Für viele Musikfreunde ist das Bewerben von sogenannten "dB" Werten nur unverständlich.
Wer nur Musik hören und genießen möchte, der ist auf dieser Seite hier falsch. Denn hier geht es um die Technik der Messung von diversen Werten. Und das sind Spannungen, Leistungen und Lautstärken. Hört der Laie etwas von "dB", also der Kurzform von "Dezibel", wirft er alles in einen Topf und kommt völlig verwirrt wieder raus. Dieser Artikel aus der ELO 1978 schafft etwas Klarheit, wenn auch nicht überall. Doch lesen Sie selbst :
.
Hätten Sie gewußt, wie man mit den - dBs - am besten umgeht?
- Dieser Vorverstärker hat einen "Signal to Noise" Ratio von 95dB - Doch was heißt das wirklich ?
Ein Artikel aus der ELO ELO 1978, Heft 6 Seite 71 von Dieter Nührmann
Also, zumindest spricht man oft darüber, so etwa mit der vornehmen Zurückhaltung, daß ein Gegenüber nicht weiter nachfragt. Denn wissen tut man's natürlich - aber meistens ist doch eine kurze Denkpause erforderlich - und das ist auch gut so. Nun wollen wir uns hier nicht tierisch ernst in mathematischen Kreisen bewegen, sondern eben nur das Wichtigste der dBs kennenlernen.
So, und da sind wir dann gleich beim Dezibel (dB). Ein Dezibel ist ein Zehntel "Bel". Und ein "Bel" ist die Kennzeichnung des Verhältnisses zweier Leistungswerte als Brigg'scher Logarithmus. Das zur theoretischen Definition eines "Bel". Da ein Bel nun etwas unhandlich für unsere Mikroelektronik ist, rechnet der Profi fast nur mit dB.
dB - das ist ein "Verhältnis" . . . . zur Bezugsgröße
Jetzt gleich einmal zu dem oben erwähnten Verhältnis - das ist für alle Betrachtungen der dB-Rechnung unerläßlich. In Bild 1a ist das Blockschaltbild eines NF-Verstärkers gezeigt, das Bild 1b zeigt dazu die Durchlaßkurve. So, und nun mal mitdenken! Diese verflixten dB bezieht der Profi immer und ohne Ausnahme auf eine ihm in der Schaltung bekannte Spannung. Das ist seine Bezugsgröße. Die tauft er (selbst) : 0dB.
.
- Bild 1a: Die dBs und ihre Bedeutung.
Das kann nun die Eingangsspannung sein, die Ausgangsspannung oder irgendeine - sinnvolle - Signalspannung innerhalb des Verstärkers.
.
Nun vergleicht er natürlich nicht Äpfel mit Birnen, also auch nicht eine Signalspannung mit irgendeiner Versorgungs- spannung, sondern er hält sich fest an ein Signal und kennzeichnet die Amplitudenänderungen dieses Signals mit dB-Werten zu einem von ihm vorher ernannten 0dB (Null-)Pegel.
Die Abweichung vom Referenz- oder Null-Pegel
Wird nun von diesem Nullpegel aus die Spannung größer, so sprechen wir von Verstärkung - das sind positive dB-Werte. Wird die Spannung geringer, so sprechen wir von Abschwächung - das sind negative dB-Werte.
.
Normalerweise setzt der Profi die Eingangsspannung als Nullpegel - 0dB - fest und kennzeichnet dann im Signalverlauf die Spannungsänderungen mit positiven oder negativen dB-Werten. Doch nun zurück zu Bild 1a. Die Generatorspannung des Tongenerators U0 mit irgendeinem beliebigen Wert, z. B. 35mV, setzen wir also jetzt mit 0dB (100%) fest.
Die Abweichungen am Beispiel eines NF-Verstärkers
- Bild 1b: Die dBs und ihre Bedeutung.
Dann ergibt sich eine Durchlaßkurve des Verstärkers, z. B. nach Bild 1b. Der Abfall im unteren Frequenzbereich ist bedingt durch die R-C Kopplung C1, R1 im Eingang der Schaltung. Es ist ein Hochpaß. Hingegen wird der Abfall an der höher frequenten Seite durch den R-C-Tiefpaß R2, C2 erfolgen. Dieser Tiefpaß wird durch die im Verstärker immer gegebenen schädlichen Schaltkapazitäten gebildet.
Recht interessant ist jetzt der Kurvenverlauf in Bild 1b. Bei den Eckfrequenzen 200Hz und 10kHz ist der Spannungsabfall 0dB, es wird also die volle Eingangsspannung übertragen (angenommene Verstärkung = 1 = 0dB). Bei der oberen und unteren Grenzfrequenz fo und fu ist der Spannungsabfall 0,71. Das gilt sowohl für die Ausgangsspannung als auch für den Ausgangsstrom.
Somit ist bei den fo- und fu- Werten die Leistung nur noch 0,71V • 0,71A = 0,5W, also die Hälfte der maximalen Leistung. Das ist z. B. schon die Definition von fo und fu als Frequenzabstand zwischen zwei Punkten halber Leistung.
Aus der Kurve Bild 1b sind jetzt verschiedene dB-Werte für Frequenzen ablesbar. Wir benutzen gleich die folgende Tabelle, in der sowohl positive als auch negative dB-Werte aufzufinden sind.
Die eingekästelten % Werte benötigen wir häufig - die sollten wir immer wissen.
Nun sieht's bei einem Verstärker nach Bild 1a und 1b insofern anders aus, als daß der 0dB Wert des Bildes 1b auf z.B. +40dB liegen kann, also Verstärkung Vu = 100fach. Dann ist damit ausgesagt, daß sich der Maximalwert der Kurve mit +40dB auf die Eingangsspannung mit 0dB beziehen kann. Der Kurvenverlauf bleibt, nur der dB-Maßstab verschiebt sich. Besonders in der NF-Verstärkertechnik unseres Hobbys wird oft mit dB Spannungswerten gerechnet. Es ist bekannt, daß der Wert 0dB für irgendeinen Spannungspegel festgesetzt werden kann, von dem aus alle anderen Pegelbezugswerte festgelegt werden müssen.
.
Wie kann man das genau messen ?
Oft ist es wichtig, derartige Pegelunterschiede der Verstärkung genau festzustellen. Der Profi nimmt dazu eine teure „Eichleitung", die definierte Abschwächungen - in dB geeicht - zuläßt.
.
- Bild 2: Aktiver dB-Teiler.
Für uns ist in der NF-Technik eine Eichleitung nach Bild 2 vollkommen ausreichend. Die drei Operationsverstärker IS1 ... IS3 (IS steht für integrierte Schaltung) sind als Impedanzwandler geschaltet, um einerseits einen hochohmigen Eingang von etwa 1MQ zu gewährleisten, andererseits einen niederohmigen Ausgang mit den Ausgangswiderständen Ri = 50Q, Ri = 150Q und Ri = 600Q. Praktische Versuche haben ergeben, daß die in Klammern angegebenen Werte von 140Q und 590Q benutzt werden sollten, um die oben genannten Ausgangswiderstände zu erhalten.
.
Man kann soetwas selbst bauen - muß man aber nicht mehr.
Die beiden Teilerketten in 10dB Stufen und 1dB Stufen sind so gewählt, daß wir Normwiderstände der E24 Reihe benutzen können. Es ist sinnvoll, diese mit einem Ohmmeter genau auszumessen.
.
- Bild 3: Kurzschlußbegrenzung in der IS bei RL = 50Q
Etwas zur maximalen Ausgangsspannung, die ein kleines Netzteil von ±12V - duale Spannungsversorgung - voraussetzt. Die maximale Ausgangsspannung beträgt bei Ri = 150Q und 600Q 3Veff, bei Abschluß mit 50Q jedoch nur maximal 1,5Veff, da hier die Kurzschlußstrombegrenzung des IS (IS 741 lt. Datenangabe bei 20 mA) einsetzt. Höhere Ausgangsspannungen führen zu einer Begrenzung nach Bild 3. Dem IS 741 passiert zwar nichts - eine Spannungsmessung ist jedoch nicht mehr möglich.
.
Das war ein ELO Artikel aus 1978 - also mehr als 30 Jahre alt - und es hat sich fast nichts geändert.
.
