电压电平的单位dBm

电压电平的单位 dBm dBu dBv 电压电平 voltage level 的定义是 某一电压 V 与一基准电压 Vr 相比求常用对数乘以 20 以 dB 表示的 值为电压 V 的电压电平 即 由于 Vr 取值的不同 常用的电压电平单位有下列三种 A dBm 由于 1mW 电功率在 600 阻抗上的电压可算得为 0 775V 所以 Vr 0 775V 所求得的电压电平 单位也可写为 dBm 由于当设 R 阻抗上的电功率为 P 并设 Rr 600 时 如 R Rr 600 则 所以这时以 dBm 表示的电压电平与相应的电功率电压数值相等 如 R Rr 600 则 即以 dBm 表示的电压电平应为以 Vr 0 775V 求得的电压电平加上修正项 10lgR r R 才与相应的电功率电 平 dBm 值相等 B dBu 如果只考虑电压电平本身 不考虑是否与相应的电功率电平之间的关系 那么求电压电平时 就 可以不管阻抗是否为 600 即不管上述的修正项 这样 当以 Vr 0 775V 为基准电压时所求得的电压电 平单位为 dBu C dBv 以 Vr 1V 为基准电压时所求得的电压电平值 单位为 dBv 目前 dBu 通用于广播方面 如调 音台的调音设备及电气测试设备及仪表等 dBv 比较通用于声学及其它 测试仪器 600 用用 dB 换算表 以换算表 以 1mW 为为 0dB 0dBm 以下0dBm 以上 电压 V 电流 mA 电功率 mW 电 平 dBm 电压 V 电流 mA 电功率 mW 0 77461 2911 000 0 0 77461 2911 000 0 6951 1510 794310 86911 4481 259 0 61531 0260 631020 97521 6251 585 0 54840 91400 501231 0941 8231 995 0 48870 81450 39814102282 0472 512 0 43560 72600 316251 3772 2953 162 0 38820 64700 251261 5462 5773 981 0 34600 57670 199571 7342 8905 012 0 30840 51400 158581 9463 2436 310 0 27480 45800 135992 1833 6387 943 0 24490 40820 100102 4494 08210 000 0 21830 36380 07943112 7484 58012 59 0 19460 32430 06310123 0845 14015 85 0 17340 28900 05012133 4605 76719 95 0 15460 25770 03981143 8826 47025 12 0 13770 22950 03162154 3567 26031 62 0 12280 20470 02512164 8878 14539 81 0 14940 18230 01995175 4849 14050 12 0 097520 16260 01585186 15310 2663 10 0 086910 14480 01259196 90511 5179 43 0 077460 12910 01000 20 7 74612 91100 00 0 043560 072600 003162513 7722 95316 2 0 024490 040820 001003024 4940 821 000W 0 013770 022950 0003163543 5672 603 162W 0 0077460 012910 0001004077 46129 0010 000W 0 0043560 007260 0 000031645137 7229 531 62W 0 0024490 0040820 0000150244 9408 2100W 0 0013770 0022950 0000031655435 6726 0316 2W 0 00077460 0012910 00000160774 61 291A1000W 0 00043560 00072600 0000003166513772 295A3162W 0 00024490 00040820 00000017024494 082A10000W 0 00013770 00022950 00000003167543567 260A31620W 0 00007746 0 00012910 0000000180774612 910A100000W 现代音响系统中的电平及其测量现代音响系统中的电平及其测量 电平在现代音响系统中至关重要 电平值的正确选择决定着整个音响系统的质量优劣 正确认识和测量电平十分重要 因此 要对电平的基本概念 电平的单位 电平的应用和 电平的计算有个全面了解 尤其是 在数字系统和数字 模拟混合系统中 弄清满刻度电 平的概念及 0 dBfs 所对应的模拟电平值 24dBu 的依椐 更是必要 本文将讨论这 些问题 现代音响系统 无论是录制系统 播出系统 传送系统还是扩声系统 都离不开 电 平 值 比如在一个录制系统中 准确地选择了一个恰当的录音电平 那么对这个录制系 统将来录出的节目信号质量就能起保障作用 因此 准确理解 电平 和电平的相关属牲 掌握 电平 的测量方法是十分必要的 一 电平的基本概念 在现代广播 电影 电视 音响系统中 级和分贝经常出现 级和分贝的定义是 这 个量与同类基准量的比值再取对数 其对数的底与基准量的类别一定要加以说明 级和分贝的类别通常要在前面用词冠来加以说明 如 电平 磁平 声压级 响度级 等 对数的底以及所用的比例常数 则由单位 如 分贝 奈培等来说明 奈培是级的单位 其对数为自然对数 底为 e 量值为 电压 电流 或功率的平方根 符号是 Np 奈培常在电信技术中使用 广播 电视系统只在测量音频电缆时使用 分贝是贝尔的十分之一 称 分 贝尔 简称为分贝 符号是 dB 奈培与分贝的关系是 1Np 8 686dB 通常情况下 电平均指绝对电平 如 常用的 dBm dBu dBv dBr dBFS 等都是绝 对电平 1 绝对电平 20 V2 V0 dBm V2 为某测量点电压 V0 某基准值电压 其中 绝对 零 分贝电平是指 功率 P0 1mw 电压 V0 0 775Vrms 电流 I0 1 228mA 和阻抗 Z0 600 时的值 用 0dBm 表示 称作绝对 零 分贝电平 2 相对电平是指某一测量点与某基准值的比较 如功率 电压 电流等 相对 零 分贝电平 20 V2 V1 dB 如某一测量点电压为 0 775Vrms 其基准值 电压也为 0 775Vrms 时 即 V2 V1 时 称做相对 零 分贝电平 即 0dB 值得注意 的是 此时测量点的阻抗和基准点的阻抗必须相同 这个问题在电平的计算中将进行讨论 二 电平 分贝 应用 电平在电学 声学 磁学中均有广泛的使用 尤其在现代广播 电影 电视 音响系 统中更是离不开它 在电学计量中 分贝 dB 是一种 电平 单位 在声学计量中 分贝 dB 是一种 级 的单位 如 声压级 声强级等 在磁学计量中 分贝 dB 是一种 磁平 的单位 磁平是指记录在磁带上的剩余磁 通量 用单位磁迹宽度的短路带磁通量为基准 常用单位是 纳韦伯 米 n wb m 有效值 我国广播标准参照 CCIR 标准作出定 在带速为 38 1cm s 及 19 05cm s 时 以 1KHz 信号为 参考频率 其单声道的 参考磁平 为 320n wb m 立体声双声道时 参考磁平 为 510n wb m 关于 工作磁平 我国广播标准中对工作磁平的规定是 在录音时采用 工作磁平 比 参考磁平 低 6dB 即单声道时 工作磁平为 160n wb m 立体声双声道时 工作磁平 为 255n wb m 最大记录磁平为 12dBu 饱和磁平为 14dBu 三 几种常用的电平单位 dBm 是以 0 775Vrms 阻抗为 600 为参考电压的电平单位 dBu 是以 0 775Vrms 阻抗不限 为参考电压时的电平单位 dBv 是以 1 0Vrms 阻抗不限 为参考电压时的电平单位 dBr 是相对参考电平单位 测量电声系统的幅频特性时 常被选用 dBfs dB full scale 是数字音频信号电平单位 亦写做 dBFS 表 1 为某一电声系统所测量的幅频特性 用不同单位表示时的实际值 用 dBu 表示时 如 表 1 中第一行所示 而用 dBr 表示时 如 表 1 中第二行所示 取 1KHz 时的 0dBr 4dBu 为基准时 显然 用 dBr 表示时 幅频特性的优劣 更为显而易见 表 1 分别用 dBr 与 dBu 表示幅频特性的比较 四 数字音频系统中满刻度电平的概念 0 dBfs 是满刻度的数字音频参考电平 称 数字满刻度电平 是指在数字域的 音频系统中 对最大值所对应的 A D 或 D A 变换器 所能转换的模拟信号不被削波时的信 号电平 它用于带有 A D 或 D A 转换器的数字音频设备 是一项 满刻度 指标 满刻 度 是指 转换器可能到达 数字过载 之前的最大峰值电平 满刻度电平值是由转换器 内部设计所决的是一个固定电平值 0 dBfs 对应 24dBu 曾是我国的广播电影电视行业标准 其最大可能编码的电平 值 用与其相对应的模拟信号电平值表示 所采用的编码方式 至少相当于 16 比特均匀精 度 目前 已成为中华人民共和国国家标准 即 GB T14919 1994 数字声音信号源编码技 术规范 在广泛地对节目信号录制的研究中得知 节目信号瞬态电平的大小与声音信号的类型 有关 有训练的播音员讲话的瞬态电平可达 14 18 dB 而大型交响乐的瞬态信号电平可 以达 18 20 dB 以在数字方式录制节目时 信号峰值储备量应尽量包含较宽的瞬态值 以减少削波失真 所以在录制动态较大的节目时 其信号峰值储量应设在 20dB 左右 所以 国标中规定 0 dBfs 对应 24dB 而以往的对应模拟信号电平为 22dBu 的数字设备也能继 续使用 1 原广播电影电视行业标准 GY T192 2003 数字音频设备的满度电平 是这样规定的 电声系统的 工作电平 为 15dBu 最高峰值电平为 24dBu 尚符合现在国标的规定 图 1 示出了 选择示意图 图 1 根据 DY T192 2003 标准确定的电声系统工作电平选择示意图 示意图 1 的说明如下 0VU 对应 4dBu 为基准电平 这是电声系统的选择所决定的 11dB 是节目信号最高准平均值电平 比基准电平 0VU 参考电平的 4dBu 高 11dB 即节目信号最大允许工作电平 其中 基准电平 4dBu 最高准平均值电平 11dB 为 15dBu 这个电平也就是该电声系统的 工作电平 9dB 考虑到节目信号的瞬间峰值 应留有 9 12 dB 的电平储备量 这里选择为 9dB 当然根据实际需要 储备值也可有不同的选择 若储备量选择得过大 系统的信噪比 将随之降低 所以这个储备量值的选择应当慎重 2 欧洲广播联盟 EBU R68 2000 的规定为 0dBfs 对应 22dBu 如图 2 所示 是欧广联标准的电平图 P 图 2 EBU R68 2000 满度电平技术说明图 图 2 中的说明 9dB 节目信号最大允许电平比基准电平高 9dB 实际上是比 0dBu 高 13dB 6dB 考虑到操作误差和节目信号瞬间峰值的影响 应留有 6dB 的电平储备余量 3dB 考虑到广播用准峰值表的特性 实际的瞬间峰值比准峰值表的指示要高 3dB 在数字设备中 数字音频信号编码电平的基准电平应比系统最大可能的峰值电平低 18dB 数字音频设备的校准信号为 1KHz 的简谐信号 3 美国电影与电视工程师协会 SMPTE 在 RP 155 1995 中建议数字音频系统满度电 平为 0dBfs 对应 24dBu 其中 最大允许工作电平由自己掌握 未做规定 图 3 SMPTE 推荐的满刻度电平技术说明 图 3 中 关于基准电平的建议仍为 4dBu 因为 数字录音格式是线性 电平基准按 SMPTE 推荐的 RP155 1995 所述 音频电平同于在数字电视磁带录制机上录制数字电平的音 频电平所规定 认为编码电平最大值应比基准信号电平高 20dBu 值得注意的是在电声系统中 各国 含各个环节中 的数字音频设备的满度电平值可 能不一样 如英国设备为 22dBu 所以 在选择电声系统的工作电平值时 应考虑留有 足够的峰值电平储备量 否则就会产生节目信号瞬间的峰尖值造成较大失真 而在节目信 号低峰时又可能被噪声所淹没 五 数字电平 dBfs 与模拟电平 0VU 的关系 1 VU 是声音信号的 音量单位 在电声工程中用于对节目信号强度进行计量的专门仪表 称之为 音量单位表 也称 音频节目表 这种专门仪表是采用平均检波器 二极管桥式整流器 并按简谐信号的有效 值来确定刻度 因此 它是一种准平均值表 2 0 VU 是声音信号的 参考电平值 一般 用于节目信号测量时的准平均值为 4dBu 1 228 伏 当测试信号为 1KHz 的简谐信号时 0 VU 是否对应 4dBu 电平值 要取决于节目信 号的峰值因数大小 例如 当节目信号的峰值因数为 6dB 时 虽然 音量单位表 指示值 为 0 VU 但此时所对应的峰值电平却是 4dBu 6dBu 为 10dBu 3 数字音频信号编码电平 dBfs 与音量单位 VU 表指示的对应关系 由上述峰值因数的影响可见 通过被测系统后 VU 表测量的 0 VU 数字音频节目信 号与测试信号 1KHz 的实际值不一样 用 1KHz 时无需加衰减器 用节目信号时要分别加 不同衰减 图 4 是用于 对应关系比较 时的测量方框图 图 4 测量编码电平 dBfs 与 VU 表指示对应关系的框图 表 2 为测试信号 频率为 1KHz 简谐信号 对应 VU 表指示值所测得的数据 注调音台 增益为 1 P 表 2 1KHz 信号编码电平 dBfs 与 VU 表指示值对应状况 从表 2 中不难看出 数字编码电平与 VU 表甘局涤泄潭 南嘤叵担 硬煌 趿浚 P 表 3 为节目源信号分别在 S 节 1 峰值因数为 24 S 节 2 峰值因数为 10dBu S 节 3 峰值 因数为 4 和 S 节 4 峰值因数为 1 等情况下测得的数据 注调音台的增益为 1 表 3 节目信号编码电平与 VU 表指示不对应状况 峰值 综上所述 电声系统中加音频测量信号 1KHz 时 数字编码电平与音量单位表 VU 有固定的对应关系 而在加节目信号时无对应关系 与峰值因数有关 六 分贝值的计算 在实际工作中经常遇到 分贝值的计算问题 查起对数表即费时又费力 还不便找到 对数表 下面根据工作经验给出求分贝值的简便算法 表 4 求分贝值的简便算法 60 分贝的计算实例 已知放大器输入电压为 0 05V 输出电压为 5V 时 分别求 输入 输出端阻抗为 600 输入阻抗为 300 输出阻抗为 600 输入阻抗为 600 输出阻抗为 300 时 放大器的增益 K 值 通过上述实例可见 阻抗相同时才能直接用两个测量点电压比来计算 阻抗不同时应 当考虑阻抗比 七 音响系统的电平图 电平图 是描写音响系统中心声音信号 节目信号 在音响系统内各环节的工作电平 电压电平 的图纸 称为 电平图 声音信号 节目信号 在电声系统中要通过许多环节 经过许多不同的设备 为了 使声音信号 节目信号 在各环节中都能正常通过 即不产生失真也不被噪声淹没 必 须控制 调整 通过各环节处的信号电平 图 5 中的一条折线 就是各环节的输出达额定电平 将各环节设备的输出额定电平值 联成的折线 称为工作电平 额定工作电平 分布线 通常这个工作电平值由声音信号 节目信号 电压的准平均值折算过来 这与准平均值音量表 VU 表 的指示值相一致 如果电平系统使用准峰值音量表 PPM 表 指示信号 则也可用声音信号 节目信号 电 压的准峰值电平来表示工作电平 P 图 5 某电台播出系统电平图示意图 在电平图中还标出播出系统各环节所承受的最高准峰值电平 称为 最高电平 线 它是声信号 节目信号 的准峰值电平所能达到的上限值 其下限值受各环节的噪声准峰 值电平值限制 由电平图可以清楚地看到 电声系统的输出信号电平达额定电平值时 电 声系统各环节的设备所留的电平储备值及信号噪声比值 如在调音控制台 录音机等设备 也用电平图表示声音信号 节目信号 在该设备内各环节工作电平 只有控制通过各环节 处信号电平 才能使声音信号在各环节中良好通过 即不造成失真的产生 也不会被噪声 所淹没 综上所述 电声系统的电平图对于正确使用电声系统中各环节设备是十分有意义的 八 模拟 数字 音响系统动态阈 模拟音响系统是由传声器 多轨录音机 调音台 录音机 复制机 磁带 放音机 功放及音箱组成 如图 6 所示为该系统电平图 上限电平受音响系统中各种设备的信号最 高准峰电平限制 下限电平受该音响系统中各种设备的噪声准峰值限制 在上限与下限之 间动态 一般称设备的动态阈 此时动态的定义为信号最高准峰值电平 dBu 减去噪声 准峰电平 那么该音响系统的信号噪声比 即是信号最高准平均值电平减去噪声准平均值 电平 通常只把用准峰值电平表示的系统或设备动态称作 动态阈 而只把用准平均值 电表示动态称作 信号噪声比 信号最高准平均值电平比信号最高准峰值电平低 9 12dB 这个也叫动态储备量 根据视节目源信号的动态范围大小而确定 数字音响系统动态阈和信噪比与模拟音响系统动态阈和信噪比的形状基本相似 只是 数字的动态阈和信噪比要比模拟音响的动态阈的信噪比更大些 更好些 P 图 6 某模拟 数字 音响系统动态阈 1 传声器 2 多轨录音机 3 模拟调音台 4 模拟录音机 5 模拟复制机 6 节目磁带 7 模拟放音机 8 功放 9 扬声器 九 现代音响系统中录音工作电平的基本概念 工作电平在音响系统中至关重要 它将决定着整个音响系统质量的优劣 工作电图表示着在音响系统中信号流程是否合理 是否能够保证音频信号最高峰值时 也不失真 而信号最低值也不被噪声所淹没 1 录音工作电平值的选择 录音工作电平 音响系统 或音响设备 在实际工作中所采取的电平 由于在音响系 统中各种设备 如调音台 工作站 音频处理器 记录设备 传送设备等 在正常工作时 都要留有一定的电平储备量 即动态余量 所以工作电平一般比最高准峰值电平低 9 12dB 它是根据音响系统的实际情况而确定下来 在录制系统信号流程中 调音台的动态阈为 110dB 假如选择工作电平比最高准峰值 电平低 12dB 而传声器动态阈为 130dB 同样选择工作电平比最高准峰值电平低 12dB 记 录设备动态阈为 80dB 时 这个音响系统的电平图如图 7 所示 P 图 7 录制系统工作电平示意图 传声器的工作电平值 即信号最高准平均值电平 也就信号最高准峰值电平减去电平 储备量 12dB 上限如图中上边的实线所表示的 下限则为噪声准峰值电平 即噪声准平均电平减去 均 6dB 一般噪声的峰值因数约 6dB 这个录制系统的工作电平 则是传声器 调音台 记录设备的最高准峰值电平减去 12dB 换言之 系统的工作电平储备量选择为 12dB 它完 全是根据实际工作的需要选定的电平 而不是各种设备原来就有的技术指标参量 这个系 统工作电平值的选定 将决定着音响系统质量的优劣 所以在选定系统的工作电平值时千 万要慎重 工作电平在音响系统设备上是怎样表现出来的呢 如调音台此时的工作电平是在它的 音量单位表 即 VU 表 指示为 O VU 它是用简谐信号 1KHz 电压是 1 228V 输出电平 值为 4dBu 来确定的 也就是这个系统中的最高准平均电平 也称之为系统的工作电平 换言之 音频信号在调音台的音量表上虽然指示为 O VU 值 此时音频信号的最高准峰 值电平有可能达到 16dBu 以上 因为储备准电平值为 12dBu 再加上 VU 表 O VU 时 输出电压为 4dBu 即 12 4 dB 为 16dBu 2 音频信号平均电平工作阈 信号电平工作阈 是指音频信号在音响系统中强弱变化的范围 此时音频信号是用准 平均值表来计量的 即是用音量表 VU 表计量的 传声器的信号电平工作阈为 130dBu 12dBu 6dBu 为 112dBu 了 用同样方法可知 调音台的信号电平工作阈则为 110dBu 12dBu 6dBu 为 92dBu 了 记录设备则为 62dBu 了 3 音频信号准峰值电平动态阈 音频信号电平动态