Громкость, уровень сигнала и коэффициент усиления

К сожалению, именно эти термины очень часто используют неправильно, поэтому сначала давайте разберемся, что они означают.

Громкость - это уровень мощности, поэтому увеличение громкости на аудиоаппаратуре соответствует повышению мощности. Иногда громкость используют для описания интенсивности звука или амплитуды электрического сигнала, но для этих характеристик лучше применять другие, более точные термины.

Уровень сигнала - это величина, определенная относительно какого-то стандартного значения. Так, например, уровень звукового давления в децибелах определяют относительно значения 0,0002 дин/см2, а уровень звука в процессоре обработки сигналов в дБm - относительно значения 1 мВт.

Коэффициент усиления характеризует увеличение мощности сигнала и обычно выражается в дБ. Иногда для описания повышения напряжения используют термин коэффициент усиления по напряжению, но лучше этого не делать, так как при определенном относительном напряжении коэффициент усиления по напряжению может соответствовать и уменьшению мощности.

Пример. Измеренное напряжение на выходе процессора обработки сигналов равно 0,775 V (среднеквадратичное значение). Этот сигнал подается на усилитель мощности, а затем -- на громкоговоритель. Cреднеквадратичное значение напряжения, подаваемого на громкоговоритель, равно 0,775 V. Чему равен коэффициент усиления усилителя мощности?

Для ответа на этот вопрос приведенных данных недостаточно. Конечно, можно просто предположить, что на входе и выходе усилителя напряжение одинаковое, и коэффициент усиления по напряжению равен 0дБ. Но для четкого ответа на заданный вопрос, необходимо определить мощность, которая рассеивается на входе усилителя и на входе громкоговорителя, а для этого нужно знать их сопротивление.

Пример. На усилитель мощности с входным сопротивлением 600 Ом подается сигнал со среднеквадратичным напряжением 0,775 V. Сигнал с этого усилителя мощности поступает на громкоговоритель с сопротивлением 8 Ом. Чему равен коэффициент усиления усилителя?

Рассчитываем входную мощность:

P = E2/Z = 0,7752/600 = 0,600625/600 = 0,001 = 1 мВт.

Это нам было уже известно, так как 0,775 V при 600 Ом составляет 0 дБm или 1 мВт. Определяем мощность, которая подается на нагрузку громкоговорителя:
P =E2/Z = 0,7752/8 = 0,600625/8 = 0,075 Вт = 75 мВт.

Рассчитываем отношение выходной и входной мощности в дБ:

дБ = 10log (P1/P0) = 10log (75/1) = 10 log 75 =10 · 1,875061263 ~ 19 дБ,

т. е. при равных значениях входного и выходного напряжений, коэффициент усиления усилителя составляет 19 дБ. Учитывая, что опорное значение на входе равно 0 дБm, мощность, которая подается на нагрузку громкоговорителя (75 мВт), на выходе составит +19 дБm.