音频基本概念及单位是什么

1.基本概念

声压：介质压强的变化量，Pa

声压级：用对数量表示声压的相对大小，dB

响度：人耳感受到声音的大小，Sone，1KHz40dB=1Sone=40phon

响度级：用对数表示响度的相对大小，Phon，1KHz40dB=40Phon（测声压级，用等响曲线算响度级，用响度级和响度的关系算响度）响度级每增加10phon，响度增加1倍logS=0.0301 LN-1.024

声强：声波平均能流密度，声压和声速的矢量积，也等于声能量除以面积，I，W/m^2

声强级：用对数表示的声强相对于10^-12W/m^2大小；L=10logI/10^-12；

声功率：单位时间辐射声能量的大小；

声功率级：相对于10^-12W的对数大小；L=10logW/10^-12；

声品质：声品质是人们对产品（物体）声音的感知反应，它反映了人们对一个产品声音的接受程度，越接受，则声品质越高. 声品质是人们的反应，不是测量。

响度：声音强弱，1KHz40dB=1sone=40phon；

波动度：0.5-20Hz低频调制产生的幅值波动；

粗糙度：20-300Hz低频调制产生的嘈杂刺耳的感觉；

尖锐度：高频窄带噪声声压级；

音调度：声音中纯音的显著程度；

语义清晰度：噪声环境下说话的清晰程度；

2.单位推导与转换

$dB=10lg{\frac{W}{W_{ref}}}=10lg\frac{(\frac{P}{\rho})^2}{(\frac{P_{ref}}{\rho})^2}=10lg\frac{(\frac{U}{R})^2}{(\frac{U_{ref}}{R})^2}$

dBSPL

$0dBSPL=10lg(\frac{20uPa}{20uPa})^2=20lg\frac{20uPa}{20uPa}$

$94dBSPL=20lg\frac{1Pa}{20uPa}$

dBPa

$0dBPa=20lg\frac{1Pa}{1Pa}$

dBV

$-34dBV=20lg\frac{20mV/Pa}{1V/Pa}$

dBu

$-3.6dBu=20lg\frac{20mV}{0.775V}$

dBW

$-30dBm=10lg\frac{1mW}{1W}$

dBm

$30dBm=10lg\frac{1W}{1mW}$

dBm0

dBm=dBm0+dBr

dBFS(16bit采样为例)

$-96dBFS=20lg\frac{1}{65536}$

$0dBFS=10lg\frac{65536}{65536}$

变化规律：

电压×2→dBSPL+6

声压×2→dBSPL+6

功率×2→dBSPL+3

距离×2→dBSPL-6

3. 0.775V的来由

dBu这个单位乍一看有点奇怪，且与dBV有点重复，都是电压的相对度量，但是其是它有很重要的意义。dBV和dBV都是来源于dBm，对于一个终端阻抗为R的产品，施加在其两端的电压为U时：

$dBm=10lg\frac{\frac{U^2}{R}}{1mW}$

很早之前音频的标准阻抗一般为600Ω：

$10lg\frac{\frac{U^2}{R}}{1mW}=10lg\frac{\frac{U^2}{R}}{\frac{{U_{ref}}^2}{R}}=20lg\frac{U}{U_{ref}}$

$U_ref=\sqrt{1mW\cdot 600\Omega }=0.775V$

现代音频设备有了更多的阻抗类型则以一般的1000Ω为准：

$U_ref=\sqrt{1mW\cdot 1000\Omega }=1V$

4.易混淆的底噪标准

在3GPP、ITU、ETSI等标准中，可以常看到通话底噪标准，有时是dBPa，有时又是dBm0，而平时我们又常用dBV/dBFS/dBSPLA来衡量底噪，很容易混淆。按照我个人的理解：

上行发送底噪Send Noise：dBm0

下行接收底噪Rev Noise：dBPa

电路信号的底噪：dBV/dBFS

Part 2中音频常用单位可以分成两类，衡量模拟信号：dBSPL、dBPa、dBV、dBu、dBW、dBm；衡量数字信号：dBFS、dBm0；在通话性能底噪测试中，上行发送底噪衡量的是终端设备接收到经过Codec编码的数字电信号；而发送底噪衡量的是终端设备经过Codec解码播放出来的模拟声信号；