寶力道

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對于從事音頻工作的專業(yè)技術(shù)人員來講，在工作中經(jīng)常會碰到dB（分貝）這個概念，還有類似的單位dBSPL、dBm、dBVU、dBu、dBV、dBFS等相關(guān)的計量單位，剛剛開始使用的時候特別容易混淆。下面筆者就這些概念的區(qū)別進行詳述。

1 Bel（貝爾）/dB（分貝）

要理解dB（分貝）系列的計量單位，首先得認識Bel （貝爾）的概念。它和常見的單位如“米”、“秒”、“千克”等物理單位不同，它并不能直接用來描述一個物理量的大小或者多少，而是一種無量綱的對數(shù)計量單位。例如，功率比取常用對數(shù)Bel（貝爾）的定義為：

假設(shè)參考功率P0=1w，當(dāng)功率增加了一倍，即P1=2w 時，其對應(yīng)的功率比對數(shù)為：

Bel（貝爾）這個單位是用著名的科學(xué)家貝爾的名字命名的，該單位也是貝爾發(fā)明出來，最早用于AT&T 的前身貝爾電話公司的電話工程中。但由于其表示的比值對數(shù)的結(jié)果太小，由上面計算可知倍半關(guān)系變化量的結(jié)果只是0.3，可見其Bel（貝爾）是個很大的量，這就導(dǎo)致了在是實際應(yīng)用不太方便，因此dB（分貝）這個單位被發(fā)明出來。

dB（分貝）的全稱為decibel，表示十分之一貝爾，即：

例如，功率比取常用對數(shù)dB（分貝）的定義為：

當(dāng)使用表示倍半關(guān)系的變化時，得出的結(jié)果便是3dB,這便是音頻系統(tǒng)中常見的3dB 衰減的由來。其中，貝爾與分貝的關(guān)系可以參考米與分米的關(guān)系（均為10 倍的量級差）。

dB（分貝）的計算特性致使其用一個小的數(shù)值可以描述一個較大的動態(tài)范圍，由于這一特性它被廣泛應(yīng)用于音頻領(lǐng)域中，如描述信號強度的衰減、信噪比等。

2 dBSPL

通常大眾對聲音大小的認知來源于使用聲級計測量出的數(shù)值，如環(huán)境噪聲為60dB，這里dB（分貝）單位其實是被省略掉的，其實全稱是dBSPL（Sound Pressure Levels），即有效聲壓級。這里的大小指的是人耳對空氣震動對耳膜產(chǎn)生的有效壓力的大小，并非人對聲音大小的心里感知量，應(yīng)與響度區(qū)分開來。

當(dāng)人耳接收到聲壓為2×10-5Pa 頻率為1kHz的簡諧聲音時，剛好能聽到這個聲音，因此將這個聲壓值定義聞閾。當(dāng)聲壓增大到20Pa 時，人耳會感到刺痛，這時的聲壓值定義為痛閾。兩者之間相差100 萬倍，使用起來極其不便，同時人對聲壓的感知有著奇特的心理特性，他與有效聲壓的對數(shù)（聲壓級）成比例，這兩點正好符合dB 的計算特性，因此在聲學(xué)系統(tǒng)中，通常把待測聲壓的有效值與基準值的比取對數(shù)來表示有效聲壓的大小，即：

其中，Pref 為人耳聞閾，經(jīng)過計算，人耳的聽力范圍為0-130dBSPL。

3 dBm和dBVU

認識dBVU首先要了解VU （Volume Unit）表。VU 表是音頻節(jié)目監(jiān)測模擬信號的專用儀表，它是采用平均值檢波器并按簡諧信號的有效值確定的，因此是一種準平均值表，而不能指示信號的峰值，也就是說它是以聲音的功率計算出來的。它的刻度用對數(shù)和百分數(shù)表示，并將參考電平（0VU，100%）定在滿刻度以下的3dBVU 處。

早期，不同的設(shè)備廠商對各自VU 表的量程有著不同的定義，這就使得沒有統(tǒng)一標準作為參考的前提下，設(shè)備之間很難匹配和交融，為了解決之一難題，人們統(tǒng)一將dBm 定義為VU 表量程，因此二者在現(xiàn)在的應(yīng)用層面是等同的概念，故把dBm 和 dBVU 放在一起介紹。

dB 是作為聲壓測量單位計算出來的，dBm 是以功率計算出來的。通常規(guī)定當(dāng)電流通過設(shè)備時的功率為1mW（1 毫瓦）時，VU 表指示0dBVU，即：0dBm = 0dBVU。dBm 中的m 就代表毫瓦。dBm 是以功率為單位測量的，參照數(shù)是1mW。計算方法如下：

4 dBu

介紹了dBm 后，我們了解到dBm 是以功率1mW 作為參照數(shù)進行計算的，而dBu 是以電壓作為測量單位計算的，其中基準電壓為0.775V，這個標準是在二十世紀30年代設(shè)立的。那時，所有音頻設(shè)備的輸入阻抗都是600Ω。根據(jù)歐姆定律P=U2/R 推導(dǎo)出,當(dāng)功率為1mW 時的電壓為0.775伏。即：

5 dBV

隨著大量民用音頻設(shè)備的涌入，輸入電阻不再是專業(yè)設(shè)備中規(guī)定的600Ω，通常為了得到更大的輸入功率，其輸入電壓往往更高，因此產(chǎn)生了dBV 這個單位。在dBV 中同樣以以電壓作為測量單位計算的，其中基準電壓為1V，這時不考慮其輸入電阻可以為任何值。即：

6 dBFS

以上為都度量模擬信號的分貝值，現(xiàn)在看一下數(shù)字時代是如何表示數(shù)字信號的。數(shù)字時代計量音頻使用dBFS。dBFS 的全稱為Decibels Full Scale，全分貝刻度，是數(shù)字音頻分貝值的表示方法。它和前面幾個不一樣，dBFS 的基準并不是最小的或者是中間的某一個值，而是最大值。也就是說0dBFS 是數(shù)字設(shè)備能達到的最大值，即0dBFS等于“滿刻度”的數(shù)字音頻參考電平，是用于帶有A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字音頻設(shè)備的一項指標?！皾M刻度”是指轉(zhuǎn)換器可能達到“數(shù)字過載”之前的最大可編碼模擬電平。［1］

7 dBFS和dBu之間的轉(zhuǎn)換

dBu是計量模擬信號的，dBFS 是計量數(shù)字信號的，并且dBFS 不會用于模擬信號，所以在dBu和dBFS 之間沒有統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換公式，實際使用時取決于于具體的數(shù)字設(shè)備。在dBu 和dBFS 轉(zhuǎn)換時，需要規(guī)定一個峰值電壓，該電壓下產(chǎn)生的音頻信號經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換后得到值為0dBFS。根據(jù)現(xiàn)行的《中華人民共和國廣播電影電視行業(yè)標準GY/T192-2003 數(shù)字音頻設(shè)備的滿足電平》 中規(guī)定，+24dBu 對應(yīng)于0dBFS，在該條件下求 xdBu對應(yīng)于ydBFS，那么就有 ydBFS=xdBu?22。即dBFS 和 dBu 的差值始終為 24。

總 結(jié)

本文主要介紹和聲音相關(guān)的分貝概念，分貝不同于其他的物理單位，表示的是相同物理量的比值，其具體的值依賴于選擇的被測量。所以當(dāng)你看到dB 后面的字母就知道它的含義了。

（1）dBSPL：通常所說的dB，使用聲壓作為被測量；

（2）dBm：使用功率作為被測量，選擇1mW作為基準值；

（3）dBu：使用電壓作為被測量，選擇0.775V 作為基準值；

（4）dBV：使用電壓作為被測量，選擇1V作為基準值；

（5）dBFS：dBFS 是測量數(shù)字音頻的，其選擇的基準值為量化后的最大電平值為0dBFS，其他的值都為負值。