关于dB的认识
2020-08-09 21:41:16
关于分贝dB（decibel,[ˈdesɪbel] ），第一感觉认为是声音的大小单位，dB除了用在声学领域之外，还用在：
电子、电气、通信、音频、设计、振动等领域内，常令刚接触dB的人感到困惑的是，dB到底是什么？个人是音频小白，从自己的角度来总结一下dB的一些性质：
一、dB的常见用途有二：（1）：表示声音大小；（2）：表示比值大小；具体如下：
（1）表示声音大小：
在声学领域，dB经常用作为表征声压级SPL（Sound Pressure Level）的大小。声压的单位是帕斯卡，Pa，声压的参考值是20μPa，这个值表示人耳在1000Hz处的平均可听阈值，或者是人耳在1000Hz处可被感知的平均最小声压波动值。
声音是叠加在大气压之上的声压波动，大气压为1.01325×10^5Pa。相比于大气压，声压幅值波动非常小。人耳可听的声压幅值波动范围为2×10^-5Pa~20Pa，这个声压幅值波动区间很大，二者的比值达到了10^6。似乎从线性角度来说这个声压幅值的波动区间，很不方便。
数字位数一多，读起来都头痛，要仔细逐一数一数位数，我反正是这样的，我不知道您是不是也是这样！有没有懒人方法呢，能方便的反映出这个波动的幅值呢？大师Bell早就在思考：有没有好的方法解决这个问题。因此，引入了以dB表示的声压级的概念。
他发现我们人类耳朵对声音强度的反应是成对数形式的，大概意思就是当声音的强度增加到某一程度时，人的听觉会变的较不敏锐，刚好近似对数的单位刻度。这使得对数的单位可以拿来代表人类听觉变化的比例，因此，以对数dB形式表示的声压级应孕而生了。
人耳可听的声压幅值波动范围为2×10^-5Pa~20Pa，用幅值dB表示对应的分贝数为0~120dB，因此，当用分贝表示声压级的大小时，表征起来更为方便。现实世界中各种常见情况中声音分贝大小如下图所示。
用图表表示声压幅值和分贝数如下表所示：
（2）表示比值大小：
dB表示放大倍数：既然有日常常用的放大2倍，放大10倍，放大100倍等等，为什么还需要dB来表示放大倍数？这是因为很多工程领域中的放大倍数的放大倍数值非常大（千万、亿级等），当用对数dB表达增益随频率变化的曲线时，可大大扩大线性增益变化的区间，就要用10的对数来表示放大倍数，这个放大倍数的单位刚好就是dB：表示放大了10的多少次方倍：
公式为：
放大倍数(dB) = 20log10(x) ，其中x为线形域(也就是常说的多少倍)
例如：1、电压或电流的幅值放大1000倍即为 20*log10(1000) = 20*3 = 60dB，即表示电压放大1000倍 等价于 电压放大了60dB；
2、功率放大1000倍即为 10*log10(1000) = 10*3 = 30dB，即表示功率放大1000倍 等价于 功率放大了30dB；
使用dB的优点有如下：
(1) 当用对数dB表达增益随频率变化的曲线时，可大大扩大线性增益变化的区间。通过上一小节，我们已经明白人耳可听的声压幅值波动范围为2×10^-5Pa~20Pa，而用幅值dB表示时对应的dB数值仅仅为0~120dB。
(2) 计算多级放大的总增益时，可将乘法化为加法进行运算。
(3) dB值可正可负。正值表示增大，负值表示衰减。若x/x0<1，则dB值为负值。也就是说测量值大于参考值的为正，小于参考值的为负。
(4) 幅值比互为倒数时，dB值互为正负。
这是因为：
dB值与线性幅值比的关系如下表所示： (常见的用红色标注)
总结与拓展：
看到这里，大概知道dB的两个主要用途；其实，dB表示声压级的时候，也是声压和参考声压比值在对数域上的比值，而dB的用途远不止体现在和参考声压的比值上，相同的道理可以放在其他领域，因其无量纲的特点，可以方便地扩展到其他变量的比值上。
更多拓展链接：
两台声强 90 分贝的钢琴同时弹奏的声强是否为 180 分贝？
参考：
1. 什么是分贝dB？
