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吳榮宗 主筆 ' K) }; |& A$ q+ b7 x
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
, H% \" b5 C( s& Z2 C/ H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。
, J/ w3 E# w, u- w分貝( decibel )簡稱 dB' f# v4 e" e+ ] C. H) I: Z
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。
1 h2 O& x- N% }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5 {7 _; r j9 ~) g! k
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、
8 [# W7 s0 r k; F$ e X i9 \& j容積體積的單位、重量的單位等等，
/ m: l- a' q! ~( W. R2 S" K6 b( 聲學及電子聲學 ) 方面的單位，它是以分貝(decibel ，dB ) 來做結果的。0 j4 L% R+ E# W+ ?8 P, I/ W
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
, x1 f" x) o; e) q F2 H Z倫敦大學，後來任職於波士頓大學教授，一生專注於科學。
( }* v. x# X3 B9 P; b& O9 }7 Q1876 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
: i0 @+ v. a9 A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，
; Q" \- ~5 c" k8 |" c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。
/ l9 f, {: x- l' `- rBell 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5 [' i; B: E4 g
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，
: q* v) Y' A; ]此即 decibel(分貝)，從英文字的 decibel 是(十分之一)，(小數)是 decimal，簡寫是 deci6 i7 d+ l* e3 x
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。
! a( h. T$ ]2 R- V: ]
1 @" ^; n$ R4 L/ R' @7 zdBm
* F& h% g3 O+ jdBm 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# l% g3 k, H; _% k6 ]4 r6 H1 W
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)
1 D$ d& }4 S7 @; c: v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,2 k/ _9 }& s! X0 k& J( h
也就是 0 dBm 因為 0.775 V 跨接600Ω的負載等於 1mW .即:) H$ m& v& C/ T% P, @& N2 o
1 Milliwatt = 0.775V = 0 dBm / 600Ω.
8 K; P6 x+ B+ `0 ?dBm 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.
" V5 f) `6 U" Y1 k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8 `6 l1 |5 f- z& u! l
是600 歐姆，是有跨街負載的。$ ?( t5 a( Q( h+ J
其方程式為：
* h- D2 J8 \2 ]+ D$ \% V9 j1 p4 N2 i' Q
dBm = 10 log ( P / 0.001 W )
`! ?1 r- _. ^9 u: K0 e( s* }: ]2 o
P = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )
: H% y, u( e2 L
' P/ w2 k9 @4 L. d5 x式中的P 是量測Power 的數值,單位的表示就是Watts.
' m! D. Q2 G. b. a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),$ L6 d# B; |2 h
我們己知道這0.001 W 己經消耗掉了.# N% ]( g0 x$ v8 T
6 ~8 B+ J& g* P" R8 h9 v+ F, g
代入公式P = E × I = E2 / R 也就是說 0.001 = E2 / 6000 G, n' {4 |8 _! s# F+ }' Q" v" i
E= √0.001 × 600 = 0.775V
8 c# ]) F& T* R0 S/ M. g9 F! H( @" j2 o9 E8 f. T$ N
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0 B- j5 q* i2 X9 w( F
在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於
0 w3 y }' T3 D- N$ W4 [
) C; q3 L8 K2 K( ?+ c' E D5 e. b% g1 y2 P* [ z4 v8 E
dBm = 20 log ( E / 0.775 )
8 Q0 W* W. M0 p4 N5 k
) u0 D" _( R: d/ X3 _+ y2 V9 Z式中的E 是經量測後得到的電壓值.
+ R* d4 p1 O2 x; d4 j E. d, ~( P2 ]1 R
' m/ Q* q- X- P' `
dBv and dBu
! {* O) \. `) E& d0 ]* o1 G小寫的v 和u 表示相似的東西,
: i2 L. j. y! k0 x" a) r- T8 odBv 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" c* R1 S: U6 ^) I; `# d
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
. z+ O) I. n- h* P# C2 B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,( h7 k% B4 w# s6 d
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 是美國慣用的.知道麼?. { X) s( H u& u% n5 |
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,
, h$ d3 g5 Y6 r) [5 y N7 j但起始運算是拿0.775 V 來導入,( w1 X0 l" b& ?$ b1 \
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' x7 Y! ~# t/ ?# l8 L7 s1 Z
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,
2 m: ~7 `: o( D4 \* i! {: V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.* Z; e! ?8 `) Q7 I1 v' p
我們觀察其不同之處,3 F, P& e7 F, A2 }$ ?+ ]
& [5 |5 u5 z( i$ \& Q6 T
dBm = 20 log ( E / 0.775 ),
4 n" L% E1 g; Z) d! J0 y8 ^9 T2 L+ B. `
dBv = 20 log ( E / 0.775 ),- m5 i* r, }4 \, z1 @4 K! _
4 j! x+ Z" p& ~, _dBm 式子裡的0.775V 是以正600歐姆求出的. d v8 e% t9 N
dBv 式子裡的0.775V 則是假設它們是600歐姆的,+ U4 m! ]( E0 \
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.
; s# j& }4 q9 w5 ~9 Q# r( s1 H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?
Q/ o: g- I" r9 G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
8 l M' Y/ Y. i; c: R+ b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。
' o3 L: g) C0 b) S9 P
8 s9 Z8 X. v |8 L% i" x: x" H# _- w; f% ?6 |# t [8 S
dBV
, C4 V/ u' G3 a, n' Z7 UdBV 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.
2 u2 F( v. g% B2 b5 P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.
% _& w/ s( U8 f' i8 c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3 o( @, }' x) G) d$ v
( 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
r' I- x% k: j" T+ u9 P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?( }/ ]9 z. a& [, k1 V
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,4 S6 y- |' [, X' L. ?
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,& C4 e: N+ y1 ~5 H
( 這點有時被忽略了 ).以及何時又是利用dBv or dBu 參考的,
" X6 q; \' w9 @# J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* {$ ?( \8 m6 \) n6 m
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5 Q) D5 X7 l0 u* B
裝置或專業級的設備.0 X5 z% h* }/ W, d' D. k7 ]+ Y
) x! B# L D( ?* u
8 H, M7 G5 g' c9 R6 ~1 \dBW# @2 s4 B4 N6 g, a: f- t/ o1 o
它在分貝的領域內,所依據的基準是明確的在1 W 的分貝,2 v- S! r) q( D+ Y. {
dBW 大寫的W 即為Watt的意思.其時這段文應該跟dBm擺在一起的.* s* l: I# `% k7 o" b d
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# F: H/ [# O( H# n( D
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.0 R: t* T/ P! o, E: _
如果用dBW 來導入就不太恰當.它是太大了.
( n' Q7 g( _- p8 x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) D' x3 N! J: ^ V$ @3 {* z8 y
0 dBW=1W,) P' _1 I3 F5 e
100W=10log(100W/1)=20 dBW
) k0 t7 [' z4 R5 d: V5 o) n1000W=30 dBW: X# @9 B$ m! T+ p4 i9 L
當dBW 代換到dBm 時是：9 G; B( E: A# ?) c% @/ y& j8 N5 C
1W=多少 dBm
$ ?+ ?* H' A* S- V) LdBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm
+ z* R$ d9 ]+ L0 D1W= 0 dBW=30 dBm
( z+ n1 _2 B0 [4 G4 K# j% @dBW = -30 dBm，這就是 30 dBm = 0 dBW. 6 [9 i" I; h+ }7 a
下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,
/ g8 J2 a- t8 c/ ]8 w6 e# \
* _5 J) `6 _) Z
$ r; Z+ l- A8 H4 m6 f/ S6 Q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.
V E( ~" H4 O0 q: `' o5 ?3 p9 W2 M$ j" X
" X' J. a4 N( Z* b- Q. f9 hdBr, p4 r7 X& ^' F
dBr 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( h- I$ y( D G+ Y; Q
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.5 J) u/ a6 J# m9 x4 o* z
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.1 Q2 B& Q4 I$ s* l% ]4 A b& W
那廠商就有責任告知它們的dBr 是以多電平( Level )量測的.2 w$ m- p; w/ ~/ E/ q
7 Y: f8 I! L d$ H- O2 Y% L' K) Q9 f: F/ `9 D& n: o
dBFS
. b, b* K( ^+ t* G3 F分貝滿刻度也就是一般數位設備上的指示單位. ]5 ?" e5 Q4 M3 |! l6 v' u- E' F$ o
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.
* K7 @7 N @$ n2 Z4 I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" ).! A) f# w6 q* R* L
這個最大的記錄編碼電平量就寫成 0 dBFS .
6 `4 o$ }2 u& G0dBFS 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.( V8 Q5 G0 m2 ?: ]2 @1 `
) u$ Q; M- C9 w8 W5 t
7 o. ]4 D g" a* LdBA，dBB，dBC4 u0 [ N( m# T( r N
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，
/ k6 @; |; c0 ]8 [) N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 R1 Z& Z; |; A7 z
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
& ]) E! u+ V: z% X4 J" M* m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。' ~$ N# a: [' C% c$ O9 V x4 t( A: H# g$ Y1 ?
v% p, P/ v/ L; Z/ \2 v Y
聲壓位準在20~55 dB SPL範圍內，建議使用A加權曲線網路.
3 @! ]! n6 g3 F& V7 _0 V4 q, m" o& _, X9 [8 B) ]
聲壓位準在55~85 dB SPL範圍內，建議使用B加權曲線網路.
& Z* t/ j O+ Y1 g4 H6 M0 z+ D) ?; F' ?( ^% v6 Y8 p0 Z1 ]" ?
聲壓位準在85~140 dB SPL範圍內，建議使用C加權曲線網路.
7 ~& u( f5 L3 ?. V Q4 i5 i/ ?, W3 }+ C% W
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。
; x; B3 P" z C5 J. |6 t3 E
; Q! X9 [0 L/ o7 y; O4 a' L! k) z6 R3 |
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发表于 2014-5-2 17:45:20
