您的聲音工具分貝 ( dB ) 知多少?

kenny7190 · 发表于 2010-12-5 01:21

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您的聲音工具分貝 ( dB ) 知多少?________________________________________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，靜心思考一下，,真的瞭解嗎？甚至一直到你離開人世間都還不知所以然.哈！
它們的過程是怎麼來的？說真的任何一個單位數值皆可導出及寫出長串故事與原因的，尤其又是這種
事情，又必須很多的”加減乘除”那這文章又太太學術了，最後的命運將會被忙碌的諸位棄置於紙蔞
裡。Ok，集各方的資料，去掉煩瑣的，我們就以簡單的、白話的、少一點算數來Talk about (dB)。

分貝( decibel )簡稱 dB

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、容積體積的單位、
重量的單位等等，太多了！現在回到本業，我們是屬於電學的一部份 ( 弱電組的！！ ) . 對於聲頻
( 聲學及電子聲學 ) 方面的單位，它是以分貝(decibel ，dB ) 來做結果的。
現在先來給他說一個”斯多里”story 故事！故事發生在英國的啦， Alexander Graham Bell ( 1847 - 1922 )
這個人成長及受教育於英國.( 命好哦 ! ) 天天都是書卷味，他學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。1876 那一年翻身啦！不得了啦！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
的哦，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，剛好近似對數的單位
刻度。這使得對數的單位可以去拿來代表人類聽覺變化的比例，當然啦，這基本的單位為 Bell ( 貝爾 )
就是他創造的啦，為了紀念他的發現因而命名為Bell 簡寫符號為 Bel ( 故事完. )。
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 這字是個複合字英文的「十分之一」，「小數」是decimal，
其縮簡寫是 deci .這樣的deci ＋ bel 因此即成decibel 。而這又有簡寫符號為 dB，注意這「dB 」這前面的
d 是小寫而後面的 B 是大寫，記住不要寫錯哦。

分貝( decibel )
dB 是decibel 的簡稱及簡寫.中文一般譯為「分貝」或「分貝爾」,
分貝是「貝爾」( Bell ) 的十分之一 ( 1 / 10 ).
「貝爾」是用來表示電信功率訊號的增益和衰減的單位.1個貝爾的增益是以功率在放大後與放大之前
的比值.在實用上,為了方便,通常使用貝爾的十分之一,即「dB 」為單位.在術學上,貝爾就是對數的倍數值,
乘以10 的值即為分貝值.

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
領域內代表所依據的基準是1 Milliwatt 的分貝.ok!另一種說法是dBm 所標示的m 即是「milliwatt 」.
在個電路內其阻抗為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,
*關於RMS 咱們日後再敘.現在主題是dB.

也就是0 dBm 因為0.775 V 跨接個600Ω的負載即等於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.不過大家要知道的是
一提出有關於「dBm 」這個字眼時,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.粉重要,然後還是要有一點的數學須要知道的.
其方程式為：

dBm = 10 log ( P / 0.001 W )

P = 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),
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

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
在這600 歐姆電路,則dBm 的數值是定位於

dBm = 20 log ( E / 0.775 )

式中的E 是經量測後得到的電壓值.

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
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,
dBv 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,
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
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,如果要認真講,嚴革的,
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.
我們來瞧瞧不同之處,

dBm = 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.
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?這兩只式子,
都沒有問題.故事告訴我們,業者的產品設備雖不達學術標準,但足以供民生消費上運用,這在音響商業裡,
非常方便的宣告自己的產品規格數據,以這樣的方式去解釋「分貝」( Decibel ).但又沒有真實說明.

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.
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
( 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
架構的訊號電平位準差不多在那兒.
是的,dBV 會在那兒出現呢?
通常呀是運用在－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「－10 」的,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,
大致上高階的器材設備上,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”
這個值了,它不會準到那兒去,也不會差到那兒,知道麼.僅是利用在產品架構上,去界定它為消費半專業性
裝置或專業級的設備.

…上個廁所….

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,*注意哦!是清楚確定的,不是隨便的哦!對於功率,它是錢堆出來的不計較怎行,

dBW 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便於我們使用.
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. 很可憐的dBW與dBm一樣的被遺忘掉,
這樣的單位表示差不多只會出現在學術性的書本裡.在消費性電子裝置上,

當dBW 代換到dBm 時是：dBW = dBm –30 ，這就是＋30 dBm = 0 dBW.

一如往常的,寫東西的人都會雞婆的準備一些代換表.偶也是啦.前人留下的咱們就勿須傷腦筋去敲計算
機啦.( 說不定還敲錯! )
下表是有關dBW 與Watts 的相互對照,

你會發現以1 W 為參考點,每增加1 倍的功率時那dBW 增加了3 dBW
要說清楚的話就是加上喇叭元件,這樣就有一個音壓的單位”dBW”形成.
功率瓦數與喇叭音壓效率會以對數來表示就是因為上述的貝爾先生他發現我們人類的耳朵對聲音強度
的反應是成對數形式.剛好近似對數的單位刻度,那要將這喇叭與擴大器結合所產生的果,接近人耳聆聽
曲線.就是把喇叭加注1 W 功率時.能產生多大的音壓,怎麼做?前人延用至今認同的測定方法,
就是把1 KHz 的訊號,1 W 的電力,輸送給喇叭,在喇叭的「正前方一公尺」處來測量,
這個環境必須是在無回響室裡.目的不外乎是讓喇叭發出的聲音打到牆邊後,能不再有二次波折回.
給收測的麥克風儘可能準確.不管如何,參照對數表,及就人的心理感官,
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.
而這個因素在S.R的系統裡,會將整個聲音系統架構上,預保留這10dB的增益,以提供音樂節目瞬間須要
的動態電平.這是有學問的哦,..

關於無響室的條件…再說啦,

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.
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.

dBFS
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 .
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.

dBA
在說明 dBA 之前讓我們先瞭解A、B、及C加權網路
在音壓錶 ( Sound Level Meter )上都會有加權網路 ( Weighting Network ) 的裝置.
使用者們會問到：『那是什麼？』『應該使用那一種呢？』『有什麼不同？』一般通常在音壓錶上
都會有加權網路的選擇開關，它可選擇A、B、或C,這三種都是頻率響應的標準基準網路,
單一的講,這三種不同的曲線是設計去給與在讀取聲壓位準( Sound Pressure Level )時,能很好的對應人類
對聲頻的反應,有最少的差異,我們可從 Fletcher-Munson 的等響曲線 ( Equal Loudness Level Contours ),
去瞭解我們人類耳朵是怎麼的聽聞聲頻的,以頻率1 KHz為中心點,在較低的聲頻部份是低感度的,
為了要音壓錶在讀取上顯示循著我們人類耳朵聽聞聲頻的特性,因此加權網路的用意是去減少音壓錶的
靈敏感度( 這主要在低頻部份 ),這是當音壓電平低於某一程度,
就人類的耳朵感觀,它會對低頻方面較不靈敏.
A加權曲線是基於40 Phon的Fletcher-Munson Equal Loudness Contour,
當量測較低位準的聲音時,建議使用它較佳.
B加權曲線是基於70 Phon的Fletcher-Munson等響曲線,當量測中段位準的聲音時建議使用它較適合,
在量測時使用A及B加權,又稱為加權聲音電平位準(Weighted Sound Level).
C加權在本質上是近似平坦，它是利用在高響度位準的聲音時.

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.

聲壓位準在85~140 dB SPL範圍內，建議使用C加權曲線網路.

當在量測噪音時,無論其音壓位準是低或高,建議使用A加權曲線網路.分貝A加權指數.
也就是一般設備上數據單位會有這種字眼,最常會出現在麥克風數據上.