Het begrip decibel

Bij signaal-versterking en demping wordt de verhouding tussen het ingangs- en uitgangsvermogen uitgedrukt in een verhoudingsgetal, het begrip decibel. Vaak wordt in netwerken niet het absolute nivo van spanning en vermogen bedoeld, maar een het nivo ten opzichte van een bepaalde referentie.

Signaalversterking

Bij het versterken van elektrische signalen wordt een hoeveelheid gelijkstroomvermogen omgezet in een hoeveelheid signaalvermogen. Een signaalversterker wordt daarom ook wel een actief netwerk genoemd.
Bij signaalversterking is het beslist niet noodzakelijk dat het uigangsvermogen groter is dan het ingangsvermogen. Als voorbeeld hiervan kunnen we de selectieve versterker noemen, waarbij het uitgangsvermogen voor bepaalde freqenties kleiner kan zijn dan het ingangsvermogen.

Signaaldemping

Bij signaaldemping gaat de elektrische energie van een signaal geheel of gedeeltelijk veloren. Netwerken waarin signaaldemping optreedt behoren vaak tot de zgn. passieve netwerken. Voor deze groep geldt dat het uitgangsvermogen steeds kleiner is dan het ingangsvermogen. Zo zijn flterschakelingen passieve netwerken waarbij designaaldemping frequentie-afhankelijk is gemaakt.
Ook bij transport van elektrische signalen door een transmissiekabel treedt signaalverlies op (en dus signaaldemping).

Het begrip decibel

De figuur toont een voorbeeld van een frequentiekarakteristiek. De frequentiekarakteristiek toont de vermogensversterking als functie van de frequentie. De vermogensverhouding wordt weergegeven op logaritmische schaal, omdat het menselijk gehoororgaan logaritmisch reageert op vermogensverschilllen (en niet zoals verwacht lineair). Geeft een audioversterker bijvoorbeeld een geluidsvermogen af van 10 mW dan nemen we een zekere geluidssterkte waar. Als dit vermogen toeneemt tot 100 mW dan ervaren we een toename van de geluidssterkte. Neemt het verder toe tot 1W dan ervaren we dezelfde toename in geluidssterkte.

Dus de sterkte-indruk van een zekere vermogenstoename wordt niet bepaald door de absolute toename, maar door de verouding tussen de twee vermogens. Als gevolg daarvan wordt het begrip decibel ingevoerd; een logaritmische verhouding als maatstaf.

Voor vermogenversterking geldt:

A = 10 • log ( Pu/Pi ) [dB]

met

• A = versterking (of demping)
• Pi, Pu = in- en uitgangsvermogen
• log = logaritme van 10

Voor spanningsversterking geldt:

A = 20 • log ( Uu/Ui ) [dB]

met

• Ui, Uu = in- en uitgangsspanning

Is er sprake van versterking dan is A positief, terwijl bij demping A negatief zal zijn. Als voorbeeld kunnen we een vermogens-afname van een factor 2 nemem. De demping zal dan zijn: 10 • log (1/2 ) = -3 [dB].
In de praktijk komt het vaak voor dat signaalnivos in netwerken worden gemeten ten opzichte van een referentie-nivo. We noemen dit nivo ook wel het nul-dB-nivo. Het referentienivo kan zowel voor vermogen als spanning worden vastgelegd.