分貝( dB )及其相關(guān)的知識(shí)，您了解多少？

2017-03-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

從事聲學(xué)方面工作的朋友,每每都會(huì)看到熟悉的 ( dB ) 字眼,也會(huì)看到諸如dBu、dBV、dBm、dBVU、dBFS等等和分貝有關(guān)的名詞。它們是怎么來的?今天就簡(jiǎn)單的科普一下:

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分貝dB

我們都知道,聲學(xué)及電子聲學(xué)方面的單位是以分貝(decibel ,dB ) 來做結(jié)果的。

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歷史上,貝爾發(fā)明了電話,重要的是,他發(fā)現(xiàn)我們?nèi)祟惗鋵?duì)聲音強(qiáng)度的反應(yīng)是成對(duì)數(shù)形式,大概的意思是當(dāng)聲音的強(qiáng)度增加到某一程度時(shí),人的聽覺會(huì)變的較不敏銳,這使得對(duì)數(shù)的單位可以去拿來代表人耳的特性,為了紀(jì)念他的發(fā)現(xiàn)因而命名為Bell。

Bell 用在遠(yuǎn)距兩地計(jì)算時(shí)是可以的,因?yàn)?Bell 這單位在實(shí)際應(yīng)用上太大了,我們用在小訊號(hào)方面時(shí)就須再細(xì)分以十分之一為一個(gè)單位,如同你在使用電表時(shí)欲量取小電壓,會(huì)自動(dòng)往下播切一格類似,此即 decibel(分貝),從英文字的 decibel 是(十分之一),(小數(shù))是 decimal,簡(jiǎn)寫是 deci將deci + bel 即成decibel 。而這又有簡(jiǎn)寫符號(hào)為 dB,注意這dB前面的d是小寫而后面的 B 是大寫。

dBm

dBm 是在一個(gè)電子電路內(nèi),求得一聲頻訊號(hào)電平( Audio Signal Level )的量測(cè)單位。它在分貝( decibel )的領(lǐng)域內(nèi)代表所依據(jù)的基準(zhǔn)是 1 Milliwatt 的分貝。另一種說法是 dBm 所標(biāo)示的m 即是(milliwatt)在一個(gè)電路內(nèi)其阻抗為 600Ω。它參照換算相當(dāng)于一個(gè) 0.775 V 的訊號(hào)電壓,這訊號(hào)電壓是 RMS 的電壓值,也就是 0 dBm 因?yàn)?0.775 V 跨接600Ω的負(fù)載等于 1mW,即:

1 Milliwatt = 0.775V = 0 dBm / 600Ω

dBm 的m 是小寫的m,它表示1 mW( milliwatt )。但是現(xiàn)在阻抗( Z )通常省略了不提示。

就設(shè)備的規(guī)格表里如果有寫及\dBm字眼時(shí),即表示在任一電子設(shè)備的電子回路上所量測(cè)有供電的阻抗值是600 奧姆,是有跨街負(fù)載的。

其方程式為:

dBm = 10 log ( P / 0.001 W )

P = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )

式中的P 是量測(cè)Power 的數(shù)值,單位的表示就是Watts。

若以0 dBm 是測(cè)量于跨接在個(gè)600 奧姆的負(fù)載下(在這里明白的指出了600奧姆的負(fù)載),我們己知道這0.001 W 己經(jīng)消耗掉了。

代入公式P = E × I = E2 / R

也就是說 0.001 = E2 / 600

E= √0.001 × 600 = 0.775V

因而當(dāng)0.775 V 是量測(cè)在一個(gè)600 奧姆的回路上的話,那0 dBm 就是訊號(hào)的功率值,若其它的電壓是測(cè)量在這600 奧姆電路,則dBm 的數(shù)值是定位于

dBm = 20 log ( E / 0.775 )

式中的E是經(jīng)量測(cè)后得到的電壓值。

dBv和dBu

小寫的v 和u 表示相似的東西,dBv 和dBu 也是在一個(gè)電子電路內(nèi),求得一聲頻訊號(hào)電平( Audio Signal Level )的量測(cè)單位。而且它們?cè)诜重?decibel)的領(lǐng)域內(nèi),所依據(jù)的基準(zhǔn)也是0.775 V RMS值,與上述dBm 不同之處是它會(huì)運(yùn)用在任何的阻抗情形下去算出數(shù)據(jù)來,我們會(huì)時(shí)常見到dBu 但較少見到dBv,是因?yàn)閐Bv 它會(huì)混淆到我們以為是dBV,dBv 和dBV 這兩者是不同的。另一方面要知道的是dBu 是歐洲慣用的,而dBv 是美國(guó)慣用的,知道么?

因此dBv 或dBu 小寫的v 和u 在基本上表示相同的事物,當(dāng)一個(gè)電壓在做測(cè)量的時(shí)候沒有牽拖到電路阻抗,但起始運(yùn)算是拿0.775 V 來導(dǎo)入,這樣說好了,假設(shè)好像電路是600Ω 這是我們認(rèn)為的,(在實(shí)際情況上這可能是不知道的。)因?yàn)殡娐纷杩故遣磺宄?因而實(shí)際有效功率是不明確的,那求出的值亦是不準(zhǔn)確,如果要嚴(yán)格結(jié)果的,使用dBv or dBu 來求取數(shù)值時(shí)。并不是一個(gè)正確的 dB 測(cè)量法,然而它所得的果還是有用的。我們觀察其不同之處,

dBm = 20 log ( E / 0.775 ),

dBv = 20 log ( E / 0.775 ),

dBm 式子里的0.775V 是以正600奧姆求出的。dBv 式子里的0.775V 則是假設(shè)它們是600奧姆的,式中的E 是經(jīng)量測(cè)后所得到的電壓值,至后此兩式子的差值在現(xiàn)今已被畫成等號(hào)了。也就是說dBm = dBv or dBu而且很不幸的是dBv 變成現(xiàn)在大家通用的運(yùn)算法則。這是為什么?

原因是業(yè)者的產(chǎn)品設(shè)備雖不達(dá)要求標(biāo)準(zhǔn),但足夠大眾消費(fèi)上的運(yùn)用,以音響商業(yè)市場(chǎng)里,這是方便的宣告自己產(chǎn)品規(guī)格數(shù)據(jù),以這樣的方式去解釋分貝。但又沒有真實(shí)說明,這是廠商們最想要結(jié)果。

dBV

dBV 也是運(yùn)用在一個(gè)電子電路內(nèi),求得一聲頻訊號(hào)電平( Audio Signal Level )的量測(cè)單位。它在分貝( decibel )的領(lǐng)域內(nèi)所依據(jù)的基準(zhǔn)是1 V RMS 值的分貝。它量測(cè)時(shí)的條件很松?？勺饔迷谌魏蔚淖杩怪瞪?dBV 的測(cè)量是相似于dBv( 或dBu )測(cè)量的方式,但大V 表示參考于1 伏特電壓( 電壓基準(zhǔn) ),且不管給予的任何阻抗值,那么這個(gè)值就更不是那么的精準(zhǔn)了。不過起碼能知道任一電路架構(gòu)的訊號(hào)電平位準(zhǔn)差不多是在那里,是的,dBV 會(huì)在那里出現(xiàn)呢?

它通常是運(yùn)用在-10 dBV 的非平衡式( Unbalanced ) or 高阻抗(High Impedance)的消費(fèi)性電子裝置設(shè)備上,一般制造商所提供的文件上,會(huì)標(biāo)注輸入及輸出是依據(jù)于負(fù)10,又應(yīng)標(biāo)注何時(shí)是利用dBV 參考,( 這點(diǎn)有時(shí)被忽略了 ),以及何時(shí)又是利用dBv or dBu 參考的,大致上高端的器材設(shè)備上,幾乎看不到這樣的數(shù)值表示。當(dāng)廠商提示出dBV 時(shí),您也就不必太關(guān)心這個(gè)數(shù)值了,它并不會(huì)很準(zhǔn)確,但也是可以使用的結(jié)構(gòu),僅是利用在產(chǎn)品架構(gòu)上,去界定它是消費(fèi)性業(yè)余裝置或?qū)I(yè)級(jí)的設(shè)備。

dBW

它在分貝的領(lǐng)域內(nèi),所依據(jù)的基準(zhǔn)是明確的在1 W 的分貝,dBW 大寫的W 即為Watt的意思。其時(shí)這段文應(yīng)該跟dBm擺在一起的。就如dBm 般的,它對(duì)于聲頻方面,如麥克風(fēng)電平位準(zhǔn)及線性電平位準(zhǔn)(Line Level)而言,運(yùn)用dBm 來求取數(shù)值剛好。dBm or dBv or dBu 就像比例尺一樣將一個(gè)較大的量測(cè)單位照比例縮小到方便我們使用。如果用dBW 來導(dǎo)入就不太恰當(dāng)。它是太大了。

不過它能利用在求出擴(kuò)大機(jī)功率輸出的對(duì)數(shù)性質(zhì),即 dBW。只是dBW與dBm一樣的被商家們,忽略掉0 dBW=1W,100W=10log(100W/1)=20 dBW1000W=30 dBW當(dāng)dBW 代換到dBm 時(shí)是:1W=多少 dBmdBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm1W= 0 dBW=30 dBmdBW = -30 dBm,這就是 30 dBm = 0 dBW。下表是有關(guān)dBW 與Watts 的相互對(duì)照。

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覺得聲音大1 倍時(shí),喇叭的音壓已增加了近10 dB,擴(kuò)大機(jī)的功率也大了近10 倍了。

dBr

dBr 是一個(gè)在當(dāng)下量測(cè)時(shí),付予電子電路內(nèi),一量測(cè)的參考電壓,制造商會(huì)在手冊(cè)上說明某一環(huán)節(jié)的電路所求出的值是以多少量測(cè)的參考電壓dBr 來測(cè)得的。淺說也就是參考電壓從單一訊號(hào)到全頻20~20k,其量測(cè)的校準(zhǔn)刻度是在0 dBr 。又一般 0 dBr = 1.23 Vrms = + 4dBv 除非是使用不同的量測(cè)的參考電壓,那廠商就有責(zé)任告知它們的dBr 是以多電平( Level )量測(cè)的。

dBFS

分貝滿刻度也就是一般數(shù)字設(shè)備上的指示單位。這”滿刻度”之意就是使用在一模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號(hào)或數(shù)字訊號(hào)換成模擬訊號(hào)時(shí)的過程。這轉(zhuǎn)換之間所能記錄編碼的最大電平量(在數(shù)字訊號(hào)失真切割之前" digital clipping" )。

這個(gè)最大的記錄編碼電平量就寫成 0 dBFS。0dBFS 數(shù)字訊號(hào)滿刻度又等于+ 24dBu 的模擬訊號(hào)輸出,然而一般的數(shù)字設(shè)備會(huì)架構(gòu)于+ 18dBu輸出。

dBA,dBB,dBC

這三組濾波電路是針對(duì)人耳對(duì)于低頻的感觀在某個(gè)音壓下,會(huì)有不同的聆聽表現(xiàn),舉例當(dāng)我們聆聽小聲的音樂電平時(shí),對(duì)于低頻的反應(yīng)是不靈敏,然后就量測(cè)麥克風(fēng)儀器而言,在任何音壓里,對(duì)于低頻應(yīng)有的能量取得是一樣的靈敏,這樣會(huì)造成在小音壓底下,麥克風(fēng)量到的與耳朵聽到的會(huì)不一致,為了讓人耳這樣的等響曲線與量測(cè)的曲線相似,在音壓量計(jì)上,或是量測(cè)曲線儀上,都會(huì)提供大約2~3個(gè)不同音壓范圍的曲線濾波選擇。

聲壓位準(zhǔn)在20~55 dB SPL范圍內(nèi),建議使用A加權(quán)曲線網(wǎng)絡(luò)。

聲壓位準(zhǔn)在55~85 dB SPL范圍內(nèi),建議使用B加權(quán)曲線網(wǎng)絡(luò),

聲壓位準(zhǔn)在85~140 dB SPL范圍內(nèi),建議使用C加權(quán)曲線網(wǎng)絡(luò)。

B加權(quán)濾波已經(jīng)不太被應(yīng)用在量測(cè)上了,僅在學(xué)術(shù)的研討上才會(huì)有更細(xì)膩的慮波曲線參考。

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