2020-08-09 21:41:16
關於分貝dB（decibel,[ˈdesɪbel] ），第一感覺認為是聲音的大小單位，dB除了用在聲學領域之外，還用在：
電子、電氣、通信、音頻、設計、振動等領域內，常令剛接觸dB的人感到困惑的是，dB到底是什么？個人是音頻小白，從自己的角度來總結一下dB的一些性質：
一、dB的常見用途有二：（1）：表示聲音大小；（2）：表示比值大小；具體如下：
（1）表示聲音大小：
在聲學領域，dB經常用作為表征聲壓級SPL（Sound Pressure Level）的大小。聲壓的單位是帕斯卡，Pa，聲壓的參考值是20μPa，這個值表示人耳在1000Hz處的平均可聽閾值，或者是人耳在1000Hz處可被感知的平均最小聲壓波動值。
聲音是疊加在大氣壓之上的聲壓波動，大氣壓為1.01325×10^5Pa。相比於大氣壓，聲壓幅值波動非常小。人耳可聽的聲壓幅值波動范圍為2×10^-5Pa~20Pa，這個聲壓幅值波動區間很大，二者的比值達到了10^6。似乎從線性角度來說這個聲壓幅值的波動區間，很不方便。
數字位數一多，讀起來都頭痛，要仔細逐一數一數位數，我反正是這樣的，我不知道您是不是也是這樣！有沒有懶人方法呢，能方便的反映出這個波動的幅值呢？大師Bell早就在思考：有沒有好的方法解決這個問題。因此，引入了以dB表示的聲壓級的概念。
他發現我們人類耳朵對聲音強度的反應是成對數形式的，大概意思就是當聲音的強度增加到某一程度時，人的聽覺會變的較不敏銳，剛好近似對數的單位刻度。這使得對數的單位可以拿來代表人類聽覺變化的比例，因此，以對數dB形式表示的聲壓級應孕而生了。
人耳可聽的聲壓幅值波動范圍為2×10^-5Pa~20Pa，用幅值dB表示對應的分貝數為0~120dB，因此，當用分貝表示聲壓級的大小時，表征起來更為方便。現實世界中各種常見情況中聲音分貝大小如下圖所示。
用圖表表示聲壓幅值和分貝數如下表所示：
（2）表示比值大小：
dB表示放大倍數：既然有日常常用的放大2倍，放大10倍，放大100倍等等，為什么還需要dB來表示放大倍數？這是因為很多工程領域中的放大倍數的放大倍數值非常大（千萬、億級等），當用對數dB表達增益隨頻率變化的曲線時，可大大擴大線性增益變化的區間，就要用10的對數來表示放大倍數，這個放大倍數的單位剛好就是dB：表示放大了10的多少次方倍：
公式為：
放大倍數(dB) = 20log10(x) ，其中x為線形域(也就是常說的多少倍)
例如：1、電壓或電流的幅值放大1000倍即為 20*log10(1000) = 20*3 = 60dB，即表示電壓放大1000倍 等價於 電壓放大了60dB；
2、功率放大1000倍即為 10*log10(1000) = 10*3 = 30dB，即表示功率放大1000倍 等價於 功率放大了30dB；
使用dB的優點有如下：
(1) 當用對數dB表達增益隨頻率變化的曲線時，可大大擴大線性增益變化的區間。通過上一小節，我們已經明白人耳可聽的聲壓幅值波動范圍為2×10^-5Pa~20Pa，而用幅值dB表示時對應的dB數值僅僅為0~120dB。
(2) 計算多級放大的總增益時，可將乘法化為加法進行運算。
(3) dB值可正可負。正值表示增大，負值表示衰減。若x/x0<1，則dB值為負值。也就是說測量值大於參考值的為正，小於參考值的為負。
(4) 幅值比互為倒數時，dB值互為正負。
這是因為：
dB值與線性幅值比的關系如下表所示： (常見的用紅色標注)
總結與拓展：
看到這里，大概知道dB的兩個主要用途；其實，dB表示聲壓級的時候，也是聲壓和參考聲壓比值在對數域上的比值，而dB的用途遠不止體現在和參考聲壓的比值上，相同的道理可以放在其他領域，因其無量綱的特點，可以方便地擴展到其他變量的比值上。
更多拓展鏈接：
兩台聲強 90 分貝的鋼琴同時彈奏的聲強是否為 180 分貝？
參考：
1. 什么是分貝dB？