und Energie.

Zu den Leistungsgrößen gehören:

  • Elektrische Leistung
  • Energiedichte
  • Akustische Intensität
  • Lichtstärke

Root-Power-Mengen

Wurzelleistungsgrößen sind Größen, deren Quadratwurzelwerte proportional zur Leistung sind. Der Begriff „Wurzelleistungsmenge“ hat repschnürte den Begriff „Feldmenge“.

Zu den Root-Power-Größen gehören:

  • Schalldruck
  • Spannung
  • Strömung
  • Elektrische Feldstärke
  • Geschwindigkeit
  • Ladungsdichte

Wahrgenommene Größen

Wahrgenommene Größen werden durch die Art und Weise definiert, wie wir Macht und Wurzelleistungsmengen wahrnehmen. Wir nehmen fast immer weniger wahr als das Niveau der Leistung oder der Wurzelleistungsmenge.

Die wahrgenommene Lautstärke ist die psychoakustisch wahrgenommene Größe, mit der wir uns in der Audiotechnologie befassen.

Um Dezibel wirklich zu schätzen, wenn es um Audio und Ton geht, müssen wir verstehen, dass eine einzige Dezibelbewertung in gewisser Weise verschiedene Mengentypen in einem einzigen Dezibelverhältnis vereint.

Dies wird wichtig, wenn man den Überblick über die Pegel im Umgang mit Energiewandlern behält.

Wandler wandeln effektiv eine Energieform in eine andere Energieform um. Im Ton- und Audiobereich sind die gebräuchlichsten Wandler:

  • Mikrofon: wandelt Schallwellen (mechanische Wellenenergie) in Audiosignale (elektrische Energie) um.
  • Kopfhörer & Lautsprecher: Umwandlung von Audiosignalen (elektrische Energie) in Schallwellen (mechanische Wellenenergie).
  • Ohr: wandelt Schallwellen (mechanische Wellenenergie) in elektrische Impulse (elektrische Energie) um.

Die Amplitude eines Audiosignals (elektrische Energie) wird am häufigsten als Spannung (Wurzelleistungsgröße) in Volt gemessen. Sie kann aber auch als elektrische Leistung (Leistungsmenge) in Watt gemessen werden.

Schallwellen können in akustischer Leistung/Intensität (Leistungsgröße) gemessen werden, aber in den meisten Fällen werden sie in Schalldruckpegel (Wurzelleistungsgröße) gemessen.

Die Art und Weise, wie wir Schallwellen wahrnehmen, steht jedoch nicht ganz in direktem Verhältnis zum SPL. Vielmehr hören wir Klang als „wahrgenommene Größe“.

Aber wenn es um Dezibel geht, passiert etwas Interessantes.

Nehmen wir an, wir haben eine Hörumgebung mit Audioquelle, Verstärker, Lautsprecher und Zuhörer.

Wenn sich keine Positionen ändern und die Wellenform des Audiosignals auf einem konstanten Niveau ist, führt eine Erhöhung der Verstärkerleistung um 10 dB zu einer Erhöhung des Schalldruckpegels um 10 dB an den Ohren des Zuhörers und damit zu einer Erhöhung der wahrgenommenen Lautstärke um 10 dB.

Der Anstieg um 10 dB ist also auf der ganzen Linie gleich. Diese Erhöhung um 10 dB führt jedoch zu folgenden Erhöhungen der tatsächlichen absoluten Werte der verschiedenen Größen:

  • Die Leistungssteigerung von 10 dB bedeutet, dass 10-mal so viel Leistung vom Verstärker an den Lautsprecher gesendet wird.
  • Die Erhöhung um 10 dB SPL bewirkt, dass der tatsächliche Schalldruck an den Ohren des Zuhörers um das √10 = 3,16-fache ansteigt.
  • Die Erhöhung der wahrgenommenen Lautstärke um 10 dB lässt den Klang doppelt (2-mal) so laut erscheinen.

Wenn Sie also die Leistung um das 10-fache erhöhen, erhöht sich der Schalldruckpegel um das 3,16-fache und die wahrgenommene Lautstärke um das 2-fache. Alle Mengen werden um 3 dB erhöht.

Lassen Sie uns auf die Erklärung dahinter eingehen.

Leistungsgrößen & Dezibel-Messungen

Leistungsgrößen sind direkt proportional zu Leistung und Energie.

Um das Leistungsverhältnis in Dezibel zu berechnen, beginnen wir mit dem grundlegenden Logarithmus des Bel (denken Sie daran, dass der Bel die Werte mit einem Verhältnis von 10 zu 1 vergleicht).

Dann haben wir also eine Funktion mit Log10. Wie bereits erwähnt, wird dies als „gemeinsamer Logarithmus“ bezeichnet.

Nun, da wir mit Dezibel arbeiten, sollten wir einen Faktor von 10 in die Gleichung einbeziehen (1 Bel = 10 Dezibel).

Als nächstes wissen wir, dass das Dezibel ein Verhältnis ist, also müssen wir zwei verschiedene Potenzgrößenwerte haben, die als Bruch in der Gleichung dargestellt werden.

Dann haben wir folgendes:

∆ Leistungsmenge (in dB) = 10 • log10 (P / P0)

Wo:
P = neuer Leistungswert
P0 = Referenzleistungswert

Auch hier umfassen die Leistungsmengen:

  • Elektrische Leistung
  • Energiedichte
  • Akustische Intensität
  • Lichtstärke

Root-Power-Größen & Dezibel-Messungen

Wurzelleistungsgrößen sind Größen, deren Quadratwurzelwerte proportional zur Leistung sind. Der Begriff „Wurzelleistungsmenge“ hat den Begriff „Feldmenge“ ersetzt.

Dann haben wir:

(P / P0) = (F / F0)2

Wo:
P = neuer Leistungsmengenwert
P0 = Leistungsmengenwert am Referenzpunkt
F = neue Root-Power/field Mengenwert
F0 = Root-Power/Feldmengenwert am Referenzpunkt

Nun, da wir die Gleichung für Dezibelwerte von Leistungsgrößen verstehen, können wir daran arbeiten, Wurzelleistungsgrößen zu ersetzen und eine neue Dezibelgleichung für Wurzelleistungsgrößen zu erhalten.

Merken:

∆ Leistungsmenge (in dB) = 10 • log10 (P / P0)

Jetzt ersetzen (P / P0) für (F / F0)2 und wir haben:

∆ Root-Power-Menge (in dB) = 10 • log10 (F / F0)2

Eine interessante Regel über Logarithmen ist:

.logb(einc) = c •.logb(ein)

Wenn wir also diese Substitution vornehmen, erhalten wir die typische Wurzelkraft / Feldmenge Dezibel-Gleichung von:

∆ Root-Power-Menge (in dB) = 20 • log10 (F / F0)

Auch hier umfassen die Root-Power-Größen:

  • Schalldruck
  • Spannung
  • Strömung
  • Elektrische Feldstärke
  • Geschwindigkeit
  • Ladungsdichte

Wahrgenommene Größen & Dezibelmessungen

Wahrgenommene Größen werden durch die Art und Weise definiert, wie wir Macht und Wurzelleistungsmengen wahrnehmen. Unsere Wahrnehmung einer sich ändernden Leistungs- / Wurzelleistungsmenge kann fast immer als geringer angesehen werden als die tatsächliche Änderung der Leistung oder der Wurzelleistungsmenge.

Wahrnehmung ist kaum effektiv zu berechnen. Jeder Mensch wird Geräusche anders wahrnehmen.

Die Gesundheit des Gehörs spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung unserer Empfindlichkeit gegenüber und Wahrnehmung von Schallwellen.

Eine Person mit gesundem Gehör wird viel empfindlicher auf Schall im gesamten Hörspektrum (20 Hz – 20.000 Hz) reagieren als jemand mit geschädigtem Gehör. Das ist eine Tatsache. Mit anderen Worten, gesundes Gehör nimmt Schall als lauter wahr als ungesundes Hören.

Daher ist es schwierig, „wahrgenommene Größen“ zu bestimmen.

Darüber hinaus ist der Mensch empfindlicher für bestimmte Frequenzen im hörbaren Bereich und weniger empfindlich für andere. Wir nehmen bestimmte Frequenzen als lauter wahr als andere. Dies kann in den Fletcher-Munson-Kurven gezeigt werden, auf die wir in einem späteren Abschnitt eingehen werden. (Übliche Dezibel-Referenzpunkte: dB SPL A-gewogen).

Alles in allem wurde die typische Hörwahrnehmung untersucht, und viele Experten sind sich einig, dass die wahrgenommene Lautstärke, gemessen in Dezibel, durch die folgende Gleichung definiert wird:

∆ Wahrgenommene Menge (in dB) = 10 • log2 (p / p0)

Wo:
p = neue wahrgenommene Lautstärke
p0 = Referenz wahrgenommene Lautstärke

Die obige Gleichung zeigt, dass eine Verdoppelung der wahrgenommenen Lautstärke einen Anstieg um 10 dB bedeutet.

Wenn wir uns mit der wahrgenommenen Lautstärke und dem natürlich gefärbten Frequenzgang des menschlichen Gehörs befassen, haben wir es typischerweise mit A-gewichtete Dezibel. Mehr dazu später im Artikel.

Was bedeutet das alles? Vergleichen wir, was wir über Leistung, Wurzelkraft (Feld) und wahrgenommene Größen wissen und schauen uns an, wie Dezibel zwischen ihnen funktionieren.

Vergleich von Leistung, Wurzelleistung und wahrgenommener Dezibelmenge

Beginnen wir unseren Vergleich mit einem Blick auf die Gleichungen, die wir zuvor abgeleitet haben:

∆ Leistungsmenge (in dB) = 10 • log10 (P / P0)

∆ Root-Power-Menge (in dB) = 20 • log10 (F / F0)

∆ Wahrgenommene Menge (in dB) = 10 • log2 (p / p0)

Ein Anstieg um 10 dB würde also Folgendes verursachen:

  • 10-fache Steigerung der Leistungsmengen.
  • √10x oder ~3,16x Steigerung der Root-Power-Mengen.
  • 2x Erhöhung der wahrgenommenen Lautstärke.

In ähnlicher Weise würde eine Abnahme von 10 dB bedeuten:

  • 1/10x in Power Quanititen.
  • 1/√10x oder 0,316x in Root-Power-Mengen.
  • 1/2x in der wahrgenommenen Lautstärke.

Hier ist eine Tabelle, die dB-Werte mit Leistungsmengen, Wurzelleistungsgrößen und wahrgenommenen Größen in Beziehung setzt:

dB Veränderung

(Verhältnis)

 Leistungsmengenmultiplikator

• Akustische Leistung
• Electrical Leistung
•Lautstärke

 Root Power Mengenmultiplikator

•Spannung
•Strömung
• Schalldruckpegel

 Wahrgenommener Mengenmultiplikator

• Lautstärke/Lautstärke
+60 dB 1.000.000x √1.000.000
1.000x		 64x
+50 dB 100.000x √100.000x
316x		 32x
+40 dB 10.000x √10.000x
100x		 16x
+30 dB 1.000x √1.000x
31,6x		 8x
+20 dB 100x √100x
10x		 4x
+10 dB 10x √10x
3,16x		 2x
+6 dB 4x √4x
2x		 1,52x
+3 dB 2x √2x
1,414x		 1,36x
3 GB 1x 1x 1x
-3 dB 1/2x
0,5x		 1/√2x
0,707x		 0,816x
-6 dB 1/4x
0,25x		 1/√4x
0,5x		 0,660x
-10 dB 1/10x
0,1x		 1/√10x
0,316x		 0,5x
-20 dB 1/100x
0,01x		 1/√100x
0,1x		 0,25x
-30 dB 1/1.000x
0,001x		 1/√1.000x
0.031,6x		 0,125x
-40 dB 1/10.000x
0.000,1x		 1/√10.000x
0,01x		 0,0625x
-50 dB 1/100.000x
0.000,01x		 1/√100.000x
0.003,16x		 0,03125x
-60 dB 1/1.000.000x
0,000,001x		 1/√1.000.000x
0,001x		 0,015625x

Eine andere, weniger gebräuchliche Art, Dezibel zu betrachten, ist relativ zum wahren linearen Verhältnis von Leistung, Wurzelleistung und wahrgenommenen Größen:

Die folgenden Formeln definieren die Verhältnisse:

Änderung der Leistungsmenge:

x = 10∆P /10
wobei ∆P = Änderung der Leistungsmenge in Dezibel

Änderung der Wurzelleistungsmenge:

x = 10∆F/20
wobei ∆F = Änderung der Wurzelleistungsmenge in Dezibel

Änderung der Lautstärke (Psychoakustik):

x = 2∆p/10
wobei ∆p = Änderung der wahrgenommenen Menge in Dezibel

Verhältnis (X:1)

(Linear)

 dB Änderung der Leistungsmenge

• Akustische Leistung
•Elektrische Leistung
•Lautstärke

 dB Änderung der Wurzelleistungsmenge

•Spannung
•Strömung
• Schalldruckpegel

 dB-Änderung der wahrgenommenen Menge

• Lautstärke/Lautstärke
40 +16,02 dB +32,04 dB +53,22 dB
30 +14,77 dB +29,54 dB +49,07 dB
20 +13,01 dB +26,02 dB +43,22 dB
15 +11,76 dB +23,52 dB +39,07 dB
10 +10 dB +20 dB +33,22 dB
5 +6,99 dB +13,98 dB +23,22 dB
4 +6,02 dB +12,04 dB +20 dB
3 +4,77 dB +9,54 dB +15,58 dB
2 +3,01 dB +6,02 dB +10 dB
1 ± 0 dB ± 0 dB ± 0 dB
1/2 -3,01 dB -6,02 dB -10 dB
1/3 -4,77 dB -9,54 dB -15,58 dB
1/4 -6,02 dB -12,04 dB -20 dB
1/5 -6,99 dB -13,98 dB -23,22 dB
1/10 -10 dB -20 dB -33,22 dB
1/15 -11,76 dB -23,52 dB -39,07 dB
1/20 -13,01 dB -26,02 dB -43,22 dB
1/30 -14,77 dB -29,54 dB -49,07 dB
1/40 -16,02 dB -32,04 dB -53,22 dB

Lassen Sie uns also unser Beispielszenario für weiter oben in diesem Artikel noch einmal betrachten.

Wir haben eine Hörumgebung mit einer Audioquelle, Amplifiäh, Lautsprecher und Zuhörer.

Wenn keine Positionen geändert werden und die Wellenform des Audiosignals auf einem konstanten Niveau liegt, führt eine Erhöhung der Verstärkerleistung um 10 dB zu einem Anstieg des Schalldruckpegels um 10 dB an den Ohren des Zuhörers und damit zu einer Erhöhung der wahrgenommenen Lautstärke um 10 dB.

Auch in diesem Fall haben wir Folgendes:

  • Die Leistungssteigerung von 10 dB bedeutet, dass 10-mal so viel Leistung vom Verstärker an den Lautsprecher gesendet wird.
  • Die Erhöhung um 10 dB SPL bewirkt, dass der tatsächliche Schalldruck an den Ohren des Zuhörers um das √10 = 3,16-fache ansteigt.
  • Die Erhöhung der wahrgenommenen Lautstärke um 10 dB lässt den Klang doppelt (2-mal) so laut erscheinen.

Was wäre, wenn wir den Ton 3-mal so laut haben wollten? Mit unseren Gleichungen (und den Tabellen für Hilfe) würden wir eine Erhöhung um 15,58 dB benötigen. Dies erfordert eine Erhöhung des Schalldruckpegels um ~6x und eine Erhöhung der Leistung um ~36,1x.

Okay, jetzt zu einem Beispiel, wo wir Dinge ablehnen. Nehmen wir an, wir wollten ein Viertel der Lautstärke hören. Mit anderen Worten, wir wollen ein wahrgenommenes lineares Verhältnis von 1/4.

Das Hören bei einem Viertel der wahrgenommenen Lautstärke erfordert eine Verringerung um 20 dB. Diese -20 dB bedeuten, dass wir 0,1x (1/10 x) den Schalldruckpegel und 0,01x (1/100 x) die Leistung haben.

Das Schöne an Dezibel ist, dass sie es uns ermöglichen, die Unterschiede zwischen Leistung, Wurzelleistung und wahrgenommenen Größen in Klang und Audio zu verstehen und zu berechnen.

Denken Sie beim Lesen der obigen Beispiele daran, dass:

  • Elektrische Leistung und akustische Intensität sind Leistungsgrößen.
  • Spannung, Strom und Schalldruckpegel sind Wurzelleistungsgrößen (Feldgrößen).
  • Die wahrgenommene Lautstärke ist eine wahrgenommene Größe.

Elektrische Leistung (in Watt), Spannung (in Volt) und Strom (in Ampere) definieren die Stärke des Audiosignals.

Die akustische Intensität (in Watt pro Quadratmeter) definiert die Leistung, die von Schallwellen pro Flächeneinheit in einer Richtung senkrecht zu dieser Fläche getragen wird.

Der Schalldruckpegel (in Pascal) definiert die Druckänderung aufgrund von Schallwellen an einem bestimmten Punkt innerhalb eines Mediums.

Die wahrgenommene Lautstärke gibt an, wie laut wir die akustische Intensität und die daraus resultierenden Schalldruckpegel an unseren Ohren wahrnehmen.

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Gemeinsame Dezibel-Referenzpunkte

Es ist erwähnenswert, dass Dezibel keine Messungen des Schalldruckpegels, der wahrgenommenen Lautstärke, der Audiosignalspannung / -amplitude, der elektrischen Leistung, der akustischen Intensität oder einer anderen Größe sind, die mit Schall und Audio zu tun hat.

Das Dezibel ist einfach ein Verhältnis, das auf einer logarithmischen Skala eingestellt ist.

Um also Dezibel zu verwenden, um Messungen der oben aufgeführten Größen zu übermitteln, müssen wir einen Bezugspunkt haben, mit dem wir sie vergleichen können. Wir brauchen eine zweite Zahl, um ein Verhältnis zu haben!

Obwohl jeder Referenzpunkt es wert ist, Teil einer Dezibelmessung zu sein, werden häufig mehrere Referenzpunkte in Ton und Audio verwendet. Diese Referenzen helfen uns, Klang und Audio besser zu verstehen, indem sie sicherstellen, dass alle auf der gleichen Seite sind, wenn es darum geht, die verschiedenen Dezibelwerte zu verstehen.

Die üblichen Dezibel-Werte, die bei der Untersuchung von Ton und Audio gefunden werden, sind wie folgt:

Lassen Sie uns jeden dieser Dezibel-„Typen“ genauer beschreiben.

Dbv

dBV ist die Abkürzung für Dezibel mit Bezug auf 1 Volt.

Wir wissen, dass die Spannung eine Wurzelleistungsgröße ist, daher lautet die dBV-Gleichung:

dBV-Wert = 20 • log10 (V / V0)

Wo:
V ist der Spannungspegel (in Volt)
V0 ist der Referenzpunkt von 1 Volt

Also dann 0 dBV = 1 V. Jeder positive dBV-Wert stellt eine Spannung über 1 V dar, und jeder negative dBV-Wert stellt eine Spannung unter 1 V dar.

Die Spannung wird häufig verwendet, um die Stärke eines Audiosignals zu definieren.

Die verwendeten Spannungen sind im Allgemeinen Root-Mean-Square-Werte (RMS) und nicht Peak-to-Peak-Werte (P-P). RMS sagt uns effektiv den „Durchschnitt“ eines Signals mit negativen und positiven Amplituden entlang seiner Wellenform. Dies ist bei Audiosignalen der Fall.

Zum Beispiel liegen Mikrofonpegel-Audiosignale typischerweise zwischen 1 mV und 100 mV (0,001 V bis 0,1 V). Ein Line-Level-Signal liegt typischerweise bei etwa 1 Volt. Das Lautsprecherpegelsignal kann bis zu 100 V betragen.

Der nominale Verbraucherleitungspegel ist auf -10 dBV eingestellt. Dies bedeutet, dass in (typischerweise unsymmetrischen) Leitungsgeräten die Nennstärke des Audiosignals etwa -10 dBV oder ~0,316 V (~316 mV) AC betragen sollte.

dBu

dBu ist die Abkürzung für Dezibel mit Bezug auf 0,7746 Volt bei offenem oder unbelastetem Stromkreis.

Das „u“ leitet sich vom Begriff „unloaded“ ab. Die Zahl 0,7746 V stellt den Spannungspegel dar, der 1 mW in einem 600-Ω-Widerstand liefert, der die Standardreferenzimpedanz in einer Telefonaudioschaltung darstellt.

Wir wissen, dass die Spannung eine Wurzelleistungsgröße ist, daher lautet die dBu-Gleichung:

dBu-Wert = 20 • log10 (V / V0)

Wo:
V ist der Spannungspegel (in Volt)
V0 ist der Referenzpunkt von 0,7746 Volt

Also dann 0 dBu = 0,7746 Volt. Beachten Sie wiederum, dass die Spannungen RMS und nicht P-P sind.

Der nominale professionelle Leitungspegel (der normalerweise ausgeglichen ist) wird mit +4 dBu akzeptiert. Dies entspricht 1,228 Volt RMS.

Vergleicht man dBu mit dBV, erhält man folgendes:

  • 0 dBV = 2,218 dBu = 1 VRms
  • -10 dBV = -7,782 dBu = 0,316 VRms
  • 0 dBu = -2,218 dBV = 0,7746 VRms
  • +4 dBu = 1,782 dBV = 1,228 VRms

Beachten Sie auch, dass +4 dBu gleich 0 VU (Volume Units) ist, einem alten Messsystem, das entwickelt wurde, um Ingenieuren zu helfen, einen bestimmten Signalpegel anzustreben.

Dbm

dBm ist die Abkürzung für Dezibel bezogen auf ein Milliwatt.

dBm wird in Audiogeräten nicht allzu oft verwendet. Obwohl Leistung oft die Größe ist, mit der wir uns beschäftigen, wenn wir Signale für Lautsprecher verstärken, neigen wir dazu, Watt statt dBm zu verwenden.

Wie dBu wird dBm typischerweise relativ zu einer Impedanz von 600 Ohm referenziert.

Wir wissen, dass elektrische Leistung eine Leistungsgröße ist, daher lautet die dBm-Gleichung:

dBm-Wert = 10 • log10 (P / P0)

Wo:
P ist die Leistung (in Milliwatt)
P0 ist der Referenzpunkt von 1 Milliwatt

dBm wird manchmal verwendet, um Bluetooth-Klassen zu definieren, und die Bluetooth-Technologie wird immer mehr mit der Audiotechnologie verflochten. Zum Beispiel:

  • Bluetooth Klasse 1 (30m Reichweite): 20 dBm = 100 mW
  • Bluetooth Klasse 2 (10m Reichweite): 4 dBm = 2,5 mW
  • Bluetooth Klasse 3 (1m Reichweite): 0 dBm = 1 mW

dBFS

dBFS ist die Abkürzung für Dezibel relativ zum vollen Skalenendwert.

dBFS wird in digitalen Audiosystemen verwendet und verweist auf den maximalen Spitzenpegel des Audiosignals.

Der maximale Spitzenpegel wird am Ende der binären Bittiefenauflösung erreicht (alle 1s in einem 16-Bit- oder 24-Bit-System). Alle 0 würden dann kein digitales Signal darstellen.

Dann führt alles über 0 dBFS zu digitalem Clipping/Verzerrung, bei dem die Wellenform sauber geschnitten wird. Im Gegensatz zur analogen Verzerrung/Sättigung, die in angemessener Menge angenehm klingt, wollen wir digitales Clipping generell um jeden Preis vermeiden.

Daher möchten wir, dass dBFS-Werte negativ sind.

Obwohl es keine spezifische Formel für dBFS gibt, wissen wir, dass wir für jede -6 dBFS die Amplitude des digitalen Signals effektiv halbieren.

dBFS ist neben SI-Einheiten (wie Volt, Watt, Pascal usw.) nicht zulässig. Um die Konzeptualisierung zu erleichtern, kann digitales Audio als eine Darstellung von analogem Audio betrachtet werden, und dBFS kann als eine Darstellung von „echten“ Dezibel betrachtet werden.

Leider gibt es Unterschiede im Dynamikumfang und Oversampling zwischen digitalen Audiogeräten. Es gibt keinen Standard zwischen dBFS und analogen Pegeln.

Stattdessen haben wir verschiedene Spezifikationen und Vorschläge auf der ganzen Welt.

Die Europäische Rundfunkunion (EBU) hat die folgenden Spezifikationen / Vorschläge:

  • +18 dBu bei 0 dBFS.
  • −18 dBFS als Ausrichtungsniveau.
  • Post & Film ist −18 dBFS = 0 VU.

Britische Sender haben einen Ausrichtungspegel von 0 dBu (PPM 4 oder -4 VU)

US-Sender geben +24 dBu bei 0 dBFS an

Der amerikanische SMPTE-Standard (Society of Motion Picture and Television Engineers) definiert:

  • −20 dBFS = 0 VU = +4 dBu
  • −20 dBFS als Ausrichtungspegel.

Es gibt viele andere Standards auf der Welt. Wenn Sie mit digitalen Mastering-Levels arbeiten, stellen Sie sicher, dass Sie den Standard verwenden, der für das Projekt festgelegt ist.

dBTP (Dezibel relativ zum wahren Peak) verwendet das dBFS, wird aber mit einem echten Peakmeter gemessen. Der wahre Peak stellt den absoluten Maximalpegel der digitalen Signalwellenform dar. Es wird sehr detailliert, um die Spitzenpegel von Samples und die Intersamples des digitalen Audios zu messen.

LUFS (Loudness Units relative to Full Scale) wird häufig verwendet anstelle von dBFS, um die wahrgenommene Lautstärke des digitalen Audios besser darzustellen.

dB Schalldruckpegel

dB SPL ist eine Abkürzung für Dezibel relativ zur Schalldruckschwelle des menschlichen Gehörs.

Wir wissen, dass der Schalldruckpegel eine Wurzelleistungsgröße ist, und daher haben wir die folgende Gleichung:

dB SPL-Wert = 20 • log10 (P / P0)

Wo:
P ist der Schalldruckpegel (in Pascal)
P0 ist der Bezugspunkt von 2 x 10-5 Pa oder 0,0002 Pa

In der folgenden Tabelle haben wir dB SPL-Werte zusammen mit ihren jeweiligen Druckmessungen (in Pascal). Gängige Beispiele für Quellen, die diese Schallpegel erzeugen, werden ebenfalls gezeigt.

dB Schalldruckpegel Pascal Beispiel für eine Klangquelle
0 dB Schalldruckpegel 0,00002 Pa Schwelle des Gehörs
10 dB Schalldruckpegel 0,000063 Pa Blätter rascheln in der Ferne
20 dB Schalldruckpegel 0,0002 Pa Hintergrund eines schalldichten Studios
30 dB SPL 0,00063 Pa Ruhiges Schlafzimmer in der Nacht
40 dB Schalldruckpegel 0,002 Pa Ruhige Bibliothek
50 dB Schalldruckpegel 0,0063 Pa Durchschnittlicher Haushalt ohne Gespräche
60 dB Schalldruckpegel 0,02 Pa Normales Gesprächsniveau (1 Meter Abstand)
70 dB Schalldruckpegel 0,063 Pa Staubsauger (1 Meter Abstand)
80 dB Schalldruckpegel 0,2 Pa Durchschnittlicher Stadtverkehr
90 dB Schalldruckpegel 0,63 Pa Transport-LKW (10 Meter)
100 dB Schalldruckpegel 2 Pa Presslufthammer
110 dB Schalldruckpegel 6,3 Pa Schwelle des Unbehagens
120 dB Schalldruckpegel 20 Pa Ambulanzsirene
130 dB SPL 63 Pa Düsentriebwerk hebt ab
140 dB Schalldruckpegel 200 Pa Schmerzschwelle

Der variierende Schalldruck wird im Allgemeinen in einer quadratischen Mittelwertmethode (wie die Spannung des Audiosignals) und nicht als Spitze-zu-Spitze bezeichnet.

RMS ist wiederum ein Maß für den „durchschnittlichen“ Schalldruckpegel. Die Mittelwertbildung funktioniert im Fall von SPL nicht, da sie sowohl positive als auch negative Drücke relativ zum Umgebungsdruck des Mediums erzeugt.

Wie bei Audiogeräten gibt es einen begrenzten Spielraum für den Schalldruckpegel.

Headroom ist definiert als verfügbarer (aber idealerweise ungenutzter) Dynamikbereich in Audio und Sound.

Der Headroom im digitalen Audio ist auf 0 dBFS begrenzt; Der Headroom in Audiogeräten ist auf bestimmte dBu- oder Leistungsbeschränkungen begrenzt, bei denen Verzerrungen beginnen.

Für den Schalldruck ist die theoretische Obergrenze für die Kopffreiheit die Höhe des atmosphärischen Drucks. Der Standardatmosphärische Druck für Luft beträgt 101.325 Pa, obwohl der tatsächliche Luftdruck sicherlich variabel ist.

Ein häufiges Missverständnis ist, dass der maximale Schalldruckpegel vor dem „Clipping“ 194 dB SPL beträgt. Dies wird in der Formel gezeigt:

dB = 20 • log10 (P / P0)

Wo:
P = 101.325 Pa
P0 = 0,00002 Pa

Dies ergibt einen dB-Schalldruckpegel knapp über 194 dB.

dB SPL ist jedoch RMS, nicht Peak, daher sollte der tatsächliche maximale SPL niedriger sein. Natürlich sind Niveaus dieser Größenordnung nicht alltäglich und haben das Potenzial, Leben zu zerstören.

Jetzt besteht Klang aus vielen verschiedenen Frequenzen, die alle unterschiedliche Reaktionen auf die natürliche Umgebung haben. Es gibt keine einfache Möglichkeit, den maximalen Schalldruckpegel ohne massive Zerstörung zu testen.

Bei einer einzigen Frequenz und idealen Bedingungen würden wir eine Spitzenamplitude von 101.325 Pa und damit einen Effektivwert von 1√2 • 101.325 Pa = 71.648 Pa benötigen.

Wenn wir diesen Wert in unsere Gleichung einfügen, erhalten wir einen „maximalen dB SPL“ von 191 dB SPL (immer noch lächerlich hoch!).

Oberhalb der theoretischen Grenze verursacht eine „Schallwelle“ ein Vakuum (Nulldruck) an ihren Wellenformtälern.

Die Fälle, in denen dieses Clipping auftritt, sind selten.

Einige historische Momente, in denen 191 dB SPL überschritten wurden, sind:

  • 1961: Test der sowjetischen RDS-202 Wasserstoffbombe (geschätzt 224 dB SPL).
  • 1908: Tunguska Meteor Explosion (geschätzt 300 dB SPL)
  • 1883: Ausbruch des Vulkans Krakatau (geschätzt 310 dB SPL)

Wie Sie sich vorstellen können, ist das Überschreiten dieser Grenze tödlich.

dBA (A-gewichtet)

dBA (A-gewichtet) werden gewichtet, um die Variation der Hörwahrnehmung über den hörbaren Frequenzbereich.

dBA gibt uns eine bessere Darstellung dessen, was wir hören, im Gegensatz zu dB SPL, das unabhängig von frequenzspezifischen Empfindlichkeiten beim menschlichen Gehör ist.

Das menschliche Gehör reagiert unterschiedlich auf verschiedene Frequenzen im hörbaren Bereich von 20 Hz – 20.000 Hz.

Im Allgemeinen sind wir als Menschen empfindlicher für Frequenzen im Band zwischen 400 Hz und 8.000 Hz als für Low-End- und High-End-Frequenzen.

Mit anderen Worten, bei gleichen Schalldruckpegeln werden wir Mitteltöne als lauter wahrnehmen als Low-End- oder High-End-Frequenzen.

Dies kann in den Fletcher-Munson-Kurven unten gezeigt werden:

Wir sehen die hörbaren Frequenzen von 20 Hz bis 20 kHz entlang der X-Achse und den Schalldruckpegel in dB SPL entlang der Y-Achse.

Die im Diagramm gezeichneten Kurven (Linien) stellen Phons dar.

Ein Phon ist eine Einheit der wahrgenommenen Lautstärke für reine Sinustöne (Einzelfrequenzen).

Das Phon ist psychophysisch auf eine Referenzfrequenz von 1 kHz abgestimmt, so dass X dB SPL gleich X phon bei 1 kHz ist. Die Sinuswelle wird dann bei einem bestimmten Schalldruckpegel über andere Frequenzen gefegt, während die wahrgenommene Lautstärke gemessen wird. Einige Frequenzen werden als lauter als der 1-kHz-Ton wahrgenommen, während andere als leiser wahrgenommen werden. Das Telefon gibt uns solche Informationen.

Auch hier spielt die Hörgesundheit einen wichtigen Faktor für die tatsächliche Hörempfindlichkeit. Das Telefon und die Fletcher-Munson-Kurven verallgemeinern einfach das durchschnittliche menschliche Gehör.

Wie wir an den Kurven sehen können, sind wir am empfindlichsten für mittlere Frequenzen, insbesondere um 4 kHz, wo ein Großteil der Sprachverständlichkeit liegt.

Schauen wir uns als Beispiel die 80-Phon-Linie an und was sie uns sagt. Aus der Fletcher-Munson-Kurve und ihrer 80-phon-Linie können wir folgendes ableiten:

  • Ein 1-kHz-Ton bei 80 dB SPL klingt genauso laut wie ein 4-kHz-Ton bei 70 dB SPL.
  • Ein 4-kHz-Ton bei 70 dB SPL klingt genauso laut wie ein 70-Hz-Ton bei 90 dB SPL.
  • Ein 70-Hz-Ton bei 90 dB SPL klingt genauso laut wie ein 10-kHz-Ton bei 85 dB SPL.

Es gibt große Unterschiede in der Art und Weise, wie wir Frequenzen ohne den hörbaren Bereich und den A-bewerteten Dezibelfaktor dafür hören, indem wir den Einfluss von hohen und niedrigen Frequenzen auf seine Messungen reduzieren.

Das NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) und die OSHA (Occupational Safety and Health Administration) haben Grenzwerte für sicheres Hören bei verschiedenen Dezibel-SPL-Pegeln (A-bewertet) veröffentlicht. Ihre Ergebnisse finden Sie in der folgenden Tabelle:

NIOSH-Standard (dBA) Äquivalenter Schalldruckpegel (bei 1 kHz) Maximale Expositionszeit OSHA-Standard (dBA) Äquivalenter Schalldruckpegel (bei 1 kHz)
127 dBA 127 dB Schalldruckpegel
44,8 Pa		 1 Sekunde 160 dBA 160 dB SPL
2,00 kPa
124 dBA 124 dB SPL
31,7 Pa		 3 Sekunden 155 dBA 155 dB Schalldruckpegel
1,12 kPa
121 dBA 121 dB Schalldruckpegel
22,4 Pa		 7 Sekunden 150 dBA 150 dB SPL
632 Pa
118 dBA 118 dB Schalldruckpegel
12,6 Pa		 14 Sekunden 145 dBA 145 dB Schalldruckpegel
356 Pa
115 dBA 115 dB Schalldruckpegel
11,2 Pa		 28 Sekunden 140 dBA 140 dB Schalldruckpegel
200 Pa
112 dBA 112 dB Schalldruckpegel
7,96 Pa		 56 Sekunden 135 dBA 135 dB Schalldruckpegel
112 Pa
109 dBA 109 dB Schalldruckpegel
5,64 Pa		 1 Minute 52 Sekunden 130 dBA 130 dB SPL
63,2 Pa
106 dBA 106 dB Schalldruckpegel
3,99 Pa		 3 Minuten 45 Sekunden 125 dBA 125 dB Schalldruckpegel
35,6 Pa
103 dBA 103 dB SPL
2,83 Pa		 7 Minuten 30 Sekunden 120 dBA 120 dB Schalldruckpegel
20,0 Pa
100 dBA 100 dB Schalldruckpegel
2,00 Pa		 15 Minuten 115 dBA 115 dB Schalldruckpegel
11,2 Pa
97 dBA 97 dB Schalldruckpegel
1,42 Pa		 30 Minuten 110 dBA 110 dB Schalldruckpegel
6,32 Pa
94 dBA 94 dB Schalldruckpegel
1,00 Pa		 1 Stunde 105 dBA 105 dB Schalldruckpegel
3,56 Pa
91 dBA 91 dB Schalldruckpegel
0.71 Pa		 2 Stunden 100 dBA 100 dB Schalldruckpegel
2,00 Pa
88 dBA 88 dB SPL
0,50 Pa		 4 Stunden 95 dBA 95 dB Schalldruckpegel
1,12 Pa
85 dBA 85 dB SPL
0,36 Pa		 8 Stunden 90 dBA 90 dB Schalldruckpegel
0,63 Pa
82 dBA 82 dB SPL
0,25 Pa		 16 Stunden 85 dBA 85 dB SPL
0,36 Pa

Hörsicherheit ist wichtig! Ich empfehle immer, die Protokolle einer der oben genannten Regulierungsbehörden zu befolgen.

dBC (C-gewichtet)

Wenn wir uns die Fletcher-Munson-Kurven genauer ansehen, sehen wir, dass das menschliche Gehör (relativ) über 100 dB SPL abflacht.

Die C-Gewichtung ist Messungen in den höheren dB-Schalldruckpegeln (<100 dB SPL) vorbehalten. Wie bereits erwähnt, liegen diese Werte im Bereich von lauten Rockkonzerten und Presslufthämmern und werden nicht für längere Hörexposition empfohlen.

Dieses Bild hat ein leeres alt-Attribut; Sein Dateiname lautet mnm_Fletcher_Munson_Curves-1.jpg

Während also die populärere A-gewichtete die High- und Low-End-Frequenzen ziemlich deutlich reduziert, filtert die C-gewichtete Skala diese Filterung in geringerem Maße, um die „Abflachung“ des menschlichen Gehörs über 100 dB zu berücksichtigen.

Die C-Bewertung wird typischerweise für Peak-Messungen in Audiogeräten und einige Rauschmessungen verwendet, bei denen die Übertragung von Bassgeräuschen ein Problem darstellen kann.

Wie wir uns vorstellen können, ist der dBC weniger verbreitet als der dBA.

dBZ (Z-gewichtet)

Die Z-Bewertung behält einen flachen Frequenzgang zwischen 10 Hz und 20 kHz mit einer Toleranz von ±1,5 dB bei.

dBZ zielt darauf ab, die älteren „linearen“ oder „ungewichteten“ dB-SPL-Antworten durch die Definition eines bestimmten Frequenzbereichs zu ersetzen.

Sie werden selten, wenn überhaupt, dBZ-Bewertungen sehen.

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Die Verwendung von Dezibel in Audio

Dezibel werden regelmäßig verwendet, um Audiogerätedaten zu liefern. Schauen wir uns an, wie Dezibel in Audio verwendet werden:

Gewinnen

Dezibel werden vielleicht am häufigsten verwendet, um die Verstärkung zu definieren. Die Verstärkung ist technisch das Verhältnis eines verstärkten Ausgangssignals zum Eingangssignal (Vorverstärkung).

Die Verstärkung ist eine einheitslose Messung, die technisch als lineares Verhältnis definiert ist. Dezibel liefern eine logarithmische Skala für dieses Verhältnis.

Die Verstärkung von Audiosignalen ist Standard, ebenso wie die Verstärkung. Dezibel sind die herkömmliche Methode zur Messung und Zustandsverstärkung in Audioverstärkern.

Signalpegel

Dezibel sind sehr häufig bei der Definition des Pegels eines Audiosignals.

Die beiden gebräuchlichsten Dezibelmessungen des Audiosignalpegels sind:

  • Dbv: Dezibel relativ zu einer Spannung von 1 Volt.
    • 1 Volt = 0 dBV
  • dBu: Dezibel relativ zu einer Spannung von 0,7746 Volt.
    • 0,7746 Volt = 0 dBu
  • dBFS: Dezibel relativ zur digitalen Obergrenze von 0 dBFS.

Um diese beiden Bewertungen weiter zu relativieren:

  • Verbraucher-Nennleitungspegel = -10 dBV (0,3162 Volt)
  • Professioneller Leitungspegel = +4 dBu (1.228 Volt)
  • Digitales Audioclipping erfolgt über 0 dBFS

Hier sind einige Formeln zur Definition der analogen Audiosignalpegel (Spannung):

Pegel (in dB) = 20 • log (V / V)0)

Spannung (in Volt) = V0 • 10L (in dB) / 20

Wobei V0 = 1 V zur Messung von dBV und V0 = 0,7746 zur Messung von dBu.

Diese Dezibeleinheiten werden häufig zur Messung von Signalpegeln verwendet.

dBV, dBu und dBFS finden Sie in den folgenden Audiospezifikationen:

  • Maximaler Eingangspegel: Das maximale Signal strength, die einen Eingang ohne nennenswerte Verzerrung und Überlastung ansteuern kann.
  • Dynamikbereich: Der Bereich zwischen dem leisestmöglichen Signal (Grundrauschen) und dem lautesten möglichen Signal.
  • Einfügedämpfung des Transformators: Jeder Signalverlust beim Anschluss verteilter Lautsprecher an ein verteiltes System.

Lärm

Dezibelwerte werden auch häufig verwendet, um Rauschen in einem Signal anzugeben.

Zu den allgemeinen Geräuschspezifikationen für Audiogeräte gehören:

  • Gleichtakt-Unterdrückungsrate: Die Menge an Rauschen/Interferenzunterdrückung, die als Folge des Differenzverstärkers in einem symmetrischen Eingang auftritt.
  • Übersprechen/Kanaltrennung: Die Signalmenge, die vom rechten Kanal in den linken Kanal und umgekehrt übergeht.
  • Eigenrauschen (äquivalentes Rauschen): Das inhärente Geräusch, das von der Elektronik eines aktiven Audiogeräts erzeugt wird.
  • Signal-Rausch-Verhältnis: Das Verhältnis des beabsichtigten Signals zum unbeabsichtigten Rauschen in einem Gesamtaudiosignal.

Energieübertragung

Die Leistungsübertragung bezieht sich auf die Menge an Energie, die zwischen Audiogeräten übertragen wird (wie viel Leistung bei der Last abgebaut wird). Es ist eine andere Möglichkeit, uns die Stärke eines Audiosignals zu sagen.

Die Audioleistung wird oft in Watt gemessen, wenn sie an Leistungsverstärker und Lautsprecher angelegt wird.

In anderen Audiogeräten wird es oft in dBm definiert (Dezibel bezogen auf 1 Milliwatt).

0 dBm = 1 mW.

Technisch gesehen bezieht sich dies nur auf die Leistung und berücksichtigt nicht Spannung, Strom oder Widerstand/Impedanz.

Davon abgesehen erlauben die Konventionen die Annahme, dass dBm auf 1 Milliwatt bezogen wird, das in eine 600Ω-Last abgeführt wird.

Bei einer Last von 600 Ω erzeugen 0,775 V (0 dBu) 1 mW (0 dBm).

dBm wird aufgrund dieser Annahme nicht mehr übermäßig verwendet.

Die Gleichung zur Berechnung von dBm lautet wie folgt:

dBm = 10 • log (P / P0)

wobei P0 = 1 mW

Schalldruckpegel

Schalldruckpegelmessungen (SPL) werden uns viel über die Stärke der Schallwellen sagen. SPL kann linear in Pascal (SI-Einheit) oder Pfund pro Quadratzoll (imperiale Einheit) gemessen werden.

SPL wird jedoch häufiger in dB SPL gemessen. Das sind Dezibel Schalldruck relativ zur Schwelle des menschlichen Gehörs (20 x 10-6 Pa oder 20 μPa).

Die Gleichung zur Berechnung von dB SPL aus typischen Pascal-Druckmessungen lautet wie folgt:

dB SPL = 20 • log (P / P0)

wobei P0 = 20 x 10-6 Papa

Audiowandler umfassen Mikrofone, Kopfhörer, Lautsprecher und mehr.

Von diesen Geräten werden dB-SPL-Werte verwendet, um einige Dinge zu beschreiben, hauptsächlich:

  • Empfindlichkeit
  • Maximaler Schalldruckpegel

Empfindlichkeit

Die Mikrofonempfindlichkeit gibt an, wie viel Signalpegel das Mikrofon für einen bestimmten Schalldruckpegel an seiner Membran ausgibt.

Die Kopfhörerempfindlichkeit sagt uns, wie viel Schalldruck der Kopfhörer erzeugt (am Ohr des Hörers, wenn der Kopfhörer wie vorgesehen getragen wird), wenn ein bestimmter Signalpegel (typischerweise gemessen als 1 mW) darauf angewendet wird.

Die Lautsprecherempfindlichkeit sagt uns, wie viel Schalldruckpegel ein Lautsprecher in einer bestimmten Entfernung (typischerweise 1 Meter) erzeugt, wenn ein bestimmter Signalpegel (im Allgemeinen gemessen bei 1 Watt oder 2,83 Volt) darauf angelegt wird.

Maximaler Schalldruckpegel

Der maximale Schalldruckpegel eines Mikrofons sagt uns, wie viel Schalldruckpegel das Mikrofon effektiv in ein Audiosignal umwandeln kann, ohne es zu verzerren.

Der maximale Schalldruckpegel (oft als maximaler Ausgangspegel bezeichnet) für Kopfhörer und Lautsprecher bezieht sich auf den maximalen Schalldruckpegel (gemessen in einer bestimmten Entfernung), den das Gerät ohne nennenswerte Verzerrung erzeugt.

Passive Dämpfungsvorrichtung (Pad)

Ein Pad ist eine passiv schaltbare Schaltung in einigen Audiogeräten, die den Signalpegel um einen definierten Betrag senkt. Die Höhe der Dämpfung ist im Pad-Design vorgegeben und wird in der Regel in Dezibel gemessen.

Genauer gesagt werden Pad-Werte in negativen dB-Werten definiert (im Vergleich zum gedämpften Ausgangssignalpegel zum Eingangssignalpegel).

Toleranz

Toleranz ist die „Marge oder Fehler“ oder „Schwankungsbreite“, die dazu beiträgt, anderen Spezifikationen Bedeutung zu verleihen.

Die Toleranz wird typischerweise in Dezibel gemessen (im Vergleich zum Mittelwert oder zum Punktwert). Es sind die Messungen nach die Zeichen „+/-“ oder „±“.

Eine Toleranz gibt uns eine viel bessere Vorstellung von allen Bereichen im Audiobereich. Es kann häufig in den folgenden Audiogerätespezifikationen gesehen werden:

Frequenzgang

Der Frequenzgang bezieht sich auf die frequenzspezifische Empfindlichkeit eines Audiogeräts.

Mit anderen Worten, wie gut (und gleichmäßig) ein Audiogerät das Audiosignal erzeugt, reproduziert oder verarbeitet. Färbt das Audiogerät das Signal, indem es bestimmte Frequenzen ausschneidet, während andere reduziert oder verstärkt werden?

Beachten Sie, dass der Bereich des menschlichen Gehörs 20 Hz bis 20.000 Hz beträgt.

Der Frequenzgang wird am besten mit einem Diagramm dargestellt:

  • Frequenz (in Hertz) entlang der X-Achse
  • Empfindlichkeit (in Dezibel) entlang der Y-Achse

Hier ist die Shure SM57 (Link, um den Preis bei Amazon zu überprüfen) Frequenzgangdiagramm als Beispiel. Wir können sehen, dass:

  1. Der SM57 ist nicht in der Lage, 20 Hz bis 20.000 Hz zu erzeugen.
  2. Nicht alle Frequenzen, die das Mikrofon ausgibt, werden gleichermaßen im Ausgangssignal dargestellt.

Der Frequenzgang ist jedoch im Allgemeinen nur als ein Bereich zwischen der niedrigsten Frequenz, die das Gerät verarbeiten kann, und der höchsten Frequenz, die das Gerät verarbeiten kann, definiert.

Die Bereiche sind ziemlich nutzlos ohne eine Art Toleranzwert, der uns die Punkte sagt, an denen die frequenzabhängige Verarbeitung / Empfindlichkeit des Geräts abfällt.

Beispielsweise sind 20 Hz – 20.000 Hz viel weniger beschreibend als 20 Hz – 20.000 Hz ± 3 dB.

Leistungsbandbreite

Diese Spezifikation ist so ziemlich die gleiche wie der Frequenzgang. Es bezieht sich auf die Bandbreite (Frequenzbereich), die ein Verstärker effektiv ausgeben kann.

Obwohl ein Diagramm für das Verständnis am besten geeignet wäre, ist ein Toleranzwert (gemessen in dB) nützlich, um die Leistungsbandbreite zu verstehen.

Treiberabgleich

Diese Kopfhörerspezifikation gibt uns den maximalen Fehlerspielraum für die relativen Ausgangspegel der beiden Treiber (links und rechts) an.

Polar Response

Die Richtcharakteristik (auch Richtcharakteristik genannt) eines Mikrofons bezieht sich auf die Richtungsabhängigkeit dieses Mikrofons.

Mit anderen Worten, es sagt uns, relativ zur On-Axis-Richtung des Mikrofons, wie das Mikrofon Schall aus allen anderen Richtungen aufnimmt.

Diese Mikrofonspezifikation wird am besten mit einem Diagramm wie dem oben genannten Shure SM57 Nierenmikrofon definiert. Wir können aus den Grafiken unten sehen:

  • Das Richtcharakteristik variiert mit der Frequenz (wird bei höheren Frequenzen gerichteter).
  • Der empfindlichste Punkt befindet sich auf der Achse (0º) und ist auf 0 dB eingestellt. Alle anderen Winkel beziehen sich auf diese 0 dB-Referenz.

Neben (oder anstelle von) einem Diagramm kann ein Mikrofon einen qualitativen Richtcharakteristiktitel haben (z. B. das oben erwähnte Nierenmuster). Es kann auch einen Akzeptanzwinkel mit einer „Toleranz“ oder Grenzfrequenz haben.

Zum Beispiel könnte der Shure SM57 einen Aufnahmemusterakzeptanzwinkel von 60º ± 3 dB haben.

Abstrahlwinkel

Der Abstrahlwinkel bezieht sich auf den Ausgang eines Lautsprechers. Die meisten Lautsprecher sind aufgrund ihrer relativ großen Treiber und Gehäuse zumindest etwas gerichtet (insbesondere bei mittleren und oberen Frequenzen).

Dezibel relativ zur On-Axis-Antwort sind nützlich, um einen festgelegten Grenzwert / Schwellenwert zu bestimmen, bei dem die Richtungsabhängigkeit des Sprechers definiert werden kann.

Eq

Dezibel werden verwendet, um das frequenzabhängige Schneiden und Verstärken zu definieren, das bei der Audioentzerrung auftritt.

Filter (einschließlich derer, die in Lautsprecherweichen verwendet werden) können auch mit Dezibel definiert werden. Genauer gesagt werden Filter weitgehend durch den Roll-off (Dezibel / Oktave) definiert, in dem sie den Audiopegel reduzieren.

Geräuschunterdrückung

Die Geräuschunterdrückung ist eine Kopfhörerspezifikation, die uns sagt, wie stark der Kopfhörer externe Geräusche ausblendet. Dies wird typischerweise in Dezibel im Verhältnis zu dem „Geräusch“ gemessen, das wir sonst hören würden, wenn wir die Kopfhörer nicht getragen hätten.

Dies gilt für die passive und aktive Geräuschunterdrückung.

Passive Geräuschunterdrückung ist die einfache mechanische Blockierung von Schallwellen, die in den Gehörgang gelangen.

Aktive Geräuschunterdrückung bezieht sich auf die Verwendung komplexer Schaltungen mit Mikrofonen, Feed-Forward- und Feedback-Schaltungen, Phasen- und Lautstärkeanpassungen und Lautsprechern, um die Anti-Rausch-Schallwellen in den Kopfhörerausgang zu injizieren.

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Wie laut kann ein Mensch schreien? Der lauteste menschliche Schrei, der gemessen wurde, war 129 dB, ausgeführt von Jill Drake. Ein typischer Mensch mit gesunden Lungen und Stimmbändern kann erwartet werden, dass er einen Schrei im Bereich von 110 dB – 120 dB erzeugt.

Hören Sie einen Unterschied von 1 dB? Ein Unterschied von 1 dB im Schalldruckpegel einer Schallwelle bewirkt eine Änderung der wahrgenommenen Lautstärke dieser Schallwelle um etwa 7%. Viele würden einen Unterschied von 1 dB als die Schwelle des wahrgenommenen Unterschieds in einem Klang betrachten, obwohl die meisten Menschen diesen Unterschied nicht wahrnehmen könnten.

Ella Stamm ist Autorin, Rednerin und Unternehmerin mit Sitz in Stuttgart, Germany. Sie schreibt über alles, was mit Selbstdisziplin und Motivation zu tun hat, wie man aus dem Weg geht und seine Ziele erreicht, bis hin zum Aufbau eines Unternehmens, das einen glücklich macht.

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