干货 | dB、dBm、dBu、dBV、dBSPL、dBVU、dBFS，你都知道吗？

也许你会在器材的说明书和文档上，经常会看到诸如：dBSPL、dBu、dBV、dBm、dBVU、dBFS等等和分贝有关的名词。但遗憾的是，几乎没有这方面的详细说明：它们是谁？它们究竟是什么关系？下面就让我们先来看看分贝究竟是什么。

1、dB（分贝）

分贝：通常表示两个声音信号或电力信号在功率或强度方面的相对差别的单位，相当于两个水平的比率的常用对数的十倍。

首先我们根据上面的定义，我们可以得到“分贝是一种单位”，而单位都是用来度量的，用某一种仪器或是一个算式，我们可以得到这个单位的具体数值。那么分贝用什么测量呢？实践告诉我们峰值表等等可以测量它，只是我们不清楚测量的数据对我们来说具有什么样的意义，这个问题我们需要数学来帮助我们，我们选择用对数。

我们来看看分贝究竟怎样复杂和简单。

声音的响度是指在单位时间内通过指定大小的面积内的能量的总和：

响度 = 能量 / （时间*面积）

我们知道能量和时间的比就是功率：

响度 = 功率 / 面积

功率的单位是瓦特，面积我们用平方米，那么响度的单位就是：瓦 / 米^

现在我们假设你知道普通人能听见的最小的声音响度是0.000000000001 瓦 / 米^，而让人开始感到痛苦的声音响度是1 瓦 / 米^，那么在这两个数字之间，我们会得到一大堆值，比如0.000792710162 瓦 / 米^，还有0.000006288415 瓦 / 米^等等，试试迅速比较这两个数字，算出它们的差！你能想象我们的峰值表用这种单位做表示吗？

　　科学家们写下了这样的公式：

　　log (0.000792710162) = -3.1
　　log (0.000006288415) = -5.2

这个音量差是2.1，后来进行了演化：

10 * log (0.000792710162) = -31

10 * log (0.000006288415) = -52

答案从2.1变成了21，这个'21'就是今天的分贝。

还有一个小问题，如果我们得到的测量数据不全是以声音响度为单位的，那该怎么办？如果两个数据的单位不一样，我们得到的公式不就毁了吗？想想看，我们通常用什么方法来让不同单位的数值进行计算，并且得到同样单位的结果的？其实我们只需要找一个固定的常数带入这个公式就可以解决这问题了，我们把这个常数叫做“参照数”。用什么来作参照数呢？刚才我们好像提到过普通人能听见的最小的声音响度是0.000000000001瓦 / 米^，用字母'N'来表示这个常数，所以：

10 * log (x / N) - 10 * log (y /N)

= 10 * log [(x / N) / ( y / N)]
= 10 * log (x / y)

来检查下这个公式有没有问题，用刚才的例子：

10 * log ( .000792710162 / 0.000000000001) = 89 dB
10 * log ( .000006288415 / 0.000000000001) = 68 dB
89 dB - 68 dB = 21 dB

对！这个方法可以让我们比较不同单位的数值。（这个例子的两个数据单位是相同的，所以看起来“参照数”没什么作用）

经常使用的测量单位有声音的功率（瓦特），声音的响度（瓦 / 米^），声音的压强是（帕斯卡）——下面请注意：

以功率或响度为单位测量的数据，我们用上面的公式都可以很好的计算。然而，通常情况下，当人们说到“分贝”的时候，却指的是压强。毕竟是声波的压力压迫我们的耳鼓膜来让我们分辨出声音究竟有多“响”的。所以，我们通常所谈到的分贝应该是dBSPL（Sound PressureLevels）。

压强是作用于单位面积的力，力的单位是牛顿，所以压强的单位是牛 / 米^。另一种常用的单位是帕斯卡，1 帕等于1 牛 / 米^。

声响(I)和声压(P)之间的关系我们可以用下面的公式来表示：

I = P^ / ρ

ρ是希腊字母，读作：“肉”，它代表空气的阻力，是一个常量。这个值取决于大气压强、空气温度等等因素。通常情况下，在室温中，空气阻力的值大约是400。因此，普通人能听见的最小的声音响度换算成声压就是：

0.000000000001 W/m2 = (0.00002 Pa)^ / 400[/B]

不过呢，刚才的公式里P的后面还有一个平方，也就是说声压翻两倍，声响就翻了四倍；声压翻四倍，声响就翻了十六倍……这样的话，我们把声压作为测量单位的时候，之前得到的公式不就出现问题了吗？

不妨，我们来稍微计算一下：

dB = 10 * log (x / y) --- 此时的X,Y是用声响作测量单位的，我们将P^ / ρ带入公式，则：

dBspl = 10 * log [ (Px^ / ρ) /(Py^ / ρ) ]
= 10 * log (Px^ / Py^)
= 10 * log (Px / Py)^
= 20 * log (Px / Py)

就这样，问题解决了，和前面的公式不同之处，就是乘了20。

这就是dBSPL的公式，当我们谈论“分贝”的时候，99%说的都是它；我们在各种测量表上看见的dB，其实就是dBSPL，只不过没人说这个的时候总是带上SPL三个字母。

那么当我们使用声压作为测量单位的时候，我们选用的“参照数”就是0.00002帕斯卡了，接近于我们所说的普通人能听见的最小的声音响度，带入刚才得到的公式，我们来看看：

dBSPL = 20 * (P / ０.00002 Pa)

因为log1 = 0，所以：

20 * log (０.00002 Pa / ０.00002 Pa) = 0 dB SPL

请注意，你应该注意到了，如果我们取一个和参照数相同的值，那么我们总会得到“0dB”，无论是什么类型——dBm, dBu, dBV,dBFS都是如此！还有，你可能会有疑问，0.00002帕不是几乎听不到么？怎么是0dB呢？对呀！0不就是等于没有么？别急，等一下会讲到。

我们能忍受的最强的声压大约是20帕，你试试用分贝表示一下看看？应该如下：

　　20 * log (20 Pa / .00002 Pa) = 120 dB

物理上超过120分贝的声音，我们就无法忍受了，这个值就是这么算的。总结一下：

dB = 10 * log (x / y) ---- 以声响作度量单位时计算分贝的公式，单位应该是 W / m^

dB = 20 * log (x / y) ---- 以声压作度量单位时计算分贝的公式，单位应该是 Pa

分贝应当特别注意的是：分贝表示的是两个相同类型的数据之间的比（类型要相同，这一点很重要，你不能拿瓦特和伏特直接进行比较）。在这两个数据里，其中的一个我们把它叫做“参照数”，我们即是通过把测量到的数值和参照数代入公式进行计算来得到相应的分贝值的。比如之前我们已经使用过声压作为测量单位，那是我们选取的参照数是0.00002帕斯卡。我们最后得到的分贝值，我们称之为'dBSPL'。也就是说，dB后面不同的字母指示的就是我们用什么作为测量单位来得到这个分贝值的。用声压，那么就是SPL(Sound Pressure Levels)。

2、dBm 和 dBVU

我们已经讨论过用功率测量得到分贝值的方法，那时我们说的是声音的功率，单位是瓦特。不过我们知道，除了声音之外，还有很多现象可以产生功率的，比如说电。

以前工程师们依赖一种叫做VU表的设备来完成他们的工作。VU表看起来就像一个驾驶室里的速度表，用一个指针以顺时针方向指示通过此题的电流增量。VU是'VolumeUnit'的简写，意即：音量计量单位。

VU表的问题是每一个VU表都不一样！后来他们确定的标准是：当电流的功率为1毫瓦（1 mW），VU表指示0dB。换句话说：0dBm = 0dBVU。dB后面的m就代表毫瓦。dBm也是以功率为单位测量的，参照数是1mW。

dBm = 10 * log (功率 / 1mW)

这样，我们就可以很容易得用dBm来表示电流功率的变化了。还记得么？当测量值和参照物相等的时候，dB值总是为0吗？所以：

10 * log (1mW / 1mW) = 10 * log (1) = 0 dBm

当VU表的指针指向+3dBm的时候，功率增加了一倍，怎么算的？这样：

10 * log (2mW / 1mW) = 10 * log (2) = 3 dBm ---- 我说过了，至少你要准备一个科学计算器，对数是不好心算的。

那要是指向-6dBm呢？

10 * log (.25mW / 1mW) = 10 * log (.25) = -6 dBm

3、dBu（也叫做dBv）

物理上，功率(P)还可以用电压(V)和电阻(R)之间的关系来表示：

P = V^ / R ---- 电阻的单位是欧姆(Ω)

刚才讨论dBm的时候，参照数是1mW。这个标准是在上个世纪三十年代设立的。在那个时候，所有音频设备的输入阻抗都是600欧姆，磁带录音机，调音台，前置功率放大器……只要有插头，那么从火线到接地之间的电阻就是600欧姆。

那么，当电阻为600欧姆的时候，需要多大的电压才能产生1mW的功率呢？用刚才的公式计算一下：

P = V^ / R

0.001 W = V^ / 600 Ω
V2 = 0.001 W * 600 Ω
V = sqrt (0.001 W * 600 Ω) ---- sqrt是开平方
V = 0.775 V

答案是0.775伏特。那么，当所有的设备的输入阻抗还是600欧姆的那个年代，计算dBu时所用到的参照数就是0.775 V，也就是说，dBu就是以电压为测量单位是计算出的分贝值。不过我们又注意到，刚才的公式里电压是平方数。根据前面的经验，我们知道怎么处理这个问题：

dBu = 20 * log (被测电压 / 0.775 V)

如果你很仔细的话，大概你会觉得奇怪：为什么是dBu而不是dBv呢？其实呀，很早以前人们是直接用dBv来表示的，只不过后来人们发现dBv和dBV太容易让人混淆了，于是就用小写字母'u'来代替小写字母'v'了。如果你还能看到dbv，那么它的意思就是我们今天讲到的dBu。

那么，和dBv混淆的dBV又是怎么回事呢？

很长一段时间以来，人们所用到的音频设备都是输入阻抗为600欧姆的，到了今天我们才会遇见一些更高阻抗的设备，比如说10000Ω。电阻越高，电路耗费的功率就越低。（根据上面的公式，我们知道功率和电阻成反比）

还记得dBu使用的参照数是0.775V吧？很多工程师认为这个数字实在是太麻烦了，但因为那时候所有的设备都是固定的输入阻抗，因此使用.775V作为参照数也就顺理成章了。设备不改进，这个参照数也就不能变，但是为了使用方便，一个新的参照数还是很快发展了出来——顺带产生了新的分贝单位dBV。这个参照数是1V：

dBV = 20 * log (被测电压 / 1V)

其实dBV和dBu非常相似，只是参照数不同罢了。

现在顺便说说所谓“专业级”和“用户级”设备之间的差别。你可能早就知道了，专业级设备是+4dBu而用户级设备是-10dBV，当然这其实是很荒谬的，哈哈。我们刚才已经看到了dBu和dBV都是通过比较电压来计算分贝值的，除了参照数不同，它们没有任何区别。所谓专业级，是指这些设备的使用者多是一些“大叔”（因为标准早嘛，使用的人当然大多数“资格”也都比较老）。事实上，仅凭这两个参数就断定设备的“级别”未免太过武断了，在任何场合这两种规格的设备都可以很好地完成工作要求。我觉得吧，在这方面我们应当多多发挥人的主观能动性。

我们来看看+4dBu和-10dBV到底有什么区别吧：

+ 4 dBu = 20 * log (被测电压 / 0.775 V)

被测电压 = 1.228 V

- 10 dBV = 20 * log (被测电压 / 1 V)
被测电压 = 0.3162 V

20 * log (1.228 V / 0.3162 V) = 11.79 dB

如果你有这两种设备，你可以做一个检测：连接-10dBV的输出到+4dBu的输入，然后读一下+4dBU的VU表，是不是11.79dBVU？

4、dBFS

最后我们来看看和我们联系最密切的dBFS。dBFS的全称是'Decibels Full Scale'（全分贝刻度）——是一种为数字音频设备创立的分贝值表示方法。

这个家伙它的参照数不是最小的一个，也不是中间的某一个，而是最大的一个！也就是说'0 dBFS'是数字设备能够到达的最高响度水平。此外所有的值都会小于这个数值——都是负数。这就是为什么我们在电脑上看到的峰值表的最高刻度都是'0'，并且指针永远不会读出更高的数字。

但是，为什么会这样呢？要解释这个问题，我们要简单说一下数字音频的存储原理。我们用16bit的数字音频为例：'16bit'的意思是，采样信号以16位二进制数字来存储。二进制数字就两个：'0'和'1'。所以，最大的值就是1111 1111 1111 1111（二进制，换算成十进制是65536），因此，计算dBFS的公式就是：

dBFS = 20 * log (采样信号 / 1111 1111 1111 1111)

这样就很容易解释为什么不能超过'0'了，因为dBFS的参照数是最大值，所以：

20 * log (1111 1111 1111 1111 / 1111 1111 1111 1111) = 0 dBFS

那么最小的呢？除了0之外，16位二进制最小的数字是：0000 0000 0000 0001，那么：

20 * log (0000 0000 0000 0001 / 1111 1111 1111 1111) = -96 dBFS

知道为什么你看见的峰值表都是从0 dB到-96 dB了吧？接下来，你可以自己算出24bit，32bit数字音频的动态范围了，我告诉你一个，24bit数字音频的动态范围是144dB。你自己试试吧（别忘了要先把二进制转换成十进制！）