【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。
4 O  Y" [1 ~" t# g% D分貝( decibel )簡稱 dB
# U, r( b  R" C, ~" @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。
+ C, b# N0 k! T# P* F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
6 Y8 R8 V/ c' y) I/ P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、
0 S( c/ h# ~8 o7 g容積體積的單位、重量的單位等等，
7 Q3 d5 w1 J% Q7 z. w( ]4 y( 聲學及電子聲學 ) 方面的單位，它是以分貝(decibel ，dB ) 來做結果的。
- O0 w% j9 |" F1 W0 Q. M2 g8 ~8 b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 `1 ?( H$ B5 p% W倫敦大學，後來任職於波士頓大學教授，一生專注於科學。
; ~. M; F1 G- 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
" C- p; n  e. [* P/ s3 f" m9 \  P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，
此即 decibel(分貝)，從英文字的 decibel 是(十分之一)，(小數)是 decimal，簡寫是 deci
# f. C$ V. l' `, ?9 h( v: t2 ?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。
; l& l7 M$ h8 U4 j! L0 l* @
) @: {: p1 O1 ~, S% e/ P) D( @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
$ [. u5 [6 A* D5 n7 K  v/ E4 o% k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)
. p7 W; J9 N2 C  a5 p9 r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,
! S2 j! h2 H. ?- X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.
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.
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
5 N9 A4 v- a5 ~& d: z7 e是600 歐姆，是有跨街負載的。
其方程式為：
2 A. ^: L) Z( i5 R$ f
- h& L9 k  x5 q% p" M+ a8 b$ ~7 \1 CdBm = 10 log ( P / 0.001 W )
' q9 e  ~) j: @% }( F. o
, k8 j) [6 Q3 _# b) v9 Q4 NP = 0.001 × 10 ( dBm / 10 )

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),
: z' L1 n( v. f我們己知道這0.001 W 己經消耗掉了.
2 ^6 ]' [2 j0 L
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
- k8 A9 L0 Z8 t在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於

! p5 V! g8 b6 s0 T& C
dBm = 20 log ( E / 0.775 )
+ t1 @5 U8 w# x/ s" i: l- B9 K, p
式中的E 是經量測後得到的電壓值.
# O1 @' l4 S* s8 h" N) A
; ?  h# b$ R$ f( i
0 s. E! R# g" sdBv and dBu
小寫的v 和u 表示相似的東西,
& O8 V; A8 V; n) f; \! W/ Q1 idBv 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
" `# ]! S  E8 _. h% 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
  \) v; V+ ]% h, f6 v( ?6 Q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,
, V2 V. |* L1 kdBv 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?
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,
# i$ t& Z. u  d2 S但起始運算是拿0.775 V 來導入,
7 t# T& m% L6 ~! w8 v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
! e- t2 \9 k( m2 q) h' }, K) f) W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,
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,
% w) n  `, q6 o2 V& O
( R! B" L1 k1 d& H) fdBm = 20 log ( E / 0.775 ),

dBv = 20 log ( E / 0.775 ),
  ]% F1 a- F, T
dBm 式子裡的0.775V 是以正600歐姆求出的.
5 z- p& t! H" {- Z5 E/ ~  c' v% ldBv 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?
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。


1 v0 g: m$ g/ H  Y' c* m6 M+ YdBV
! e+ @) b/ g% P/ \1 I( 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.
# I# @) n& F0 c# h  s3 @) R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.
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 T! g6 k% v( p7 M( H' S( 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
; H) W& b: n7 ~. N8 @* q2 [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?
  c; A( T" J- S0 R+ j$ m8 I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,
8 ^- y! F% B) @! l: j! H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,
/ q" K/ B( b8 X; i/ t- [( 這點有時被忽略了 ).以及何時又是利用dBv or dBu 參考的,
5 H' _' B; x: H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
# I6 X" o! e* X1 y! A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
% B! n3 E$ O5 W9 N裝置或專業級的設備.


+ Z1 q, e: G. n0 u" ]dBW
它在分貝的領域內,所依據的基準是明確的在1 W 的分貝,
4 d$ q# G+ _, ]2 {5 g4 hdBW 大寫的W 即為Watt的意思.其時這段文應該跟dBm擺在一起的.
$ T5 ]& m2 X. c( C' I! [1 t1 B; J" y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 X" W# D: w) W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.
! E, v7 f1 K  L# v( T9 e* _( ?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,
' _$ n3 C) \: M; U  |100W=10log(100W/1)=20 dBW
' A6 E$ E" f) m; i, N. p! u1000W=30 dBW
當dBW 代換到dBm 時是：
1W=多少 dBm
7 x' o% s- c. h  L9 R7 ?dBm=10log(1W/1mW)=10log(1/0.001)=30 dBm
1W= 0 dBW=30 dBm
" @. M; W: A# t) P3 KdBW = -30 dBm，這就是 30 dBm = 0 dBW.
& K1 ?- e; p' T! [. R' K( z; d下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,

  o. f( I  X& v6 |
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.

7 _! f- Q1 p3 }# [. o2 F
: f6 w0 E- z* C% q; tdBr
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) F' L; ?% ]- o) t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 H. A5 B! A. ~9 _1 J
dBFS
分貝滿刻度也就是一般數位設備上的指示單位.
6 ]9 q% K: t( h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 .
0dBFS 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.

$ t' N3 v& o* N/ ^
! V& E3 w- _- f7 B7 ^1 A9 XdBA，dBB，dBC
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，
" Q* g4 q5 t6 J( P( j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，
( a3 b6 G) `1 n! j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
7 G/ F" B! Y; A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。

3 n* D- f" T: W) U聲壓位準在20~55 dB SPL範圍內，建議使用A加權曲線網路.

聲壓位準在55~85 dB SPL範圍內，建議使用B加權曲線網路.
' r* n2 a; \6 n; _
聲壓位準在85~140 dB SPL範圍內，建議使用C加權曲線網路.
( M5 t( Y. r7 Q5 Y
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。
8 y" L) W* Y  m; p* H
7 O! A2 _5 q" |
0 x+ U3 I9 l% F4 p! k+ c* t

sax-1

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山东老孙

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