Mitunter fallen innerhalb einer messtechnischen Anwendung Messwerte in ganz unterschiedlichen Größenordnungen an. Um die Zahlenwerte nicht mit unübersichtlich vielen Ziffern zu versehen, könnte man, wie oben gezeigt, entsprechende Vorsätze verwenden. Für eine Darstellung in einem Diagramm, bei dem die Achse in einer festen Einheit bzw. einem Vielfachen davon skaliert werden muss, ist dies jedoch keine Lösung. Für diesen Fall bietet sich eine logarithmische Darstellung der Messwerte an, was auch im SI vorgesehen ist.

Hierbei muss man den eigentlichen Messwert stets auf einen definierten Referenzwert beziehen – also den Quotienten bilden – und danach logarithmieren. Fast ausschließlich verwendet wird dazu der 10er-Logarithmus (log). Der sich ergebende neue Wert trägt als Einheit das Bel (B) bzw. – auch dies wiederum die meist verwendete Variante – Dezibel (dB), also das Zehntel eines Bels. In seltenen Fällen wird der natürliche Logarithmus (ln) benutzt, die Einheit nennt sich dann Neper (Np). Im Falle einer elektrischen Leistung P wäre also die übliche logarithmische Darstellung

(Formel 4)

In der Messtechnik hat sich eingebürgert, dass zunächst nur Leistungen – allgemein spricht man von „Leistungsgrößen“ – gemäß dieser Definition in dB angegeben werden. Die meisten anderen Größen werden in leicht abgewandelter Form – hier am Beispiel der elektrischen Spannung U – gemäß

(Formel 5)

dargestellt und nennen sich in diesem Kontext „Leistungswurzelgrößen“ (früher auch „Feldgrößen“). Dieser Name deutet auf eine sich dahinter verbergende spezielle physikalische Sichtweise hin: Stellt man sich in (4) vor, dass P bzw. Pref an einem ohmschen Widerstand R abfallen, so lässt sich (4) mit den beiden Beziehungen

(Formel 6)

bzw.

(Formel 7)

direkt in (5) umformen.

Elektrische Leistungen und Spannungen stellen bereits den Großteil der Messgrößen dar, für die in der Messtechnik überhaupt nur Dezibelangaben üblich sind. Auch sind diese nur bei bestimmten Anwendungen mit einem großen Messbereich wie der Hochfrequenztechnik, der Charakterisierung von sog. Frequenzgängen bei Verstärkern oder bei akustischen Größen (hier auch mit anderen Messgrößen wie z.B. dem Schalldruck) stärker verbreitet. Generell spricht man auch von „Pegeln“, wenn Messwerte logarithmisch angegeben werden.

Eine Angabe in Dezibel macht natürlich nur Sinn, wenn – im Zweifelsfall zusätzlich zur Nennung der Berechnungsvariante gemäß (4) oder (5) – angegeben ist, welcher Referenzwert verwendet wurde. Hierzu haben sich folgende Schreibweisen in den Einheiten eingeführt:

dB(mW)      Leistungspegel, bezogen auf 1 mW
dB(mV)      Spannungspegel, bezogen auf 1 mV
dB(µV)       Spannungspegel, bezogen auf 1 µV

Beispielsweise gelten damit folgende Korrespondenzen für Leistungspegel:

1 µW        = 0,000.001 W       = – 30 dB(mW)
10 µW      = 0,000.01 W         = – 20 dB(mW)
100 µW    = 0,000.1 W           = – 10 dB(mW)
1 mW       = 0,001 W              = 0 dB(mW)
10 mW     = 0,01 W                = 10 dB(mW)
100 mW   = 0,1 W                  = 20 dB(mW)
1 W                                          = 30 dB(mW)
10 W                                        = 40 dB(mW)
100 W                                      = 50 dB(mW)
1 kW         = 1.000 W              = 60 dB(mW)

Einen speziellen Sonderfall hält die Messtechnik in diesem Zusammenhang noch bereit: Mitunter werden Spannungspegel auch in dBm angegeben – nicht zu verwechseln mit obigen dB(mV). Dies vor allem bei Messsystemen, die für höhere Frequenzen ausgelegt sind. Bei Schaltungen für diese Frequenzen ist es üblich, zur Vermeidung sog. Reflexionen Leitungsenden mit einem ohmschen Widerstand, der in etwa dem sog. Wellenwiderstand des Kabels entsprechen sollte, abzuschließen. Oftmals wird hierzu ein 50 Ω-Widerstand verwendet. Viele Messgeräte für Hochfrequenzanwendungen sind intern an ihren Ein- bzw. Ausgangsbuchsen bereits mit diesen Widerständen beschaltet. Bei dBm-Angaben nimmt man nun als Referenzspannung diejenige, die an einem solchen 50 Ω-Widerstand eine Leistung von 1 mW produziert. (7) nach Uref aufgelöst ergibt für diese Werte eine Spannung von ca. 0,224 V, mit der gemäß (5) der Spannungspegel – nunmehr in dBm – für beliebige Spannungen U berechnet werden kann. Somit steht 0 dBm für eine Spannung von ca. 0,224 V, während 20 dBm ca. 2,24 V entspricht.

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