dB(decibel)概念解析与应用探讨(分贝知识课件).docx

dB是英文“decibel”的简写，deci表示十分之一(decimal),Bel表示“贝(Ben)Decibel,分贝就是十分之一贝。“贝”是“贝尔”的简称，是以美国科学家AlexanderGrahamBell的名字来命名的单位。贝尔在1876年获得了电话发明的专利，并在电话的应用和发展上做出了巨大的突破。Bel并不是国际单位制(SyStemlntenIationaI)的单位，但是受到国际单位制的规则影响，用人名表示的单位符号的首字母要大写，所以我们看到dB中B应为大写。由于“Bel”这个单位比较大，使用不方便，更常用的是十分之一贝尔，即分贝。dB表示两个具有相同单位的同一种物理量的相对关系。最初在电话工程领域，dB是用于定义于表示两个功率比，是P1/P0的比值再取以10为底的对数，再乘以10,其数学式为：n=01og-dBPo例如：A功率比B功率大一倍，则IOlg=IOlg2=35也就是说，A的功率比B的功率大3dB。如果A功率是B功率的一半，则IOIgo=IOlgI；=-3dB即，A的功率比B的功率小3dB。dB从定义上来说，原本只是用于表示功率比的，然后在实际运用中，又被扩展到其他物理量的比，如电压、电流、声压等等。电学1 .电压比%2 .功率级单位是dBm,dBW：dBm,是1毫瓦(milliwatts)为参考基准的功率级的单位。即OdBm=ImW°dBm是衡量功率的单位，由于很多音频测量仪器(仪表)都是基于电压测量而不是功率测量，所以在仪表上读出有效的dBm值的前提是要明确知道被测电路的阻抗。dBW,是以1瓦为参考基准的功率级单位。3 .电压电平单位是dBu/dBv,dBV：dBu或dBv,是以0.775VrmS为参考基准的电平单位，一开始这个单位被记作dBv,由于容易和dBV混淆，后更改为dBu。之所以是0.775V,是因为这是一个600的电阻的电路上产生ImW(OdBm)功率的电压。而600C是早期电话电路设备的标准参考阻抗值。也就是说，在一个600欧姆的电路中，OdBU的电压得到一个OdBm的功率。由于行业历史的原因，dBu成为专业音频最为常用的单位。dBV,是IVrmS为参考基准的。在专业音频设备的参数中并不常见，更多是见于民用设备上的参数描述上。声学在声学测量中，dB最多用作表示声压级的单位，会被记为dBSPL,SPL表示SOUndPreSSUreLeVe1,即声压级。受到国际标准的影响，声压级更倾向于用用符号LP来表示，以dB为单位。在空气中，这是以20微帕(2xlO-5Pa)为参考值的声压级。这是人耳的听觉阈值，即人耳可听到的最细微的声音。如果声压是以Pa为单位测量的，表示成声压级就是：=20 Iog10XPa20 Pa人们还会见到dB（八）、dB(B)>dB(C),这些也是表示声压级的单位，不过是以不同计权方式的声压级。不同的计权方式是由于人耳在不同声压时对不同频率的灵敏度都不一样，声压计权起源于由Fletcher和Munson的自由场纯音等响度曲线的研究成果，A计权网络特性是基于40方等响曲线；B计权对应70方等响曲线；C计权对应于100方等响曲线；Z计权，Z代表ZERO零计权，是由国际电工委员会(IEe)在IEC61672引入的用于规范“平直”线性”等描述的计权标准。A计权虽然是以40方的人耳等响曲线为基础，却普遍用于环境噪声测量和工业噪声控制(不限于40方或者小声压)。dB（八）是现在最常见到的计权声压级单位，此外，较为常见的几种方式还有ITU-R468,60226(2003)。根据韦伯一费希纳定律(Weber-FechnerLaw),人类对声音强度与光亮度的主观感知与其物理强度之间具有对数关系，而不是线性关系。因此，用dB这个对数单位来表示声压的变化，也更符合人类听觉对声音大小的感知，因而衡量人耳对声音大小感知的响度值，被定义为对应IkHz纯音的声压级值，单位为方(Phon),见下图。130120 IlOOooooooooo 0 9765A321 s 岂一as:lnswjd PUnoSO-io L-IOIOOIOOOIOkIOOkEcUeBl-Iotaclr*sscontours(r««l)(fromISO226:2003rvfsl<Orl<*l*lISOs*mvv<lMr<lsow>(t>Me)for40-noas60226:2003等响度曲线，可以看到在IkHz,响度值即为对双的声压级值ITU-R468(blk).A-weighting(blue),andinverseISO226(2003)(red)常用于噪声测量的计权网络特性正常交谈声交通,_就35出现场炸Wlt炸而磔可三'指OdB30dB60dB80dB85dB90dB95-105dB100-t10dB115dB140dB>65dB194dB颤星b聿A呼®i三电式电谢?声(swwi6>三s货车经过飞机引，(30米)空q中,大可能;Sffia各种现实场景中的声压级粗略来说，安静的室内，环境噪音大约在30-40dB（八）,而面对面的正常交谈的声音可能在60-70dB（八）,而演出现场则会达到100-11OdB（八）o基于一些听力研究与实验，一般认为120dB是人耳的痛阀，会引起人耳疼痛，是人耳的听觉上限。从健康学角度说，音量超过：40分贝(dB)会妨碍睡眠；60dB会让人焦虑不安；80dB让人没有食欲，还会引发头痛；90dB以上则会血压上升，心跳加快；100dB接近可以忍受的极限；BOdB(喷气式飞机引擎声)，即使是短时间也会让耳朵疼痛，根本感觉不到声音；150dB,对不起，你的鼓膜已经破裂、内耳出血，内耳的神经细胞也永远损坏了。广州味行数据中间值)<RdB的应用1 .声音的大小在日常生活中，住宅小区告知牌上面标示噪音要低于60分贝，也就是要低于60dB,在这里dB(分贝)的定义为噪声源功率与基准声功率比值的对数乘10的数值，不是一个单位，而是一个数值，用来形容声音的大小。2 .信号强度在无线通讯领域，衡量一个地点的某一无线基站通信信号强度也可以用dB表示。如测的某宾馆402房间的1号无线基站通信信号强度为-9OdBm,这里的定义为该房间的有用信号强度与所有信号(包括干扰信号)的比值。3 .增益在天线技术方面，dB是衡量天线性能的一个参数，名称为增益。它是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想天线在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。dB是一个纯计数单位，在工程中有不同的定义方式(仅仅是看上去不同)。对于功率，dB=10*log()o对于电压或电流，dB=20*log()odB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大(后面跟一长串0的)或者很小(前面有一长串0的)的数比较简短地表示出来。如(此处以功率为例)：X=I00000=10*log(105)=50dBX=0.000000000000001=10*1Og(I0-15)=-150dBdBm定义的是miliwattoOdBm=101og(1)mW=1mWodBw定义wattoOdBw=1Olog1W=10*log(1000)mw=30dBmodB在缺省情况下总是定义功率单位，以10*1Og为计。当然某些情况下可以用信号强度(AmPIitllde)来描述功和功率，这时候就用20k>g为计。不管是控制领域还是信号处理领域都是这样。比如，有时候大家可以看到dBmV的表达。在dB、dBm、dBw计算中，要注意基本概念。比如前面说的OdBW=IOIOglW=IOIOglOoOmW=30dBm；又比如，用一个dBm减另外一个dBm时，得到的结果是dB。如：30dBm-0dBm=30dBo一般来讲，在工程中dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比(SNR)。dBm加dBm实际上是两个功率相乘，这个已经不多见(我只知道在功率谱卷积计算中有这样的应用)o简单地说，分贝就是放大器增益的单位。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍''，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。电学中分贝与放大倍数的转换关系为：AV(I)(dB)=201gVoZVi(IoZli);Ap(dB)=IOlg(PoZPi)分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V2R=I2R0采用这套公式后，两者的增益数值就一样了：101gPoPi=101g(V2oR)(V2iR)=201g(VoVi)。使用分贝做单位主要有：数值变小，读写方便。电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数，数值就小得多。附表为放大倍数与增益的对应关系；运算方便。放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时，总增益就是相加。若某功放前级是100倍QOdB),后级是20倍(13dB),那么总功率放大倍数是100x20=2000倍，总增益为20dB+13dB=33dBo四、dBAdBA是指对声音的A计权。通常对A计权的结果，用单位dBA或dB（八）来表示。人耳可听的声音有一定的频率范围(20-20KHZ)和一定的声压级范围(0-130dB),如下图所示。20Hz501002005001k2k5k10k20kHz人耳不是对所有频率的敏感度都相同。正常人耳最敏感的频带是3OOOHz-6OOOHz,它的频响会随着声音大小的变化而变化。通常，低频段和高频段声音感知能力不如中频段，效果是在低声压级更明显，在高声压级时会被压平,如图中各条曲线(等响曲线)所示，声压级越小的区间，曲线越陡峭，声压级越大的区段，曲线越平坦。frequency(Hz).,正是因为人耳对不同的频率敏感度不一样，即使声压级的量级一样，听起来也不一样。所以，需要对真正听到的声压级通过增益因子进行修正，而用得最多的则是A计权，当然还有B、C、D计权。A计权对应的是40方的等响曲线，也就是上图中红色线条所表示的曲线。而B,C计权则对应70和100方的等响曲线，4种计权曲线如下图所示。A-weighting(blue),B(yellow),C(red),andD-weighting(blk)对同一信号采用不同的计权方式，最后得到的声压级是不一样的。如下图所示,对一随机信号计算不计权和A计权下的1/3倍频程曲线，可见二者差异明显。因此，当计权不同时，结果也是不同的。0.IoOoO100004.47Octeve 1/322387.21 ALOd NH06 666z00.QP0.00除了dBA和其它三种计权之外，在其他领域还有dBm、dBW、dBu>dBv、dBi、dBd、dBc等等，但在NVH领域还是dBA最常用。五、dB叠加dB可以任意相加吗？怎么相加？如70dB+60dB等于13OdB吗？要是这么简单，世界就安静了，不会有那么多争论了，也不会有人说NVH是玄学了。在这以声压级的叠加来进行说明。SPLresult=SPL1+SPL2+SPL3+.+SPLn?声压级的合成运算不是简单的加减运算，声压级不能直接相加，必须以能量形式相加计算。因此，声压级的合成公式如下4a=IOlogW10+101°+101°+.+IO10/若两个声压级SPLI=SPL2=60dB,