读懂音频单位dB

宝力道

内蒙古广播电视台 内蒙古 呼和浩特市 010050

对于从事音频工作的专业技术人员来讲，在工作中经常会碰到dB（分贝）这个概念，还有类似的单位dBSPL、dBm、dBVU、dBu、dBV、dBFS等相关的计量单位，刚刚开始使用的时候特别容易混淆。下面笔者就这些概念的区别进行详述。

1 Bel（贝尔）/dB（分贝）

要理解dB（分贝）系列的计量单位，首先得认识Bel （贝尔）的概念。它和常见的单位如“米”、“秒”、“千克”等物理单位不同，它并不能直接用来描述一个物理量的大小或者多少，而是一种无量纲的对数计量单位。例如，功率比取常用对数Bel（贝尔）的定义为：

假设参考功率P0=1w，当功率增加了一倍，即P1=2w 时，其对应的功率比对数为：

Bel（贝尔）这个单位是用著名的科学家贝尔的名字命名的，该单位也是贝尔发明出来，最早用于AT&T 的前身贝尔电话公司的电话工程中。但由于其表示的比值对数的结果太小，由上面计算可知倍半关系变化量的结果只是0.3，可见其Bel（贝尔）是个很大的量，这就导致了在是实际应用不太方便，因此dB（分贝）这个单位被发明出来。

dB（分贝）的全称为decibel，表示十分之一贝尔，即：

例如，功率比取常用对数dB（分贝）的定义为：

当使用表示倍半关系的变化时，得出的结果便是3dB,这便是音频系统中常见的3dB 衰减的由来。其中，贝尔与分贝的关系可以参考米与分米的关系（均为10 倍的量级差）。

dB（分贝）的计算特性致使其用一个小的数值可以描述一个较大的动态范围，由于这一特性它被广泛应用于音频领域中，如描述信号强度的衰减、信噪比等。

2 dBSPL

通常大众对声音大小的认知来源于使用声级计测量出的数值，如环境噪声为60dB，这里dB（分贝）单位其实是被省略掉的，其实全称是dBSPL（Sound Pressure Levels），即有效声压级。这里的大小指的是人耳对空气震动对耳膜产生的有效压力的大小，并非人对声音大小的心里感知量，应与响度区分开来。

当人耳接收到声压为2×10-5Pa 频率为1kHz的简谐声音时，刚好能听到这个声音，因此将这个声压值定义闻阈。当声压增大到20Pa 时，人耳会感到刺痛，这时的声压值定义为痛阈。两者之间相差100 万倍，使用起来极其不便，同时人对声压的感知有着奇特的心理特性，他与有效声压的对数（声压级）成比例，这两点正好符合dB 的计算特性，因此在声学系统中，通常把待测声压的有效值与基准值的比取对数来表示有效声压的大小，即：

其中，Pref 为人耳闻阈，经过计算，人耳的听力范围为0-130dBSPL。

3 dBm和dBVU

认识dBVU首先要了解VU （Volume Unit）表。VU 表是音频节目监测模拟信号的专用仪表，它是采用平均值检波器并按简谐信号的有效值确定的，因此是一种准平均值表，而不能指示信号的峰值，也就是说它是以声音的功率计算出来的。它的刻度用对数和百分数表示，并将参考电平（0VU，100%）定在满刻度以下的3dBVU 处。

早期，不同的设备厂商对各自VU 表的量程有着不同的定义，这就使得没有统一标准作为参考的前提下，设备之间很难匹配和交融，为了解决之一难题，人们统一将dBm 定义为VU 表量程，因此二者在现在的应用层面是等同的概念，故把dBm 和 dBVU 放在一起介绍。

dB 是作为声压测量单位计算出来的，dBm 是以功率计算出来的。通常规定当电流通过设备时的功率为1mW（1 毫瓦）时，VU 表指示0dBVU，即：0dBm = 0dBVU。dBm 中的m 就代表毫瓦。dBm 是以功率为单位测量的，参照数是1mW。计算方法如下：

4 dBu

介绍了dBm 后，我们了解到dBm 是以功率1mW 作为参照数进行计算的，而dBu 是以电压作为测量单位计算的，其中基准电压为0.775V，这个标准是在二十世纪30年代设立的。那时，所有音频设备的输入阻抗都是600Ω。根据欧姆定律P=U2/R 推导出,当功率为1mW 时的电压为0.775伏。即：

5 dBV

随着大量民用音频设备的涌入，输入电阻不再是专业设备中规定的600Ω，通常为了得到更大的输入功率，其输入电压往往更高，因此产生了dBV 这个单位。在dBV 中同样以以电压作为测量单位计算的，其中基准电压为1V，这时不考虑其输入电阻可以为任何值。即：

6 dBFS

以上为都度量模拟信号的分贝值，现在看一下数字时代是如何表示数字信号的。数字时代计量音频使用dBFS。dBFS 的全称为Decibels Full Scale，全分贝刻度，是数字音频分贝值的表示方法。它和前面几个不一样，dBFS 的基准并不是最小的或者是中间的某一个值，而是最大值。也就是说0dBFS 是数字设备能达到的最大值，即0dBFS等于“满刻度”的数字音频参考电平，是用于带有A/D 和D/A 转换器的数字音频设备的一项指标。“满刻度”是指转换器可能达到“数字过载”之前的最大可编码模拟电平。［1］

7 dBFS和dBu之间的转换

dBu是计量模拟信号的，dBFS 是计量数字信号的，并且dBFS 不会用于模拟信号，所以在dBu和dBFS 之间没有统一的转换公式，实际使用时取决于于具体的数字设备。在dBu 和dBFS 转换时，需要规定一个峰值电压，该电压下产生的音频信号经过AD 转换后得到值为0dBFS。根据现行的《中华人民共和国广播电影电视行业标准GY/T192-2003 数字音频设备的满足电平》 中规定，+24dBu 对应于0dBFS，在该条件下求 xdBu对应于ydBFS，那么就有 ydBFS=xdBu?22。即dBFS 和 dBu 的差值始终为 24。

总 结

本文主要介绍和声音相关的分贝概念，分贝不同于其他的物理单位，表示的是相同物理量的比值，其具体的值依赖于选择的被测量。所以当你看到dB 后面的字母就知道它的含义了。

（1）dBSPL：通常所说的dB，使用声压作为被测量；

（2）dBm：使用功率作为被测量，选择1mW作为基准值；

（3）dBu：使用电压作为被测量，选择0.775V 作为基准值；

（4）dBV：使用电压作为被测量，选择1V作为基准值；

（5）dBFS：dBFS 是测量数字音频的，其选择的基准值为量化后的最大电平值为0dBFS，其他的值都为负值。