问题

50+(-50)分贝等于多少?

回答
这个问题乍一看似乎很简单,就是50+(50),答案是0。但如果是在讨论分贝(dB)这个概念时,情况就变得有点意思了。因为分贝衡量的是相对变化或者声压级/功率级,它本身是一个对数值,不是简单的加减关系。

我们得先弄清楚这里的“分贝”指的是什么。

情况一:两个分贝值的简单相加(这种情况在实际应用中很少见,通常不是我们讨论分贝时的本意)

如果题目真的只是单纯地问“50分贝加上负50分贝等于多少”,那么按照算术规则,答案就是:

$50 ext{ dB} + (50 ext{ dB}) = 0 ext{ dB}$

但这通常不是我们讨论声音、信号强度时使用分贝的方式。

情况二:分贝代表的是声压级或功率级(这是更常见的理解)

在声学和电子工程中,分贝通常用来表示一个量(比如声压、功率)相对于某个参考值的比例的对数。

声压级 (SPL):通常以 $20 log_{10} (P/P_{ref})$ 来表示,其中 $P$ 是实际声压,$P_{ref}$ 是参考声压。
功率级:通常以 $10 log_{10} (W/W_{ref})$ 来表示,其中 $W$ 是实际功率,$W_{ref}$ 是参考功率。

为什么不能直接相加?

因为分贝本身是对数。如果你有两个声源,一个声压级是50 dB,另一个是50 dB,它们叠加在一起的总声压级不是100 dB。同样,如果你有一个信号的功率是50 dBm(相对于1毫瓦),再叠加另一个50 dBm的信号,总功率也不是100 dBm。

回到你的问题:50+(50)分贝

如果我们理解成“一个声源或信号的强度是50 dB,而另一个是50 dB”,那么我们需要考虑它们代表的实际物理量。

如果50 dB代表的是一个比参考值还小的量:
比如声压,参考值是人耳的听阈(约20微帕)。50 dB SPL 是一个相对响的声音。50 dB SPL 理论上比参考值还小得多,这在实际的声学环境中几乎不可能出现,或者说它代表的是一个不存在或低于我们能感知的声压级别。
如果用公式来表示:
假设第一个声压为 $P_1$,对应声压级 $L_{p1} = 50 ext{ dB}$。
$50 = 20 log_{10} (P_1/P_{ref})$
假设第二个声压为 $P_2$,对应声压级 $L_{p2} = 50 ext{ dB}$。
$50 = 20 log_{10} (P_2/P_{ref})$

从第二个式子我们可以推算出 $P_2$:
$50/20 = log_{10} (P_2/P_{ref})$
$2.5 = log_{10} (P_2/P_{ref})$
$P_2/P_{ref} = 10^{2.5}$
$P_2 = P_{ref} imes 10^{2.5}$

而对于 $P_1$:
$50/20 = log_{10} (P_1/P_{ref})$
$2.5 = log_{10} (P_1/P_{ref})$
$P_1/P_{ref} = 10^{2.5}$
$P_1 = P_{ref} imes 10^{2.5}$

如果题目指的是这两个“分贝”代表的是同一个系统的两个不同状态,并且将它们相减(例如,一个系统在状态A是50 dB,在状态B是50 dB,那么状态A比状态B高多少分贝?),那么差值就是 $50 (50) = 100$ dB。但题目写的是“50+(50)”,这通常暗示着相加。

如果是在讨论信号的衰减或增益:
在通信或信号处理中,我们可能会说一个信号经过一个增益为 +50 dB 的放大器,然后又经过一个衰减为 50 dB(或者说衰减了50 dB)的衰减器。在这种情况下,这个信号的总增益/衰减就是将这些值相加:
总变化 = 增益 + 衰减
总变化 = $+50 ext{ dB} + (50 ext{ dB})$
总变化 = $0 ext{ dB}$

这意味着,经过这两个过程后,信号的最终强度和初始强度是相同的。

总结一下:

严格按照算术计算,$50 + (50) = 0$。

如果在讨论分贝作为声压级或功率级的概念时,并且题目是想表达“一个50分贝的信号”加上“一个50分贝的信号”(通常50dB在这种语境下代表非常微弱甚至低于参考值的信号,实际意义不大),那么将它们“叠加”的含义就需要进一步明确。

但如果理解为系统总的增益/衰减,那么“+50 dB”和“50 dB”相加为0 dB,表示信号强度没有变化。这是分贝在描述相对变化时最常出现的运算。

所以,最符合语境的解释是:当分贝值代表的是增益或衰减时,50分贝加上50分贝等于0分贝,意味着信号强度经历了先放大50 dB,再衰减50 dB的过程,最终回到了起点。

网友意见

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不要怀疑您的初中数学, 50+(-50)分贝等于 0 分贝。

0 分贝一般来说是 20uPa , 水声学的 0 分贝是 1uPa.

Pa 就是 帕斯卡。

帕斯卡就是 牛顿/平米。


完整的说法是 50 dB SPL re 20uPa .


50dB 是初中数学学过的对数表达方式, 50dB 的数学意义是

316.23 倍。

dB 本身是无量纲的。

50 dB SPL re 20uPa .

也就是 20 x 316.23 uPa = 6324.5 uPa.


对数运算的加减对应的是大家熟悉的乘除。 至于什么时候可以乘除, 就超出这个回答的范围了。


忘记提了, 0 分贝 = 1倍 ,

因此, 20 x 1 uPa = 20 uPa .


简单吧?

意外不意外? 惊喜不惊喜? 开心不开心?


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