轉載:聲音分貝的概念,dBSPL.dBFS
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分貝 Decibel
分貝(dB)是一個對數單位(logarithmic unit), 它和很多常見的單位如“米”,“秒”或者“千克”等物理單位是不同的,它並不能直接用來描述一個物理量的大小或者多少,它表示的是兩個相同單位物理量的比值。分貝經常用來描述聲音,如超過50dB的噪聲就會影響人的睡眠和休息,但分貝不僅僅用來描述聲音,它還被用來描述電子學等其他領域的物理量,如描述信號強度的衰減 、信噪比等等。
前面提到分貝表示的是兩個物理量的比值,作為分母的那個量通常是一個標準的基準值(standard reference value),分貝描述的就是作為分子的物理量相對於這個基準值的大小,分貝的計算公式如下:
dB=10×log(value/valueref)
其中,valuerefv是基準值。在使用分貝表示物理量基準值是非常重要的,基準值用分貝表示的話是0dB。
描述聲音的分貝
分貝可以描述很多的物理量,本文主要介紹分貝來描述聲音的信號的強弱。
用來描述聲音強度的物理量有很多:聲壓,功率,產生聲音信號的電壓等,使用不同的物理量來表示聲音的強度,其得到的分貝也是不同的。
dB(dBSPL)
聲音本質上來說是一種波,通過空氣傳播,傳到人耳朵裏引發鼓膜的振動。所以,聲音的大小,實際就是對這種振動強度的反映。而由於空氣的振動會引起大氣壓強的變換,可以使用壓強變化的程度來描述聲音的大小,這就是“聲壓(SPL,Sound Pressure Levels)”概念,其單位是Pa。
使用聲壓作為測量量的分貝就是dBSPL,通常用來表示聲音大小的dB多說指的就是dBSPL。聲壓和聲音大小的關系,可以使用如下公式表示
I=P^2/ρ
其中,I是聲音的強度;P是聲壓;ρρ是空氣阻力,通常在室溫下,空氣阻力大約是400。
分貝的計算還需要一個選擇一個特定的聲壓值作為“標準值”(0分貝),該值是固定的。有了這個基準值後代入上面的公式:
其中,P是聲壓測量值;Pref是標準值(0dBSPL)。這裏選擇的聲壓標準值為2×10^?5Pa,(20μPa),是人耳在1KHz這個頻率下能聽到的最小的聲音,大致相當於3米外一只蚊子在飛的聲音。將標準值代入上式:
dBFS
在數字時代更多的音頻分貝表示是dBFS。dBFS的全稱為Decibels Full Scale,全分貝刻度,是數值音頻分貝值的表示方法。
dBFS的基準並不是最小的或者是中間的某一個值,是最大的那個值!也就是說0dBFS是數字設備能達到的最大值,除了最大值外都是負值。
以數字音頻的sample為16位無符號為例,16位的無符號的最大值為65536,因此dBFS的計算公式:
dBFS=20×log10(sample/65536)dBFS
這樣,最小的dBFS = 20×log(1/65536)=?96dBFS。也就是說16位無符號音頻的動態範圍為0 ~ -96dBFS。
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