转载:声音分贝的概念,dBSPL.dBFS
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分贝 Decibel
分贝(dB)是一个对数单位(logarithmic unit), 它和很多常见的单位如“米”,“秒”或者“千克”等物理单位是不同的,它并不能直接用来描述一个物理量的大小或者多少,它表示的是两个相同单位物理量的比值。分贝经常用来描述声音,如超过50dB的噪声就会影响人的睡眠和休息,但分贝不仅仅用来描述声音,它还被用来描述电子学等其他领域的物理量,如描述信号强度的衰减 、信噪比等等。
前面提到分贝表示的是两个物理量的比值,作为分母的那个量通常是一个标准的基准值(standard reference value),分贝描述的就是作为分子的物理量相对于这个基准值的大小,分贝的计算公式如下:
dB=10×log(value/valueref)
其中,valuerefv是基准值。在使用分贝表示物理量基准值是非常重要的,基准值用分贝表示的话是0dB。
描述声音的分贝
分贝可以描述很多的物理量,本文主要介绍分贝来描述声音的信号的强弱。
用来描述声音强度的物理量有很多:声压,功率,产生声音信号的电压等,使用不同的物理量来表示声音的强度,其得到的分贝也是不同的。
dB(dBSPL)
声音本质上来说是一种波,通过空气传播,传到人耳朵里引发鼓膜的振动。所以,声音的大小,实际就是对这种振动强度的反映。而由于空气的振动会引起大气压强的变换,可以使用压强变化的程度来描述声音的大小,这就是“声压(SPL,Sound Pressure Levels)”概念,其单位是Pa。例如:1米外步枪射击的声音大约是7000Pa;10米外开过汽车大约是0.2Pa。
使用声压作为测量量的分贝就是dBSPL,通常用来表示声音大小的dB多说指的就是dBSPL。声压和声音大小的关系,可以使用如下公式表示
其中,I是声音的强度;P是声压;ρρ是空气阻力,通常在室温下,空气阻力大约是400。
分贝的计算还需要一个选择一个特定的声压值作为“标准值”(0分贝),该值是固定的。有了这个基准值后代入上面的公式:
其中,P是声压测量值;Pref是标准值(0dBSPL)。这里选择的声压标准值为2×10^−5Pa,(20μPa),是人耳在1KHz这个频率下能听到的最小的声音,大致相当于3米外一只蚊子在飞的声音。将标准值代入上式:
dBFS
在数字时代更多的音频分贝表示是dBFS。dBFS的全称为Decibels Full Scale,全分贝刻度,是数值音频分贝值的表示方法。
dBFS的基准并不是最小的或者是中间的某一个值,是最大的那个值!也就是说0dBFS是数字设备能达到的最大值,除了最大值外都是负值。
以数字音频的sample为16位无符号为例,16位的无符号的最大值为65536,因此dBFS的计算公式:
dBFS=20×log10(sample/65536)dBFS
这样,最小的dBFS = 20×log(1/65536)=−96dBFS。也就是说16位无符号音频的动态范围为0 ~ -96dBFS。
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