dB
자주 사용하고 있으면서도 정확한 이해를 하지 못하고 사용하는 경우가 많습니다. 저 역시도 자주 사용할 때는 익숙하다가도 또 금방 안쓸 때 잊어버리는 개념입니다.
특히 이 dB (decibel; 데시벨, 디비)은 우리는 매일 사용하고 있는 단위입니다.
예를 들어 수신감도가 9+ 10dB 라든지, 안테나이득이 3dB라든지 쓰이는 곳이 너무 많아 혼돈이 되는 경우가 많은 것 같습니다.
또 전력의 단위인 dBm(decibel milliwatte; 데시벨 밀리와트 또는 디비엠), 전압의 단위를 기준으로 하는 dBμ(decibel micro; 데시벨 마이크로), 케리어 대 스프리어스 비인dBc(decibel carrier; 데시벨 케리어, 데시벨 씨, 디비씨), 안테나의 절대이득을 표시하는 dBi(decibel isotropic; 데시벨 아이소트 로픽, 데시벨 아이, 디비아이), 안테나의 이득을 반파장 안테나와의 비를 표시하는 dBd(decibel dipole; 데시벨 다이폴, 데시벨 디, 디비디), 부하 임피던스와 관계없이 0.775V를 기준(0dBu)으로 하는 전압단위로 dBu(decibel unload;데시벨 유), 1V를 기준(0dBV)으로 하는 전압단위로 dBV(decibel volt;데시벨 브이)등 여러 단위가 있어 더욱더 혼란스러운 것 같다.
이 페이지에서는 주로 많이 사용되고 있는 dB와 dBm에 대하여 설명하고자 한다. 로그스케일을 사용하여 계산하여야 하기 때문에 어려워 보이지만, 복잡한 계산식이 아니기 때문에 쉽게 이해가 될 것으로 보인다. 간단하게 사용하기 위해 아래에 환산표도 있으니 참고하기 바랍니다.
어원
이 dB 의 어원은 10분의 1을 의미하는 deci 와 전화 발명자의 이름인 Bell에서 명명되었습니다.
(Bell, Alexander Graham ; 1847~1922 : 영국 태생 미국 과학자로서 음성생리학을 연구하여 농아교육에 진력 하였으며, 음파연구에서 1876년 자석식전화기를 발명하고 벨회사를 설립.)
사용하는 이유
이 dB을 사용하는 이유로는 인간의 귀로 느끼는 소리의 크기는 실제음의 에너지에 대하여 대수 함수적으로 느껴지기 때문에 통신 관계에서는 전력이나 각종 레벨을 나타 내는데 대수(logarithm)를 써서 표현(dB ; 데시벨)하는 편이 여러 가지로 편리하여 많이 사용하고 있습니다.
dB의 정의
데시벨은 로그 스케일을 사용하여 상대적인 비율을 표현합니다. 이는 매우 작은 값부터 매우 큰 값까지 폭넓게 표현할 수 있도록 도와줍니다. 데시벨은 다음과 같이 정의됩니다:
dB = 10 * log10(P1 / P0)
여기서:
P1는 측정된 전력입니다.P0는 기준 전력입니다.
전력 외에도, 전압 또는 전류의 비율을 나타낼 때도 데시벨을 사용할 수 있습니다. 전압 또는 전류를 사용할 때는 다음과 같이 정의됩니다:
dB = 20 * log10(V1 / V0)
여기서:
V1는 측정된 전압 또는 전류입니다.V0는 기준 전압 또는 전류입니다.
전력과 전압·전류, 음압,압력, 에너지밀도 등에서 상대적 힘의 비를 구하여 사용하는 단위로서 계산 식은 아래와 같습니다. 예를 들어 입력이 1W이고 출력이 100와트인 증폭기 있다고 하면 100배의 증폭기인 샘이다.
# 10log 100/1 =20dB
(log100=log102은 2이다)
이번에는 100와트 입력하여 15와트가 나오는 감쇠기(Attenunator) 가 있다고 하면 10log15/100=-8.2dB(log0.15는 -0.823임)가 된다.
증폭이 되면 +dB가 되고, 감쇠가 되면 -dB가된다.
또 4배의 이득을 가진 안테나가 있다고 하자 이를 dB로 나타내려면 10log4 (log4는0.6이다)가 되어서 6dB의 이득을 가진 안테나가 된다. 곧 전력이득 4배는 6dB가 되는 샘이다.
전력 이득 dB = 10log(출력전력/입력전력)
전압 이득 dB = 20log(출력전압/입력전압)
전류 이득 dB = 20log(출력전류/입력전류)
아래 그림은 어느 블록 다이어그램 에서의 전체 전력이득을 계산하는 보기로서 증폭은 +dB가 되고 감쇠는 -dB가 되며, 전체 이득은 37dB(입력전력의 5000배의 출력이 되지만 우리가 느끼기에는 수십배 증폭 된것으로 느껴짐)가 된다.
| 배율 | 전력 비 | 전압·전류 비 |
|---|---|---|
| 1 | 0 dB | 0 dB |
| 2 | 3 dB | 6 dB |
| 3 | 4.8 dB | 9.5 dB |
| 4 | 6 dB | 12 dB |
| 5 | 7 dB | 14 dB |
| 10 | 10 dB | 20 dB |
| 100 | 20 dB | 40 dB |
| 1000 | 30 dB | 60 dB |