iNarte

【図解】dB(デシベル)入門

dB(デシベル)は高周波や無線に関連する分野では必須とも言えますが、やはりその取っ掛かりにおいては、苦手意識を持つ方が多いです。

そこで今回は、デシベルについて実務で使用するレベルで「ここまで理解しておけば大丈夫」という範囲に絞って、できるだけわかりやすく解説してみます。

デシベルが苦手という方はもちろん、復習しておきたいという方にも役立つ内容となっているので、ぜひ最後までご覧ください。

 

動画はコチラ↓

 

デシベルとは

デシベルは日本語では「対数」と呼び、大きい値と小さい値を同じスケールで比べるための道具として使用されています。

例えば 100万という値と 0.001 という値があったとします。

このときにこの2つの値にどれくらいの差があるのかを直感的に理解するのは難しいかと思います。

 

このような場合に、双方とも10のべき乗として同じ指数形式で表すことで2つの値の関係性が整理できるわけですが、これをよりわかりやすく数値で表すことができるのがdB(デシベル)です。

この例の場合、100万は 10の6乗なので「6」、0.001は 10の-3乗なので「-3」。

そしてこの値を10倍して、さらに差を取ることで 90dB の差があると表されます。

 

ここでそれぞれの値が 60 と -30 という単純な数値になったことで、計算が非常に簡単になりましたよね。

このように桁数の異なる数値間での計算を容易にするための道具が「デシベル」とまずは理解しておいてください。

 

デシベルへの変換

続いてはデシベルへの変換方法です。

 

対数にはいくつか種類がありますが、高周波や電気回路の分野では「10」を底とした Log10(○○)といった形、いわゆる「常用対数」で表されます。

そしてこの常用対数は、5つの値の組み合わせさえ覚えておけば、大抵の値を数値(真数)からデシベル(対数)に変換することができます。

 

例えば 125 という値の場合

 

125 = 5^3 なので、Log10(5) ≒ 0.7 となり、この 0.7 に指数部の 3 を掛け、さらにデシベルに変換するために 10 を掛けると「21dB 」というように計算できます。

 

もちろん普段は、電卓やエクセルシートを使って計算すればいいので、必ずしも覚える必要はありませんが、この組み合わせを知っていればデシベル同士の値で比較しているときでも
真数でどれくらいの差があるのかがパッとイメージできるようになるので、余裕のある方は
覚えておくと良いかと思います。

ちなみに陸上無線技術士の試験を受ける方は、このデシベルへの変換は計算問題で必須となるので必ず覚えておく必要があります。

【難関資格】陸上無線技術士の取得方法陸上無線技術士の「資格概要」と「勉強方法」について紹介しています。...

 

デシベルの計算

では電気回路のデシベルを計算してみます。

まず電気回路においては、「電力」をデシベルで表すのが基本となります。

デシベルの単位としてよく見るものに「dBm 」という単位がありますが、この単位は
1mW を基準としたときの電力を表したものです。

 

例えば 1W は、1mW の 1000倍なので30dBm というように計算されます。

 

そしてこのデシベルの計算は、電力の場合は「dBm」で計算されますが、電圧を計算する場合にはその計算方法が少し異なります。

 

電圧を対数化するには 20 * Log10(V2/V1) と計算します。(電力からの変換方法は上図を参照ください)

電力の式と比べると、先頭の数値が「10」から「20」に変わっていますね。

そのため電圧を計算する場合には5つの組み合わせが以下のようになります。

 

高周波の回路では、多くの場合電圧の基準となる単位は「uV」で表されます。

そのため例えば20mV は 1uV を基準とすると 86dBuV というように計算されます。

 

このように電力の場合と電圧の場合では、同じデシベルの計算でも係数が異なるので、間違えないように注意してください。

 

ちなみに電流も電圧と同じく係数は 20 になります。

 

高周波においては、基準インピーダンスが 50Ωとして計算することがほとんどで、そのため 0dBm ≒ 107dBuV と変換することができます。

 

dBm と dBuV の変換は、実務でもよく使うので覚えておくことをおすすめします。

 

おわりに

今回はデシベルの基本ということで、デシベルへの変換方法や電気回路における
デシベルの計算方法について解説しました。

とりわけ最後のデシベルの計算方法に関しては電力、電圧ともに実際に計算する機会も数多くあるので、係数の違いや計算方法についてはきちんと理解しておいてください。

デシベルに対してなかなかすぐに苦手意識は無くならないかもしれませんが、計算そのものはそれほど難しいものではありません。

慣れるまでは大変かもしれませんが、回数をこなすうちに扱い方が身につくものなので、この記事ををきっかけとして苦手意識を払拭していただければ嬉しく思います。

 

今回は以上です。

最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

 

ABOUT ME
エンジャー
EMCやノイズ対策に関する情報発信を日々行っています。 ( iNarte EMC Engineer、第一級陸上無線技術士)

コメントを残す

このサイトはスパムを低減するために Akismet を使っています。コメントデータの処理方法の詳細はこちらをご覧ください