分贝

Posted on 2021-05-05 Edited on 2021-05-09 In Signal

分貝

分贝（decibel）是量度两个相同单位之数量比例的单位，常用dB表示。“分”（deci-）指十分之一，个位是“贝”或“贝尔”（bel，纪念发明家亚历山大·格拉汉姆·贝尔），但一般只用分贝。

这是一个说明声源能量 ( $x$ ), 声压 ( ${}$ )，与声音分贝数 dB ( ${_{10}{x}}$ ) 正比关系的对照表从声音分贝数 dB 只有 2~3 个数字的差异，相比声源或声压 9~10 个数字的差异，dB可帮助人们更快的理解数字代表的意义。

分贝（dB）是十分之一贝尔（B）：1B = 10dB。1贝尔的两个功率量的比值是10:1，1贝尔的两个场量的比值是 ${}:1$ [1]。'

场量（field quantity）是诸如电压、电流、声压、电场强度、速度、电荷密度等量值，其平方值在一个线性系统中与功率成比例。功率量（power quantity）是功率值或者直接与功率值成比例的其它量，如能量密度、音强、发光强度等。

分贝的计算，依赖于是 功率量 还是场量而不同。

两个信号具有1分贝的差异，那么其功率比值是1.25892（即 $10^{},$ ）而幅值之比是1.12202（即 ${}^{},$ ）[2]。

使用分贝有很多便利之处：

分贝实际上是对数值，因此可以用常用的数量来表示非常大的比值，可以清楚地表示非常大的数量变化。
多部件系统的整体增益（如级联的放大器）可以直接用各部件的增益分贝相加而求得。不必把这些增益值相乘（例如log(A × B × C) = log(A) + log(B) + log(C)）。
人对强度的感知，如声音或者光照，更接近与强度的对数成正比而不是强度值本身，依据韦伯定理，因此分贝值可用于描述感知级别或级差。

声学中，声音的强度定义为声压。计算分贝值时采用20微帕斯卡为参考值[5]。这一参考值是人类对声音能够感知的阈值下限。声压是场量，因此使用声压计算分贝时使用下述版本的公式：

在空气中 1帕斯卡等于94分贝声压级。在其他介质，如水下，1微帕斯卡更为普遍[6]。这些标准被ANSIS1.1-1994.所收录[7]。

人耳对声音感知具有很大的动态范围。从短期暴露即会永久损害听力的声强到最静的人耳能听到的声强，其比值是1万亿（10¹²）。[8]这么大的比值范围表示为对数度量：1万亿（10¹²）基于10的对数为12，用分贝表示是240。人的听力并不是对所有频率都是相同敏感，最敏感的频率范围是20Hz~20kHz.

当一个空间受外来声音干扰，而影响预期的正常作息时，需要建置一个六面结构的宁静空间，而当宁静空间建置完成后，能否达到预期的效果，则于施工前制定一个规范，此规范即为声学规范。

电子学中，通常用分贝表示功率或幅值之比（增益），而不常用算术比或者百分比。一项好处是一些列部件组成的系统的总增益是各部件增益之和。类似的，电信领域中，从一个发射器到一个接收器通过一些媒介（光无线通信、波导、同轴电缆、光纤等等）的信号增益用分贝表示，用于链路预算。

分贝也可以组合一些后缀，表示电功率的绝对单位。例如，后缀"m"表示"毫瓦"组合出"dBm"，0 dBm等于1毫瓦，1 dBm约为1.259 毫瓦。

在专业声学领域，常用单位是dBu。"u"代表"unloaded"。dBu是电压的平方平均数（RMS）度量的单位，其参考电压约为 0.775 VRMS。由于历史原因，此参考电压是在600欧姆电阻上耗散1 mW功率的电压，用于电话音频电路的标准阻抗。

dB与后缀的组合，指出计算比值时的参考值。例如dBm指示功率值与1毫瓦的比值的分贝数。

如果计算分贝时的参考值明确、确切地给出，那么分贝数值可以作为绝对量，如同被测量的功率量或者场量。例如，20dBm即为100毫瓦。

SI国际单位制不允许使用分贝与后缀的组合形式如dBm, dBu, dBA，等等[13]。但这种不遵从SI单位制的表示却广泛应用于很多场合。