题目

分贝是什么单位

提问时间：2020-08-11

答案

分贝（decibel）dB
声音的响度
声音其实是经媒介传递的快速压力变化.当声音於空气中传递,大气压力会循环变化.每一秒内压力变化的次数叫作频率,量度单位是赫兹(Hz),其定义为每秒的周期数目.
频率越高,声音的音调越高.如下图显示,击鼓产生的频率远较吹哨子产生的频率低.请按一下[示范]按钮,听听它们发出的声音,及细察其音调的不同.
响亮度和分贝标度
响亮度是声音或噪音的另一个特性.犟的噪音通常有较大的压力变化,弱的噪音压力变化则较小.压力和压力变化的量度单位为巴斯卡,缩写为Pa.其定义为牛顿/平方米 ( N/m2).
人类的耳朵能感应声压的范围很大.正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作「听觉阈」,为20个微巴斯卡 (缩写为μPa) 的压力变化,即20x10-6 Pa ("百万分之二十巴斯卡").另一方面,非常噪吵的情况能产生很大的压力变化,例如一架太空穿梭机在发出最大马力时能在近距离产生大约 2,000 Pa或2 x 109μPa的噪音.下表显示由上述情况产生不同的声压级,以巴斯卡及微巴斯卡表示.如用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音,我们须处理小至20,大至2,000,000,000的数字.
明显地,如用巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音会颇为不便.较简单的做法是用一个对数标度(logarithmic scale)来表达声音或噪音的响亮度,以10作为基数.
为避免以巴斯卡(Pa)来表达声音或噪音（以防处理难以操纵的数字）,故使用分贝(dB)这个标度.该标度以「听觉阈」,20 μPa 或20 x 10-6 Pa作为参考声压值,并定义这声压水平为0分贝(dB).
声压级,缩写通常为SPL或者Lp,其单位为分贝(dB),可经由以下算式求得.
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於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.
於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,会产生甚么结果吗?
我们都知道60个苹果加60 个苹果,等於120个苹果.但是,这并不适用於以分贝来表示的声音.事实上,60分贝加60分贝只等於63分贝.下面的公式解释声音相加的原理,请按一下[示范]按钮阅读详细内容：
"A"加权声
正常的人耳能听到20赫兹到20,000赫兹频率的声音.20赫兹到20,000赫兹的范围叫作「人耳可听声范围」.我们听到包含各种频率的声音.整个「人耳可听声范围」可分成8个或24个「频率带」,分别称为倍频程或1/3倍频程.声音或噪音在不同的频率带可有不同的犟度或声压级,如下图所示.请按一下[示范]按钮,看看声音如何分为8个倍频程或24个1/3倍频程.
声音通常以一个声压级值来描述.方法就是将所有倍频程或1/3倍频程所占的部份加在一起,得出一个声压级.
人类耳朵对声音的敏感度取决於声音的频率.对於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缐性反应.
以"A"加权声级度为例,在将低频率及高频率的声压级值加在一起之前,声压级值会根据公式减低.声压级值加在一起后所得数值的单位为分贝(A).分贝(A)较常用是因为这个标度更能准确地反映人类耳朵对频率的反应.量度声压级的仪器通常都附有加权网络,以提供分贝(A)的读数.
另：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.
分贝(2)
通信系统传输单位
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.分贝一词于1924年首先被应用到电话工程
中.
在1926年国际长途电话咨询委员会召开的第一次全体会议上,讨论并通过了使用传输单位的建议,贝尔和奈培正式在通信领域中普遍使用.分贝的代号
也有过多种形式：DB、Db、db、dB.1968年国际电报电话咨询委员会（CCITT）第四次全会,考虑到在通信领域里同时使用两种传输单位非常不方便,而当时无线电领域中却只使用着一种传输单位dB,因此全会一致通过了第B4号建议,规定在国际上只使用分贝一种传输单位,并统一书写为dB.
我国在1980年以前,无线电领域多使用dB,载波电话、电报等多使用Np,依稀记得在1980年原邮电部邮科字第929号通知规定：全国电信部门统一使用
分贝（dB）为电信传输单位.
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）的纯电阻上耗散
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,0.707V,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）
一、功率电平
利用功率关系所确定的电平可以称为功率电平（需要计量的功率值和功率为
一毫瓦的零电平功率比较）,用数学表达式描述就是：
Pm=10 lg(P/1)dBm
其中：Pm代表功率电平.P代表需要计量的绝对功率值,单位为毫瓦,零
电平功率为一毫瓦.dBm表示以一毫瓦为基准的功率电平的分贝值.
不同的绝对功率值所对应的以一毫瓦为基准的功率电平值如下：
绝对功率用dBm表示
绝对功率 dBm 绝对功率dBm 绝对功率dBm
1pW -90 1mW 0 1W 30
10pW -80 2mW 3 2W 33
100pW -70 4mW 6 4W 36
0.001μW -60 5mW 7 5W 37
0.01μW -50 8mW 9 8W 39
0.1μW -40 10mW 10 10W 40
1.0μW -30 20mW 13 100W 50
2μW -27 40mW 16 1000W 60
4μW -24 50mW 17 10kW 70
5μW -23 80mW 19 100kW 80
8μW -21 100mW 20 1000kW 90
10μW -20 200mW 23
20μW -17 400mW 26
40μW -14 500mW 27
50μW -13 800mW 29
80μW -11
100μW -10
1000μW 0
二、电压电平
利用电压关系所确定的电平称为绝对电压电平,简称电压电平,用公式表示：
Pv=20Lg(U/0.775) (dB)
上式中Pv代表电压电平值.U代表需要计量的绝对电压值,单位为伏（V）.
零电平电压为0.775伏.
这里需要特别注意的一点是：根据上面“电压电平”的定义,其零电平电压
必须是0.775V有效值,不能随意用其它电压值作为基准来定义“电压电平”,
否则容易引起混乱.
三、功率电平和电压电平的关系
功率电平和电压电平之间有着非常密切的关系,从实质上讲,它们是一致的.
但现在世界上不同国家使用的习惯却是不一样的,比如,英国（包括英联邦
国家）等主要使用功率电平,而有的国家,象法国、俄罗斯等国家却主要使
用电压电平.这样一来,那些专门生产测量仪器的厂家（比如惠普、马可尼、
摩托罗拉、西门子等）就要按照不同国家用户的需要来供货,既可以提供以
功率电平定标的仪器,也可以提供以电压电平定标的仪器.在我们国家,这
两种定标读数的测量仪器都在使用.造成这种混乱现象,一是因为我们国家
在计量领域没有严格立法,二是因为各自为政地引进国外的测量仪器.记得
上个世纪50年代全面向苏联老大哥学习,设备的引进和国产的仪器基本上都
是以电平电压定标的,这种现象延迟到70年代末.80年代前后,我们国家在
“邓大人”领导下开始改革开放,但由于百废待兴,上层建筑领域的立法建
设严重滞后于经济基础领域的经济发展,这就导致了通信行业引进测量仪器
的混乱现象（后面这几句话是个人发牢骚）.
功率电平和电压电平之间可用下面公式来换算：
Pm=Pv＋10Lg（600/Z）(dBm) , 式中的Pv=20Lg（U/0.775）(dB)
功率电平Pm的计量单位是（dBm）,电压电平Pv的计量单位是（dB）
当阻抗Z=600Ω时,10Lg（600/Z）=0 ,此时Pm=Pv ,即功率电平与电
压电平相等.当Z≠600Ω时,即使是同一功率,用功率电平表来测,读数
是Pm ,用电压电平表来测却是Pv,两者读数是不相等的.看下表更直观
一些.
功率 1mW 1mw 1mW 1mW
阻抗 600Ω 300Ω 75Ω 50Ω
电压 0.775V 0.548V 0.274V 0.224V
功率电平读数 0dBm 0dBm 0dBm 0dBm
电压电平读数 0dB -3dB -6dB -10.79dB
我们国内现在使用的测量仪器中,有以一毫功率为0电平刻度的功率电平表,
也有以电压0.775V为0电平刻度的电压电平表,我们在使用这些测量仪器时,
要留心这一点,否则,出现了测量差错,还要埋怨被测机器性能不好.
对于同样是以0.775V为0dB来刻度的电压电平表,在测量时（比如,测量天
线的灵敏度、天线的增益、接收机的灵敏度）还要注意仪器的测量端子与
被测设备、电路端口的阻抗匹配,否则会产生反射损耗,引起测量误差.
这些测量仪器的面板上或档位上常常标有600Ω、300Ω、150Ω、75Ω、
50Ω的不同阻抗,这是提供在阻抗匹配的条件下作终端测量时用的,其仪表
面板的读数都是电压电平.
在有线通信系统和设备常常采用600欧的输入/输出端口,无线通信系统和设备
的平衡输入/输出端口常常采用300欧的阻抗,电视、图像、视频系统的输入
/输出端口常常采用75欧的阻抗,无线通信系统和设备的射频不平衡输入/输
出端口往往采用50欧的标准阻抗.
dBm----mV/μV换算表
dBm 信号电压 dBm 信号电压 dBm 信号电压 dBm 信号电压 dBm 信号电压
6 446mV -21 19.93 -48 890 -76 35.4 -103 1.583
5 398 -22 17.76 -49 793 -77 31.5 -104 1.411
4 354 -23 15.83 -50 707 -78 28.2 -105 1.257
3 316 -24 14.11 -51 630 -79 25.1 -106 1.121
2 281 -25 12.57 -52 562 -80 22.4 -107 0.999
1 251 -26 11.21 -53 501 -81 19.93 -108 0.89
0 224 -27 9.99 -54 446 -82 17.76 -109 0.793
-1 199.3 -28 8.9 -55 398 -83 15.83 -110 0.707
-2 177.6 -29 7.93 -56 354 -84 14.11 -111 0.63
-3 158.3 -30 7.07 -57 316 -85 12.57 -112 0.562
-4 141.1 -31 6.3 -58 282 -86 11.21 -113 0.501
-5 125.7 -32 5.62 -59 251 -87 9.99 -114 0.446
-6 112.1 -33 5.01 -60 224 -88 8.91 -115 0.398
-7 99.9 -34 4.46 -61 199 -89 7.93 -116 0.354
-8 89.1 -35 3.98 -62 177 -90 7.07 -117 0.316
-9 79.3 -36 3.54 -63 158 -91 6.03 -118 0.282
-10 70.7 -37 3.16 -64 141 -92 5.62 -119 0.251
-11 63.1 -38 2.82 -65 125 -93 5.01 -120 0.224
-12 56.2 -39 2.51 -66 112 -94 4.46 -121 0.199
-13 50.1 -40 2.24 -67 99.9 -95 3.98 -122 0.177
-14 44.6 -41 1.99 -68 89 -96 3.54 -123 0.158
-15 39.8 -42 1.77 -69 79.3 -97 3.16 -124 0.141
-16 35.4 -43 1.58 -70 70.7 -98 2.82 -125 0.125
-17 31.6 -44 1.41 -71 63 -99 2.51 -126 0.112
-18 28.2 -45 1.25 -72 56.2 -100 2.24 -127 0.0999
-19 25.1 -46 1.21 -73 50.1 -101 1.99 -128 0.089
-20 22.4 -47 999μV -74 44.6 -102 1.78 -129 0.078
-75 39.8