如果分贝代表增益比,为什么我们在声音测量中使用它?
是的,由于音频放大器电路中有输入信号,因此我们可以根据信号的增大或缩小程度来了解该系统的行为。用分贝或增益来表示这一点是有意义的,但为什么测量正常环境中声级的噪音计会使用分贝呢?在维基百科上,声压级为测量信号时使用的参考(输入)值。
… 人类听觉的阈值(大约相当于 3 米外蚊子飞行的声音)。
为什么需要计算这样的一个东西并给出它的比率?为什么不直接测量被测环境的声级并用适合的单位来表示呢?
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6 个回答
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如果分贝代表增益比,为什么我们在声音测量中使用它?
让我纠正一下;分贝代表一个比率,当用于谈论放大器时,它代表增益比。但在其他情况下(例如声音),它代表与声音阈值(20 μPa)的比率:-
图片来自。
为什么需要计算这样的一个东西并给出它的比率?为什么不直接测量被测环境的声级并用适合的单位来表示呢?
好吧,如果我们说人耳可以检测到 20 μPa 到 20 Pa 的声音,那就是 1,000,000:1 的比例,而将其重新缩放到从零到 120 dB SPL 的范围更有意义。
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“这是 1,000,000:1 的比例,重新调整比例更有意义”。这对我来说似乎根本不明显。人眼可以检测到大约 10 微米到几公里的特征,比例为 1.000.000.000:1,但我们使用正常的线性距离单位而不是对数比率没有任何问题。
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@BrtH 你不是在比较苹果和苹果。声级是强度,而距离是距离;眼睛里的等价物是光强度,我们很容易用分贝来测量光功率。
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@BrtH 视觉分辨率是根据立体角而不是距离来衡量的。
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如果您要测量人类听到的声音,dB 比某些系统(如 SI 单位帕斯卡)更有意义。声级每增加 10dB,音量似乎大约增加一倍。由于 dB 是一个比率,因此您需要选择一个参考级别,而人类听觉的近似阈值是一个合理的值。
如果您想计算从爆心爆炸点到建筑物的窗户会被炸飞多远,那么帕斯卡可能是合适的(或者对于非 SI 人群,PSI 是合适的)。
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主要有几个原因。
声压范围非常大,因此首先使用对数单位是有意义的,就像许多其他事物一样,例如地震的里氏震级、摄影中的光圈、酸度的 pH 值以及声音的音高间隔(如半音和八度)。
另外,为什么要用分贝?1 贝尔太大,1 厘贝又太小,所以对于许多用 1 或 2 位数字表示的事物,分贝正好介于两者之间。为什么音符用音分表示,100 音分是一个半音,1200 音分是一个八度。
而且分贝不是一个单位,它只是两个事物之间的比率,无论它们是什么。你只是方便地将其用作放大器增益示例。放大器的增益是输出和输入幅度之间的比率,如果以伏特为单位,伏特会抵消,你得到的只是增益因子,例如 20,并且可以将其转换为分贝、兆贝、微贝或你喜欢的任何测量单位。
因此,要测量声音并将其表示为分贝,就需要有一个参考值来与之比较。它可以是任何参考值。它可以是某个已知声级的压力,也可以是地球大气压力约为 1000mbar 时空气中可能出现的最大声级。为了避免使用负数,并有一个可以理解的参考值,也可以使用大多数人可以听到的最小声压,如果这样做,大多数日常生活中的声音都在 0dB 以上,可能低于 120dB。即使是火山的声音,如果不削波,也不能超过 1 个大气压,也可以很好地控制在 200dB 左右。您可以听到的较小的声音可以用负数表示,它只是告诉您需要将某个声音放大多少才能达到 0dB,这样您几乎听不到它。
我在上文中也非常广泛地使用了 dB,而且就像我说过的,dB 总是需要一个引用它的单位 – 因此,更正确的说法是,割草机的测量值为 80 dB SPL,因为仅仅说 80 dB 就会让你认为它的测量值为 80 dB,而重量以克为单位或体积以毫升为单位则不然。
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用分贝来测量声音的原因是什么?
需要理解的一点是,我们不以分贝(我将使用 dB 作为简称)来测量声级。
正如正确指出的那样,分贝本身是描述两个值之间的比率的一种方式。我们可以说一个信号或声音比另一个信号强 10dB。我们可以说放大器将信号增强了 20dB。或者隔音材料将声音降低了 15 dB。但也需要描述频率响应。一定的隔音效果可能会在 1000 赫兹时将声音降低 15dB,但在 50 赫兹频率时仅降低 5dB。
现在来看看声级。正如所说,这些不是以 dB 为单位测量的,而是最常见的以 dB (SPL) 为单位测量的。添加 (SPL) 表明我们已将 dB 标度的参考点选为 2.00×10−5 帕斯卡,并且我们正在测量声压。所有这些都是随着时间的推移而采用的惯例,0dB (SPL) 应该表示听觉阈值。(SPL) 符号经常被省略并被简单地假定。
测量声音的另一种非常常见的变化是考虑我们人类如何感知声音。我们大多数人听不到 20Hz 至 20kHz 范围以外的声音。但即使在这个范围内,我们的耳朵也不是同样敏感的。最常见的版本是 A 加权,缩写为 dB A。(还有其他使用中的重量)。
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dB SPL 是通过首先测量实际声压(例如以帕斯卡为单位)然后取对数来计算的,因此人们确实测量了压力,这就是您获得 dB 值的方法。通常,对数刻度更有用,因为人类听觉的范围跨度约为 6 个数量级,大多数人无法直观地了解 0.0004 Pa 的声音,而“您能听到的最安静声音的 X 倍”则更直观,尤其是当数字中有很多前导零时。
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但这是不对的。你无法通过分贝得到 SPL。没错,你可以用帕斯卡测量声音,但要除以 20 微帕斯卡,然后取对数并乘以 20,这样你才能得到 dB SPL。
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@Justme 是的,你和他说的是完全一样的:你根据测量的实际声压(例如帕斯卡)计算db 。你就是这么说的。他也是这么说的。你们俩都是这么说的。
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@Justme 这不是错误,你只是过于迂腐了。这个人链接到这个等式并询问为什么使用它。重申这个等式来解释它的用途是没有必要的,甚至没有帮助。
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其他答案关注与声音相对应的大范围压力,并认为这就是我们使用对数测量的原因。这是不正确的:范围确实很大,但这不是原因。考虑一下:我们处理的距离范围很大,但很少使用对数距离;或者最多,我们使用少量的对数缩放比例(SI 前缀)。
我们使用对数刻度的原因是,我们的感官大多是对数的,这一特性在心理物理学领域被称为“韦伯-费希纳定律”。
摘自 Varshney 和 Sun 的以下内容:
非线性尺度可以提高对强度较低的刺激的感知分辨率,这种现象在动物物种和感觉模式中普遍存在:沉重、疼痛、温暖、味道、响度、音调、亮度、距离、时间延迟和色彩饱和度等都是通过这种方式感知的。此外,这些可观察刺激与我们内部感知空间之间的映射——这些心理物理尺度和定律——近似于对数。
如果您想用对数来测量,分贝是一个极好的、成熟的测量系统;特别是因为我们想要测量的很多声音都是从电子放大器发出的。由于 dB 实际上只是一个比率,所以我们以“标准安静”参考点的乘数对数来测量。
- Varshney, LR 和 Sun, JZ (2013),“我们为什么会以对数方式感知?”。《意义》,10:28-31。https
- 维基百科文章
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