听力学测试中的“分贝”浅析
听觉与声音是互相依存的，听力学与声音则是密不可分的。听力学的各种测试如纯音测听、ABR、耳声发射测试等，从本质上说都是测量人的听觉系统对于声音刺激的主观或客观反应。因此，听力学测试离不开声音信号。无论是作为施加给受试者的刺激信号（例如纯音测听中的纯音信号、ABR测试中的短声Click或短纯音toneburst信号），还是作为从受试者记录到的反应信号（例如耳声发射测试中在外耳道记录到的OAE信号），声音信号的强度都需要准确的测量和标定，以便临床上对于测试结果实现量化分析。
尽管在声学信号测量和听力检查过程中都常用到分贝的概念，但其含义却不尽相同，部分听力学从业人员也经常会产生混淆。本文希望从临床实践应用的角度对听力学测试中的dB进行解析，以期与同行共同学习，使测试结果表述更加确切和标准。#茶陵健耳听力助听器
为什么使用分贝（dB）作为计量声音信号的单位
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对数和用对数表示的声学单位
要解释各种不同的分贝概念，首先需要明确分贝是由基本单位经过对数变换得到的。从单纯的数学角度而言，如果N=ax(a>0，a≠1)，即a的x次方等于N（a>0，且a≠1），那么数x叫做以a为底N的对数（logarithm），记作x= 。其中，a叫做对数的底数，N叫做真数，x叫做“以a为底N的对数”。其中较为特殊的有两个：以10 为底的对数叫做常用对数（commonlogarithm），并记为lg或者log；以无理数e（e=2.71828…）为底的对数称为自然对数（naturallogarithm），并记为ln。在实数范围内，零和负数无对数。式1～3显示了对数的主要运算法则：当a>0，且a≠1，M>0，N>0时：
上述关于对数定义和特性的简介，是为了读者更好地理解声学中分贝的由来。声音本质是一种振动能量在弹性介质中的传播。声学单位是以国际单位制符号（SI）为基础，多数由基本单位表示，如声压（P）单位为帕斯卡（Pa）、声强（I）单位为瓦特每平方米（W/m2）等。同时还有一部分可以用对数值表示，这其中包括分贝（dB）和奈培（Np）。
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级和分贝
听力学测试结果表述中常常使用“级”的概念，如听力级、声压级等。在声学中，一个量的级指这个量与同类基准量的比的对数。由定义可知，对于一个以对数表达的“级”而言，该对数的底、基准量和级的类别必须说明。
●对数的底 对数的底及其所使用的比例常数则由所用单位来说明。奈培和贝尔都是级的单位。其中，奈培的对数为自然对数，底为e，量为场量，比如电压、电流、速度等。贝尔的对数为常用对数，底为10，量与功率成比例，也就是与场量的平方成比例。分贝（dB）是decibel的缩写。其中，deci-表示“十分之一”，与分米中的“分”同源。如x为一场量，级就是L=10lg（x2/x02）=20 lg（x/x0）dB。奈培与分贝之间可以互相换算，但声学或听力学中最为广泛应用的计量单位是分贝。所有使用dB计量的量级，均表示该量级是由基本单位常用对数变换得到的。需要指出声学中的dB实际是由电信技术引用而来。也就是说除了声学量，电压、电流等电学物理量也同样可使用dB以“级”的形式表达，只要说明级的类别和基准量即可。（注：为便于阅读，以下行文中均直接使用“dB”而不再用中文的“分贝”进行说明。)
●基准量 dB是由对数变换所得到的。通常讲dB的后缀，实质反映其计量的量所基于的基准量，而基准量决定级的类别。在听力学中，这个值常以“零级”或“基准听阈级”的形式被提到，实际所代表的是该类级的0 dB。最基本的零级是空气中声压级的基准量（即通常所说的0 dB SPL）：20× log（20 μPa/20 μPa）=0 dB SPL。国家标准规定，气导测听的基准等效阈声压级（referenceequivalent threshold sound pressure level，RETSPL）指对规定的频率，用规定类型的耳机，在规定的声耦合器或耳模拟器中测得的足够大数量的男女两性，年龄为18～25岁的健听人耳的等效阈声压级的中位数。实质上，RETSPL就是各频率上的0 dB HL所对应的声压级dB数。
同理，骨导测听的基准等效阈振动力级（reference equivalent thresholdvibratory force level，RETFL）指对规定的频率，用规定型号的骨振器，在规定的机械耦合器上测得的足够大数量的男女两性，年龄为18～25岁的健听人的等效阈力级的中位数，即各频率上的0 dB HL所对应的力级dB数。
另一个较为常用的基准量是正常听力级的基准量，即用于听觉诱发电位测试的短时程测试信号计量的0 dB nHL。在短时程信号零级的国际标准广泛使用之前，由于短时程信号参数复杂，且校准的影响因素较多，因此各个实验室或中心采用类似RETSPL和RETFL的方法测出一组健听人的短时程信号的听阈中位数，以dB SPL或dB peSPL表示，将其定为正常听力零级，即0 dB nHL。需要注意的是，虽然dB nHL更多地应用于听觉诱发反应测试中，但0 dB nHL并不是指电生理反应阈，而是指听阈。如果表示反应阈，应使用0 dB nRL，但不常用。
●级的类别 级的类别通常在前面加词冠来说明，如声压级、声功率级、听力级、掩蔽级等。在实际使用中，如果未以文字形式说明类别，则dB后须加后缀说明，例如30 dB SPL、50 dB HL等；如果以文字形式说明级的类别，则dB后可不加后缀，例如30 dB声压级、50 dB听力级等等。当描述使用某一种信号测得的主观或客观阈值时，dB后必须以后缀说明类别，否则是错误的。下文详述听力学常用的各种级的类别。
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使用dB的原因
心理学中有一个描述心理量和物理量之间关系的韦伯-费希纳定律。即对于中等强度刺激而言，感觉量的增加落后于物理量的增加，物理量成几何级数增长，心理量成算术级数增长，感觉量与物理量的对数值成正比（图1）。这个经验公式同样适用于听觉。这样一个特性与耳蜗外毛细胞的功能密不可分，事实上大大扩展了人类听觉感受的输入动态范围。
正常人的听觉所能耐受的压强范围约为20 μPa～20 Pa，最高耐受阈限与最低敏感阈限的比值约为106倍。如果直接使用压强的基本单位Pa或者μP a来计量声音或者听觉阈限，会因为数值分布范围太广而产生诸多不便。特别是在进行相互比较时，进行倍数的乘除运算也很繁复。事实上，人耳对声音强弱的分辨率也远远达不到106个能量等级。使用常用对数进行变换后得到的以dB表示的听觉动态范围在120 dB左右。
这个范围使得临床常用级的范围不致过大和过小，使用较为方便。同时，由于dB表示的量级都经过取对数得到，（式1～2）所述对数的运算法则决定了两个乘除关系的量取对数后可以用线性的加减来计算。例如，一个信号幅度增加2倍（即乘以3），则对数运算方法采用增加9.6 dB，可近似为增加了10 dB。线性的加减关系显然更加便于实际使用。
综上所述，使用dB计量声音信号主要有以下3点便捷之处：
①符合人类对外界声刺激的感知规律；
②便于使用适中的计量范围；
③便于以线性加减方式计算倍数关系。
但值得注意的是，当两个同类别的量进行倍数运算时，由于基准量相同，通过相除，得到的只是一个数值。这个数值只代表两个量之间的倍数关系，与基准量的选择无关，其并不是一个不随“级”的类别而改变的差值。这个情形在听力学的临床实践中时常遇到。例如比较测试结果时所使用的“降低了”、“增加了”、“损失了”、“增益”、“动态范围”等词，描述的都是一个信号“变化”多少倍。这个倍数显然是一个不随基准量而改变的值，因而不应在dB后面任何后缀。
不同 dB 的含义
如上文所述，dB是由对数变换所得到。dB的后缀反映了其计量的量所基于的零级，也就是基准量，而基准量决定级的类别。以下对听力学测试中常用的各种dB（各种“级”）予以说明。
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dB SPL声压级：声压级（LP）是反映声信号强弱的最基本量，是声学测量中普遍采用的计量单位，以μPa为基准。空气中基准声压P0为20 μPa；水中基准声压P0为1 μPa。通常声场中某点的声压级，是指该点的声压与空气中基准声压P0的比值，取常用对数的20倍。当声压为1 Pa时，声压级为94 dB SPL，这一数值是国际上标准声校准器所产生的1 kHz纯音声压级的标准值。另外类似的声强级、声功率级等概念，由于在听力学测试中使用不多，故不在本文中介绍。
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dB HL纯音听力级：即最常见的纯音听力图纵坐标显示的数值单位。各频率听力级的基准量（即0 dB HL）是该频率上听力正常人的听阈，也是上文提到的基准等效阈声压级（气导）或基准等效阈振动力级（骨导）。听力级在国家标准中的定义为：用规定的方式，规定类型的换能器于规定的频率，由换能器在规定的耳模拟器或机械耦合器中产生的声压级或振动力级，减去相应的基准等效阈声压级或基准等效阈振动力级。可看出，听力级反映的是测试信号与正常人平均听阈级的差值。听力级既可以用于计量纯音信号，也可以用于描述受试者听阈。
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dB peSPL峰值等效声压级：对于听觉脑干反应测试而言，时程小于200ms的短时程信号（如tone burst/Click）具有良好的瞬态特性，意味着更容易引出分化良好的波形。但对于大多数声级计而言，其测量的时间常数都远远超过信号时程，造成测量结果远小于真实值。因此在很长一段时间内，没有短时程信号的零级标准。这种情况下，有一些变通的方法测量接近真实值的短时程信号声压级，即得到峰值等效声压级（peak-equivalent SPL，peSPL）。其中一种方法在示波器上获得短时程信号波形的峰-峰值，再将一个标准正弦信号峰-峰值调至与此相等，此时该正弦信号输出的声压级在声级计上的读数即为dB peSPL。解决短时程信号校准问题的另一个方法即常用的dB nHL，下文详述。
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dB nHL正常听力级：如上文所述，目前各实验室进行听觉诱发电位测试采用的刺激声强度单位通常是各自建立的正常听力级（dB nHL）。各单位分别测试一群正常听力的年轻人（至少10人，纯音听力计测试结果250～8000 Hz气导听阈≤15dB HL）能听到刺激声信号的最小刺激声强度（dB SPL或dB peSPL）取平均值定义为正常听力零级（0 dB nHL）。2007年国际标准化组织发布了ISO 389-6，规定了短时程信号的零级，这也意味着短时程信号在规定的换能器、强度、刺激速率等条件下，可以用dB HL来表示。但这同时可能带来另一个问题，就是听觉脑干反应测试的阈值以短时程刺激信号的dB HL表示，但实际上这里的阈值只是一个反应阈。这个反应阈的数值与作为听阈测试金标准的纯音测听听阈（同样用dB HL表示）之间并不完全相等。特别是对于频率特性较差的短声Click，其ABR阈值只能反映2000 Hz～4000Hz频率范围内的纯音听阈，可能不能准确反映患者各频率的听力损失情况。具有频率特异性的tone burst、tone pip等信号同样容易因此造成结果解释的混淆。必须从测量得到的电生理阈值（以dB nHL或者标准化的dB HL表示），经过校正计算后预测并估计纯音听阈，才能与纯音听阈的结果（以dB HL表示）进行比较。
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dB eHL估计听力级：近年来估计听力级越来越多被提及。在统一优化tone burst、tone pip信号参数、选择最佳的上升/下降时间及其平台的同时，必须与正常纯音听力进行各频率阈值的比较，找出主、客观测听结果的平均差值，以此差值对ABR阈值数值进行修正，得到近似于纯音测听的阈值。这个近似的估值，以dB eHL表示。使用dB eHL表示诱发电位阈值的优点在于，一方面更加接近纯音听阈dB HL，另一方面也可避免主、客观检查均使用dB HL进行描述所造成的混淆。以dB eHL表示的ABR反应阈值，方可作为纯音听力图中以dB HL表示的纯音听阈的替代量，为听力障碍等级的划分和评定提供参考的依据。这也是未来国内听力学工作的重点之一。
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dB HL speech言语听力级：用于言语测听的言语信号是时变信号，多以dB SPL表示其信号级，即言语级。对足够量的耳科正常人，以指定的言语材料和指定的信号发送方式，得出的言语识别阈级的中位数称为基准语言识别阈级（即0 dB HL speech）。而言语级减去相应的基准语言识别阈级即为言语听力级（以dB HL speech表示）。
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dB EML 噪声频带的有效掩蔽级：由于掩蔽噪声频带的存在，使相当于该噪声频带几何中心频率的纯音听阈提高，与此时的纯音听力级相等的掩蔽噪声级，在确定纯音测听的初始掩蔽级时十分重要。GB/T 7341.1-2010规定按照有效掩蔽级校准测听设备的窄带噪声掩蔽级。
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dB(A)A计权声压级：为了模拟人的听觉对不同频率声音的敏感度，声学测量中常常会使用计权网络对测量到的信号进行变换。通过计权网络测得的声压级称为计权声压级，常用有A、B、C、D等4种，其中A声级最常用，A计权模拟人耳对55 dB SPL以下低强度噪声的频率特性。更加常用的是等效连续A计权声压级，测量规定的时间内连续噪声的均方根能量，没有频率特性。dB(A)常用于环境噪声测量。
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dB SL感觉级：是指听阈上多少dB值。这一单位经常用于听觉诱发电位刺激信号强度的确定。
听力学相关表述中 dB 的误用举例
下面列出一些在临床测试报告和相关科研论文审阅中较为常见的dB的错误用法，供读者参考。
言语频率的平均听阈 为35 dB当对测试的阈值结果进行描述时，无论是客观反应阈还是主观听阈，都是以阈级的形式体现，也就是与基准量相比的结果，在dB后面必须加后缀以体现类别。听力图上的听阈均以听力级的形式体现，本例中即便计算了平均值，其表述仍应为dB HL。
1 kHz的听阈 比治疗前改善了20 dB HL由dB的由来可知，当使用dB描述两个量之间的差值时，本质上是两个量的比值经过对数转换，以差值的形式体现倍数关系。因此，在描述听阈改善/变差、强度提高/降低的量、阈值或强度差异等包含“差值”含义的概念时，dB后面不应加后缀。此处正确的表达方式为：“比治疗前改善了20 dB”。
言语信号50 dB SPL，噪声30 dB SPL，则信噪比20 dB SPL同上。信噪比即信号强度与噪声强度的比值。当使用dB表示时，比值以差值形式体现，dB不加后缀。
DPOAE测试信号L1较L2高10 dB SPL同上。
实验组小鼠的Click诱发ABR阈值为35dB nHL
本例是动物听觉生理实验中容易犯的错误，笔者已在多次审稿过程中发现此类错误。目前，虽然国家标准GB/T 4645.6规定了短时程测试信号的基准等效阈声压级，但正常听力级（dB nHL）仍然广泛用于听觉诱发电位的短时程信号计量。须知正常听力级的基准阈级并不是标准规定的值，而是各单位由听力正常人以主观测听的方式各自得到。因此，对于实验动物的ABR测试，使用dB nHL表达是不合适的，应该使用dB SPL。
用5 0 dB HL的窄带噪声可掩蔽住50dB HL的纯音。
GB/T 4854.4-1999中定义，由于掩蔽噪声频带的存在，使相当于该噪声频带几何中心频率的纯音听阈提高，与此时的纯音听力级相等的掩蔽噪声级，称为噪声频带的有效掩蔽级（effective masking level，EML）。也就是说，可掩蔽住50dB HL纯音的窄带噪声级应为50 dB EML。