Iedereen hier zou moeten weten dat de reden dat decibels (dB) eenheidloos zijn, is omdat het een verhouding is:
Dus ik begrijp enigszins waarom decibels "negatief" zijn in Audacity en andere digitale audiowerkstations. Wat ik echter niet begrijp is: waarop zijn de decibels gebaseerd? Zoals wat zou 0 dB zijn?
Vóór de uitvinding van elektronische rekenmachines was het vermenigvuldigen en delen van lange getallen pijnlijk. Maar dat was iets dat ingenieurs (ook audio-ingenieurs) vaak moesten doen.
Logaritmen werden in de 17e eeuw uitgevonden om berekeningen te vereenvoudigen.
We hebben deze fundamentele regels van logaritmen:
log (X * Y) = log (X) + log (Y)
En
log (X / Y) = log (X) - log (Y)
Hoewel ze er nogal onschuldig uitzien, verbergen ze grote kracht: de mogelijkheid om complexe vermenigvuldigings- en deelberekeningen te vervangen door eenvoudige optellen en aftrekken.
Er is echter een addertje onder het gras: je moest de logwaarde van getallen weten. Maar aangezien het voordeel groter was dan de pijn, verschenen er al snel boeken met logboekdiagrammen met de logwaarde van getallen (mijn vader had er een!).
Dus om twee lange getallen te vermenigvuldigen, vind je in de grafiek het logboek van beide, voeg ze eerst toe en zoek vervolgens naar het inverse logboek van uw optelresultaat.
Al snel verschenen logaritmische linialen, waardoor snellere berekeningen mogelijk waren:
Met de vooruitgang in elektronica en audio-opnametechnologie werd al snel duidelijk dat onze perceptie van luidheid exponentieel is in plaats van lineair.
Dat Dit betekent dat bij weergave via een luidspreker de wijziging van de luidheid van 1V naar 2V niet zo gelijk wordt ervaren als de wijziging van de luidheid van 2V naar 3V. De verdubbeling van de spanning ligt veel dichter bij onze luidheidsperceptie - 1V tot 2V is ongeveer zoiets als 2V tot 4V.
Logfuncties zijn exponentieel.
Raad eens wat? De ingenieurs van Bell Laboratories besloten om het logboek een integraal onderdeel van audio te maken. Ze hebben verzameld wat je inmiddels misschien hebt verzameld:
Dus bedachten ze gewoon een eenheid genaamd Bell (ter ere van Graham Bell), die niets anders is dan een verhouding tussen twee metingen, gelogd:
Bell = log (m1 / m2)
Al snel kwam echter het besef dat voor audiotoepassingen de Bells altijd een extra significant cijfer hadden rechts van de komma. Dus introduceerden ze een andere eenheid genaamd decibel , die, na het uitwerken van de oorspronkelijke definitie van de bel, resulteerde in:
dB = 10 * log (m1 / m2)
De decibeldefinitie is bedacht voor vermogensmetingen (watt), dus we kunnen het beschouwen als een verhouding tussen twee vermogensmetingen:
dB = 10 * log (p1 / p2)
Zodra we in de vergelijking spanningen gooien (waarbij P = V ^ 2 / R) en vereenvoudigen het wordt de vergelijking:
dB = 20 * log (v1 / v2)
Wat meestal wordt geschreven:
dB = 20log (v1 / v2)
Praktisch gesproken zijn alle dB-vergelijkingen 20log, met uitzondering van de vergelijkingen die met vermogen te maken hebben.
Tot nu toe stellen dBs ons in staat om de verhouding tussen twee metingen uit te drukken. Maar wat als we het niveau van ons signaal meten en vragen:
"Hoe luid is dit in dBs?"
Het antwoord zal zijn:
"Nou , hoe luid vergeleken met wat? "
Dus het idee was om een referentie te kiezen, zodat we het niveau van iets in dBs kunnen uitdrukken door het te meten en het te vergelijken met een standaardreferentie. In vergelijkingsvorm:
dB = 20log (m / r)
Dus nu kunnen we verschillende systemen ontwikkelen van dBs, elk gebruikt een andere referentie.
Toen digitale audio opkwam, had het zijn eigen dB-systeem nodig, waardoor het nodig was om een referentie te kiezen. Maar er was een probleem:
Digitale audio kan 8 bits zijn (voorbeeldwaarden van 0 tot 255) of 16 bits (0..65535) of 24 bits (0..16777216).
Het lijkt erop dat het algemene ding in al deze bitdiepten de nul is, maar we kunnen het niet als referentie gebruiken zoals we zullen krijgen:
dBFS = 20log (m / 0)
Hoewel dit voldoende is om 0 als referentie uit te sluiten, is er nog een feit dat u moet overwegen: we weten dat tijdens ADC een hogere bitdiepte het dynamische bereik naar beneden en niet naar boven vergroot. Met andere woorden, de luidste analoge spanning die een ADC ondersteunt, vertaalt zich altijd in de hoogste waarde die de bits kunnen vertegenwoordigen. Als de analoge limiet 1V is, krijgt het in een 8-bits systeem een samplewaarde van 255, maar in een 16-bits systeem krijgt hij 65535.
Dit maakt de keuze nogal voor de hand liggend - de referentie voor dBFS moet de hoogste samplewaarde van de systeembitdiepte zijn. Dus:
dBFS = 20log (voorbeeldwaarde / hoogst mogelijke voorbeeldwaarde)
Nu in logboeken, als de teller kleiner is dan de noemer, dan een negatief resultaat krijgen; als de twee gelijk zijn, krijg je 0. Dus in het geval van 16 bits:
0dB = 20log (65535/65535)
en
-6dB = 20log (32768/65535).
Aangezien de samplewaarde nooit de hoogste samplewaarde kan overschrijden, zijn dBFS-waarden altijd gelijk aan of kleiner dan 0.
Dit is allemaal geluid, maar er is nog wat meer.
Als gebruikers geven we niet echt om de dB-niveau van het signaal binnen het systeem, wij zorgen voor het dB-niveau in vergelijking met het standaard bedieningsniveau van het systeem (waarboven u kunt knippen).
Audiometers tonen dus niet het dBu, dBV of dBFS-niveau van het signaal (sommige wel, maar als een extra). In plaats daarvan geven ze 0dB weer als het standaard bedieningsniveau van het systeem. In analoog staat dit bekend als 0dBVU (dB Volumatric Unit), en voor digitaal als 0dBr (dB referentie). Voor professionele analoge apparatuur is 0dBVU gekalibreerd tot + 4dBu; voor semi-professionele apparatuur is dit -10dBV. Dus ongeacht het apparaat zelf en het gebruikte dB-systeem, dBVU vertelt me altijd hoeveel onder of boven het standaard bedieningsniveau van het systeem het signaal is.
DAW's gebruiken intern 32 bit float, dus de geheel getalbereik van 0..65535 wordt uitgelijnd met het decimale bereik 0 .. 1,0 ; Terwijl 65535 0dBFS is, is 1.0 0dBr. Maar drijvende-kommasystemen kunnen hoger zijn dan 1.0 , in feite veel hoger dan 1.0 . Maar aangezien je op een gegeven moment terug moet naar gehele getallen, is de 0dB die je ziet uitgelijnd met 0dBFS.
Wat is 0 dB in digitale audio?
0dB vertegenwoordigt eigenlijk het grootste signaal dat een digitaal systeem kan produceren. Zodra een signaal zich in het digitale domein bevindt, gaat het een eigen leven leiden en blijft 0dB op volledige schaal. Als je een digitaal audiobestand (misschien van een cd of wav-bestand) zou nemen en het op een andere machine zou laden, zou de nieuwe machine dezelfde binaire getallen zien als de originele machine, dus 0dB vertegenwoordigt numeriek de grootste waarde in de "digitale wereld".
Maar wat als u verschillende kwantiseringsniveaus heeft, dwz 24 bit in plaats van 16 bit (cd-audio)? Welnu, het grootste ongetekende pieknummer op 16 bits is 65.536 en op 24 bits is het 16.777.216 MAAR, voor elke 0dB wordt als hun maximale waarde genomen. Het 24 bit "systeem" zal een grotere helderheid hebben omdat het een analoog signaal vertegenwoordigt met meer dan 16 miljoen digitale niveaus, terwijl het 16 bit systeem alleen een analoog signaal vertegenwoordigt met iets meer dan 65.000 digitale niveaus.
waar zijn de decibels op gebaseerd?
De decibel is een tiende van 1 bel en jaren geleden voerden ze in Bell-laboratoria (aanwijzing in de naam) luisteraarstests uit om te zien hoe de gemiddelde luisteraar geluidsniveaus met verschillende amplitudes waarnam, waarbij luidheidsvariaties werden geïntroduceerd door langere kabellengtes. Het volgende citaat is afkomstig uit Wikipedia
De decibel is afkomstig van methoden die worden gebruikt om reducties in audioniveaus in telefooncircuits te kwantificeren. Deze verliezen werden oorspronkelijk gemeten in Miles of Standard Cable (MSC), waarbij 1 MSC overeenkwam met het stroomverlies over een lengte van 1 mijl (ongeveer 1,6 km) standaard telefoonkabel met een frequentie van 5000 radialen per seconde (795,8 Hz). ), en kwam ongeveer overeen met de kleinste demping die detecteerbaar was voor de gemiddelde luisteraar. Standaard telefoonkabel werd gedefinieerd als "een kabel met een gelijkmatig verdeelde weerstand van 88 ohm per lusmijl en een gelijkmatig verdeelde shuntcapaciteit van 0,054 microfarad per mijl "(ongeveer 19 gauge). [4] De transmissie-eenheid (TU) werd in de jaren 1920 ontworpen door ingenieurs van de Bell Telephone Laboratories om de MSC te vervangen. gedefinieerd als tien keer de logaritme met grondtal 10 van de verhouding tussen gemeten vermogen en een referentievermogen. [5] De definities waren handig zo gekozen dat 1 TU ongeveer gelijk was aan 1 MSC (specifiek, 1,056 TU = 1 MSC). [6] In 1928 hernoemde het Bell-systeem de TU tot decibel. [7] Samen met de decibel definieerde het Bell-systeem de bel, de logaritme met grondtal 10 van de vermogensverhouding, ter ere van hun oprichter en telecommunicatiepionier Alexander Graham Bell. [ 8] De bel wordt zelden gebruikt, aangezien de decibel de voorgestelde werkende eenheid was. [9]
+ 1dB betekent dat het ongeveer 10% luider werd. -1dB betekent dat het ongeveer zachter werd met ongeveer 10%.
Uit andere experimenten werd vastgesteld dat het menselijk oor logaritmisch werkt omdat elke advertentie Toename van het waargenomen geluidsniveau optrad, toonden de bijbehorende instrumenten aan dat het vermogen van het signaal tien keer toenam. Het resultaat hiervan is dat een 10W versterker / luidspreker twee keer zo luid is als een 1W versterker / luidspreker en dat een 100W versterker / luidspreker vier keer luider is dan een 1W versterker / luidspreker en twee keer zo luid als de 10W installatie.
Dus in engineering betekent 10dB nu een tienvoudige toename van het vermogen van een signaal.
In elektronica gebruiken ingenieurs de term 0dBm en dit verwijst naar het vermogen van 1mW. Andere veelgebruikte termen zijn dbuV, waarbij de u micro betekent en de V spanning.
Aangezien de dB een verhouding is zoals je zegt, betekent "0 dB" gewoon "geen verandering". In de context van digitale bemonstering zou ik 'volledige schaal' beschouwen als het referentiepunt - d.w.z. 255 in een 8-bits systeem - waardoor alles minder een negatieve dB-waarde wordt. Maar tenzij het wordt gespecificeerd (zoals in dBa, dBm enz.), Is het slechts speculatie en staat open voor interpretatie.
Er kan een DWS-standaard of consensus zijn, maar dat is niet mijn wereld, dus ik kan het niet zeggen.
Het is de hoeveelheid wisselgeld. 0dB is een volledig signaal, negatieve dB's zijn een vermindering van het signaal (tot -infinity dat volledig is uitgeschakeld) en + dB is wanneer een signaal een versterking heeft toegepast. 0dB wordt ook wel Unity genoemd. Dit is consistent bij digitaal mixen en analoog mixen waarbij alles onder 0dB reductief is (het bronsignaal wordt verminderd) en alles boven 0dB (wanneer het bord of de software dit ondersteunt) een versterking op het signaal toepast via een voorversterker (bij analoge verwerking). ) of het verhogen van de amplitude met de geselecteerde hoeveelheid (in digitaal).
Bij het meten is 0dB vaak de maximale of ideale capaciteit van de hardware of digitale signaalruimte waarmee u werkt. In het geval dat het op de optimale sterkte wordt ingesteld, is er wat hoofdruimte boven het ideale signaalniveau voordat er wordt geknipt. U dient de documentatie te raadplegen voor het specifieke bord of systeem dat u gebruikt voor de specifieke implementatie.
Op weg naar het volgende niveau ...
Geluidsdrukniveau (SPL), in dB, gebruikt de drempel van het menselijk gehoor als referentieniveau (noemer): een fluctuerende druk van 2x10 ^ -5 pascal. Ik zou naar het citaat moeten graven, maar die referentie werd bepaald door het gemiddelde te nemen van de respons van gezonde individuen (oren) in de jaren dertig (???). Dus 0 dB is de drempel van het menselijk gehoor.
Het geluidsvermogensniveau wordt gerefereerd aan 10 ^ -12 watt - het vermogen dat 0 dB SPL zou produceren wanneer het wordt verdeeld over een bol met een oppervlakte van 1 m (r = 0.283 m)
Veel lange antwoorden hier als alles wat nodig is een eenvoudig antwoord is.
De 0dB waarnaar u verwijst is eigenlijk 0dBFS, wat staat voor dB met verwijzing naar "Full Scale".
0dBFS is het hoogste digitale piekniveau. Alles daaronder is een normaal signaal, daarom weergegeven als een negatief getal.
-20dBFS is 20dB onder volledige schaal.
Het hangt ervan af.
Met een logaritmische schaal zoals decibel (of bel; 1B = 10dB), heb je meestal een referentiepunt nodig, en dit referentiepunt mag niet nul zijn (anders omvat de wiskunde deling of vermenigvuldiging met nul die u nergens brengt). Dit referentiepunt is afhankelijk van wat u meet. Bij audio is dat meestal een van de volgende:
Spanning (potentieel): 0dBV = 1V, ongeacht de impedantie. 0dBu = .7746V (de spanning die inherent is aan een geleider van 600 ohm die een milliwatt vermogen dissipeert). Audioapparatuur van thuiskwaliteit heeft doorgaans een pieksignaalvermogen van -10dBV (.316V), dat zelf vaak wordt gemarkeerd als "0dB", terwijl professionele audio doorgaans wordt gekalibreerd tot een veel krachtigere + 4dBu (1,228V)
Wattage (vermogen): 0dBm = 1mW. Dit is typisch van waarde bij draadloze zenders / ontvangers om de signaalamplitude te beoordelen.
Geluidsdruk: 0dBSPL = 20uPA (= .00002N / m 2 ). Dit referentiepunt was gebaseerd op een reeks tests om de drempel van stilte in het menselijk gehoor te bepalen. Andere studies zeggen dat mensen met een gezond gehoorsysteem in staat zijn om geluiden van wel -10dB te onderscheiden. Deze curves zijn gekalibreerd voor verschillende soorten geluidsomgevingen; OSHA heeft twee gemeenschappelijke "wegingen", A en C. A is gebaseerd op het gemiddelde spectrum van industriële ruis, terwijl C is gebaseerd op het spectrum dat gebruikelijk is in versterkte audio. Blootstellingslimieten zijn officieel gedefinieerd voor en gemeten met behulp van A-weging.
Het is heel eenvoudig. Het is de omgekeerde verhouding. Dus 0 is niet minder. -3dB is de verhouding voor 3 dB minder dan 0.
Decibels worden gebruikt om een verhouding te beschrijven, in plaats van een bepaalde amplitude. Om negatieve decibel te berekenen, doe je hetzelfde als met positieve decibel, behalve met een negatief getal.
Om een toename van 3dB te creëren, vermenigvuldig je het vermogen van het geluid met 10 ^ (3 / 10), of 1.9952623149688796013524553967395 (ongeveer tweemaal de oorspronkelijke amplitude).
Om een wijziging van -3dB te creëren, vermenigvuldigt u het geluidsvermogen met 10 ^ (- 3/10), of 0,50118723362727228500155418688495 (wat ongeveer de helft van het originele geluid is).
Kortom, het is gewoon het omgekeerde. 3dB is ongeveer tweemaal de amplitude en -3dB is ongeveer de helft van de amplitude.