如何让电脑产生和输出特定分贝值的声音

所需器材：PC，音频输出设备（耳机或者音响），含有 C 计权的分贝计

例如，需要产生 30dB ~ 80dB SPL 的 1kHz 正弦波

一、生成测试文件

先产生一个频率为 1kHz、最大幅值为 1 的正弦波 .wav 文件；

二、音量校准

播放该文件，然后增大或者减小系统音量，期间使用分贝计 C 计权不断测试，使当前音频输出设备实际产生的分贝值稳定在 80dB（所需最大音量）；

三、标定验证

再产生幅值为频率为 1kHz、最大幅值为 0.1 的正弦波，实际分贝值为 60 dB，则验证通过；

四、生成任意分贝音频

此时产生的实际分贝数 n 和 .wav 文件中的最大幅值 a 的转换公式为：

a=10−(80−n)20a=10^{-\frac{(80 - n)}{20}}a=10−20(80−n)

福利：送上自己制作的正弦音测试音频，正弦频率为 1kHz，采样率为 44.1 kHz，时长为 1 分钟，带有不同程度衰减；其中 test_1kHz_0dB.wav 最大幅值为 1，用于音量校准，test_1kHz_-20dB.wav 最大幅值为 0.1，用于标定验证。

链接：https://pan.baidu.com/s/1I66rQWj_bm9AdcyFTKViJQ
提取码：2333

Q & A

（1）为什么要先产生幅值为 1 的正弦波进行标定？

数字幅值为 1 时为音频文件允许的最大电平，更大则 .wav 文件不予记录，因此这时应该让系统达到所需的最大音量。

（2）为什么幅值为 0.1 时实际音量恰好减小 20 dB？

想要输出音量降低 20 分贝，则输出能量需要降低 100 倍，对应 .wav 文件中的数字幅值就要降低 10 倍。

（3）为何使用分贝计 C 计权？

分贝计的 A 计权参考了人耳频响曲线进行不同频段声音加权，并不利于系统标定，C 计权则更加平滑。

https://www.quora.com/Why-is-the-summing-op-amp-called-a-weighted-summing-amplifier

（4）理论上存不存在直接推导 .wav 数字幅值到 dB 的转换公式？

没有，因为从 .wav 文件出发，声音经过了系统音量控制、数模转换、放大电路、换能器的一系列处理，之后还会在空气中传播衰减，这个过程无法通过经验公式计算实现。

（5）一个频率标定好后，能不能直接用于其他频率的声音？

只有监听耳机或者监听音响可以，因为无论是娱乐用的耳机或者音响，还是价格昂贵的HIFI耳机，都会考虑人的喜好进行调音，从而使其对不同频率的响应衰减程度变得不均一，也就是所谓的频率响应曲线并不平整，而监听耳机或监听音响则为了方便统一标定，尽可能做到了一定频率范围内的平直响应，譬如 YAMAHA 的 MSP 系列（下图左为 MSP7），或者 GENELIC 的 80 系列（下图右为 8050B），如果要求精度较高则仍需要再次标定。

（6）复杂的声音如何标定？

如果声音有多个频率成分，那么只需要在第一步产生文件时，让数字幅值的最大值和最小值分别对应 1 和 -1 即可，随后的校验和生成步骤都同样适配，这是因为 C 计权时所有频率成分等权重，所有频率成分单独衰减 a 则等效于时域信号衰减 a ，因此转换公式仍然成立。

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