现代音响系统中的电平及其测量_精品文档.doc
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电平在现代音响系统中至关重要，电平值的正确选择它将决定着整个音响系统的质量优劣。
正确认识和理解电平十分重要。
对电平的基本概念、电平的单位、电平的应用、电平的计算、尤其是在数字系统和数字、模拟混合的系统中弄清满刻度电平的概念及在数字系统中“0”dBfs对应模拟系统中的“电平”（即：
对应+24dBu的依椐）、更是非常重要。
本文将讨论这些问题。
在现代音响系统中无论是在录制系统、播出系统、传送系统还是扩声系统中，“电平”都是十分重要的。
比如在一个录制系统中.准确地选择一个恰当的录音电平值时，这个录制系统的节目声音信号的质量才可能有保障。
因此,准确理解“电平”和电平的相关属牲及其“电平”的测量是十分必要的。
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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，一个量的级的定义是这个量与同类基准量的比的对数，其对数的底、基准量和级的类别一定要加从说明。
级的类别通常在前面加词冠来说明，如：
电平、磁平、声压级、响度级等。
对数的底，以及用的比例常数则由所用单位，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。
量为场量（电压.电流）或功率的平方根，符号是Np。
奈培在电信技术中使用，在广播、电视中测量音频电缆时，也用奈培（Np）。
分贝是贝尔的十分之一，称“分”贝尔，简称为分贝，符号是dB。
这些单位都是由电信技术中引用来的，在广播、电视、音响系统中，常用的是分贝（dB）。
奈培与分贝的关系是1Np=8.686dB。
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）。
通常情况下，电平均指绝对电平。
如：
几种常用的绝对电平：
dBm、dBu、dBv、dBr、dBFS等。
1、绝对电平＝20㏒（V2/V0）dBm。
V2为某测量点电压、V0 某基准值电压。
绝对“零”分贝电平：
是指功率为P0=1mw，电压V0=0.775Vrms，电流I0=1.228mA，
阻抗为，Z0=600Ω时，称作绝对“零”分贝电平。
即：
0dBm。
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，某一测量点的阻抗和基准点的阻抗应相同。
（这个问题在电平的计算中将进行讨论）。
二、电平（分贝）应用
在广播、电影、电视、电声系统中，用十进对数表示的比值为贝尔。
取贝尔的十分之一称为分贝尔，简称分贝。
分贝（dB）在电学、声学、磁学中均有广泛的使用。
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（nwb/m）有效值。
我国广播标准参照CCIR标准作出规定：
在带速为38.1cm/s及19.05cm/s时，以1KHz信号为参考频率，其单位声道的“参考磁平”为320nwb/m；立体声双声道时“参考磁平”为510nwb/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160nwb/m；立体声双声道时工作磁平为255nwb/m）。
三、几种常用的电平单位
dBm：
是以0.775Vrms（阻抗为600Ω）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（dBfullscale）：
是数字音频信号电平单位
表一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，如表中第一行所示；用dBr表示时，如表中第二行所示（取1KHz时的0dBr=4dBu为准）。
显然，用dBr表示时，幅频特性的优劣更为显而易见。
表一 分别用dBr与dBu表示幅频特性的比较
f
Hz
20
125
500
1K
10K
20K
dBu
+1
+2
+3
+4
+6
+2
dBr
-3
-2
-1
0
+2
-2
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。
是指在数字音频系统的数字域中，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定的一个固定电平值。
“0”dBfs对应+24dBu，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GB/T14919-1994《数字声音信号源编码技术规范》的一种规定。
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，其信号峰值储量一般应在20dB左右。
这也说明“0”dBfs对应模拟信号电平为+22dBu的数字设备能继续使用。
1、根据我国广播电影电视行业标准GY/T192-2003《数字音频设备的满刻度电平》的规定，电声系统的“工作电平”为15dBu而最高峰值电平为24dBu。
图1的说明如下：
① 0VU：
对应+4dBu为基准电平，这是电声系统的选择所决定的；
② 11dBu：
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11dBu。
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11dBu）为15dBu，这个电平也就是该电声系统的“工作电平”。
③ 9dBu：
考虑到节目信号的瞬间峰值，应留有（9~12）dBu的电平储备量，这里选择为9dBu，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：
图２中的说明
① 9dBu：
节目信号最大允许电平比基准电平高9dBu，实际上是比0dBu高+13dB；
② 6dBu：
考虑到操作误差和节目信号瞬间峰值的影响，应留有6dBu的电平储备余量；
③ 3dBu：
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3dBu；
④ 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18dBu；
⑤ 数字音频设备的校准信号为1KHz的简谐信号。
３、TU=RBR1384中SMPTE，（美国电影与电视工程师协会）建议数字音频系统满度电平，
即“0 dBfs对应+24dBu”。
关于基准电平的建议是：
数字录音格式是线性，16比特解析度或更多的数字格式，电平基准规则采用SMPTE推荐的RP155-1995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。
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，各环节中的数字音频设备的满度电平值可能有所不一样，所以在选择电声系统的工作电平值时，要考虑到在各环节的设备应留有足够的峰值电平储备量，否则就会产生节目信号瞬间峰尖时造成较大的失真，而在节目信号低峰时又可能被噪声所淹没。
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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。
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
数字音频节目信号与测试信号（1KHz）在通过被测系统后，用VU表测量时，读值是不一样的。
图3是测量时用于“对应关系比较”的方框图。
表二为测试信号在（频率为1KHz简谐信号）情况下测得的数据（注调音台增益为1）
表二 1KHz信号编码电平（dBfs）与VU表指示对应状况
测试信号电平值
编码电平
对应模拟电平
VU表指示值
对应电平
+24dBu
+10dBu
+4dBu
0dBu
0 dBfs
-14dBfs
-20dBfs
-24dBfs
+24dBu
+10dBu
+4dBu
0dBu
0 VU （加20dB衰减量）
0 VU（加6dB衰减量）
0 VU
-4 VU
+4dBu
+4dBu
+4dBu
0 dBu
从表二中不难看出，当测试信号为音频1KHz简谐信号时，数字编码电平与VU表音量单位电平有固定的相应关系。
表三为节目源信号（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）。
表三 节目信号编码电平与VU表指示不对应状况（峰值）
节目电平值
编码电平
对应模拟电平
VU表指示值
对应电平
S节1 +24dBu
0dBfs
+24dBu
-4VU
0dBu
S节2 +10dBu
-14dBfs
+10dBu
-4VU
0dBu
S节3 +4dBu
-20dBfs
+4dBu
-4VU
0dBu
S节4 0dBu
-24dBfs
+0dBu
-4VU
0dBu
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，这个对应关系就不存在了。
六、分贝的应用
分贝不仅在电声技术中得到广泛的应用，而且在电学、磁学、声学中也都广泛的使用。
a） 在电学中，尤其是电声技术中的应用前面已经讲过了。
b） 在磁学中，也是大有应用。
磁平的基本概念：
是指以特定数值为基准的带磁通密度的相对值。
旧的标准采用[C、G、S]（厘米、克、秒）而新的标准采用[SI]制（国际单位制）。
[C、G、S]制：
是指每毫米宽磁带上的磁通量毫马数，即mMx/mm表示。
[SI]制：
是指每米宽磁带上的磁通量韦伯数
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