dB的概念

振動試驗基礎1-必要的數學和物理知識2

振動試驗中經常會出現dB（分貝）的概念，概念定義請參考上面鏈接文章復習一下，需要注意的是它分兩種情況，一種是加速度、速度、位移、電壓、電流等使用的dB，另一種是能量、功率、PSD等使用的dB，兩者的區(qū)別是定義式前面的系數不同。一個是20，一個是10。

  dB是倍數的另一種表現形式，因為定義式log括號里面的就是倍數。為什么在振動試驗中使用dB？主要是因為在振動試驗中常使用對數坐標，使用dB更適合表達，主要好處一是便于計算，將乘除化為加減，二是可以將數量級差異巨大的兩個量的數據細節(jié)都能比較清晰地呈現，即差異懸殊的兩個量之間比值的相對大小，用比較小的數字來表征。所以需要我們突破常規(guī)概念，轉換思維。在振動試驗中，dB經常在以下幾種情況下出現。

1 試驗控制精度公差的定義

如下圖試驗條件，試驗運行時，最完美的運行情況是響應加速度值（控制加速度傳感器響應值）曲線（綠色曲線）和目標加速度值曲線（紫色曲線）完全吻合，但是由于各種原因（共振、動圈傾斜等原因），不可能完全吻合，所以要設置控制精度要求即誤差要求。一般正負3dB以內可認為正常區(qū)域，警告范圍為正負3dB（黃線）與正負6dB（紅線）之間，也就是說響應加速度的值低于目標加速度的值0.71倍(3.55m/s2)或者高于目標加速度值1.41倍(7.05m/s2)，認為試驗的控制精度出現問題，開始報警但試驗不停止，需要引起試驗人員的注意。試驗中斷范圍為正負6dB（紅線）以外，即響應加速度的值低于目標加速度的值0.5倍（5m/s2）或者高于目標加速度值2倍（10m/s2），試驗控制精度出錯，試驗中斷停止，再繼續(xù)試驗下去失去試驗意義。

有些試驗標準給出警告和中斷dB值，很多試驗標準都是默認正負3dB和正負6dB，為什么默認這兩個值，作者從事這么多年一直沒有找到答案。但個人猜測可能和試驗材料的安全系數有關，學過《機械設計》的讀者可能記得一般取安全系數1.3至1.4之間，也就是3dB左右，通過牛頓第二定律計算受到1.3倍的推力激勵，試驗體材料還是安全的，不會損壞，但需要我們注意。材料的破壞系數一般為2，即6dB，受到2倍的推力激勵，材料破損，試驗就沒有必要進行，為了對稱，下限也就取-3dB和-6dB了。以上僅為一家之言，僅供參考。

 沖擊試驗中的dB誤差同樣滿足上述描述，但在隨機試驗中即PSD的定義中是有區(qū)別的，雖然是同樣的正負3dB和6dB，但對應的倍數關系是不一樣，原因請從定義公式中查找，有興趣的同學可以自行計算下圖中每根曲線各點處的縱坐標對應PSD值。

2 手動預試驗中量級設置

 如下圖右上角所示，為了使試驗完美，不破壞試驗體，試驗都需要進行預試驗，可以先小量級進行試驗，然后通過手動按鈕慢慢上量級，一般從-10dB開始，每隔2dB相加，每次觀察試驗體的受力情況或者確認采集數據是否正常等，最后確認試驗運行無問題，直接上到0dB開始正式試驗?？赡苡械恼駝涌刂苾x軟件沒有這個功能，敬請注意。

 此處的dB是針對某個試驗量級來說的，有人會疑惑是功率譜密度的dB還是隨機試驗加速度RMS值的dB。從上面的定義可以看出，做出這樣的理解是錯誤的，某個dB時，實際上已經唯一地確定了試驗量級地相對大小。只是有用不同物理量，如PSD或者RMS來計算比值的時候，其比值結果時不同的，下圖中時針對加速度的RMS值來說的，即

 dB ＝ 10log(PSD2/PSD2)＝ 20log(RMS2/RMS1)

3 隨機試驗PSD值條件斜率的設定

 dB/oct的形式出現，具體參考下面的文章。

振動試驗入門 其他相關事項12 隨機試驗條件中“dB/oct”如何理解？

4 動態(tài)范圍指標

 動態(tài)范圍是指某個量最高的量值和最低量值的比值，一般也用dB表示，和振動控制儀硬件的AD（模數轉換器）的位數密切相關，dB值越大越好，精度越高，可以用來衡量振動試驗機系統(tǒng)的優(yōu)劣。

5 噪聲測試領域

一種特殊用法，衡量噪聲的量級大小，比如我國有關標準規(guī)定住宅區(qū)噪聲，白天不能超過55dB，夜間應低于45dB。而這個dB是與安靜環(huán)境下一根針掉下來的聲音進行比較的。振動試驗里面基本用不到，了解一下即可。

  以上列舉了dB(分貝)概念在振動試驗中出現的情亂，有可能有遺漏。讀完全文是不是覺得dB沒有那么難了，只是倍數的另外一種表達方式而已，重點理解第一種情況。最后，用兩張表格即分貝和倍數的關系（振動試驗常用值、兩種情況）來結束全文。