分贝基础知识

分贝基础知识

 

分贝

　　分贝是声压级单位，记为d B 。是计量声音强度相对大小的单位，分贝值表示的是声音的量度单位。分贝值每上升 10 ，表示音量增加 10 倍用于表示声音的大小。1 分贝大约是人刚刚能感觉到的声音。适宜的生活环境不应超过4 5 分贝，不应低于1 5 分贝。

　　按普通人的听觉

　　0 －2 0 分贝 很静、几乎感觉不到。

　　2 0 －4 0 分贝安静、犹如轻声絮语。

　　4 0 －6 0 分贝一般、普通室内谈话

　　6 0 －7 0 分贝吵闹、有损神经

　　7 0 －9 0 分贝很吵、神经细胞受到破坏

　　9 0 －1 0 0 分贝 吵闹加剧、听力受损

　　1 0 0 －1 2 0 分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。

分贝(2)通信系统传输单位

在我们日常生活和工作中离不开自然计数法，但在一些自然科学和工程计算中，对物理量的描述往往采用对数计数法。从本质上讲，在这些场合用对数
形式描述物理量是因为它们符合人的心理感受特性。这是因为，在一定的刺激范围内，当物理刺激量呈指数变化时，人们的心理感受是呈线性变化的，
这就是心理学上的韦伯定律和费希钠定律。它揭示了人的感官对宽广范围刺激的适应性和对微弱刺激的精细分辨，好象人的感受器官是一个对数转换装
置一样。例如两个倍频的声音可以感受一个八度音程，而一个十二平均律的小二度正好是八度音程的对数的十二分之一。

采用对数描述上述的物理量，一是用较小的数描述了较大的动态范围，特别有利于作图的情况。它也把某些非线性变化的量转换成线性量。例如频率从
直流到1Hz的差别可比1000Hz到1001Hz差别大得多。当然频率的对数单位不是以dB而是以倍频程表示。另一个好处是把某些乘除运算变成了加减运算，如计算多级电路的增益，只需求各级增益的代数和，而不必将各级的放大/衰减倍数相乘。

我们知道，零和小于零的负数是没有对数的，只有大于零的正数才能取对数,这样一来，原来的物理量经过对数转换后，原来的功率、幅度、倍数等这些
非负数性质的量，它们的值域便扩展到了整个实数范围。这并不意味着它们本身变负了，而只是说明它们与给定的基准值相比，是大于基准值还是小于
基准值，小于则用负对数表示，若大于则用正对数表示。

分贝的计算很简单，对于振幅类物理量，如电压、电流强度等，将测量值与基准值相比后求常用对数再乘以20；对于它们的平方项的物理量如功率，取
对数后乘以10就行了；不管是振幅类还是平方项，变成分贝后它们的量级是一致的，可以直接进行比较、计算。

在电信技术中一般都是选择某一特定的功率为基准，取另一个信号相对于这一基准的比值的对数来表示信号功率传输变化情况，经常是取以10为底的常
用对数和以ｅ=2.718为底的自然对数来表示。其所取的相应单位分别为贝尔（B）和奈培（Np）。贝尔（B）和奈培（Np）都是没有量纲的对数计量单位。分贝（dB）的英文为decibel，它的词冠来源于拉丁文decimus，意思是十分之一，decibel就是十分之一贝尔。分贝一词于1924年首先被应用到电话工程中。

在1926年国际长途电话咨询委员会召开的第一次全体会议上，讨论并通过了使用传输单位的建议，贝尔和奈培正式在通信领域中普遍使用。分贝的代号
也有过多种形式：DB、Db、db、dB。1968年国际电报电话咨询委员会（CCITT）第四次全会，考虑到在通信领域里同时使用两种传输单位非常不方便，而当时无线电领域中却只使用着一种传输单位dB，因此全会一致通过了第B4号建议，规定在国际上只使用分贝一种传输单位，并统一书写为dB。

我国在1980年以前，无线电领域多使用dB，载波电话、电报等多使用Np，依稀记得在1980年原邮电部邮科字第929号通知规定：全国电信部门统一使用
分贝（dB）为电信传输单位。

我们知道，测量海拔高低的基准点是位于青岛的黄海水准点，测量温度高低的基准点是纯水在一个大气压时的结冰点，测量电信号（功率、电压、电流）的基准点就是本文前面提到的人为选择的特定基准，这个基准我们暂且把它叫做“零电平”。这个特定的功率基准就是取一毫瓦（mW）功率作为基准值，这里要特别强调的是：这一毫瓦基准值是在600欧姆（Ω）的纯电阻上耗散一毫瓦功率，此时电阻上的电压有效值为0.775伏(V)，所流过的电流为1.291毫安（mA）。取作基准值的1mW，0.707V，1.291mA分别称为零电平功率，零电平电压和零电平电流。（我们国家不采用电流电平测量基准）

一、功率电平

利用功率关系所确定的电平可以称为功率电平（需要计量的功率值和功率为一毫瓦的零电平功率比较），用数学表达式描述就是：

Ｐm=10 lg(Ｐ/1)dBm

其中：Ｐm代表功率电平。Ｐ代表需要计量的绝对功率值，单位为毫瓦，零电平功率为一毫瓦。dBm表示以一毫瓦为基准的功率电平的分贝值。

不同的绝对功率值所对应的以一毫瓦为基准的功率电平值如下：

          绝对功率用dBm表示

绝对功率   dBm    绝对功率   dBm    绝对功率    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、电压电平

利用电压关系所确定的电平称为绝对电压电平，简称电压电平，用公式表示：

Ｐv=20Lg(Ｕ/0.775) (dB)

上式中Ｐv代表电压电平值。Ｕ代表需要计量的绝对电压值，单位为伏（V）。零电平电压为0.775伏。

这里需要特别注意的一点是：根据上面“电压电平”的定义，其零电平电压必须是0.775V有效值，不能随意用其它电压值作为基准来定义“电压电平”，否则容易引起混乱。

三、功率电平和电压电平的关系

功率电平和电压电平之间有着非常密切的关系，从实质上讲，它们是一致的。但现在世界上不同国家使用的习惯却是不一样的，比如，英国（包括英联邦国家）等主要使用功率电平，而有的国家，象法国、俄罗斯等国家却主要使用电压电平。这样一来，那些专门生产测量仪器的厂家（比如惠普、马可尼、摩托罗拉、西门子等）就要按照不同国家用户的需要来供货，既可以提供以功率电平定标的仪器，也可以提供以电压电平定标的仪器。在我们国家，这两种定标读数的测量仪器都在使用。造成这种混乱现象，一是因为我们国家在计量领域没有严格立法，二是因为各自为政地引进国外的测量仪器。记得上个世纪50年代全面向苏联老大哥学习，设备的引进和国产的仪器基本上都是以电平电压定标的，这种现象延迟到70年代末。80年代前后，我们国家在“邓大人”领导下开始改革开放，但由于百废待兴，上层建筑领域的立法建设严重滞后于经济基础领域的经济发展，这就导致了通信行业引进测量仪器的混乱现象（后面这几句话是个人发牢骚）。

功率电平和电压电平之间可用下面公式来换算：

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

功率电平Ｐm的计量单位是（dBm），电压电平Ｐv的计量单位是（dB）

当阻抗Ｚ=600Ω时，10Lg（600/Ｚ）=0 ，此时Ｐm=Ｐv ，即功率电平与电压电平相等。当Ｚ≠600Ω时，即使是同一功率，用功率电平表来测，读数是Ｐm ，用电压电平表来测却是Ｐv，两者读数是不相等的。看下表更直观一些。

功率            1mW        1mw        1mW        1mW
阻抗            600Ω　　　300Ω       75Ω       50Ω
电压            0.775V    0.548V      0.274V    0.224V
功率电平读数　   0dBm       0dBm        0dBm      0dBm
电压电平读数     0dB       -3dB        -6dB     -10.79dB

我们国内现在使用的测量仪器中,有以一毫功率为0电平刻度的功率电平表,也有以电压0.775V为0电平刻度的电压电平表,我们在使用这些测量仪器时,要留心这一点,否则,出现了测量差错,还要埋怨被测机器性能不好。

对于同样是以0.775V为0dB来刻度的电压电平表，在测量时（比如，测量天线的灵敏度、天线的增益、接收机的灵敏度）还要注意仪器的测量端子与被测设备、电路端口的阻抗匹配，否则会产生反射损耗，引起测量误差。这些测量仪器的面板上或档位上常常标有600Ω、300Ω、150Ω、75Ω、50Ω的不同阻抗，这是提供在阻抗匹配的条件下作终端测量时用的，其仪表面板的读数都是电压电平。

在有线通信系统和设备常常采用600欧的输入/输出端口，无线通信系统和设备的平衡输入/输出端口常常采用300欧的阻抗，电视、图像、视频系统的输入/输出端口常常采用75欧的阻抗，无线通信系统和设备的射频不平衡输入/输出端口往往采用50欧的标准阻抗。

dBm----mV/μV换算表

dBm    信号电压     dBm      信号电压   dBm     信号电压     dBm   信号电压     dBm  信号电压
 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分贝。用以表达两个电压、功率或声音的相对水准。
dBm: 分贝的一个变种，0dB = 1mW into 600 Ohms
dBv: 分贝的一个变种，0dB = 0.775 volts. 
dBV: 分贝的一个变种，0dB = 1 volt. 
dB/Octave: 分贝/八度。滤波器斜率的表达方式，每个八度的分贝数越大说明斜线更陡直