分貝基礎(chǔ)知識

分貝基礎(chǔ)知識

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　　分貝是聲壓級單位，記為d B 。是計量聲音強(qiáng)度相對大小的單位，分貝值表示的是聲音的量度單位。分貝值每上升 10 ，表示音量增加 10 倍用于表示聲音的大小。1 分貝大約是人剛剛能感覺到的聲音。適宜的生活環(huán)境不應(yīng)超過4 5 分貝，不應(yīng)低于1 5 分貝。

　　按普通人的聽覺

　　0 －2 0 分貝 很靜、幾乎感覺不到。

　　2 0 －4 0 分貝安靜、猶如輕聲絮語。

　　4 0 －6 0 分貝一般、普通室內(nèi)談話

　　6 0 －7 0 分貝吵鬧、有損神經(jīng)

　　7 0 －9 0 分貝很吵、神經(jīng)細(xì)胞受到破壞

　　9 0 －1 0 0 分貝 吵鬧加劇、聽力受損

　　1 0 0 －1 2 0 分貝難以忍受、呆一分鐘即暫時致聾。

分貝(2)通信系統(tǒng)傳輸單位

在我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦须x不開自然計數(shù)法，但在一些自然科學(xué)和工程計算中，對物理量的描述往往采用對數(shù)計數(shù)法。從本質(zhì)上講，在這些場合用對數(shù)
形式描述物理量是因為它們符合人的心理感受特性。這是因為，在一定的刺激范圍內(nèi)，當(dāng)物理刺激量呈指數(shù)變化時，人們的心理感受是呈線性變化的，
這就是心理學(xué)上的韋伯定律和費希鈉定律。它揭示了人的感官對寬廣范圍刺激的適應(yīng)性和對微弱刺激的精細(xì)分辨，好象人的感受器官是一個對數(shù)轉(zhuǎn)換裝
置一樣。例如兩個倍頻的聲音可以感受一個八度音程，而一個十二平均律的小二度正好是八度音程的對數(shù)的十二分之一。

采用對數(shù)描述上述的物理量，一是用較小的數(shù)描述了較大的動態(tài)范圍，特別有利于作圖的情況。它也把某些非線性變化的量轉(zhuǎn)換成線性量。例如頻率從
直流到1Hz的差別可比1000Hz到1001Hz差別大得多。當(dāng)然頻率的對數(shù)單位不是以dB而是以倍頻程表示。另一個好處是把某些乘除運算變成了加減運算，如計算多級電路的增益，只需求各級增益的代數(shù)和，而不必將各級的放大/衰減倍數(shù)相乘。

我們知道，零和小于零的負(fù)數(shù)是沒有對數(shù)的，只有大于零的正數(shù)才能取對數(shù),這樣一來，原來的物理量經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換后，原來的功率、幅度、倍數(shù)等這些
非負(fù)數(shù)性質(zhì)的量，它們的值域便擴(kuò)展到了整個實數(shù)范圍。這并不意味著它們本身變負(fù)了，而只是說明它們與給定的基準(zhǔn)值相比，是大于基準(zhǔn)值還是小于
基準(zhǔn)值，小于則用負(fù)對數(shù)表示，若大于則用正對數(shù)表示。

分貝的計算很簡單，對于振幅類物理量，如電壓、電流強(qiáng)度等，將測量值與基準(zhǔn)值相比后求常用對數(shù)再乘以20；對于它們的平方項的物理量如功率，取
對數(shù)后乘以10就行了；不管是振幅類還是平方項，變成分貝后它們的量級是一致的，可以直接進(jìn)行比較、計算。

在電信技術(shù)中一般都是選擇某一特定的功率為基準(zhǔn)，取另一個信號相對于這一基準(zhǔn)的比值的對數(shù)來表示信號功率傳輸變化情況，經(jīng)常是取以10為底的常
用對數(shù)和以ｅ=2.718為底的自然對數(shù)來表示。其所取的相應(yīng)單位分別為貝爾（B）和奈培（Np）。貝爾（B）和奈培（Np）都是沒有量綱的對數(shù)計量單位。分貝（dB）的英文為decibel，它的詞冠來源于拉丁文decimus，意思是十分之一，decibel就是十分之一貝爾。分貝一詞于1924年首先被應(yīng)用到電話工程中。

在1926年國際長途電話咨詢委員會召開的第一次全體會議上，討論并通過了使用傳輸單位的建議，貝爾和奈培正式在通信領(lǐng)域中普遍使用。分貝的代號
也有過多種形式：DB、Db、db、dB。1968年國際電報電話咨詢委員會（CCITT）第四次全會，考慮到在通信領(lǐng)域里同時使用兩種傳輸單位非常不方便，而當(dāng)時無線電領(lǐng)域中卻只使用著一種傳輸單位dB，因此全會一致通過了第B4號建議，規(guī)定在國際上只使用分貝一種傳輸單位，并統(tǒng)一書寫為dB。

我國在1980年以前，無線電領(lǐng)域多使用dB，載波電話、電報等多使用Np，依稀記得在1980年原郵電部郵科字第929號通知規(guī)定：全國電信部門統(tǒng)一使用
分貝（dB）為電信傳輸單位。

我們知道，測量海拔高低的基準(zhǔn)點是位于青島的黃海水準(zhǔn)點，測量溫度高低的基準(zhǔn)點是純水在一個大氣壓時的結(jié)冰點，測量電信號（功率、電壓、電流）的基準(zhǔn)點就是本文前面提到的人為選擇的特定基準(zhǔn)，這個基準(zhǔn)我們暫且把它叫做“零電平”。這個特定的功率基準(zhǔn)就是取一毫瓦（mW）功率作為基準(zhǔn)值，這里要特別強(qiáng)調(diào)的是：這一毫瓦基準(zhǔn)值是在600歐姆（Ω）的純電阻上耗散一毫瓦功率，此時電阻上的電壓有效值為0.775伏(V)，所流過的電流為1.291毫安（mA）。取作基準(zhǔn)值的1mW，0.707V，1.291mA分別稱為零電平功率，零電平電壓和零電平電流。（我們國家不采用電流電平測量基準(zhǔn)）

一、功率電平

利用功率關(guān)系所確定的電平可以稱為功率電平（需要計量的功率值和功率為一毫瓦的零電平功率比較），用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述就是：

Ｐm=10 lg(Ｐ/1)dBm

其中：Ｐm代表功率電平。Ｐ代表需要計量的絕對功率值，單位為毫瓦，零電平功率為一毫瓦。dBm表示以一毫瓦為基準(zhǔn)的功率電平的分貝值。

不同的絕對功率值所對應(yīng)的以一毫瓦為基準(zhǔn)的功率電平值如下：

????????? 絕對功率用dBm表示

絕對功率?? dBm??? 絕對功率?? dBm??? 絕對功率??? 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、電壓電平

利用電壓關(guān)系所確定的電平稱為絕對電壓電平，簡稱電壓電平，用公式表示：

Ｐv=20Lg(Ｕ/0.775) (dB)

上式中Ｐv代表電壓電平值。Ｕ代表需要計量的絕對電壓值，單位為伏（V）。零電平電壓為0.775伏。

這里需要特別注意的一點是：根據(jù)上面“電壓電平”的定義，其零電平電壓必須是0.775V有效值，不能隨意用其它電壓值作為基準(zhǔn)來定義“電壓電平”，否則容易引起混亂。

三、功率電平和電壓電平的關(guān)系

功率電平和電壓電平之間有著非常密切的關(guān)系，從實質(zhì)上講，它們是一致的。但現(xiàn)在世界上不同國家使用的習(xí)慣卻是不一樣的，比如，英國（包括英聯(lián)邦國家）等主要使用功率電平，而有的國家，象法國、俄羅斯等國家卻主要使用電壓電平。這樣一來，那些專門生產(chǎn)測量儀器的廠家（比如惠普、馬可尼、摩托羅拉、西門子等）就要按照不同國家用戶的需要來供貨，既可以提供以功率電平定標(biāo)的儀器，也可以提供以電壓電平定標(biāo)的儀器。在我們國家，這兩種定標(biāo)讀數(shù)的測量儀器都在使用。造成這種混亂現(xiàn)象，一是因為我們國家在計量領(lǐng)域沒有嚴(yán)格立法，二是因為各自為政地引進(jìn)國外的測量儀器。記得上個世紀(jì)50年代全面向蘇聯(lián)老大哥學(xué)習(xí)，設(shè)備的引進(jìn)和國產(chǎn)的儀器基本上都是以電平電壓定標(biāo)的，這種現(xiàn)象延遲到70年代末。80年代前后，我們國家在“鄧大人”領(lǐng)導(dǎo)下開始改革開放，但由于百廢待興，上層建筑領(lǐng)域的立法建設(shè)嚴(yán)重滯后于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這就導(dǎo)致了通信行業(yè)引進(jìn)測量儀器的混亂現(xiàn)象（后面這幾句話是個人發(fā)牢騷）。

功率電平和電壓電平之間可用下面公式來換算：

Ｐm=Ｐv＋10Lg（600/Ｚ）(dBm)? ,? 式中的Ｐv=20Lg（Ｕ/0.775）(dB)

功率電平Ｐm的計量單位是（dBm），電壓電平Ｐv的計量單位是（dB）

當(dāng)阻抗Ｚ=600Ω時，10Lg（600/Ｚ）=0 ，此時Ｐm=Ｐv ，即功率電平與電壓電平相等。當(dāng)Ｚ≠600Ω時，即使是同一功率，用功率電平表來測，讀數(shù)是Ｐm ，用電壓電平表來測卻是Ｐv，兩者讀數(shù)是不相等的?？聪卤砀庇^一些。

功率??????????? 1mW??????? 1mw??????? 1mW??????? 1mW
阻抗??????????? 600Ω　　　300Ω?????? 75Ω?????? 50Ω
電壓??????????? 0.775V??? 0.548V????? 0.274V??? 0.224V
功率電平讀數(shù)　?? 0dBm?????? 0dBm??????? 0dBm????? 0dBm
電壓電平讀數(shù)???? 0dB?????? -3dB??????? -6dB???? -10.79dB

我們國內(nèi)現(xiàn)在使用的測量儀器中,有以一毫功率為0電平刻度的功率電平表,也有以電壓0.775V為0電平刻度的電壓電平表,我們在使用這些測量儀器時,要留心這一點,否則,出現(xiàn)了測量差錯,還要埋怨被測機(jī)器性能不好。

對于同樣是以0.775V為0dB來刻度的電壓電平表，在測量時（比如，測量天線的靈敏度、天線的增益、接收機(jī)的靈敏度）還要注意儀器的測量端子與被測設(shè)備、電路端口的阻抗匹配，否則會產(chǎn)生反射損耗，引起測量誤差。這些測量儀器的面板上或檔位上常常標(biāo)有600Ω、300Ω、150Ω、75Ω、50Ω的不同阻抗，這是提供在阻抗匹配的條件下作終端測量時用的，其儀表面板的讀數(shù)都是電壓電平。

在有線通信系統(tǒng)和設(shè)備常常采用600歐的輸入/輸出端口，無線通信系統(tǒng)和設(shè)備的平衡輸入/輸出端口常常采用300歐的阻抗，電視、圖像、視頻系統(tǒng)的輸入/輸出端口常常采用75歐的阻抗，無線通信系統(tǒng)和設(shè)備的射頻不平衡輸入/輸出端口往往采用50歐的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。

dBm----mV/μV換算表

dBm??? 信號電壓???? dBm????? 信號電壓?? dBm???? 信號電壓???? dBm?? 信號電壓???? dBm? 信號電壓
?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

dB: deciBel分貝。用以表達(dá)兩個電壓、功率或聲音的相對水準(zhǔn)。
dBm: 分貝的一個變種，0dB = 1mW into 600 Ohms
dBv: 分貝的一個變種，0dB = 0.775 volts.?
dBV: 分貝的一個變種，0dB = 1 volt.?
dB/Octave: 分貝/八度。濾波器斜率的表達(dá)方式，每個八度的分貝數(shù)越大說明斜線更陡直