放大电路有四种模型:电压放大电路(对应电压增益Av);电流放大电路(对应电流增益Ai);互阻放大电路(对应互阻增益Ar);互导放大电路(对应互导增益Ag)。其中,Av和Ai没有量纲,在工程上常用以10为底的对数增益表示:电压增益=20*lg|Av|dB;电流增益=20*lg|Ai|dB。注意,放大电路的功率增益=10*lgApdB(功率没有正负之分,因此不需要取绝对值)
用对数表达放大电路的增益之所以在工程上得到了广泛的应用是因为:(1)当用对数坐标表达增益随频率变化的曲线时,可大大扩大增益变化的视野;(2)计算多级放大电路的总增益时,可将乘法简化为加法进行运算。
贝尔本身并没有单位,只是两个功率比值的对数。例如输入是1W,经放大后的输出功率是2W,则Bel=lg(2w/1w)=lg2=0.30103。由于常常会出现小数点,就引入了分贝的定义,1分贝为1/10贝尔,所以10分贝=1贝尔。由于分贝的出现我们现在很少看到贝尔这个单位了。
两个功率相比较如果是增加1倍的话,也就是增加了10*lg(2/1)=10*0.30103=3.0103dB。换句话说,每增加3分贝,相当于增加了1倍的功率。如果是增加了10倍功率,也就是增加了10分贝(10*lg(10/1)=10*1=10dB)。如果这个环节是没有增益或衰减时,等于10*lg(1/1)=10*0=0dB。
分贝也有负数的。如果经过一个环节之后,功率减少了一半,就等于10* lg(1/2)=10* (-lg2/1)=10*(-0.3)=-3dB,缩小10倍功率等于-10dB。在分贝学上,最重要是要记住以下3个数字:+3dB=2*;+10dB=10*;而0dB=1*。如果0dB是1W的话,3 dB=2W,6 dB=4W,9 dB=8W,10 dB=10W,12 dB=16W,20 dB=100W,30 dB=1000W,33 dB=2000W。
大家都知道贝尔发明了电话,然而他还有一个很重要的贡献就是,他发现我们人类的耳朵对声音强度的反应是成对数形式的,大概的意思是当声音的强度增加到某一程度时,人的听觉会变的较不敏锐,刚好近似对数的单位刻度。这使得对数的单位可以用来代表人类听觉变化的比例,这个基本单位为Bell(贝尔)就是他创造的,简写符号为Bel。
当我们把功率增加1倍,声压增大3dB时,我们是否觉得音量大了1倍呢?不会。因为我们的听觉灵敏度有很大范围,可以听到从最细微的0dBspl声压一直到120dBspl(功率增加1000000000000倍,1万亿倍),所以我们对增加3分贝声压的反应,只是觉得音量刚增大了一点,而不是增大了1倍,通常音量需要增加7~10分贝,我们才觉得音量有1倍的增加,但功率就有了5~10倍的增加。
功率每增加1倍就增加3dB,但伏数每增加1倍就是增加6dB。理由是因为功率伏数的平方,所以伏数增加1倍(2*)时,功率就增大至原来的4倍,等于+6dB。但通常作为调音师,他们不需要知道有多少倍伏数的增加,只要知道有多少倍功率的增加就已经足够了。
如果以为增益加3分贝不是什么大不了的事情,其实是错误的。有时候觉得高音不太足时,会在调音台上的均衡器作调较,通常每路输入的均衡器旋钮在0dB时,相当于位置时钟的时间12小时,而当他想把高音或低音增大时,就把旋钮调至时钟时间的3点位置。通常这个位置是+9dB,等于把原来这一个均衡频率作了增加8倍的调整。试问如果平常在这一个均衡频率的输出是200W,经过这个调整,就等于让功放输出1600W,这是不是很危险?