2、电平基础及测量

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1、电平基础及测量中 国 国 际 广 播 电 台 工 程 师中 国 国 际 广 播 电 台 工 程 师 王 泽 祥王 泽 祥中国音视频工程专业委员会秘书长中国音视频工程专业委员会秘书长 赵 炳 昆赵 炳 昆 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。正确认识和确理解电平十分重要。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满刻度电平的概念及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。下面将和大家讨论这些问题 。在现代音响系统中无论是在

2、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。 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

3、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 ）dB m。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 = 1 mw，电压V0

4、 = 0.775Vrms，电流I0 = 1.228 mA，阻抗为，Z0 = 600时，称作绝对“零”分贝 电平。即：0 dBm。 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V2V1 时，称做相对“零”分贝电平。即：0 dB 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）应用在现代广播、电影、电视、音响系统中，电平在在现代广播、电影、电视、音响系统中，电平在电学、声学、磁

5、学中均有广泛的使用。电学、声学、磁学中均有广泛的使用。在电学计量中分贝（在电学计量中分贝（dBdB）是一种）是一种“ “电平电平” ”单位。单位。( (在电声技术中的应用下面将会讲到在电声技术中的应用下面将会讲到) )。在声学计量中分贝（在声学计量中分贝（dBdB）是一种）是一种“ “级级” ”的单位。的单位。如：声压级、声强级等。如：声压级、声强级等。在磁学计量中分贝（在磁学计量中分贝（dBdB）是一种）是一种“ “磁平磁平” ”的单的单位；磁平是指记录在磁带上的剩余磁通量。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

6、）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320 n wb / m；立体声双声道时“参考磁平”为510 n 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160 n wb / m；立体声双声道时 、工作磁平为255 n wb / m）。最大记录磁平为12dBu，饱和磁平为14dBu等等三、几种常用的电平单位三、几种常用的电平单位dBmdBm：是以：是以：是以：是以0.775 0.775 VrmsVr

7、ms（阻抗为（阻抗为（阻抗为（阻抗为600600）为参）为参）为参）为参考电压的电平单位；考电压的电平单位；考电压的电平单位；考电压的电平单位；dBudBu：是以：是以：是以：是以0.775 0.775 VrmsVrms（阻抗不限）为参考电（阻抗不限）为参考电（阻抗不限）为参考电（阻抗不限）为参考电压时的电平单位；压时的电平单位；压时的电平单位；压时的电平单位；dBvdBv：是以：是以：是以：是以1.0 1.0 VrmsVrms（阻抗不限）为参考电压（阻抗不限）为参考电压（阻抗不限）为参考电压（阻抗不限）为参考电压时的电平单位；时的电平单位；时的电平单位；时的电平单位；dBrdBr：是相对参考

8、电平单位，测量电声系统的幅：是相对参考电平单位，测量电声系统的幅：是相对参考电平单位，测量电声系统的幅：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；频特性时，常被选用；频特性时，常被选用；频特性时，常被选用；dBfsdBfs（dB full scaledB full scale）：是数字音频信号电平）：是数字音频信号电平）：是数字音频信号电平）：是数字音频信号电平单位。单位。单位。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“表一中第一行所示；用 dBr表示时，如“表一”中第二行所示（取1KHz时的0 dBr = 4 dBu为基准时）。

9、显然，用dBr表示时，幅频特性的优劣，更为显而易见。表一表一 分别用分别用dBrdBr与与dBudBu表示幅频特性的比较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”dBfs0”dBfs：是满刻度的数字音频参考电平，称：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，对最大值所对应的中，对最大值所对应的A/DA/D或或D/AD/A变换器，所能变换器，所能转换的模拟信号不被削波时的信号电平。它用于转换的模拟信号不被削波时的信号电平。它用于带有带有A/DA/D或或D/AD/A转换器的数字音频设备，是一项转换器

10、的数字音频设备，是一项“ “满刻度满刻度” ”指标。指标。“ “满刻度满刻度” ”是指：转换器可能是指：转换器可能到达到达“ “数字过载数字过载” ”之前的最大峰值电平，满刻度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一个固定电平电平值是由转换器内部设计所决的一个固定电平值。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，

11、节目信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（练的播音员讲话的瞬态电平可达（14-1814-18）dB dB ；而大型交响乐的瞬态信号电平可以达（而大型交响乐的瞬态信号电平可以达（18-18-2020）dB dB 。以在数字方式录制节目时，信号峰值储备量应尽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录制动态较大的节目时，其信号峰值储量一般应在在20 dB2

12、0 dB左右。这也说明左右。这也说明“ “0”dBfs0”dBfs对应模拟信号对应模拟信号电平为电平为 +22 +22 dBudBu的数字设备能继续使用。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 / T 192 -2003数字音频设备的满度电平的规定，电声系统的“工作电平”为 15 dBu 而最高峰值电平为 24 dBu图图1 1根据根据GY / T 192 -2003GY / T 192 -2003标准确定的标准确定的 电声系统的工作电平选择示意图电声系统的工作电平选择示意图 图图1 1的说明如下：的说明如下： 0 VU0 VU：对应：对应 +4 +4 dBudBu为基准

13、电平，这是电声系统为基准电平，这是电声系统的选择所决定的；的选择所决定的； 11 11 dBudBu：是节目信号最高准平均值电平，比基：是节目信号最高准平均值电平，比基准电平（准电平（0VU0VU参考电平的参考电平的+4 +4 dBudBu）高）高11 11 dBudBu 。即节目信号最大允许工作电平（其中基准电平即节目信号最大允许工作电平（其中基准电平4 4 dBudBu + + 最高准平均值电平最高准平均值电平11 11 dBudBu）为）为15 15 dBudBu，这个电平也就是该电声系统的这个电平也就是该电声系统的“ “工作电平工作电平” ”。9 9 dBudBu：考虑到节目信号的瞬间

14、峰值，应留有：考虑到节目信号的瞬间峰值，应留有（912912）dBudBu的电平储备量，这里选择为的电平储备量，这里选择为9 9 dBudBu，当然根据实际需要，储备值也可有不同的选择。，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，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。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“0 dBfs对应+22dBu 。 如图2所示，是欧广联标准的电平图： 图2 EBU-R68-2000满度电平技术说明图 图中的说明图中的说明9 9 dBudBu：节

15、目信号最大允许电平比基准电平高：节目信号最大允许电平比基准电平高9dBu9dBu，实际上是比，实际上是比0dBu0dBu高高+13dB+13dB； 6 6 dBudBu：考虑到操作误差和节目信号瞬间峰值的：考虑到操作误差和节目信号瞬间峰值的影响，应留有影响，应留有6 6 dBudBu的电平储备余量；的电平储备余量；3 3 dBudBu：考虑到广播用准峰值表的特性，实际的：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瞬间峰值比准峰值表的指示要高3 3 dBudBu；在数字设备中，数字音频信号编码电平的基准电在数字设备中，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

16、平应比系统最大可能的峰值电平低18 18 dBudBu；数字音频设备的校准信号为数字音频设备的校准信号为1KHz1KHz的简谐信号。的简谐信号。 、TU=R BR1384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“0dBfs 对应+24 dBu”， 其中，最大允许工作电平由自己掌握，未做规定。图图 3 SMPTE 3 SMPTE 推荐的满刻度电平技术说明推荐的满刻度电平技术说明关于基准电平的建议是：数字录音格式是线性，关于基准电平的建议是：数字录音格式是线性，1616比特解析度或更多的数字格式，电平基准规则采用比特解析度或更多的数字格式，电平基准规则采用SMPTES

17、MPTE推荐的推荐的RP155-1995RP155-1995音频电平同于在数字电视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电平最大值应比基准信号电平高20dBu 20dBu 。值得注意的是在电声系统中，各环节中的数字音频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，否则就会产生节目应留有足够的峰值电

18、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。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 2、“ “0”VU0”VU：是声音信号的：是声音信号的“ “参考电平值参考电平值” ”一般，用于节目信号测量时的准平均值为一般，用于节目信号测量时的准

19、平均值为 +4 +4 dBudBu（1.2281.228伏）。伏）。当测试信号为当测试信号为1KHz1KHz的简谐信号时，的简谐信号时，“ “0”VU0”VU是否是否对应对应 +4 +4 dBudBu电平值，要取决于节目信号的峰值因电平值，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数大小。当节目信号的峰值因数为6dB6dB时，虽然时，虽然“ “音量单位表音量单位表” ”指示值为指示值为“ “0”VU0”VU，但此时所对应，但此时所对应的峰值电平却是的峰值电平却是4 dBu+6 4 dBu+6 dBudBu为为10 10 dBudBu 。 3、 数字音频信号编码电平（dBfs）与音量

20、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。图图3 3 测量测量 编码电平（编码电平（dBfsdBfs）与）与VUVU表指示表指示 对应关系的框图对应关系的框图表二表二 为测试信号在（频率为为测试信号在（频率为1KHz1KHz简谐信号）简谐信号）情况下测得的数据（注调音台增益为情况下测得的数据（注调音台增益为1 1） 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

21、数为10 dBu；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）。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，这个固定的相应关系就不存在了。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。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。 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， 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。求：放大器的增益（K值） 解： 通过上述计算得出，输入，输出阻抗变化将引起放大器增益的变化，这一点在实际工作中应当注意。谢谢大家！2008年音响工程设计师培训班技术讲座年音响工程设计师培训班技术讲座-王泽祥王泽祥