Topics from Around the World／ところで、デシベルとは?｜2021年6月号 - 月刊FBニュース　アマチュア無線の情報を満載

Topics from Around the World

ところで、デシベルとは?

月刊FB NEWS編集部抄訳

私たちアマチュア無線家が何らかの信号レベルを扱うとき、またそのレベルの大きさを語るとき、デシベルの表記なくしては語れないほどデシベルは重要な要素となっています。月刊FB NEWSでも以前、dB(デシベル)のお話として記事を掲載しました。さらにdBmについてのお話も同様に掲載しました。今回、Wireless Institute of Australia(WIA)の機関誌「Amateur Radio」のVolume 88(2020年No.3)にこのデシベルのことが分かりやすく説明されていましたので、著者の許可を得てその抄訳をここでご紹介いたします。

Dude! What is it with these decibels?
著者: Phil Wait VK2ASD

Shakespeare had Hamlet ask the eternal question: dB or not dB? Phil Wait VK2ASD sheds some light, or maybe sound, on the decibel.

オーディオ、通信、エンジニアリング、あるいは信号処理技術を扱うような場合、2つの電力あるいは電圧、電流、電界強度、音圧などの強さの比率を示すデシベル(dB)という用語によく遭遇します。

デシベルは、もともとは電話網の信号を測定するために、米国のベルシステムによって考案されました。対数目盛に基づいているため、非常に便利な指標を示すことができます。例えば広い範囲内の小さな変化を示したり、あるいは非常に大きなレベル差を数字で扱えるように凝縮したりすることができます。人間の視覚と聴覚は、目や耳に入ってくる光の強さや音の大きさに対してほぼ対数的に感じます。これからするとデシベルも光と音の人間に対する知覚によく関係しています。

デシベルは、増幅器のゲイン、減衰器による損失、形状係数などの値の変化を記述するのに便利な方法であるため、さまざまな電子機器、通信、および音響工学のアプリケーションで使用されます。たとえばフィルターのシェイプファクタ、アンテナの効率、信号のS/N、あるいは受信機のノイズファクタ、さらには比較対数目盛が適切な事象などです。デシベルには、+dBや-dBといった正または負の符号を付けることができます。

電力としてのデシベル

2つの電力あるいは音の強さの比を表す場合、その式は次のようになります。

dB = 10 log (P1/P2)

電力の10倍の変化は10dBの変化となり、100倍は20dB、1000倍は30dBとなります。電力を2倍にすると+3dBになり、電力を半分にすると-3dBになります。これらはこういった記事の中に頻繁に出てきます。

1dBの音の強さの変化は、電力では26%の増減、また電圧であれば12%の増減となりますが、この増減は人間の耳にはほとんど感じません。たとえば、80Wのオーディオアンプと100Wのオーディオアンプの違いは、数字の上での電気仕様はその増加に価値があるように見えますが、それを介して再生される音楽を聴いてもおそらくは、その20Wの差は感じないと思います。よりパワフルなアンプを購入したいのであれば出力は少なくとも元の4倍にしなければその効果が見えないと思います。

電圧比または電流比としてのデシベル

2つの電圧または音圧の比率を表す場合の式は次のとおりです。

dB = 20 log (V1/V2)

電圧の10倍の変化は、デシベルでは20dBの変化に対応し、100倍は40dB、1000倍は、60dBとなります。電圧を2倍にすると+6dB、電圧を半分にすると-6dBになります。これもよく出てくるレベルとデシベルの関係です。

電圧/電流と電力のいずれかがXdB増加すると、同じXdBの電力の増加となるため、電圧/電流と電力のデシベルを求める際の10と20の乗数は非常に便利です。電圧と電流の両方がXdB増加すると、電力は2XdB増加します。デシベルを使用すると、回路の各部分でのゲインやロスなど、非常に大きいレベルや非常に小さいレベルを簡単に加算または減算で計算することができます。

このブロック図は、回路の全体的なパフォーマンスを設定する際の各段階でのゲインとロスをデシベルで示しています。

絶対値を表すデシベル

これまでの説明では、デシベルは2つのレベルの比率であると述べました。デシベルは、ある信号の振幅を基準レベルよりも上または下として、それをデシベルで記述することにより、絶対値を示すこともできます。たとえばdBmは1mWを基準とした電力のデシベル比であり、mW(ミリワット)が元来有線電話でよく使用されていた信号レベルであることに由来します。この定義は広く使用されており、基本的な回路から通信システムまで、すべてを理解するための重要な要素です。

一般的によく使用されるdB表記をこの表にリストアップします。