こんにちは。Noiseです。
Noiseはメーカー勤務でEMCエンジニアとして勤務しています。
この記事では、 デシベル変換について説明し、主な 物理量のデシベル変換表やデシベル変換の注意点、実際の応用例などを紹介しています。
具体的には、以下の内容がわかります。
- デシベルとは何か
- デシベル変換とは何か
- 電圧、電流、電力、電界強度、磁界強度など主な物理量のデシベル変換表
- デシベル変換の実際的な応用例
- デシベル変換に注意すべき点
以上の内容を通じて、デシベル変換がどのように物理量の表現を補助するために用いられるか、その応用や注意点などが理解できるようになります。
EMCにとって最初の関門はdB変換ですね！理解できればとっても使いやすい単位なのでしっかり覚えましょう！！
最後まで読んでいただけると幸いです。
デシベル変換とは何か
デシベル変換とは、 電力、電圧、電流などの電気パラメータをデシベル単位に変換する方法です。
この記事では、デシベル変換の基本的な考え方を説明し、そのメリットとデメリットを紹介します。
実務で使うデシベル変換の種類
実務で使うデシベル変換は、主に下記の５つになります。
正直これさえ覚えれば何も怖くはありません！
ここで少し厄介なのは電力の変換の標記の 【dBmW】です。
【dBmW】はスペクトラムアナライザの単位でよく使用しますが、 【dBm】と表記され
【W】の部分は省略されます。
私も習いたてのことはよく混乱しましたが、 電力だけはWを省略すると覚えておきましょう！
それでは、それぞれの変換方法を詳しく解説します。
各パラメータの変換式
以下は、電気的なパラメータにおいてよく使用される単位と、 それらの単位をデシベルに変換する方法と真数に戻す方法を説明したものです。
電圧（V）
電圧は、電気回路における電気的なポテンシャルの量を表します。
一般的に、 電圧はボルト（V）で表されますが、 マイクロボルト（μV）などの小さな値を表す場合もあります。
デシベルに変換する場合は、以下の式を使用します。
$$ \text{dBuV} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{\mu V}{1\mu V}\right) $$
ここで、1μVは、デシベルに変換する際に基準となる値です。
逆にデシベルから真数に直す場合は以下の式を使用します。
電圧（dBuV → uV）： $ 10^{\text{dBuV}/20} = \mu V $
電流（A）
電流は、電気回路内を流れる電気の量を表します。
一般的に、アンペア（A）で表されますが、マイクロアンペア（μA）などの小さな値を表す場合もあります。
デシベルに変換する場合は、以下の式を使用します。
$$ \text{dBuA} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{\mu A}{1\mu A}\right) $$
ここで、1μAは、デシベルに変換する際に基準となる値です。
逆にデシベルから真数に直す場合は以下の式を使用します。
電流（dBuA → uA）： $$ 10^{\text{dBuA}/20} = \mu A $$
電力（W）
電力は、電気回路によって消費または供給される電気エネルギーの量を表します。
一般的に、ワット（W）で表されますが、ミリワット（mW）などの小さな値を表す場合もあります。
デシベルに変換する場合は、以下の式を使用します。
$$ \text{dBmW} = 10 \times \log_{10}\left(\frac{mW}{1\text{mW}}\right) $$
ここで、1mWは、デシベルに変換する際に基準となる値です。
逆にデシベルから真数に直す場合は以下の式を使用します。
電力（dBmW → mW）： $$ 10^{\text{dBmW}/10} = \text{mW} $$
電界強度（V/m）
電界強度は、電気回路内における電場の強さを表します。
一般的に、ボルト/メートル（V/m）で表されますが、マイクロボルト/メートル（μV/m）などの小さな値を表す場合もあります。
デシベルに変換する場合は、以下の式を使用します。
$$ \frac{\text{dBuV}}{\text{m}} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{uV/\text{m}}{1\mu V/\text{m}}\right) $$
ここで、1μV/mは、デシベルに変換する際に基準となる値です。
逆にデシベルから真数に直す場合は以下の式を使用します。
電界強度（dBuV/m → uV/m）：$$ 10^{(\text{dBuV}/\text{m})/20} = \mu V/\text{m} $$
磁界強度（A/m）
磁界強度は、電気回路内における磁場の強さを表します。
一般的に、アンペア/メートル（A/m）で表されますが、マイクロアンペア/メートル（μA/m）などの小さな値を表す場合もあります。
デシベルに変換する場合は、以下の式を使用します。
$$ \frac{\text{dBuA}}{\text{m}} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{\text{uA}/\text{m}}{1\mu \text{A}/\text{m}}\right) $$
ここで、1μA/mは、デシベルに変換する際に基準となる値です。
逆にデシベルから真数に直す場合は以下の式を使用します。
磁界強度（dBuA/m → uA/m）： $$ 10^{(\text{dBuA}/\text{m})/20} = \mu \text{A}/\text{m} $$
デシベル変換の実際的な応用例
デシベル変換は、電磁気の実務において非常に重要な役割を果たしています。
デシベル変換が実際にどのように使用されているかをいくつかの具体的な例を挙げながら説明します。
電子機器の設計
電子機器の設計では、 電圧や電力などの電磁気量をデシベルで表すことがよくあります。
例えば、アンプの利得（増幅率）は、入力信号のレベルと出力信号のレベルの比をデシベルで表したものです。
電力通信
電力通信では、 信号の強度をデシベルで表すことがよくあります。
例えば、無線通信では、送信機の出力をデシベルエム（dBm）で表し、受信機の感度をデシベルエム（dBm）で表します。
音響工学
音響工学では、音圧や音量をデシベルで表します。
例えば、スピーカーの音圧レベルは、周囲の環境音との比をデシベルで表したものです。
電波測定
電波測定では、信号の強度をデシベルで表します。
例えば、アンテナの利得は、放射される電波の強度と入力電力の比をデシベルで表したものです。
これらは、デシベル変換の応用例の一部です。
デシベルは、電磁気学や音響工学、通信などの分野で広く使われており、非常に便利な単位です。
デシベル変換の注意点
デシベル変換を行う際には、いくつかの注意点があります。
注意すべきポイントを解説し、デシベル変換における一般的な誤解を解消します。
デシベルは 比率を表す単位であるため、比較する2つの数値が同じ基準点を持つかどうか確認する必要があります。
例えば、dBuVとdBmVは同じ単位であるが、それぞれの基準点が異なるため、単純に比較することはできません。
デシベル変換は対数計算を行うため、 加算・減算が乗算・除算に置き換えられます。
例えば、2つの値を足した結果のデシベル値を求める場合、両方の値を10の累乗形式に変換してから、乗算して元の値に戻す必要があります。
デシベル変換は、信号の電力や電圧の変化を表すために使用されますが、周波数や位相などの情報は含まれていません。
したがって、特定の周波数範囲内での信号の強度を比較する場合、周波数依存性を考慮する必要があります。
これらの注意点に留意しながら、正確なデシベル変換を行うことが重要です。
まとめ
今回はデシベル変換についてまとめていきました。
EMCエンジニアとしては必須の項目ですね。
しっかり身に着けておきましょう！
最後に式をまとめておきます！
真数からデシベルに変換する式
$$
\text{dBuV} = 20 \times \log_{10}(\mu\text{V}) \\
\text{dBuA} = 20 \times \log_{10}(\mu\text{A}) \\
\text{dBmW} = 10 \times \log_{10}(\text{mW}) \\
\text{dBuV/m} = 20 \times \log_{10}\left(\frac{\mu\text{V}}{\text{m}}\right) \\
\text{dBuA/m}= 20 \times \log_{10}\left(\frac{\mu\text{A}}{\text{m}}\right)
$$
デシベルから真数に変換する式
$$
\text{電圧} : 10^{\text{dBuV}/20} = \mu\text{V} \\
\text{電流} : 10^{\text{dBuA}/20} = \mu\text{A} \\
\text{電力} : 10^{\text{dBmW}/10} = \text{mW} \\
\text{電界強度} : 10^{(\text{dBuV}/\text{m})/20} = \mu\text{V}/\text{m} \\
\text{磁界強度} : 10^{(\text{dBuA}/\text{m})/20} = \mu\text{A}/\text{m}
$$
以上です。
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