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专业知识

你对dBSPL、dBv、dBu、dBV、dBFS了解多少

2012-06-22

从事声音工作的朋友或是业余爱好者,每每接触到音响设备或是手册,都会在一些数据之后,看到很多你熟悉的(dB)字眼,它们的过程是怎么来的?现在?#22270;?#21333;的介绍认识这个单位吧。
?#30452;矗╠ecibel)简称dB
?#30452;矗╠ecibel)是量度两个相同单位之数量比例的计量单位,在音视频行业应用广泛,例如度量声音强度,常用dB表示。?#30452;?#26368;初来源于长途电讯的计测, 后被广泛应用在电工、无线电、力学、冲击振动、机械功率和声学等领域。
dB实际上是一个辅单位,其主单位是“贝尔”,以美国发明家亚历山大·格拉汉姆·贝尔(Alexander Graham Bell,1847年3月3日-1922年8月2日)的名字命名。
 你对dBSPL、dBv、dBu、dBV、dBFS了解多少
 
Bell用在远距两地计算时是ok的,但是“贝尔”这个单位太大了,使用并不方便,所以人们常用的是其decibel的(十分之一)方式使用,就是“?#30452;?rdquo;。“分”(deci-)指十分之一,个位是“贝”(bel)。以10为标准,那么1000就是2Bell,也就是20dB。而这又有简写符号为dB,注意这dB前面的d是小写而后面的B是大写。
 
“?#30452;?rdquo;和“米”、“秒”、“摄氏度”等物理量并不相同,它并不是一个直?#29992;?#36848;声音强度的物理量。
 
题目?#31995;?ldquo;dBSPL、dBv、dBu、dBV、dBFS”,都是在dB上了个后缀,dB后面不同的字母指示的就是我们用什么作为测量单位来得到这个?#30452;?#20540;的。
 
dBSPL(表述声压)
SPL(Sound Pressure Levels)
声音是一种振动波。声音通过空气传播(?#37096;?#20197;是其它介质)被我们听到,本质上就是空气分子的振动传到了耳朵里,引发鼓膜的振动。所以声音的大小,?#20174;?#30340;是这种振动的强度。
由于空气振动会引起大气压强的变化,所以确切地说,我们应该用压强变化的程度来描述一个声音的大小,这就是“声压”的概念,它的单位是Pa(帕斯卡,压强单位)。?#28909;紓?米外步枪射击的声音大约是7000Pa;10米外开过的汽车大约是0.2Pa。
?#33945;?#21387;来描述声音强度虽然准确,但和人的感知不匹配:声压的变化范围非常大,不同声音的声压可能相差成百上千倍。?#28909;?#19978;面两个例子:虽然步枪的声音确?#24403;?#27773;车声要大,但要说大出几万倍,这无论如?#25105;?#19982;我们的日常感觉有出入。
这个是人耳的听觉特性,人耳不是线性的,而是对数的。
对于声音,“?#30452;?rdquo;是这样定义的:我们将某一个声压值定义为“参照数”(0?#30452;矗?#36825;是一个固定的值;任何一个声音,都和这个参照数相除,取结果的对数(以10为底),再乘以20,这样算出来的就是这个声音的?#30452;礎?br /> 写成公式就是:
 你对dBSPL、dBv、dBu、dBV、dBFS了解多少
其中:GdB 为?#30452;矗籚0 为声?#20849;?#29031;数;V1 为声?#20849;?#37327;值。
 
0dB作为“参照数”的声音,当我们计算在气体介质中传播的声音时,采用的标准值是2×10^-5 Pa(20μPa),这是人耳在1KHz这个频率下能听到的最小的声音,大致相当于3米外的一只?#31859;?#22312;飞。这就是声学上对“0?#30452;?rdquo;的定义。事实上,很多人听不到这样弱的声音。根据世界卫生组织的定义,如果一个人能听到的最小声音在25?#30452;?#20197;下,就属于正常听力。
而人的听觉痛阀是120 dBSPL,对应的压强是20Pa。
20 * log (20 Pa / 0.00002 Pa) = 120 dB

dBv和dBu(表述电压)
注意:dBv(v小写)
这两个单位是一样的。为什么呢?只是因为dBv和dBV仅仅是大小写的区别,太容易混淆了,所以人们就将小写的dBv写成dBu,方便区别。仅此而已……
0dBu = 0.775 V(参照数)
为什么选择0.775V呢?因为以前的输入输出阻抗定的是600Ω,而0.775V的电压,加在600Ω上,正好得到1mW的功率,这个0.775就是这样得来的。(更精确的说是0.7746V)
在这儿要注意的是:这个值是取的平均电压值,因为音频信号不是直流信号,电压是一直在改变的,而dBu的标准电压最初也是以交流电的功率?#20976;?#20986;来的。
 
dBV
注意:dBV(V大写)
为什?#20174;?#20986;来一个大写的V呢?
上面说的,dBv和dBu参照数取的是0.775V,有的工程师?#36884;?#24471;这样很麻?#24120;?#25630;个小数点的,太不方便了。所以,就用1V为参照数来计算。
dBV = 20 * log (被测电压 / 1V)
所以,dBV和dBu/dBv的本质上是一样的,只是参照数不同罢了。
 
把dBu和dBV做简单?#20976;悖?#21487;以用dBu=dBV+2.2来做简单计算。
 
dBFS
dBFS则是在数字音频的领域?#31995;?#19968;个值了。
dBFS的全称是"Decibels Full Scale"(全?#30452;纯?#24230;)——是一种为数字音频设备创立的?#30452;粗当?#31034;方法。
0dBFS的参照数不是最小的值,也不是中间某个值,而是最大值。
OK,那这个“最大值”是怎么来的呢?这个要?#37038;?#23383;音频的存储原理?#28783;穡?br /> 我们用16bit的数字音频为例:“16bit”的意思是,采样信号以16位二进制数字来存储。二进制数字就两个:“0”和“1”。
所以,最大的值就是1111 1111 1111 1111(二进制,?#20976;?#25104;十进制是65536),因此,计算dBFS的公式就是:
dBFS = 20 * log (采样信号 / 1111 1111 1111 1111)
这样就很容易解释为什么不能超过“0”了,因为dBFS的参照数是最大值,所以:
20 * log (1111 1111 1111 1111 / 1111 1111 1111 1111) = 0 dBFS
那么最小的呢?
除了0之外,16位二进制最小的数字是:0000 0000 0000 0001
那么:
20 * log (0000 0000 0000 0001 / 1111 1111 1111 1111) = -96 dBFS
 
所以说,16bit时,最大的动态范围是96dB,大无可大。而24bit而要大得多了,可以达到144dB。(参考后图)
 
那么,dBu或dBV与dBFS之间怎么?#20976;悖?br /> 有问题,现在这个问题是有争议的。从最初的-12dBFS对应0dBu到-14,又到-28,又回到-20或-22。具体是怎么样的,只能看你手上设备的说明书了。
 
附?#23478;唬?br />  你对dBSPL、dBv、dBu、dBV、dBFS了解多少
?#35745;?#28304;于网络,做了翻译?#31570;?#20805;说明
 
附图二:
 你对dBSPL、dBv、dBu、dBV、dBFS了解多少
?#35745;?#28304;于网络,做了翻译?#31570;?#20805;说明

 
 
 
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