Décibel - Decibel

Le décibel (symbole : dB ) est une unité de mesure relative égale à un dixième de bel ( B ). Il exprime le rapport de deux valeurs d'une puissance ou d'une quantité de puissance racine sur une échelle logarithmique . Deux signaux dont les niveaux diffèrent d'un décibel ont un rapport de puissance de 10 1/10 (environ1,26 ) ou un rapport racine-puissance de 10 120 (environ1.12 ).

L'unité exprime un changement de valeur (par exemple, +1 dB ou -1 dB) ou une valeur absolue. Dans ce dernier cas, la valeur numérique exprime le rapport d'une valeur à une valeur de référence fixe ; lorsqu'il est utilisé de cette manière, le symbole de l'unité est souvent suffixé avec des codes de lettres qui indiquent la valeur de référence. Par exemple, pour la valeur de référence de 1  volt , un suffixe courant est " V " (par exemple, " 20 dBV ").

Deux principaux types de mise à l'échelle du décibel sont d'usage courant. Lorsqu'on exprime un rapport de puissance, il est défini comme dix fois le logarithme en base 10 . C'est-à-dire qu'un changement de puissance d'un facteur 10 correspond à un changement de niveau de 10 dB. Lors de l'expression des quantités de puissance racine, un changement d' amplitude d'un facteur 10 correspond à un changement de niveau de 20 dB. Les échelles de décibels diffèrent d'un facteur de deux, de sorte que les niveaux de puissance et de racine de puissance associés changent de la même valeur dans les systèmes linéaires, où la puissance est proportionnelle au carré de l'amplitude.

La définition du décibel trouve son origine dans la mesure de la perte de transmission et de la puissance en téléphonie du début du 20e siècle dans le système Bell aux États-Unis. Le bel a été nommé en l'honneur d' Alexander Graham Bell , mais le bel est rarement utilisé. Au lieu de cela, le décibel est utilisé pour une grande variété de mesures en science et en ingénierie , principalement en acoustique , en électronique et en théorie du contrôle . En électronique, les gains des amplificateurs, l' atténuation des signaux et les rapports signal sur bruit sont souvent exprimés en décibels.

dB Rapport de puissance Rapport d'amplitude
100 10 000 000 000 100 000
90 1 000 000 000 31 623
80 100 000 000 10 000
70 10 000 000 3 162
60 1 000 000 1 000
50 100 000 316 .2
40 10 000 100
30 1 000 31 .62
20 100 dix
dix dix 3 .162
6 3 .981 4 1 .995 2
3 1 .995 2 1 .413 2
1 1 .259 1 .122
0 1 1
-1 0 .794 0 .891
-3 0 0,501 ≈ une / deux 0 .708 12
-6 0 0,251 ≈ une / quatre 0 0,501 ≈ une / deux
-10 0 .1 0 .316 2
−20 0 .01 0 .1
−30 0 .001 0 .031 62
−40 0 .000 1 0 .01
−50 0 .000 01 0 .003 162
−60 0 .000 001 0 .001
−70 0 .000 000 1 0 .000 316 2
-80 0 .000 000 01 0 .000 1
−90 0 .000 000 001 0 .000 031 62
−100 0 .000 000 000 1 0 .000 01
Un exemple d'échelle montrant les rapports de puissance x , les rapports d'amplitude x et les équivalents en dB 10 log 10  x .

Histoire

Le décibel provient des méthodes utilisées pour quantifier la perte de signal dans les circuits télégraphiques et téléphoniques. Jusqu'au milieu des années 1920, l'unité de perte était Miles of Standard Cable (MSC). 1 MSC correspond à la perte de puissance sur un mile (environ 1,6 km) de câble téléphonique standard à une fréquence de5000  radians par seconde (795,8 Hz), et correspondait étroitement à la plus petite atténuation détectable par un auditeur. Un câble téléphonique standard était « un câble ayant une résistance uniformément répartie de 88 ohms par boucle-mile et uniformément répartie shunt capacité de 0,054  microfarad par mile » (correspondant à environ 19  gauge fil).

En 1924, Bell Telephone Laboratories a reçu une réponse favorable à une nouvelle définition d'unité parmi les membres du Comité consultatif international sur la téléphonie longue distance en Europe et a remplacé le MSC par l' Unité de transmission (TU). 1 UT a été défini de telle sorte que le nombre d'UT soit dix fois le logarithme en base 10 du rapport entre la puissance mesurée et une puissance de référence. La définition a été commodément choisie de telle sorte que 1 TU avoisinait 1 MSC ; plus précisément, 1 MSC était de 1,056 TU. En 1928, le système Bell a renommé le TU en décibel, soit un dixième d'une unité nouvellement définie pour le logarithme en base 10 du rapport de puissance. Il a été nommé le bel , en l'honneur du pionnier des télécommunications Alexander Graham Bell . Le bel est rarement utilisé, car le décibel était l'unité de travail proposée.

La dénomination et la première définition du décibel sont décrites dans le NBS Standard's Yearbook de 1931 :

Depuis les premiers jours du téléphone, le besoin d'une unité pour mesurer l'efficacité de transmission des installations téléphoniques a été reconnu. L'introduction du câble en 1896 a fourni une base stable pour une unité pratique et le câble « mile of standard » est devenu généralisé peu de temps après. Cette unité a été utilisée jusqu'en 1923 lorsqu'une nouvelle unité a été adoptée comme étant plus adaptée au travail téléphonique moderne. La nouvelle unité de transmission est largement utilisée parmi les organisations téléphoniques étrangères et, récemment, elle a été appelée le "décibel" à la suggestion du Comité consultatif international sur la téléphonie longue distance.

Le décibel peut être défini par l'affirmation selon laquelle deux quantités de puissance diffèrent de 1 décibel lorsqu'elles sont dans le rapport de 10 0,1 et deux quantités de puissance quelconques diffèrent de N décibels lorsqu'elles sont dans le rapport de 10 N (0,1) . Le nombre d'unités de transmission exprimant le rapport de deux puissances quelconques est donc dix fois le logarithme commun de ce rapport. Cette méthode de désignation du gain ou de la perte de puissance dans les circuits téléphoniques permet l'addition ou la soustraction directe des unités exprimant l'efficacité des différentes parties du circuit ...

En 1954, JW Horton a fait valoir que l'utilisation du décibel comme unité pour des quantités autres que la perte de transmission a porté à confusion, et a suggéré le nom logit pour « amplitudes standard qui se combinent par multiplication », pour contraster avec l' unité de nom pour « amplitudes standard qui se combinent par addition".

En avril 2003, le Comité international des poids et mesures (CIPM) a examiné une recommandation pour l'inclusion du décibel dans le Système international d'unités (SI), mais a décidé contre la proposition. Cependant, le décibel est reconnu par d'autres organismes internationaux tels que la Commission électrotechnique internationale (CEI) et l'Organisation internationale de normalisation (ISO). La CEI autorise l'utilisation du décibel avec les quantités de puissance racine ainsi que la puissance et cette recommandation est suivie par de nombreux organismes de normalisation nationaux, tels que le NIST , ce qui justifie l'utilisation du décibel pour les rapports de tension. Malgré leur utilisation répandue, les suffixes (comme en dBA ou dBV) ne sont pas reconnus par la CEI ou l'ISO.

Définition

L'ISO 80000-3 décrit les définitions des grandeurs et des unités d'espace et de temps.

La norme CEI 60027-3:2002 définit les grandeurs suivantes. Le décibel (dB) est un dixième de bel : 1 dB = 0,1 B . Le bel (B) est de 1 / 2  ln (10) népers : 1 B = 1 / 2 ln (10) Np . Le neper est la variation du niveau d'une quantité de puissance racine lorsque la quantité de puissance racine change d'un facteur e , c'est-à-dire 1 Np = ln(e) = 1 , reliant ainsi toutes les unités comme logarithme naturel non dimensionnel de rapports racine-puissance-quantité, 1 dB = 0,115 13… Np = 0,115 13… . Enfin, le niveau d'une quantité est le logarithme du rapport de la valeur de cette quantité à une valeur de référence du même type de quantité.

Par conséquent, le bel représente le logarithme d'un rapport entre deux grandeurs de puissance de 10:1, ou le logarithme d'un rapport entre deux grandeurs de puissance racine de 10 :1.

Deux signaux dont les niveaux diffèrent d'un décibel ont un rapport de puissance de 10 1/10 , soit environ1,258 93 , et un rapport amplitude (quantité racine-puissance) de 10 120 (1.122 02 ).

Le bel est rarement utilisé soit sans préfixe, soit avec des préfixes d'unité SI autres que deci ; il est préférable, par exemple, d'utiliser des centièmes de décibel plutôt que des millibels . Ainsi, cinq millièmes de bel s'écriraient normalement 0,05 dB, et non 5 mB.

La méthode d'expression d'un rapport sous forme de niveau en décibels dépend de si la propriété mesurée est une grandeur de puissance ou une grandeur de puissance racine ; voir Puissance, puissance racine et quantités de champ pour plus de détails.

Grandeurs de puissance

Lorsqu'il s'agit de mesures de grandeurs de puissance , un rapport peut être exprimé sous forme de niveau en décibels en évaluant dix fois le logarithme en base 10 du rapport entre la grandeur mesurée et la valeur de référence. Ainsi, le rapport de P (puissance mesurée) à P 0 (puissance de référence) est représenté par L P , ce rapport exprimé en décibels, qui est calculé à l'aide de la formule :

Le logarithme en base 10 du rapport des deux grandeurs de puissance est le nombre de bels. Le nombre de décibels est dix fois le nombre de bels (de manière équivalente, un décibel est un dixième de bel). P et P 0 doivent mesurer le même type de grandeur, et avoir les mêmes unités avant de calculer le rapport. Si P = P 0 dans l'équation ci-dessus, alors L P = 0. Si P est supérieur à P 0 alors L P est positif; si P est inférieur à P 0 alors L P est négatif.

La réorganisation de l'équation ci-dessus donne la formule suivante pour P en fonction de P 0 et L P :

Quantités de puissance racine (champ)

Lorsqu'on se réfère aux mesures de grandeurs de puissance racine, il est habituel de considérer le rapport des carrés de F (mesuré) et F 0 (référence). C'est parce que les définitions ont été formulées à l'origine pour donner la même valeur pour les rapports relatifs à la fois pour les quantités de puissance et de puissance racine. Ainsi, la définition suivante est utilisée :

La formule peut être modifiée pour donner

De même, dans les circuits électriques , la puissance dissipée est typiquement proportionnelle au carré de la tension ou du courant lorsque l' impédance est constante. En prenant la tension comme exemple, cela conduit à l'équation du niveau de gain de puissance L G :

V out est la tension de sortie quadratique moyenne (eff.), V in est la tension d'entrée efficace. Une formule similaire est valable pour le courant.

Le terme quantité de puissance racine est introduit par la norme ISO 80000-1:2009 en remplacement de la quantité de champ . Le terme quantité de champ est déconseillé par cette norme et la puissance racine est utilisée tout au long de cet article.

Relation entre la puissance et les niveaux de puissance racine

Bien que les quantités de puissance et de puissance racine soient des quantités différentes, leurs niveaux respectifs sont historiquement mesurés dans les mêmes unités, généralement des décibels. Un facteur de 2 est introduit pour faire correspondre les changements dans les niveaux respectifs dans des conditions restreintes telles que lorsque le support est linéaire et que la même forme d'onde est envisagée avec des changements d'amplitude, ou que l'impédance du support est linéaire et indépendante de la fréquence et du temps. Cela repose sur la relation

en portant. Dans un système non linéaire, cette relation ne tient pas par la définition de la linéarité. Cependant, même dans un système linéaire dans lequel la quantité de puissance est le produit de deux quantités liées linéairement (par exemple la tension et le courant ), si l' impédance dépend de la fréquence ou du temps, cette relation ne tient pas en général, par exemple si le le spectre d'énergie de la forme d'onde change.

Pour les différences de niveau, la relation requise est assouplie de celle ci-dessus à une relation de proportionnalité (c'est-à-dire que les quantités de référence P 0 et F 0 n'ont pas besoin d'être liées), ou de manière équivalente,

doit être maintenu pour permettre à la différence de niveau de puissance d'être égale à la différence de niveau de puissance racine de la puissance P 1 et V 1 à P 2 et V 2 . Un exemple pourrait être un amplificateur avec un gain de tension unitaire indépendant de la charge et de la fréquence entraînant une charge avec une impédance dépendante de la fréquence : le gain de tension relatif de l'amplificateur est toujours de 0 dB, mais le gain de puissance dépend de la composition spectrale changeante de la forme d'onde étant amplifié. Les impédances dépendantes de la fréquence peuvent être analysées en considérant les quantités de densité spectrale de puissance et les quantités de puissance racine associées via la transformée de Fourier , ce qui permet d'éliminer la dépendance de fréquence dans l'analyse en analysant le système à chaque fréquence indépendamment.

Conversions

Étant donné que les différences de logarithme mesurées dans ces unités représentent souvent des rapports de puissance et des rapports de racine-puissance, les valeurs pour les deux sont indiquées ci-dessous. Le bel est traditionnellement utilisé comme unité de rapport de puissance logarithmique, tandis que le neper est utilisé pour le rapport logarithmique racine-puissance (amplitude).

Conversion entre les unités de niveau et une liste de ratios correspondants
Unité En décibels en bels à népers Rapport de puissance Ratio racine-puissance
1 dB 1 dB 0,1 B 0,115 13  Np 10 une / 101,258 93 10 une / vingt1.122 02
1 Np 8.685 89  dB 0,868 589  B 1 Np e 27.389 06 e2.718 28
1B 10 dB 1B 1.151 3 Np dix 10 une / deux ≈ 3,162 28

Exemples

L'unité dBW est souvent utilisée pour désigner un rapport dont la référence est de 1 W, et de même dBm pour un point de référence de 1 mW .

  • Calcul du rapport en décibels de 1 kW (un kilowatt, ou1000 watts) à 1 W rendements :
  • Le rapport en décibels de 1 000 V ≈ 31,62 V à 1 V est

(31,62 V / 1 V) 2 1 kW / 1 W , illustrant la conséquence des définitions ci-dessus que L G a la même valeur, 30 dB, qu'elle soit obtenue à partir de puissances ou d'amplitudes, à condition que dans le système considéré, les rapports de puissance sont égaux aux rapports d'amplitude au carré.

  • Le rapport en décibels de 10 W à 1 mW (un milliwatt) est obtenu avec la formule
  • Le rapport de puissance correspondant à un changement de niveau de 3 dB est donné par

Un changement de rapport de puissance d'un facteur 10 correspond à un changement de niveau de 10 dB . Un changement de rapport de puissance par un facteur de 2 ou une / 2 est d' environ un changement de 3 dB . Plus précisément, le changement est ±3.0103  dB, mais cela est presque universellement arrondi à 3 dB dans la rédaction technique. Cela implique une augmentation de la tension d'un facteur 2 1.4142 . De même, un doublement ou une réduction de moitié de la tension et un quadruplement ou un quartage de la puissance sont généralement décrits comme 6 dB plutôt que ±6,0206  dB.

S'il est nécessaire de faire la distinction, le nombre de décibels est inscrit avec des chiffres significatifs supplémentaires . 3.000 dB correspond à un rapport de puissance de 10 310 , ou1,9953 , environ 0,24% différent d'exactement 2, et un rapport de tension de1,4125 , 0,12 % différent d'exactement 2 . De même, une augmentation de 6.000 dB correspond au rapport de puissance soit 10 610 3,9811 , environ 0,5% différent de 4.

Propriétés

Le décibel est utile pour représenter de grands rapports et pour simplifier la représentation d'effets multipliés tels que l'atténuation de plusieurs sources le long d'une chaîne de signal. Son application dans des systèmes à effets additifs est moins intuitive.

Rapports importants

La nature de l' échelle logarithmique du décibel signifie qu'une très large gamme de rapports peut être représentée par un nombre pratique, d'une manière similaire à la notation scientifique . Cela permet de visualiser clairement d'énormes changements d'une certaine quantité. Voir Diagramme de Bode et Diagramme semi-log . Par exemple, 120 dB SPL peut être plus clair que "un billion de fois plus intense que le seuil d'audition".

Représentation des opérations de multiplication

Les valeurs de niveau en décibels peuvent être ajoutées au lieu de multiplier les valeurs de puissance sous-jacentes, ce qui signifie que le gain global d'un système à plusieurs composants, tel qu'une série d' étages d' amplification , peut être calculé en additionnant les gains en décibels des composants individuels, plutôt que de multiplier les facteurs d'amplification ; c'est-à-dire log( A × B × C ) = log( A ) + log( B ) + log( C ). En pratique, cela signifie qu'en sachant seulement que 1 dB correspond à un gain de puissance d'environ 26 %, 3 dB correspond à environ 2 fois le gain de puissance et 10 dB correspond à 10 fois le gain de puissance, il est possible de déterminer le rapport de puissance de un système du gain en dB avec seulement une simple addition et multiplication. Par exemple:

  • Un système se compose de 3 amplificateurs en série, avec des gains (rapport entre la puissance de sortie et l'entrée) de 10 dB, 8 dB et 7 dB respectivement, pour un gain total de 25 dB. Divisé en combinaisons de 10, 3 et 1 dB, c'est :
    25 dB = 10 dB + 10 dB + 3 dB + 1 dB + 1 dB
    Avec une entrée de 1 watt, la sortie est d'environ
    1 L × 10 × 10 × 2 × 1,26 × 1,26 ≈ 317,5 W
    Calculé précisément, la sortie est de 1 W × 10 25 / 10 ≈ 316,2 W. La valeur approximative a une erreur de seulement 0,4% par rapport à la valeur réelle, ce qui est négligeable compte tenu de la précision des valeurs fournies et la précision de la plupart appareils de mesure.

Cependant, selon ses détracteurs, le décibel crée la confusion, obscurcit le raisonnement, est plus lié à l'ère des règles à calcul qu'au traitement numérique moderne, et est lourd et difficile à interpréter. Les quantités en décibels ne sont pas nécessairement additives , étant ainsi « d'une forme inacceptable pour une utilisation dans l'analyse dimensionnelle ». Ainsi, les unités nécessitent un soin particulier dans les opérations de décibels. Prenons, par exemple, le rapport densité porteuse/bruit C/N 0 (en hertz), impliquant la puissance de la porteuse C (en watts) et la densité spectrale de puissance de bruit N 0 (en W/Hz). Exprimé en décibels, ce rapport serait une soustraction ( C/N 0 ) dB = C dB - N 0dB . Cependant, les unités d'échelle linéaire simplifient toujours la fraction implicite, de sorte que les résultats seraient exprimés en dB-Hz.

Représentation des opérations d'addition

Selon Mitschke, "L'avantage d'utiliser une mesure logarithmique est que dans une chaîne de transmission, il y a de nombreux éléments concaténés, et chacun a son propre gain ou atténuation. Pour obtenir le total, l'addition de valeurs en décibels est beaucoup plus pratique que la multiplication de les facteurs individuels." Cependant, pour la même raison que les humains excellent dans les opérations additives par rapport à la multiplication, les décibels sont gênants dans les opérations intrinsèquement additives :

si deux machines produisent chacune individuellement un niveau de pression acoustique de, disons, 90 dB à un certain point, alors lorsque les deux fonctionnent ensemble, nous devrions nous attendre à ce que le niveau de pression acoustique combiné augmente jusqu'à 93 dB, mais certainement pas jusqu'à 180 dB ! ; supposons que le bruit d'une machine soit mesuré (y compris la contribution du bruit de fond) et trouvé égal à 87 dBA, mais lorsque la machine est éteinte, le bruit de fond seul est mesuré à 83 dBA. [...] le bruit de la machine [niveau (seul)] peut être obtenu en « soustrayant » le bruit de fond de 83 dBA du niveau combiné de 87 dBA ; c'est-à-dire 84,8 dBA.; afin de trouver une valeur représentative du niveau sonore dans une pièce, un certain nombre de mesures sont prises à différentes positions dans la pièce, et une valeur moyenne est calculée. [...] Comparer les moyennes logarithmique et arithmétique de [...] 70 dB et 90 dB : moyenne logarithmique = 87 dB ; moyenne arithmétique = 80 dB.

L'addition sur une échelle logarithmique est appelée addition logarithmique et peut être définie en prenant des exponentielles à convertir en échelle linéaire, en y ajoutant, puis en prenant des logarithmes pour revenir. Par exemple, où les opérations sur les décibels sont l'addition/soustraction logarithmique et la multiplication/division logarithmique, tandis que les opérations sur l'échelle linéaire sont les opérations habituelles :

Notez que la moyenne logarithmique est obtenue à partir de la somme logarithmique en soustrayant , puisque la division logarithmique est une soustraction linéaire.

Fractions

Les constantes d' atténuation , dans des sujets tels que la communication par fibre optique et l' affaiblissement sur le trajet de propagation radio , sont souvent exprimées sous forme de fraction ou de rapport à la distance de transmission. Dans ce cas, dB/m représente le décibel par mètre, dB/mi représente le décibel par mile, par exemple. Ces quantités doivent être manipulées en respectant les règles de l'analyse dimensionnelle , par exemple, une course de 100 mètres avec une fibre de 3,5 dB/km donne une perte de 0,35 dB = 3,5 dB/km × 0,1 km.

Les usages

la perception

La perception humaine de l'intensité du son et de la lumière se rapproche davantage du logarithme de l'intensité que d'une relation linéaire (voir la loi de Weber-Fechner ), faisant de l'échelle dB une mesure utile.

Acoustique

Exemples de niveaux sonores en décibels provenant de diverses sources sonores et activités, tirés de l'écran « Comment le niveau sonore est trop fort » de l'application NIOSH Sound Level Meter

Le décibel est couramment utilisé en acoustique comme unité de niveau de pression acoustique . La pression de référence pour le son dans l'air est fixée au seuil typique de perception d'un être humain moyen et il existe des comparaisons courantes utilisées pour illustrer différents niveaux de pression acoustique . Comme la pression acoustique est une grandeur de puissance racine, la version appropriée de la définition de l'unité est utilisée :

p rms est la moyenne quadratique de la pression acoustique mesurée et p ref est la pression acoustique de référence standard de 20 micropascals dans l'air ou 1 micropascal dans l'eau.

L'utilisation du décibel en acoustique sous-marine prête à confusion, en partie à cause de cette différence de valeur de référence.

L'oreille humaine a une large plage dynamique de réception du son. Le rapport de l'intensité sonore qui cause des dommages permanents lors d'une courte exposition à celle du son le plus faible que l'oreille puisse entendre est égal ou supérieur à 1 000 milliards (10 12 ). De telles étendues de mesure sont commodément exprimées en échelle logarithmique : le logarithme en base 10 de 10 12 est 12, ce qui est exprimé comme un niveau de pression acoustique de 120 dB re 20  μPa .

Étant donné que l'oreille humaine n'est pas également sensible à toutes les fréquences sonores, le spectre de puissance acoustique est modifié par pondération fréquentielle (la pondération A étant la norme la plus courante) pour obtenir la puissance acoustique pondérée avant la conversion en un niveau sonore ou un niveau de bruit en décibels.

Téléphonie

Le décibel est utilisé en téléphonie et en audio . De manière similaire à l'utilisation en acoustique, une puissance pondérée en fréquence est souvent utilisée. Pour les mesures de bruit audio dans les circuits électriques, les pondérations sont appelées pondérations psophométriques .

Électronique

En électronique, le décibel est souvent utilisé pour exprimer des rapports de puissance ou d'amplitude (comme pour les gains ) de préférence aux rapports ou pourcentages arithmétiques . Un avantage est que le gain total en décibels d'une série de composants (tels que les amplificateurs et les atténuateurs ) peut être calculé simplement en additionnant les gains en décibels des composants individuels. De même, dans les télécommunications, les décibels désignent un gain ou une perte de signal d'un émetteur à un récepteur à travers un certain support ( espace libre , guide d'ondes , câble coaxial , fibre optique , etc.) en utilisant un bilan de liaison .

L'unité décibel peut également être combinée à un niveau de référence, souvent indiqué par un suffixe, pour créer une unité absolue de puissance électrique. Par exemple, il peut être combiné avec "m" pour "milliwatt" pour produire le " dBm ". Un niveau de puissance de 0 dBm correspond à un milliwatt, et 1 dBm est supérieur d'un décibel (environ 1,259 mW).

Dans les spécifications audio professionnelles, une unité populaire est le dBu . Ceci est par rapport à la racine carrée moyenne tension qui délivre 1 mW (0 dBm) dans une résistance de 600 ohms ou 1 mW × 600 Ohm ≈ 0,775 V RMS . Lorsqu'ils sont utilisés dans un circuit de 600 ohms (historiquement, l'impédance de référence standard dans les circuits téléphoniques), dBu et dBm sont identiques .

Optique

Dans une liaison optique , si une quantité connue de puissance optique , en dBm (référencée à 1 mW), est lancée dans une fibre , et les pertes, en dB (décibels), de chaque composant (par exemple, connecteurs, épissures et longueurs de fibre) sont connus, la perte globale de liaison peut être rapidement calculée par addition et soustraction de quantités de décibels.

En spectrométrie et en optique, l' unité de blocage utilisée pour mesurer la densité optique est équivalente à -1 B.

Imagerie vidéo et numérique

En relation avec les capteurs vidéo et d' images numériques , les décibels représentent généralement des rapports de tensions vidéo ou d'intensités lumineuses numérisées, en utilisant 20 log du rapport, même lorsque l'intensité représentée (puissance optique) est directement proportionnelle à la tension générée par le capteur, pour ne pas son carré, comme dans un imageur CCD où la tension de réponse est linéaire en intensité. Ainsi, un rapport signal/bruit de la caméra ou une plage dynamique de 40 dB représente un rapport de 100:1 entre l'intensité du signal optique et l'intensité du bruit sombre équivalent optiquement, et non un rapport d'intensité (puissance) de 10 000:1 de 40 dB. pourrait suggérer. Parfois, la définition du rapport de 20 log est appliquée directement aux comptes d'électrons ou de photons, qui sont proportionnels à l'amplitude du signal du capteur sans qu'il soit nécessaire de déterminer si la réponse de tension à l'intensité est linéaire.

Cependant, comme mentionné ci-dessus, la convention d'intensité 10 log prévaut plus généralement dans l'optique physique, y compris la fibre optique, de sorte que la terminologie peut devenir trouble entre les conventions de la technologie photographique numérique et de la physique. Le plus souvent, les quantités appelées « plage dynamique » ou « signal/bruit » (de la caméra) seraient spécifiées en 20 log dB, mais dans des contextes connexes (par exemple, atténuation, gain, amplificateur SNR ou rapport de rejet), le terme devrait être interprété avec prudence, car la confusion des deux unités peut entraîner de très gros malentendus sur la valeur.

Les photographes utilisent généralement une autre unité logarithmique de base 2, le stop , pour décrire les rapports d'intensité lumineuse ou la plage dynamique.

Suffixes et valeurs de référence

Des suffixes sont généralement attachés à l'unité dB de base afin d'indiquer la valeur de référence par laquelle le rapport est calculé. Par exemple, dBm indique une mesure de puissance relative à 1 milliwatt.

Dans les cas où la valeur unitaire de la référence est indiquée, la valeur en décibels est dite « absolue ». Si la valeur unitaire de la référence n'est pas explicitement indiquée, comme dans le gain en dB d'un amplificateur, alors la valeur en décibels est considérée comme relative.

Cette forme de rattachement suffit au dB est répandue dans la pratique, bien qu'elle soit contraire aux règles promulguées par les organismes de normalisation (ISO et IEC) : Un changement de niveau de 1 dB correspond toujours à un rapport de puissance d'environ 1 : 1,259. Le suffixe indique simplement la méthode de mesure, pas une échelle ou un type d'unité différent. La norme IEC 60027-3 recommande le format suivant : L x (re x ref ) ou comme L x / x ref , où x est le symbole de la grandeur et x ref est la valeur de la grandeur de référence, par exemple L E  (re 1 V/m) = 20 dB ou L E /(1 V/m) = 20 dB pour l' intensité du champ électrique E par rapport à la valeur de référence de 1 V/m. Si le résultat de la mesure 20 dB est présenté séparément, il peut être spécifié à l'aide des informations entre parenthèses, qui font alors partie du texte environnant et non de l'unité : 20 dB (re : 1 V/m) ou 20 dB ( 1 µV/m).

En dehors des documents adhérant aux unités SI, la pratique est très courante comme l'illustrent les exemples suivants. Il n'y a pas de règle générale, avec diverses pratiques propres à chaque discipline. Parfois, le suffixe est un symbole d'unité ("W", "K", "m"), parfois c'est une translittération d'un symbole d'unité ("uV" au lieu de μV pour microvolt), parfois c'est un acronyme pour le nom de l'unité ("sm" pour mètre carré, "m" pour milliwatt), d'autres fois c'est un mnémonique pour le type de quantité à calculer ("i" pour le gain d'antenne par rapport à une antenne isotrope, "λ" pour tout ce qui est normalisé par le longueur d'onde EM), ou sinon un attribut général ou un identifiant sur la nature de la quantité ("A" pour le niveau de pression acoustique pondéré A ). Le suffixe est souvent associé à un trait d'union , comme dans "dB-Hz", ou avec un espace, comme dans "dB HL", ou entre parenthèses, comme dans "dB(sm)", ou sans caractère intermédiaire, comme en "dBm" (ce qui n'est pas conforme aux normes internationales).

Tension

Étant donné que le décibel est défini par rapport à la puissance et non à l'amplitude, les conversions des rapports de tension en décibels doivent être au carré de l'amplitude, ou utiliser le facteur 20 au lieu de 10, comme indiqué ci-dessus.

Un schéma montrant la relation entre dBu (la source de tension ) et dBm (la puissance dissipée sous forme de chaleur par la résistance de 600 Ω )
dBV
dB(V RMS ) – tension relative à 1 volt, quelle que soit l'impédance. Ceci est utilisé pour mesurer la sensibilité du microphone, et également pour spécifier le niveau de ligne du consommateur de -10 dBV , afin de réduire les coûts de fabrication par rapport à l'équipement utilisant un signal de niveau de ligne de +4 dBu .
dBu ou dBv
Tension efficace par rapport à (c'est- à -dire la tension qui dissiperait 1 mW dans une charge de 600 Ω). Une tension RMS de 1 V correspond donc à l' origine en dBv, elle a été changée en dBu pour éviter toute confusion avec le dBV. Le "v" vient de "volt", tandis que "u" vient de l' unité de volume utilisée dans le VU-mètre .
Le dBu peut être utilisé comme mesure de tension, quelle que soit l'impédance, mais est dérivé d'une charge de 600 Ω dissipant 0 dBm (1 mW). La tension de référence provient du calcul où est la résistance et est la puissance.
En audio professionnel , l'équipement peut être calibré pour indiquer un "0" sur les VU-mètres un certain temps après qu'un signal a été appliqué à une amplitude de +4 dBu . Les équipements grand public utilisent généralement un niveau de signal « nominal » inférieur de -10 dBV . Par conséquent, de nombreux appareils offrent un fonctionnement à double tension (avec différents réglages de gain ou de « trim ») pour des raisons d'interopérabilité. Un commutateur ou un réglage qui couvre au moins la plage entre +4 dBu et -10 dBV est courant dans les équipements professionnels.
dBm0s
Défini par la Recommandation UIT-R V.574.; dBmV : dB(mV RMS ) – tension relative à 1 millivolt sur 75 Ω. Largement utilisé dans les réseaux de télévision par câble , où la force nominale d'un seul signal TV aux bornes du récepteur est d'environ 0 dBmV. La télévision par câble utilise un câble coaxial de 75 Ω, donc 0 dBmV correspond à -78,75 dBW (-48,75 dBm) ou environ 13 nW.
dBμV ou dBuV
dB(μV RMS ) – tension relative à 1 microvolt. Largement utilisé dans les spécifications des amplificateurs de télévision et d'antenne. 60 dBμV = 0 dBmV.

Acoustique

L'utilisation la plus courante des "décibels" en référence au niveau sonore est probablement le dB SPL, le niveau de pression acoustique référencé au seuil nominal de l'audition humaine : les mesures de pression (une quantité de puissance racine) utilisent le facteur 20, et les mesures de puissance (par exemple dB SIL et dB SWL) utilisent le facteur 10.

dB SPL
dB SPL ( niveau de pression acoustique ) - pour le son dans l'air et d'autres gaz, par rapport à 20 micropascals (μPa), ou2 × 10 −5  Pa , approximativement le son le plus faible qu'un humain puisse entendre. Pour le bruit dans l'eau et d'autres liquides, une pression de référence de 1 Pa est utilisée.
Une pression acoustique RMS d'un pascal correspond à un niveau de 94 dB SPL.
dB SIL
Niveau d'intensité sonore en dB – par rapport à 10 -12  W/m 2 , ce qui correspond à peu près au seuil de l'audition humaine dans l'air.
dB SWL
Niveau de puissance acoustique dB – par rapport à 10 -12  W.
dBA, dBB et dBC
Ces symboles sont souvent utilisés pour désigner l'utilisation de différents filtres de pondération , utilisés pour approximer la réponse de l'oreille humaine au son, bien que la mesure soit toujours en dB (SPL). Ces mesures se réfèrent généralement au bruit et à ses effets sur les humains et les autres animaux, et elles sont largement utilisées dans l'industrie lors de l'examen des problèmes de contrôle du bruit, des réglementations et des normes environnementales. D'autres variations que l'on peut voir sont dB A ou dB(A) . Selon les normes du Comité électrotechnique international ( IEC 61672-2013 ) et de l'American National Standards Institute, ANSI S1.4 , l'usage préféré est d'écrire L A  = x dB. Néanmoins, les unités dBA et dB(A) sont encore couramment utilisées comme raccourci pour les mesures pondérées A. Comparez dBc , utilisé dans les télécommunications.
dB HL
Le niveau d'audition en dB est utilisé dans les audiogrammes comme mesure de la perte auditive. Le niveau de référence varie avec la fréquence selon une courbe d'audibilité minimale telle que définie dans l'ANSI et d'autres normes, de sorte que l'audiogramme résultant montre un écart par rapport à ce qui est considéré comme une audition « normale ».
dBQ
parfois utilisé pour désigner le niveau de bruit pondéré, en utilisant généralement la pondération du bruit ITU-R 468
dBpp
par rapport à la pression acoustique crête à crête.
dBG
Spectre pondéré G

Électronique audio

Voir aussi dBV et dBu ci-dessus.

dBm
dB(mW) – puissance relative à 1  milliwatt . En audio et en téléphonie, le dBm est typiquement référencé par rapport à une impédance de 600 Ω, ce qui correspond à un niveau de tension de 0,775 volts ou 775 millivolts.
dBm0
Puissance en dBm (décrite ci-dessus) mesurée à un point de niveau de transmission zéro .
dBFS
dB( pleine échelle ) - l' amplitude d'un signal par rapport au maximum qu'un appareil peut gérer avant que l' écrêtage ne se produise. La pleine échelle peut être définie comme le niveau de puissance d'une sinusoïde à pleine échelle ou alternativement d'une onde carrée à pleine échelle . Un signal mesuré en référence à une onde sinusoïdale pleine échelle apparaît 3 dB plus faible lorsqu'il est référencé à une onde carrée pleine échelle, donc : 0 dBFS (onde sinusoïdale pleine échelle) = -3 dBFS (onde carrée pleine échelle).
dBVU
unité de volume dB
dBTP
dB (vrai pic) – amplitude de pic d'un signal par rapport au maximum qu'un appareil peut gérer avant que l'écrêtage ne se produise. Dans les systèmes numériques, 0 dBTP serait égal au niveau (nombre) le plus élevé que le processeur est capable de représenter. Les valeurs mesurées sont toujours négatives ou nulles, car elles sont inférieures ou égales à la pleine échelle.

Radar

dBZ
dB(Z) – décibel relatif à Z = 1 mm 6 m −3 : énergie de réflectivité (radar météorologique), liée à la quantité de puissance émise renvoyée au récepteur radar. Les valeurs supérieures à 20 dBZ indiquent généralement une chute des précipitations.
dBsm
dB(m 2 ) – décibel par rapport à un mètre carré : mesure de la section efficace radar (RCS) d'une cible. La puissance réfléchie par la cible est proportionnelle à son RCS. Les avions "furtifs" et les insectes ont un RCS négatif mesuré en dBsm, les grandes plaques plates ou les avions non furtifs ont des valeurs positives.

Puissance radio, énergie et intensité de champ

dBc
par rapport à la porteuse - dans les télécommunications , cela indique les niveaux relatifs de bruit ou de puissance de bande latérale, par rapport à la puissance de la porteuse. Comparez dBC, utilisé en acoustique.
dBpp
par rapport à la valeur maximale de la puissance crête.
dBJ
énergie par rapport à 1  joule . 1 joule = 1 watt seconde = 1 watt par hertz, donc la densité spectrale de puissance peut être exprimée en dBJ.
dBm
dB(mW) – puissance relative à 1  milliwatt . Dans le domaine radio, dBm est généralement référencé à une charge de 50 Ω, la tension résultante étant de 0,224 volt.
dBμV/m, dBuV/m ou dBμ
dB(μV/m) – intensité du champ électrique par rapport à 1  microvolt par mètre . L'unité est souvent utilisée pour spécifier la force du signal d'une émission télévisée sur un site de réception (le signal mesuré à la sortie de l'antenne est indiqué en dBμV).
dBf
dB(fW) – puissance relative à 1  femtowatt .
dBW
dB(W) – puissance relative à 1  watt .
dBk
dB(kW) – puissance relative à 1  kilowatt .
dBe
dB électrique.
dBo
dB optique. Une variation de 1 dBo de la puissance optique peut entraîner une variation allant jusqu'à 2 dBe de la puissance du signal électrique dans un système à bruit thermique limité.

Mesures d'antenne

dBi
dB(isotrope) – le gain direct d'une antenne par rapport à l' antenne isotrope hypothétique , qui distribue uniformément l'énergie dans toutes les directions. La polarisation linéaire du champ EM est supposée sauf indication contraire.
dBd
dB(dipôle) – le gain direct d'une antenne par rapport à une antenne dipôle demi-onde . 0 dBd = 2,15 dBi
dBiC
dB (isotrope circulaire) – le gain direct d'une antenne par rapport à une antenne isotrope à polarisation circulaire . Il n'y a pas de règle de conversion fixe entre dBiC et dBi, car cela dépend de l'antenne de réception et de la polarisation du champ.
dBq
dB (quart d'onde) – le gain direct d'une antenne par rapport à un fouet quart de longueur d'onde. Rarement utilisé, sauf dans certains supports marketing. 0 dBq = -0,85 dBi
dBsm
dB(m 2 ) – décibel par rapport à un mètre carré : mesure de la surface efficace de l' antenne .
dBm -1
dB(m −1 ) – décibel relatif à l'inverse du compteur : mesure du facteur d'antenne .

Autres mesures

dB-Hz
dB(Hz) – bande passante relative à un hertz. Par exemple, 20 dB-Hz correspond à une bande passante de 100 Hz. Couramment utilisé dans les calculs de bilan de liaison . Également utilisé dans le rapport de densité porteuse/bruit (à ne pas confondre avec le rapport porteuse/bruit , en dB).
dBov ou dBO
dB (surcharge) - l' amplitude d'un signal (généralement audio) par rapport au maximum qu'un appareil peut gérer avant que l' écrêtage ne se produise. Similaire au dBFS, mais également applicable aux systèmes analogiques. Selon la Rec. UIT-T. G.100.1 le niveau en dBov d'un système numérique est défini comme :
,
avec la puissance de signal maximale , pour un signal rectangulaire avec l' amplitude maximale . Le niveau d'une tonalité avec une amplitude numérique (valeur de crête) de est donc .
dBr
dB(relative) - simplement une différence relative par rapport à autre chose, qui est rendue apparente dans le contexte. La différence de réponse d'un filtre aux niveaux nominaux, par exemple.
dBrn
dB au-dessus du bruit de référence . Voir aussi dBrnC
dBrnC
dBrnC représente une mesure de niveau audio, typiquement dans un circuit téléphonique, par rapport à un niveau de référence de -90 dBm, la mesure de ce niveau étant pondérée en fréquence par un filtre de pondération de message C standard. Le filtre de pondération des messages C a été principalement utilisé en Amérique du Nord. Le filtre psophométrique est utilisé à cet effet sur les circuits internationaux. Voir Pondération psophométrique pour voir une comparaison des courbes de réponse en fréquence pour la pondération du message C et les filtres de pondération psophométrique.
dBK
dB(K)  – décibels par rapport à 1  K ; utilisé pour exprimer la température de bruit .
dB/K
dB(K −1 ) – décibels par rapport à 1 K −1 . — pas de décibels par kelvin : utilisé pour le facteur G/T , un facteur de mérite utilisé dans les communications par satellite , reliant le gain d'antenne G à la température équivalente de bruit du système récepteur T .

Liste des suffixes par ordre alphabétique

Suffixes non ponctués

dBA
voir dB(A) .
dBa
voir dBrn ajusté .
dBB
voir dB(B) .
dBc
par rapport à la porteuse - dans les télécommunications , cela indique les niveaux relatifs de bruit ou de puissance de bande latérale, par rapport à la puissance de la porteuse.
dBC
voir dB(C) .
dBD
voir dB(D) .
dBd
dB(dipôle) – le gain direct d'une antenne par rapport à une antenne dipôle demi-onde . 0 dBd = 2,15 dBi
dBe
dB électrique.
dBf
dB(fW) – puissance relative à 1 femtowatt .
dBFS
dB( pleine échelle ) - l' amplitude d'un signal par rapport au maximum qu'un appareil peut gérer avant que l' écrêtage ne se produise. La pleine échelle peut être définie comme le niveau de puissance d'une sinusoïde à pleine échelle ou alternativement d'une onde carrée à pleine échelle . Un signal mesuré en référence à une onde sinusoïdale pleine échelle apparaît 3 dB plus faible lorsqu'il est référencé à une onde carrée pleine échelle, donc : 0 dBFS (onde sinusoïdale pleine échelle) = -3 dBFS (onde carrée pleine échelle).
dBG
Spectre pondéré G
dBi
dB(isotrope) – le gain direct d'une antenne par rapport à l' antenne isotrope hypothétique , qui distribue uniformément l'énergie dans toutes les directions. La polarisation linéaire du champ EM est supposée sauf indication contraire.
dBiC
dB (isotrope circulaire) – le gain direct d'une antenne par rapport à une antenne isotrope à polarisation circulaire . Il n'y a pas de règle de conversion fixe entre dBiC et dBi, car cela dépend de l'antenne de réception et de la polarisation du champ.
dBJ
énergie par rapport à 1 joule . 1 joule = 1 watt seconde = 1 watt par hertz, donc la densité spectrale de puissance peut être exprimée en dBJ.
dBk
dB(kW) – puissance relative à 1 kilowatt .
dBK
dB(K) – décibels par rapport au kelvin : Utilisé pour exprimer la température de bruit .
dBm
dB(mW) – puissance relative à 1 milliwatt .
dBm0
Puissance en dBm mesurée à un point de niveau de transmission nul.
dBm0s
Défini par la Recommandation UIT-R V.574.
dBmV
dB(mV RMS ) – tension relative à 1 millivolt sur 75 Ω.
dBo
dB optique. Une variation de 1 dBo de la puissance optique peut entraîner une variation allant jusqu'à 2 dBe de la puissance du signal électrique dans un système à bruit thermique limité.
dBO
voir dBov
dBov ou dBO
dB (surcharge) - l' amplitude d'un signal (généralement audio) par rapport au maximum qu'un appareil peut gérer avant que l' écrêtage ne se produise.
dBpp
par rapport à la pression acoustique crête à crête.
dBpp
par rapport à la valeur maximale de la puissance crête.
dBq
dB (quart d'onde) – le gain direct d'une antenne par rapport à un fouet quart de longueur d'onde. Rarement utilisé, sauf dans certains supports marketing. 0 dBq = -0,85 dBi
dBr
dB(relative) - simplement une différence relative par rapport à autre chose, qui est rendue apparente dans le contexte. La différence de réponse d'un filtre aux niveaux nominaux, par exemple.
dBrn
dB au-dessus du bruit de référence . Voir aussi dBrnC
dBrnC
dBrnC représente une mesure de niveau audio, typiquement dans un circuit téléphonique, par rapport au niveau de bruit du circuit , la mesure de ce niveau étant pondérée en fréquence par un filtre de pondération de message C standard. Le filtre de pondération des messages C a été principalement utilisé en Amérique du Nord.
dBsm
dB(m 2 ) – décibel par rapport à un mètre carré
dBTP
dB (vrai pic) – amplitude de pic d'un signal par rapport au maximum qu'un appareil peut gérer avant que l'écrêtage ne se produise.
dBu ou dBv
Tension efficace par rapport à .
dBu0s
Défini par la Recommandation UIT-R V.574.
dBuV
voir dBμV
dBuV/m
voir dBμV/m
dBv
voir dBu
dBV
dB(V RMS ) – tension relative à 1 volt, quelle que soit l'impédance.
dBVU
unité de volume dB
dBW
dB(W) – puissance relative à 1 watt .
dBW·m −2 ·Hz −1
densité spectrale relative à 1 W·m −2 ·Hz −1
dBZ
dB(Z) – décibel par rapport à Z = 1 mm 6 m −3
dBμ
voir dBμV/m
dBμV ou dBuV
dB(μV RMS ) – tension relative à 1 microvolt.
dBμV/m, dBuV/m ou dBμ
dB(μV/m) – intensité du champ électrique par rapport à 1 microvolt par mètre .

Suffixes précédés d'un espace

dB HL
Le niveau d'audition en dB est utilisé dans les audiogrammes comme mesure de la perte auditive.
dBQ
parfois utilisé pour désigner le niveau de bruit pondéré
dB SIL
Niveau d'intensité sonore dB – par rapport à 10 -12  W/m 2
dB SPL
dB SPL ( niveau de pression acoustique ) - pour le son dans l'air et d'autres gaz, par rapport à 20 Pa dans l'air ou 1 μPa dans l'eau
dB SWL
Niveau de puissance acoustique dB – par rapport à 10 -12  W.

Suffixes entre parenthèses

dB(A) , dB(B) , dB(C) , dB(D) , dB(G) et dB(Z)
Ces symboles sont souvent utilisés pour désigner l'utilisation de différents filtres de pondération , utilisés pour approximer la réponse de l'oreille humaine au son, bien que la mesure soit toujours en dB (SPL). Ces mesures se réfèrent généralement au bruit et à ses effets sur les humains et les autres animaux, et elles sont largement utilisées dans l'industrie lors de l'examen des problèmes de contrôle du bruit, des réglementations et des normes environnementales. D'autres variations que l'on peut voir sont dB A ou dBA .

Autres suffixes

dB-Hz
dB(Hz) – bande passante relative à un hertz.
dB/K
dB(K −1 ) – décibels par rapport à l' inverse de kelvin
dBm -1
dB(m −1 ) – décibel relatif à l'inverse du compteur : mesure du facteur d'antenne .

Unités associées

mBm
mB(mW) – puissance relative à 1 milliwatt , en millibels (un centième de décibel). 100 mBm = 1 dBm. Cette unité se trouve dans les pilotes Wi-Fi du noyau Linux et les sections du domaine réglementaire.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Tuffentsammer, Karl (1956). "Das Dezilog, eine Brücke zwischen Logarithmen, Dezibel, Neper und Normzahlen" [Le decilog, pont entre logarithmes, décibel, neper et nombres préférés]. VDI-Zeitschrift (en allemand). 98 : 267-274.
  • Paulin, Eugène (1er septembre 2007). Logarithmen, Normzahlen, Dezibel, Neper, Phon - natürlich verwandt! [ Logarithmes, nombres préférés, décibel, néper, phon - naturellement liés ! ] (PDF) (en allemand). Archivé (PDF) à partir de l'original le 18 décembre 2016 . Consulté le 18 décembre 2016 .

Liens externes