דציבל

דציבל (באנגלית: Decibel) היא יחידת מידה חסרת ממדים המשמשת להשוואה בין שני משתנים פיזיקליים, בדרך כלל רמות הספק חשמלי. שם היחידה נגזר מהתחילית "דצי" (מ-decimus, בלטינית: עשירית) ו"בל", על שם אלכסנדר גרהם בל. את הדציבל מסמנים באותיות dB. יחידה הזו משמשת לביטוי יחס, והיא משווה שתי רמות הספק בסקאלה לוגריתמית לפי בסיס 10, כלומר, מודדת את הלוגריתם לפי בסיס 10 של היחס בין שני הספקים. גידול של בל אחד פירושו לפיכך גידול של פי 10 בהספק. בנוסחה מבטאים זאת R = log 10 ⁡ ( P 1 / P 2 )   B {\displaystyle R=\log _{10}(P_{1}/P_{2})\ {\mbox{B}}} , כאשר P 1 {\displaystyle P_{1}} ו- P 2 {\displaystyle P_{2}} הן רמות הספק ו-R הוא היחס ביניהן ביחידות בל. בל היא יחידת מידה גדולה למדי לרוב השימושים, ולכן מקובל יותר השימוש בדציבל, השווה לעשירית הבל: R = 10 log 10 ⁡ ( P 1 / P 2 )   dB {\displaystyle R=10\log _{10}(P_{1}/P_{2})\ {\mbox{dB}}} . עלייה של 10 דציבל (בל אחד) שקולה לגידול של פי 10 בהספק. עלייה של 20 דציבל משמעה הגברת ההספק פי 100, של 30 דציבל פי 1,000 וכן הלאה. עלייה בדציבל אחד משקפת גידול פי 10 10 ≈ 1.259 {\displaystyle {\sqrt[{10}]{10}}\approx 1.259} בהספק. עלייה של   10 log 10 ⁡ ( 2 ) ≈ 3.01 {\displaystyle \ 10\log _{10}(2)\approx 3.01} דציבל משקפת גידול פי שניים בהספק. היחידה הוגדרה במעבדות בל בשנת 1923 או 1924, ושמה נקבע לכבוד מייסד המעבדות וחלוץ התקשורת, אלכסנדר גרהם בל. השימוש העיקרי בדציבל בחיי היומיום הוא למדידת עוצמת הקול, שהוא הלחץ הדינמי של האוויר. באקוסטיקה מודדים את הלחץ בהשוואה ללחץ של 20 מיקרופסקל, שנחשב לסף השמיעה. ללחץ זה מקובל לקרוא רמת לחץ הקול (Sound Pressure Level), ובראשי תיבות: SPL. עוצמת הקול הנמדדת ביחס ללחץ זה נמדדת ב-dBSPL, אך מקובל לכתוב רק "דציבל" או dB. לפי הגדרה זו, לחץ דינמי של פסקל אחד הוא רמת קול של 94 דציבל. טווח השמיעה של האדם הוא החל מ-0 דציבל ועד ל-140 דציבל (סף הכאב). עוצמות קול אופייניות הן: 0 דציבל - עוצמת הקול הנמוכה ביותר בה אדם יכול להבחין, מוגדר ככמעט שקט מוחלט 10 דציבל - נשימה נורמלית 30 דציבל - לחישה 60 דציבל - שיחה רגילה 90 דציבל - רכבת תחתית 110 דציבל - בכי תינוק, צעקה חזקה, מוזיקה רועשת 140 דציבל - מנוע מטוס סילון ממרחק 30 מטר 165 דציבל - רובה ציד (ממרחק 0) 170 דציבל - רימון הלם 204 דציבל - שיגור טיל סטורן 5 197 דציבל - רעש הפיצוץ המוערך של אירוע טונגוסקה במרחק שלושה מייל (כ-4.6 קילומטר) 310 דציבל - רעש הפיצוץ המוערך של ההתפרצות השלישית של הר הגעש קרקטואה ב-27 באוגוסט 1883, באזור הפיצוץ רמת קול של 0 דציבל מוגדרת לפי סף השמיעה של אדם אופייני. בנוסף מוגדרים סף התחושה וסף הכאב. סף התחושה מוגדר בעוצמה של כ-125 דציבל; בעוצמה זו מתחילים להרגיש צרימה או אי נעימות כלשהי באוזניים, אשר עלולה לגרום לכאבי ראש ולכאבי אוזניים. סף הכאב הוא בעוצמה של כ-140 דציבל; בעוצמה זו חש השומע כאב רב באוזניו, והשמיעה מתחילה להיפגם. החוק הישראלי מתיר חשיפה מקסימלית של 8 שעות לרעש בעוצמה של 85 דציבל. במקומות עבודה חל איסור להעסיק עובדים ברעש שהוא למעלה מ־85 דציבל ללא אמצעי הגנה ראויים. החוק הישראלי למניעת מפגעי רעש בבתי מגורים: בשעות הלילה - הרעש המקסימלי המותר עד 30 דקות הוא 45 דציבל, ולפרק זמן מעל 30 דקות 40 דציבל. בשעות היום - הרעש המקסימלי המותר עד 2 דקות הוא 80 דציבל, ולפרק זמן עד 3 שעות 60 דציבל. בדציבל משתמשים במגוון תחומים נוספים במדע ובטכנולוגיה, לרוב ביישומים שבהם נדרש תחום דינמי רחב. כאשר גודל מסוים נמדד באופן לוגריתמי (יחסית לגודל מוסכם), כלומר בדציבל, מקובל להצמיד את התחילית dB לפני האות המייצגת את הגודל הנמדד. כך למשל, dBV משמשת במדידת מתח חשמלי. במיוחד במתחים נמוכים מאוד מקובל למדוד בדציבל של וולט במקום בוולט. מכיוון שהדציבל הוא לוגריתם של יחס הספקים, וההספק החשמלי פרופורציוני לריבוע המתח, הנוסחה בה משתמשים במקרה זה היא   dBV = 10 log 10 ⁡ ( P 1 / P 2 ) = 20 log 10 ⁡ ( V 1 / V 2 ) {\displaystyle \ {\mbox{dBV}}=10\log _{10}(P_{1}/P_{2})=20\log _{10}(V_{1}/V_{2})} . התוצאה היא ביחס להספק שיוצר מתח של וולט אחד. שימוש נפוץ בדציבל הוא במדידות של הספקים בתחומי הנדסת רדיו, מיקרוגל, או רשתות סיב-אופטיות, להצגה נוחה בתחום ערכים רחב. בדרך כלל משתמשים ביחידה dBm, שמוגדרת כדציבל בהשוואה לאות ייחוס שהספקו מיליוואט (mW) אחד: P ( d B m ) = 10 log 10 ⁡ P ( m W ) 1 m W {\displaystyle P_{\mathrm {(dBm)} }=10\log _{10}{\frac {P_{\mathrm {(mW)} }}{1\,\mathrm {mW} }}} . השימוש בדציבל מאפשר לבטא גם ערכים מאוד גבוהים וגם ערכים מאוד נמוכים בצורה יעילה, וכן להשתמש בחיבור במקום בכפל בחישובי הספק בהם מעורבים הגברה, ניחות, שבח אנטנה, וגורמים דומים, תוך שימוש בסקאלה לוגריתמית. כאמור, הערך 10 דציבל מבטא יחס של 1 ל-10, ולכן ‎ 10 dBm שקולים להספק של ‎ 10 mW, ו-‎-10 dBm שקולים להספק של ‎ 0.1 mW. שימוש דומה הוא בתחומי אפנון משרעת ובמדידות איכות של מעגלים ואותות חשמליים, בהם היחידה dBc מבטאת הספק בתדר מסוים בהשוואה להספק ידוע של הגל הנושא. יחידות מידה על שם אישים דציבל, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) Top Loudest Sounds Ever, סרטון באתר יוטיוב (אורך: 9:12) https://science.howstuffworks.com/question124.htm Boddy, Jessica (3 בפברואר 2020). "Ranked: the loudest sounds ever measured". Popular Science. {{cite journal}}: (עזרה) קיימות הערכות שונות לעוצמת הפיצוץ במרחקים שונים. ראו הערה, וכן Justin M. Oliveira, Sabrina Vedo, Michael D. Campbell, Joseph P. Atkinson. KSC VAB Aeroacoustic Hazard Assessment.{{cite conference}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)