db 是個什麼鬼?

2021-01-14 嵌入式Linux


最近在處理音頻部分的內容，我們討論一個音頻的時候，會談到聲音的大小，就是「分貝」。


Decibels,分貝


這其中還涉及一個東西，就是放大器，聲音經過放大器後，就會變成放大後的聲音，這個是硬體放大，當然了，也可以軟體放大。


放大器輸出與輸入的比值為放大倍數，單位「倍」，如10倍放大器，100倍放大器。當改用「分貝」做單位時，放大倍數就稱之為增益db，這是一個概念的兩種稱呼。


dB是一個比值，是一個數值，是一個純計數方法，沒有任何單位標註。

「分」（deci-）指十分之一，個位是「貝」（bel），它是一個以十為底的比值對數


---- dB的兩個定義方式

電壓（電流）放大倍數分貝數定義：dB=20*log(Vo/Vi)，其中K為放大倍數的分貝數，Vo為放大信號輸出，Vi為信號輸入。



功率放大倍數分貝數定義：dB=10*log(Po/Pi)，其中K為放大倍數的分貝數，Po為放大信號輸出，Pi為信號輸入。


比如


當我們選擇波形選項的時候，對應音頻的幅值是沒有單位了，但是波形（v）和波形（dB）是對應增加縮小的。



---- 假裝計算一次

原始音頻波形v


放大後的波形v



查看放大前的波形db 和放大後的波形db




計算對應的增益db值


db = 20*log(0.12/0.04) = 9.54 分貝


即上面的波形是經過放大9.54db 後就變成了放大後的波形。


---- 注意


當測試人員跟你說，我需要把當前的幅值增大6dB，那你知道當前幅值和原來的幅值是多少倍數關係嗎？


6dB ≈ 20 * log(x)  ≈ 20 * log (2)  ≈ 20 * 0.3 


所以，如果有人跟你說把增益加大 6dB，那就是說把幅值增大一倍，當然了，如果是減小 6dB，那就是把幅值縮小一倍。



---- 關於「－3dB 」帶寬


「－3dB」也叫半功率點或截止頻率點。這時功率是正常時的一半，電壓或電流是正常時的 0.707。


在電聲系統中，±3dB 的差別被認為不會影響總特性。所以各種設備指標，如頻率範圍，輸出電平等，不加說明的話都可能有±3dB的出入。


比如我們的AI音箱的MIC一致性測試中，使用外部高保真設備播放音頻，使用測試設備錄音，然後拉取錄取的音頻進行分析，需要保證兩個MIC間的增益不能相差3db。


---- 如圖，兩個MIC增益相差過大，一致性不好


---- 關於0dB


0dB 有兩種含義


在模擬領域，比如我們說 0 分貝，那就是指聲音是聽不到狀態下的音量，那 1 dB 就是我們可以聽到的最小的聲音，還可以這樣理解，如果有一個參考點，0 dB 就是指跟參考點的距離是 0 。


但是在數字領域，0dB 就是指可以表示的最大音量。


比如這個圖



參考：

http://www.sengpielaudio.com/calculator-levelchange.htm


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