Desibeli

Desibeli (tunnus dB) on dimensioton yksikkö, joka vertailee tehosuureiden suhteita logaritmisella asteikolla. Sitä käytetään tavallisimmin kahden signaalin välisen tehosuhteen ilmaisuun sekä vahvistimen tai vaimentimen vaikutuksen ilmaisemiseen. Desibeli ei kuulu SI-järjestelmään, mutta Kansainvälinen paino- ja mittakomitea on suositellut sen lisäämistä järjestelmään.
Siinä, missä prosentit ilmaisevat mitan suhteen vertailukohtaansa osamäärän avulla,
desibeli on logaritminen ja tehosuureille pätee:
Alun perin Bell Telephone Laboratoryssa Yhdysvalloissa käytettiin yksikköä TU (transmission unit), mittaamaan esimerkiksi sähkövirran tai jännitteen tehoa vertailuarvoon nähden mutta 1923 tai 1924 yksikkö nimettiin laboratorion perustajan Alexander Graham Bellin mukaan beliksi, bel (B).
Koska beli oli ”liian suuri” arkikäyttöön, tuli sen kymmenesosasta, desibelistä (dB eli 0,1 B) suositumpi.

Akustiikassa

Akustiikassa desibeliä käytetään äänenvoimakkuuden yksikkönä valittuun vertailuarvoon nähden.
Ihmisaistit ovat yleensä logaritmisia, niin kuuleminenkin. Se tarkoittaa, että äänenpaineen kymmenkertaistuminen tuntuu aina yhtä suurelta muutokselta: kasvu sadasta tuhanteen tuntuu yhtä suurelta kuin kasvu kymmenestä sataan. Ihmiskorvalle logaritminen desibeliasteikko siis sopii paremmin kuin pascal-asteikko. Koska äänen teho on verrannollinen äänenpaineen neliöön, äänenpaineen kasvaminen kymmenkertaiseksi vastaa äänen tehon satakertaistumista eli kahdenkymmenen desibelin (2 belin) nousua. Äänenpaineen satakertaistuminen vastaa äänenvoimakkuuden 40 dB kasvua ja äänenpaineen tuhatkertaistuminen 60 dB kasvua jne.
Äänenvoimakkuuden desibelilukema ilmaisee mitatun äänen tehon suhteessa valittuun vertailuarvoon, joka usein on 20 μPa äänenpainetta vastaava teho. Tätä pidetään yleisenä inhimillisenä kuulokynnyksenä. 20 mikropascalin paine tarkoittaa 2 · 10⁻⁵ newtonin voimaa neliömetrillä, mikä on suunnilleen sama kuin kahden kilon paino neliökilometrillä. Ääni on suunnilleen se, mikä lähtee hyttysestä, joka lentää kolmen metrin päästä. Kaavaan sijoitettuna tällainen äänenpaineeltaan 20 μPa hyttysen ääni on siis voimakkuudeltaan nolla desibeliä.
Melumittauksissa käytetään yleensä eri taajuuksia eri tavoin painottavia suodatuksia. Tällä painotuksella pyritään kuvaamaan tarkemmin äänen vaikutusta ihmiseen. Yleisin on ns. A-suodatin, jolloin melutason mittaukseen käytetään merkintää dB (A). Toinen yleinen taajuuspainotus on C-suodatin. On esitetty, että pieni- eli matalataajuisen melun mittaukseen pitäisi käyttää C-taajuuspainotusta eikä A-painotusta. On oletettu, että C-painotettu taso antaisi paremmin äänekkyyttä ja haittoja luokittelevan lukeman kuin A-painotettu taso.
Melutasossa jokainen kymmenen desibelin (1 belin) nousu tarkoittaa äänen energian kymmenkertaistumista.
Äänen intensiteettimittauksissa desibelin vertailuarvona voi olla myös 1 pW. Tällöinkin jokainen kymmenen desibelin (= 1 beli) nousu tarkoittaa äänen tehon kymmenkertaistumista.

Elektroniikassa

Elektroniikassa desibeliä käytetään yleisesti paitsi tehon myös jännitteen ja virran suhteiden ilmoittamiseen. Jännitteitä (tai vastaavasti virtoja) verrattaessa on huomattava, että teho on verrannollinen jännitteen neliöön ja jännitesuhdetta vastaavan tehosuhteen logaritmi saadaan kertomalla jännitesuhteen logaritmi kahdella. Jännitteen (tai virran) kymmenkertaistuminen vastaa siten tehon satakertaistumista eli 20 dB vahvistusta.
Radiotekniikassa dBm tarkoittaa desibelimäärää suhteessa milliwattiin. Tätä yksikköä käytetään erityisesti ammattielektroniikassa, kuten radiopuhelimissa. Vastaanottimen herkkyys saattaa olla esim. −105 dBm. Yhden milliwatin teho on 0 dBm. +30 dBm teho vastaa siis 1 000 mW eli yhden watin tehoa. Vastaavasti dBW tarkoittaa desibelimäärää suhteessa wattiin.
dBf tarkoittaa ’desibeliä femtowattiin verrattuna’. Vertailukohteena on siis 10⁻¹⁵ W teho. Ero dBm-yksikköön on −120 desibeliä. 1 fW eli 0 dBf on siis −120 dBm ja vastaavasti 1 mW eli 0 dBm on +120 dBf. Yksikköä käytetään ilmaisemaan vastaanottimen herkkyyttä viihde-elektroniikan laitteissa, esim. stereovirittimissä. Syynä lienee se, että näin saadaan mainoksiin suuria positiivisia lukuja, jotka näyttävät asiantuntemattoman asiakkaan silmissä paremmalta kuin negatiiviset dBm-luvut. Tyypillinen virittimen herkkyys saattaa olla esim. +50 dBf, kun se dBm-lukemana olisi −70 dBm.
dBμV tarkoittaa desibelimäärää suhteessa mikrovolttiin. Tätä käytetään esimerkiksi yhteisantenniverkoissa ilmaisemaan antenniliittimeltä saatavaa jännitettä.