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发表于 2010-8-14
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电子学基本知识在任何扩声系统的实践与应用中都必不可少的。这个题目很大，但扩声系统的主题范围内是有限的，即只涉及电子系统和负载之间的相互作用。
3 x9 ?% D2 o; n. `7 Y: O/ N' m
3 U/ o- ~; `% @1 B. @5 V8 ]% W. R- R 1、欧姆定律电功率
+ z+ g! M+ {0 F. }' V9 w/ f5 m- S8 r7 D6 t+ x
2、阻抗
# z d* d) m* Y* M! u, s+ _7 A: y0 ^6 y/ r
3、复合负载
+ p( ]; J0 E* T. e @% Y R: B2 m; k$ D; U' n/ ~/ k
4、共振(谐振)
: _8 K. d( C8 p; H7 @8 l. a6 n% X: x
5、扬声器负载的串联——并联
* _/ t* @0 [2 U, ~1 W5 g4 m/ S
' ?* U! a* f, X6 |. J' y6 | 6、电阻、电感和电容器的串联——并联
3 U7 C2 \2 x! ]+ S7 g" Q5 h9 m" D g
7、分贝& Y( @" u" K B+ K0 X
7 x" A. V$ w/ W 两只音箱一只指标为10～50W、87dB/W/m，另一只为10～50 90dB/W/m，哪一只响?响多少?两只功放一只标记频响10Hz～40kHz，另一只标记20Hz～20kHz±0.2dB，哪一只质量高?如果不清楚“分贝(dB)”的确切含义，您就说不到点子上。( _ _: Y8 Z# c; P
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简单地说，分贝就是放大器增益的单位。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。- v; O. f# Z. o9 D f9 i: Z( h
5 D3 r' J& t( L0 s
电学中分贝与放大倍数的转换关系为：' l( I" U5 V5 r6 ]
4 f* V* [: I+ o7 n2 t0 a8 t. V AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi). t2 E6 [0 y: ]) M% _# e5 D% K& I2 g7 I
+ `; m2 v$ u! q5 `4 g 分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V2/R=I2R。采用这套公式后，两者的增益数值就一样了： b0 Y- @. M& C
V9 h" F4 E" O/ W. z2 z$ N7 [2 n 10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)
. _, @3 @& z+ V) a3 i( S$ V/ |& F+ H. J) ~
使用分贝做单位主要有3大好处。9 |) G5 Q6 f! T
; a# o3 C+ h, P; z
1、数值变小，读写方便
+ N! N. O. s* N" a4 t# T e' y0 c6 { a5 l
电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数，数值就小得多。附表为放大倍数与增益的对应关系。: N& d( d2 H; D5 L
& T8 x. x$ B" I 放大倍数与增益的对应关系5 }# B& @ O: @; L# ~3 n% M0 R
8 w3 u8 N" l. P) T4 c5 a6 B 电压(电流)放大倍数 1/10 1/
4 D$ o; N- G7 W' n& U2 d9 a' n! d0 D7 a7 T" @ d0 y B
1/2 10 t2 B& d! S7 R: T- ?
. `. \* }( j3 j+ q% N# T9 K
2 10 100 103 104 105
- q3 g' U4 F/ ]& E a6 e& L8 B9 Z8 J1 U( g
增益(dB) -20 -6 -3 0 3 6 20 40 60 80 100
8 ~# N* O/ i, F' u. o6 W
4 w; Z. Y2 `4 ^2 |: L! u* q1 S8 O 功率放大倍数 1/10 1/4 z7 y. U/ a: p( a: q3 A( o/ @, K
( M4 M) P& }) Q) M6 k# m( ^
1/2 14 k- V7 m" A/ |2 v0 C" Y e
6 T9 j6 s0 s: i1 U, |' m3 l" `/ S
2 10 100 103 104 105* W& W# L% i5 R* h
$ Q- Q% m/ Y7 c a {
功率增益(dB) -10 -3 -1.5 0 1.5 3 10 20 30 40 50
8 T: ^) {2 D+ k" R& C
* B& z/ S. K/ z0 E3 `; F5 b 2、运算方便
& ^1 O5 _7 @& i$ @! S7 T* Y
' Y" U1 Q# e* m O( q# e6 o 放大器级联时，总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时，总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB)，后级是20倍(13dB)，那么总功率放大倍数是100×20=2000倍，总增益为20dB+13dB=33dB。& g4 C9 j# h4 q# c2 E+ C- n
P& V) G" x7 ]9 h* \- L3 C 3、符合听感，估算方便
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人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多;而从1瓦增强到2瓦时，响度就差不太多;再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB，这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。您若注意一下就会发现，Hi-Fi功放上的音量旋钮刻度都是标的分贝，使您改变音量时直观些。, Z" o( M6 T" y2 u# V
6 C3 q) b6 ]! s5 v$ q
分贝数值中，-3dB和0dB两个点是必须了解的。-3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半，电压或电流是正常时的1/2。在电声系统中，±3dB的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备指标，如频率范围，输出电平等，不加说明的话都可能有±3dB的出入。例如，前面提到的频响10Hz～40kHz，就是表示在这段频率中，输出幅度不会超过±3dB，也就是说在10Hz和40kHz这二个端点频率上，输出电压幅度只有中间频率段的0.707(1/ )倍了。0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。
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. t& r% v) Z" P; M% O) L& C 分贝是一个相对大小的量，没有绝对的量值。可您在电平表或马路上的噪声计上也能看到多少dB的测出值，这是因为人们给0dB先定了一个基准。例如声级计的0dB是2×10-4μb(微巴)，这样马路上的噪声是50dB、60dB就有了绝对的轻响概念。' v- x+ T: K( z% D' U) w
$ X6 b% w% }+ U. [ 常用的0dB基准有下面几种：dBFS——以满刻度的量值为0dB，常用于各种特性曲线上;dBm——在600Ω负载上产生1mW功率(或0.775V电压)为0dB，常用于交流电平测量仪表上;dBV——以1伏为0dB;dBW——以1瓦为0dB。
; e; N0 B5 m: A/ S r; L8 n" t4 q8 t# u. u% }! u% D! f
一般读出多少dB后，就不用再化为电压、声压等物理量值了，专业人士都能明白。只有在极少数场合才要折合。这时只需代入公式：10A/20(或A/10)×D0计算即可。A为读出的分贝数值，D0为0dB时的基准值，电压、电流或声压用A/20，电功率、声功率或声强则用A/10。
" t8 D! r# f. \# z2 D! t' ~9 ~) L4 D) J
现在您就可以来回答本文开头的问题了。第二只音箱在相同输入时比第一只音箱响一倍，如果保持两只音箱一样响的话，第二只音箱只要输入一半功率即可。第一只功放只是很普通的品种，第二只功放却很Hi-Fi，整个频率范围内输出电压只有±2.3%的差别!: e- U, D% G( B. R# y
) X" s) n6 t7 Z 在电声系统中采用分贝的几种表达式：
1 k( k6 M, }1 F% E/ b6 h
. e$ k: H2 a6 Q0 H 1)、功率增益分贝值=10lg(P1/Po)dB 基准功率Po=1W3 x# k G- P) M% k
; U5 R+ i4 x1 b# e
2)、电压增益分贝值=20lg(U1/ Uo)dB 基准电压Uo=775(dBmV)或Uo=1 (dBV)
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3)、电流增益分贝值=20lg(I1 / Io)dB 基准电流Io=1(dBmA)或Io=1 (dBA)
3 H. h [! E$ [3 I" g* z0 i0 F- ~* m- n* T: R3 y( `* ~
4)、声压级分贝值(SPL)=20 lg(pre1/preo) dB 基准声压级preo=20×10-6N/m2是人在1KHZ-3KHZ的听觉门限值4 v. n; B J |. S* N0 f/ B
$ i6 z0 K7 B/ Q# x2 S
5)、声压级在自由空间中衰减=20lg(R1 / Ro)dB 基准距离Ro=1m! e( O$ Y6 M6 s- n% D- D2 X0 ]
+ @! k Y% `) S! k& W/ r
还有很多中量也用分贝为单位表示，例如：电平、信噪比、灵敏度、滤波器的衰减率、信号动态范围等。它们的倍乘系数也是20。
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' q, o3 k/ n" q( P 8、变压器) h: f4 i& k# n' G, {
2 i( ~4 T u, z
实际变压器有一些条件限制：
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h+ i/ C: N# C+ n( u5 d" R 1) 功率处理 变压器不是没有损耗的装置，在传输功率期间会产生热量。
# q0 w, r: A/ Z V8 D$ E
7 J2 j0 K2 G# G+ O 2) 带宽/ z4 D1 \5 B& i2 R
, g1 k5 q- [. K+ E7 } 3) 插入损耗和失真 良好的变压器在中频段的插入损耗小于1 dB，通常低频和高频段的插入损耗及失真会增大。
* `9 s. _( r9 x( b2 ^3 X: w. n1 M0 z% \, z, y$ S
9、功率传输的线路损耗
8 E) I( A }" j# Z7 [& x2 V, ^' O- i. D7 ~% k* d' c9 a1 Y
一般说来，良好的工程，要求导线不大于0.5个dB(10%)4 w* d8 I3 U: Y
$ w+ F, J8 a3 n! A3 x 1)低阻抗传输线路功率损耗计算; M% B$ [; H+ l0 e
: I: q& E: }2 ^, F' L. U9 L 低阻抗传输用于低阻抗输出的功率放大器与低阻抗扬声器(一般低于16欧)直接连接的功率传输线路。这种传输线路的特点是信号失真小、频响特性宽和音质好，但是传输线路中信号电流大，必须采用截面积大的导线才能有效地进行传输，否则会造成极大的功率损耗。, b: y' J& Y: r% t/ {
4 b2 W" h/ U; _$ ]0 x S* S 功率损耗(dB)=20 lg(RL/ 2R1+ RL)
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( [* X6 e( ]$ u( C' Y' P R1=ΡL/S
" b: R7 L) l- S% b& O$ b- y. u
9 \, k- r5 |8 X7 N+ D 20度密度 银=0.0159 铜=0.0172 铝=0.02827 z9 L' [; W& n8 o4 c+ S( `
' ]1 @9 e% j6 J3 H+ }4 [0 B
2)高阻抗(定电压)传输线路功率损耗的计算& S. C4 f7 {1 i' `2 B0 G1 o6 p
X" ?6 J/ [! k5 G4 k
在大型扩声系统中(如大型体育场、广场或背景音响系统等)，传输线路都很长(一般都超过200M，甚至数公里)，此时如果用低阻抗传输线路传输，必须使用大量很粗的导线，还要增加许多功率损耗。为此，采用另一种高阻抗/定电压输出(50V、70V和100V三种标准电压)的传输系统。这样可以大大减少线路的功率损耗。但这种方式引入了匹配变压器，明显地影响了传输信号的低频和高频。% }6 u; b" H1 U$ O# U
2 f4 Y1 V0 x1 `' ]4 c/ x
线路损耗为10%时：5 q, i9 [7 [( r/ c2 @& Z0 ^
6 z4 e- e7 |) K" F& h2 H 高阻抗至少需要的截面积S为：
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! Y: z' L% v7 |% N5 a# t S≧(0.37×L×P)/U2, x/ z5 a# C* i
& m- f. l/ B; e& y* m) z 低阻抗至少需要的截面积S为：' d7 j9 R# A" a! T7 T
' r- }2 P: Y7 {0 v) p& c3 y
S≧(0.37×L)/Z |
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