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吳榮宗 主筆 * v- g, U" O6 z$ |
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
) w" [, l1 Y1 p7 m1 V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。
. K5 o+ u( n0 P5 f- F分貝( decibel )簡稱 dB
6 O t5 @6 X' b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。
0 e6 y w; t9 I0 r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 `) ]) N7 |+ O0 }& v( @
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、# {/ |; @% s8 n |* t- e& b+ g
容積體積的單位、重量的單位等等，
' b, B" x3 H* S, S( 聲學及電子聲學 ) 方面的單位，它是以分貝(decibel ，dB ) 來做結果的。% B% J, J A3 n, q
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
2 j; z* ]0 @* ^1 ^+ C7 m倫敦大學，後來任職於波士頓大學教授，一生專注於科學。% Z6 N3 ?5 ~/ L, ^
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
8 ?$ Y% J- x0 t3 Y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，
' W7 s/ W' h" ^% t3 T1 {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。
) l# `! O- k, H+ OBell 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
3 @6 C1 d5 B, [/ b8 h8 @% w0 z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，7 e, e* H4 a, T4 }) V5 u4 p! H5 Y
此即 decibel(分貝)，從英文字的 decibel 是(十分之一)，(小數)是 decimal，簡寫是 deci
! Y4 }8 }& y7 I s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。
: X1 t0 S }& e5 e# K, r. J3 [
2 `8 C3 [5 N, n( b! tdBm, n4 x# H" X" h" \2 m+ k/ ~
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
+ [; n6 u9 ~) s, Y$ f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)
$ T) l3 g6 B" X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,
' e- c9 [8 i* R也就是 0 dBm 因為 0.775 V 跨接600Ω的負載等於 1mW .即:
0 I, c6 E4 X5 S7 H1 Milliwatt = 0.775V = 0 dBm / 600Ω.2 ^ v6 ]# l% j+ X/ m+ n. A
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." g4 S4 B* u- @& }
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( `& ~: K3 ^" I# T g7 u$ V
是600 歐姆，是有跨街負載的。
6 ]- q, A6 z( C其方程式為：% _' b- {7 [) x; x" w2 x8 H
7 o- i2 I* m7 L: O% s g# KdBm = 10 log ( P / 0.001 W )# h7 I$ {$ T$ t: C
$ N5 ?5 [ a; w8 c- u2 p
P = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )
' p3 r+ I; g2 H, p5 D7 |0 M/ J3 S; a: X( {# v+ W, n7 C' e
式中的P 是量測Power 的數值,單位的表示就是Watts.! t |3 F4 P6 ]
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),
}4 d1 U7 l4 E我們己知道這0.001 W 己經消耗掉了.
4 O, \* C) D; {/ T$ ]$ L; s7 }* c% U! B8 m
代入公式P = E × I = E2 / R 也就是說 0.001 = E2 / 600
6 |" A# H8 M- U# q# @E= √0.001 × 600 = 0.775V
( t# U0 ~3 ?/ r# u; K! x2 { d H5 B0 ^' v- i
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. I& D% g! l Z, A' q
在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於# { o7 J. F- ^2 ~; ^
$ U P) W# ]" d( t+ p4 O) B/ P) F7 ]3 @: g) z
dBm = 20 log ( E / 0.775 )
0 o; W3 E6 R0 A; y) n) o1 G$ |5 h# {
式中的E 是經量測後得到的電壓值.
! Y/ F' h+ R/ ?6 ~7 ~9 I8 R. A* G/ f9 u, S
6 A5 y; l y+ m, A, p" N: @$ HdBv and dBu
1 @. r* I. o( w% z- {( e! S* h; v- ~/ v6 X小寫的v 和u 表示相似的東西,
3 @; D4 |. k2 w) PdBv 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
5 Q/ o% K9 `" a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2 y% i+ P0 O3 ~8 y" K% T
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,
a# j$ A* \1 Y# J Q1 x! G$ jdBv 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?7 `! p* o6 f! W5 Y$ X8 |
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,! u0 V$ f0 X7 r: w! m) n
但起始運算是拿0.775 V 來導入,
7 X% c1 _, v. i; R' r1 Q- N% j. h2 U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( a# l' Q( k: \; M* X
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,: q" H) a5 a8 j: R ?) |
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.
7 N2 w) A2 R! j8 I# E( Z- ]) {' J我們觀察其不同之處, U6 H) f1 K, D6 G: `6 j! v
( t0 i- S' z2 _& e
dBm = 20 log ( E / 0.775 ),& s/ `5 P% q/ C0 M' n( o
\) k! }# c* }1 E9 J. N" U' j8 C
dBv = 20 log ( E / 0.775 ),
) @% ?* X6 E. M0 z9 ?0 t! C; Y1 C0 [8 U( x0 b% A- X8 M
dBm 式子裡的0.775V 是以正600歐姆求出的.
0 u* J2 ?( o7 I/ D8 B+ C" d7 _" fdBv 式子裡的0.775V 則是假設它們是600歐姆的,
% Q, F3 P( W8 _1 s4 K+ I# {/ t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.
, L6 l9 S1 [4 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?
% e4 \9 |( ?( ~# G) U( Y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
4 V. L7 a, L2 {4 }- E: i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。
8 M$ \( K0 @6 f& V: m
2 z/ d5 |4 c5 q; x4 w* a" ?
, s9 P% l$ E1 c; `( wdBV' q8 {/ X2 Q0 H2 W
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.
( w2 T" W" `7 k5 g$ i: r$ 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.
9 n9 j8 F6 e% t' M4 F+ 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1 l' X7 C0 e8 k% k: e1 o! K! V8 {( K
( 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
! X; b6 D+ @6 Y! E0 G3 u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?, S2 `& w( O5 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,( p# t5 ^* h9 |
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,
! A, @8 l: C; [* v& @9 D0 h0 @ S( 這點有時被忽略了 ).以及何時又是利用dBv or dBu 參考的,7 I6 F q0 r! j- b( g
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3 e; V8 J! A/ X" f' f/ G2 Z6 [
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, |6 b, s/ W% O" t
裝置或專業級的設備.
: n; h2 X' h$ X$ b# }8 I( [5 {1 O: g+ Y( H# S. G' z0 E
- S; w6 g" M3 n2 EdBW9 _# N5 s9 c2 i1 y5 @- Q
它在分貝的領域內,所依據的基準是明確的在1 W 的分貝,
p8 X: v N9 B! f2 idBW 大寫的W 即為Watt的意思.其時這段文應該跟dBm擺在一起的.
& q# V3 X0 Q9 U7 B" o7 K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
1 p+ s$ j: ]( S2 v: Y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.
( z1 q+ d( \+ Z/ v% k, E! n ^! G如果用dBW 來導入就不太恰當.它是太大了.
9 Y0 n; p; t! \# `* _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& c3 p( @2 p- E' k, N
0 dBW=1W,# }, U* }. V1 O+ `
100W=10log(100W/1)=20 dBW
" k( \1 r3 Q# Y; z1000W=30 dBW3 v; q2 K& v* ~+ J& l0 ]
當dBW 代換到dBm 時是：
) |$ J# I% e' d) s% v' d1W=多少 dBm
: T7 Q) H' `; D: h! ydBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm
. d: m. H: v! q k2 F/ f) \9 i1W= 0 dBW=30 dBm' x& A, Y8 ]: C4 I$ n- S5 {, m
dBW = -30 dBm，這就是 30 dBm = 0 dBW.
/ Q( G8 U9 k, y. }" ~% e8 Q下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,1 W& e! P% r/ Z* U9 ~
) ~1 I$ m' Z' }% U4 |5 G4 M: V6 U7 d B: Y" j! Q# ]; u
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.( }9 l( t, E! ?$ c+ s9 d: P
: G) s0 x6 t. V
/ ?0 {7 p% [$ e3 L. c
dBr$ u8 A% I$ N; e
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* J) C, H: }0 {! Z( s1 U
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.7 |0 L5 v' S2 ?
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.7 j8 H" b ^ T" X" _" U/ x
那廠商就有責任告知它們的dBr 是以多電平( Level )量測的.- z6 t# C. Y" E3 N) \9 H
- S; j4 ~5 Z5 ]
; w7 ~% P2 U1 A' |' l' B4 x" xdBFS
' b0 G& T, n9 z3 \分貝滿刻度也就是一般數位設備上的指示單位.8 p. r% ]- M' j5 @ V" M
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.
+ p, S" U! B, o- ~# P3 \6 _% J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" ).
; r% s9 |: m9 z2 E, I這個最大的記錄編碼電平量就寫成 0 dBFS .
) f# j( t0 k, U# X$ d7 H) H& v0dBFS 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.
. k4 h: | p0 U# T% s/ |
6 Y( T" Z, C# u3 s9 g# H1 b' D2 B' H8 }. L
dBA，dBB，dBC1 `- F; x1 t) l+ V4 `
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，0 z, z' W, n/ e" Y5 o3 A
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，
( d! Y; F' E6 d/ W; w7 l6 |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
. Z& |; C5 e: e. i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。
/ ]; L$ I R3 X" s8 f3 d: X% K# U/ j% c! H7 x- E% P3 l5 n& }
聲壓位準在20~55 dB SPL範圍內，建議使用A加權曲線網路.5 A- w. B! s& K$ E2 L. n Y i
. a1 ^( q; p3 N. u4 H/ T
聲壓位準在55~85 dB SPL範圍內，建議使用B加權曲線網路.# I, n* _8 [; I: \( W
3 e* o+ _8 P6 b \0 J2 q聲壓位準在85~140 dB SPL範圍內，建議使用C加權曲線網路.3 D1 h% M3 Z! u0 d- z ~
' R) Y" ^* E# D" ]0 W+ E
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。
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发表于 2014-5-2 17:45:20
