【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
% B7 t; G0 x" C9 t& V& b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。
7 O& ^. E5 {9 \+ z* F5 J分貝( decibel )簡稱 dB
! z# a* L( U6 z5 W+ I! }. l" b0 E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
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、
( R! d5 o1 f0 s& n容積體積的單位、重量的單位等等，
2 D! X' v- \; {/ \3 ?" E! e4 I  x( 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
- N7 q% f3 `& O- R4 k4 }$ c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，
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。
3 M5 R( r& z1 H( R. L$ Q* s0 d/ FBell 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，
, p4 x* E5 M1 s8 i7 k  x3 B* a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。
* P% ]/ G+ y, ^- T
dBm
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
) r7 a2 }! y1 H: m6 c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)
7 C/ H! P2 o( f" ^; T1 ~. x2 t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,
- ?/ K, a2 O' d/ k! Y8 Q也就是 0 dBm 因為 0.775 V 跨接600Ω的負載等於 1mW .即:
. N1 Y% ]- D! V% l% x8 {& ?5 \1 Milliwatt = 0.775V = 0 dBm / 600Ω.
* z& h0 m4 h3 I8 w1 Q1 \. T# mdBm 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
# C4 f* c- o$ p4 C- K4 H& U5 ]是600 歐姆，是有跨街負載的。
其方程式為：
5 o1 h, W+ q2 L+ y* T; i
dBm = 10 log ( P / 0.001 W )

P = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )
" S% N! P  F) ~# b% R6 P; ], E
: f5 m0 P# O5 _* a7 v( ]0 j式中的P 是量測Power 的數值,單位的表示就是Watts.
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.

代入公式P = E × I = E2 / R 也就是說 0.001 = E2 / 600
0 p) K8 e2 Y/ N- Y. j  f: }0 b$ rE= √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 v2 Y8 J$ `* m  [  o" `; D8 _在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於


* V3 O7 |/ ^0 s( {: }dBm = 20 log ( E / 0.775 )

2 y. Q7 ^# P1 O- w' a0 M1 v式中的E 是經量測後得到的電壓值.
% u$ a6 l, S0 y1 B8 ^1 b
/ L- E3 `; q9 h
dBv and dBu
3 U; z0 v8 N( p/ z) q, J小寫的v 和u 表示相似的東西,
5 C. _% Z4 B- x( H5 ^5 l* JdBv 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,
& i: E# |9 `, T0 j. ndBv 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?
0 s% q6 |$ R3 t) I4 k! e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,
6 P* }* f4 t, q2 L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
: O; T$ k0 B* E* [3 E, J) W6 S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,
* ~# z! J5 M1 @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.
5 E* G, y; P% c( W% [, f7 c+ O8 t我們觀察其不同之處,
' I, p! C& X9 S) q: {0 c+ k$ |
. V. `( ]# u: B$ |* z" u# V) X: I* wdBm = 20 log ( E / 0.775 ),

dBv = 20 log ( E / 0.775 ),

dBm 式子裡的0.775V 是以正600歐姆求出的.
4 x; h4 e5 b  ?" N/ p2 }$ ddBv 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.
8 T) t5 h! ]4 p  I0 p- C' M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?
/ i" o" @$ o' Z3 f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
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。
  {0 w. V3 p- ?4 ~) Y
+ {( k+ [& T# L' L% G* Q8 ]% S
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.
5 w- ]- k( V% P' h- {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
7 J3 ^: A+ N& e5 {* l  a( 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
& t  S4 g+ M# g3 i7 V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?
& |& D+ s, b9 ~% H9 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,
5 T( l  t1 z( r6 T0 e! s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,
4 E& h4 \. y$ Z/ v) K' G( 這點有時被忽略了 ).以及何時又是利用dBv or dBu 參考的,
- w, M  X- ^# X( L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
% q6 ?+ R/ E; `: y! 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
1 J7 _9 _: E. o) i裝置或專業級的設備.


. U1 E5 }9 u: y. c, \- MdBW
它在分貝的領域內,所依據的基準是明確的在1 W 的分貝,
. x$ b7 g2 t& ddBW 大寫的W 即為Watt的意思.其時這段文應該跟dBm擺在一起的.
5 T0 M  ~. f9 }4 Y1 X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.
  ~# k/ y7 T7 R  ?7 q, L如果用dBW 來導入就不太恰當.它是太大了.
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
0 dBW=1W,
100W=10log(100W/1)=20 dBW
! ^! A* R: `1 d. G: j, A7 s1000W=30 dBW
: n; y1 M9 G. v+ J$ f當dBW 代換到dBm 時是：
9 J: A$ `! r/ t6 ~  s8 l1W=多少 dBm
0 M5 O& `  m9 Z% B: b. \0 vdBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm
, O/ z* y, \5 D: F7 h) o' K, e. h" ^1W= 0 dBW=30 dBm
; Z. p- \0 r; |+ g( v3 g2 z7 b' B+ l( ydBW = -30 dBm，這就是 30 dBm = 0 dBW.
) l( S0 c( Z/ C5 h; M下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,
- }+ r2 R5 j3 q6 Q7 c# C
9 v) k" i# v0 w4 G3 b" M. C
7 ^( e! x" Q! }: ^; [  L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.
: G) s4 J& z. ]7 q. }: n
1 A5 M3 D3 f0 a' C. B6 y! a$ O
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
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.
9 D" b7 M9 N' N( e" ^/ l4 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.
' I  o  W+ A3 V1 \, i那廠商就有責任告知它們的dBr 是以多電平( Level )量測的.
. E/ [: m: }1 g0 F

dBFS
) a7 v: G# z/ E& i  Y% H2 l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.
# I% z5 p9 v$ B0 V1 P4 e' @8 {6 m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" ).
$ c$ b' i. Q) V這個最大的記錄編碼電平量就寫成 0 dBFS .
* `, @9 B( C1 S7 B0dBFS 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.
1 J3 L6 ?7 k. k6 {1 ?6 J& j8 r2 C% C
5 k; E. a6 _2 F! L$ C2 \( p7 ~
! }2 R+ Z7 [6 Y& d$ W) X4 LdBA，dBB，dBC
( F; L* u4 i! V0 w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，
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
2 Y! t, D5 d5 ^$ W! A) s* q5 L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。
: G" l( t% m3 K7 S+ A: o
% V5 E# R7 j7 o5 M# x; R7 i聲壓位準在20~55 dB SPL範圍內，建議使用A加權曲線網路.
1 O1 ]8 i8 v! q+ I1 F
) y' ]; _( P* z6 l# d聲壓位準在55~85 dB SPL範圍內，建議使用B加權曲線網路.
) k" C6 f' U) T2 a- k2 I; ^5 H
" ]1 K; d: x3 s$ I/ K% N: b; 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。
/ ^" n3 M2 ]( j  e( e
7 J/ k& _, r' t* u$ _* l" j
9 h1 I  g1 Y. t* m- j9 j: L

sax-1

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山东老孙

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