分贝及其应用

　　分贝是个较常使用的计量单位,分贝最初来源于长途电讯的计测,后被广泛应用于电工、无线电、力学、冲击振动、机械功率和声学等领域。不少工程技术人员都熟知它,但很多人都对它感到生疏和奥秘,为此,有必要重温这一术语,弄请它的涵义。

　　1　分贝的定义

　　分贝是国家选定的非国际单位制单位。它是我国法定计量单位中的级差单位。其定义为:两个同类功率量或可与功率类比的量之比值的常用对数乘以10等于1时的级差。这一分贝定义中的“可与功率类比的量”,通常是指振幅平方、场强平方、电流平方、电压平方、声压平方、位移平方、加速度平方、声强和声能密度等。

　　分贝是表示电气、机械和声学等信号在传输过程中的功率增加(增益)与减小(损耗)的计量单位。把前后所测的两个功率比值(P/P0)。取以10为底的常用对数就是此功率差的贝尔数(以科学家Alex-ander Grahan Bell命名)。用公式表示贝尔数为:

　　式中,P为类似功率的输出量;P0是基准输入功率;Nb是以贝尔为单位的数。贝尔Bel简称“贝”。它不是我国的法定计量单位。

　　在实际使用中,发现贝尔这个单位太大,故采用十分之一贝尔为单位,称之为分贝(decibel),其符号为dB,是我国法定计量单位中的级差单位。用数学公式表示分贝数为:

　　其中Nd是以分贝为单位的数。

　　某一分贝数对应一定的功率比值,同样,某一功率比值也与一定的分贝数相对应,分贝数与功率比值可以互相换算;可以绘制成分贝换算表格便于查阅,也可以制成分贝换算尺。例如,若传输分别增加1、10、20、30dB时,表示被测功率比基准功率分别增大1.259、10、100、1000倍,若传输分别减小-1,-10,-20,-30dB时,表示被测功率分别减小了20%、90%、99%、99.9%。分贝与功率相比较只是同一物理量采用不同的计量单位表示而已,如长度可用m或cm来表示一样。

　　类似功率的量可以是电功率、机械功率、声功率　和加速度密度谱(又称功率密度谱)等。

　　2　另一类量的分贝表示形式

　　另一类量就是电压量,它的分贝表示形式可由类功率量的分贝表示形式推导出来。因为功率P与电压V、电流I和电阻R之间存在以下关系:

　　如果输入端电阻R0与输出端电阻R相等(R=R0),或者只在输出端电阻上测定电压、电流,则:

　　如果R与R0不相等,则不能采用式(4)计算分贝数;此时必须知道R与R0的实际值,才能按照式(3)计算分贝数。

　　可以看出,式(3)和式(4)的形式相同,只是相差两倍,也就是类功率量的比值与类电压量的比值相等时,后者的分贝数要比前者的分贝数大两倍。类电压量可以是电流、电荷、力、应变、位移、速度、加速度、声压等。