Dezibel

Das Dezibel ist schon merkwürdig: Einerseits geht jeder, der etwas mit Audiotechnik zu tun hat, täglich mit dieser Größe um, jedoch wissen nur wenige, was sie genau bedeutet.

Warum Dezibel?
Der Name der Einheit Bel stammt vom Erfinder des Telefons, dem Amerikaner Bell. Zusammen mit der bekannten Vorsilbe "dezi-" ergibt sich das Dezibel als ein Zehntel Bel. Das Dezibel stellt das Verhältnis zweier Werte an einer logarithmischen Skala dar. Es ist nicht für bestimmte physikalische Größen definiert. In der Audiotechnik kommen schnell unhandlich große Zahlen zustande, die mit der logarithmischen dB-Skala einfacher darzustellen sind. Auch beschreibt die logarithmische Skala das Lautstärkeempfinden des menschlichen Gehörs viel besser als eine lineare, wodurch sich die Einheit Dezibel gerade in diesem Bereich anbietet. Außerdem bedienten sich schon unsere mit Rechenschiebern ausgerüsteten Großväter der Vorteile der Logarithmen, denn hier wird aus einer Multiplikation eine Addtion und aus einer Division eine Subtraktion. Einfaches Rechnen ist also sichergestellt.

Was ist ein Dezibel?
Das Dezibel ist keine absolute Größe, sondern ein Verhältnis. Um damit Pegel, also Spannungen oder Leistungen zu beschreiben, werden zwei Angaben benötigt: Ein Bezugspegel und der darzustellende Pegel. Die Verdopplung einer Spannung gegenüber dem Bezugspegel bedeutet einen Anstieg von 6 dB. Ist die Spannung viermal so groß, sind es 12 dB, und ist sie achtmal so groß, sind es 18 dB. Die dazugehörige Formel lautet:

Leistung ist das Produkt von Spannung und Stromstärke. Bei der doppelten Spannung vervierfacht sich die Leistung, und deshalb entspricht eine Verdoppelung der Leistung nur 3 dB, nicht etwa sechs. Die Formel zur Darstellung von Leistungen lautet daher:

Relative Pegel
In der Audiotechnik haben wir es nicht nur mit absoluten Pegeln zu tun, sondern oft mit dem Verhältnis zweier Werte, sogenannten relativen Pegeln. Das Verhältnis eines Nutzsignales zu Störsignalen wie Rauschen, Brummen und Einstreuungen, der sogenannte Fremdspannungsabstand, ist ein Beispiel. Da das Dezibel ohnehin ein Verhältnis beschreibt, kommt es zu dieser Darstellung wie gerufen. Wenn ein Gerät einen Fremdspannungsabstand von 60 dB aufweist, so heißt das, daß die Nutzspannung um 10 mal 6dB, zehn Verdoppelungen, also 1024 mal so groß wie die Fremdspannung ist. Bei einer Nutzspannung von 1 Volt entspräche das also einer Fremdspannung von etwa 0,001 Volt. Ein Verhältnis von 2048 entspräche dann 66 dB, 4096 sind 72 dB und so weiter. Bereits hier zeigt sich, wie handlich die Zahlenwerte sind, wenn sie in Dezibel ausgedrückt werden.
Neben dem Fremdspannungsabstand ist die Spannungsverstärkung ein sehr häufiger Anwendungsfall für das Dezibel. Hier werden Ein- und Ausgangspegel einer Verstärkerstufe ins Verhältnis gesetzt. Vierfache Verstärkung entspricht z. B. einer Pegelerhöhung um 12 dB. Fader an Mischpulten und Regler an Equalizern tragen daher dB-Skalen. Reine Abschwächer, deren maximal möglicher Ausgangspegel dem Eingangssignal entspricht, weisen eine Skala mit Maximalwert 0 dB auf. Auf der Skala befinden sich folglich negative dB-Werte.

Absolute Pegel
Auch absolute Angaben lassen sich in Dezibel ausdrücken, wenn man die Bezugsgröße als Konstante definiert. Die maximal zulässige Eingangsspannung eines Gerätes ist zum Beispiel eine absolute Angabe, oder der interne Arbeitspunkt, also die Spannung, bei der die Aussteuerungsanzeige 0 dB (relativ) anzeigt. Die Bezugsgröße im Studiobereich sind 0,775 Volt. Absolute Pegel, die sich auf diese Bezugsgröße beziehen, erkennt man an ihrem Zusatz: Sie heißen dBm. 0 dBm sind also 0,775 Volt, +6 dBm 1,55 Volt, +12 dBm 3,1 Volt.
Für absolute Spannungsangaben gibt es jedoch noch eine weitere Norm. Besonders im englischsprachigen Raum wird oft 1 Volt als Bezugsgröße verwendet. Auch das erkennt man am Zusatz: Nun heißt es dBV. Es ist also wichtig, sich folgendes zu merken: dBm und dBV sind absolute Größen, dB ohne Zusatz ist ein Verhältnis.
Die übliche Vollaussteuerung liegt bei Homerecording-Geräten bei -10 dBm, in Tonstudios bei +4 dBm, und beim Rundfunk bei +6 dBm. Diese absoluten Werte sind wiederum die Bezugswerte fuer die Aussteuerungsanzeige, die dann 0 dB anzeigt. Niedrigere Pegel als Vollaussteuerung haben negative Vorzeichen. Die Hälfte sind - 6 dB, ein Viertel - 12 dB.

Lautstärke
Auch Lautstärke, oder genauer der Schalldruck, wird in Dezibel angegeben. Bezugswert ist hier die Hörschwelle, also das leiseste Schallereignis, das von einem durchschnittlichen Menschen gerade noch gehört werden kann. Das Gehör empfindet verschiedene Frequenzen jedoch unterschiedlich laut. Die Messung erfolgt daher mit einem Filter der Bewertungskurve A, wodurch diese Eigenschaft des Gehörs berücksichtigt wird. Der so bewertete Schalldruck wird mit dB(A) angegeben.
Eine Besonderheit der Lautstärkeangaben ist der Wirkungsgrad eines Lautsprechers. Dieser gibt an, welchen Schalldruck der Lautsprecher in einem Meter Entfernung erzeugt, wenn er 1 Watt Leistung zugeführt bekommt. Wenn ein Lautsprecher mit 82 dB (1 W/m) angegeben ist, so braucht man 18 dB mehr, um ihn bis zur optimalen Studio-Abhörlautstärke von 100 dB Schalldruck auszusteuern. Bei Leistungen bedeuten 3 dB eine Verdoppelung, 18 dB sind also sechsmalige Verdoppelung. Die Endstufe benötigt somit mindestens 2 hoch 6 mal 1 Watt, das sind 64 Watt Sinusleistung.

Alles klar?
An den Beispielen habt Ihr gesehen, daß sich mit Angaben in dB besonders einfach rechnen läßt. Wenn Ihr Euch darüber hinaus merkt, daß diese Maßeinheit stets ein Verhältnis zweier Größen zueinander darstellt, dürfte das Dezibel seinen verbreiteten Schrecken bereits verloren haben. Bei relativen und absoluten Spannungspegeln, Leistungspegeln und Schalldruckpegeln kennt Ihr nun die Bezugsgrößen, und Ihr wißt, daß die Verdopplung einer Spannung mit 6 dB, die Verdopplung einer Leistung hingegen mit 3 dB dargestellt wird.