【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
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
/ |2 p( V! ^, B& `( S9 R$ I3 I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 D( d; a1 `- d( c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
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，
$ w& c, D3 ?( R8 [( 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
倫敦大學，後來任職於波士頓大學教授，一生專注於科學。
2 ?/ q7 L6 N) S; D3 P. G) n1876 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，
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
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，
+ T* f6 f) Q  O5 C8 u. ?此即 decibel(分貝)，從英文字的 decibel 是(十分之一)，(小數)是 decimal，簡寫是 deci
& \* j8 ?* \, y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。
* \9 d- p5 K! u/ z/ h1 E
3 H" n9 j* j& y2 B+ `/ M1 vdBm
9 X6 v: f7 s; S' Y/ n& \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
" Q8 m& s# g7 O0 m& z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)
9 M; a7 ], J5 R8 @3 m+ @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,
1 P" {$ y7 S- |6 t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.
# A. ?* C  F, pdBm 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。
- o. P- h! h  T% t% H2 i: M( F% g其方程式為：
8 x: t- V1 a7 |' C7 @) ]* f
dBm = 10 log ( P / 0.001 W )

  o5 O' f- ^  u: mP = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )
/ Z9 q- ?* z( g- f  i
7 J$ j4 A" R: Q+ R, P式中的P 是量測Power 的數值,單位的表示就是Watts.
3 J; P0 }% x# q$ F7 u  d: x& T6 S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),
我們己知道這0.001 W 己經消耗掉了.
1 P3 Z$ M8 `" S! [+ i' ~' u
; r; t+ \$ r; f) w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
2 B: J9 }9 u2 _0 O在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於
- t) c7 \5 \& P$ u
! e" D1 {7 C1 F; C7 ?6 `. _$ U
: ]2 v  Q4 V7 Q+ i' v. E! L% ?dBm = 20 log ( E / 0.775 )
! ^  [4 N* }" w  u/ t9 [  ?
) C  V; d( T. y( `, \6 j0 Z式中的E 是經量測後得到的電壓值.
4 ~9 e4 \" r# t. R1 @0 j: J2 ?

dBv and dBu
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
) l2 N' I+ H/ \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 a$ X3 q  i$ n$ A8 J. o. P% YdBv 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?
& D; |) }: M* M/ I) T# [( h) |5 `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,
" J% D% v8 Y3 V7 C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
6 F7 L6 w$ N5 O% N, M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,
' h( `) S* S7 Q6 _: l3 g8 p7 z7 {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,
' B5 a! y  h4 L/ f5 h+ `! L
dBm = 20 log ( E / 0.775 ),

dBv = 20 log ( E / 0.775 ),

2 c& ]& m4 E2 C- j, HdBm 式子裡的0.775V 是以正600歐姆求出的.
dBv 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?
/ Z) I  X5 U6 }# H6 b/ R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
: w0 ~* G4 J; D& A3 A* @+ H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。
2 k' G& h& a# `6 X. Z' ]* M4 n

dBV
6 j0 `) o" u5 d( w, n% ^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.
" e6 b7 k: G! F: O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.
. X3 D) o% A  v! I$ a' R9 o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
1 h( y! X6 z/ V7 ~4 e( 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
: `0 S4 m9 w. C* ~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?
6 ?1 I* R2 ?5 F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,
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,
( 這點有時被忽略了 ).以及何時又是利用dBv or dBu 參考的,
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
5 v1 u& h3 r. d6 W: O: h% M$ k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
裝置或專業級的設備.
2 p# h# r5 L; ~% x
9 C1 O" J1 u6 o  f! b
: p+ s$ F) _) `$ p; JdBW
. W( ]  ]( n; m( U5 ^: E& ~它在分貝的領域內,所依據的基準是明確的在1 W 的分貝,
, ]9 G& ?: \0 P/ X3 edBW 大寫的W 即為Watt的意思.其時這段文應該跟dBm擺在一起的.
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
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.
# i1 Q! @7 q, ^1 k/ ~% E: p8 G3 `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
6 M. \3 r# N1 ~0 dBW=1W,
100W=10log(100W/1)=20 dBW
4 Q: P. o6 x" q0 U. z+ n! u1000W=30 dBW
! ^% `: O' S$ j' m# M9 g當dBW 代換到dBm 時是：
/ ^* ^, P) |/ h, }- Y& f2 B' }; R$ N1W=多少 dBm
7 B" `2 H- Q! ]6 @) E3 |! bdBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm
1W= 0 dBW=30 dBm
! k. \* J; f# l# pdBW = -30 dBm，這就是 30 dBm = 0 dBW.
下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,
& P0 N% J; i; W* t  s
1 k& d/ u4 T- g+ U: \6 \
/ A% a) K% D# ^  k' @! b) R( U1 t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.
& M) z: g4 v7 O. G
8 c- m* s+ H6 s
dBr
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
' {$ s! a$ c! A9 e0 p) F6 K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.

3 P" K7 o6 v, s+ c1 l
3 ], ^1 n3 G8 ], o# |, p# gdBFS
分貝滿刻度也就是一般數位設備上的指示單位.
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.
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" ).
這個最大的記錄編碼電平量就寫成 0 dBFS .
3 j" O2 H( V- R" @4 s0dBFS 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
* B% n( u) T/ U3 P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，
& @8 B+ Z6 ?5 i9 h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。
- O) l- m% Q+ o% s: y$ \8 _, o
聲壓位準在20~55 dB SPL範圍內，建議使用A加權曲線網路.
3 Z+ H& |( M. c- \' p6 \- A
3 {  Z/ J2 `  ~: u6 H聲壓位準在55~85 dB SPL範圍內，建議使用B加權曲線網路.

' A. ^: |$ k1 T7 D& F: V; d  z聲壓位準在85~140 dB SPL範圍內，建議使用C加權曲線網路.

' E* u3 d* @' W) N$ sB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。
+ {  E" C2 k) H

. Z" {. S! V% C  u6 o4 S3 F

sax-1

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