Desibel

Desibel (dB), belirli bir referans güç ya da miktar seviyeye olan oranı belirten, genelde ses şiddeti için kullanılan logaritmik ve boyutsuz bir birimdir. Desibel daima iki değer arasındaki karşılaştırmadır. Bunun sonucu olarak da çoğu kez ölçülen güç değeri değişik olmasına rağmen desibel sayısı aynıdır. Desibelin yaygın olarak ses şiddeti birimi olduğu sanılır ama aslında ses şiddeti karşılaştırmalarında da kullanılabilen bir karşılaştırmadır. Telefon kullanılmaya başlandığında ilgili kurumlar bir iletim birimi bulmak/kullanmak sorunu ile karşılaşmışlardı. Doğal olarak o zaman iletim ya da haberleşme denince akla çoğunlukla telefon gelmekte idi.
Bu konudaki ilk öneri, Alexander Graham Bell tarafından telefonun bulunmasından iki yıl sonra 1887'de W. H. Pierce tarafından ortaya atılmıştı. O zaman Amerika ve Avrupa'da kullanılmaya başlanan telefon standartları arasında bir uyum yoktu. Amerikalı ve Avrupalı telefon şirketlerinin kendi kıtaları için daha uygun olacağını düşündükleri ve ısrar ettikleri birkaç birim üzerinde uzlaşmalar oldu. Eylül 1927'de İtalya'da tam olarak bir uzlaşma sağlanamasa da iki adet birim üzerinde karar verildi. Birinci birimde "e" doğal logaritmanın tabanını ve üs kuvvetleri oranını temel alan birim ile 10 sayısının kuvvetleri oranını temel alan birim kaldı. Birinci birimde doğal logaritma kullanıldığı için bulucusu John Napier onuruna "neper" denmesi önerildi. İkinci birimde ondalık logaritma kullanılıyordu ve bu birime de telefonu bulmuş olan Alexander Graham Bell onuruna "Bell" denilmesi önerildi. İşte desibel sözcüğü buradan doğmuş oldu.
Desibel, telefon işletmelerince benimsenmesinden hemen sonra, öbür teknik alanlarda da kullanılmaya başladı. Özellikle akustik ve radyo yayınlarında.
1968'de Arjantin'de toplanan CCITT bu sorunu tamamen hallederek özetle şu kararı verdi: "Bütün uluslar, kendi içinde isterlerse neper kullanmaya devam edecekler. Fakat uluslararası işlemlerde yalnızca desibel kullanılacaktır."
Desibel alışılmışın dışında bir birimdir. O kadar dışındadır ki birçok kişi onun bir ölçü birimi olduğuna dair şüpheye düşer. Elektrik mühendisliğinin geleneksel yaklaşımına dayanan telekomünikasyon ölçü felsefesinin tamamını değiştirdiğinden, desibelin telekomünikasyon ölçü birimi olarak tanımlanması gerçek bir devrim sayıldı. Elektriksel devrelerde gerilim, akım ve güç; volt, amper ve watt'la ölçülür. Bu değerler ölçümün yapıldığı devreye bağlıdır. Desibelin kullanıldığı iletim ve yayılım (propagasyon) ölçülerinde yeni birim, ölçünün yapıldığı devreden bağımsızdır. Örneğin akustik dalga kadar onun elektriksel eş değerini ölçmekte de kullanılır. Bu, desibelin boyutsuz bir sayı olmasındandır. Amper veya volt cinsinden elektriksel ölçmelerde eksi değer, akımın veya gerilimin yönünde bir değişim ifade etmesine rağmen desibel ölçmelerinde eksi değer, sadece ölçülen gücün karşılaştırıldığı güçten küçük olduğunu gösterir.
Desibel daima iki değer arasındaki karşılaştırmadır. Bunun sonucu olarak da çoğu kez ölçülen güç değeri değişik olmasına rağmen desibel sayısı aynıdır. Örneğin bir vericinin gücü 1 W'tan 2 W'a çıkartılırsa, güçteki desibel cinsinden artış;
N=10 log (2/1) = 3 dB
Şimdi elimizde 5 kW'lık bir verici olsa, biz bunun gücünü 10 kW'a çıkartırsak desibel cinsinden artış, güçlerin değişik olmasına rağmen önceki örnekle aynıdır.
N=10 log (10/5) = 3 dB
Bu örneklerden bir sonuç çıkaracak olursak güçteki iki katlık bir artış +3 dB, yarı yarıya azalış ise -3 dB ile ifade edilir.
Görüldüğü gibi desibel bize göreceli (izafi, relatif) sonuçlar verir. Bu yüzden desibel ile ifade edilen sayılarla, aritmetik işlemler yapmak tehlikelidir. Örneğin desibel ile kalibre edilmiş değerler istatistiksel olarak kullanılacaksa, bunlardan örneğin ortalama gibi sonuçlar çıkarılacaksa yönteme dikkat etmek gerekir. Örnek olarak 10 dB ve 20 dB değerlerinin aritmetik ortalamasının 15 dB olduğu görülebilir. Gerçekte biraz dikkat edilirse 10 dB'in belirtilmiş seviyeden 10 kat büyük bir niceliği, 20 dB'in ise 100 kat büyük bir niceliği ifade ettiği görülecektir. Gerçek aritmetik ortalama;
(10+100)/2=55'tir.
ya da desibel olarak;
10log10 55=17,4 dB'dir.
Logaritmik tabanlı olması nedeniyle desibel ile ifade edilen değerlerin küçük olması desibelin bir üstünlüğüdür. Örneğin diğerinden 1.000.000 kere daha büyük olan bir güç desibel olarak 60 dB olarak ifade edilir.
Desibelin diğer tipik bir özelliği sıfır değerinin anlamıdır. Bütün ölçü birimlerinde sıfır, ölçülen niceliğin yokluğunu gösterir. Örneğin bir devrede giriş ve çıkış güçleri birbirine eşit olacak olursa;
N=10log10 (P1/P2)
P1=P2 olursa P1/P2=1 olur ve N=0 olacaktır.
0 dB bize farklı bir kavramı da getirir. 0 dB ile ifade edilecek herhangi bir güç seviyesi bize dayanak "referans" seviyesi oluşturur.
İletişimde seviye kavramı gibi desibelin kullanılışıyla yakından ilgili başka bir kavram da kazanç veya kayıptır. Bunlar şu şekilde tanımlanabilir: Güçleri P1 ve P2 olan, 1 ve 2 noktaları arasındaki iletim birimi cinsinden P2/P1 ve P1/P2 olarak ifade edilen güç artışı veya azalışıdır. Örneğin bir devreye bir güç yükselteci sokulduğunda çıkış gücü giriş gücüne göre daha büyüktür; yani kazanç vardır. Aksine bir filtre sokulduğunda da girişteki sinyal gücü çıkıştakine göre daha büyüktür; yani kayıp vardır. Bazı devrelerde gerilim için kayıp, güç için kazanç vardır. Kollektörü topraklı devre olan bir tampon devrede çıkış gerilimi giriş geriliminden küçük olmasına rağmen çıkış gücü giriş gücünden daha büyüktür. Sonuç olarak desibel karşılaştırdığımız büyüklüklerin ölçüm sırasına göre kazanç ya da kayıp olarak yorumlanabilir.
Elektronikte çoğunlukla bir devrenin girişinden çıkışına doğru ölçme yapıldığı düşünülürse; aşağıdaki formül uygulamalarının sonuçları pozitif çıkarsa kazançtan, negatif çıkarsa kayıptan söz edebiliriz.
N=10 log10 (Pçıkış/Pgiriş)
N=20 log10 (Eçıkış/Egiriş)
Desibele pascal cinsinden bakacak olursak;
0,00002 Pascal ------------------- 0 dB SPL (Sound pressure level) == Duyma eşiği (Threshold of hear)
0,0002 Pascal ------------------- 20 dB SPL == Fısıltı
0,002 Pascal --------------------- 40 dB SPL == Oda (gece)
0,02 Pascal ----------------------- 60 dB SPL == Konuşma
0,2 Pascal ------------------------- 80 dB SPL == Sokak (gürültülü)
2 Pascal -------------------------- 100 dB SPL == Fabrika (gürültülü)
20 Pascal ------------------------ 120 dB SPL == Rock müzik provası
200 Pascal ---------------------- 130 dB SPL == Acı eşiği (Threshold of pain)