分贝相关概念及转换：dB、dBSPL、dBm、dBu、dBV、dBFS

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，如人正常说话的时大概60-70dB,安静的图书馆50dB左右，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：

其中，standard reference value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（dB）

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。

声压描述声音强度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。

分贝的计算还需要一个选择一个特定的声压值作为“基准值”（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；PrefPref是标准值（0dBSPL）。这里选择的声压基准值为2×10−5Pa，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：

电信号描述声音强度dBm,dBu,dBV

由于现在音频电子设备盛行，所以大多数的声音都是使用电信号作为存储和传播的载体的，例如电视广播，各种音频文件等。dBm,dBu,dBV是使用和电信号相关的物理量作为被测物理量，计算其产生声音的分贝值。

dBm是使用产生声音信号的功率作为被测物理量，选择1毫瓦(1mW)作为基准值，计算分贝值。计算公式:

由上面的公式可以得到dBu，使用电压作为测量物理量，计算声音的分贝值。在十九世纪三十年代，音频设备的输入电阻都是600Ω，也就上面公式中的R = 600Ω。在dBm中，使用1mW作为基准值，那么在 R = 600Ω时，电压基准值0.775V。所以，dBu是以电压作为测量物理量，计算声音的分贝值，选择的基准电压为0.775V。计算公式：

dBV又是咋回事呢。在上个实际音频设备的输入阻抗都是600欧姆，是固定不变的。但是到了现代，就有了更高阻抗的设备，例如1000欧姆，这样再选择0.775作为电压的基准值，显然是不合理的。所以，就有了一个新基准值1V。本质上dBu和dBV是没有区别的，都是选择电压作为被测单位，只是选择的基准值不同罢了。

dBV仍然是以电压作为被测量，计算声音的分贝值，选择1V作为基准值。计算公式：

数字描述声音强度dBFS

前面的几个被测量都是模拟量，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，是数字音频分贝值的表示方法。和模拟量度量声音强度不同的是，dBFS的基准值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位采样深度，16位采样深度最大值为2^15 = 65536，因此dBFS的计算公式：

根据上面公式可知：16位采样深度音频的动态范围为0 ~ -96dBFS。

dBFS 和 dBu之间的转换

dBu是度量模拟信号的，dBFS是度量数字信号的，所以没有在dBu和dBFS之间没有统一的转换公式，依赖于具体的数字设备。在dBu和dBFS转换时，需要规定一个峰值电压，该电压下产生的音频信号经过AD转换后得到的sample为0dBFS，也就是sample为。例如，+18dBu对应于0dBFS，在该条件下求 xdBu对应于ydBFS，那么就有 y=x−18。

总结：

本文主要介绍和声音相关的分贝概念，分贝不同于其他的物理单位，表示的是相同物理量的比值，其具体的值依赖于选择的被测量。

dBSPL，使用声压作为被测量，选择20uPa作为基准值(通常所说的dB)。

dBm，使用功率作为被测量，选择1mW作为基准值。

dBu，使用电压作为被测量，选择0.775V作为基准值。

dBV，和dBu一样，使用电压作为被测量，选择1V作为基准值。

dBFS，和上面的量都不相同，上面的量都是测量模拟值的，dBFS是测量数字音频的，其选择的基准值为sample的最大值为0dBFS，其他的值都为负值。

dBFS和模拟量之间的转换，例如dBu，需要规定一个基础的对应关系。

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总结：

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