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分贝的概念

2012-10-16 06:41来源: 互联网 编辑:中国聋人网   点击:


概述
分贝表示一种单位,即两种电或声功率之比或两种电压或电流值或类似声量之比;分贝还是一种测量声音相对响度的单位。
   分贝 [decibel]
  (1)∶表示两种电或声功率之比的一种单位,它等于功率比的常用对数的10倍——缩写为dB
  (2)∶表示两种电压或电流值或类似声量(如声压或质点速度)之比的一种单位,等于电压或电流比的常用对数的20倍,如果两种电压或电流是在相同电阻上测得的话

  (3)∶一种测量声音的相对响度的单位,大约等于人耳通常可觉察响度差别的最小值;人耳对响度差别能察觉的范围,大约包括以最微弱的可闻声为1而开始的标度上的130分贝

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对数标度表示声音的原因

用 对数标度来表达声音和噪音还有另一优点:人类的听觉反应是基于声音的相对变化而非绝对的变化。对数标度正好能模仿人类耳朵对声音的反应。于分贝标度上计算 声音或噪音的和现实生活中我们经常会同时遇到几个声音。你知道一个声音与另一个声音结合时,会产生什么结果吗?我们都知道60个苹果加60 个苹果,等于120个苹果。但是,这并不适用于以分贝来表示的声音。事实上,60分贝加60分贝只等于63分贝。

  人们以分贝为单位来表示声音强弱的等级。0dB是人刚能听到的最微弱的的声音;30-40dB是较为理想的安静环境;70dB会干扰谈话,影响工作效率;长期生活在90dB以上的噪音环境中,听力会受到严重影响并产生神经衰弱、头疼、高血压等疾病;如果突然暴露在高达150dB的噪音环境中,鼓膜会破裂出血,双耳完全失去听力。

  为了保护听力,声音不能超过90dB;为了保证工作和学习,声音不能超过70dB ;为了保证休息和睡眠,声音不能超过20dB。

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人类耳朵对声音的敏感度取决于声音的频率。对于2,500赫兹到3,000赫兹的声音,人类耳朵的反应最灵敏,而对低频率的声音,敏感度则较低。故此,将所有倍频程或1/3倍频程所占的部份加在一起,所得到的数值并不能有效反映人类耳朵对声音频率的非线性反应。


分贝是音量的单位,分贝数越大代表的所发出的声音越大,分贝在计算上是每增加 10 分贝,则声音大小约是原来的十倍。也就是说,20分贝的声音功率是10分贝功率的十倍,30分贝的声音功率是20分贝声音功率的十倍,以此类推。

  10个声源同时发出10分贝的声音,那么功率是10分贝的10倍,也就是20分贝。

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通信系统中在分贝:

    在我们日常生活和工作中离不开自然计数法,但在一些自然科学和工程计算中,对物理量的描述往往采用对数计数法。从本质上讲,在这些场合用对数形式描述物理量是因为它们符合人的心理感受特性。这是因为,在一定的刺激范围内,当物理刺激量呈指数变化时,人们的心理感受是呈线性变化的,这就是心理学上的韦伯定律和费希钠定律。它揭示了人的感官对宽广范围刺激的适应性和对微弱刺激的精细分辨,好像人的感受器官是一个对数转换装置一样。例如两个倍频的声音可以感受一个八度音程,而一个十二平均律的小二度正好是八度音程的对数的十二分之一。采用对数描述上述的物理量,一是用较小的数描述了较大的动态范围,特别有利于作图的情况。它也把某些非线性变化的量转换成线性量。例如频率从直流到1Hz的差别可比1000Hz到1001Hz差别大得多。当然频率的对数单位不是以dB而是以倍频程表示。另一个好处是把某些乘除运算变成了加减运算,如计算多级电路的增益,只需求各级增益的代数和,而不必将各级的放大/衰减倍数相乘。

我们知道,零和小于零的负数是没有对数的,只有大于零的正数才能取对数,这样一来,原来的物理量经过对数转换后,原来的功率、幅度、倍数等这些非负数性质的量,它们的值域便扩展到了整个实数范围。这并不意味着它们本身变负了,而只是说明它们与给定的基准值相比,是大于基准值还是小于基准值,小于则用负对数表示,若大于则用正对数表示。分贝的计算很简单,对于振幅类物理量,如电压、电流强度等,将测量值与基准值相比后求常用对数再乘以20;对于它们的平方项的物理量如功率,取对数后乘以10就行了;不管是振幅类还是平方项,变成分贝后它们的量级是一致的,可以直接进行比较、计算。

在电信技术中一般都是选择某一特定的功率为基准,取另一个信号相对于这一基准的比值的对数来表示信号功率传输变化情况,经常是取以10为底的常用对数和以e=2.718为底的自然对数来表示。其所取的相应单位分别为贝尔(B)和奈培(Np)。贝尔(B)和奈培(Np)都是没有量纲的对数计量单位。分贝(dB)的英文为decibel,它的词冠来源于拉丁文decimus,意思是十分之一,decibel就是十分之一贝尔。

我们知道,测量海拔高低的基准点是位于青岛的黄海水准点,测量温度高低的基准点是纯水在一个大气压时的结冰点,测量电信号(功率、电压、电流)的基准点就是本文前面提到的人为选择的特定基准,这个基准我们暂且把它叫做“零电平”。 这个特定的功率基准就是取一毫瓦(mW)功率作为基准值,这里要特别强调的是:这一毫瓦基准值是在600欧姆(Ω)的电阻上耗散一毫瓦功率,此时电阻上的 电压有效值为0.775伏(V),所流过的电流为1.291毫安(mA)。取作基准值的1mW,0.775V,1.291mA分别称为零电平功率,零电平 电压和零电平电流。(我们国家不采用电流电平测量基准)。

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感性认识声音中在分贝单位

听力损失以纯音测听500、1000、2000赫兹Hz的气导平均听力计算。正常人的听力范围在0~25分贝(dB)之间。

  根据世界卫生组织耳聋分级标准:

  26~40分贝;轻度聋

  41~55分贝:中度聋

  56~70分贝:中重度聋

  71~90分贝:重度聋

  音量 类比

  130分贝 喷射机起飞声音

  110分贝 螺旋浆飞机起飞声音

  105分贝 永久损听觉

  100分贝 气压钻机声音

  90分贝 嘈杂酒吧环境声音

  85分贝及以下 不会破坏耳蜗内的毛细胞

  80分贝 嘈杂的办公室

  75分贝 人体耳朵舒适度上限

  70分贝 街道环境声音

  50分贝 正常交谈声音

  20分贝 窃窃私语

  按普通人的听觉

  0 -2 0 分贝 很静、几乎感觉不到;

  2 0 -4 0 分贝安静、犹如轻声絮语;

  4 0 -6 0 分贝一般。普通室内谈话;

  6 0 -7 0 分贝吵闹、有损神经;

  7 0 -9 0 分贝很吵、神经细胞受到破坏。

  9 0 -1 0 0 分贝 吵闹加剧、听力受损;

  1 0 0 -1 2 0 分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。

  120分贝以上:极度聋或全聋
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分贝表示的放大倍数--增益:

  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)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po /Pi)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=V2/R=I2R。采用这套公式后,两者的增益数值就一样了:10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)。使用分贝做单位主要有三大好处。

  (1)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。

  (2)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(20dB),后级是20倍(13dB),那么总功率放大倍数是100×20=2000倍,总增益为20dB+13dB=33dB。

(3)符合听感,估算方便。 人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如,当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时,听到的声音就响了很多;而从1瓦增强到2瓦时,响度就差不太 多;再从10瓦增强到11瓦时,没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦,而用增益表示分别为10.4dB,3dB和0.4dB,这就 能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。您若注意一下就会发现,Hi-Fi功放上的音量旋钮刻度都是标的分贝,使您改变音量时直观些。分贝数值中,-3dB和0dB两个点是必须了解的。-3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半,电压或电流是正常时的1/2。在电声系统中,±3dB的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备指标,如频率范围,输出电平等,不加说明的话都可能有±3dB的出入。例如,前面提到的频响10Hz~40kHz,就是表示在这段频率中,输出幅度不会超过±3dB,也就是说在10Hz和40kHz这二个端点频率上,输出电压幅度只有中间频率段的0.707(1/)倍了。0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。分贝是一个相对大小的量,没有绝对的量值。可您在电平表或马路上的噪声计上也能看到多少dB的测出值,这是因为人们给0dB先定了一个基准。例如声级计的 0dB是2×10-4μb(微巴),这样马路上的噪声是50dB、60dB就有了绝对的轻响概念。常用的0dB基准有下面几种:dBFS——以满刻度的量 值为0dB,常用于各种特性曲线上;dBm——在600Ω负载上产生1mW功率(或0.775V电压)为0dB,常用于交流电平测量仪表上;dBV——以 1伏为0dB;dBW——以1瓦为0dB。一般读出多少dB后,就不用再化为电压、声压等物理量值了,专业人士都能明白。只有在极少数场合才要折合。这时只需代入公式:10A/20(或A/10)×D0计算即可。A为读出的分贝数值,D0为0dB时的基准值,电压、电流或声压用A/20,电功率、声功率或声强则用A/10。现在您就可以来回答本文开头的问题了。
作者:中国聋人网
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