Điều đó có nghĩa gì khi tín hiệu có biên độ dưới 0 dB?

Tôi là một nhà phát triển phần mềm (sử dụng các ngôn ngữ cấp cao như .NET, C, C ++, v.v.) cố gắng hiểu cách máy tính hoạt động ở mức thấp hơn.

Tôi hiểu rằng biên độ luôn dương bởi vì nó được tính theo (trên cùng) / 2. Tuy nhiên, tôi không hiểu biên độ âm thực sự là gì, nghĩa là gì nếu sóng giảm xuống dưới mức cân bằng (0).

Các giá trị âm xuất hiện khó hiểu được tính bằng decibel (dB).

Đây có lẽ là một câu hỏi vật lý nhiều hơn nhưng tôi đang cố gắng để hiểu các mạch tương tự.

Một decibel ( ) là một cách để thể hiện tỷ lệ. Hầu hết các ứng dụng thực tế của decibel là đo lường một số thứ liên quan đến một số thứ khác. Số decibel âm cho thấy rằng vật được đo ít hơn vật tham chiếu.$dB$

Hãy xem xét như một ví dụ , một đơn vị đo công suất so với . Như vậy:p 1 m $dBm$$p$$1mW$

$P_{dB} = 10 \log_{10}\left(\dfrac{p}{1mW}\right)$

Vậy 1mW là:

$10 \log_{10}\left(\dfrac{1mW}{1mW}\right) = 10 \log_{10}(1) = 0 dBm$

Những gì về ?$100mW$

$10 \log_{10}\left(\dfrac{100mW}{1mW}\right) = 10 \log_{10}(100) = 20 dBm$

Còn thì sao?$2\mu W$

$10 \log_{10}\left(\dfrac{2\mu W}{1mW}\right) = 10 \log_{10}(0.002) \approx -26.99 dBm$

Khi chúng ta đang xem xét một cái gì đó như điện áp, thông thường sẽ xem xét tỷ lệ bình phương của các giá trị, bởi vì công suất tỷ lệ với bình phương biên độ. Ví dụ: trên tải là , nhưng nếu điện áp là 2V thì . Tôi nghĩ rằng đây là một quy ước khó khăn và nếu bạn muốn số đo của mình được biểu thị bằng decibel giống như sức mạnh, thì bạn nên đo sức mạnh. Nhưng, đó là quy ước và có lẽ bạn có thể đổ lỗi cho các kỹ sư đã phát triển mạng điện thoại.$1V$$1\Omega$$(1V)^2 / 1\Omega = 1W$$(2V)^2 / 1\Omega = 4W$

Dù sao, hãy xem xét , sử dụng 1V làm tham chiếu. Đây là một ví dụ với :$dBV$$1V$

$10 \log_{10}\left(\dfrac{(1V)^2}{(1V)^2}\right) = 20 \log_{10}\left(\dfrac{1V}{1V}\right) = 20 \log_{10}(1) = 0 dBV$

Lưu ý rằng thay vì bình phương cả hai điện áp trong phân số, chúng ta có thể nhân logarit với 2. Hai cái này tương đương về mặt toán học, nhưng nhân với 2 thì dễ hơn bình phương.

$20 \log_{10}\left(\dfrac{120V}{1V}\right) = 20 \log_{10}(120) \approx 41.58 dBV$

$20 \log_{10}\left(\dfrac{3mV}{1V}\right) = 20 \log_{10}(0.003) \approx -50.47 dBV$

Mức cho một cái gì đó giống như sóng hình sin thường được đưa ra là giá trị RMS (Root có nghĩa là bình phương), mà (đối với sóng hình sin) là 0,707 của giá trị đỉnh.

Ví dụ, điện áp nguồn 240VAC thực tế là (1 / 0,707) * 240V = 340V cực đại đến cực đại - RMS được sử dụng vì đây là tương đương với công suất giá trị DC (tức là 240VDC sẽ cung cấp cùng công suất với 340VAC pk-pk) Vì giá trị RMS thường được giả định, nếu bạn có nghĩa là đỉnh tp đỉnh, bạn nên viết ví dụ 240VAC pk-pk nếu pont cao nhất là +/- 240V

Biên độ âm có nghĩa là tín hiệu bị suy giảm so với điểm tham chiếu, vì vậy nếu bạn thấy ví dụ -20dB, điều đó có nghĩa là tín hiệu bằng 1/10 giá trị tham chiếu. Bản thân dB là đơn vị, vì vậy bạn sẽ thấy những thứ như dBm (tương đối với 1mW → 0dB = 1mW) hoặc dBV (so với 1V → 0dB = 1V)

Vì vậy, nếu bạn thấy -3dBV, điều này có nghĩa là mức là 0,707 * 1V = 0,707V và -20dBV sẽ là 0,1V.

Tương tự 20dBV có nghĩa là 10V.

(Trong các tính toán dưới đây, log10 đề cập đến logarit cơ sở 10, trái ngược với logarit tự nhiên hoặc ví dụ log2 cho logarit cơ sở 2) Tính toán cho dB là 20 * log10 (signal / ref), vì vậy, ở trên:

20 * log10 (10/1) = 20dBV

Đối với trường hợp 0,707:

20 * log10 (0,707) = -3dBV

1mV tính theo dBV sẽ là:

20 * log10 (0,001 / 1) = -60dBV

Đối với các phép đo công suất, phép tính là:

10 * log10 (power_level / ref_power_level), ví dụ: 100W tính theo dBW sẽ là:

10 * log10 (100/1) = 20dBW

Vì vậy, biên độ âm có nghĩa là giảm biên độ so với điểm tham chiếu.

Xem trang Wikipedia về Decibels .

Câu hỏi hơi khó hiểu đối với tôi: nhưng nếu bạn muốn nói, biên độ được đo hoặc xác định như thế nào trong khi tín hiệu dưới 0V, thì hãy nhớ sự khác biệt giữa tốc độ và vận tốc: biên độ (như tốc độ) là độ lớn và bằng 0 hoặc tích cực.

Tín hiệu (như vận tốc) là một vectơ: vận tốc được xác định bởi tốc độ và hướng; tín hiệu (hạn chế thảo luận về cosin trong thời điểm này) được xác định bởi biên độ và pha. Do đó, cực đại -V của tín hiệu được xác định là biên độ V và pha Pi (hoặc 180 độ).

Các tín hiệu phức tạp hơn có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của các sóng cosin khác nhau với tần số, biên độ và pha khác nhau, biến đổi Fourier là một kỹ thuật để dịch một dạng sóng tùy ý thành một đại diện như vậy (và trở lại)

Decibel mô tả tỷ lệ cường độ tín hiệu, theo có bao nhiêu hệ số của mười tín hiệu mới (như đầu ra của một số mạch) được so sánh với tín hiệu tham chiếu gốc hoặc một số tín hiệu chuẩn.

Khi đầu ra nhỏ hơn đầu vào, bạn sẽ phải chia cho một số yếu tố mười - giống như nhân với 1/10, đó là (10) ^ (- 1). Do đó decibel âm.

Trong hình minh họa, tín hiệu lớn là đầu vào cho một số tiện ích và tôi tạo ra giá trị 15.0V cho biên độ cực đại (từ 0) của nó. Đối với một sin, điện áp RMS là 1 / sqrt (2) của biên độ cực đại. Đỉnh-đỉnh là gấp đôi. Sóng hình sin thứ hai có biên độ nhỏ hơn. Nếu chúng ta tưởng tượng áp dụng các sóng hình sin này vào một tải đơn giản (điện trở), dòng điện sẽ chảy theo tỷ lệ với điện áp.

Công suất là dòng điện lần, vì vậy công suất của tín hiệu nhỏ hơn (làm nóng điện trở) là (0,4) ^ 2 công suất ban đầu. Tỷ lệ công suất này là những gì các kỹ sư thường quan tâm.

Các kỹ sư, thích các quy tắc trượt và toán học dễ dàng, sử dụng mười logarit cơ bản cho rất nhiều thứ. Một chuỗi các bộ khuếch đại và bộ lọc tổn thất có thể được xử lý dễ dàng hơn bằng cách thêm logarit của lãi và lỗ, thay vì nhân các hệ số lãi và lỗ. Hệ số 10 là một "Bel" nhưng vì chúng ta thường xử lý các đại lượng phân đoạn như 0,3 Bel (tăng gấp đôi công suất), trong nhiều năm chúng ta đã sử dụng decibel để thay đổi dấu thập phân đó.

Lưu ý rằng dB luôn (thường) đề cập đến công suất và không phải điện áp. Cũng lưu ý rằng không có vấn đề gì nếu chúng ta sử dụng biên độ cực đại, cực đại đến cực đại hoặc RMS, miễn là chúng ta nhất quán đo đầu vào và đầu ra theo cùng một cách.

$10^0 = 1$

Decibel thường là một số biện pháp tương đối, như đầu ra liên quan đến đầu vào. Giá trị decibel phổ biến là tăng mức tín hiệu (khuếch đại) và giá trị decibel âm sẽ giảm (suy giảm).

$-\infty$$0$$-\infty$$0$$-6$$20\times\log_{10}(0.5)$

Có tồn tại các thang đo trong đó decibel được liên kết với một số mức tuyệt đối. Trong các thang đo đó, zero decibel sẽ đề cập đến một điện áp hoặc công suất tuyệt đối cụ thể hoặc đại lượng khác. Ví dụ: trong thang đo dBm , 0 dB là một milliwatt. Trong thang đo dBu, zero decibel là 0,775 VRMS.

$-\infty$