音量和分贝（二）

放大电路有四种模型：电压放大电路（对应电压增益Av）；电流放大电路（对应电流增益Ai）；互阻放大电路（对应互阻增益Ar）；互导放大电路（对应互导增益Ag）。其中，Av和Ai没有量纲，在工程上常用以10为底的对数增益表示：电压增益=20*lg|Av| 单位dB；电流增益=20*lg|Ai| 单位dB。注意，放大电路的功率增益=10*lgAp 单位dB（功率没有正负之分，因此不需要取绝对值)

用对数表达放大电路的增益之所以在工程上得到了广泛的应用是因为：

（1）当用对数坐标表达增益随频率变化的曲线时，可大大扩大增益变化的视野；

（2）计算多级放大电路的总增益时，可将乘法简化为加法进行运算。

注：坐标区间范围变小了，可看到的区间就多了，否则1-10000坐标的视野太大无法观看，但从对数坐标来看只从0-4而已。

贝尔本身并没有单位，只是两个功率比值的对数。例如输入是1W，经放大后的输出功率是2W，则Bel=lg(2w/1w)=lg2=0.30103。由于常常会出现小数点，就引入了分贝的定义，1分贝为1/10贝尔，所以10分贝＝1贝尔。由于分贝的出现我们现在很少看到贝尔这个单位了。 

两个功率相比较如果是增加1倍的话，也就是增加了10*lg(2/1)=10*0.30103=3.0103dB。换句话说，每增加3分贝，相当于增加了1倍的功率。大家注意，如果是多级放大电路，每一级放到1倍第三级放到的倍数是2的3次方。8倍。 增加的分贝数是9.可以通过3+3+3计算得来，也可以lg8=0.9得来。即将乘法用加法的形式来计算了。

如果是增加了10倍功率，也就是增加了10分贝（10*lg(10/1)=10*1=10dB）。如果这个环节是没有增益或衰减时，等于10*lg(1/1)=10*0=0dB。

 

分贝也有负数的。如果经过一个环节之后，功率减少了一半，就等于10* lg（1/2）＝10* （-lg2/1)＝10*（-0.3）=-3dB，缩小10倍功率等于-10dB。在分贝学上，最重要是要记住以下3个数字：+3dB=2*；+10dB=10*；而0dB＝1*。如果0dB是1W的话，3 dB＝2W，6 dB＝4W,9 dB＝8W，10 dB＝10W，12 dB＝16W，20 dB＝100W，30 dB＝1000W，33 dB＝2000W。 

大家都知道贝尔发明了电话，然而他还有一个很重要的贡献就是，他发现我们人类的耳朵对声音强度的反应是成对数形式的，大概的意思是当声音的强度增加到某一程度时，人的听觉会变的较不敏锐，刚好近似对数的单位刻度。这使得对数的单位可以用来代表人类听觉变化的比例，这个基本单位为Bell（贝尔）就是他创造的，简写符号为Bel。 

当我们把功率增加1倍，声压增大3dB时，我们是否觉得音量大了1倍呢？不会。因为我们的听觉灵敏度有很大范围，可以听到从最细微的0dBspl声压一直到120dBspl（功率增加1000000000000倍，1万亿倍），所以我们对增加3分贝声压的反应，只是觉得音量刚增大了一点，而不是增大了1倍，通常音量需要增加7~10分贝，我们才觉得音量有1倍的增加，但功率就有了5~10倍的增加。 

功率每增加1倍就增加3dB，但伏数每增加1倍就是增加6dB。理由是因为功率伏数的平方，所以伏数增加1倍（2*）时，功率就增大至原来的4倍，等于+6dB。但通常作为调音师，他们不需要知道有多少倍伏数的增加，只要知道有多少倍功率的增加就已经足够了。

如果以为增益加3分贝不是什么大不了的事情，其实是错误的。有时候觉得高音不太足时，会在调音台上的均衡器作调较，通常每路输入的均衡器旋钮在0dB时，相当于位置时钟的时间12小时，而当他想把高音或低音增大时，就把旋钮调至时钟时间的3点位置。通常这个位置是+9dB，等于把原来这一个均衡频率作了增加8倍的调整。试问如果平常在这一个均衡频率的输出是200W，经过这个调整，就等于让功放输出1600W，这是不是很危险？

声学：

在声学中测定声强级的特定单位。

它在数值上等于被测声强I和声强的最小值I0之比的常用对数。声音最小值I0是指正常人耳能听到的最弱的声强，一般I0=10^-12瓦/米^2,其声强级贝尔数为Ig*I/I0。　　

在音响设备中，信号的大小具体就是电压，取电压的有效值（又叫方根均值、英文RMS），电压和功率成正比，所以我们经常问功放音响的功率多大，实际上就是他们能达到最大多大音量。电压和波形的振幅成正比。如果歌曲音量小，实际上就是振幅小，体现在数据采集上就是每个时刻的对应的数字小。修改每个sample的数据可以增大或减小音量。

这里还要讲一下基准参考信号，为了体现音量大小，我们需要一个固定标准大小的信号作为比较，把待描述的信号大小和它作比较，具体就是做除法，求出待描述的信号大小和基准参考信号大小的比值。具体在我们的声卡、解码器中，基准参考信号大小就取作送入声卡、解码器的声音信号原来的大小。

这样分贝数的含义就很清楚——负数表示把音量调小，正数表示调大，而0就表示保持所输入的音量不改变，原样播放，原样输出。很多为了保护功放等设备，音量只能往负数调节，就是调小，即默认的音量基准音量为最大音量，这就带来潜在的问题，如果节目源本身的信号音量太小，最终导致的输出的声音就太小，故需要做音量均衡处理。

在录音声学里，响度、响度级、声强、声强级、声压、声压级、分贝、方、电平、增益、音高、音分总是令人头疼的若干概念，这里简单的说一下他们的意义和区别，让我们把它们的顺序整理一下。

分贝：分贝是声级测量中最常用的单位，被简写为dB。其中小写的d代表英文decibel即分贝，而大写的B代表Bel即贝尔，采用小写d和大写B主要说明分贝和贝尔之间的关系为1:10即1分贝等于十分之一贝尔。    需要说明的是，0dB并非代表完全静寂状态，而是代表人耳的听阈点，也就是听力正常的人所能觉察到的最低声压级。——功率增加一倍代表增益提升3dB（如混音中，一轨声音为100dB，将这轨复制一份一同播放，总音量将为103dB，而非100+100=200dB），而电压增加一倍代表增益提升6dB。

电平：一个时间变量，如功率或场量，在特定的时间间隔内以特定方式计算的均值或加权值。其单位可以用相对于基准值的对数形式表示，例如“分贝”。    在录音中，简单理解，电平为一种以电的表达方式反应当前声音音量大小的一种方式。如“把这个轨道电平值增益3dB”可理解为“把这一路的音量拧大3分贝”。

增益：对元器件、电路、设备或系统，其电流、电压或功率增加的程度。通常以分贝(dB)数来规定。在此，可以简单理解为一种增加的状态。

音高：指听觉赖以分辨乐音高低的特性。由声波振动的频率来决定。频率高则音高；低则音低。

音分（cent）：为提高测量声音高低的准确度，计量上将每个“半音”音程（如C~#C或B~C）定义分为100音分，以利计算其误差率。即，1cent为百分之一个小二度音程。

声能：声音在运动中所表现出来的总量或者说是总体的能量通常表示为声能。

声强：单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的平均声能，称为声强。声强用I表示，单位为瓦/平米。

声强级：声强的级别，虽然声强差别很大，但可能声强的级别是一致的。心理物理学的研究表明，人对声音强弱的感觉并不是与声强成正比，而是与其对数成正比的。这正是人们使用声强级来表示声强的原因。将声强进行对数运算，得出的与人耳听感相符的分贝值，单位为dBSPL。（SPL为声强级Sound Intensity Level的英文缩写）

声压：有声波存在时，媒质中的压力与静压的差值。

声压级：虽然声强在理论上可以代表在某一点上的声波振幅，还可以通过测量得出其数值，但并不是一个在日常工作中经常用来阐述声音振幅的量。由于人耳表现为压力敏感组织，又因为压力或压强具有相对容易进行实地测量的特点，所以目前使用压强来代表声波的振幅表现，而所代表的量被称为声压级，并被定义为在某一点上，声波所表现出的有效压强。