dB(Decibel,分貝) 是一個純計數單位,本意是表示兩個量的比值大小,沒有單位。在工程應用中經常看到貌似不同的定義方式(僅僅是看上去不同)。對于功率,dB = 10lg(A/B)。對于電壓或電流,dB = 20lg(A/B)。此處A,B代表參與比較的功率值或者電流、電壓值。
3db的增益放大多少倍?
3db=10lg(A/B)
那么A/B=10的0.3次方 約為2倍
6db的增益放大多少倍
6db=10lg(A/B)
那么A/B=10的0.6次方 約為4倍
10db的增益放大多少倍
10db=10lg(A/B)
那么A/B=10的1次方 10倍
20db的增益放大多少倍
20db=10lg(A/B)
那么A/B=10的2次方 100倍
dB的意義其實再簡單不過了,就是把一個很大(后面跟一長串0的)或者很小(前面有一長串0的)的數比較簡短地表示出來。
分貝(工程應用)
如(此處以功率為例):
X = 100000 = 10^5
X(dB) = 10lg(X) dB= 10lg(10^5) dB= 50 dB
X = 0.000000000000001 = 10^-15
X(dB) = 10lg(X) dB= 10lg(10^-15) dB= -150 dB
一般來講,在工程中,dB和dB之間只有加減,沒有乘除。而用得最多的是減法:dBm 減 dBm 實際上是兩個功率相除,信號功率和噪聲功率相除就是信噪比(SNR)。比如:30dBm - 0dBm = 1000mW/1mW = 1000 = 30dB。dBm 加 dBm 實際上是兩個功率相乘,沒有實際的物理意義。
在電子工程領域,放大器增益使用的就是dB(分貝)。放大器輸出與輸入的比值為放大倍數,單位是“倍”,如10倍放大器,100倍放大器。當改用“分貝”做單位時,放大倍數就稱之為增益,這是一個概念的兩種稱呼。
電學中分貝與放大倍數的轉換關系為:
A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi);電壓增益
A(I)(dB)=20lg(Io/Ii);電流增益
Ap(dB)=10lg(Po/Pi);功率增益
分貝定義時電壓(電流)增益和功率增益的公式不同,但我們都知道功率與電壓、電流的關系是P=V2/R=I2*R。采用這套公式后,兩者的增益數值就一樣了:
10lg[Po/Pi]=10lg[(Vo2/R)/(Vi2/R)]=20lg(Vo/Vi)。注意:這只是在Ri=Ro的電路中適用,比如在有線電視系統中各種器材的匹配阻抗都是75Ω。
使用分貝做單位主要有三大好處。
(1)數值變小,讀寫方便。電子系統的總放大倍數常常是幾千、幾萬甚至幾十萬,一臺收音機從天線收到的信號至送入喇叭放音輸出,一共要放大2萬倍左右。用分貝表示先取個對數,數值就小得多。
(2)運算方便。放大器級聯時,總的放大倍數是各級相乘。用分貝做單位時,總增益就是相加。若某功放前級是100倍(20dB),后級是20倍(13dB),那么總功率放大倍數是100×20=2000倍,總增益為20dB+13dB=33dB。(3)符合聽感,估算方便。人聽到聲音的響度是與功率的相對增長呈正相關的。例如,當電功率從0.1瓦增長到1.1瓦時,聽到的聲音就響了很多;而從1瓦增強到2瓦時,響度就差不太多;再從10瓦增強到11瓦時,沒有人能聽出響度的差別來。如果用功率的絕對值表示都是1瓦,而用增益表示分別為10.4dB,3dB和0.4dB,這就能比較一致地反映出人耳聽到的響度差別了。您若注意一下就會發現,Hi-Fi功放上的音量旋鈕刻度都是標的分貝,使您改變音量時直觀些。
分貝數值中,-3dB和0dB兩個點是必須了解的。-3dB也叫半功率點或截止頻率點。這時功率是正常時的一半,電壓或電流是正常時的1/√2。在電聲系統中,±3dB的差別被認為不會影響總特性。所以各種設備指標,如頻率范圍,輸出電平等,不加說明的話都可能有±3dB的出入。例如,前面提到的頻響10Hz~40kHz,就是表示在這段頻率中,輸出幅度不會超過±3dB,也就是說在10Hz和40kHz這二個端點頻率上,輸出電壓幅度只有中間頻率段的0.707(1/根2)倍了。0dB表示輸出與輸入或兩個比較信號一樣大。分貝是一個相對大小的量,沒有絕對的量值。可您在電平表或馬路上的噪聲計上也能看到多少dB的測出值,這是因為人們給0dB先定了一個基準。例如聲級計的0dB是2×10-4μb(微巴),這樣馬路上的噪聲是50dB、60dB就有了絕對的輕響概念。常用的0dB基準有下面幾種:dBFS——以滿刻度的量值為0dB,常用于各種特性曲線上;dBm——在600Ω負載上產生1mW功率(或0.775V電壓)為0dB,常用于交流電平測量儀表上;dBV——以1伏為0dB;dBW——以1瓦為0dB。一般讀出多少dB后,就不用再化為電壓、聲壓等物理量值了,專業人士都能明白。只有在極少數場合才要折合。這時只需代入公式: 10(A/20)×D0或10(A/10)×D0計算即可。A為讀出的分貝數值,D0為0dB時的基準值,電壓、電流或聲壓用A/20,電功率、聲功率或聲強則用A/10。現在您就可以來回答本文開頭的問題了。第二只音箱在相同輸入時比第一只音箱響一倍,如果保持兩只音箱一樣響的話,第二只音箱只要輸入一半功率即可。第一只功放只是很普通的品種,第二只功放卻很Hi-Fi,整個頻率范圍內輸出電壓只有±2.3%的差別!
簡單地說,dB是一個比值,舉個例子,音頻行業中,功率大一倍即使大3dB。
又比如音箱的靈敏度單位是dB,聲壓計測出的聲音強度也是dB。
這里要提一下dBm,dBw,dBu,dBc的含義和之間的關系,dBm是一個考征功率絕對值的值,計算公式為:10lgP(功率值/1mw),這是一個絕對值,0dBm即使1毫瓦所轉換的能量。
dBw與dBm一樣,dBw是一個表示功率絕對值的單位(也可以認為是以1W功率為基準的一個比值),計算公式為:10lg(功率值/1w)。dBw與dBm之間的換算關系為:0 dBw = 10lg1 W = 10lg1000 mw = 30 dBm,由此可見,0dBw是一個比0dBm大得多的多的單位,功率上相差1000倍,因此專業音頻設備上,最典型的例子就是功放,0dB的刻度是最大值,功放的旋鈕其實是一個衰減器;
dBu是以.775v電壓作為基準值的一個單位參數,dBv則是1V為基準值,因此,0dBv大概等于2.2dBu;它們換算公式是:x dBv = (x + 2.2)dBu
而dBc在數字音頻系統中比較常見,這也是一個考量相對功率的值。比如某處理器內部設置的0dBc實際等同于是-24dBm;
而我們在統計聲音響度或者聲壓級時也會采用分貝dB作為單位去衡量,這是因為dB的步階可以如實地反映人對聲音的感覺。實踐證明,聲音的分貝數增加或減少一倍,人耳聽覺響度也提高或降低一倍。即人耳聽覺與聲音功率分貝數成正比。 |