【关于音响中的dB(分贝）】（转）

红灯记

                                                吳榮宗 主筆
從事聲音工作的朋友或是業餘愛好者，每每接觸到音響設備或是手冊，都會在一些數據之後,看到很多
3 e, k; y) T5 c1 I0 [  E你熟悉的 ( dB ) 字眼，它們的過程是怎麼來的？現在就簡單的介紹認識這個單位吧。
分貝( decibel )簡稱 dB
" Q. e2 K: ^; B6 x" }0 H早期生活上，辨識東西會以大概、差不多，或是用比的，儘可能的讓對方或自己瞭解有多少多大。
當文明來臨與成長時，對這樣的果付予大家所認同的刻度單位種種，這樣的規則無不充斥在你我的
7 i3 e, m" Z2 e生活裡，例如長度的：公厘、公分、公寸、公尺、公丈、公引、及公里等，還有在面積的單位、
容積體積的單位、重量的單位等等，
( 聲學及電子聲學 ) 方面的單位，它是以分貝(decibel ，dB ) 來做結果的。
這個單位的由來是英國， Alexander Graham Bell ( 1847 - 1922 )這個人成長及受教育於英國愛丁堡大學
4 ~/ J: h" Y0 X* G1 l1 ~倫敦大學，後來任職於波士頓大學教授，一生專注於科學。
1876 那一年發明電話！我們都知道貝爾發明了電話，然而重要的是，他發現我們人類耳朵對聲音強度
的反應是成對數形式，大概的意思是當聲音的強度增加到某一程度時，人的聽覺會變的較不敏銳，
" _% _  H' ]- Z/ T% q4 h& N這使得對數的單位可以去拿來代表人耳的特性，為了紀念他的發現因而命名為Bell。
Bell 用在遠距兩地計算時是 ok 的，因為 Bell 這單位在實際應用上太大了，我們用在小訊號方面時就
, G3 H9 w& G( W/ M% M. m須再細分以十分之一為一個單位，如同你在使用電表時欲量取小電壓，會自動往下播切一格類似，
此即 decibel(分貝)，從英文字的 decibel 是(十分之一)，(小數)是 decimal，簡寫是 deci
將deci ＋ bel 即成decibel 。而這又有簡寫符號為 dB，注意這dB前面的d 是小寫而後面的 B 是大寫。

8 {  e( ]  f6 b) OdBm
dBm 是在一個電子電路內,求得一聲頻訊號電平( Audio Signal Level )的量測單位.它在分貝( decibel )的
' h8 s$ L/ L4 n9 D9 k1 a領域內代表所依據的基準是 1 Milliwatt 的分貝.另一種說法是 dBm 所標示的m 即是(milliwatt)
在一個電路內其阻抗為 600Ω.它參照換算相當於一個 0.775 V 的訊號電壓,這訊號電壓是 RMS 的電壓值,
) @- ^3 P, V; S" p* |也就是 0 dBm 因為 0.775 V 跨接600Ω的負載等於 1mW .即:
1 Milliwatt = 0.775V = 0 dBm / 600Ω.
" m! m6 |* c" ]$ b2 T4 E; w* N% @+ RdBm 的m 是小寫的m,它表示1 mW( milliwatt ).但是現在阻抗( Z )通常省略了不提示.
就設備的規格表裡如果有寫及\dBm字眼時,即表示在任一電子設備的電子迴路上所量測有供電的阻抗值
是600 歐姆，是有跨街負載的。
6 U3 j& @& \; h" J2 h* h* `9 b其方程式為：
1 {: w5 g& z7 }
% S5 i5 o% m" MdBm = 10 log ( P / 0.001 W )
* v; Y1 k$ R6 ]4 \" G2 B8 _0 c
( E7 l: X# c, \- h7 hP = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )
. [# d) n) F  y) b
式中的P 是量測Power 的數值,單位的表示就是Watts.
! C) ^3 c2 I! r, l; O% ^* I若以0 dBm 是測量於跨接在個600 歐姆的負載下(在這裡明白的指出了600歐姆的負載),
6 i# o: Y% H& h% _8 r6 z" j" w% Z我們己知道這0.001 W 己經消耗掉了.

1 v- w0 G9 L0 u代入公式P = E × I = E2 / R 也就是說 0.001 = E2 / 600
3 s$ U* u! `, E4 S- f/ Y1 VE= √0.001 × 600 = 0.775V

. I  W+ e3 g/ [' X8 \! w因而當0.775 V 是量測在一個600 歐姆的迴路上的話.那0 dBm 就是訊號的功率值,若其它的電壓是測量
在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於


' X2 h) c7 i0 {3 B- J& }dBm = 20 log ( E / 0.775 )
* {) h/ i" V+ X5 f
式中的E 是經量測後得到的電壓值.
% h2 L7 `9 Z) S/ N/ K3 T

dBv and dBu
; I* `: X- I" f小寫的v 和u 表示相似的東西,
dBv 和dBu 也是在一個電子電路內,求得一聲頻訊號電平( Audio Signal Level )的量測單位.而且它們在
分貝(decibel)的領域內,所依據的基準也是0.775 V RMS值,與上述dBm 不同之處是它會運用在任何的阻抗
情形下去算出數據來,我們會時常見到dBu 但較少見到dBv,是因為dBv 它會混淆到我們以為是dBV,
5 L7 o( a- w+ I- F4 S" `* kdBv 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 是美國慣用的.知道麼?
, I2 _# s# Y; ]$ f因此dBv 或dBu 小寫的v 和u 在基本上表示相同的事物,當一個電壓在做測量的時候,沒有牽拖到電路阻抗,
; w  G$ |$ Q* K, R1 e4 |1 T7 y但起始運算是拿0.775 V 來導入,
這樣說好了,假設好像電路是600Ω 這是我們認為的,(在實際情況上,這可能是不知道的.)因為電路阻抗是
不清楚的,因而實際有效功率是不明確的,那求出的值亦是不準確,如果要嚴格結果的,
使用dBv or dBu 來求取數值時.並不是一個正確的 dB 測量法,然而它所得的果還是有用的.
我們觀察其不同之處,
6 c1 H' q* [4 s( w+ ^: ~
dBm = 20 log ( E / 0.775 ),

' v. W& d) o  h, a2 k) [4 edBv = 20 log ( E / 0.775 ),

  m( w- b7 a; mdBm 式子裡的0.775V 是以正600歐姆求出的.
( c9 N* Q" i6 {* m  p$ xdBv 式子裡的0.775V 則是假設它們是600歐姆的,
式中的E 是經量測後所得到的電壓值,至後此兩式子的差值在現今已被畫成等號了.
也就是說dBm = dBv or dBu而且很不幸的是dBv 變成現在大家通用的運算法則.這是為什麼?
* ]/ N( ]1 W3 `% O, B7 `原因是,業者的產品設備雖不達要求標準,但足夠大眾消費上的運用,以音響商業市場裡,這是方便的
) a! `- Q2 W" [) E6 a" K% u2 r宣告自己產品規格數據,以這樣的方式去解釋分貝.但又沒有真實說明，這是廠商們最想要結果。
/ ^5 r8 X! h% L  ]% [8 v  a" n

dBV
dBV 也是運用在一個電子電路內,求得一聲頻訊號電平( Audio Signal Level )的量測單位.
它在分貝( decibel )的領域內所依據的基準是1 V RMS 值的分貝.它量測時的條件很鬆.
" h$ ^- K1 h1 v- U' @% i- T) i可作用在任何的阻抗值上,dBV 的測量是相似於dBv( 或dBu )測量的方式,但大V 表示參考於1 伏特電壓
( 電壓基準 ),且不管給予的任何阻抗值,那麼這個值就更不是那麼的精準了.不過起碼能知道任一電路
架構的訊號電平位準差不多是在那裡，是的,dBV 會在那裡出現呢?
) U' s' g5 K; j+ S7 Z它通常是運用在－10 dBV 的非平衡式( Unbalanced ) or 高阻抗(High Impedance)的消費性電子裝置設備上,
9 ^$ W5 Z8 V$ i5 a8 _- F一般製造商所提供的文件上,會標註輸入及輸出是依據於負10,又應標註何時是利用dBV 參考,
% ^2 N  R. h) v8 r5 Z( 這點有時被忽略了 ).以及何時又是利用dBv or dBu 參考的,
- u. J& F* q2 `" P" B. q5 P大致上高端的器材設備上,幾乎看不到這樣的數值表示.當廠商提示出dBV 時,您也就不必太關心這個
% q; Q) t, V. O  y; y+ a4 O數值了,它並不會很準確，但也是可以使用的結構，僅是利用在產品架構上，去界定它是消費性業餘
! `# J8 O; ?. m" n- C  Z5 U裝置或專業級的設備.
7 L! Z" R) g. p# H( R. \3 _2 O

" w/ E8 @$ [& I  J7 e: s; SdBW
, e& q( z. D6 f: c. Q, B) K它在分貝的領域內,所依據的基準是明確的在1 W 的分貝,
& j7 H  i" P1 U; R9 k9 f* ?: VdBW 大寫的W 即為Watt的意思.其時這段文應該跟dBm擺在一起的.
! T1 x# L& C  b3 K5 S& r就如dBm 般的,它對於聲頻方面,如麥克風電平位準及線性電平位準(Line Level)而言,運用dBm 來求取
5 a: j8 b: Z, c& r( e3 `# b數值剛好.dBm or dBv or dBu 就像比例呎一樣將一個較大的量測單位照比例縮小到方便我們使用.
如果用dBW 來導入就不太恰當.它是太大了.
# C* a, v" b8 m- U2 P$ l- r不過它能利用在求出擴大機功率輸出的對數性質,即 dBW. 只是dBW與dBm一樣的被商家們,忽略掉
2 q, K5 [6 _. M$ f1 U$ ~# u; ~0 dBW=1W,
100W=10log(100W/1)=20 dBW
1000W=30 dBW
) y+ y6 e  L! S6 s. `3 d9 Y1 j5 {, c當dBW 代換到dBm 時是：
/ ]) x% l( O4 F! i: X6 X* |# O1W=多少 dBm
dBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm
1W= 0 dBW=30 dBm
dBW = -30 dBm，這就是 30 dBm = 0 dBW.
下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,


覺得聲音大1 倍時,喇叭的音壓已增加了近10 dB ,擴大機的功率也大了近10 倍了.
2 g  u% y& ~1 ]! Z

7 V6 E6 o# ?9 J4 Y/ YdBr
3 `8 W  u9 t2 p' vdBr 是一個在當下量測時,付予電子電路內,一量測的參考電壓.製造商會在手冊上說明某一環節的電路
所求出的值.是以多少量測的參考電壓dBr 來測得的.淺說也就是參考電壓從單一訊號到全頻20~20k.
其量測的校準刻度是在0 dBr .又一般 0 dBr = 1.23 Vrms = + 4dBv 除非是使用不同的量測的參考電壓.
那廠商就有責任告知它們的dBr 是以多電平( Level )量測的.


* e( M. Z; h% ]7 v: z9 C$ ^3 q$ w/ udBFS
分貝滿刻度也就是一般數位設備上的指示單位.
' z$ v* ?0 X3 u- v. ]/ l8 t這”滿刻度”之意就是使用在一類比訊號轉換成數位訊號 or 數位訊號換成類比訊號時的過程.
& r3 ?, U% X, i# X. w& E- I5 y這轉換之間所能記錄編碼的最大電平量(在數位訊號失真切割之前" digital clipping" ).
1 R( U3 i- Q2 K1 t' x0 D1 s這個最大的記錄編碼電平量就寫成 0 dBFS .
6 h  D$ k+ ?  F; w8 I% X. e- y0dBFS 數位訊號滿刻度又等於+ 24dBu 的類比訊號輸出.然而一般的數位設備會架構於+ 18dBu輸出.


dBA，dBB，dBC
這三組濾波電路是針對人耳對於低頻的感觀在某個音壓下，會有不同的聆聽表現，
舉例當我們聆聽小聲的音樂電平時，對於低頻的反應是不靈敏，然後就量測麥克風儀器而言，
0 V, r- m% ?& `% _) r: q+ L: a; ]+ N在任何音壓裡，對於低頻應有的能量取得是一樣的靈敏，這樣會造成在小音壓底下，麥克風量到的
與耳朵聽到的會不一致，為了讓人耳這樣的等響曲線與量測的曲線相似，在音壓量計上，或是量測曲線儀上，都會提供大約2~3個不同音壓範圍的曲線濾波選擇。
  W* b! v* w/ ^8 X9 t+ S
聲壓位準在20~55 dB SPL範圍內，建議使用A加權曲線網路.
# A( I) O4 U% O1 A2 I/ `5 |
聲壓位準在55~85 dB SPL範圍內，建議使用B加權曲線網路.

9 \* }3 T1 v. C8 c聲壓位準在85~140 dB SPL範圍內，建議使用C加權曲線網路.

B加權濾波已經不太被應用在量測上了，僅在學術的研討上才會有更細膩的慮波曲線參考。
  |  j! C* l2 d' n  X" |% k
1 a1 _, G' j, d4 t( ]- n) s3 G# v

sax-1

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山东老孙

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