一提到“分贝”，大家肯定想到了“噪音”。的确，一般生活中常常使用单位“分贝“来对日常声音的音量进行量化，那么关于“分贝（dB）”，你真的了解吗？我们分学科来展开说说。

1、声学中的“分贝”

声音的“分贝”概念，应该是大家最熟悉的，街道上常常有噪音监测仪器来显示噪音的大小。如果想要彻底了解声学的“分贝”概念，我们首先有必要了解一下相关基本概念——声强和声压。

声强指声音在传播途径上每1平方米面积上的声能流密度，但是根据相关实验的研究表明，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，也就是说如果直接通过声强的比值来定义声音的“大小”，会造成以下缺点——与人类听觉的结果非线性太强，不便于实际应用。另外考虑到听觉与其对数成正比，即可定义声强级L= k*lg（F1/F0），其中F0为基准声强（10^-12瓦/平米），F1为所测的声强，声强级的单位为分贝dB。另外，实际应用中为了应用的方便，一般将系数k约定为10，此时变量声强级L的单位分贝（dB）的灵敏性便于实际应用，即声强级L= 10*lg（F1/F0）。

而类似地，声压级G被定义为G =20*lg（P1/P0）。其中：P0为声压标准值，P1为所测的声压值，G即为算的的分贝值。一般在大气中声压标准值P0采用的标准值是2×10^-5 Pa（20μPa），大致相当于3米外的一只蚊子在飞的声压，而声压级的单位也同样为分贝（dB）。

到此，声学的基本概念都讲完了，那么问题就来了，对于流体中传播的声音而言，声强级和声压级都表示声音量级的强弱（即我们所说的声音大小），那么到底我们平时实践中仪器所测得的分贝值到底是以哪个（声强级和声压级）为标准呢？

重点来了，其实“声强”所蕴含的能量密度概念才是严格的“声音量级的强弱”的表现，也就是说声强级L才是严格的“声强”表达式，但是该表达式中声强概念（单位面积上的声能流密度）是无法直接通过传感器直接转化为电信号表达的，也就是说理论有了，但工程学上难以直接应用该理论以合适的成本制作分贝仪。

那这样的话，我们生活中经常使用的体积小巧且售价便宜的手持分贝仪是怎么做的呢？其实很简单——常用的分贝仪是通过传声器把声压信号转变为电压信号，这里的传声器就是一种简单常见的声学传感器（有晶体式、驻极体式、动圈式和电容式数种），也就是说分贝仪中测量的是声压，分贝的测算也是基于声压级。那问题又来了，“声压原理分贝仪”岂不是和严格的“声强级的分贝定义”不相符吗？那测量结果可靠吗？

不急，我们接着往下说。其实早有学者推导证明得出以下结论：以空气中声音传播为例，只有当空气密度ρ和空气中声音速度c的乘积ρc=400kg/m^2*s时，声强级和声压级才是恒等的，在常见的一般情况下，例如20℃和标准大气压下，此时ρc=415kg/m^2*s，声强级只比声压级小0.16dB，差距很微小，因此一般可认为声强级和声压级是差不多相等的，所以上段提到的“声压原理分贝仪”的测量结果是满足一般应用精度的，并且可根据推导的公式进行精度修正（具体可参考：刘光枚《浅析声强级与声压级的关系》）。

到此，声学中的“分贝”的定义和应用就彻底说清楚了，但你知道吗？根据其定义，声音分贝是存在负值的，这乍一听不好理解，按照一般的常识觉得只要有声音就是分贝大于零的。这其实是不对的，我们首先来看看声音分贝的定义。因为无论是声强级和声压级的分贝定义，都是有个基准值或者标准值。只要P1<P0，F1<F0,计算得到的分贝都是负值，根据P0的定义，那么4米外的一只蚊子在飞时我们感受到的声音分贝值就为负数，20公里外一个人说话的声音就是约-30dB。其实这类似于摄氏温度的定义，定义了水的冰点和沸点的数字后，温度更低情况下有零下温度的出现。目前地球上拥有官方认可的最安静的房间为微软公司的消声室，其被证明拥有低至-20 dB(A)的环境背景噪声水平。

2、电子信号学中的“分贝”

“分贝”的概念最早在声学中得以应用，后来还引伸扩展在电子信号学中应用，不过只是定义方式类似，实际意义完全不同。对于一个信号放大器，分贝就是放大器增益的单位，此时介绍另外一个信号学相关单位贝尔（B），1B = 10dB，两个功率量的比值是10:1，其中贝尔单位太大，日常应用中使用分贝（dB）较多。

功率、电压和电流的放大倍数（即增益，单位：dB）定义如下：，

　　功率放大倍数 Ap = 10* lg(Po/Pi)

　　电压放大倍数 Au = 20* lg(Uo/Ui)

　　电流放大倍数 Ai = 20 *lg(Io/Ii)

其中上述3个公式中均为对应变量的输出量/输入量。

这里先解释一下，为什么功率放大倍数中的系数为10，其他两个为20，因为根据功率的定义，P=U^2/R,因此10*lg(Po/Pi)=10lg(Uo^2/R)/(Ui^2/R)=20lg(Uo/Ui)，因为在功率P表达式中电压U的平方经过对数化变成了电压对数化的2倍，为了统一化，所以功率放大倍数前面的系数应为电压和电力放大倍数系数的一半，所以才有了系数10和20的区别。

使用分贝作为放大器增益的单位的好处是：当放大器叠加级联时，总的放大倍数是各级相乘。如果用分贝做单位时，总增益就是相加。例如：若某功放前级是100倍(20dB)，后级是40倍(16dB)，那么总功率放大倍数是100×40=4000倍，总增益为20dB＋16dB=36dB。有个特殊数字大家可以记一下，即功率翻倍时（2倍），功率增益就是10*lg2=3dB，对应地，功率增益每减小3dB，输出功率减半。

另外，经常使用影音播放或者剪辑软件的朋友可能发现，在音频播放时指示器跟随音量跳动，而这个以dB为单位的值总是负值，且越接近0音量越大。那这里又是为什么呢？这里的单位分贝（dB）是声学的概念还是电子信号学中的概念呢？其实，在大多数音频设备或者影音软件里面，音量数值的标注方式并没有一个统一的行业标准，常见的做法是在软件设计时将音频输出100%功率时的状态定义为0dB（即软件对应设备的最大功放），其他较小的功放自然都是负值，因此这里显示的分贝dB还是音频输出功率上的增益概念。

好了，到此，“声学”和“电子信号学”中的“分贝”概念和知识都给大家一一介绍了，希望大家能够有所收获，如果文中出现错误和纰漏，也欢迎大家指正！

下期我会继续跟大家聊聊其他方面的知识！喜欢的话，记得关注、点赞、评论、转发！

最后附带一下常见声音的分贝梯度表如下：

-80分贝：核潜艇的麦克风在水下听到的100米外一只虾咀嚼食物的声音

-30分贝：20英里外一个人的说话声

0分贝：10英尺（约3米）外一只蚊子在飞

----------------------------寂静线

10分贝：非常安静的房间

13分贝：灯泡的嗡嗡声

15分贝：1米外一根别针从1厘米的高度掉落下来的声音

20分贝：乡村的夜晚

30分贝：沙漠的夜晚

40-60分贝：正常谈话的声音

-----------------------------安静线

50-53分贝：洗衣机的工作声

60-80分贝：10米外经过的汽车

70分贝：10英尺（约3米）外的真空吸尘器；美国环保署认定的人类能忍受（不产生听力损失、睡眠障碍、焦虑、学习障碍等）的最大噪音

85分贝：长期作用下会引起听力损伤

90分贝：10英尺（约3米）外经过的公共汽车或卡车；食物搅拌机

100分贝：一般家用音响设备的最大音量

104-107分贝：开始引起疼痛的声音（在2750Hz的频率下）

110-140分贝：100米外的喷气式飞机引擎

116分贝：人体开始感觉到振动的声音（在低频率下）

----------------------------噪音线

120-130分贝：摇滚演唱会的最前排

127分贝：开始引起耳鸣的声音

128分贝：在8.2英尺（约2.5米）外测量到的人类最大的尖叫声

140分贝：即使声音时间很短，也会引起听力损伤

141分贝：开始引起恶心感觉的声音

168分贝：M1加兰德步枪在1米外开火

175.8分贝：250英尺（约75米）外1吨TNT炸药爆炸

192.8-194.7分贝：地球大气压理论上能传播的最大强度声音