dB(Decibel) 해설
◎ dB(deciBel)
Bel : 알렉산더 그레엄 벨의 이름에서 유래. 전기적, 음향적 혹은 다른 전력비의 상용로그 값
정의 :
Bel = log10(Pout/Pref)
dB : Bel의 값이 너무 작아 사용편의상 10배 한 것
정의 :
dB = 10Bel = 10log10(Pout/Pref)
*원래 dB는 전화회선에서 송신측과 수신측 사이의 전력손실을 표시하기 위해 고안된 것임.
사람의 청각이나 시각은 물리량(빛과 소리의 세기)이 어떤 규정레벨의 2배가 되면 약 3dB(10log2)증가, 10배가 되면 10dB(10log10)증가, 100배가 되면 20dB (10log102)가 증가한 것으로 나타난다.
위에서 알 수 있는 것은 입력되는 물리량이 10배일 때 10dB이지만, 100배가 되면 20dB로 dB값은 단지 2배가 증가할 뿐이라는 것이다. 이것은 입력되는 물리량이 기하학적으로 늘어날 때, 사람이 느끼는 감각은 대수적으로 늘어난다는 것을 말하는 것이다. 따라서 대수의 값은 인간에게 있어, 소리의 세기를 표현하는데 대단히 편리한 값으로 사용되고 있다.
그런데 dB가 원래의 전력비교외에 음압이나 전압, 전류 등의 진폭량 비교에 쓰일 경우, 계산식은 각각의 기준전압을 Vref, 출력전압을 Vo로 하여 이 비교의 값의 제곱이 전력에 비례하므로
dB = 10log(Vo/Vref)2
= 20log(Vo/Vref)
이 되므로 전압은 전력의 2배 값이 된다. 즉 전력에서 10배는 10dB인테 전압에서 10배는 20dB가 된다. 또 전력을 3dB 올린다는 것은 전력을 2배한 것을 의미하지만, 전압에서는 6dB를 올린다는 것이 전압을 2배로 한다는 것을 의미한다. 음압이나 전류에 관해서도 전압과 동일하다. 이 관계를 표1에 보였다.
표1. 전력과 전압과의 관계
비율(배) |
전력(dB) |
전압·음압·전류(dB) |
0.01(1/100) |
-20 |
-40 |
0.1(1/10) |
-10 |
-20 |
0.5(1/2) |
-3 |
-6 |
1 |
0 |
0 |
2 |
3 |
6 |
3 |
4.75 |
9.5 |
4 |
6 |
12 |
5 |
7 |
14 |
6 |
7.78 |
15.5 |
7 |
8.45 |
17 |
8 |
9 |
18 |
9 |
9.5 |
19 |
10 |
10 |
20 |
100 |
20 |
40 |
1000 |
30 |
60 |
예1) "이 오디오 콘솔의 최대출력은 1mW기준으로 +20dB이다."
이것은 dB관계식에서 10배가 10dB이고 100배가 20dB이므로, 1mW의 100배인 100mW까지의 출력이 가능하다는 의미이다.
◎ dBm(deciBel mW)
dBm이라는 용어는 항상 1mW를 기준으로 하는 전기 파워 레벨을 표현한다. (즉 0dBm=1mW, dB는 Watt단위/ dBm은 밀리와트 단위)
이 용어가 처음 고안되었을 때 dBm으로 측정된 전형적인 회로는 600Ω의 전화선에 1mW의 전력을 주었을 때 양 끝의 전압(0.775V)으로 표시하거나 dBm으로 표시한다. 오디오에서 자주 사용되는 규준은 다음과 같다.
dBV ---- 0 dB = 1V
dBm ---- 0 dB = 1mW 또는 0.775V
dBW ---- 0 dB = 1W
예2) "콘솔의 최대 출력 레벨은 +20dBm이다."
이것은 앞의 예1과 같은 내용을 보다 적은 단어로 표현하고 있다. "최대 출력 레벨은100mW이다"라고 말하는 대신 "+20dBm이다"라고 말한 것이다.
예3) "믹서의 최대 출력 레벨은 600Ω 부하시 +20dBm이다."
이것은 예1과 같은 내용이나 부하가 600Ω이라는 부가적인 정보를 제공하며, 비록 출력 전압 이 지시되어 있지 않지만 그 부하로 가는 출력 전압이 7.75Vrms(전압이므로 0.775V의 10배)임을 계산하는 것이 가능하다. 또, 지금까지의 dBm과 구별하기 위해서 dBv와 dBu로 표시하는 경우도 있다.
* 사실, 오늘날 'dBm'이 사용되는 경우는 대형 SR시스템이나, 멀티-스튜디오 방송제작사 등에서 아주 긴 케이블을 끌어 쓸 수 있게 할 때 뿐 인데, 이런 곳에서는 유도된 노이즈와 고주파 손실에 대한 자화율을 줄이기 위해 실제 600Ω 평형회로가 필수적이다.
◎ dBu(deciBel unload)
dBu는 dBm이라는 파워비를 표시하는 용어를 입력전압이나 출력전압을 표시하기에 적절한 용어로 표현한 것이 dBu이다. 0dBu는 0.775V이다.
dBm과의 차이는 dBm은 600Ω의 부하를 기준으로 하지만 dBu는 부하와는 무관하다. 따라서 dBu로 표현된 전압은 오직 600Ω의 부하에서 유도되었을 때만 dBm값과 동일하다.
예4) "콘솔의 최대 출력 레벨은 10kΩ, 혹은 그 이상의 임피던시 부하시 +20dBu이다."
이것은 앞의 예3)에서 계산한 대로 콘솔의 최대 출력이 7.75V(전압이므로 20dB는 0.775V의 10배)임을 말해주지만 한가지 중요한 차이가 있다. 예3)의 출력은 600Ω의 단자로 연결되면,전압출력은 떨어지고, 디스토션을 증가해서 망가지고 말 것이라고 예측할 수 있다. 이것은 하한이 10kΩ으로 지정된 부하 임피던스이기 때문에 더 낮은 600Ω의 임피던스를 가진 소자와의 연결은 출력으로부터 더 많은 파워를 끌어들이게 되고, 회로가 감당하지 못할 정도의 파워를 가지고 흐르게 되어 디스토션 혹은 컴포넌트 고장의 결과를 낳을 수 있는 것이다.
◎ dBV와 dBv(deciBel V)
dBv는 0.775V를 영점으로 부하 600Ω의 회로를 기준으로 하며, dBV는 회로의 임피던스에 관계없이 교류신호의 전압레벨을 나타내기 위해 사용하는 단위로 1V를 영점기준으로 한다.(즉 0dBv=0.775V, 0dBV=1Vrms)
예5) 공칭출력 레벨은 +4dBV이다.
(20logVo/Vref=4dBV에서 Vo=1.584Vrms를 전송)
예6) 공칭출력 레벨은 +4dBv이다.
(20logVo/Vref=4dBv에서 Vo=0.775x1.584Vrms=1.23Vrms전송)
예7) 공칭출력 레벨은 +4dBu이다.
(예6과 동일한 1.23Vrms값을 지칭, 현재 많이 사용함)
* dBV를 dBu혹은 (600Ω의) dBm으로 바꾸려면 dBV값에 2.2dB를 더하면 된다. 그것은 1Vrms 전압일 때 dBV는 0이며 dBu나 dBm은 2.2이기 때문이다. 표2참조
* 라인 레벨 포노잭 입출력 - dBV사용(1W기준)
* XLR커넥터 출력레벨- dBm사용(1mW기준, dBu로 충분하나 관습적으로 사용)
표2. dBV와 전압, dBu사이의 관계
dBV레벨 |
전압(Vrms) |
dBu나 dBm레벨 |
+4.0 |
1.6 |
+6.2 |
+1.78 |
1.23 |
+4.0 |
0.0 |
1.00 |
+2.2 |
-2.2 |
0.775 |
0.0 |
-6.0 |
0.5 |
-3.8 |
-8.2 |
0.388 |
-6.0 |
-10.0 |
0.316 |
-7.8 |
-12.0 |
0.250 |
-9.8 |
-12.2 |
0.245 |
-10.0 |
◎ dBW(deciBel W)
출력을 표시하기 위해 1W(와트) 전기 파워를 기준으로한 데시벨 단위. 0dBW=1W
예8) 이 앰프의 출력은 100W이다. (식에서10log(100/1)=20dB앰프와 동일)
◎ dBSPL(deciBel Sound Pressure Level : 음압레벨)
음압 레벨을 나타내는 단위.
정의 :
dBSPL = 20log(Pout/Pref)
0dBSPL은 1kHz∼4kHz사이의 위에 가장 민감한 영역으로 청각임계(Threshold)로 정의되며, 그 값은 20마이크로 파스칼로 사람이 1kHz주파수로 들을수 있는 최약음을 의미한다. dBSPL은 음압이 인지된 소리 크기와 직접적으로 연관이 있기 때문에 자주 사용되며, 측정도 쉽다.
◎ dBPWL(deciBel Sound Power : 음향파워)
데시벨 단위에 음향W를 사용하면, 그곳의 dB값은 dBPWL(데시벨,음향파워)로 간주될수 있다. 하지만 dBPWL과 dBW사이에 정의된 관계는 아무것도 없다. dBPWR는 음향파워를 표시하고 dBW는 전기파워를 표시할 뿐이다.
정의 :
dBPWL = 10log(Pout/Pref)
◎ dBrs(deciBel rs)
데시벨로 표시한 음성 방송신호에 관한 상대(전력)레벨. 이 단위는 음성 방송회선에서 단순 기준요소에 의해 신호를 입력에 관련시킬 수 있는 점에서만 적용할 수 있다.
◎ dB/oct(deciBel per Octave)
음정을 1옥타브 오르내렸을 때의 신호 레벨과 원래의 신호 레벨을 비교할 때 사용되는 단위로서 특히 특성을 나타낼 때 사용
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