डेसीबेल

डेसीबल (प्रतीक: dB) बेल (B) दसवें भाग के बराबर माप की एक सापेक्ष इकाई है। यह लघुगणकीय पैमाने पर ऊर्जा या मूल-ऊर्जा मात्रा के दो मूल्यों के अनुपात को व्यक्त करता है। दो संकेत जिनके स्तर एक डेसीबल से भिन्न होते हैं, उनका उर्जा अनुपात 10^1/10 (लगभग 1.26) या मूल-ऊर्जा अनुपात 10^1⁄20 (लगभग 1.12) होता है।

यह इकाई सापेक्ष परिवर्तन या निरपेक्ष मान को व्यक्त करती है। दूसरे वाले के सन्दर्भ मे संख्यात्मक मान एक निश्चित मान के अनुपात को व्यक्त करता है; इस तरह से जब इसे उपयोग किया जाता है, तो इकाई प्रतीक को प्रायः अक्षर कूट के साथ प्रत्यय लगाया जाता है जो संदर्भ मान को इंगित करता है। उदाहरण के लिए एक विभव के संदर्भ मान के लिए, सामान्य प्रत्यय V का प्रयोग होता है। जैसे 20 dBV

डेसिबल के मापदंड के दो प्रमुख प्रकार सामान्यतः उपयोग में हैं। उर्जा अनुपात व्यक्त करते समय, इसे सामान्य लघुगणक से दस गुना के रूप में परिभाषित किया जाता है। अर्थात् 10 डेसीबल के कारक द्वारा उर्जा में परिवर्तन 10 dB परिवर्तन के स्तर के अनुरूप होता है जिससे मूल-उर्जा की मात्रा को व्यक्त करते समय, 10 dB के कारक द्वारा स्तर में परिवर्तन 20 dB के समान होता है; डेसीबल मापदंड दो के एक कारक से भिन्न होते हैं, जिससे संबंधित ऊर्जा और मूल-ऊर्जा स्तर रैखिक प्रणालियों में समान मान से परिवर्तन होते हैं, जहां ऊर्जा आयाम के वर्ग के समानुपाती होता है।

डेसीबल की परिभाषा संयुक्त राज्य अमेरिका के बेल प्रणाली में 20वीं शताब्दी के प्रारंभ में टेलीफ़ोनी में कम परिसंचरण और उर्जा मापन के द्वारा उत्पन्न हुइ थी। बेल का नाम एलेक्जेंडर ग्राहम बेल के सम्मान में रखा गया था, परन्तु बेल का उपयोग किंचित ही कभी किया जाता है। इसके अतिरिक्त, डेसीबल का उपयोग विज्ञान और अभियांत्रिकी में विभिन्न प्रकार के मापों के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए: इसका उपयोग ध्वनिकी, विद्युतीय और नियंत्रण सिद्धांत में प्रमुख रूप से होता है। विद्युतीय में, ध्वनि विस्तारक का प्रतिवाद करना, संकेत रव अनुपात, प्रायः डेसिबल में व्यक्त किए जाते हैं।

dB	ऊर्जा अनुपात		विपुलता अनुपात
100	10000000000		100000
90	1000000000		31623
80	100000000		10000
70	10000000		3162
60	1000000		1000
50	100000		316	.2
40	10000		100
30	1000		31	.62
20	100		10
10	10		3	.162
6	3	.981 ≈ 4	1	.995 ≈ 2
3	1	.995 ≈ 2	1	.413 ≈ √2
1	1	.259	1	.122
0	1		1
−1	0	.794	0	.891
−3	0	.501 ≈ 1⁄2	0	.708 ≈ √1⁄2
−6	0	.251 ≈ 1⁄4	0	.501 ≈ 1⁄2
−10	0	.1	0	.3162
−20	0	.01	0	.1
−30	0	.001	0	.03162
−40	0	.0001	0	.01
−50	0	.00001	0	.003162
−60	0	.000001	0	.001
−70	0	.0000001	0	.0003162
−80	0	.00000001	0	.0001
−90	0	.000000001	0	.00003162
−100	0	.0000000001	0	.00001
ऊर्जा अनुपात x, विपुलता अनुपात √x, और dB समकक्ष 10 log10 x दिखाने वाला एक उदाहरण तालिका।

इतिहास

डेसीबल, टेलीग्राफ और टेलीफोन परिपथ में संकेत हानि को निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विधियों से उत्पन्न होता है। 1920 के दशक के मध्य तक हानि के लिए इकाई मानक तारो के मील की दूरी पर निर्भर थी। 1 MSC, 5000 रेडियंस प्रति सेकंड (795.8 हर्ट्ज) की आवृत्ति पर मानक टेलीफोन तार के एक मील (लगभग 1.6 किमी) से अधिक विद्युत हानि के अनुरूप है, और श्रोता के लिए सबसे छोटे क्षीणन का पता लगाने के समान है। एक मानक टेलीफोन तार ऐसा तार था, जिसमें 88 ओम का प्रतिरोध समान रूप से वितरित किया गया था; प्रति लूप-मील और समान रूप से वितरित विद्युत् उपमार्ग 0.054 माइक्रोफैराड प्रति मील के अनुरूप था।

1924 में, बेल टेलीफोन प्रयोगशालाओं को यूरोप में लंबी दूरी की टेलीफोनी पर अंतर्राष्ट्रीय सलाहकार समिति के सदस्यों के मध्य एक नई इकाई परिभाषा के लिए अनुकूल प्रतिक्रिया मिली और MSC को संचारण इकाई TU से प्रतिस्थापित कर दिया गया। 1 TU को इस तरह परिभाषित किया गया था कि TU की संख्या एक संदर्भ ऊर्जा के लिए मापी गई ऊर्जा के अनुपात के आधार-10 लघुगणक का दस गुना थी। परिभाषा को सरलता से इस प्रकार चुना गया था कि 1 TU लगभग 1 MSC; विशेष रूप से, 1 MSC 1.056 TU के समान था। 1928 में, बेल प्रणाली ने इसका का नाम बदलकर डेसिबल कर दिया, जो ऊर्जा अनुपात के आधार-10 लघुगणक के लिए एक नई परिभाषित इकाई का दसवां भाग है। दूरसंचार अग्रणी अलेक्जेंडर ग्राहम बेल के सम्मान में इसका नाम बेल रखा गया था। बेल का उपयोग संभवतः ही कभी किया जाता है, क्योंकि डेसिबल एक प्रस्तावित कार्य इकाई बन चुकी थी

डेसिबल का नामकरण और प्रारम्भिक परिभाषा 1931 के एनबीएस मानक की वार्षिकी में वर्णित है।टेलीफोन के प्रारम्भिक दिनों से ही, एक ऐसी इकाई की आवश्यकता को पहचाना गया है जिसमें टेलीफोन सुविधाओं की संचरण क्षमता को मापा जा सके। 1896 में केबल की प्रारंभ ने एक सुविधाजनक इकाई के लिए स्थिर आधार प्रदान किया और इसके तुरंत बाद "मील ऑफ स्टैंडर्ड" केबल सामान्य उपयोग में आ गई। यह इकाई 1923 तक कार्यरत थी जब आधुनिक टेलीफोन कार्य के लिए अधिक उपयुक्त होने के कारण एक नई इकाई को अपनाया गया था। नई संचारण इकाई का व्यापक रूप से विदेशी टेलीफोन संगठनों के मध्य उपयोग किया जाता है और हाल ही में लंबी दूरी की टेलीफोनी पर अंतर्राष्ट्रीय सलाहकार समिति के सुझाव पर इसे "डेसिबल" से संदर्भित किया गया था।

वजन और माप के लिए अंतर्राष्ट्रीय समिति CIPM ने अंतर्राष्ट्रीय इकाइ प्रणाली में डेसीबल को सम्मिलित करने के लिए एक अनुमोदन पर विचार किया, परन्तु प्रस्ताव के विरुद्ध फैसला किया। प्रायः डेसीबल को अन्य अंतर्राष्ट्रीय निकायों जैसे कि अंतर्राष्ट्रीय विद्युत तकनीक आयोग और अंतर्राष्ट्रीय संगठन के लिए मानकीकरण अर्थात ISO द्वारा मान्यता प्राप्त है। IEC मूल -उर्जा मात्रा के साथ-साथ उर्जा डेसीबल के उपयोग की अनुमति देता है और इस अनुमोदन के बाद कई राष्ट्रीय मानकों के निकायों जैसे कि NIST विभव अनुपात के लिए डेसीबल के उपयोग को सही ठहराता है। उनके व्यापक उपयोग के अतिरिक्त, संदर्भ मान IEC या ISO द्वारा मान्यता प्राप्त नहीं हैं।

डेसिबल को इस कथन द्वारा परिभाषित किया जा सकता है कि दो मात्राएँ 1 डेसिबल से भिन्न होती हैं जब वे 10^0.1 के अनुपात में होती हैं और कोई भी दो मात्राएँ N डेसिबल द्वारा भिन्न होती हैं जब वे 10^N(0.1) के अनुपात में होती हैं। किन्हीं दो ऊर्जा के अनुपात को व्यक्त करने वाली संचरण इकाइयों की संख्या उस अनुपात के सामान्य लघुगणक का दस गुना है। टेलीफोन परिपथ में ऊर्जा के लाभ या हानि को निर्दिष्ट करने की यह विधि परिपथ के विभिन्न भागों की दक्षता को व्यक्त करने वाली इकाइयों के प्रत्यक्ष युग्म या घटाव की अनुमति देती है।

1954 में, जे.डब्ल्यू. हॉर्टन ने तर्क दिया कि संचरण हानि के अतिरिक्त अन्य मात्राओं के लिए एक इकाई के रूप में डेसिबल का उपयोग भ्रम पैदा करता है, और "मानक परिमाण जो गुणन द्वारा संयोजित होता है" के लिए लॉगिट नाम का सुझाव दिया, "मानक परिमाण" के लिए नाम इकाई के विपरीत जो जोड़ कर जोड़ता है।

अप्रैल 2003 में, वज़न और माप की अंतर्राष्ट्रीय समिति (CIPM) ने डेसिबल को अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली की इकाइयों (SI) में शामिल करने की अनुशंसा पर विचार किया, लेकिन प्रस्ताव के विरुद्ध निर्णय लिया। यदपि डेसिबल को अन्य अंतर्राष्ट्रीय निकायों जैसे कि अंतर्राष्ट्रीय विद्युत् तकनीक आयोग (IEC) और अंतर्राष्ट्रीय मानकीकरण संगठन (ISO) द्वारा मान्यता प्राप्त है। IEC स्थिर ऊर्जा मात्रा के साथ-साथ ऊर्जा के साथ डेसिबल के उपयोग की अनुमति देता है और इस अनुशंसा का कई राष्ट्रीय मानक निकायों द्वारा पालन किया जाता है, जैसे NIST, जो विभव अनुपात के लिए डेसिबल के उपयोग को संदर्भित करता है। उनके व्यापक उपयोग के अतिरिक्त, प्रत्यय IEC या ISO द्वारा मान्यता प्राप्त नहीं हैं

परिभाषा

आईएसओ 80000-3 अंतरिक्ष और समय की मात्रा और इकाइयों के लिए परिभाषाओं का वर्णन करता है।

आईईसी मानक 60027-3:2002 निम्नलिखित मात्राओं को परिभाषित करता है। डेसिबल (dB), एक बेल का दसवां हिस्सा है अर्थात 1 dB = 0.1 B। बेल (B) 1⁄2 ln(10) नेपर्स है अर्थात 1 B = 1⁄2 ln(10) Np.। नीपर मूल-ऊर्जा मात्रा के स्तर में परिवर्तन है जब मूल-ऊर्जा मात्रा e के कारक से बदलती है, जो कि 1 Np = ln(e) = 1 है, जिससे सभी इकाइयों को गैर-आयामी प्राकृतिक लॉग के रूप में संबंधित किया जाता है। मूल-ऊर्जा मात्रा अनुपात, 1 dB = 0.115 13 तथा Np = 0.115 13 है। अंत में, किसी मात्रा का स्तर उस मात्रा के मान के उसी प्रकार की मात्रा के संदर्भ मान के अनुपात का लघुगणक होता है।

इसलिए, बेल 10:1 की दो ऊर्जा मात्राओं के मध्य के अनुपात के लघुगणक का प्रतिनिधित्व करता है, या √10:1 की दो मूल-ऊर्जा मात्राओं के मध्य के अनुपात के लघुगणक का प्रतिनिधित्व करता है।

दो संकेत जिनके स्तर एक डेसिबल से भिन्न होते हैं, उनका ऊर्जा अनुपात 10^1/10 होता है, जो लगभग 1.25893 होता है, और एक आयाम अनुपात 10^1⁄20 (1.12202) के समान होता है। यद्यपि उर्जा और मूल -उर्जा की मात्रा अलग-अलग मात्रा में होती है, परन्तु उनके संबंधित स्तरों को ऐतिहासिक रूप से समान इकाइयों में मापा जाता है, सामान्यतः डेसीबल संबंधित स्तरों में परिवर्तन करने के लिए 2 का एक कारक प्रतिबंधित परिस्थितियों में सन्मान है जैसे जब माध्यम रैखिक होता है और एक ही तरंग विस्तार में परिवर्तन के साथ विचाराधीन होता है, या मध्यम प्रतिबाधा रैखिक आवृत्ति और समय दोनों से स्वतंत्र होता है।

बेल का उपयोग संभवतः ही कभी उपसर्ग के अतिरिक्त एसआई इकाई उपसर्ग के साथ किया जाता है; इसे सर्वमान्य इकाई के रूप मे संदर्भित किया जाता है, उदाहरण के लिए, मिलीबेल के अतिरिक्त एक डेसिबल के सौवें हिस्से का उपयोग करना। इस प्रकार, एक बेल के पांच एक हजारवें भाग को सामान्यतः 0.05 dB लिखा जाएगा, न कि 5 mB.

डेसिबल में एक स्तर के रूप में अनुपात को व्यक्त करने की विधि इस बात पर निर्भर करती है कि मापा गया गुण एक ऊर्जा मात्रा है या मूल-ऊर्जा मात्रा है।

ऊर्जा इकाइयां

जब उर्जा इकाइयों के माप का उल्लेख करते हैं, तो एक अनुपात को संदर्भ मूल्य के लिए माप मात्रा के अनुपात के आधार -10 लघुगणक का दस गुना मूल्यांकन करके डेसिबल में एक स्तर के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। इस प्रकार, P के लिए माप उर्जा का अनुपात L_P द्वारा दर्शाया गया है, डेसिबल में व्यक्त अनुपात, जिसकी गणना निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना की जाती है:

$L_{P}={\frac {1}{2}}\ln \!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\,{\text{Np}}=10\log _{10}\!\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\,{\text{dB}}.$

दो ऊर्जा मात्रा के अनुपात का आधार -10 लघुगणक बेल की संख्या है। डेसीबल की संख्या बेल की संख्या से दस गुना के समकक्ष है,,एक डेसीबल एक बेल का दसवां भाग है। P और P₀ को एक ही प्रकार की मात्रा से मापना चाहिए और अनुपात की गणना से पहले समान इकाइयाँ होनी चाहिए। यदि P = P₀ उपरोक्त समीकरण में, L_P = 0. यदि P₀ से अधिक है तब L_P सकारात्मक है;अगर P₀ से कम है तब L_P नकारात्मक है।

उपरोक्त समीकरण को पुनः P के संदर्भ में व्यवस्थित कर पर P के लिए निम्न सूत्र देता है

$P=10^{\frac {L_{P}}{10\,{\text{dB}}}}P_{0}.$

मूल-उर्जा (क्षेत्रीय) मात्रा

मूल-ऊर्जा मात्राओं के मापन का संदर्भ देते समय, सामान्यतः F पर मापा गया और F₀ के वर्गों के अनुपात पर विचार किया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि परिभाषाओं को मूल रूप से ऊर्जा और मूल -ऊर्जा दोनों मात्राओं के सापेक्ष अनुपात के लिए समान मान देने के लिए तैयार किया गया था। बेल का उपयोग संभवतः ही कभी उपसर्ग के अतिरिक्त एसआई इकाई उपसर्ग के साथ किया जाता है; इसे सर्वमान्य इकाई के रूप मे संदर्भित किया जाता है, उदाहरण के लिए, मिलीबेल के अतिरिक्त एक डेसिबल के सौवें हिस्से का उपयोग करना। इस प्रकार, एक बेल के पांच एक हजारवें भाग को सामान्यतः 0.05 dB लिखा जाएगा, न कि 5 mB इस प्रकार, निम्नलिखित परिभाषा का उपयोग किया जाता है

$L_{F}=\ln \!\left({\frac {F}{F_{0}}}\right)\,{\text{Np}}=10\log _{10}\!\left({\frac {F^{2}}{F_{0}^{2}}}\right)\,{\text{dB}}=20\log _{10}\left({\frac {F}{F_{0}}}\right)\,{\text{dB}}.$

सूत्र को देने के लिए पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है

$F=10^{\frac {L_{F}}{20\,{\text{dB}}}}F_{0}.$

इसी तरह, विद्युत परिपथ में, विघटित उर्जा सामान्यतःविभव या विद्युत प्रवाह के वर्ग के लिए आनुपातिक होती है जब विद्युत प्रतिबाधा स्थिर होता है। एक उदाहरण के रूप में विभव लेते हुए यह उर्जा लाभ स्तर AL के लिए समीकरण की दिशा में जाता है

$L_{G}=20\log _{10}\!\left({\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}\right)\,{\text{dB}},$

जहां V_out वर्गमूल औसत का वर्ग RMS निर्गत विभव V_N है RMS निविष्ट विभव है। जो धारा के लिए समान सूत्र रखता है।

मूल-उर्जा की मात्रा को ISO मानक 80000-1: 2009 द्वारा क्षेत्र मात्रा के विकल्प के रूप में प्रस्तुत किया गया है। इस पूरे लेख में उस मानक और मूल -उर्जा द्वारा शब्द की मात्रा का उपयोग किया जाता है।

उर्जा और मूल -उर्जा स्तरों के मध्य संबंध

यद्यपि उर्जा और मूल -उर्जा की मात्रा अलग-अलग मात्रा में होती है, परन्तु उनके संबंधित स्तरों को ऐतिहासिक रूप से समान इकाइयों में मापा जाता है, सामान्यतः डेसीबल संबंधित स्तरों में परिवर्तन करने के लिए 2 का एक कारक प्रतिबंधित परिस्थितियों में समान है जैसे जब माध्यम रैखिक होता है और एक ही तरंग विस्तार में परिवर्तन के साथ विचाराधीन होता है, या मध्यम प्रतिबाधा रैखिक आवृत्ति और समय दोनों से स्वतंत्र होता है। यह निम्नलिखित संबंध पर निर्भर करता है।

$\frac{P(t)}{P_0}={(\frac{F(t)}{F_0}}^{}$