Desibel Nedir?

Arşivimizden bir kavram yazısı. Siz de arada sırda karşınıza çıkıp duran bu kavramı merak ediyorsanız durmayın okuyun.

Değerli okurlar, telefon kullanılmaya başlandığında ilgili kurumlar bir iletim birimi bulmak/kullanmak sorunu ile karşılaşmışlardı. Doğal olarak o zaman iletim yada haberleşme denince akla çoğunlukla telefon gelmekte idi. Bu konuda ki ilk öneri, Bell tarafından telefonun bulunmasından iki yıl sonra 1887 de W. H. Pierce tarafından ortaya atılmıştı. O zaman (şimdiki zamanda da pek fark yok ya) 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. 1927 Eylül İtalya'da tam olarak bir uzlaşma sağlanamasa da iki adet birim üzerinde karar verildi. Birinci birimde "e" doğal logaritmanın tabanını ve üst kuvvetleri oranını temel alan birim ile 10 sayısının güçleri oranının temel alan birim kaldı. Birinci birimde doğal logaritma kullanıldığı için bulucusu John NAIPER onuruna "neper" denmesi önerildi. İkinci birimde ondalık logaritma kullanılıyordu ve bu birimede telefonu bulmuş olan Alexander Graham BELL onuruna "Bell" denilmesi önerildi.

Desibel, telefon işletmelerince benimsenmesinden hemen sonra, öbür teknik alanlarda da kullanılmaya başlandı. Özellikle akustik ve radyo yayınlarında.

1968 Arjantin de toplanan CCITT bu sorunu tamamen hallederek özetle şu kararı verdi. Bütün uluslar, kendi içinde isterlerse neper kullanmaya devam edecekler. Fakat uluslar arası işlemlerde yalnızca desibel kullanılacak.

Desibel alışılmışın dışında bir birimdir. O kadar dışındaki bir çok kişi onun bir ölçü birimi olduğundan 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 eşdeğerini ölçmekte de kullanılır. Bu, desibelin boyutsuz bir sayı olmasındandır. Amper veya volt cinsinden elektriksel ölçmelerde eski değer, akımın veya gerilimin yönünde bir değişim ifade etmesine rağmen desibel ölçmelerinde eski 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 1W`tan 2W`a çıkartılırsa, güçteki desibel cinsinden artış;

N=10 log (2/1) = 3dB

Şimdi elimizde 5KW`lık bir verici olsa, biz bunun gücünü 10KW`a çıkartırsak desibel cinsinden artış, güçlerin değişik olmasına rağmen önceki örnekle aynıdır.

N=10 log (10/5) = 3dB

Bu örneklerlerden bir sonuç çıkaracak olursak güçteki iki katlık bir artış +3dB, yarı yarıya azalış ise -3dB ile ifade edilir.

Görüldüğü gibi desibel bize göreceli (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 10dB ve 20dB değerlerinin aritmetik ortalamasının 15dB olduğu görülebilir. Gerçekte biraz dikkat edilirse 10dB nin belirtilmiş seviyeden 10 kat büyük bir niceliği, 20 dB nin ise 100 kat büyük bir nceliği ifade ettiği görülecektir. Gerçek aritmetik ortalama;

(10+100)/2=55`tir.

Ya da desibel olarak 10log10 55=17.4dB dir.

Logaritmik tabanlı olması nedeniyle, desibel ile ifade edilen değerlerin küçük olmaları desibelin bir üstünlüğüdür. Örneğin diğerinden 1.000.000 kere daha büyük olan bir güç desibel olarak 60dB 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.

0dB bize farklı bir kavramı da getirir. 0dB 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 olar 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 filitre 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 bir kazançtan, negatif çıkarsa kayıptan söz edebiliriz.

N=10 log10 (Pçıkış/Pgiriş)

N=20 log10 (Eçıkış/Egiriş)

VU Metre (Gürlük Göstergeci) 1930 larda ses yayını büyük bir hızla gelişirken, yayın stüdyolarında, yayın iletim devrelerinin, halkla ilişkiler servisinin ve alçak frekans denetimlerinin başında olan mühendisler, devrelerin değişik noktalarında müzik ve konuşmanın gürlüğünü saptamak için duyulur frekans sinyalleri şiddetinin nasıl ölçüleceği sorunuyla karşı karşıya kalmışlardı. Bu sinyalin dalgaları çok karmaşıktı ve periyodik değildi. Bunları ortalama, etkin veya tepe değerleri cinsinden ölçmeye çalışıldığında, zamana bağlı olmaları nedeniyle sonuçların basit sayısal terimler cinsinden ifadesinin olanaksız olduğu meydana çıkmıştı, yani ölçünün yapıldığı zamana göre değişiyorlardı. Sonuçlar aynı zamanda ölçü aletine ve kullanılan yönteme dayanır gibi gözükmektedir. Bu zorlukların çevresinde sinyal şiddetini basit sayısal biçimde ifade edebilmek için uygulamalı ölçü yöntemleri için araştırmalar başladı; bu nedenle herhangi bir andaki duyulur sinyal şiddetini belirten (Gürlük) kavramı bulundu. Kavram tümden deneyseldi ve uygulamalı gereksinimleri karşılamak için yaratılmıştı. Bu kavram, gerilim, akım ve gücün elektriksel birimleri ile tanımlanamazdı. Gürlük ölçmeye yarayan ve kalibre edilmiş özel bir karakteristiği olan, bir gösterge ile beraber çalışan, isminden de anlaşılacağı gibi bir gürlük göstergecinden alınan değerlerle tanımlanmıştı. Yayın sinyalinin seviyesindeki ani dalgalanmalar yüzünden, aygıtın dinamik karakteristikleri de (ileri geri hareket hızı) kalibrasyon için kullanılan sinüs dalgasının güç değeri ka
dar önemli idi. Aslen, aygıt üzerindeki okumalar, deneysel olarak seçilmiş bir sıfır dayanak seviyesi olan belirli bir gürlük seviyesinin altında veya üstünde, desibel cinsinden yapılırdı. Fakat desibelle yapılan tek frekanslı telefon ölçüleriyle karıştırılmasını önlemek için, gösterge yeni bir birimle, kısaca VU olarak gösterilen (gürlük birimi) ile kalibre edilmişti. Desibele, logaritmik oranı kullanılması bakımından benzeyen bu birimin desibelden farklı deneysel olarak saptanmış bir dayanak (referans) seviyesinin olması ve kullanılan ölçü aletinin bu gibi ölçüler için gereken özel tipte olmasıdır. Desibeli herhangi bir tür dalga için kullanma olanağına rağmen VU nun kullanılması karmaşık duyulur frekans sinyali ölçüleri ile kısıtlanmıştır. Gürlük göstergecine gereksinme, duyulur frekans sinyalinin dalgalandığı maksimum ve minimum seviyeler için bir standart koyma ve bunu devam ettirme zorluğundan doğmuştur. Aslında ana gereksinim sinyalin alt ve üst sınırlarını ölçebilmekti; böylece sinyal, bozulma sınırını aşmayacak ve devre gürültüsü seviyesinin altına düşmeyecekti. Bu nedenle dileyince seçilmiş sıfır, ölçü aleti göstergesinin orta noktasını saptardı. VU, gösterge iğnesinin hareketinin balistik karakteristikleri ve sönümü (damping) çok özel şartlara uyacak biçimde yapılan özel göstergelerle kullanılır. Bütün VU göstergeleri benzer elektriksel ve mekaniksel karakteristiklere sahip olduğundan, karşılaştırılabilirler ve bunlara yapılan dalgalanan sinyallerin gürlük seviyesi ölçüleri aynı anlamlılığa sahiptirler. Şu anda, VU metreler genellikle güç seviyesini ölçer ve o şekilde kalibre edilmişlerdir ki değişmez bir frekans ve kararlı bir güç seviyesi ile VU değeri, dBm le ifade edilen aynı güç seviyesini gösterir. Kısaltılmış biçimiyle de dBm, tanım olarak, 1mW`a göre mutlak güç seviyesini gösterir. dBm logaritmik göreceli birim aracılığı ile gücü gösterir ve bu maksatla miliwatt, dayanak seviyesi olarak alınmıştır. Aslında dBm belirli dayanak noktasının olması nedeniyle, güç ölçü birimidir ve desibel gibi güçlerin oranı değildir; bu, dBm cinsinden verilen değerlerin watt cinsinden değerlere kolaylıkla dönüştürülebileceği gerçeği ile ispatlanmıştır. DBm aşağıdaki deklemle ifade edilir;

DBm=10 log10 (P1/P2)

Burada P1 devrede ölçünün yapıldığı noktadaki güç, P2 de 1mW`tır. Sonuç olarak 17dBm lik bir okuma gücün 50mW olduğunu; 20dBm lik bir okuma 100mW olduğunu ve -10dBm lik bir okuma gücün 0.1mW olduğunu gösterir. Şu akıldan çıkarılmamalıdır ki dBm logaritmik bir birimdir ve watt kadar kolaylıkla kullanılmaz. Örneğin, taşıyıcı iletim aygıtındaki kanalların gücü dBm cinsinden ölçülüyorsa ve biz hatta iletilen toplam gücü bulmak istiyorsak, bunu, dBm cinsinden ölçülmüş kanal güç değerlerini toplayarak elde edebiliriz; dBm değerini watt`a dönüştürmeli, bunları toplamalı ve toplam watt değerini tekrar dBm`e dönüştürmeliyiz. Örneğin bir devrenin, her biri +10dBm gücünde 5 kanalı varsa, hatta çıkan toplam güç +50dBm değil, +17dBm dir. Telefonda kullanılan bir çok dBm göstergeçleri 600 ohm üzerindeki 1mW referans seviyesi için kalibre edilmişlerdir (600 ohm değeri en çok rastlanan hat karakteristik empedansıdır), başka bir değişle, göstergecin yaptığı, gerilimleri 600 ohmluk bir empedans üzerinden okumaktır. Eğer ölçü, karakteristik empedansı 600 ohm dan değişik bir yük üzerine yapılırsa, göstergeç okuması, aşağıda gösterildiği biçimde düzeltme çarpanı ile ayarlanmalıdır.

DBm=dBm_{(aygıt okuması)} + 10 log (600/devrenin karakteristik empedansı ohm)

Telefonda, dBm göstergeci genellikle değişmez bir frekanstaki ölçüler için kullanılır, fakat VU göstergeci yayında, üzerinden, programların iletildiği, duyulur frekans devrelerinde kullanılır. VU metreler olağan iletim ölçülerinde de kuşkusuz kullanılabilir. Radyo devrelerinde (dBw) dBm den daha fazla kullanılan bir birimdir. DBw, desibel cinsinden 1W referans seviyesine göre olan gücün sembolüdür. Başka bir değişle 0dBw=30dBm dir. Bazen seviye 1KW`a göredir ki bu durumda dBk kullanılır. 0dBk=+30dBw=+60dBm

Bir Dayanak Değerine Göre Desibel Cinsinden İfade Edilen Bazı Logaritmik Birimler

DBr: "DB referans seviyesi" DBr devrenin herhangi bir noktasındaki sinyal gücünün devrenin başlangıcındakine oranıdır.

DBrn: "Referans Gürültüsünün üstündeki Desibel" Bu birim Ameika Birleşik Devletlerinde telefon telefon konuşmalarında gürültünün meydana getirdiği karışımı (enterferans) saptamak için üretilmiştir.

Referans; Elektrik Mühendisleri Yayın Organından derlenmiştir.