定义
分贝是一个相对的测量单位,相当于十分之一的贝尔。它用来表示一个功率值和另一个功率值在对数意义上的比值,所得数值被称为功率级。
实质
“贝”就是贝尔,也就是发明电话的那个贝尔。最初研究声音强度的时候,发现人耳对声压强的响应并不是线性的,人耳听到的两倍音量,对应实际的声压强可能是几百倍、几百万倍等。
为了解决这个问题,研究人员将信号功率提高十倍记为1个贝尔(lg10 = 1),提高100倍就是2个贝尔(lg100 = 2)。但这个数值跨度太大,譬如功率提高两倍(lg2 = 0.301),就不容易表示了。因此采用分贝,也就是十分之一个贝尔来表示(10lg2 = 3 dB)。分贝的英文是 decibel,deci- 是十分之一的词根,譬如 decimal 十进制,bel 是贝尔。
QA. 为什么MATLAB 计算出的功率谱是负的分贝值?
这里只是应用了分贝通过对数表示数字、可以表示很宽范围的优点,譬如MATLAB计算出的数值为0.0001,用分贝就可以写成-40dB,和信号类型无关。类似地,如果MATLAB计算出的数值为0,则用分贝表示就是负无穷 -Inf。这种表示方法这个和Adobe公司音频处理软件Audition信号窗口的纵轴是一致的。
QA. 经常说的声音是多少分贝是什么意思?
分贝是一个相对单位,必须有参考才有实际意义。实际测量声音时,0分贝指的是声音在气体介质传播时产生的声压为20μPa,大致相当于3m外有一只蚊子在飞的声音;人讲话的声压大概在50分贝左右,也就是声功率相对提高了5贝尔(10^5),对应声压提高sqrt(10^5)≈316倍,就是6.32mPa。这里,声功率和声压的关系,可以类比电路中功率和电压的关系。
参考文献
[1] Decibel. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Decibel.
[2] Spectrogram. Mathworks. MATLAB help.
[3] Sound pressure. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Sound_pressure.